JPH0720501A - 非線形抵抗素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 歩留まりが高く、安価で表示品質の高い大型
液晶表示装置を提供する。 【構成】 本発明はＭＩＭ非線形抵抗素子に関わり、陽
極酸化が可能で、陽極酸化膜はタンタル或いはタンタル
を主成分とする金属の陽極酸化膜の誘電率より低く、且
つタンタル或いはタンタルを主成分とする金属のエッチ
ングに対して選択比を持つアルミニウムを主成分とする
金属と、タンタル或いはタンタルを主成分とする金属を
順次積層した積層構造を持つ下部電極において、パター
ニング後に形成した厚い陽極酸化膜の内、タンタル或い
はタンタルを主成分とする金属の陽極酸化膜をエッチン
グバックし、更に再び陽極酸化を行うことにより、低抵
抗配線と高性能ＭＩＭ非線形抵抗素子とを実現する事を
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アクティブマトリック
ス型液晶表示装置に於いて、液晶のスイッチングに用い
られる金属−絶縁体−金属（ＭＩＭと記す）構造を有す
る非線形抵抗素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のＭＩＭ非線形抵抗素子の一例を図
１を用いて説明する（特開平３−４６３８１）。

【０００３】図１（ａ）はＭＩＭ非線形抵抗素子を用い
た液晶表示装置の走査線、素子及び画素電極部分の斜視
図である。また図１（ｂ）は、図１（ａ）の１点鎖線Ａ
−Ａ’に於ける構造断面図である。石英、或いは硝子等
の絶縁基板１０１上にＭＩＭ非線形抵抗素子が形成され
ている。下部電極は２５０Å程度のタンタル或いはタン
タルを主成分とする金属１０２と２０００Å程度のタン
グステン、モリブデン等の金属１０３の２層から成り、
両金属層共に陽極酸化が施され、その陽極酸化膜１０４
の厚みは５００Å程度である。

【０００４】この構造をとることにより、配線抵抗をタ
ンタル１層の場合の１０〜２０％に下げている。大型の
ＬＣＤを実現しようとする場合、配線抵抗が高いとクロ
ストークが大きくなり、著しく表示品質を落としてしま
う。タンタルの比抵抗は１８０μΩ・ｃｍと高いため、
配線抵抗を下げるには膜厚を厚くする、もしくは配線幅
を太くするしかない。そこで、ここでは低抵抗金属とタ
ンタルとの２層配線により、従来のタンタル１層の場合
の１０〜２０％に配線抵抗を下げている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の技
術では、配線抵抗を下げる事は出来るものの、素子特性
はタンタルの陽極酸化膜ではなく、モリブデン、タング
ステン、或いはアルミニウムの陽極酸化膜に律束されて
しまっていた。モリブデン、タングステンの陽極酸化膜
は漏洩電流が大きい、またアルミニウムの陽極酸化膜は
正負の動作領域に於いて極性差が大きいため、液晶のス
イッチング素子としては不適当なものになってしまって
いた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、陽極酸化が
可能で、且つタンタル或いはタンタルを主成分とする金
属のエッチングに対して選択比を持つアルミニウムを主
成分とする金属、及びタンタル、或いはタンタルを主成
分とする金属を順次積層し、パターニング後に両者同時
に形成した厚い陽極酸化膜の内の酸化タンタルのみをエ
ッチングし、更に再び陽極酸化を行って薄い陽極酸化膜
を形成することにより、低抵抗配線と高性能ＭＩＭ非線
形抵抗素子とを実現する。

【０００７】

【実施例】以下実施例に基づいて本発明を詳しく説明す
る。

【０００８】図２（ａ）は本発明によるＭＩＭ非線形抵
抗素子を用いた液晶表示装置の走査線から素子及び画素
電極部分にかけての斜視図である。また図２（ｂ）は、
図２（ａ）の１点鎖線Ａ−Ａ’に於ける構造断面図であ
る。素子基板２０１上にアルミニウム、或いはアルミニ
ウムを主成分とする金属２０３と、その上層にはタンタ
ル、或いはタンタルを主成分とする金属２０２が積層さ
れている。タンタル、或いはタンタルを主成分をする金
属は、上面及び側面が陽極酸化膜２０４によって覆われ
ており、下層金属層は側面のみ陽極酸化２０５されてい
る。このような積層構造を持つ下部電極と交差するよう
にＣｒより成る上部電極２０６が設けられており、この
交差した部分がＭＩＭ非線形抵抗素子を形成する。ここ
で上部電極はＣｒに限定されることなく、Ａｌ、Ｔｉ等
の金属、或いはＩＴＯ、酸化スズ等の透明導電膜を用い
ても良い。この時、形成されたＭＩＭ素子はアルミニウ
ム−酸化アルミニウム−Ｃｒとタンタル−酸化タンタル
−Ｃｒの並列接続されたものであり、それぞれの電圧−
電流特性は図３（ａ）、（ｂ）のようになっているの
で、結果的には図３（ｃ）の特性が得られることにな
る。

【０００９】このアルミニウムを主成分とする金属の陽
極酸化膜２０５とタンタルを主成分とする金属の陽極酸
化膜２０４の膜厚は、次の２点を満足する膜厚である。
第１点は上電極２０６に断線が発生しない下部電極形状
が実現できること、即ち陽極酸化後のタンタル−アルミ
ニウム境界部分に於いて、オーバーハングが発生しない
ことである。また第２点は形成されるＭＩＭ非線形素子
の素子特性が動作範囲内に於いて、殆ど下部電極のタン
タルを主成分とする金属の陽極酸化膜２０４の寄与のみ
となることである。

【００１０】またこの構造を採った時の配線抵抗は、例
えば線幅１０μｍ、配線長２８ｃｍ膜厚を２５００Åと
した場合、タンタル２５００Åでは約１４０ｋΩである
のに対し、１５００Åのタンタルと１０００Åのアルミ
ニウムの２層では約２．４ｋΩと約１／２０となる。こ
れにより配線抵抗による信号の遅延を小さくすることが
出来るため、クロストークの無い高画質化が実現でき
る。

【００１１】このようなＭＩＭ素子は図４に示す製造工
程の一例により実現できる。

【００１２】まずガラス基板４０１上にスパッタリング
法によりアルゴン雰囲気中でアルミニウムを主成分とす
る金属４０３を５００〜２０００Å程度、またタンタル
を主成分とする金属４０２を１０００〜２０００Å程度
連続成膜する。ここに通常のフォトリソグラフィー技術
によってレジストパターン４０４を形成し、ドライエッ
チング法を用いてタンタルを主成分とする金属４０３を
テーパー状にパターニングする。この後、ウエットエッ
チングにより下層のアルミニウム等の金属４０３をパタ
ーニングし、積層構造を持つ下部電極、及び配線とす
る。ここで第１回目の陽極酸化を施す。アルミニウム等
の下層金属層の陽極酸化膜４０５がポーラスとならない
ような、酒石酸アンモニウム等の化成液を選択し、化成
電圧は少なくとも３０Ｖより大きいところにとる。陽極
酸化レートはタンタルが〜１８Å／Ｖであるのに対し、
アルミニウムは〜１３Å／Ｖであるため、この陽極酸化
によりアルミニウムの側壁には３９０Åを超える酸化ア
ルミニウム膜が形成され、またタンタルは５４０Åを超
える酸化タンタルに覆われる。この状態ではタンタル−
アルミウムの側壁部はオーバーハングとなっている。こ
の第１回目の陽極酸化を施した後、ドライエッチングに
よりタンタルの陽極酸化膜４０４を、少なくともタンタ
ルの陽極酸化膜厚の半分以上エッチングバックする。更
に第２回目の陽極酸化をタンタル４０３に施す。この場
合の化成液はクエン酸或いは燐酸等を用い、２０〜４０
Ｖで陽極酸化を行う。このような工程を通すことによ
り、酸化タンタル４０６及び酸化アルミニウム４０５の
接合部分ではオーバーハングが発生せず、上電極が断線
する事の無い順テーパーが実現される。このようにして
形成された下電極に交差するように上電極４０７を形成
し、ＭＩＭ非線形素子とする。素子特性は動作範囲内に
於いて殆どタンタル−酸化タンタルの寄与とする事が出
来る。上電極４０７に重なるように画素電極４０８を形
成し工程を終える。

【００１３】

【発明の効果】本発明の非線形抵抗素子の構造をとるこ
とにより以下に述べる効果がある。

【００１４】１）アルミニウムを主成分とする金属とタ
ンタルを主成分とする金属の咳きそう構造により配線の
低抵抗化を図ることで、クロストークの無い表示品質の
高い液晶表示装置を提供することができる。

【００１５】２）アルミニウムを主成分とする金属の陽
極酸化膜厚を厚くとることにより、素子特性は動作範囲
内に於いて、殆どタンタル−酸化タンタルの寄与分とす
る事が出来、高画質で大面積のＬＣＤが実現できる。

【００１６】３）タンタルを主成分とする金属を低抵抗
化のために厚く堆積する必要がなくなり、従ってターゲ
ット寿命が伸び、低コスト化が出来る。

【００１７】４）アルミニウムを主成分とする金属の陽
極酸化膜をタンタルを主成分とする金属の陽極酸化膜よ
り厚く形成してオーバーハングを無くすることで上電極
の断線不良をなくせる。

【００１８】５）このＭＩＭ非線形抵抗素子の構造を実
現するためのフォトマスクは、従来と同じ枚数で良い。

【００１９】即ち、歩留まりが高く、安価で表示品質の
高い大型液晶表示装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の技術によるＭＩＭ非線形抵抗素子アレイ
の一画素の外観図及び断面図。

【図２】本発明によるＭＩＭ非線形抵抗素子アレイの一
画素の外観図及び断面図。

【図３】本発明によるＭＩＭ非線形抵抗素子の電圧−電
流特性図。

【図４】本発明によるＭＩＭ非線形抵抗素子の製造工程
を示す断面図。

【符号の説明】

１０１、２０１、４０１・・・素子基板 １０２、２０２、４０２・・・タンタル、或いはタンタ
ルを主成分とする金属 １０３、２０３、４０３・・・アルミニウム、或いはア
ルミニウムを主成分とする金属 １０４、２０４、４０５・・・タンタル、或いはタンタ
ルを主成分とする金属の陽極酸化膜 １０５、２０５、４０６・・・アルミニウム、或いはア
ルミニウムを主成分とする金属層の陽極酸化膜 ４０４・・・フォトレジスト １０６、２０６、４０７・・・上電極 １０７、２０７、４０８・・・画素電極

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁物質上に形成される第１金属−絶縁
   体−第２金属、或いは第１金属−絶縁体−透明導電体の
   構造を持つ非線形抵抗素子に於いて、該第１金属が材質
   の異なる複数の金属の積層構造で構成されることを特徴
   とする非線形抵抗素子。
2. 【請求項２】 絶縁物質上に形成される非線形抵抗素子
   に於いて、該積層金属の材質により、陽極酸化膜厚が異
   なる事を特徴とする請求項１に記載の非線形抵抗素子。
3. 【請求項３】 絶縁物質上に形成される非線形抵抗素子
   に於いて、該第１金属がアルミニウムを主成分とする金
   属、及びタンタルを主成分とする金属を順次積層した構
   造を有することを特徴とする請求項１に記載の非線形抵
   抗素子。
4. 【請求項４】 絶縁物質上に形成される非線形抵抗素子
   に於いて、該積層金属の側面を覆う絶縁体の膜厚が、 酸化アルミニウム≧酸化タンタル の関係を満たしている事を特徴とする非線形抵抗素子。
5. 【請求項５】 絶縁基板上に形成される非線形素子の製
   造方法に於いて、少なくとも、 （１）アルミニウムを主成分とする金属、及びタンタル
   を主成分とする金属を順次積層した該第１金属を陽極酸
   化する工程と、 （２）上層のタンタルを主成分とする金属の陽極酸化膜
   をエッチングする工程と、 （３）更に、タンタルを主成分とする金属を陽極酸化す
   る工程を含むことを特徴とする非線形抵抗素子の製造方
   法。