JPH10247754A

JPH10247754A - ２端子型非線形素子およびその製造方法、ならびに液晶表示パネル

Info

Publication number: JPH10247754A
Application number: JP9367780A
Authority: JP
Inventors: Takashi Inoue; 孝井上; Takeyoshi Ushiki; 武義宇敷; Yasushi Takano; 靖高野; Hideaki Naono; 秀昭直野; Wataru Ito; 伊藤　　渉; Tsutomu Asakawa; 勉浅川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-01-06
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1998-09-14
Also published as: US6384880B1; US20020093601A1; TW373105B; US6710826B2; CN1117401C; KR100505515B1; KR19980070277A; CN1187631A

Abstract

(57)【要約】【課題】容量が充分に小さく、電圧−電流特性の経時
変化が小さいＭＩＭ型非線形素子およびこれを用いた高
画質の液晶表示パネルを提供し、さらに、前記ＭＩＭ型
非線形素子の製造方法を提供する。【解決手段】ＭＩＭ型非線形素子は、基板３０上に積
層された、第１の導電膜２２、絶縁膜２４および第２の
導電膜２６を含む。絶縁膜は、その比誘電率が２５．５
以下、好ましくは２４〜２５．５である。そして、ＳＩ
ＭＳで得られる元素分析において、第１の導電膜と絶縁
膜との境界領域における水素のスペクトルは、そのピー
ク強度より１桁小さい強度において、深さ方向の厚さが
１０ｎｍ以上である。ＭＩＭ型非線形素子は、たとえ
ば、以下の工程を含む製造方法によって製造される。
（ａ）基板上に、第１の導電膜を形成する工程、（ｂ）
前記第１の導電膜を不活性ガス中において３００℃以上
の温度で熱処理する工程、（ｃ）前記第１の導電膜を陽
極酸化することにより、前記第１の導電膜の表面に絶縁
膜を形成する工程、および（ｄ）前記絶縁膜の表面に第
２の導電膜を形成する工程。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング素子
に用いられる２端子型非線形素子および２端子型非線形
素子の製造方法、前記２端子型非線形素子を用いた液晶
表示パネルに関する。

【０００２】

【背景技術】アクティブマトリクス方式の液晶表示装置
は、画素領域毎にスイッチング素子を設けてマトリクス
アレイを形成したアクティブマトリクス基板と、たとえ
ばカラーフィルタを設けた対向基板との間に液晶を充填
しておき、各画素領域毎の液晶の配向状態を制御して、
所定の画像情報を表示するものである。スイッチング素
子としては、一般に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）など
の３端子素子または金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）型非
線形素子（以下、「ＭＩＭ素子」ともいう。）などの２
端子素子が用いられている。そして、２端子素子を用い
たスイッチング素子は、３端子素子に比べ、クロスオー
バ短絡の発生がなく、製造工程を簡略化できるという点
で優れている。

【０００３】ＭＩＭ素子を用いた液晶表示装置におい
て、コントラストが高く、かつ、表示ムラ、残像および
焼き付きなどの現象が認識できない高画質の液晶表示パ
ネルを実現するためには、ＭＩＭ素子の特性として以下
の条件を満足することが重要である。

【０００４】（１）ＭＩＭ素子の容量が液晶表示パネル
の容量に対して充分に小さいこと、（２）ＭＩＭ素子の
電圧−電流特性の経時変化が充分に小さいこと、（３）
ＭＩＭ素子の電圧−電流特性の対称性が良いこと、
（４）ＭＩＭ素子の電圧−電流特性の急峻性が充分に大
きいこと、（５）ＭＩＭ素子の素子抵抗が広い電圧範囲
において充分に一様であること。

【０００５】すなわち、コントラストを高くするために
は、ＭＩＭ素子の容量が液晶表示パネルの容量に対して
充分に小さく、かつ、ＭＩＭ素子の電圧−電流特性の急
峻性が充分に大きいことが必要である。表示ムラが認識
できないようにするには、ＭＩＭ素子の素子抵抗が広い
電圧範囲において、充分に一様であることが必要であ
る。残像が認識できないようにするには、ＭＩＭ素子の
電圧−電流特性の経時変化が充分に小さいことが必要で
ある。さらに、焼き付きが認識できないようにするに
は、ＭＩＭ素子の電圧−電流特性の経時変化が充分に小
さく、かつ、ＭＩＭ素子の電圧−電流特性の対称性が良
いこと、が必要である。

【０００６】ここで、「残像」とは、ある画像を数分表
示した後に異なる画像を表示したときに、以前に表示し
ていた画像が認識される現象のことである。また、「焼
き付き」とは、ある画像を数時間表示した後に異なる画
像を表示したときに、以前に表示していた画像が認識さ
れる現象のことである。さらに、「電圧−電流特性の対
称性がよいこと」とは、ある電圧において、第１の導電
膜から第２の導電膜に電流を流すときと、第２の導電膜
から第１の導電膜に電流を流すときと、の電流の絶対値
の差が充分に小さくなることである。

【０００７】ＭＩＭ素子の技術を開示した文献としては
以下のものが例示される。

【０００８】（ａ）たとえば、特開昭５２−１４９０９
０号公報においては、タンタルからなる第１の導電膜
と、この第１の導電膜が陽極酸化されて形成される金属
酸化膜からなる絶縁膜と、この絶縁膜の表面に形成され
たクロムからなる第２の導電膜とから構成されるＭＩＭ
素子が開示されている。前記絶縁膜は、第１の導電膜の
表面を陽極酸化して形成されることにより、ピンホール
がなく均一の膜厚で形成されている。また、特開昭５７
−１２２４７８号公報では、陽極酸化の化成液（電解
液）として、クエン酸の希薄水溶液を用いることが開示
されている。

【０００９】これらの技術においては、前述したＭＩＭ
素子の特性の内（２）〜（５）の各特性において必ずし
も充分に良好でなかった。すなわち、電圧−電流特性の
経時変化、対称性および急峻性の点で不充分であり、か
つ、素子抵抗が広い電圧範囲において充分に一様でなか
った。そのため、このＭＩＭ素子を用いた液晶表示パネ
ルでは、広い温度範囲においてコントラストを高く保つ
ことが困難で、表示ムラも発生しやすいという問題があ
った。

【００１０】（ｂ）国際公開された国際出願ＰＣＴ／Ｊ
Ｐ９４／００２０４（国際公開番号ＷＯ９４／１８６０
０）においては、ＭＩＭ素子の第１の導電膜として、タ
ンタルにタングステンを添加した合金膜を用いた構造が
開示されている。

【００１１】この技術においては、ＭＩＭ素子の第１の
導電膜を、タンタルに変えてタンタルとタングステンな
どの特定の元素との合金膜にしたため、前述した特性
（２）および（３）、すなわちＭＩＭ素子の電圧−電流
特性の経時変化および対称性の点が、前述の文献（ａ）
の技術に比べて改善されたことから、残像を認識できな
いようなレベルにでき、さらに、広い温度範囲でコント
ラストを高く保つことができるようになった。しかしな
がら、この技術でも高温時のコントラスト特性が要求さ
れるような用途においては、マージンが不充分であると
いう問題があった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前述
したＭＩＭ素子に要求される特性（１）〜（５）に優
れ、特に、電圧−電流特性の急峻性が充分に大きく、か
つ電圧−電流特性の経時変化が小さく信頼性の高い２端
子型非線形素子、およびこれを用いた、コントラストが
高く、表示ムラや焼付きのない高画質の液晶表示パネル
を提供することにある。

【００１３】さらに、本発明の他の目的は、上述した優
れた特性を有する２端子型非線形素子の製造方法を提供
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る２端子型非
線形素子（以下、「ＭＩＭ型非線形素子」という）は、
基板上に積層された、第１の導電膜、絶縁膜および第２
の導電膜を含み、前記絶縁膜は、前記第１の導電膜を水
溶液からなる化成液中で陽極酸化して得られ、その比誘
電率が２５．５以下、好ましくは２４〜２５．５であ
る。

【００１５】本発明のＭＩＭ型非線形素子においては、
セシウム１次イオンの照射による２次イオン質量分析法
（ＳＩＭＳ）で得られる元素分析において、前記第１の
導電膜と前記絶縁膜との境界領域における水素のスペク
トルは、そのピーク強度より１桁小さい強度において、
深さ方向における厚さが好ましくは１０ｎｍ以上、より
好ましくは１５〜５０ｎｍである。

【００１６】また、本発明のＭＩＭ型非線形素子におい
ては、前記第１の導電膜は、熱脱離スペクトルで、水素
のスペクトルのピーク温度が好ましくは３００℃以上、
より好ましくは３００〜４００℃である。

【００１７】なお、本発明のＭＩＭ型非線形素子は、第
２の導電膜が金属に限定されず、ＩＴＯなどの透明導電
膜を含む。

【００１８】本発明のＭＩＭ型非線形素子は、特に、素
子の容量が充分に小さく、そして電圧−電流特性の急峻
性が大きい。さらに、本発明のＭＩＭ型非線形素子は、
電圧−電流特性の経時変化を著しく小さくでき、長期に
わたって高い信頼性を保持することができる。本発明の
ＭＩＭ型非線形素子がこのような作用効果を達成するメ
カニズムは必ずしも明らかでないが、理由のひとつとし
て、以下のことが考えられる。すなわち、本発明のＭＩ
Ｍ型非線形素子では、絶縁膜は、第１および第２の導電
膜に隣接する上下の半導体層およびこれらの半導体層の
間にあり、これらの半導体層よりバンドギャップが大き
い絶縁体層からなる３層に分かれていると考えられる。
そして、電圧−電流特性の経時変化は、絶縁体層の微結
晶が電圧を印加することで徐々に破壊されることが原因
のひとつと考えられる。本発明のＭＩＭ型非線形素子で
は、上述したように、絶縁体層と導電膜、特に第１の導
電膜との間に特定の膜厚で水素を含む半導体層が存在す
ることにより、絶縁体層に印加される実効電圧が小さく
なり、その結果、電圧−電流特性の経時変化が小さくな
るものと考えられる。

【００１９】本発明に係るＭＩＭ型非線形素子の製造方
法は、（ａ）基板上に、第１の導電膜を形成する工程、
（ｂ）前記第１の導電膜を不活性ガス中において３００
℃以上、好ましくは３００〜４００℃の温度で熱処理す
る工程、（ｃ）前記第１の導電膜を陽極酸化することに
より、前記第１の導電膜の表面に絶縁膜を形成する工
程、および（ｄ）前記絶縁膜の表面に第２の導電膜を形
成する工程、を含むことを特徴とする。

【００２０】この製造方法によれば、前述した本発明に
係るＭＩＭ型非線形素子を、簡易な熱処理工程を施すこ
とにより得ることができる。

【００２１】さらに、本発明の液晶表示パネルは、上述
したＭＩＭ型非線形素子を備えたことを特徴とし、より
具体的には、透明な基板、この基板上に所定のパターン
で配設された一方の信号線、この信号線に接続された本
発明のＭＩＭ型非線形素子、およびこのＭＩＭ型非線形
素子に接続された画素電極を備えた第１の基板と、前記
画素電極に対向する位置に他方の信号線を備えた第２の
基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入
された液晶層と、含むことを特徴とする。

【００２２】この液晶表示パネルによれば、コントラス
トが高く、焼付きなどが発生しにくく、したがって高品
質の画像表示が可能であり、幅広い用途に適用すること
ができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照しながら説明する。

【００２４】（ＭＩＭ型非線形素子および液晶表示パネ
ル）図１は、本発明のＭＩＭ型非線形素子を用いた液晶
駆動電極の１単位を模式的に示す平面図であり、図２
は、図１におけるＡ−Ａ線に沿った部分を模式的に示す
断面図である。

【００２５】ＭＩＭ型非線形素子２０は、絶縁性ならび
に透明性を有する基板、たとえばガラス，プラスチック
などからなる基板（第１の基板）３０と、この基板３０
の表面に形成された絶縁膜３１と、タンタルあるいはタ
ンタル合金からなる第１の導電膜２２と、この第１の導
電膜２２の表面に陽極酸化によって形成された絶縁膜２
４と、この絶縁膜２４の表面に形成された第２の導電膜
２６とから構成されている。そして、前記ＭＩＭ型非線
形素子２０の第１の導電膜２２は信号線（走査線または
データ線）１２に接続され、第２の導電膜２６は画素電
極３４に接続されている。

【００２６】前記絶縁膜３１は、たとえば酸化タンタル
から構成されている。前記絶縁膜３１は、第２の導電膜
２６の堆積後に行われる熱処理よって第１の導電膜２２
の剥離が生じないこと、および基板３０からの第１の導
電膜２２への不純物の拡散を防止することを目的として
形成されているので、これらのことが問題にならない場
合は必ずしも必要でない。

【００２７】前記第１の導電膜２２は、タンタル単体、
あるいはタンタルを主成分とし、これに周期律表で６，
７および８族に属する元素を含ませた合金膜としてもよ
い。合金に添加される元素しては、たとえばタングステ
ン，クロム，モリブデン，レニウム，イットリウム，ラ
ンタン，ディスプロリウムなどを好ましく例示すること
ができる。特に、前記元素としてはタングステンが好ま
しく、その含有割合はたとえば０．１〜６原子％である
ことが好ましい。

【００２８】そして、前記第１の導電膜２２は、熱脱離
スペクトルで、水素のスペクトルのピーク温度が３００
℃以上、好ましくは３００〜４００℃であることが望ま
しい。なお、熱脱離スペクトルの測定方法については、
後に詳述する。

【００２９】前記絶縁膜２４は、水溶液からなる化成液
中で陽極酸化することによって形成され、そして、陽極
酸化の前に、つまり前記第１の導電膜２２を形成後に、
後に詳述するように、特定の温度で熱処理を行うことに
より、該絶縁膜２４の比誘電率をより小さくすることが
できる。この比誘電率は、２５．５以下、好ましくは２
４〜２５．５に設定される。

【００３０】前記第２の導電膜２６は特に限定されない
が、通常クロムによって構成される。また、前記画素電
極３４は、ＩＴＯ膜等の透明導電膜から構成される。

【００３１】そして、セシウム１次イオンの照射による
２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）で得られる元素分析
において、前記第１の導電膜２２と前記絶縁膜２４との
境界領域における水素のスペクトルは、そのピーク強度
Ｉｐ（具体的には、たとえば対数で示される２次イオン
カウント数）より１桁小さい強度Ｉｈ（Ｉｐ／１０）に
おいて、深さ方向の厚さが１０ｎｍ以上、好ましくは１
５〜５０ｎｍであることが望ましい。つまり、前記第１
の導電膜２２と前記絶縁膜２４との界面付近の特定の領
域に水素が存在することが重要である。

【００３２】また、図３に示すように、第２の導電膜お
よび画素電極は、同一の透明導電膜３６によって構成さ
れてもよい。このように第２の導電膜および画素電極を
単一の膜で形成することにより、膜形成に要する製造工
程を少なくすることができる。

【００３３】次に、前記ＭＩＭ型非線形素子２０を用い
た液晶表示パネルの一例について説明する。

【００３４】図４は、前記ＭＩＭ型非線形素子２０を用
いたアクティブマトリクス方式の液晶表示パネルの等価
回路の一例を示す。この液晶表示パネル１０は、走査信
号駆動回路１００およびデータ信号駆動回路１１０を含
む。液晶表示パネル１０には、信号線、すなわち複数の
走査線１２および複数のデータ線１４が設けられ、前記
走査線１２は前記走査信号駆動回路１００により、前記
データ線１４は前記データ信号駆動回路１１０により駆
動される。そして、各画素領域１６において、走査線１
２と信号線１４との間にＭＩＭ型非線形素子２０と液晶
表示要素（液晶層）４０とが直列に接続されている。な
お、図４では、ＭＩＭ型非線形素子２０が走査線１２側
に接続され、液晶表示要素４０がデータ線１４側に接続
されているが、これとは逆にＭＩＭ型非線形素子２０を
データ線１４側に、液晶表示要素４０を走査線１２側に
設ける構成としてもよい。

【００３５】図５は、本実施の形態に係る液晶表示パネ
ルの構造の一例を模式的に示す斜視図である。この液晶
表示パネル１０は、２枚の基板、すなわち第１の基板３
０と第２の基板３２とが対向して設けられ、これらの基
板３０，３２間に液晶が封入されている。前記第１の基
板３０上には、前述したように、絶縁膜３１が形成され
ている。この絶縁膜３１の表面には、信号線（走査線）
１２が複数設けられている。そして、第２の基板３２に
は、前記走査線１２に交差するようにデータ線１４が短
冊状に複数形成されている。さらに、画素電極３４はＭ
ＩＭ型非線形素子２０を介して走査線１２に接続されて
いる。

【００３６】そして、走査線１２と信号線１４とに印加
された信号に基づいて、液晶表示要素４０を表示状態，
非表示状態またはその中間状態に切り替えて表示動作を
制御する。表示動作の制御方法については、一般的に用
いられる方法を適用できる。

【００３７】図６および図７は、ＭＩＭ型非線形素子の
他の実施の形態を示す。図６は、本実施の形態のＭＩＭ
型非線形素子を用いた液晶駆動電極の１単位を模式的に
示す平面図であり、図７は、図６におけるＢ−Ｂ線に沿
った部分を模式的に示す断面図である。

【００３８】このＭＩＭ型非線形素子４０は、バック・
ツー・バック（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）構造を有す
る点で前述したＭＩＭ型非線形素子２０と異なる。つま
り、ＭＩＭ型非線形素子４０は、第１のＭＩＭ型非線形
素子４０ａと第２のＭＩＭ型非線形素子４０ｂとを、極
性を反対にして直列に接続した構造を有する。

【００３９】具体的には、絶縁性ならびに透明性を有す
る基板、たとえばガラス，プラスチックなどからなる基
板（第１の基板）３０と、この基板３０の表面に形成さ
れた絶縁膜３１と、タンタルあるいはタンタル合金から
なる第１の導電膜４２と、この第１の導電膜４２の表面
に陽極酸化によって形成された絶縁膜４４と、この絶縁
膜４４の表面に形成され、相互に離間した２つの第２の
導電膜４６ａ，４６ｂとから構成されている。そして、
前記第１のＭＩＭ型非線形素子４０ａの第２の導電膜４
６ａは信号線（走査線またはデータ線）４８に接続さ
れ、前記第２のＭＩＭ型非線形素子４０ｂの第２の導電
膜４６ｂは画素電極４５に接続されている。なお、前記
絶縁膜４４は、図１および図２に示したＭＩＭ型非線形
素子２０の絶縁膜２４に比べて膜厚が小さく設定され、
たとえば約半分程度に形成されている。

【００４０】また、第１の導電膜４２、絶縁膜４４およ
び第２の導電膜４６ａ，４６ｂなどの各構成要素の具体
的な特性、構成などは、前記ＭＩＭ型非線形素子２０の
場合と同様であるので、記載を省略する。

【００４１】（ＭＩＭ型非線形素子の製造プロセス）次
に、たとえば図２に示すＭＩＭ型非線形素子２０の製造
方法について説明する。

【００４２】ＭＩＭ型非線形素子２０は、たとえば以下
のプロセスによって製造される。

【００４３】（ａ）まず、基板３０上に酸化タンタルか
らなる絶縁膜３１が形成される。絶縁膜３１は、例えば
スパッタリング法で堆積したタンタル膜を熱酸化する方
法、あるいは酸化タンタルからなるターゲットを用いた
スパッタリングやコスパッタリング法により形成するこ
とができる。この絶縁膜３１は、第１の導電膜２２の密
着性を向上させ、さらに基板３０からの不純物の拡散を
防止するために設けられるものであるので、たとえば５
０〜２００ｎｍ程度の膜厚で形成される。

【００４４】次いで、絶縁膜３１上に、タンタルあるい
はタンタル合金からなる第１の導電膜２２が形成され
る。第１の導電膜の膜厚は、ＭＩＭ型非線形素子の用途
によって好適な値が選択され、通常１００〜５００ｎｍ
程度とされる。第１の導電膜はスパッタリング法や電子
ビーム蒸着法で形成することができる。タンタル合金か
らなる第１の導電膜を形成する方法としては、混合ター
ゲットを用いたスパッタリング法、コスパッタリング法
あるいは電子ビーム蒸着法などを用いることができる。
タンタル合金に含まれる元素としては、周期律表で６，
７および８族の元素、好ましくはタングステン、クロ
ム、モリブデン、レニウムなどの前述した元素を選択す
ることができる。

【００４５】前記第１の導電膜２２は、一般に用いられ
ているフォトリソグラフィおよびエッチング技術によっ
てパターニングされる。そして、第１の導電膜２２の形
成工程と同じ工程で信号線（走査線またはデータ線）１
２が形成される。

【００４６】（ｂ）次いで、不活性ガス、たとえばアル
ゴンなどの希ガスあるいは窒素ガスの雰囲気中におい
て、３００℃以上、好ましくは３００〜４００℃の温度
条件下で熱処理が行われる。熱処理に要する時間は、第
１の導電膜の膜厚、アニール炉の熱容量、ウエハーの処
理枚数、ウエハーの基板ガラスの厚さ、設定温度などに
よって左右されるが、たとえば１０〜１２０分程度であ
る。熱処理の温度が４００℃を越えると、ガラスあるい
はプラスチックからなる基板に悪影響を与えることがあ
る。

【００４７】この熱処理を行うことにより、前述したよ
うに、該熱処理を行わない場合に比べて前記絶縁膜２４
の比誘電率を小さくすることができ、具体的には比誘電
率を２５．５以下に設定することができる。また、前記
熱処理を行うことにより、前記第１の導電膜２２と前記
絶縁膜２４との境界領域に特定の幅（膜厚）以上、好ま
しくは１０ｎｍ以上で水素を分布させることができ、か
つ、前記第１の導電膜２２における水素の脱離温度をコ
ントロールできる。

【００４８】（ｃ）次いで、陽極酸化法を用いて前記第
１の導電膜２２の表面を酸化させて、絶縁膜２４を形成
する。このとき、信号線１２の表面も同時に酸化され絶
縁膜が形成される。前記絶縁膜２４は、その用途によっ
て好ましい膜厚が選択され、たとえば２０〜７０ｎｍ程
度とされる。

【００４９】陽極酸化に用いられる化成液は、溶質は特
に限定されないが溶媒は水からなり、たとえば０．０１
〜０．１重量％のクエン酸水溶液を用いることができ
る。

【００５０】（ｄ）次いで、クロム，アルミニウム，チ
タン，モリブデンなどの金属膜を例えばスパッタリング
法によって堆積させることにより、第２の導電膜２６が
形成される。第２の導電膜は、たとえば膜厚５０〜３０
０ｎｍで形成され、その後通常使用されているフォトリ
ソグラフィおよびエッチング技術を用いてパターニング
される。次いで、ＩＴＯ膜をスパッタリング法などによ
って膜厚３０〜２００ｎｍで堆積させ、通常用いられる
フォトリソグラフィおよびエッチング技術を用いて所定
のパターンの画素電極３４が形成される。

【００５１】なお、図３に示すＭＩＭ型非線形素子２０
においては、第２の導電膜と画素電極とが同一のＩＴＯ
膜等の透明導電膜３６によって形成される。この場合、
第２の導電膜と画素電極とを同一工程において形成でき
るため、製造プロセスをより簡略化することができる。

【００５２】

【実施例】以下に、本発明の具体的な実施例および比較
例を挙げて、さらに詳細に説明する。

【００５３】（実施例１）この実施例では、図６および
図７に示したバック・ツー・バック構造のＭＩＭ型非線
形素子を用いた。具体的には、ガラス基板上にスパッタ
リング法で膜厚１５０ｎｍのタンタル膜（０．２原子％
のタングステンを含む）を堆積し、さらにパターニング
を行って第１の導電膜を形成した。ついで、窒素雰囲気
中において３５０℃で３０分間にわたって熱処理（プレ
アニール）を行った。次いで、０．０５重量％のクエン
酸水溶液を化成液として用い、電流密度０．０４ｍＡ／
ｃｍ²で電圧１５Ｖに至るまで定電流電解を行い、前記
タンタル膜の陽極酸化を行った。その結果、厚さ約３０
ｎｍの酸化タンタル膜が形成された。

【００５４】さらに、窒素雰囲気下において、３２０℃
で３０分間にわたって熱処理を実施した後、大気雰囲気
中で冷却し、陽極酸化膜（絶縁膜）を安定化させた後、
この絶縁膜上にスパッタリング法によりクロムを膜厚１
００ｎｍで堆積させ、さらにパターニングを行って第２
の導電膜を形成し、さらに第１の導電膜の素子を形成す
る部分と信号線をなす部分とを分離してＭＩＭ型非線形
素子を作製した。

【００５５】（比較例１）実施例１における熱処理（プ
レアニール）を行わない他は、実施例１と同様にしてＭ
ＩＭ型非線形素子を作製した。

【００５６】次に、実施例１および比較例１のＭＩＭ型
非線形素子に関して行った実験例について述べる。

【００５７】（ａ）ＳＩＭＳ実施例１；まず、前記絶縁膜および第１の導電膜に含ま
れる各種原子のプロファイルを求めるために行った、セ
シウムイオンエッチングによるＳＩＭＳの結果を図８に
示す。図８において、横軸は、第１の導電膜および絶縁
膜における絶縁膜表面からの深さを示し、縦軸は、２次
イオンのカウント数を対数で示す。なお、図８におい
て、符号ａで示すラインは、水素のスペクトルのピーク
を通るラインであって、便宜的に、第１の導電膜と絶縁
膜との境界を示している。

【００５８】図８から、第１の導電膜（Ｔａ膜）と絶縁
膜（ＴａＯ_x膜）との境界領域における水素のスペクト
ルは、ピークが比較的なだらかな釣鐘型をなし、ピーク
強度Ｉｐより１桁小さい強度Ｉｈにおける、深さ方向の
厚さが約１７ｎｍであることが確認された。なお、ＳＩ
ＭＳの測定にあたっては、サンプルの陽極酸化膜（絶縁
膜）が薄すぎると絶縁膜と第１の導電膜との界面のデー
タが得にくくなるため、陽極酸化膜の膜厚を７０ｎｍ程
度に設定している。そして、陽極酸化膜の膜厚を変化さ
せても界面の状況は変化していないことを確認してい
る。

【００５９】比較例１；比較例１に関して行った、同様
のＳＩＭＳの結果を図９に示す。図９から、第１の導電
膜（Ｔａ膜）と絶縁膜（ＴａＯ_x膜）との境界領域にお
ける水素のスペクトルは、ピークが急峻な三角形状をな
し、ピーク強度Ｉｐより１桁小さい強度Ｉｈにおける、
深さ方向の厚さが約７ｎｍであることが確認された。

【００６０】水素ピークの温度依存性；さらに、プレア
ニールの温度がＳＩＭＳにおける水素のピークにどのよ
うな影響を与えるのかを確認するために、プレアニール
温度のみが異なる試料を作製してＳＩＭＳによるスペク
トルを得た。試料は、プレアニールの温度を３００℃お
よび４００℃に設定した他は前記実施例１と同様にして
作製した。これらの試料について得られたＳＩＭＳのス
ペクトルをそれぞれ図１０および図１１に示す。

【００６１】図１０は、プレアニールの温度を３００℃
に設定して得られた試料のスペクトルを示す。図１０か
ら、この試料の水素スペクトルは、ピーク強度Ｉｐより
１桁小さい強度Ｉｈにおける、深さ方向の厚さが約１２
ｎｍであることが確認された。

【００６２】図１１は、プレアニールの温度を４００℃
に設定して得られた試料のスペクトルを示す。図１１か
ら、この試料の水素スペクトルは、ピーク強度Ｉｐより
１桁小さい強度Ｉｈにおける、深さ方向の厚さが約２３
ｎｍであることが確認された。

【００６３】図８〜図１１から、プレアニールの温度が
上昇するにつれて、水素のピーク幅が大きくなることが
確認された。

【００６４】（ｂ）熱脱離スペクトル実施例１；次に、第１の導電膜（Ｔａ膜）について行っ
た熱脱離スペクトル（ＴＤＳ）法による測定について述
べる。この測定は、図１４に示す熱脱離スペクトル測定
装置５００を使用して行った。

【００６５】この熱脱離スペクトル測定装置５００は、
真空チャンバー５１０内に四重極質量分析計５０２と赤
外線ヒータ５０４とを備えており、試料５２０の裏側か
ら赤外線ヒータ５０４で試料５２０を加熱していき、試
料５２０から出てくるガスを四重極質量分析計５０２で
計測して熱脱離スペクトルを得るものである。試料５２
０の温度制御は、制御性の問題から試料５２０の裏面側
の熱電対ＴＣ１を使用して行った。また、試料５２０の
表面温度を測定するために、試料５２０の表面側にも熱
電対ＴＣ２を設けた。試料５２０に使用した石英基板５
２２は熱伝導が悪くしかもその厚さも１．１ｍｍと厚い
ために、熱電対ＴＣ１とＴＣ２との温度には差が生じ
た。しかし、実際のＭＩＭ型非線形素子作成プロセスで
の温度は、熱伝対ＴＣ２での温度とほぼ同じになる。Ｔ
ＤＳの測定には、基板として石英ガラスを用いている。
これは、１０００℃の高温まで測定を行うために、基板
の耐熱温度を高くしたことによる。なお、基板を通常の
無アルカリガラスに変えてもＭＩＭ型非線形素子の電圧
−電流特性は同じであることを確認している。

【００６６】測定に使用した試料５２０は、図１５に示
すように、まず、厚さ１．１ｍｍの石英基板５２２上に
スパッタリング法により厚さ２００ｎｍのタンタル膜
（０．２原子％のタングステンを含む）５２４を形成
し、さらに、前述したプレアニールを行ったものであ
る。すなわち、図１５に示す積層体を熱処理炉におい
て、窒素雰囲気中で３５０℃まで昇温し、窒素雰囲気中
で３０分間にわたって３５０℃に保つことによってプレ
アニールを行い、さらに１．０℃／分の速度で２００℃
まで降温し、その後前記積層体を熱処理炉から取り出し
て熱脱離スペクトル測定用の試料とした。

【００６７】この試料５２０を用いて熱脱離スペクトル
を測定した。その結果を図１２に示す。図１２におい
て、横軸は温度であって制御用の熱電対ＴＣ１の温度を
示し、縦軸は水素に相当する質量２（Ｈ₂）におけるガ
スの計測値の強度を示す。図１２に示すスペクトルにお
いては、ピークＰ１が得られている。上述のように熱電
対ＴＣ１とＴＣ２の温度には差があるので、試料５２０
の表面温度を求めると、ピークＰ１の熱電対ＴＣ２によ
る温度は約４００℃であり、スペクトルの熱電対ＴＣ２
による下限温度は約３００℃であった。

【００６８】さらに、スペクトルの全温度領域における
積分強度で水素の分子数をもとめたところ、１．７６×
１０¹⁶個／ｃｍ²であった。

【００６９】比較例１；また、比較例１について行っ
た、同様の熱脱離スペクトルの結果を図１３に示す。図
１３に示すスペクトルにおいては、ピークＰ２が得られ
ている。ピークＰ２の熱電対ＴＣ２による温度は約２９
０℃であった。

【００７０】さらに、スペクトルの全温度領域における
積分強度で水素の分子数をもとめたところ、１．１６×
１０¹⁶個／ｃｍ²であった。

【００７１】（ｃ）シフト値実施例１；さらに、実施例１のＭＩＭ型非線形素子での
電圧−電流特性の経時変化を見るために、経時変化の指
標であるシフト値を求めると２％であった。なお、この
シフト値は、１秒毎に極性を変えた矩形波の電圧をＭＩ
Ｍ型非線形素子に印加したとき、下記式であらわされる
値Ｉ_sで定義されるものである。このとき、前記印加電
圧は、電流が液晶表示パネルの１画素当たり１×１０^-7
Ａ流れるように設定される。

【００７２】Ｉ_s＝｛（Ｉ₁₀₀−Ｉ₀）／Ｉ₀｝１００（％）この式において、Ｉ₀は初期（１秒）の電流値の絶対値
を示し、Ｉ₁₀₀は１００秒後の電流値の絶対値を示す。
なお、実用上は、焼付きを防止するために、シフト値は
−５〜＋５％、より好ましくは−２〜＋２％の範囲に含
まれることが望ましい。

【００７３】比較例１；比較例１について、同様にシフ
ト値を求めると、４％であった。

【００７４】シフト値のプレアニール依存性；さらに、
プレアニールを行った本発明の試料およびプレアニール
を行わない比較用の試料を複数作成し、それらのシフト
値を求めた。その結果を図１６に示す。

【００７５】図１６において、横軸はＭＩＭ型非線形素
子に４Ｖの電圧を印加したときの素子を流れる電流値を
対数で示し、縦軸はシフト値を示す。図１２から、プレ
アニールを行うことにより、シフト値および充分なコン
トラストを得るために必要な保持電流の両者を満足する
傾向が明らかに確認された。なお、充分なコントラスト
を得るために必要な保持電流とは、選択期間に入った信
号が、保持期間内に変動しないための電流値をいう。こ
の保持電流は、実用上、たとえば４Ｖの電圧をＭＩＭ型
非線形素子に印加したときに、該素子に流れる電流値が
１×１０^-11Ａ、より好ましくは４×１０^-12Ａ以下であ
ることが望ましい。

【００７６】（ｄ）非線形係数実施例１；実施例１のＭＩＭ型非線形素子の電圧−電流
特性を測定し、急峻性を表す非線形係数（β値）を算出
すると４．７であった。

【００７７】比較例１；同様に比較例１のβ値を求めた
ところ、４．７であった。

【００７８】（ｅ）比誘電率実施例１；ＭＩＭ型非線形素子の静電容量および絶縁膜
の膜厚から比誘電率を求めた。具体的には、静電容量の
測定は、４μｍ角のＭＩＭ型非線形素子を２５００個並
列に接続して、実効電圧１Ｖ，周波数１０ｋＨｚの交流
を印加して行った。実施例１のＭＩＭ型非線形素子の試
料の静電容量は３０５ｐＦであった。また、エリプソメ
ータによって絶縁膜の膜厚を測定したところ２８．８ｎ
ｍであった。そして、得られた静電容量および膜厚より
絶縁膜の比誘電率を算出したところ２４．８であった。

【００７９】比較例１；同様に比較例１の比誘電率を求
めたところ、２５．７であった。

【００８０】比誘電率のプレアニール温度依存性；さら
に、比誘電率のプレアニール温度の依存性を調べるため
に、プレアニールの温度を変化させて作製した複数の試
料について、静電容量、およびこの静電容量と絶縁膜の
膜厚から算出した比誘電率を求めた。その結果を図１７
に示す。図１７において、同じプレアニール温度でプロ
ットされた複数のポイントは、同一の条件で作製された
複数の試料に対応している。

【００８１】図１７から、プレアニールの温度が３００
〜４００℃で、比誘電率はほぼ２５．５〜２４．５にな
ることが分かる。また、プレアニールの温度を４００℃
より高くしても、比誘電率は２４．０より小さくならな
いことを確認している。

【００８２】（ｆ）電流値の温度依存性実施例１；実施例１で得られた試料につき、基板の温度
を変化させてＭＩＭ型非線形素子に流れる電流値を測定
した。その結果を図１８のアレニウスプロットに示す。
図１８において、横軸は絶対温度の逆数（（１／Ｔ）×
１０００）を示し、縦軸は電流値を示す。そして、符号
ａで示すラインは書込電圧に相当する１０Ｖを印加した
ときのデータであり、符号ｂで示すラインは保持電圧に
相当する４Ｖを印加したときのデータである。

【００８３】図１８から、ラインａおよびｂの傾きを求
めると、それぞれ、−６．５７９２および−７．３０４
３であり、両者はかなり近似している。そのため、電流
値の温度依存性が書込電圧および保持電圧でほぼ同じ傾
向を有するので、オン・オフ特性の劣化が小さいことが
確認された。

【００８４】比較例１；比較例１で得られた試料につ
き、実施例１と同様に電流値の温度依存性を求めた。そ
の結果を図１９に示す。図１９において、符号ｃで示す
ラインは書込電圧に相当する１０Ｖを印加したときのデ
ータであり、符号ｄで示すラインは保持電圧に相当する
４Ｖを印加したときのデータである。

【００８５】図１９から、ラインｃおよびｄの傾きを求
めると、それぞれ、−６．５０６６および−７．７１４
９であり、両者は実施例１に比べるとかなり異なり、オ
ン・オフ特性などの点で実施例１より劣ることが分か
る。

【００８６】さらに、実施例１のＭＩＭ型非線形素子を
用いて液晶表示パネルを作製したところ、０〜８０℃の
温度範囲において１００以上のコントラストを得ること
ができ、かつ表示ムラも認められなかった。

【００８７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＭＩＭ型非線形素子を適用した液晶表
示パネルの要部を示す平面図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図３】本発明のＭＩＭ型非線形素子の他の構成例を示
す断面図である。

【図４】本発明の液晶表示パネルの等価回路を示す図で
ある。

【図５】本発明の液晶表示パネルを示す斜視図である。

【図６】本発明のバック・ツー・バック構造のＭＩＭ型
非線形素子を適用した液晶表示パネルの要部を示す平面
図である。

【図７】図７におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

【図８】本発明の実施例に係るＭＩＭ型非線形素子につ
いて求めたＳＩＭＳのスペクトルを示す図である。

【図９】本発明の比較例に係るＭＩＭ型非線形素子につ
いて求めたＳＩＭＳのスペクトルを示す図である。

【図１０】本発明の実施例に係るＭＩＭ型非線形素子に
ついて求めたＳＩＭＳのスペクトルを示す図である。

【図１１】本発明の実施例に係るＭＩＭ型非線形素子に
ついて求めたＳＩＭＳのスペクトルを示す図である。

【図１２】本発明の実施例に係るＭＩＭ型非線形素子の
第１の導電膜について求めた熱脱離スペクトルを示す図
である。

【図１３】本発明の比較例に係るＭＩＭ型非線形素子の
第１の導電膜について求めた熱脱離スペクトルを示す図
である。

【図１４】熱脱離スペクトルを求めるための装置を概略
的に示す図である。

【図１５】熱脱離スペクトルを求めるための試料を概略
的に示す図である。

【図１６】ＭＩＭ型非線形素子に定電圧を印加したとき
の、電流値とシフト値との関係を示す図である。

【図１７】ＭＩＭ型非線形素子について求めた、プレア
ニールの温度と静電容量および比誘電率との関係を示す
図である。

【図１８】本発明の実施例に係るＭＩＭ型非線形素子に
定電圧を印加したときの、温度と電流値との関係を示す
図である。

【図１９】本発明の比較例に係るＭＩＭ型非線形素子に
定電圧を印加したときの、温度と電流値との関係を示す
図である。

【符号の説明】

１０液晶表示パネル１２走査線１４データ線１６画素領域２０ＭＩＭ型非線形素子２２第１の導電膜２４絶縁膜２６第２の導電膜３０第１の基板３２第２の基板３４画素電極４０液晶表示要素１００走査信号駆動回路１１０データ信号駆動回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者直野秀昭長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (72)発明者伊藤渉長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (72)発明者浅川勉長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に積層された、第１の導電膜、絶
縁膜および第２の導電膜を含む２端子型非線形素子にお
いて、前記絶縁膜は、前記第１の導電膜を水溶液からなる化成
液中で陽極酸化して得られ、その比誘電率が２５．５以
下であることを特徴とする２端子型非線形素子。
【請求項２】請求項１において、前記絶縁膜の比誘電率は、２４〜２５．５であることを
特徴とする２端子型非線形素子。
【請求項３】請求項１または２において、セシウム１次イオンの照射による２次イオン質量分析法
（ＳＩＭＳ）で得られる元素分析において、前記第１の
導電膜と前記絶縁膜との境界領域における水素のスペク
トルは、そのピーク強度より１桁小さい強度において、
深さ方向の厚さが１０ｎｍ以上であることを特徴とする
２端子型非線形素子。
【請求項４】請求項３において、前記深さ方向の厚さは、１５〜５０ｎｍであることを特
徴とする２端子型非線形素子。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記第１の導電膜は、熱脱離スペクトルで、水素のスペ
クトルのピーク温度が３００℃以上であることを特徴と
する２端子型非線形素子。
【請求項６】（ａ）基板上に、第１の導電膜を形成す
る工程、（ｂ）前記第１の導電膜を不活性ガス中において３００
℃以上の温度で熱処理する工程、（ｃ）前記第１の導電膜を陽極酸化することにより、前
記第１の導電膜の表面に絶縁膜を形成する工程、および（ｄ）前記絶縁膜の表面に第２の導電膜を形成する工
程、を含むことを特徴とする２端子型非線形素子の製造
方法。
【請求項７】請求項６において、前記工程（ｂ）での熱処理は、３００〜４００℃で行わ
れることを特徴とする２端子型非線形素子の製造方法。
【請求項８】透明な基板、この基板上に所定のパター
ンで配設された一方の信号線、この信号線に接続された
請求項１ないし５に記載の２端子型非線形素子、および
この２端子型非線形素子に接続された画素電極を備えた
第１の基板と、前記画素電極に対向する位置に他方の信号線を備えた第
２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された液
晶層と、を含むことを特徴とする液晶表示パネル。