JPH09146123A

JPH09146123A - ２端子非線形素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09146123A
Application number: JP29875095A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Fujikawa; 陽介藤川; Yoshihisa Ishimoto; 佳久石本; Toshiyuki Yoshimizu; 敏幸吉水
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-11-16
Filing date: 1995-11-16
Publication date: 1997-06-06
Also published as: US5859678A

Abstract

(57)【要約】【課題】２端子非線形素子を構成するＭＩＭ構造にお
いて、下部電極端部の近傍の絶縁体膜は、製造工程で生
じる静電気によって絶縁破壊され易い。このような絶縁
破壊は、表示画面上の点欠陥を招いて表示品位を低下さ
せ、液晶表示装置の製造歩留まりを低下させるので、２
端子非線形素子の耐圧を向上させて静電気による破壊を
低減する。【解決手段】ＭＩＭ構造を有する２端子非線形素子に
おいて、ＭＩＭ構造を構成する絶縁体膜を２回の陽極酸
化工程と１回の上部電極形成工程とによって形成して、
絶縁体膜のうちで絶縁破壊され易い下部電極端部に位置
する部分を厚膜化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置にて
使用される２端子非線形素子及びその製造方法に関し、
特に、金属−絶縁体−金属（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａ
ｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）の積層構造、いわゆるＭＩＭ構造
を有する２端子非線形素子、及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置は、低消費電力、薄
型、軽量などの特徴から、パーソナルコンピュータ、ワ
ードプロセッサ、オフィスオートメーション用の端末表
示装置、或いはテレビジョンなどの各種表示用途に使用
されてきている。その過程で、表示内容の大容量化や高
画質化が求められている。

【０００３】従来の液晶表示装置では、一般に、ＴＮ
（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）方式或いはＳＴＮ
（ＳｕｐｅｒＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）方式
の電圧平均化方法による単純マトリクス駆動が行われて
いる。しかし、この方式では、走査線の増加に伴ってコ
ントラスト比が十分に得られなくなるため、大容量表示
に適さない。

【０００４】そこで、表示画面を構成している個々の画
素にスイッチング素子を設けたアクティブ駆動方式が開
発されている。このアクティブ駆動方式におけるスイッ
チング素子としては、薄膜トランジスタや２端子非線形
素子が用いられるが、特に、構造が簡単で製造コストの
面で有利な２端子非線形素子を用いた液晶表示装置が有
望視されている。２端子非線形素子の中でも、金属−絶
縁体−金属（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔ
ａｌ）の積層構造であるＭＩＭ構造を有するＭＩＭ素子
は、実用化がなされている。

【０００５】このＭＩＭ素子は、素子に印加される入力
信号の電圧が小さい場合には高抵抗となり、一方、入力
信号の電圧が液晶を駆動させる上で十分に大きい場合に
は低抵抗となる、非線形の電流電圧特性を有している。
ＭＩＭ素子を形成した液晶表示装置では、このようなＭ
ＩＭ素子の非線形な電流電圧特性を、ＯＮ／ＯＦＦのス
イッチングに応用している。

【０００６】図１０は、従来のＭＩＭ素子を用いた液晶
表示装置５０の平面図である。

【０００７】図１０では、ＭＩＭ素子とＭＩＭ素子に接
続されている素子側端子１５とが設けられている基板
（以下、「素子側基板」と称する）２が紙面の奥側に描
かれ、対向側電極と対向側電極に接続されている対向側
端子１６とが設けられている基板（以下、「対向側基
板」と称する）３が紙面の手前側に描かれている。素子
側基板２と対向側基板３とは、シール材１７を介して貼
り合わされている。素子側基板２及び対向側基板３は、
典型的にはガラス基板である。

【０００８】この液晶表示装置５０は、典型的には４８
０ドット（Ｈ）×３２０ドット（Ｖ）のいわゆるＨ−Ｖ
ＧＡの画素配列を持ち、反射型でモノクロ表示を行う。

【０００９】図１１は、液晶表示装置５０の表示領域３
０における任意の位置Ａ（図１０参照）において、素子
側基板２に形成されている１つの画素部分を示す平面図
である。また、図１２は、同じく位置Ａにおいて、素子
側基板２に対向している対向側基板３の平面図である。
さらに図１３は、図１１の線Ｂ−Ｂ’における液晶表示
装置５０の断面図である。

【００１０】図１１に示されているように、それぞれの
画素は、素子側基板２の表面２ａの上に形成された画素
電極７と、信号配線５と、ＭＩＭ素子４と、から構成さ
れている。

【００１１】信号配線５は実際には複数本がお互いに平
行に配されており、それぞれが、素子側基板２の端部に
形成された素子側端子１５（図１０参照）に接続されて
いる。一方、図１２に示すように、対向側基板３の表面
３ａには、素子側基板２の上の信号配線５に直交する向
きにストライプ状に複数の対向側電極９が設けられてい
る。それぞれの対向側電極９は、対向側基板３の端部に
形成された対向側端子１６（図１０参照）に接続されて
いる。このような構成の画素を有する液晶表示装置５０
の駆動は、素子側端子１５と対向側端子１６との間に信
号波形を印加して行う。

【００１２】図１１に斜線部で示されているＭＩＭ素子
４は、図１３の断面図に示されているように、信号配線
５の張り出し部として形成されている下部電極５ａと、
下部電極５ａの上に形成された絶縁体膜８と、絶縁体膜
８を介して下部電極５ａに対向するように設けられてい
る上部電極６と、から構成された２端子非線形素子であ
る。

【００１３】ＭＩＭ素子４の形成にあたって、下部電極
５ａの材料としては、例えばタンタル（Ｔａ）が用いら
れ、上部電極６の材料としては、チタン（Ｔｉ）、アル
ミニウム（Ａｌ）或いはクロム（Ｃｒ）が用いられる。
さらに、絶縁体膜８の材料としては、例えば酸化タンタ
ル（ＴａＯｘ）が用いられる。

【００１４】図１３に示されるような断面構造を有する
ＭＩＭ素子４の製造工程を、図１４（ａ）〜（ｅ）を参
照して説明する。

【００１５】まず、素子側基板２となるガラス基板２の
表面２ａの上に、タンタル（Ｔａ）薄膜をスパッタリン
グ法によって形成する。さらに、形成されたＴａ薄膜を
フォトリソグラフィ法によって所定の形状にパターニン
グして、信号配線５及び下部電極５ａを形成する。図１
４（ａ）には、素子側基板２の表面２ａの上に形成され
た下部電極５ａを示している。

【００１６】次に、例えば陽極酸化法によって、パター
ニングされたＴａ薄膜からなる信号配線５及び下部電極
５ａの上に、酸化タンタル（ＴａＯｘ）からなる絶縁体
膜８を形成する（図１４（ｂ）参照）。

【００１７】次に、上部電極６を形成するため、例えば
チタン（Ｔｉ）薄膜６ａを、基板２の上に下部電極５ａ
や絶縁体膜８を覆うように形成する。さらに、形成され
るべき上部電極６の形状のパターンに対応したレジスト
材（感光性樹脂層）１８を、Ｔｉ薄膜６ａの上に塗布・
露光・現像する（図１４（ｃ）参照）。

【００１８】その後に、エッチングを行って、Ｔｉ薄膜
６ａのうちでレジスト材１８で覆われていない部分を除
去し、さらにレジスト材１８も除去して、所定の形状の
上部電極６を得る（図１４（ｄ）参照）。

【００１９】さらに、透明導電材料、例えばＩＴＯ（Ｉ
ｎｄｉｕｍＴｉｎ０ｘｉｄｅ）の薄膜（不図示）
を、上部電極６を覆うように素子側基板２の上に形成す
る。その後に、フォトリソグラフィ法によってＩＴＯ膜
を所定の形状にパターニングして、画素電極７を形成す
る（図１４（ｅ）参照）。画素電極７が、上部電極６に
接続されている。

【００２０】以上の工程によって、下部電極５ａと上部
電極６とが絶縁体膜８を介して積層して対向している構
造を有するＭＩＭ素子４が形成される。

【００２１】以上に説明した工程においては、ＭＩＭ素
子４の各構成要素を所定の形状にパターニングするため
に必要なフォトマスクは、Ｔａ薄膜をパターニングして
下部電極５ａを形成するために使用するフォトマスク、
Ｔｉ薄膜６ａをパターニングして上部電極６を形成する
ために使用するフォトマスク、及び、ＩＴＯ膜をパター
ニングして画素電極７を形成するために使用するフォト
マスク、の３種類である。

【００２２】次に、再び図１３を参照すると、以上の一
連の工程によって各表示画素に対応してＭＩＭ素子４が
設けられたガラス基板（素子側基板）２に対して、ポリ
イミド膜などの配向膜１０の形成及びラビング処理が行
われる。また、対向側電極９が形成されている対向側基
板３に関しても、同様に配向膜１１を形成した上で、素
子側基板２のラビング方向と例えば９０゜ねじった方向
にラビング処理が行われる。これらの配向膜１０及び１
１の形成ならびにそのラビング処理は、後から両基板２
及び３の間隙に封入される液晶分子１４の配向制御のた
めに行われるものである。

【００２３】その後、素子側基板２及び対向側基板３
を、それぞれの上に形成された配向膜１０及び１１が対
向するように向かい合わせて、お互いの間に約１０μｍ
前後の間隔を保持するようにシール材１７（図１０参
照）を介して貼り合わせる。さらに、素子側基板２及び
対向側基板３の間の間隙に液晶１４を注入・封止して、
液晶セルを構成する。そして、このようにして形成され
た液晶セルの外側表面、すなわち素子側基板２及び対向
側基板３の配向膜１０及び１１が形成されている面２ａ
及び３ａとは逆の表面に、偏光板１２及び１３を、それ
ぞれの偏光軸をお互いに９０゜ずらした状態で配置す
る。これによって、各表示画素に対応してＭＩＭ素子４
が設けられている液晶表示装置５０が構成される。

【００２４】以上で説明した液晶表示装置５０は反射型
であるので、素子側基板２に配置される偏光板１２は反
射板付きのものを用いている。或いは、透過型の偏光板
を貼り付けるとともにバックライトを使用することによ
り、透過型の液晶表示装置が得られる。もちろん、対向
側基板３にマイクロカラーフィルタを形成すれば、カラ
ー表示を行うことも可能である。

【００２５】上述の従来の反射型液晶表示装置５０は、
外部からの入射光を反射させて表示を行う。従って、バ
ックライトが不要で消費電力が低く、かつ薄型及び軽量
化が可能であるので、例えば携帯情報端末のディスプレ
イとして、その実用化及び商品化が期待されている。こ
の種のディスプレイを実現するにあたっては、特に、高
解像度且つ大容量で、さらにぺーパーホワイトと呼ばれ
る明るい表示が可能な反射型の液晶表示装置が適してい
る。

【００２６】しかし、反射型液晶表示装置では、入射光
が偏光板で吸収されてしまうために、通常は反射率が５
０％以下となる。そのために、十分な明るさが得られて
いるとは言えない。

【００２７】このような問題に対しては、偏光板を用い
ずに全ての入射光を有効に利用する表示モードの液晶表
示装置が提案されており、その一例としては、例えば相
転移型ゲスト・ホスト方式が挙げられる。

【００２８】図１５は、相転移型ゲスト・ホスト方式の
液晶表示装置７０を構成する素子側基板２の平面図であ
り、図１６は、同じく相転移型ゲスト・ホスト方式の液
晶表示装置７０を構成する対向側基板３の平面図であ
る。さらに、図１７は、図１５の線Ｃ−Ｃ’における液
晶表示装置７０の断面図である。

【００２９】この液晶表示装置７０は、Ｈ−ＶＧＡの画
素配列を有する。その平面図は、基本的に先に図１０に
示した液晶表示装置５０と同様であるので、その説明は
ここでは省略する。また、液晶表示装置７０の構成要素
において、先に図１０〜１４に示した液晶表示装置５０
の構造に含まれる構成要素に対応するものには同じ参照
番号を付しており、その詳細な説明はここでは省略す
る。

【００３０】液晶表示装置７０の構成では、マルチカラ
ー表示を行わせるため、図１７に示されているように、
各表示画素に対応して対向側基板３の表面に、シアンフ
ィルタ２２ａ及びレッドフィルタ２２ｂからなるマイク
ロカラーフィルタ２２が設けられている。従って、素子
側瑞子１５は表示画素数の２倍の数を必要とする。具体
的には、４８０ドットの２倍の９６０本の素子側端子１
５を設けている。

【００３１】さらに、この液晶表示装置７０では、画素
電極７が反射板の機能を兼ねている。すなわち、液晶表
示装置７０では、従来は液晶セルの外側表面に形成され
ていた反射板を、液晶セルの内部に形成している。この
ように、反射板の役割を兼ねる画素電極７の構成材料と
しては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を用いることが
できる。

【００３２】先に説明した液晶表示装置５０の場合とは
異なって、この液晶表示装置７０における画素電極７
は、有機絶縁層２３を介してその上に設けられている。
図１７に示すように、有機絶縁層２３のうちで画素電極
７の形成箇所に相当する部分の表面には、凹凸が設けら
れている（図１５では、実線で示された大小の円として
凹凸の存在状態を示している）。この結果、画素電極７
も、対応する凹凸形状を有するように形成される。この
凹凸は輝度及びコントラストを向上させる目的で設けら
れるものであって、画素電極７は、高反射率を有する拡
散反射面となっている。なお、ＭＩＭ素子の上部電極６
と画素電極７との間の電気的接続は、有機絶縁層２３に
設けたコンタクトホール１９を通じて行う。

【００３３】液晶表示装置７０では、図１７に示すよう
に、素子側基板２と対向側基板３との間の間隙には、２
色性色素分子２１と液晶分子２０とを含んだゲストホス
ト液晶層４０が封入されている。表示のＯＮ／ＯＦＦ
は、素子側基板２の上に設けられた画素電極７と対向側
基板３の上に設けられた対向側電極９との間に電圧を印
加して、ゲストホスト液晶層４０に含まれた２色性色素
分子２１及び液晶分子２０の配向状態を制御することに
よって行う。

【００３４】すなわち、２色性色素分子２１は、液晶分
子２０に沿って配向する性質を有している。従って、電
圧印加時には、液晶分子２０及び２色性色素分子２１が
基板２及び３の表面に対してほぼ垂直方向に配列する。
この結果、対向側基板３の側から入射した光は、２色性
色素分子２１に吸収されずにゲストホスト液晶層４０を
通過する。そして、反射板を兼ねた画素電極７で反射し
た光は再度液晶層４０を通過して、対向側基板３の側か
ら出射する。一方、電圧を印加していないときには、基
板２及び３の間隙に封入された液晶層４０では、液晶分
子２０及び２色性色素分子２１が不規則に配列している
ので、入射した光は２色性色素分子２１に吸収されて遮
断される。

【００３５】このようにして、入射光の反射による明る
い表示（白表示）と、入射光の遮断による暗い表示（黒
表示）とが行われる。この表示方法は偏光板を用いない
表示モードであるので、明るい表示画面が得られる。

【００３６】

【発明が解決しようとする課題】ＭＩＭ素子４を構成す
る絶縁体膜８の厚さは、典型的には５００〜７００Å程
度と薄い。そのために電気的耐圧が低く、製造工程で生
じる静電気によって容易に絶縁破壊され得る。このよう
な絶縁破壊が生じると、ＭＩＭ素子４の上部電極６及び
下部電極５ａが短絡して、ＭＩＭ素子４がスイッチング
素子として機能しなくなる。そのような機能不良を起こ
したＭＩＭ素子４に対応する画素は、画面の上に点欠陥
として現れ、表示品位が低下する。そのような欠陥が頻
繁に発生すると、液晶表示装置を製造する上での歩留ま
りが悪化する。

【００３７】特に、携帯情報端末などに使用される液晶
表示装置としては高解像度且つ大容量表示のものが必要
とされるため、形成すべきＭＩＭ素子の数は、画素数の
増加に対応して必然的に増加する。

【００３８】加えて、カラー表示を行う場合には、モノ
クロ表示の画素配列数と同じ数の画素による表示であっ
ても、マイクロカラーフィルタの配置に対応して、形成
すべきＭＩＭ素子の数はさらに増加する。特に、カラー
表示を行う場合にはマイクロカラーフィルタを形成して
いるので、点欠陥部分は着色して見える。その結果、点
欠陥がより目立って視認されて、表示画像の品質が低下
する。従って、点欠陥の抑制は重要な課題である。

【００３９】以上のような点欠陥の原因となる静電気対
策として、製造工程中の湿度管理の徹底、作業者へのア
ースの設置、或いはイオンシャワー設備の設置など、液
晶表示装置の製造工程における環境制御が様々に行われ
ている。しかし、静電気の発生に起因するＭＩＭ素子の
絶縁破壊を完全に防止することはできていない。

【００４０】そこで、ＭＩＭ素子の耐圧性そのものを改
善する試みも検討されている。

【００４１】従来構造のＭＩＭ素子では、ＭＩＭ構造を
構成する絶縁体膜のうちで、下部電極の平坦部に対応す
る部分だけではなく、必然的に、下部電極の端部に位置
する部分も素子を形成するために使用される。しかし、
一般にＭＩＭ素子では、絶縁体膜のうちで下部電極の端
部に位置する箇所には、電界が集中し易い。或いは、絶
縁体膜の形成時に、十分に良好なステップカバレッジ性
が得られにくいことから、絶縁体膜は、下部電極の端部
を良好に覆えないことがある。これらの原因から、下部
電極の端部では、絶縁体膜の絶縁破壊が引き起こされ易
い。その結果、必然的に、ＭＩＭ素子の絶縁破壊が引き
起こされ易くなる。

【００４２】そこで、上記のように絶縁破壊され易い下
部電極の端部の絶縁体膜を、さらに絶縁性を有する中間
絶縁層で覆うことがある。これは、絶縁体膜のうちで下
部電極の平坦部の上に存在する箇所のみをＭＩＭ素子の
構成に使用することによって、ＭＩＭ素子の絶縁破壊の
可能性を低減するものである。このような構造のＭＩＭ
素子は、例えば、持開平１−２７００２７号公報、特開
平１−２８３５２４号公報、或いは特開平３−２９６０
２４号公報に開示されている。これらの公報に開示され
ているＭＩＭ素子はいずれも、下部電極を形成する工
程、絶縁体膜を形成する工程、中間絶縁層を形成する工
程、及び上部電極を形成する工程を経て形成される。た
だし、絶縁体膜を形成する工程に先立って、中間絶縁層
を形成する工程が行われることもある。

【００４３】絶縁体膜及び中間絶縁層は、同一材料で形
成される場合とお互いに異なった材料で形成される場合
とがある。しかし、絶縁体膜と中間絶縁層とを異なる材
料で形成すると、中間絶縁層から絶縁体膜へ不純物が侵
入して、ＭＩＭ素子の劣化が生じることがある。

【００４４】さらに、素子機能膜である絶縁体膜を中間
絶縁層とは異なる材料、或いは異なるプロセスで形成す
ると、中間絶縁層と下地膜との密着性が不足して、中間
絶縁層が剥離することがある。例えば、Ｔａ膜から形成
されている下部電極の端部に中間絶縁層としてＳｉＯ₂
膜を成膜した後に、素子機能膜となる絶縁体膜を下部電
極の中央の平坦部に陽極酸化により形成する場合、先に
成膜及びパターニングして形成したＳｉＯ₂膜による中
間絶縁層が部分的に剥がれて消失し、保護膜となる中間
絶縁層の形成が困難になる場合がある。

【００４５】よって、中間絶縁膜は、素子機能膜である
絶縁体膜の形成後に形成することが望ましく、さらに、
絶縁体膜及び中間絶縁層は、同一の材料で形成されるこ
とが望ましい。

【００４６】しかし、以上のような一連のプロセスの実
施にあたっては、素子機能膜となる絶縁体膜を成膜した
後に中間絶縁層を形成するプロセスの成膜温度が高い
と、すでに形成されている絶縁体膜の特性に悪影響を与
えることがあり、その結果として、形成されるＭＩＭ素
子の特性が劣化して不具合が生じる。すなわち、酸化物
や窒化物などからなる中間絶縁層は、一般にプラズマＣ
ＶＤ法や反応性スパッタ法などの薄膜形成方法によって
形成される。しかし、これらの成膜方法は、通常は３０
０℃前後の比較的高温での処理が関与する熱プロセスで
あるため、既に形成されている絶縁体膜の特性が劣化し
てＭＩＭ素子の特性に悪影響を及ぼし、素子特性の異常
を引き起こすことがある。

【００４７】図１８は、そのような熱プロセスの実施に
ともなう２端子非線形素子の素子特性の熱劣化の一例を
示すグラフであり、２端子非線形素子の電圧−電流特性
に対する、上部電極の形成を含んだ後工程において実施
されるベーキング処理のベーク温度の影響を示したもの
である。具体的には、図１８は、その一例として、上部
電極形成後に異なった温度でベーキング処理を行った場
合の素子の熱劣化の様子を示している。

【００４８】一般に、２端子非線形素子の電圧−電流特
性は、下記（１）式に示されるＰｏｏｌｅ−Ｆｒｅｎｋ
ｅｌ電流に従う。

【００４９】ｌｎ（Ｉ／Ｖ）＝ｌｎＡ＋Ｂ√（Ｖ）（１）この式において、Ｉは電流であり、Ｖは電圧である。ま
た、係数ＡはＭＩＭ素子の電気伝導度を示し、係数Ａの
値が大きい程、ＭＩＭ素子の抵抗が小さくなる。一方、
係数Ｂは、ＭＩＭ素子の抵抗の非線形性を示す。係数Ｂ
の値が大きい程、電圧−電流特性におけるしきい値付近
の急峻性が大きく取れるので、液晶表示装置の高コント
ラスト化が可能となる。即ち、素子特性としては、係数
Ｂが大きく急峻であることが求められている。

【００５０】しかし、図１８に図示しているように、Ｍ
ＩＭ素子の形成後にベーキング処理を行うと係数Ｂが小
さくなり、さらにベーキング処理温度が高いほど、係数
Ｂは小さくなる。このような係数Ｂの値の減少は、ＭＩ
Ｍ素子の特性上は好ましくない。

【００５１】従って、中間絶縁層の形成は、できるだけ
低温プロセスであることが望ましい。さらに、耐熱性に
劣るプラスチック基板の使用可能性の点からも、上記の
中間絶縁層の形成が低温プロセスであることが必要であ
る。

【００５２】本発明は上記課題を解決するために行われ
たものであり、その目的は、（１）液晶表示装置に含ま
れる２端子非線形素子において、ＭＩＭ構造を構成する
絶縁体膜のうちで下部電極端部以外の平坦部に相当する
領域を用いたＭＩＭ構造の形成が低温プロセスによって
実現され、素子特性の劣化を招かずに、素子欠陥の発生
が抑制された２端子非線形素子を提供すること、ならび
に（２）上記のような特徴を有する２端子非線形素子の
製造方法をを提供すること、にある。

【００５３】

【課題を解決するための手段】本発明の２端子非線形素
子は、お互いに対向して配置されていてその間隙に液晶
が封入されている一対の基板と、該一対の基板の少なく
とも一方の基板において他方の基板に対向する面の上に
マトリクス状に設けられている複数の画素電極と、を備
えている液晶表示装置に含まれていて、該複数の画素電
極にそれぞれ接続されて該画素電極を駆動する２端子非
線形素子であって、該２端子非線形素子は、該基板の上
に設けられている信号配線に接続されている下部電極
と、該下部電極の表面に形成されている絶縁体膜と、該
絶縁体膜を介して該下部電極に対向するように形成され
ていて該画素電極に接続されている上部電極と、を備え
ていて、該絶縁体膜は、該上部電極と該下部電極とに挟
まれている第１の部分と、該上部電極の周囲に相当する
領域に存在して該第１の部分に比べて厚さが厚い第２の
部分と、を含んでいて、該絶縁体膜の該第１の部分及び
該第２の部分が、陽極酸化によって形成された同一の金
属酸化物膜であり、そのことによって、上記目的が達成
される。

【００５４】ある実施形態では、前記下部電極と前記信
号配線とが一体化していて、前記２端子非線形素子は該
信号配線の直上に形成されている。

【００５５】他の実施形態では、前記第１の部分及び前
記第２の部分を含む前記絶縁体膜が複数回の陽極酸化工
程によって形成されている。

【００５６】本発明の２端子非線形素子の製造方法は、
下部電極と、該下部電極を覆うように設けられた絶縁体
膜と、該絶縁体膜を介して該下部電極に対向するように
設けられた上部電極と、を備える２端子非線形素子の製
造方法であって、該方法は、該下部電極を構成する第１
の導電体膜を基板上に形成する工程と、陽極酸化を行
い、該第１の導電体膜のうちで少なくとも該下部電極に
相当する部分の表面に該絶縁体膜を形成する、第１の陽
極酸化工程と、該上部電極を構成する第２の導電体膜を
該絶縁体膜の上に形成する工程と、該第２の導電体膜の
上に該上部電極のパターンに対応したパターンを有する
感光性樹脂層を設け、該感光性樹脂層を用いて該第２の
導電体膜を所定の形状にパターニングして、該下部電極
に対向する位置の該絶縁体膜の上に該上部電極を形成す
る工程と、該上部電極の上に残存している該感光性樹脂
層のパターンを用いて陽極酸化を行い、該上部電極の周
囲に相当する領域の該絶縁体膜の厚さを、該上部電極と
該下部電極とに挟まれている部分の該絶縁体膜の厚さよ
りも厚くする、第２の陽極酸化工程と、該感光性樹脂層
を除去する工程と、を包含しており、そのことによっ
て、上記目的が達成される。

【００５７】以下本発明の作用について説明する。

【００５８】本発明によれば、下部電極−絶縁体膜−上
部電極というＭＩＭ構造を有する２端子非線形素子（Ｍ
ＩＭ素子）において、２回の陽極酸化工程と１回の上部
電極形成工程とによって、一般的には絶縁破壊され易い
下部電極端部に位置する絶縁体膜を厚膜化する。これに
よって、下部電極端部に相当する箇所の絶縁体膜の絶縁
破壊を抑制して、ＭＩＭ構造を含む２端子非線形素子の
静電気に対する耐圧を向上することができる。従って、
液晶表示装置の製造中に発生する静電気による２端子非
線形素子の絶縁破壊に起因する点欠陥を低減できる。

【００５９】さらに、上記構造を有するＭＩＭ素子の形
成にあたって、素子特性の劣化の原因となる高温プロセ
スが行われないので、ＭＩＭ素子の特性劣化による表示
品位の悪化、すなわち液晶表示装置の歩留まりの低下を
引き起こさずに、点欠陥の低減を実現できる。

【００６０】さらに、本発明によれば、２端子非線形素
子に含まれるＭＩＭ構造を構成する絶縁体膜のうちで、
下部電極端部に位置して上記のように厚膜化された部分
は、ＭＩＭ素子の形成のために使用していない。そのた
め、下部電極の線幅はＭＩＭ素子の容量を設計する上で
の主要な制約条件にはならず、単に、上部電極の面積よ
り大きな値に設定すれば良い。よって、意図的に下部電
極を信号配線から分岐させて形成する必要は必ずしも無
く、信号配線の表面の一部をそのまま下部電極として使
用して、信号配線の直上にＭＩＭ素子を形成することが
できる。

【００６１】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下に、図１〜図５を参照して、
本発明の第１の実施形態に係わる２端子非線形素子を含
む液晶表示装置１００を説明する。

【００６２】液晶表示装置１００は、Ｈ−ＶＧＡの画素
配列を有し、シアンフィルタ及びレッドフィルタからな
るマイクロカラーフィルタが設けられてマルチカラ一表
示を行う相転移型ゲストホスト方式の液晶表示装置であ
る。

【００６３】図１は、液晶表示装置１００の表示領域内
の任意の位置において、素子側基板２に形成されている
１つの画素部分を示す平面図であり、図２は、同じ位置
において、素子側基板２に対向している対向側基板３の
平面図である。さらに図３は、図１の線Ｄ−Ｄ’におけ
る液晶表示装置１００の断面図である。なお、液晶表示
装置１００の平面図は、先に図１０として示した従来の
液晶表示装置の平面図とと基本的に同じになるので、こ
こでは省略する。また、液晶表示装置１００の構成要素
において、先に説明した従来の液晶表示装置５０または
７０に含まれる構成要素に対応するものには、同じ参照
番号を付している。

【００６４】なお、後述するように、液晶表示装置１０
０は、図１５を参照して説明した従来の液晶表示装置７
０の場合と同様に、反射板を兼ねる画素電極７、コンタ
クトホール１９、ならびに画素電極７の下に設けられて
いて画素電極７に対応する箇所に凹凸が設けられている
有機絶縁層２３を備えているが、図１の平面図では簡略
化のために、これらの構成要素、或いは有機絶縁層２３
の凹凸の様子などは省略している。

【００６５】図１に示されているように、液晶表示装置
１００に含まれるそれぞれの画素は、素子側基板２の表
面２ａの上に形成された画素電極７と、信号配線５と、
ＭＩＭ素子３４と、から構成されている。信号配線５は
実際には複数本がお互いに平行に配されており、それぞ
れが、素子側基板２の端部に形成された素子側端子（不
図示）に接続されている。

【００６６】一方、対向側基板３の表面３ａには、カラ
ー表示を行うために各画素に対応して、シアンフィルタ
２２ａ及びレッドフィルタ２２ｂからなるマイクロカラ
ーフィルタ２２が設けられている。さらに、マイクロカ
ラーフィルタ２２の上には、図２及び図３に示すよう
に、素子側基板２の上の信号配線５に直交する向きにス
トライプ状に複数の対向側電極９が設けられている。そ
れぞれの対向側電極９は、対向側基板３の端部に形成さ
れた対向側端子（不図示）に接続されている。なお、こ
のようなマイクロカラーフィルタ２２の配置にともなっ
て、素子側瑞子は表示画素数の２倍の数を必要とする。
具体的には、４８０ドットの２倍の９６０本の素子側端
子１５が設けられる。

【００６７】このような構成の画素を有する液晶表示装
置１００の駆動は、素子側端子と対向側端子との間に信
号波形を印加して行う。

【００６８】図１に斜線部で示されているＭＩＭ素子３
４は、図３の断面図に示されているように、信号配線５
の張り出し部として形成されている下部電極５ａと、下
部電極５ａの上に形成された絶縁体膜３８と、絶縁体膜
３８を介して下部電極５ａに対向するように設けられて
いる上部電極６と、から構成された２端子非線形素子で
ある。

【００６９】ＭＩＭ素子３４の形成にあたって、下部電
極５ａの材料としては、例えばタンタル（Ｔａ）が用い
られ、上部電極６の材料としては、チタン（Ｔｉ）、ア
ルミニウム（Ａｌ）或いはクロム（Ｃｒ）が用いられ
る。さらに、絶縁体膜３８の材料としては、例えば酸化
タンタル（ＴａＯｘ）が用いられる。

【００７０】なお、上部電極６の構成材料は、その形成
時に行うパターニングの際のエッチング液が、信号配線
５、下部電極５ａ、及び陽極酸化膜に悪影響を及ぼさな
いようなものであればよい。

【００７１】信号配線５及び下部電極５ａの材料として
タンタル（Ｔａ）を用いる場合、タンタル（Ｔａ）をパ
ターニングできるエッチング液は限られており、従っ
て、上部電極６をパターニングするエッチング液によっ
てタンタルのパターンが侵されることはほとんどない。
そのため、タンタル（Ｔａ）を、信号配線５及び下部電
極５ａの構成材料として使用することが多い。この場
合、エッチング液の選択性の観点から考えた場合には上
部電極６の構成材料の選択幅は広いことになるが、素子
の電圧−電流特性における対称性を確保する必要がある
ため、下部電極５ａの構成材料としてタンタル（Ｔａ）
を用いる場合には、上部電極６の構成材料としてはチタ
ン（Ｔｉ）或いはクロム（Ｃｒ）を用いることが多い。

【００７２】後述する一連の工程によって、各表示画素
に対応して上記のような構造を有するＭＩＭ素子３４が
設けられたガラス基板（素子側基板）２に対しては、ポ
リイミド膜などの配向膜１０の形成及びラビング処理が
行われる。また、対向側電極９が形成されている対向側
基板３に関しても、同様に配向膜１１を形成した上で、
素子側基板２のラビング方向と例えば１８０゜ねじった
方向にラビング処理が行われる。これらの配向膜１０及
び１１の形成ならびにそのラビング処理は、後から両基
板２及び３の間隙に封入される液晶分子２０の配向制御
のために行われるものである。

【００７３】素子側基板２及び対向側基板３は、それぞ
れの上に形成された配向膜１０及び１１が対向するよう
に向かい合わされ、お互いの間に１０μｍ前後の間隔を
保持するようにシール材を介して貼り合わされる。さら
に、素子側基板２及び対向側基板３の間の間隙にゲスト
ホスト液晶層４０が注入・封止されて、液晶セルが構成
される。

【００７４】さらに、この液晶表示装置１００では、画
素電極７が反射板の機能を兼ねている。このように、反
射板の役割を兼ねる画素電極７の構成材料としては、例
えば、アルミニウム（Ａｌ）を用いることができる。

【００７５】図３に示されているように、画素電極７
は、有機絶縁層２３を介してその上に設けられている。
有機絶縁層２３のうちで画素電極７の形成箇所に相当す
る部分の表面には、凹凸が設けられている。この結果、
画素電極７も、対応する凹凸形状を有するように形成さ
れる。この凹凸は輝度及びコントラストを向上させる目
的で設けられるものであって、画素電極７は、高反射率
を有する拡散反射面となっている。なお、ＭＩＭ素子３
４の上部電極６と画素電極７との間の電気的接続は、有
機絶縁層２３に設けたコンタクトホール１９を通じて行
う。

【００７６】液晶表示装置１００では、図３に示すよう
に、素子側基板２と対向側基板３との間の間隙には、２
色性色素分子２１及び液晶分子２０を含んだゲストホス
ト液晶層４０が封入されている。表示のＯＮ／ＯＦＦ
は、素子側基板２の上に設けられた画素電極７と対向側
基板３の上に設けられた対向側電極９との間に電圧を印
加して、ゲストホスト液晶層４０に含まれる２色性色素
分子２０及び液晶分子２０の配向状態を制御することに
よって行う。

【００７７】すなわち、２色性色素分子２１は、液晶分
子２０に沿って配向する性質を有している。従って、電
圧印加時には、液晶分子２０及び２色性色素分子２１が
基板２及び３の表面に対してほぼ垂直方向に配列する。
この結果、対向側基板３の側から入射した光は、２色性
色素分子２１に吸収されずにゲストホスト液晶層４０を
通過する。そして、反射板を兼ねた画素電極７で反射し
た光は再度ゲストホスト液晶層４０を通過して、対向側
基板３の側から出射する。一方、電圧を印加していない
ときには、基板２及び３の間隙には液晶分子２０及び２
色性色素分子２１が不規則に配列しているので、入射し
た光は２色性色素分子２１に吸収されて遮断される。

【００７８】このようにして、入射光の反射による明る
い表示（白表示）と、入射光の遮断による暗い表示（黒
表示）とが行われる。この表示方法は偏光板を用いない
表示モードであるので、明るい表示画面が得られる。

【００７９】本実施形態の液晶表示装置１００に含まれ
る液晶セルは、ＭＩＭ素子３４の静電容量と基板２及び
３の間に封入されているゲストホスト液晶層４０の静電
容量との比が、ほぼ１：１０になるように設計されてい
る。そのような構造を有するＭＩＭ素子３４の容量は、
絶縁体膜３８の厚みと上部電極６の寸法（面積）とによ
って決定されるので、前記の容量比を満たすように、典
型的には、絶縁体膜３８の厚さを６００Å、上部電極６
の寸法を４μｍ×７μｍとする。

【００８０】従来構造のＭＩＭ素子４では、ＭＩＭ構造
を構成する絶縁体膜８のうちで、下部電極５ａの中央平
坦部の上に位置する部分だけではなく、下部電極５ａの
端部に位置する部分の絶縁体膜８も、ＭＩＭ素子４の形
成に使用される。そのため、下部電極５ａの線幅と上部
電極６の線幅との積が、ＭＩＭ素子４の面積となる。従
って、下部電極５ａに相当する信号配線５の張り出し部
５ａの線幅が、ＭＩＭ素子４の容量に直接的に影響す
る。それに対して、図１に示す本実施形態の液晶表示装
置１００に含まれるＭＩＭ素子３４の構造では、絶縁体
膜３８のうちで下部電極５ａの端部に位置する部分３８
ｂを厚膜化することによって、この部分３８ｂはＭＩＭ
素子３４の形成のためには使用しない。従って、下部電
極５ａの線幅は、ＭＩＭ素子３４の容量を決める上での
制約条件にはならない。

【００８１】しかし、露光する際のステッパの精度上の
精度上の限界の影響で、下部電極５ａの上に絶縁体膜３
８ａを挟むように形成される上部電極６が、下部電極５
ａのパターンに対してある程度の位置ずれを有して形成
される可能性がある。そのような場合でも、上部電極６
が下部電極５ａに重なってパターニングされるように、
下部電極５ａを形成する信号配線５の張り出し部５ａの
線幅を広く設計することが好ましい。

【００８２】本実施形態では、上部電極６の寸法（４μ
ｍ）を考慮して、下部電極５ａとなる信号配線５の張り
出し部５ａの線幅を８μｍとしている。

【００８３】次に、液晶表示装置１００に含まれる本実
施形態のＭＩＭ素子３４の形成方法を、図４（ａ）〜
（ｇ）を参照して説明する。図４（ａ）〜（ｇ）は、図
１の線Ｅ−Ｅ’に相当する箇所における素子側基板２の
断面図である。

【００８４】まず、素子側基板２となるガラス基板２の
表面２ａの全面上に、下部電極の構成材料の薄膜、例え
ばタンタル（Ｔａ）薄膜をスパッタリング法によって形
成する。さらに、形成されたＴａ薄膜をフォトリソグラ
フィ法によって所定の形状にパターニングして、信号配
線５及び下部電極５ａを形成する。図４（ａ）には、素
子側基板２の表面２ａの上に形成された下部電極５ａを
示している。

【００８５】素子側基板２となるガラス基板としては、
例えば、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、或いはソーダ
ライムガラスなどからできた基板を用いることができ
る。具体的には、本実施形態で説明している例では、コ
ーニング社製＃７０５９のフュージョンパイレックスガ
ラスでできた基板を用いている。

【００８６】また、Ｔａ薄膜は、窒素を２〜１０ｍｏｌ
％含有するＴａＮの焼結体をターゲットとして使用し
て、スパッタリングガスとしてアルゴンを使用するＤＣ
スパッタリング法で形成する。このときのスパッタリン
グ条件は、典型的には、アルゴンのフローレートを１０
０ｓｃｃｍ、スパッタガス圧を０．４Ｐａ、ＤＣパワー
を２．６Ｗ／ｃｍ²とし、基板を温度１００℃で３分間
加熱する。また、基板の搬送速度は１００ｍｍ／分、基
板とターゲットとの間の距離は７７ｍｍとする。これに
よって、厚さ３０００ÅのＴａ薄膜が形成される。

【００８７】このＴａ薄膜の形成に先立って、ガラス基
板２の表面２ａに、五酸化タンタルなどの絶縁性を有す
るべ一スコート膜を形成しても良い。べ一スコート膜を
形成することによって、ガラス基板２からＴａ薄膜への
不純物の拡散による汚染が防止されて、良好な素子特性
が得られる。

【００８８】Ｔａ薄膜をパターニングするためのエッチ
ングは、例えば、ＣＦ₄とＯ₂とを用いたドライエッチン
グ法で行うことができる。これによって、信号配線５、
ならびに下部電極５ａとなる信号配線５の張り出し部５
ａを形成する。なお、信号配線５及び下部電極５ａの形
成と同時に、素子側端子、ならびに素子側端子と信号配
線５とを接続する配線をパターニングしてもよい。

【００８９】信号配線５及びその張り出し部（下部電
極）５ａのパターニングのために上記で用いているドラ
イエッチングは、一般に、仕上がりの寸法精度が良好で
ある。しかし、前述したように、本実施形態におけるＭ
ＩＭ素子３４の容量は、主として、陽極酸化によって形
成される絶縁体膜３８の厚さと上部電極６の面積とによ
って決定されるので、下部電極５ａの寸法精度はＭＩＭ
素子３４の容量値にそれほど大きな影響を及ぼさない。
従って、下部電極５ａのエッチング方法として上述のド
ライエッチングは必ずしも必要ではなく、他のエッチン
グ方法によって信号配線５及びその張り出し部（下部電
極）５ａを形成してもよい。例えば、沸硝酸などを用い
たウェットエッチングによって、Ｔａ薄膜のパターニン
グを行うことができる。

【００９０】次に、陽極酸化法によって、パターニング
されたＴａ薄膜からなる信号配線５及び下部電極５ａの
上に陽極酸化膜２８を形成する（図４（ｂ）参照）。こ
の場合の陽極酸化膜２８は、酸化タンタル（ＴａＯｘ）
膜である。

【００９１】図５（ａ）には、陽極酸化工程を行うため
の装置の設定の一例を示している。すなわち、下部電極
５ａなどがすでに形成されている素子側基板２と対向電
極板２４（例えば、白金板）とを電解液２５に浸漬し、
この状態で素子側基板２と対向電極板２４との間に所定
レベルの電圧Ｖ（「化成電圧」と称する）を印加して、
両者の間に電流Ｉ（「化成電流」と称する）を流す。こ
れによって、素子側電極２の表面に、陽極酸化膜を形成
する。

【００９２】このとき、陽極酸化過程の進展、すなわち
化成時間の経過と、印加すべき化成電圧Ｖの電圧レベ
ル、及びその結果として得られる化成電流Ｉの電流レベ
ルは、典型的には図５（ｂ）に示すような変化を示す。
すなわち、陽極酸化反応の初期は定電流化成処理期間で
あって、一定レベルＩｃの化成電流が流れて電流密度が
一定になるようにして、これによって化成処理（陽極酸
化）を行う。このとき、化成電圧Ｖは、典型的には、陽
極酸化膜の成長とともに、化成時間の経過に対して一定
の割合で線形に増加する。一方、化成電圧Ｖがある所定
の電圧レベルＶｃに達した後は定電圧化成処理期間であ
って、その所定の電圧レベルＶｃを保つようにして化成
処理（陽極酸化）を行う。

【００９３】本実施形態では、陽極酸化の際の電解液２
５として、例えば１％酒石酸アンモニウム溶液を用い
る。電解液２５の温度を２５℃、定電圧化成処理期間に
おける化成電圧Ｖの一定電圧レベルＶｃを３１Ｖ、定電
流化成処理期間における化成電流Ｉの一定電流レベルＩ
ｃに対応する電流密度を、陽極酸化される面積に対して
０．１８ｍＡ／ｃｍ²とする。この様な条件で陽極酸化
を行うことによって、厚さが６００Åの陽極酸化膜２８
を得ることができる。

【００９４】次に、スパッタリング法により、上部電極
６となる金属薄膜６ａ、例えばＴｉ薄膜６ａを、陽極酸
化膜２８を覆うように形成する。金属薄膜６ａの厚さ
は、例えば３０００Åとする。さらに、形成された金属
薄膜６ａの上に、レジスト材として機能する感光性樹脂
層１８を堆積して、形成すべき上部電極６のパターンに
対応したパターンが得られるように露光・現像する（図
４（ｃ）参照）。

【００９５】この後に、エッチングによって、金属薄膜
６ａのうちで感光性樹脂層１８のパターンで覆われてい
ない箇所を除去して、所期の形状を有する上部電極６を
形成する。具体的には、この上部電極６は、陽極酸化膜
２８を介して下部電極５ａに対向するように配置され
る。なお、レジスト材として機能する感光性樹脂層１８
は、このエッチング完了時には除去せずに、形成された
上部電極６の上にそのまま残存させておく（図４（ｄ）
参照）。

【００９６】このように、上部電極６のパターンの上に
レジスト材として機能する感光性樹脂層１８が残存して
いる状態で、２回目の陽極酸化を行う。このような状態
における陽極酸化では、上部電極６及びその上に残存し
ている感光性樹脂層（レジスト材）１８で覆われた部分
では陽極酸化反応が進展せず、１回目の反応によって形
成された陽極酸化膜２８の厚さの増加は起こらない。そ
の一方で、上部電極６などによって覆われておらず電解
液に接する部分では、１回目の反応によって形成された
陽極酸化膜２８の厚さが、陽極酸化反応によって増加す
る。この結果、このような２回目の陽極酸化のあとで得
られる絶縁体膜（陽極酸化膜）３８は、上部電極６の直
下で１回目の陽極酸化によって得られた厚さ（本実施形
態では６００Å）が保たれる部分３８ａと、その周囲で
厚膜化された部分３８ｂとを含むようになる。

【００９７】陽極酸化によって形成される絶縁体膜（陽
極酸化膜）の厚さは、印加される化成電圧Ｖの電圧レベ
ルに比例する。したがって、上述の２回目の陽極酸化工
程の定電圧化成処理期間における化成電圧Ｖの電圧レベ
ルＶｃは、１回目の陽極酸化工程における値よりも高く
設定する必要がある。具体的には、本実施形態では、２
回目の陽極酸化工程ではＶｃを１６０Ｖとし、最終的に
得られる絶縁体膜３８のうちで下部電極５ａの端部に位
置する部分３８ｂの厚さを、３０００Åまで厚膜化す
る。

【００９８】一般に、陽極酸化反応の最中には、発生す
るジュール熱によって処理対象になっている基板の温度
が上昇するが、電解液２５を撹拌するなどの適切な処置
を行えば、十分に低温で処理できる。従って、ＭＩＭ素
子３４の劣化の原因となるような高温でのプロセスでな
く、低温プロセスによって、下部電極５ａの端部に位置
する絶縁体部分３８ｂの厚さを厚くすることができる。

【００９９】この後に、上部電極６の上に残存している
感光性樹脂層（レジスト材）１８を除去する。これによ
って、図４（ｆ）に示されるような、下部電極５ａ、絶
縁体膜３８の一部３８ａ、及び上部電極６から構成され
たＭＩＭ構造を有する２端子非線形素子（ＭＩＭ素子）
３４が形成される。

【０１００】本実施形態の液晶表示装置１００において
は、反射板が液晶セルの内部に形成される。そこで、上
記のようにしてＭＩＭ素子３４を形成した後に、反射板
を兼ねる画素電極７とＭＩＭ素子３４の上部電極６とを
接続するための金属薄膜２６、例えばＴｉ薄膜２６を、
所定の形状にパターニングして形成する。さらに、拡散
反射面とするために凹凸を形成した有機絶縁層２３を形
成して、その一部にコンタクトホールとなる穴を設け
る。その後に、図４（ｇ）に示すように、有機絶縁層２
３の上面に画素電極７を、例えばＡｌの薄膜によって形
成する。

【０１０１】以上のようにして、ＭＩＭ素子３４、及び
反射板を兼ねる画素電極７が形成された素子側基板２に
対して、配向膜の形成処理及びラビング処理を行う。ま
た、対向側基板３に対しても、同様に配向膜の形成処理
及びラビング処理を行う。その後に、素子側基板２及び
対向側基板３をシール材を挟んで貼り合わせて、液晶セ
ルを形成する。さらに、シール材の一部に設けられた注
入口から、そのようにして張り合わせられた基板２及び
３の間隙に２色性色素分子２１及び液晶分子２０を注入
して、封止する。これによって、液晶表示装置１００を
構成する液晶セルが形成される。

【０１０２】（第２の実施形態）以下に、図６〜図９を
参照して、本発明の第２の実施形態に係わる２端子非線
形素子を含む液晶表示装置２００を説明する。

【０１０３】先に説明した第１の実施形態では、形成さ
れるＭＩＭ素子３４の下部電極５ａを信号配線５からの
張り出し部分として形成しているが、本実施形態では、
信号配線５の一部を下部電極として利用することによっ
て、信号配線５の直上にＭＩＭ素子を形成する。

【０１０４】第１の実施形態の場合のように、ＭＩＭ素
子の構造において、信号配線の張り出し部として下部電
極を形成するのは、主として以下の理由に因る。

【０１０５】通常、信号配線の抵抗が大きくなると、駆
動信号波形の遅延時間が大きくなる。このような信号波
形の遅延時間の増加は、液晶表示装置の動作特性上、好
ましくない。そのため、信号配線の抵抗を下げるため
に、信号配線の幅を広くする必要が生じ、典型的には数
１０μｍとされる。一方で、ＭＩＭ素子及び液晶層の間
の容量比を適切な値に設定するという観点からは、下部
電極の線幅は、数μｍであることが要求される。従っ
て、上述のような信号波形の遅延を回避するために大き
く設定されている信号配線の幅のままでは、素子の下部
電極の線幅として大きすぎる。このため、両者の特性を
何れも満足するために、下部電極を信号配線から分岐さ
せて形成する必要がある。

【０１０６】しかしながら、本発明に係わるＭＩＭ素子
の構造では、下部電極端部はＭＩＭ素子の形成のために
使用していない。これより、前述したように、下部電極
の線幅は素子容量を設計する上での主要な制約条件には
ならず、単に、上部電極の面積より大きな値に設定すれ
ば良い。

【０１０７】よって、意図的に下部電極を信号配線から
分岐させて形成する必要は必ずしも無く、信号配線の表
面の一部をそのまま下部電極として使用して、信号配線
の直上にＭＩＭ素子を形成してもよい。この場合には、
下部電極を形成するためのスペースを画素電極の一部を
欠いて設ける必要が無くなるので、開口率が大きくな
り、画面が明るくなる。

【０１０８】特に、携帯情報端末に用いられるような液
晶表示装置では、モノクロ表示であってもドットピッチ
の小さい高精細表示が求められるので、開口率の低下が
抑えられる本実施形態のような素子構造は、効果的であ
る。

【０１０９】図６は、本実施形態に係わる液晶表示装置
２００の表示領域内の任意の位置において、素子側基板
２に形成されている１つの画素部分を示す平面図であ
り、図７は、同じ位置において、素子側基板２に対向し
ている対向側基板３の平面図である。さらに図８は、図
６の線Ｆ−Ｆ’における液晶表示装置２００の断面図で
ある。

【０１１０】本実施形態における液晶表示装置２００
は、ＴＮ方式の光学系を用いたＨ−ＶＧＡの画素配列を
持つモノクロ表示を行う。その平面図は、先に図１０と
して示した従来の液晶表示装置の平面図と基本的に同じ
になるので、ここでは省略する。また、液晶表示装置２
００の構成要素において、これまでに説明した液晶表示
装置に含まれる構成要素に対応するものには、同じ参照
番号を付している。

【０１１１】図７に示されているように、液晶表示装置
２００に含まれるそれぞれの画素は、素子側基板２の表
面２ａの上に形成された画素電極７と、信号配線５と、
ＭＩＭ素子４４と、から構成されている。信号配線５は
実際には複数本がお互いに平行に配されており、それぞ
れが、素子側基板２の端部に形成された素子側端子（不
図示）に接続されている。

【０１１２】一方、対向側基板３の表面３ａには、図７
及び図８に示すように、素子側基板２の上の信号配線５
に直交する向きにストライプ状に複数の対向側電極９が
設けられている。それぞれの対向側電極９は、対向側基
板３の端部に形成されている対向側端子（不図示）に接
続されている。

【０１１３】このような構成の画素を有する液晶表示装
置２００の駆動は、素子側端子と対向側端子との間に信
号波形を印加して行う。

【０１１４】図６に斜線部で示されているＭＩＭ素子４
４は、図８の断面図に示されているように信号配線５の
一部を下部電極として使用しており、下部電極に相当す
る信号配線５の上に形成された絶縁体膜３８と、絶縁体
膜３８を介して下部電極（信号配線）５に対向するよう
に設けられている上部電極６と、から構成された２端子
非線形素子である。このような構造では、下部電極を信
号配線から分岐させて配置している構造とは異なって、
下部電極のために画素電極のスぺ一スを割く必要は無
く、開口率が向上する。

【０１１５】ＭＩＭ素子４４の形成にあたって、信号配
線５の材料としては、例えばタンタル（Ｔａ）が用いら
れ、上部電極６の材料としては、チタン（Ｔｉ）、アル
ミニウム（Ａｌ）或いはクロム（Ｃｒ）が用いられる。
さらに、絶縁体膜３８の材料としては、例えば酸化タン
タル（ＴａＯｘ）が用いられる。

【０１１６】後述する一連の工程によって、各表示画素
に対応して上記のような構造を有するＭＩＭ素子４４が
設けられたガラス基板（素子側基板）２に対しては、ポ
リイミド膜などの配向膜１０の形成及びラビング処理が
行われる。また、対向側電極９が形成されている対向側
基板３に関しても、同様に配向膜１１を形成した上で、
素子側基板２のラビング方向と例えば９０゜ねじった方
向にラビング処理が行われる。これらの配向膜１０及び
１１の形成ならびにそのラビング処理は、後から両基板
２及び３の間隙に封入される液晶分子１４の配向制御の
ために行われるものである。

【０１１７】素子側基板２及び対向側基板３は、それぞ
れの上に形成された配向膜１０及び１１が対向するよう
に向かい合わされて、お互いの間に約１０μｍ前後の間
隔を保持するようにシール材を介して貼り合わされる。
さらに、素子側基板２及び対向側基板３の間の間隙に液
晶１４が注入・封止されて、液晶セルが構成される。そ
して、このようにして形成された液晶セルの外側表面、
すなわち素子側基板２及び対向側基板３の配向膜１０及
び１１が形成されている面２ａ及び３ａとは逆の表面
に、偏光板１２及び１３を、それぞれの偏光軸をお互い
に９０゜ずらした状態で配置する。これによって、各表
示画素に対応してＭＩＭ素子４４が設けられている液晶
表示装置２００が構成される。

【０１１８】次に、液晶表示装置２００に含まれる本実
施形態のＭＩＭ素子４４の形成方法を、図９（ａ）〜
（ｇ）を参照して説明する。

【０１１９】まず、素子側基板２となるガラス基板２の
表面２ａの全面上に、信号配線５の構成材料の薄膜、例
えばタンタル（Ｔａ）薄膜をスパッタリング法によって
形成する。さらに、形成されたＴａ薄膜をフォトリソグ
ラフィ法によって所定の形状にパターニングして、図９
（ａ）に示すように信号配線５を形成する。

【０１２０】素子側基板２となるガラス基板としては、
例えば、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、或いはソーダ
ライムガラスなどからできた基板を用いることができ
る。具体的には、本実施形態で説明している例では、コ
ーニング社製＃７０５９のフュージョンパイレックスガ
ラスでできた基板を用いている。

【０１２１】また、Ｔａ薄膜は、窒素を２〜１０ｍｏｌ
％含有するＴａＮの焼結体をターゲットとして使用し
て、スパッタリングガスとしてアルゴンを使用するＤＣ
スパッタリング法で形成する。このときのスパッタリン
グ条件は、典型的には、アルゴンのフローレートを１０
０ｓｃｃｍ、スパッタガス圧を０．４Ｐａ、ＤＣパワー
を２．６Ｗ／ｃｍ²とし、基板を温度１００℃で３分間
加熱する。また、基板の搬送速度は１００ｍｍ／分、基
板とターゲットとの間の距離は７７ｍｍとする。これに
よって、厚さ３０００ÅのＴａ薄膜が形成される。

【０１２２】このＴａ薄膜の形成に先立って、素子側基
板２となるガラス基板２の表面２ａに、五酸化タンタル
などの絶縁性を有するべ一スコート膜を形成しても良
い。べ一スコート膜を形成することによって、ガラス基
板からＴａ薄膜への不純物の拡散による汚染が防止され
て、良好な素子特性が得られる。

【０１２３】Ｔａ薄膜をパターニングするためのエッチ
ングは、例えば、ＣＦ₄とＯ₂とを用いたドライエッチン
グ法で行うことができる。これによって、信号配線５を
形成する。なお、信号配線５の形成と同時に、素子側端
子、ならびに素子側端子と信号配線５とを接続する配線
をパターニングしてもよい。

【０１２４】信号配線５のパターニングのために上記で
用いているドライエッチングは、一般に仕上がりの寸法
精度が良好である。しかし、第１の実施形態に関連して
先に説明した理由によって、信号配線５のエッチング方
法として上述のドライエッチングは必ずしも必要ではな
く、他のエッチング方法によって形成してもよい。例え
ば、沸硝酸などを用いたウェットエッチングによって、
Ｔａ薄膜のパターニングを行うことができる。

【０１２５】次に、陽極酸化法によって、パターニング
されたＴａ薄膜からなる信号配線５の上に陽極酸化膜２
８を形成する（図９（ｂ）参照）。この場合の陽極酸化
膜２８は、酸化タンタル（ＴａＯｘ）膜である。

【０１２６】本実施形態では、この陽極酸化の際の電解
液として、例えば１％酒石酸アンモニウム溶液を用い
る。電解液の温度を２５℃、定電圧化成処理期間におけ
る化成電圧Ｖの一定電圧レベルＶｃを３１Ｖ、定電流化
成処理期間における化成電流Ｉの一定電流レベルＩｃに
対応する電流密度を、陽極酸化される面積に対して０．
１８ｍＡ／ｃｍ²とする。この様な条件で陽極酸化を行
うことによって、厚さが６００Åの陽極酸化膜２８を得
ることができる。

【０１２７】次に、スパッタリング法により、上部電極
６となる金属薄膜６ａ、例えばＴｉ薄膜６ａを、陽極酸
化膜２８を覆うように形成する。金属薄膜６ａの厚さ
は、例えば３０００Åとする。さらに、形成された金属
薄膜６ａの上に、レジスト材として機能する感光性樹脂
層１８を堆積して、形成すべき上部電極６のパターンに
対応したパターンが得られるように露光・現像する（図
９（ｃ）参照）。

【０１２８】この後に、エッチングによって、金属薄膜
６ａのうちで感光性樹脂層１８のパターンで覆われてい
ない箇所を除去して、所期の形状を有する上部電極６を
形成する。具体的には、この上部電極６は、陽極酸化膜
２８を介して信号配線５に対向するように配置される。
なお、レジスト材として機能する感光性樹脂層１８は、
このエッチング完了時には除去せずに、形成された上部
電極６の上にそのまま残存させておく（図９（ｄ）参
照）。

【０１２９】このように、上部電極６のパターンの上に
レジスト材として機能する感光性樹脂層１８が残存して
いる状態で、２回目の陽極酸化を行う。このような状態
における陽極酸化では、上部電極６及びその上に残存し
ている感光性樹脂層（レジスト材）１８で覆われた部分
では陽極酸化反応が進展せず、１回目の反応によって形
成された陽極酸化膜２８の厚さの増加は起こらない。そ
の一方で、上部電極６などによって覆われておらず電解
液に接する部分では、１回目の反応によって形成された
陽極酸化膜２８の厚さが、陽極酸化反応によって増加す
る。この結果、このような２回目の陽極酸化のあとで得
られる絶縁体膜（陽極酸化膜）３８は、上部電極６の直
下で１回目の陽極酸化によって得られた厚さ（本実施形
態では６００Å）が保たれる部分３８ａと、その周囲で
厚膜化された部分３８ｂとを含むようになる。

【０１３０】陽極酸化によって形成される絶縁体膜（陽
極酸化膜）の厚さは、印加される化成電圧Ｖの電圧レベ
ルに比例する。したがって、上述の２回目の陽極酸化工
程の定電圧化成処理期間における化成電圧Ｖの電圧レベ
ルＶｃは、１回目の陽極酸化工程における値よりも高く
設定する必要がある。具体的には、本実施形態では、２
回目の陽極酸化工程ではＶｃを１６０Ｖとし、最終的に
得られる絶縁体膜３８のうちで信号配線（下部電極）５
の端部に位置する部分３８ｂの厚さを、３０００Åまで
厚膜化する。

【０１３１】一般に、陽極酸化反応の最中には、発生す
るジュール熱によって処理対象になっている基板の温度
が上昇するが、電解液を撹拌するなどの適切な処置を行
えば、十分に低温で処理できる。従って、ＭＩＭ素子４
４の劣化の原因となるような高温でのプロセスでなく、
低温プロセスによって、信号配線（下部電極）５の端部
に位置する絶縁体膜部分３８ｂの厚さを厚くすることが
できる。

【０１３２】この後に、上部電極６の上に残存している
感光性樹脂層（レジスト材）１８を除去する。これによ
って、図９（ｆ）に示されるような、信号配線５の一部
としての下部電極、絶縁体膜３８の一部３８ａ、及び上
部電極６から構成されたＭＩＭ構造を有する２端子非線
形素子（ＭＩＭ素子）４４が形成される。

【０１３３】さらに、透明導電材料、例えばＩＴＯ（Ｉ
ｎｄｉｕｍＴｉｎ０ｘｉｄｅ）の薄膜（不図示）
を、上部電極６を覆うように素子側基板２の上に形成す
る。その後に、フォトリソグラフィ法によってＩＴＯ膜
を所定の形状にパターニングして、画素電極７を形成す
る（図９（ｇ）参照）。画素電極７は、上部電極６に接
続されている。

【０１３４】以上のようにして、ＭＩＭ素子４４及び画
素電極７が形成された素子側基板２に対して、配向膜の
形成処理及びラビング処理を行う。また、対向側基板３
に対しても、同様に配向膜の形成処理及びラビング処理
を行う。その後に、素子側基板２及び対向側基板３をシ
ール材を挟んで貼り合わせて、液晶セルを形成する。さ
らに、シール材の一部に設けられた注入口から、そのよ
うにして張り合わせられた基板２及び３の間隙に液晶１
４を注入し、封止する。これによって、液晶表示装置２
００を構成する液晶セルが形成される。さらに、このよ
うにして形成された液晶セルの外側表面、すなわち素子
側基板２及び対向側基板３の配向膜１０及び１１が形成
されている面２ａ及び３ａとは逆の表面に、それぞれの
偏光軸をお互いに９０゜ずらした状態で偏光板１２及び
１３を配置する。これによって、各表示画素に対応して
ＭＩＭ素子４４が設けられている液晶表示装置２００が
構成される。

【０１３５】以上のようにしてＭＩＭ素子４４を形成す
るにあたって、陽極酸化膜の厚みがあるので、信号配線
５のエッジ部分での段差が大きい。そのため、特に画素
電極７を構成することになるＩＴＯ膜の堆積工程におけ
るステップカバレッジ性が十分に良くない場合には、画
素電極７のうちで上部電極６との接続部分において、断
線が生じ得る。そこで、２回目の陽極酸化後に、画素電
極７の構成材料となるＩＴＯ薄膜の形成に先立って、上
部電極６の上にさらに金属薄膜を形成して、ステップカ
バレッジ性と密着性とを向上させても良い。

【０１３６】もちろん、密着性が良く断線の恐れが無い
適当な材料であれば、上記の処置は必要無い。その場合
にはＭＩＭ素子４４の各構成要素を所定の形状にパター
ニングするために必要なフォトマスクは、Ｔａ薄膜をパ
ターニングして信号配線（下部電極）５を形成するため
に使用するフォトマスク、Ｔｉ薄膜６ａをパターニング
して上部電極６を形成するために使用するフォトマス
ク、及び、ＩＴＯ膜をパターニングして画素電極７を形
成するために使用するフォトマスク、の３種類のままで
あり、製造コストの面からも好ましいのは言うまでも無
い。

【０１３７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の２端子
非線形素子及びその製造方法によれば、下部電極−絶縁
体膜−上部電極というＭＩＭ構造を有する２端子非線形
素子（ＭＩＭ素子）において、２回の陽極酸化工程と１
回の上部電極形成工程とによって、ＭＩＭ構造を構成す
る絶縁体膜のうちで、一般的には絶縁破壊され易い下部
電極端部に位置する部分を厚膜化することができる。こ
れによって、下部電極端部に相当する箇所の絶縁体膜の
絶縁破壊を抑制して、ＭＩＭ構造を含む２端子非線形素
子の静電気に対する耐圧を向上することができる。従っ
て、液晶表示装置の製造中に発生する静電気による２端
子非線形素子の絶縁破壊に起因する点欠陥を低減でき
る。

【０１３８】また、２端子非線形素子のＭＩＭ構造に含
まれる絶縁体膜のこのような部分的な厚膜化は、低温プ
ロセスによって実施される。したがって、形成されるＭ
ＩＭ素子の素子特性の劣化の原因となる高温プロセスが
行われないので、ＭＩＭ素子の特性劣化による表示品位
の悪化、すなわち液晶表示装置の歩留まりの低下を引き
起こさずに、点欠陥の低減を実現できる。さらに、高温
プロセスの実施を必要としないので、プラスチック基板
等の耐熱性の無い基板材料に対しても、本発明を適用す
ることができる。

【０１３９】さらに、本発明によれば、２端子非線形素
子に含まれるＭＩＭ構造を構成する絶縁体膜のうちで、
下部電極端部に位置して上記のように厚膜化された部分
は、ＭＩＭ素子の形成のために使用していない。そのた
め、下部電極の線幅はＭＩＭ素子の静電容量を設計する
上での主要な制約条件にはならず、単に、上部電極の面
積より大きな値に設定すれば良い。よって、意図的に下
部電極を信号配線から分岐させて形成する必要は必ずし
も無く、信号配線の表面の一部をそのまま下部電極とし
て使用して、信号配線の直上にＭＩＭ素子を形成するこ
とができる。これによって、下部電極を形成するための
スペースを画素電極の一部を欠いて設ける必要が無くな
るので、開口率が大きくなり、液晶表示装置に表示され
る画面の明るさが向上される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係わる２端子非線形
素子が形成されている素子側基板の平面図である。

【図２】図１の素子側基板に対向する対向側基板の平面
図である。

【図３】図１の線Ｄ−Ｄ’における断面図である。

【図４】（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第１の実施形態に
係わる２端子非線形素子の製造工程を示す断面図であ
る。

【図５】（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係わる２
端子非線形素子の製造工程において行われる陽極酸化工
程にて使用する装置の構成を模式的に示す図であって、
（ｂ）は、陽極酸化工程における化成電圧及び化成電流
の特性を模式的に示すグラフである。

【図６】本発明の第２の実施形態に係わる２端子非線形
素子が形成されている素子側基板の平面図である。

【図７】図６の素子側基板に対向する対向側基板の平面
図である。

【図８】図６の線Ｆ−Ｆ’における断面図である。

【図９】（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第２の実施形態に
係わる２端子非線形素子の製造工程を示す断面図であ
る。

【図１０】従来の液晶表示装置の平面図である。

【図１１】従来の２端子非線形素子が形成されている素
子側基板の平面図である。

【図１２】図１１の素子側基板に対向する対向側基板の
平面図である。

【図１３】図１１の線Ｂ−Ｂ’における断面図である。

【図１４】（ａ）〜（ｅ）は、従来の２端子非線形素子
の製造工程を示す断面図である。

【図１５】反射板が液晶セルの内部に形成されている従
来の液晶表示装置における素子側基板の平面図である。

【図１６】図１５の素子側基板に対向する対向側基板の
平面図である。

【図１７】図１５の線Ｃ−Ｃ’における断面図である。

【図１８】ＭＩＭ素子の電圧電流特性における熱劣化を
示すグラフである。

【符号の説明】

２素子側基板３対向側基板４、３４、４４２端子非線形素子（ＭＩＭ素子）５信号配線５ａ下部電極６上部電極６ａ金属薄膜（Ｔｉ薄膜）７画素電極８、３８絶縁体膜９対向側電極１０、１１配向膜１２、１３偏光板１４、２０液晶分子１５素子側端子１６対向側端子１７シール材１８感光性樹脂層（レジスト材）１９コンタクトホール２１２色性色素分子２２マイクロカラーフィルタ２２ａシアンフィルタ２２ｂレッドフィルタ２３有機絶縁層２４対向電極板２５電解液２６金属薄膜２８陽極酸化膜３０表示領域４０ゲストホスト液晶層５０、７０、１００、２００液晶表示装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】お互いに対向して配置されていてその間
隙に液晶が封入されている一対の基板と、該一対の基板
の少なくとも一方の基板において他方の基板に対向する
面の上にマトリクス状に設けられている複数の画素電極
と、を備えている液晶表示装置に含まれていて、該複数
の画素電極にそれぞれ接続されて該画素電極を駆動する
２端子非線形素子であって、該２端子非線形素子は、該基板の上に設けられている信号配線に接続されている
下部電極と、該下部電極の表面に形成されている絶縁体膜と、該絶縁体膜を介して該下部電極に対向するように形成さ
れていて該画素電極に接続されている上部電極と、を備
えていて、該絶縁体膜は、該上部電極と該下部電極とに挟まれてい
る第１の部分と、該上部電極の周囲に相当する領域に存
在して該第１の部分に比べて厚さが厚い第２の部分と、
を含んでいて、該絶縁体膜の該第１の部分及び該第２の部分が、陽極酸
化によって形成された同一の金属酸化物膜である、２端
子非線形素子。
【請求項２】前記下部電極と前記信号配線とが一体化
していて、前記２端子非線形素子は該信号配線の直上に
形成されている、請求項１に記載の２端子非線形素子。
【請求項３】前記第１の部分及び前記第２の部分を含
む前記絶縁体膜が複数回の陽極酸化工程によって形成さ
れている、請求項１に記載の２端子非線形素子。
【請求項４】下部電極と、該下部電極を覆うように設
けられた絶縁体膜と、該絶縁体膜を介して該下部電極に
対向するように設けられた上部電極と、を備える２端子
非線形素子の製造方法であって、該方法は、該下部電極を構成する第１の導電体膜を基板上に形成す
る工程と、陽極酸化を行い、該第１の導電体膜のうちで少なくとも
該下部電極に相当する部分の表面に該絶縁体膜を形成す
る、第１の陽極酸化工程と、該上部電極を構成する第２の導電体膜を該絶縁体膜の上
に形成する工程と、該第２の導電体膜の上に該上部電極のパターンに対応し
たパターンを有する感光性樹脂層を設け、該感光性樹脂
層を用いて該第２の導電体膜を所定の形状にパターニン
グして、該下部電極に対向する位置の該絶縁体膜の上に
該上部電極を形成する工程と、該上部電極の上に残存している該感光性樹脂層のパター
ンを用いて陽極酸化を行い、該上部電極の周囲に相当す
る領域の該絶縁体膜の厚さを、該上部電極と該下部電極
とに挟まれている部分の該絶縁体膜の厚さよりも厚くす
る、第２の陽極酸化工程と、該感光性樹脂層を除去する工程と、を包含する２端子非
線形素子の製造方法。