JP2002043657A - 薄膜ダイオード素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＭＩＭ型非線型素子を用いたＴＦＤ素子駆動の
反射型及び反射半透過型液晶表示装置の、新しい製造工
程を提案することで、製造コストを低減し、かつ高精細
化、高コントラスト化を実現する。 【解決手段】ＭＩＭ型非線型素子の製造工程数を短縮す
ることで、スループットと歩留まりを向上させ、製造コ
ストの低減を行なう。その方法として、陽極酸化工程に
おいて透明電極膜２を通して第一の金属１の陽極酸化を
行なうことで、製造工程を短縮化し、製造コストを低減
できる。また、この透明電極膜２を下地膜として利用す
ることで、工程数を増やすこと無く、配線材料、反射電
極材料にAg及びAg合金を使用することが可能となり、高
精細化、高コントラスト化を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＭＩＭ（金属−絶
縁膜−金属）型非線型素子を用いたＴＦＤ素子を液晶画
素をスイッチング素子とする反射型及び反射半透過型液
晶表示装置の製造方法に関し、特に、そのＭＩＭ型非線
型素子を用いたＴＦＤ素子及び高い反射率を持つ反射電
極を具備した素子基板を低コストで製造できる方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、急激な携帯情報端末の普及に伴
い、多くのアプリケーションソフトやネットワークコン
テンツが登場し、携帯情報端末上で処理する情報は以前
とは比べ物にならないほど膨大なものとなった。さらに
高速通信インフラが整備され、大容量のデータが転送で
きる環境が整いつつある。このような環境では、動画デ
ータの配信を可能とさせることが重要な技術となること
が予想され、現在すでにそのような試みが行なわれてい
る。このため、携帯情報端末、特に近年爆発的に増加し
ているネットワーク対応型の携帯電話では、転送される
動画に対応した表示画面を装備する必要が生じている。
しかし、現在の携帯電話用表示パネルは、その大多数が
パッシブマトリクス型液晶パネルを採用している。パッ
シブマトリクス型液晶表示装置はその駆動方式により高
速の動画表示には不向きであると言え、このため、アク
ティブマトリクス型液晶パネルを表示パネルにした携帯
電話の開発が進められている。

【０００３】しかしながら、薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）方式に代表されるアクティブマトリクス型液晶表示
装置は、その製造工程が複雑なため、コストが高くなる
という欠点を持つ。また、消費電力が高く、バッテリー
で駆動する携帯情報端末には大きなマイナス要素とな
る。これを解決するため、アクティブマトリクスであり
ながら製造工程がＴＦＴに比べ単純で、低消費電力化が
可能な薄膜ダイオード（ＴＦＤ）方式が注目を集めてい
る。

【０００４】ＴＦＤ素子の中で代表的なものに、金属−
絶縁体−金属（ＭＩＭ）型非線型素子がある。ＭＩＭ型
非線型素子を用いた場合には、マトリクスアレイを形成
した一方側の基板に走査線を授け、他方側の基板に信号
線を授ける、パッシブマトリクスと同様の配線形状とな
る。

【０００５】このようなＭＩＭ型非線型素子を用いたア
クティブマトリクス方式の液晶表示パネルにおいては、
図１に示すように、各画素領域で各走査線と各信号線と
の間にＭＩＭ型非線型素子（バリスタの符号で示す）と
液晶表示素子（コンデンサの符号で示す）が直列接続さ
れた構成として表され、走査線及び信号線に印加された
信号に基づいて、液晶表示素子を表示状態及び非表示状
態あるいはその中間状態に切り替えて表示動作を制御す
る。

【０００６】このようなＭＩＭ型非線型素子の一般的な
構造を図２に示す。図２a は素子の断面図であり、図２
ｂは素子を基板上方向から見た図である。この素子は配
線状に加工した第一の金属膜１の表面を酸化させ、金属
酸化膜３を形成し、その上に第二の金属膜６を成膜、加
工して配線電極７と反射電極８としたものである。第一
の金属膜１と金属酸化膜３と第二の金属膜６とで金属−
絶縁体−金属のＭＩＭ素子を形成し、この構成は最も一
般的なＴＦＤ素子の一つとなっている。

【０００７】このような素子の場合、ＭＩＭを構成する
2つの金属のうち１つの金属を陽極酸化して絶縁膜を成
膜し、もう一つの金属をスパッタなどによって成膜す
る。このため、絶縁体膜に対する２つの金属の密着の構
造が異なる結果となり、これによって素子の電圧−電流
特性の対称性が十分でなくなることから極性差を生じさ
せる。これは液晶を交流駆動させた際に、フリッカーな
ど液晶表示の欠陥を引き起こす原因となる。そのため、
極性差を抑えることを目的としてＭＩＭ素子を二つ直列
に接続したBack-to-Back（ＢＴＢ）構造が提唱されてい
る（特開昭58−34428号公報）。

【０００８】加えて、近年携帯情報端末の表示装置とし
て主流になっている技術として、反射型方式及び反射半
透過型方式の液晶表示装置がある。これらの方式ではバ
ックライトの消費電力を抑えられるため、バッテリーで
駆動する携帯情報端末では大きなメリットになってい
る。

【０００９】反射型方式は、これまでバックライトの光
を透過させるため透明電極膜で構成されていた画素領域
を反射電極に置き換え、液晶パネル前方から入光してき
た外光を反射することで、表示を可能とする方式であ
る。反射半透過型方式は、反射型方式の反射電極を光が
ある割合で透過できるよう薄くする、もしくは反射電極
にスリットを入れることによりバックライトの光の透過
を可能にし、外光が存在しない場合でも表示を可能とし
た、従来の透過型と反射型の両方の特徴を持つものであ
る。

【００１０】以上に述べた反射型方式、反射半透過型方
式は、単純マトリクス駆動、TFT駆動などの液晶駆動方
式の違いを問わず携帯情報端末に採用されている。

【００１１】この反射型及び反射半透過型液晶表示装置
とBTB構造のMIM型非線型素子を用いたTFD素子を組み合
わせることによって、低コスト、低消費電力と動画対応
の高品質表示を共有した携帯情報端末用表示装置の実現
が可能となる。

【００１２】尚、これら反射型方式と反射半透過型方式
は、素子基板を製造する上では、主に反射電極部の構成
の違いによって分けられるものである。具体的には反射
電極に光を透過させるためのスリットを構成する場合
と、反射電極膜を薄くして光を透過させる方法がある。
その他、液晶パネルデバイスとして、バックライトの有
無、偏光板の枚数等その構成に差が生じるが、素子基板
の製造プロセス的にはほぼ同じ工程で製造することが可
能である。

【００１３】そのため、これ以降は、反射型方式の素子
基板の製造工程が反射半透過型方式の素子基板の製造工
程の意味合いを含むものとして、反射型方式の製造工程
の説明のみを行うものとする。

【００１４】反射型液晶においても、表示装置の高精細
化、高コントラスト化が進んだことで、新たな配線材料
及び反射電極材料が摸索されている。その中で、 Ag及
びAg合金は、Alに代表される反射材料と比べても反射率
が高く、これを反射電極に用いることによって、表示の
明るく、コントラストの高い高品質の反射型液晶表示装
置を製造することができる。また、高い導電性を持って
いるため配線材料としても、現在製品に使用されている
Cr、Alを上回る性能を持っていため、これを使用するこ
とにより配線における面積を縮小でき、その結果表示装
置の高精細化が可能になる。

【００１５】しかし、 Ag及びAg合金は液晶表示装置の
一般的な基板として使用されているガラス材料に対する
密着性が低いという特徴を持っている。そのため、これ
らをガラス基盤上に成膜するためには、あらかじめガラ
ス基板上に、金属酸化膜に代表される下地膜を構成する
必要がある。これまでの反射電極及び配線材料の代わり
に Ag及びAg合金を使用した場合、この下地膜を形成す
る工程が追加されることから、製造工程数が増加し、そ
の結果高コスト化してしまうという問題がある。

【００１６】ここで、 ＢＴＢ構造のTFD素子の素子構
造、製造工程について説明する。図３に前記ＢＴＢ構造
の一般的な構造を示す。図３に示されたように、反射型
液晶の場合、配線電極７と反射電極は同一の素材で賄う
事ができる。

【００１７】図３に示したＢＴＢ構造のTFD素子を実現
するための製造プロセスを図４に示す。図４ａは各製造
プロセスでの素子の断面図、図４ｂは図４ａを基板上方
から見た上面図である。 一般的なＢＴＢ構造のＴＦＤ
素子を装備した反射型液晶表示装置の素子基板を製造す
るためのプロセスは、 図４ａ、図４ｂに示したように
（１） 素子基板の表面側に第一の金属膜１を堆積し、
配線状の形状に加工する工程と、（２） 前記第一の金
属膜１を酸化し、金属酸化膜３を成膜する工程と、
（３）次に、第二の金属膜６を堆積し、所定の形状に加
工する工程と、（４）次に、配線状になっている前記第
一の金属１と前記金属酸化膜３を所定の形状に加工する
工程と、からなる。

【００１８】この場合の工程数は、単純なＭＩＭ型非線
型素子の場合に比べ、（４）にあるような、第一の金
属、金属酸化膜を素子の形状に加工するプロセスが追加
される。さらに、このプロセスは金属と金属酸化膜を同
時に加工する必要があるため、ドライエッチングで行わ
れるのが一般的であるが、その場合ドライエッチによっ
て基板が削られ、基板内に含まれる不純物の拡散が引き
起こされる。このことがＴＦＤ素子に悪影響を与え、不
良品発生の原因となるため、これを阻止するための工程
（保護膜の成膜など）がさらに増える場合もある。結果
としてこの図４中の（４）の工程がＢＴＢ型構造のＴＦ
Ｄのコスト低下の妨げとなる大きな要因であると言え
る。

【００１９】一般的にＴＦＤの素子特性はＴＦＴに比べ
て劣っており、ＴＦＤの素子特性の向上、特にフリッカ
ー対策を重視した場合、ＢＴＢ型構造は大変有効である
と言える。しかし現在のＢＴＢ型構造の製造工程では、
図４中の（４）にあるような金属、金属酸化物を加工す
る工程が製造コストの上昇を引き起こし、ＴＦＴに比べ
て製造コスト面での優位性を低下させている。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】以上に記述されたよう
に、現在のＢＴＢ型構造のTFD素子は製造面でコスト改
善の余地がある。また、反射電極及び配線材料に Ag及
びAg合金を使用するメリットは大きいが、下地膜を成膜
する工程の面でコスト高になる。これらの問題を同時に
解決し、反射電極及び配線材料に Ag及びAg合金を用い
た、低コストで製造が可能なＢＴＢ型ＴＦＤ素子を備え
た反射型及び半透過型液晶表示装置の製造が可能となれ
ば、ＴＦＴに比べ格段に安価なＴＦＤ素子を製造でき、
ＴＦＤとしての優位性を確立することができる。そのた
め、各成膜、フォトリソグラフィーの工程を見直し、図
４中の（４）にあるような金属、金属酸化物を加工する
工程を削除しつつ、 Ag及びAg合金用の下地膜を構成す
る、ＢＴＢ型ＴＦＤ素子の製造方法を編み出すことが望
まれる。

【００２１】

【課題を解決するための手段】そこで、以下のようなＢ
ＴＢ構造ＴＦＤ素子を用いたマトリクスアレイの製造方
法を提供する。その工程は、（１） 前記素子基板の表
面に第一の金属膜を堆積し、所定の形状に加工する工程
と、（２） 次に、前記素子基板の表面に透明電極膜を
堆積する工程と、（３） 次に、前記透明電極膜に覆わ
れた前記第一の金属膜の表面を酸化し、該第一の金属膜
の表面に金属酸化膜からなる前記絶縁膜を成膜する工程
と、（４） 次に、少なくとも前記絶縁膜上の前記透明
電極膜を取り除き所定の形状に加工する工程と、（５）
次に、前記絶縁膜上と前記透明電極膜上を共に跨いで第
二の金属膜を更に堆積し、所定の形状に加工する工程
と、上記の工程によって、従来の工程より工程数を削減
してＢＴＢ構造ＴＦＤ素子を製造することが可能とな
る。

【００２２】上記工程において前記第一の金属膜の表面
を酸化し、該第一の金属膜の表面に金属酸化膜を成膜す
る工程(３)は、陽極酸化法を用いて行われる。この方法
の特徴は、金属酸化膜の成膜を電圧で容易に制御するこ
とが可能で、成膜された金属酸化膜の膜厚の均一性にお
いても信頼性が高いことにある。

【００２３】尚、前記ＴＦＤ素子は、二つのＭＩＭ型非
線型素子を直列に繋いだ構成とする。この構成により、
ＭＩＭ型非線型素子の持つ極性差を抑えることを特徴
とする。

【００２４】また、前記第一の金属膜の表面を酸化し、
該第一の金属膜の表面に金属酸化膜を成膜する前記陽極
酸化法による工程は、前記透明電極膜を介して該第一の
金属膜に電源からの電流を通電することを特徴とする。
所定の形状に加工され分割された該第一の金属膜を、前
記透明電極膜で覆い陽極酸化法を用いることで、分割さ
れた該第一の金属膜それぞれの表面に金属酸化膜を成膜
させることが可能となる。

【００２５】陽極酸化後、少なくとも前記絶縁膜上は取
り除かれ所定の形状に加工される前記透明電極膜は、液
晶表示装置を構成する配線電極と画素電極となる。加え
て前記絶縁膜上と前記透明電極膜上を共に跨いで堆積
し、所定の形状に加工される第二の金属膜は前記配線電
極上及び前記画素電極上に設けられる配線電極及び反射
電極となり、ＭＩＭ素子部以外において透明電極膜上に
第二の金属膜の堆積した二層の電極が構成される特徴を
持つ。

【００２６】前記透明電極膜は、ＩＴＯを用いることを
特徴とする。上記工程（１）〜（５）において、一般的
な透明電極膜として広く利用されているＩＴＯを使用す
ることにより、前記第一の金属膜の表面酸化の際に通電
材料として使用した後、上記工程（４）において加工さ
れたＩＴＯを配線電極及び画素電極として利用すること
が可能である。

【００２７】前記第二の金属膜にはAgもしくはAgを主と
する合金を用いることを特徴とする。 AgもしくはAgを
主とする合金は優れた導電性及び反射率を持ち、配線電
極及び反射電極として使用することにより高精細、高コ
ントラストの液晶表示素子を製造できる。

【００２８】前記第一の金属膜は、ＴａもしくはＴａを
主とする合金を用いる。ＴａもしくはＴａを主とする合
金は陽極酸化法により容易にその表面に酸化膜を形成す
る特徴を持つ。加えて、ＭＩＭ型非線型素子を構成した
際に、ＴａもしくはＴａを主とする合金を該第一の金属
膜に、それらの酸化膜を金属酸化膜に用いることで、非
線型特性の大きい高性能の ＭＩＭ型非線型素子を製造
することができる。

【００２９】前記透明電極膜は前記第二の金属の下地膜
とされる。ガラスとＩＴＯは密着性が良く、またＩＴＯ
とAgもしくはAgを主とする合金も密着性が良い為ガラス
基板上にAgもしくはAgを主とする合金を成膜する際の下
地膜としてＩＴＯは適切である。また、導電性のあるＩ
ＴＯを下地膜とすることで、導電性の無い下地膜を用い
た場合よりAgもしくはAgを主とする合金の導電性を落と
さずにすむ特徴がある。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明について、実施例に
基づき詳細に説明する。図５には本発明のＴＦＤ素子を
実現するためのプロセスを示す。図５ａは各製造プロセ
スでの素子の断面図、図５ｂは図５ａを上方から見た時
の上面図である。図５ａ（１）、図５ｂ（１）は素子基
板の表面上に第一の金属膜１を堆積し、フォトリソグラ
フィーを用いてのエッチングによって所定のＴＦＤ素子
の形状に加工（パターニング）したところである。第一
の金属膜はＴａもしくはＴａを主とする合金からなり、
Ｔａに不純物を添加した合金を使用する場合でも陽極酸
化が可能な程度の不純物添加量にされている。

【００３１】図５ａ（２）、図５ｂ（２）は第一の金属
膜１の形成部の有無に係らず素子基板の表面上で一様に
透明電極膜２を成膜した状態であり、第一の金属膜１上
には透明電極膜２が覆い被さった状態で構成される。透
明電極膜２にはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を使用
する。成膜はスパッタリングで行なう。

【００３２】図５ａ（３）、図５ｂ（３）は（２）で成
膜した透明電極膜２の端部を電源に繋ぎ、陽極酸化を行
ない第一の金属膜１上に金属酸化膜（絶縁膜）３を形成
した状態である。陽極酸化は、クエン酸などの水溶液中
で、所定の電圧までは定電流法で行ない、その後定電圧
法にして数時間放置することによって行なう。この時、
第一の金属膜１は、透明電極膜２に覆い被された状態の
ままその表面部分が陽極酸化される。この時の成膜され
る金属酸化膜３の酸化速度、厚さ、その他のパラメータ
は、陽極酸化電圧、陽極酸化電流、陽極酸化液の組成、
透明電極膜２の厚さ及び膜質によって制御することが可
能である。

【００３３】図５ａ（４）、図５ｂ（４）は陽極酸化
後、フォトリソグラフィーを用いてのエッチングによっ
て金属酸化膜３上の透明電極膜２を取り除くと共に配線
電極４aと画素電極４bとなる部分以外の透明電極膜２も
取り除かれて所定の形状にパターニングされている。こ
れによって、ＴＦＤ素子の構成要素とされる第一の金属
膜１と金属酸化膜３（絶縁膜）が剥き出しにされる。こ
の時、この剥き出しにされたTFD素子部５上に配線電極
４aとなる透明電極膜２は残さない事を前提とするが、T
FD素子部５と基板の境界において、配線電極４ａとなる
透明電極膜２が、僅かにＴＦＤ素子部５のテーパー部分
にかかっていてもＴＦＤ素子としての特性上かまわな
い。

【００３４】図５ａ（５）、図５ｂ（５）は第二の金属
膜６を堆積し、フォトリソグラフィーを用いてのエッチ
ングによって、透明電極膜で形成された配線電極４ａ上
と画素電極４ｂ上とＴＦＤ素子部５上に所定の形状でパ
ターン形成した図である。パターン形成された第二の金
属膜６は、透明電極膜によって形成された配線電極４ａ
上とＴＦＤ素子部５上とを跨いで形成され、更に透明電
極膜によって形成された画素電極４ｂ上とＴＦＤ素子部
５上とを跨いで形成されているので、ＢＴＢ構造のＴＦ
Ｄ素子が構成される。また、第二の金属膜２は配線電極
４ａ、及び画素電極４ｂと略同形状にこれらの電極上に
形成され、透明電極膜で形成された配線電極４ａと画素
電極４ｂは第二の金属膜２の下地膜とされている。透明
電極膜２の素材であるITOを下地膜とすることでAg及びA
g合金等と密着性が確保されるので、第二の金属膜６と
してこれらの反射材料を使用することが可能となり、反
射電極としての作用を得ることが出きる。この工程を以
ってＢＴＢ構造のＴＦＤ素子が完成される。

【００３５】

【発明の効果】以上の通り、本発明においてＭＩＭ型非
線型素子を用いたＢＴＢ構造のＴＦＤの製造工程のう
ち、ＴＦＤ素子となる金属と金属酸化膜を所定の形状に
加工する工程の短縮、及び配線と反射電極にAg及びAg合
金を使用する際の下地膜の成膜工程の短縮を可能とし
た、低コスト反射型及び反射半型透過型アクティブマト
リクス型の液晶表示装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＭＩＭ型非線型素子を用いたＴＦＤ方式の液晶
表示装置の等価回路図。

【図２】ａＭＩＭ型非線型素子の一般的な素子構造の断
面図。ｂＭＩＭ型非線型素子の一般的な素子構造の上面
図。

【図３】一般的なＢＴＢ構造のＴＦＤ素子構造の上面
図。

【図４】ａ一般的なＢＴＢ構造のＴＦＤ素子の製造工程
を表す断面図。ｂ一般的なＢＴＢ構造のＴＦＤ素子の製
造工程を表す上面図。

【図５】ａ本発明のＴＦＤ素子の製造工程を表す断面
図。ｂ本発明のＴＦＤ素子の製造工程を表す上面図。

【符号の説明】

１ 第一の金属膜 ２ 透明電極膜 ３ 金属酸化膜 ４a 配線電極下地膜 ４ｂ 画素電極下地膜 ５ ＴＦＤ素子部 ６ 第二の金属膜 ７ 配線電極 ８ 反射電極

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H092 HA05 JA03 JA07 JB12 JB44 KA16 KA18 MA05 MA13 MA17 MA24 MA35 MA37 NA01 NA25 NA29 PA12 5C094 AA43 AA44 BA04 BA43 CA19 DA15 DB01 DB04 EA04 EA05 EA06 EB02 ED11 FA01 FA02 FB02 FB12 FB15 GB10

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】素子基板の表面に形成される金属−絶縁膜
   −金属（ＭＩＭ）型非線型素子の構造を有した薄膜ダイ
   オード（ＴＦＤ）素子の製造方法であって、(１) 前記
   素子基板の表面に第一の金属膜を堆積し、所定の形状に
   加工する工程と、(２) 次に、前記素子基板の表面に透
   明電極膜を堆積する工程と、(３) 次に、前記透明電極
   膜に覆われた前記第一の金属膜の表面を酸化し、該第一
   の金属膜の表面に金属酸化膜からなる前記絶縁膜を成膜
   する工程と、(４) 次に、少なくとも前記絶縁膜上の前
   記透明電極膜を取り除き所定の形状に加工する工程と、
   (５) 次に、前記絶縁膜上と前記透明電極膜上を共に跨
   いで第二の金属膜を更に堆積し、所定の形状に加工する
   工程と、からなることを特徴とするＴＦＤ素子の製造方
   法。
2. 【請求項２】前記第一の金属膜の表面を酸化し、該第一
   の金属膜の表面に金属酸化膜からなる前記絶縁膜を成膜
   する工程(３)は、陽極酸化法を用いて行われることを特
   徴とする請求項１に記載のＴＦＤ素子の製造方法。
3. 【請求項３】前記ＴＦＤ素子は、二つのＭＩＭ型非線型
   素子を直列に繋いだ構成であることを特徴とするＴＦＤ
   素子の製造方法。
4. 【請求項４】前記第一の金属膜の表面を酸化し、該第一
   の金属膜の表面に金属酸化膜からなる前記絶縁膜を成膜
   する前記陽極酸化法による工程は、前記透明電極膜を介
   して前記第一の金属膜に電源からの電流を通電すること
   を特徴とする請求項２に記載のTFD素子の製造方法。
5. 【請求項５】少なくとも前記絶縁膜上は取り除かれ所定
   の形状に加工される前記透明電極膜は、液晶表示装置を
   構成する配線電極と画素電極であり、前記絶縁膜上と前
   記透明電極膜上を共に跨いで堆積し、所定の形状に加工
   される第二の金属膜は前記配線電極上及び前記画素電極
   上に設けられる配線電極及び反射電極であることを特徴
   とする請求項１乃至請求項４に記載のＴＦＤ素子の製造
   方法。
6. 【請求項６】前記透明電極膜はインジウムスズ酸化物
   （ＩＴＯ）を用いることを特徴とする請求項１及び請求
   項４に記載のＴＦＤ素子の製造方法。
7. 【請求項７】前記第二の金属膜にはAgもしくはAgを主と
   する合金を用いることを特徴とする請求項１及び請求項
   ５に記載のＴＦＤ素子の製造方法。
8. 【請求項８】前記第一の金属膜にはＴａもしくはＴａを
   主とする合金を用いることを特徴とする請求項１及び請
   求項４に記載のＴＦＤ素子の製造方法。
9. 【請求項９】前記透明電極膜は前記第二の金属の下地膜
   とされていることを特徴とする請求項１に記載のＴＦＤ
   素子の製造方法。