JP2002164202A - Nonlinear resistance element, its manufacturing method, and liquid crystal display - Google Patents

Nonlinear resistance element, its manufacturing method, and liquid crystal display

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JP2002164202A
JP2002164202A JP2001221511A JP2001221511A JP2002164202A JP 2002164202 A JP2002164202 A JP 2002164202A JP 2001221511 A JP2001221511 A JP 2001221511A JP 2001221511 A JP2001221511 A JP 2001221511A JP 2002164202 A JP2002164202 A JP 2002164202A
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JP
Japan
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conductive film
film
resistance element
tungsten
current
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Withdrawn
Application number
JP2001221511A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Takahara
研一 高原
Takashi Inami
隆志 居波
Takashi Inoue
孝 井上
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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  • Liquid Crystal (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonlinear resistance element which is suppressed in changeover aging is its voltage-current characteristic caused by the influence of heat, current injection, etc., and is suitably used as a switching element of a liquid crystal display. SOLUTION: This nonlinear resistance element 100 is composed of a nonlinear resistance element (MIM element) 100 constituted of a first conductive film 12, an insulating film 14, and a second conductive film 16 successively laminated upon a substrate 10. The insulating film 14 is the anodic oxide film of the first conductive film 12 and the second conductive film 16 is composed at least of either one of a chromium film and a transparent conductive film. In addition, when a voltage which falls within a prescribed range is impressed upon the MIM element 100, the following equation holds approximately: log(J/J0)=S×t1/m, where S denotes a coefficient of <=3.1×10-3 and t, J, and J0 respectively denote the time (seconds) elapsed after the driving of the element has started, the current density (A/cm2) when the elapsed time t is t seconds, and the current density (A/cm2) when the elapsed time is 1 second. In addition, m denotes a numerical value of >=1, preferably, 5>=.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ラップトップコン
ピュータ、エンジニアリングワークステーション(EW
S)あるいは液晶テレビなどの液晶表示装置の画素スイ
ッチング素子として好適な非線形抵抗素子、特にMIM
素子およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laptop computer, an engineering workstation (EW).
S) or a non-linear resistance element suitable as a pixel switching element of a liquid crystal display device such as a liquid crystal television, particularly MIM
The present invention relates to an element and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【背景技術および発明が解決しようとする課題】近年、
ラップトップコンピュータやEWSあるいは小型テレビ
などにおいては、小型軽量化並びに低消費電力化などの
観点から、従来のCRTから液晶表示装置への転換が盛
んに試みられている。
BACKGROUND OF THE INVENTION In recent years,
In a laptop computer, an EWS, a small television, and the like, conversion from a conventional CRT to a liquid crystal display device has been actively attempted from the viewpoint of reduction in size, weight, and power consumption.

【0003】この液晶表示装置の画素スイッチング素子
としては、ポリシリコンあるいはアモルファスシリコン
を用いた3端子の薄膜トランジスタ(TFT)や金属−
絶縁膜−金属からなる2端子の非線形抵抗素子(MI
M)などが用いられている。TFTなどの3端子素子は
製造時において素子の構造上から繰り返し薄膜の形成が
必要になるので製造工程が複雑であること、および基板
上に信号線の交点を有することなどから、素子の欠陥が
生じ易く、製造歩留りが低下するという難点があった。
これに対してMIM素子などの2端子素子は3端子素子
に比べて製造工程が簡便で製造歩留りの高いこと、およ
び信号線の交点を有さないことなどから、低コスト化お
よび大面積化に有利であるとして注目され、現在、改
良,開発が進められてきている。
As a pixel switching element of this liquid crystal display device, a three-terminal thin film transistor (TFT) using polysilicon or amorphous silicon, a metal
Two-terminal nonlinear resistance element (MI
M) is used. In the case of a three-terminal device such as a TFT, it is necessary to repeatedly form a thin film from the structure of the device at the time of manufacture. It is easy to occur, and there is a problem that the manufacturing yield is reduced.
On the other hand, a two-terminal element such as an MIM element has a simpler manufacturing process and higher manufacturing yield than a three-terminal element, and has no intersections of signal lines. Attention has been paid to its advantages, and improvements and developments are currently underway.

【0004】MIM素子は、絶縁体薄膜を2枚の導電性
薄膜でサンドイッチした構造を有しており、導電性薄膜
間の電圧−電流特性が非線形性を示すものである。代表
的なMIM素子は、Ta−Ta25−Crの構造を有す
る。このMIM素子は、通常、次の方法で製造される。
すなわち、まずガラス基板上にスパッタリングでTa薄
膜を形成した後、タイミング信号線およびMIM素子部
分を残してエッチングを行う。次いで、Ta薄膜の表面
に陽極酸化法によってTa25絶縁膜を形成する。陽極
酸化法によって形成される絶縁膜は、スパッタリングや
CVD(化学的気相成長)などによって作られる絶縁膜
に比べて、ピンホールの少ない緻密な膜ができることで
有利な方法である。次に、Cr薄膜をスパッタリングで
形成した後パターニングし、さらにITOの透明導電膜
からなる液晶駆動用の電極パターンが形成される。
[0004] The MIM element has a structure in which an insulating thin film is sandwiched between two conductive thin films, and the voltage-current characteristics between the conductive thin films exhibit nonlinearity. Typical MIM element has a structure of Ta-Ta 2 O 5 -Cr. This MIM element is usually manufactured by the following method.
That is, first, a Ta thin film is formed on a glass substrate by sputtering, and then etching is performed leaving a timing signal line and a MIM element portion. Next, a Ta 2 O 5 insulating film is formed on the surface of the Ta thin film by an anodic oxidation method. The insulating film formed by the anodic oxidation method is advantageous in that a dense film with few pinholes can be formed as compared with an insulating film formed by sputtering, CVD (chemical vapor deposition), or the like. Next, a Cr thin film is formed by sputtering, followed by patterning, and further, an electrode pattern for driving a liquid crystal, which is made of a transparent conductive film of ITO, is formed.

【0005】このようなMIM素子を用いた液晶パネル
において高い画質を実現するためには、一般に以下に示
す特性を満足させることが重要である。
In order to realize high image quality in a liquid crystal panel using such an MIM element, it is generally important to satisfy the following characteristics.

【0006】(1)素子の容量が液晶の容量に対して十
分に小さいこと、 (2)素子の電圧−電流特性において大きな非線形性を
有し、ON電流とOFF電流の比が十分に大きいこと、 (3)素子の電圧−電流特性が正電圧側と負電圧側で対
称的であること。
(1) The capacity of the element is sufficiently smaller than the capacity of the liquid crystal. (2) The voltage-current characteristics of the element have a large nonlinearity, and the ratio between the ON current and the OFF current is sufficiently large. (3) The voltage-current characteristics of the element are symmetric on the positive voltage side and the negative voltage side.

【0007】また、製造工程の簡便さをさらに追及する
技術として、例えば特開昭57−122476号公報に
開示されたものがある。この技術においては、上部電極
としてITO(Indium Tin Oxide)からなる透明導電膜
を用いている。このように上部電極を透明導電膜とする
ことにより、画素電極である透明電極膜を形成する際に
上部電極を同時に形成することができ、従って上部電極
の成膜およびそのエッチング工程を減らすことができ、
工程をさらに簡便にすることが可能である。しかしなが
ら、ITOからなる上部電極を有するMIM素子におい
ては、正電圧側と負電圧側とでその電圧−電流特性がか
なり異なり、良好な電流特性を得ることが困難である。
このような正負印加電圧における電圧−電流特性の非対
称性は、液晶表示装置における表示画面のちらつき(フ
リッカー)や液晶材料の劣化の原因となる。
As a technique for further pursuing the simplicity of the manufacturing process, there is a technique disclosed in, for example, JP-A-57-122476. In this technique, a transparent conductive film made of ITO (Indium Tin Oxide) is used as an upper electrode. By forming the upper electrode as a transparent conductive film in this manner, the upper electrode can be formed at the same time as forming the transparent electrode film that is a pixel electrode, so that the film formation of the upper electrode and the etching process thereof can be reduced. Can,
The process can be further simplified. However, in the MIM element having the upper electrode made of ITO, the voltage-current characteristics are significantly different between the positive voltage side and the negative voltage side, and it is difficult to obtain good current characteristics.
Such asymmetry of the voltage-current characteristics at the positive and negative applied voltages causes flicker on the display screen of the liquid crystal display device and deterioration of the liquid crystal material.

【0008】ITO上部電極を用いたMIM素子を液晶
表示装置に適用するためには、例えば、MIM素子を逆
方向に直列に接続するバック−ツウ−バック(Back-to-
Back)構造を採用し、正負印加電圧に対して対称な電流
特性を得る方法や、駆動方法を制御して、外部からの印
加電圧値や波形自体を極性差に合せて非対称とする技術
(Katsumi Aota,et al,SID´9
1 DIGEST,P.219,1991)等が提案さ
れている。しかしながら、前者の方法では、MIM素子
の製造プロセスでのコストを著しく増加させてしまい、
また後者の場合には、外部電源数の増加やドライバIC
の大型化ならびに高コスト化を招く。
In order to apply an MIM element using an ITO upper electrode to a liquid crystal display device, for example, a back-to-back connection in which the MIM elements are connected in series in a reverse direction is used.
Back) A technology to obtain a current characteristic that is symmetrical with respect to the positive and negative applied voltages, and to control the driving method to asymmetrical the externally applied voltage value and the waveform itself according to the polarity difference (Katsumi) Aota, et al, SID'9
1 DIGEST, P.A. 219, 1991). However, the former method significantly increases the cost in the manufacturing process of the MIM element,
In the latter case, an increase in the number of external power supplies or driver ICs
Causes an increase in size and cost.

【0009】また、本発明者らによれば、従来のMIM
素子における別の問題として、電流注入によって素子の
電圧−電流特性が経時的な変化を生ずることを確認して
いる。このような電圧−電流特性の経時変化が大きい
と、液晶表示装置をアクティブマトリクス法によって駆
動する場合に、例えば残像や表示むらとして現れること
がある。
According to the present inventors, the conventional MIM
As another problem in the device, it has been confirmed that voltage-current characteristics of the device change with time due to current injection. When such a change with time of the voltage-current characteristics is large, when the liquid crystal display device is driven by the active matrix method, it may appear as, for example, an afterimage or display unevenness.

【0010】本発明の目的は、前述したMIM素子に要
求される一般的な特性に加え、熱や電流注入などの影響
による電圧−電流特性の経時変化を抑制し、液晶表示装
置のスイッチング素子として好適な非線形抵抗素子およ
びその製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a switching element of a liquid crystal display device which suppresses a change with time in voltage-current characteristics due to the influence of heat or current injection, in addition to the general characteristics required for the above-described MIM element. An object of the present invention is to provide a suitable nonlinear resistance element and a method for manufacturing the same.

【0011】本発明の他の目的は、上記非線形抵抗素子
を用いて構成され、高い画質を長時間にわたって維持す
ることができる液晶表示装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a liquid crystal display device which is constituted by using the above-mentioned nonlinear resistance element and which can maintain high image quality for a long time.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の非線形抵抗素子
は、基板上に積層された、第1導電膜、絶縁膜および第
2導電膜から構成される非線形抵抗素子(MIM素子)
であって、前記第1導電膜は、主成分の金属に、この金
属より価数が1または2大きい元素が0.2〜6原子%
の割合で添加された金属膜であり、前記絶縁膜は、前記
第1導電膜の陽極酸化膜である、ことを特徴とする。
A non-linear resistance element according to the present invention is a non-linear resistance element (MIM element) comprising a first conductive film, an insulating film and a second conductive film laminated on a substrate.
In the first conductive film, an element having a valence of 1 or 2 greater than that of the metal as a main component is 0.2 to 6 atomic%.
Wherein the insulating film is an anodic oxide film of the first conductive film.

【0013】この非線形抵抗素子において、前記第1導
電膜を構成する金属としてはタンタル、アルミニウムな
どを用いることができるが、特にタンタルが好ましい。
また、前記第1導電膜に添加される元素としては、タン
グステン、クロム、モリブデンおよびレニウムから選択
される少なくとも一種であることが好ましく、特にタン
グステンが好ましい。そして、タングステンは酸化タン
グステン(WO3)の化合物で添加されていてもよい。
また、前記第2導電膜を構成する物質としては、クロ
ム、モリブデン、チタン、アルミニウムおよび透明導電
膜などを用いることができるが、クロムおよび透明導電
膜が好ましく、特にITOからなる透明導電膜が好まし
い。
In this nonlinear resistance element, tantalum, aluminum or the like can be used as a metal constituting the first conductive film, but tantalum is particularly preferred.
The element added to the first conductive film is preferably at least one selected from tungsten, chromium, molybdenum, and rhenium, and particularly preferably tungsten. Tungsten may be added as a compound of tungsten oxide (WO 3 ).
In addition, as a material constituting the second conductive film, chromium, molybdenum, titanium, aluminum, a transparent conductive film, or the like can be used, but chromium and a transparent conductive film are preferable, and a transparent conductive film made of ITO is particularly preferable. .

【0014】次に、本発明の非線形抵抗素子の電流特性
に第1導電膜の添加元素がどのような影響を与えるかに
ついて検討した結果について述べる。具体的には、第1
導電膜の金属としてタンタルを用い添加元素としてタン
グステンを用い、タングステンの濃度の変化に対してM
IM素子に流れる電流がどのように影響されるかについ
て調べたものである。図1は、第2導電膜としてクロム
を用いた素子の電流特性を示し、図2は第2導電膜とし
てITOを用いた素子の電流特性を示す。
Next, the results of a study on how the added element of the first conductive film affects the current characteristics of the nonlinear resistance element of the present invention will be described. Specifically, the first
Tantalum is used as the metal of the conductive film, and tungsten is used as an additive element.
It is an investigation on how the current flowing through the IM element is affected. FIG. 1 shows current characteristics of an element using chromium as the second conductive film, and FIG. 2 shows current characteristics of an element using ITO as the second conductive film.

【0015】(サンプル)この実験に用いられたサンプ
ルは以下のようにして形成されたものである。
(Sample) The sample used in this experiment was formed as follows.

【0016】まず、ガラス基板上に、スパッタリングに
よって膜厚約3500オングストロームのタンタル薄膜
もしくはタンタルにタングステンが含まれる薄膜を堆積
させて第1導電膜を形成する。次いで、0.01重量%
のクエン酸水溶液において、陽極電圧を30Vに設定し
た定電圧法を用いて2時間の陽極酸化を行ない、厚さ約
530オングストロームの絶縁膜を形成する。次いで、
窒素ガス雰囲気において温度400℃で約1時間のアニ
−ル処理を行う。その後、スパッタリングによってクロ
ムまたはITOを絶縁膜上に堆積して第2導電膜を形成
する。このとき、第2電極の厚さは、クロムで1,50
0オングストローム、ITOで1000オングストロー
ムである。さらに、窒素雰囲気中において温度250℃
で1時間のアニ−ル処理を行う。サンプルとしては、タ
ングステン濃度を変えた数種類のものを用意する。ま
た、サンプルのサイズは4μm×4μmである。後述す
る各実験で使用されるサンプルも上記方法で得られたも
のである。
First, a first conductive film is formed on a glass substrate by depositing a tantalum thin film having a thickness of about 3500 angstroms or a thin film containing tungsten in tantalum by sputtering. Then, 0.01% by weight
In the citric acid aqueous solution, anodization is performed for 2 hours using a constant voltage method in which the anode voltage is set to 30 V to form an insulating film having a thickness of about 530 angstroms. Then
Annealing is performed at a temperature of 400 ° C. for about 1 hour in a nitrogen gas atmosphere. Then, chromium or ITO is deposited on the insulating film by sputtering to form a second conductive film. At this time, the thickness of the second electrode is 1,50 of chromium.
It is 0 Å and 1000 Å for ITO. Further, at a temperature of 250 ° C.
For one hour. Several kinds of samples having different tungsten concentrations are prepared. The size of the sample is 4 μm × 4 μm. The samples used in each experiment described later were also obtained by the above method.

【0017】そして、各サンプルについて、4Vの電圧
を印加したときの電流値ならびに15Vの電圧を印加し
た時の電流値を求めた。通常、MIM素子を用いた液晶
表示装置においては、MIM素子に印加される電圧は、
選択時で10〜20V、非選択時では2〜6Vである。
そこで、本発明においては、これらの電圧範囲のほぼ中
央の値を選択し、ON電圧を15V、OFF電圧を4V
と規定し、そのとき流れる電流をそれぞれON電流およ
びOFF電流と定義する。
For each sample, a current value when a voltage of 4 V was applied and a current value when a voltage of 15 V was applied were determined. Normally, in a liquid crystal display device using an MIM element, the voltage applied to the MIM element is
It is 10 to 20 V when selected and 2 to 6 V when not selected.
Therefore, in the present invention, a value approximately at the center of these voltage ranges is selected, and the ON voltage is set to 15V and the OFF voltage is set to 4V.
And the current flowing at that time is defined as an ON current and an OFF current, respectively.

【0018】図1および図2において、Aで示す曲線は
4Vの電圧を印加した時の結果を示し、Bで示す曲線は
15Vの電圧を印加した時の結果を示す。また、実線で
示されるA1およびB1は第1導電膜にプラスのバイア
ス電圧を印加した時の結果を示し、破線で示すA2およ
びB2は第1導電膜にマイナスのバイアス電圧を印加し
た時の結果を示したものである。
In FIGS. 1 and 2, the curves indicated by A show the results when a voltage of 4 V is applied, and the curves shown by B show the results when a voltage of 15 V is applied. A1 and B1 shown by solid lines show the results when a positive bias voltage is applied to the first conductive film, and A2 and B2 shown by broken lines show the results when a negative bias voltage is applied to the first conductive film. It is shown.

【0019】図1より、タングステンを特定の濃度範囲
で添加することによりON電流ならびにOFF電流は低
下し、特にタングステン濃度が低い場合にその効果が顕
著であることが分った。これらの電流が低下するタング
ステンの濃度範囲は、印加電圧によって異なるが、4V
の印加電圧の場合には約3原子%以下、15Vの印加電
圧の場合には約3原子%以下である。特に注目したいの
は、OFF電流の低下である。OFF電流が低下するこ
とにより、非選択期間における電荷が逃げにくくなるた
め、液晶表示画像のコントラスト比が上る。また、図1
から、タングステン濃度が約0.2原子%より大きいと
正負の電圧極性における電圧−電流曲線がほぼ完全に一
致しており、電流特性の対称性が大変良いことが分る。
FIG. 1 shows that when tungsten is added in a specific concentration range, the ON current and the OFF current are reduced, and the effect is remarkable especially when the tungsten concentration is low. The range of the concentration of tungsten in which these currents decrease depends on the applied voltage.
The applied voltage is about 3 atomic% or less, and the applied voltage of 15 V is about 3 atomic% or less. Of particular note is the decrease in OFF current. The decrease in the OFF current makes it difficult for the charge to escape in the non-selection period, so that the contrast ratio of the liquid crystal display image increases. FIG.
From this, it can be seen that when the tungsten concentration is greater than about 0.2 atomic%, the voltage-current curves at the positive and negative voltage polarities almost completely match, and the symmetry of the current characteristics is very good.

【0020】また、図2から、第2導電膜としてITO
を用いた場合にも、タングステンを特定範囲の濃度で加
えることによりON電流ならびにOFF電流を低下させ
ることが分った。そして、第1導電膜としてタングステ
ンを添加しないタンタルを用い第2導電膜としてクロム
を用いた場合に比較して、ON電流の場合には約4原子
%以下で、OFF電流の場合には約4.5原子%以下で
電流密度の低下が見られ、特に2原子%以下の低濃度で
の低減効果が大きいことが分った。ただし、第2導電膜
としてITOを用いた場合には、クロムを用いた場合と
比較して、タングステン濃度が低い場合には、プラスの
バイアス電圧を印加したときとマイナスのバイアス電圧
を印加したときとでは電流密度に違いが見られ、電圧極
性における対称性がやや劣っていることが分る。特に、
OFF電流においては、タングステンの濃度が約0.5
原子%より小さいときに対称性が悪い。
FIG. 2 shows that the second conductive film is made of ITO.
It was also found that the addition of tungsten in a specific concentration range reduced the ON current and OFF current. Compared to the case where tantalum without addition of tungsten is used as the first conductive film and chromium is used as the second conductive film, the ON current is about 4 atomic% or less and the OFF current is about 4 atomic% or less. It was found that a reduction in current density was observed at 0.5 atomic% or less, and that the effect of reduction was particularly large at a low concentration of 2 atomic% or less. However, when ITO is used as the second conductive film, when the tungsten concentration is lower than when chromium is used, when a positive bias voltage is applied and when a negative bias voltage is applied, It can be seen that there is a difference in current density between and and that the symmetry in voltage polarity is slightly inferior. In particular,
In the OFF current, the concentration of tungsten is about 0.5
Poor symmetry when less than atomic%.

【0021】以上のことから、タングステンを添加した
タンタル薄膜を陽極酸化することによって形成された絶
縁膜は、タングステンを含まない場合に比べてOFF電
流を低下させる。そして、第2導電膜としてクロムを用
いた場合には最大で約3原子%、第2導電膜としてIT
Oを用いた場合には最大で約4.5原子%のタングステ
ンを添加したときにその低減効果が見られる。このよう
なOFF電流の低減は、液晶表示画面のコントラストを
上げるため、画質の向上に寄与する。
As described above, the insulating film formed by anodizing the tantalum thin film to which tungsten is added lowers the OFF current as compared with the case where no tungsten is contained. When chromium is used as the second conductive film, a maximum of about 3 atomic% is used as the second conductive film.
In the case of using O, the effect of reducing the effect is seen when about 4.5 atomic% of tungsten is added at the maximum. Such a reduction in the OFF current increases the contrast of the liquid crystal display screen, thereby contributing to an improvement in image quality.

【0022】本発明の非線形抵抗素子は、基板上に積層
された、第1導電膜、絶縁膜および第2導電膜から構成
される非線形抵抗素子(MIM素子)であって、前記第
1導電膜は、好ましくは主成分のタンタルにタングステ
ンが添加された金属膜であり、前記絶縁膜は、前記第1
導電膜の陽極酸化膜であり、前記第2導電膜は、クロム
膜および透明導電膜の少なくとも一方であり、かつ、素
子に流れる電流密度(J)は近似的に下記式(1)で表
わされ、この式(1)における活性化エネルギー(E
a)が0.534eV以下であることを特徴とする。
The non-linear resistance element according to the present invention is a non-linear resistance element (MIM element) composed of a first conductive film, an insulating film and a second conductive film laminated on a substrate. Is preferably a metal film in which tungsten is added to tantalum as a main component, and the insulating film is
The second conductive film is at least one of a chromium film and a transparent conductive film, and the current density (J) flowing through the element is approximately represented by the following equation (1). The activation energy (E
a) is 0.534 eV or less.

【0023】 式(1) J=Aexp(−Ea/kT) ここで、Aは定数、kはボルツマン定数、Tは絶対温度
を表わす。
Equation (1) J = Aexp (−Ea / kT) where A is a constant, k is a Boltzmann constant, and T is an absolute temperature.

【0024】通常、MIM素子は温度変化に対して敏感
であり、例えば液晶表示装置のバックライトによる加熱
や高温の場所での使用により特性変化が生じ、表示画像
のコントラストの低下等を引き起す。このことは、前記
式(1)から分るように、素子の電流値は温度依存性を
有するからである。また、電流密度は活性化エネルギー
(Ea)の関数でもあり、活性化エネルギーが大きいほ
ど温度依存性が大きく、活性化エネルギーが小さいほど
温度依存性が小さいと言える。MIM素子の測定温度を
変えてそれぞれ電流−電圧特性を測定し、任意の電圧に
おいて電流値と1/Tとの関係をプロットするとグラフ
はほぼ直線となり、活性化エネルギー(Ea)は、この
直線の傾きより求めることができる。
Normally, the MIM element is sensitive to a change in temperature. For example, the characteristics of the MIM element change due to heating by a backlight of a liquid crystal display device or use in a high-temperature place, causing a decrease in contrast of a displayed image. This is because the current value of the element has a temperature dependency, as can be seen from the equation (1). Further, the current density is also a function of the activation energy (Ea), and it can be said that the temperature dependence increases as the activation energy increases, and the temperature dependence decreases as the activation energy decreases. When the current-voltage characteristics are measured while changing the measurement temperature of the MIM element, and the relationship between the current value and 1 / T is plotted at an arbitrary voltage, the graph becomes almost a straight line, and the activation energy (Ea) is expressed by the straight line. It can be obtained from the slope.

【0025】本発明者らの研究によれば、室温(約22
℃)〜80℃の実使用範囲における電流密度(J)、特
にOFF電流の変化量が1.5桁以内であれば、液晶表
示装置において表示特性上問題がなく、一方前記変化量
が1.5桁を越えると、表示特性、特にコントラストの
低下を招くことが確認された。
According to the study of the present inventors, room temperature (about 22
If the amount of change in the current density (J) in the actual use range of from 80 ° C. to 80 ° C., particularly the OFF current, is within 1.5 digits, there is no problem in the display characteristics of the liquid crystal display device. It has been confirmed that when the number exceeds 5 digits, the display characteristics, particularly the contrast, are lowered.

【0026】さらに、本発明者らは、タンタルにタング
ステンが添加された第1導電膜を陽極酸化することによ
って得られた絶縁膜においては、タングステンを添加し
ない場合に比べ、活性化エネルギーがかなり低下するこ
とを発見した。そこで、タンタルに添加するタングステ
ンの濃度と活性化エネルギーとの関係を実験によって検
討した。その結果を図3および図4に示す。サンプルは
前述の方法と同様の方法で形成したものである。図3
は、第2導電膜としてクロムを用いた場合、図4は第2
導電膜としてITOを用いた場合を示し、図3および図
4においてE4は4Vの電圧(OFF電圧)を印加した
場合、E15は15Vの電圧(ON電圧)を印加した場合
の、活性化エネルギーとタングステン濃度との関係を示
す。
Furthermore, the present inventors have found that the activation energy of the insulating film obtained by anodizing the first conductive film in which tungsten is added to tantalum is considerably lower than that in the case where no tungsten is added. I discovered that Therefore, the relationship between the concentration of tungsten added to tantalum and the activation energy was examined by experiments. The results are shown in FIGS. The sample was formed by the same method as described above. FIG.
FIG. 4 shows the case where chromium is used as the second conductive film.
FIGS. 3 and 4 show a case where ITO is used as the conductive film. In FIGS. 3 and 4, E 4 is an activation when a voltage (OFF voltage) of 4 V is applied, and E 15 is an activation when a voltage (ON voltage) of 15 V is applied. 4 shows the relationship between energy and tungsten concentration.

【0027】図3および図4より、印加する電圧が大き
ければ大きいほど活性化エネルギーは小さくなり、ま
た、各電圧においてはタングステンの低濃度側で1つの
ピークを持ち、それ以降はなだらかに活性化エネルギー
が減少していくことが分る。そして、ON電圧(15
V)およびOFF電圧(4V)のいずれの場合にも活性
化エネルギーが0.534eV以下であるためには、第
2導電膜としてクロムを用いた場合にはタングステン濃
度が約0.8原子%以上であることが必要であり、第2
導電膜としてITOを用いた場合にはタングステン濃度
が約1.2原子%以上必要であることが分った。
3 and 4 that the higher the applied voltage, the lower the activation energy. In addition, each voltage has one peak on the low concentration side of tungsten, and thereafter, the activation becomes gentle. You can see that the energy is decreasing. Then, the ON voltage (15
V) and OFF voltage (4 V), the activation energy is 0.534 eV or less, so that when chromium is used as the second conductive film, the tungsten concentration is about 0.8 atomic% or more. And the second
It has been found that when ITO is used as the conductive film, a tungsten concentration of about 1.2 atomic% or more is required.

【0028】このようにタングステン濃度をコントロー
ルして、前記式(1)における活性化エネルギー(E
a)を0.534eV以下とすることにより、実際に液
晶表示装置が使用される温度範囲において、表示特性に
最も影響を与えるOFF電流の変化量を約1.5桁以内
に収めることができる。従ってこの素子を用いた液晶表
示装置においては、実使用温度範囲でのコントラストの
低下を抑えることができる。
By controlling the tungsten concentration in this manner, the activation energy (E
By setting a) to 0.534 eV or less, the change amount of the OFF current that most affects the display characteristics can be kept within about 1.5 digits within the temperature range in which the liquid crystal display device is actually used. Therefore, in a liquid crystal display device using this element, it is possible to suppress a decrease in contrast in an actual operating temperature range.

【0029】本発明の非線形抵抗素子は、基板上に積層
された、第1導電膜、絶縁膜および第2導電膜から構成
される非線形抵抗素子(MIM素子)であって、前記第
1導電膜は、好ましくは主成分のタンタルにタングステ
ンが添加された金属膜であり、前記絶縁膜は、前記第1
導電膜の陽極酸化膜であり、前記第2導電膜は、クロム
膜および透明導電膜の少なくとも一方であり、かつ、素
子に、1A/cm2の電流密度で10秒間の電流注入を
行なった後に10Vのバイアス電圧を印加したときの電
流密度をJ2、電流注入を行なわないで10Vのバイア
ス電圧を印加したときの電流密度をJ1とすると、近似
的に下記式(2)が成立し、この式(2)において、定
数Bおよびnについて|B|≦0.2およびn≦0の関
係が成立することを特徴とする。
The non-linear resistance element according to the present invention is a non-linear resistance element (MIM element) composed of a first conductive film, an insulating film and a second conductive film laminated on a substrate, wherein the first conductive film Is preferably a metal film in which tungsten is added to tantalum as a main component, and the insulating film is
An anodic oxide film of a conductive film, wherein the second conductive film is at least one of a chromium film and a transparent conductive film, and after a current is injected into the device at a current density of 1 A / cm 2 for 10 seconds; Assuming that the current density when a bias voltage of 10 V is applied is J 2 and the current density when a bias voltage of 10 V is applied without performing current injection is J 1 , the following equation (2) is approximately established. In the equation (2), the relation of | B | ≦ 0.2 and n ≦ 0 holds for the constants B and n.

【0030】 式(2) log(J2/J1)=B×t1/n ここで、tはバイアス電圧を印加してからの経過時間
(秒)を表わす。
Equation (2) log (J 2 / J 1 ) = B × t 1 / n Here, t represents an elapsed time (second) since the application of the bias voltage.

【0031】本発明者らの研究によると、上記条件の下
において式(2)が近似的に成立し、式(2)において
定数Bの絶対値が0.2以下およびnが0以下の関係が
成立することにより、白表示から中間調表示にした画素
と黒表示から中間調表示にした画素との輝度の差を低減
することができ、この輝度の差を人間の視覚で残像とし
て認識されないか、あるいは実用上問題のない程度とす
ることができる。また、定数Bの絶対値が0.1以下で
あれば、例えば数μ秒〜数m秒の短時間で変化する動画
表示の場合に残像として認識されないことを確認してい
る。
According to the study of the present inventors, under the above conditions, equation (2) approximately holds, and in equation (2), the relationship where the absolute value of the constant B is 0.2 or less and n is 0 or less is satisfied. Holds, it is possible to reduce the difference in luminance between the pixel displayed in the halftone display from the white display and the pixel displayed in the halftone display from the black display, and the difference in the luminance is not recognized by human eyes as an afterimage. Alternatively, it can be a practically acceptable level. Further, it has been confirmed that if the absolute value of the constant B is 0.1 or less, it is not recognized as an afterimage in the case of a moving image display that changes in a short time of, for example, several μsec to several msec.

【0032】従来のMIM素子を用いた液晶表示装置に
おいては、白表示から中間調表示に変えた画素と、黒表
示から中間調表示に変えた画素との間に、輝度の差が生
じ、この輝度の差が表示上残像として認識され、大きな
問題の一つとなっていた。この現象は、白表示から中間
調表示に変えた画素のMIM素子に流れる電流と、黒表
示から中間調表示に変えた画素のMIM素子に流れる電
流とが異なるために、生じる。そして、このような電流
値の差は、例えば、数μ秒〜数m秒の絶縁膜への電流注
入により絶縁膜中のトラップに電荷が注入され、電流電
圧特性が変化することに起因するものと考えられる。
In a conventional liquid crystal display device using an MIM element, there is a difference in luminance between a pixel changed from white display to halftone display and a pixel changed from black display to halftone display. The difference in luminance was recognized as an afterimage on display, which was one of the major problems. This phenomenon occurs because the current flowing in the MIM element of the pixel that has changed from white display to halftone display is different from the current flowing in the MIM element of the pixel that has changed black display to halftone display. Such a difference in current value is caused, for example, by the fact that electric charges are injected into traps in the insulating film due to current injection into the insulating film for several microseconds to several milliseconds, and the current-voltage characteristics change. it is conceivable that.

【0033】次に、この現象について行なった実験結果
について説明する。
Next, the result of an experiment performed on this phenomenon will be described.

【0034】図5は、1A/cm2の電流注入を10秒
間行った後10Vのバイアス電圧を連続的に印加した場
合の時間と電流密度との関係(図5においてbで示
す)、および電流注入を行わずに10Vのバイアス電圧
を連続的に印加した場合の時間と電流密度との関係(図
5においてaで示す)を表わしている。図5より、電流
注入を行った場合と行わない場合とでは素子に流れる電
流値が異なること、およびその相異は電圧の印加の初期
において顕著であることが分り、この差が前述の残像に
寄与する。
FIG. 5 shows the relationship between the time and the current density (shown by b in FIG. 5) when a current of 1 A / cm 2 was injected for 10 seconds and then a bias voltage of 10 V was continuously applied. 5 shows the relationship between the time and the current density when a bias voltage of 10 V is continuously applied without performing injection (indicated by a in FIG. 5). From FIG. 5, it can be seen that the value of the current flowing through the element differs between the case where the current injection is performed and the case where the current injection is not performed, and that the difference is remarkable in the early stage of the application of the voltage. Contribute.

【0035】図6は、図5における両者の電流密度の差
(log(J2/J1))を時間に対してプロットしたも
のである。図6より、電流注入を行った場合の電流密度
(logJ2)と電流注入を行わなかった場合の電流密
度(logJ1)との差が時間の経過と共に小さくなる
ことが分る。このような関係は、第1導電膜としてタン
タル、第2導電膜としてクロムを用いた場合のみなら
ず、第2導電膜としてITOを用いた場合ならびに第1
導電膜としてタンタルにタングステンを添加した場合な
どの各MIM素子においても成立することを確認してい
る。
FIG. 6 is a plot of the difference (log (J 2 / J 1 )) between the two current densities in FIG. 5 with respect to time. FIG. 6 shows that the difference between the current density (logJ 2 ) when the current injection was performed and the current density (logJ 1 ) when the current injection was not performed becomes smaller as time passes. Such a relationship exists not only when tantalum is used as the first conductive film and chromium is used as the second conductive film, but also when ITO is used as the second conductive film, and when the first conductive film is made of ITO.
It has been confirmed that the present invention can be applied to each MIM element such as a case where tungsten is added to tantalum as a conductive film.

【0036】前記式(2)の対数をとると、 式(5) J2>J1のとき log{log(J2/J1)}=logB+1/nlo
gt 式(6) J1>J2のとき log{−log(J2/J1)}=log(−B)+1
/nlogt が成立する。例えばJ1>J2が成立するいくつかのサン
プルについて式(6)に基づいてプロットしたのが図7
である。図7において、横軸はlogt(秒)、縦軸は
log{−log(J2/J1)}を示し、従って縦軸の
切片はlog(−B)であり、直線の傾きは1/nを示
している。図7においては、第1導電膜と第2導電膜と
が、タンタル−クロム(a)、タンタル−ITO(b)
および0.4原子%のタングステンを含むタンタル−I
TO(c)の例を示している。また、図7中に各サンプ
ルのBおよびnの数値を示す。
Taking the logarithm of equation (2), equation (5) when J 2 > J 1 log {log (J 2 / J 1 )} = log B + 1 / nlo
gt Equation (6) When J 1 > J 2 log {−log (J 2 / J 1 )} = log (−B) +1
/ Nlogt holds. For example, plotting based on the equation (6) for some samples in which J 1 > J 2 holds is shown in FIG.
It is. 7, the horizontal axis logt (s), the vertical axis represents the log {-log (J 2 / J 1)}, the intercept of the vertical axis thus is log (-B), the straight line of slope 1 / n. In FIG. 7, the first conductive film and the second conductive film are made of tantalum-chromium (a) and tantalum-ITO (b).
And tantalum-I containing 0.4 atomic% tungsten
An example of TO (c) is shown. FIG. 7 shows the numerical values of B and n of each sample.

【0037】次に、図7に示すグラフと同様のグラフを
作成して、前記式(2)の定数Bとタングステンの濃度
との関係を求めた。その結果を図8および図9に示す。
図8および図9において、横軸はタングステンの濃度
(原子%)を示し、縦軸は定数Bを示す。図8は、第2
導電膜としてクロムを用いた場合であり、図9は第2導
電膜としてITOを用いた場合である。
Next, a graph similar to the graph shown in FIG. 7 was created to determine the relationship between the constant B in the above equation (2) and the tungsten concentration. The results are shown in FIGS.
8 and 9, the horizontal axis represents the concentration (atomic%) of tungsten, and the vertical axis represents the constant B. FIG.
FIG. 9 shows the case where chromium is used as the conductive film, and FIG. 9 shows the case where ITO is used as the second conductive film.

【0038】図8より、第2導電膜がクロムの場合に
は、式(2)における定数Bの絶対値が0.2以下であ
るためには、タングステンの濃度は0.2原子%以上で
あれば良く、さらに好ましくは0.3原子%以上であ
る。また、図9より、第2導電膜がITOの場合には、
前記定数Bの絶対値が0.2以下であるためには、タン
グステンの濃度は0.3原子%以上であることが必要で
あり、さらに好ましくは0.6原子%以上である。言い
方を変えれば、第1導電膜のタングステン濃度を上記の
範囲に設定することにより、式(2)における定数は絶
対値で0.2以下、好ましくは0.1以下となり、その
結果液晶表示装置において視覚的に障害となるような残
像を生じることがない。
FIG. 8 shows that when the second conductive film is chromium, the tungsten concentration must be 0.2 atomic% or more because the absolute value of the constant B in the equation (2) is 0.2 or less. It is sufficient if it is provided, and more preferably 0.3 atomic% or more. According to FIG. 9, when the second conductive film is ITO,
In order for the absolute value of the constant B to be 0.2 or less, the concentration of tungsten needs to be 0.3 atomic% or more, and more preferably 0.6 atomic% or more. In other words, by setting the tungsten concentration of the first conductive film in the above range, the constant in the expression (2) becomes 0.2 or less in absolute value, preferably 0.1 or less, as a result. Does not cause a visually obstructive afterimage.

【0039】本発明の非線形抵抗素子は、基板上に積層
された、第1導電膜、絶縁膜および第2導電膜から構成
される非線形抵抗素子(MIM素子)であって、前記第
1導電膜は、好ましくは主成分のタンタルにタングステ
ンが添加された金属膜であり、前記絶縁膜は、前記第1
導電膜の陽極酸化膜であり、前記第2導電膜は、クロム
膜および透明導電膜の少なくとも一方であり、かつ、素
子に所定範囲の電圧を印加したときに近似的に下記式
(3)が成立し、この式(3)において係数Sは3.1
×10-3以下であることを特徴とする。
The non-linear resistance element of the present invention is a non-linear resistance element (MIM element) composed of a first conductive film, an insulating film and a second conductive film laminated on a substrate. Is preferably a metal film in which tungsten is added to tantalum as a main component, and the insulating film is
The second conductive film is at least one of a chromium film and a transparent conductive film, and when a voltage in a predetermined range is applied to the device, the second formula is approximately the following formula (3). Holds, and in this equation (3), the coefficient S is 3.1.
× 10 −3 or less.

【0040】 式(3) log(J/J0)=S×t1/m ここで、tは駆動を開始してからの経過時間(秒)、J
は経過時間t秒のときの電流密度(A/cm2)、J0
経過時間tが1秒のときの電流密度(A/cm2)、m
は1以上、好ましくは5を表わす。
Equation (3) log (J / J 0 ) = S × t 1 / m where t is the elapsed time (second) from the start of driving, J
Is the current density (A / cm 2 ) when the elapsed time is t seconds, J 0 is the current density (A / cm 2 ) when the elapsed time t is 1 second, m
Represents 1 or more, preferably 5.

【0041】本発明者らの研究によれば、MIM素子に
おいて式(3)が近似的に成立し、かつ式(3)におい
て係数Sが3.1×10-3以下である場合には、素子を
長時間駆動させてもその特性変化(log(J/
0))が約0.1以下となり、通常の駆動方法例えば
アクティブマトリクス駆動法等で少なくとも1万時間に
わたってその表示特性を維持できることが確認された。
さらに具体的にいえば、前記特性変化が約0.1以下と
なることにより、例えば数十分以上にわたる長時間の静
止画像を表示するときに問題となる残像(焼き付き)を
防止することができる。この焼き付き現象は、選択され
ていたMIM素子の電流電圧特性が長時間の駆動により
変化するため、ついで任意の階調表示をしたとき、選択
されていた画素と選択されていなかった画素とで素子に
流れる電流値が異なり、それによって両者の画素に印加
される電圧が異なる結果輝度の差を生じることによって
引き起こされるものである。
According to the study of the present inventors, when the equation (3) is approximately established in the MIM element and the coefficient S is not more than 3.1 × 10 −3 in the equation (3), Even if the element is driven for a long time, its characteristic change (log (J /
J 0 )) was about 0.1 or less, and it was confirmed that the display characteristics could be maintained for at least 10,000 hours by a normal driving method such as an active matrix driving method.
More specifically, when the characteristic change is about 0.1 or less, afterimages (burn-in), which is a problem when displaying a long-time still image over several tens of minutes, for example, can be prevented. . This burn-in phenomenon is caused by the fact that the current-voltage characteristics of the selected MIM element change due to long-time driving. Are caused by the fact that the current values flowing through the respective pixels are different, whereby the voltages applied to the two pixels produce different luminance results.

【0042】次に、前記式(3)の導入方法ならびに式
(3)における係数とタングステンの濃度との関係につ
いて検討した結果について述べる。図10は電流密度の
変化と時間との関係を示し、横軸はlogtを、縦軸は
log(J/J0)を示している。この図において、a
で示す曲線は、第1導電膜としてタンタル、第2導電膜
としてクロムを用いた素子の測定結果を示し、bで示す
曲線は、第1導電膜としてタンタルに0.7原子%のタ
ングステンを添加したものを用い、第2導電膜としてク
ロムを用いた素子の測定結果を示す。そして、図11
は、図10に示す曲線a,bより求められたものであ
り、横軸にt1/5を、縦軸にlog(J/J0)をとって
いる。図11から、t1/5とlog(J/J0)とがほぼ
完全な直線関係にあり、式(3)が成立することが確認
された。また、第1導電膜にタングステンを添加するこ
とにより電流密度の経時的変化(log(J/J0))
が顕著に小さくなり、したがってその電流特性変化が極
めて小さくなることも確認された。
Next, the method of introducing the above equation (3) and the result of studying the relationship between the coefficient in the equation (3) and the tungsten concentration will be described. FIG. 10 shows the relationship between the change in current density and time, with the horizontal axis representing logt and the vertical axis representing log (J / J 0 ). In this figure, a
The curve shown by indicates the measurement result of an element using tantalum as the first conductive film and chromium as the second conductive film, and the curve shown by b indicates that 0.7 atomic% of tungsten was added to tantalum as the first conductive film. The measurement results of an element using chromium as the second conductive film are shown. And FIG.
Is obtained from the curves a and b shown in FIG. 10. The horizontal axis represents t 1/5 and the vertical axis represents log (J / J 0 ). From FIG. 11, it has been confirmed that t 1/5 and log (J / J 0 ) have a substantially perfect linear relationship, and that equation (3) holds. In addition, the current density changes over time by adding tungsten to the first conductive film (log (J / J 0 )).
Was remarkably reduced, and the change in the current characteristics was also extremely reduced.

【0043】前記式(3)の前提条件における「所定範
囲の電圧」とは、液晶表示装置を駆動し得るだけの電流
密度が得られる電圧範囲であり、MIM素子の電流電圧
特性によっても異なるが、一般的には10〜20Vであ
る。そして、この電圧範囲おけるMIM素子の電流密度
は一般的に1mA/cm2〜1A/cm2程度であるが、
消費電力やドライバICの耐圧から考えると、好ましく
は1mA/cm2程度である。
The “predetermined voltage range” in the precondition of the above equation (3) is a voltage range in which a current density sufficient to drive a liquid crystal display device can be obtained, and varies depending on the current-voltage characteristics of the MIM element. And generally 10 to 20V. Then, the current density of the MIM element definitive this voltage range is generally 1mA / cm 2 ~1A / cm 2 or so,
Considering the power consumption and the withstand voltage of the driver IC, it is preferably about 1 mA / cm 2 .

【0044】そこで、次に図11における直線の傾きに
相当するSと第1導電膜に添加されるタングステンの濃
度との関係をさらに詳しく検討した。すなわち、前記式
(3)における電流密度J0が1A/cm2、0.1A/
cm2、0.01A/cm2および0.001A/cm2
となる条件下で、係数Sと第1導電膜に添加されるタン
グステンの濃度との関係を求めた。その結果を図12お
よび図13に示す。図12は、第2導電膜としてクロム
を用いた場合を示し、図13は第2導電膜としてITO
を用いた場合を示す。
Then, the relationship between S corresponding to the slope of the straight line in FIG. 11 and the concentration of tungsten added to the first conductive film was examined in further detail. That is, the current density J 0 in the formula (3) is 1 A / cm 2 , 0.1 A / cm 2 .
cm 2 , 0.01 A / cm 2 and 0.001 A / cm 2
The relationship between the coefficient S and the concentration of tungsten added to the first conductive film was determined under the following conditions. The results are shown in FIGS. FIG. 12 shows a case where chromium is used as the second conductive film, and FIG. 13 shows a case where ITO is used as the second conductive film.
Is shown.

【0045】図12および図13から、タングステンの
濃度が増加するに従って係数Sが小さくなることが分
る。また、係数Sは電流密度、いいかえれば印加電圧の
大きさにも依存し、印加電圧が小さくなるに従って係数
Sが小さくなることが分る。そして、係数Sの値が3.
1×10-3以下であるためには、例えば電流値が1mA
/cm2(d)の場合を例にとると、第2導電膜がクロ
ムの場合には約0.3原子%以上、第2導電膜がITO
の場合には約0.7原子%以上であることが分る。
FIGS. 12 and 13 show that the coefficient S decreases as the tungsten concentration increases. The coefficient S also depends on the current density, in other words, the magnitude of the applied voltage, and it can be seen that the coefficient S decreases as the applied voltage decreases. Then, when the value of the coefficient S is 3.
In order to be 1 × 10 −3 or less, for example, the current value is 1 mA.
/ Cm 2 (d), for example, when the second conductive film is chromium, about 0.3 atomic% or more, and the second conductive film is made of ITO.
In the case of the above, it is understood that it is about 0.7 atomic% or more.

【0046】前記式(3)において係数Sが3.1×1
-3以下とすることにより、例えば液晶表示装置をデュ
ーティ比1/200〜1/2000、駆動電圧10〜2
0Vの条件で駆動した場合に、長時間表示によるパター
ンの焼き付きを発生することがなく、例えば1万時間に
わたって液晶表示装置の表示特性を良好に維持すること
ができる。
In the above equation (3), the coefficient S is 3.1 × 1.
0 With -3, for example a duty ratio of 1/200 to 1/2000 of the liquid crystal display device, driving voltage 10 to 2
When driven under the condition of 0V, the display characteristics of the liquid crystal display device can be maintained satisfactorily for, for example, 10,000 hours without causing burn-in of the pattern due to long-time display.

【0047】さらに、本発明の非線形抵抗素子において
は、前記式(3)においてmが5であり、かつ係数Sが
3.1×10-3を越えるときには、下記式(4)を満足
するように少なくとも時間t秒だけエージングを行うこ
とが必要である。ここで、エージングとは、基板全面に
配置されたMIM素子に所定範囲の電圧を一定時間印加
することを意味する。
Further, in the nonlinear resistance element of the present invention, when m is 5 in the above equation (3) and the coefficient S exceeds 3.1 × 10 -3 , the following equation (4) is satisfied. It is necessary to perform aging at least for time t seconds. Here, aging means that a voltage in a predetermined range is applied to the MIM element disposed on the entire surface of the substrate for a certain period of time.

【0048】 式(4) log(S/5)−(4/5)log t<−3.2 この式(4)は下記に示すように、式(3)から求めら
れたものである。
Equation (4) log (S / 5) − (4/5) log t <−3.2 Equation (4) is obtained from equation (3) as shown below.

【0049】log(J/J0)=S×t1/5 dlog(J/J0)/dt=(S/5)t-4/5 式(7) log{dlog(J/J0)/dt}=log(S/
5)−4/5logt 式(7)をグラフ化したものが図14である。すなわ
ち、図14において、横軸はlogtを示し、縦軸はl
og{d log(J/J0)/dt}を示す。図14
において縦軸の切片(logt=0)はlog(S/
5)を示す。従って、係数Sが3.1×10-3となるた
めには、 log(S/5)=log(3.1×10-3/5)=−
3.2 となる。そして、式(4)を満たす、エージングに必要
な時間tは図14より求めることができる。例えば、図
14において直線d(1mA/cm2)をみると、t=
1(秒)では、前記式(7)の値は約−3.0となり、
前記式(4)を満たさないが、t=2(秒)では約−
3.2となり、したがってエージング時間は少なくとも
約2秒必要であることが判る。このように前記式(4)
を満たすような時間tだけエージングを行うことによ
り、その後の駆動においては前記式(3)を満たすこと
ができるため、同一画素において同一のパターンを長時
間表示しても、パターンの焼き付きを生じることがな
く、良好な表示特性を維持することが可能である。ま
た、本発明者らの研究によれば、本発明のMIM素子に
おいては、このようなエージングを行うことによって得
られた特性は長時間維持することができることが確認さ
れた。また、第1導電膜にタングステンを添加しない場
合には、室温での放置によりエージング前の特性に戻っ
てしまい、エージングの効果を維持することは困難であ
ることが確認されている。
Log (J / J 0 ) = S × t 1/5 dlog (J / J 0 ) / dt = (S / 5) t −4/5 Equation (7) log {dlog (J / J 0 ) / Dt} = log (S /
5) -4/5 logt FIG. 14 is a graph of the equation (7). That is, in FIG. 14, the horizontal axis indicates logt, and the vertical axis indicates l.
log {d log (J / J 0 ) / dt}. FIG.
, The intercept (logt = 0) on the vertical axis is log (S /
5) is shown. Therefore, in order for the coefficient S to be 3.1 × 10 −3 , log (S / 5) = log (3.1 × 10 −3 / 5) = −
3.2. The time t required for aging, which satisfies Expression (4), can be obtained from FIG. For example, looking at a straight line d (1 mA / cm 2 ) in FIG.
At 1 (second), the value of the equation (7) is about −3.0,
Equation (4) is not satisfied, but at t = 2 (seconds), about-
3.2, thus indicating that an aging time of at least about 2 seconds is required. Thus, the above equation (4)
When the aging is performed for a time t that satisfies the above condition, the above equation (3) can be satisfied in the subsequent driving, so that even if the same pattern is displayed on the same pixel for a long time, pattern burn-in occurs. And good display characteristics can be maintained. According to the study of the present inventors, it has been confirmed that the characteristics obtained by performing such aging can be maintained for a long time in the MIM element of the present invention. Further, it has been confirmed that when tungsten is not added to the first conductive film, the characteristics before aging are restored by being left at room temperature, and it is confirmed that it is difficult to maintain the aging effect.

【0050】本発明においては、前記絶縁膜(第1導電
膜の陽極酸化膜)における熱刺激電流(TSC電流)の
活性化エネルギーが0.7eVより小さいことが好まし
く、さらには前記TSC電流の活性化エネルギーが0.
3eV以下であることが好ましい。またこのような構成
を得るためには、第1導電膜にタングステンを0.1〜
6原子%の割合で添加することが好ましい。TSC電流
の活性化エネルギーがタングステンを添加することによ
って小さくなる理由は必ずしも明らかではないが、タン
グステンを添加することによって絶縁膜中のトラップ準
位が低くなるためと考えられる。
In the present invention, the activation energy of the thermal stimulation current (TSC current) in the insulating film (the anodic oxide film of the first conductive film) is preferably smaller than 0.7 eV. Energy is 0.
It is preferably 3 eV or less. Further, in order to obtain such a configuration, the first conductive film is formed by adding tungsten to the first conductive film.
It is preferable to add at a ratio of 6 atomic%. The reason why the activation energy of the TSC current is reduced by adding tungsten is not necessarily clear, but it is considered that the trap level in the insulating film is reduced by adding tungsten.

【0051】TSC電流の活性化エネルギーは、文献
「J.IEE Japan, Vol108, No.
8, ´88, P.787−792」に記載された測
定方法および近似式によって求められる。
The activation energy of the TSC current is described in J. IEEE Japan, Vol.
8, '88, p. 787-792 "and the approximate formula.

【0052】図15において、aで示す領域の測定点は
絶縁膜がタンタルのみの陽極酸化膜のものであり、bで
示す領域の測定点はタンタルに2原子%のタングステン
を添加した膜の陽極酸化膜のものである。
In FIG. 15, the measurement point in the area indicated by a is that of an anodic oxide film having only an insulating film of tantalum, and the measurement point in the area indicated by b is the anode of a film obtained by adding 2 atomic% of tungsten to tantalum. It is of an oxide film.

【0053】図15から、タングステンが添加された陽
極酸化膜においては、TSC電流の活性化エネルギーが
顕著に低下していることが分る。また、活性化エネルギ
ーはバイアス温度にあまり依存しないでほぼ一定であ
る。TSC電流の活性化エネルギーが低下することによ
り、前記式(2)における定数Bの値を小さくすること
ができる。これは、前記式(2)におけるBの値が絶縁
膜中にトラップされる電荷に依存し、タングステンを添
加することによってタングステンを添加しない場合に比
較してかなり低いトラップ準位を形成することができ、
したがって絶縁膜中に注入される電荷が大幅に低減さ
れ、その結果定数Bの値を小さくすることができるもの
と考えられる。
FIG. 15 shows that the activation energy of the TSC current is significantly reduced in the anodic oxide film to which tungsten is added. Further, the activation energy is almost constant without much depending on the bias temperature. By reducing the activation energy of the TSC current, the value of the constant B in the equation (2) can be reduced. This is because the value of B in the formula (2) depends on the electric charge trapped in the insulating film, and it is possible to form a trap level considerably lower by adding tungsten than in the case where tungsten is not added. Can,
Therefore, it is considered that the charge injected into the insulating film is greatly reduced, and as a result, the value of the constant B can be reduced.

【0054】本発明の非線形抵抗素子の製造方法は、
(a)基板上に、主成分の金属より価数が1または2大
きい元素を0.2〜6原子%の割合で含む金属膜を、好
ましくは1500〜5000オングストロームの厚みで
堆積させて第1導電膜を形成する工程、(b)前記第1
導電膜の表面に、陽極酸化法によって好ましくは厚さ3
00〜750オングストロームの絶縁膜を形成する工
程、および(c)前記絶縁膜の表面に、好ましくは厚さ
300〜2,000オングストロームの第2導電膜を形
成する工程、を含むことを特徴とする。
The method for manufacturing a nonlinear resistance element according to the present invention comprises:
(A) A metal film containing an element having a valence of 1 or 2 larger than that of the main component metal at a rate of 0.2 to 6 atomic%, preferably with a thickness of 1500 to 5000 angstroms, is deposited on the substrate to form a first film. Forming a conductive film; (b) forming the first conductive film;
The thickness of the conductive film is preferably 3 nm by anodic oxidation.
Forming an insulating film having a thickness of 100 to 750 angstroms; and (c) forming a second conductive film having a thickness of preferably 300 to 2,000 angstroms on the surface of the insulating film. .

【0055】この製造方法において、前記第1導電膜の
金属はタンタルが好ましく、かつタンタルより価数が大
きい元素としてはタングステン、モリブデン、クロム、
レニウム、酸化タングステン等が好ましく、さらにはタ
ングステンが好ましい。また、前記第2導電膜はクロム
および透明導電膜の少なくとも一方が好ましく、透明導
電膜がより好ましい。
In this manufacturing method, the metal of the first conductive film is preferably tantalum, and the element having a higher valence than tantalum is tungsten, molybdenum, chromium, or the like.
Rhenium, tungsten oxide and the like are preferred, and tungsten is more preferred. Further, the second conductive film is preferably at least one of chromium and a transparent conductive film, and more preferably a transparent conductive film.

【0056】この製造方法においては、前記絶縁膜の形
成後に、温度300〜400℃の第1のアニール処理を
行うことが好ましい。さらに、この製造方法において
は、前記第2導電膜の形成後に、温度230〜260℃
で、少なくとも酸素を含む雰囲気中で第2のアニール処
理を行うことが好ましい。
In this manufacturing method, it is preferable to perform a first annealing at a temperature of 300 to 400 ° C. after the formation of the insulating film. Further, in this manufacturing method, after forming the second conductive film, the temperature is 230 to 260 ° C.
Then, it is preferable to perform the second annealing treatment in an atmosphere containing at least oxygen.

【0057】特に第1のアニール処理においては、得ら
れるMIM素子のOFF電流がその処理温度に依存する
ため、温度範囲を適正に設定することは重要である。通
常は、陽極酸化後に450℃程度の熱処理を行うことに
より陽極酸化膜の安定化を図っているが、例えば基板と
して従来の非アルカリガラスにかえて安価なソーダガラ
スを用いることによって製造プロセスの低コスト化を図
るためにはプロセス温度の低減が必要とされている。し
かし、アニールの処理温度を低くすると、素子のOFF
電流が大きくなってしまい、液晶表示装置においてコン
トラストの低下を招く。例えば、通常のアニール温度で
ある450℃から、ガラスの伸縮やワレ等に影響の少な
い300℃に処理温度を下げることによって、タンタル
を用いたMIM素子においては約2桁程度のOFF電流
の上昇が見られる。しかしながら、本発明者らの研究に
よれば、タンタルにタングステンを添加することによっ
て、このOFF電流の上昇を抑制し、すなわち処理温度
を約450℃から約300℃に下げてもOFF電流の変
化を約1.5桁以内にすることができ、表示特性にほと
んど影響を与えないことが確認された。
Particularly, in the first annealing process, the OFF current of the obtained MIM element depends on the processing temperature, so that it is important to appropriately set the temperature range. Usually, the anodic oxide film is stabilized by performing a heat treatment at about 450 ° C. after the anodic oxidation. However, for example, by using inexpensive soda glass instead of the conventional non-alkali glass as the substrate, the manufacturing process can be reduced. In order to reduce costs, it is necessary to reduce the process temperature. However, when the annealing process temperature is lowered, the device is turned off.
The current increases, causing a decrease in contrast in the liquid crystal display device. For example, by lowering the processing temperature from 450 ° C., which is a normal annealing temperature, to 300 ° C., which is less affected by expansion and contraction of glass, cracking, etc., an increase in OFF current of about two digits in a MIM element using tantalum is obtained. Can be seen. However, according to the study of the present inventors, addition of tungsten to tantalum suppresses the increase in the OFF current, that is, even if the processing temperature is reduced from about 450 ° C. to about 300 ° C., the change in the OFF current is suppressed. It was confirmed that it could be within about 1.5 digits and had little effect on display characteristics.

【0058】次に、このことを示すための実験について
説明する。この実験においては、タングステンの濃度お
よび第1のアニール処理の温度を変えて得られた複数の
素子サンプルの電流密度を求めたものである。図16お
よび図17は第2導電膜としてクロムを用いた場合のデ
ータであり、図18および19は第2導電膜としてIT
Oを用いた場合のデータである。図16および図18に
おいて、横軸はタングステンの濃度、縦軸は電流密度
(logJ)を示す。また、図17および図19におい
て、横軸はアニール温度を示し、縦軸は電流密度(lo
gJ)を示す。
Next, an experiment for demonstrating this will be described. In this experiment, the current densities of a plurality of device samples obtained by changing the concentration of tungsten and the temperature of the first annealing treatment were obtained. FIGS. 16 and 17 show data when chromium is used as the second conductive film, and FIGS. 18 and 19 show data when IT is used as the second conductive film.
Data when O is used. 16 and 18, the horizontal axis represents the concentration of tungsten, and the vertical axis represents the current density (logJ). 17 and 19, the horizontal axis indicates the annealing temperature, and the vertical axis indicates the current density (lo).
gJ).

【0059】図16および図18から、タンタル膜にタ
ングステンを添加することにより、ある濃度範囲でOF
F電流(バイアス電圧:4V)が低下し、かつアニール
温度の変化に対する電流密度の変化量が小さくなること
が分る。
As shown in FIGS. 16 and 18, by adding tungsten to the tantalum film, the
It can be seen that the F current (bias voltage: 4 V) decreases and the amount of change in current density with respect to the change in annealing temperature decreases.

【0060】具体的には、図16から、タングステンを
0.2原子%以上添加すると、アニール温度を450℃
から300℃に低下させた場合でも電流密度Jの変化量
は1.5桁程度に収まり(タングステンを添加しないと
きは2.5桁に近い)、またアニール温度を400℃か
ら300℃に低下させた場合には電流密度の変化量は1
桁内に収まることが分る。
Specifically, from FIG. 16, when tungsten is added in an amount of 0.2 atomic% or more, the annealing temperature is increased to 450 ° C.
Even when the temperature is lowered from 300 ° C. to 300 ° C., the amount of change in the current density J is about 1.5 digits (close to 2.5 digits when no tungsten is added), and the annealing temperature is lowered from 400 ° C. to 300 ° C. The change in current density is 1
You can see that it fits within the digits.

【0061】図17から、OFF電流のアニール温度に
よる依存性を小さくできることが分る。具体的には、タ
ングステンを加えない場合(a)には、曲線の傾きは大
きく、電流密度(logJ)は温度変化に対して大きく
変化することが分る。これに対し、タンタルにタングス
テンを加えると曲線(b)〜(f)の傾きは小さくな
り、しかもタングステンの濃度が大きくなるにつれて曲
線の傾きが小さくなってゆるやかなカーブとなり、その
結果OFF電流はアニール温度にあまり依存しないこと
が分る。
FIG. 17 shows that the dependence of the OFF current on the annealing temperature can be reduced. Specifically, when tungsten is not added (a), the slope of the curve is large and the current density (logJ) greatly changes with temperature. On the other hand, when tungsten is added to tantalum, the slopes of the curves (b) to (f) decrease, and the slope of the curve decreases as the tungsten concentration increases, resulting in a gentle curve. It turns out that it does not depend much on temperature.

【0062】以上の結果から、タンタルにタングステン
を約0.2原子%から6原子%の割合で添加させること
により、第1のアニール処理においてアニール温度を3
00℃程度まで低下させることができる。ただし、アニ
ール温度が300℃を下回ると、MIM素子においてバ
イアス電圧を印加したときにその極性が変化すると電圧
−電流特性に非対称性が見られるため、この温度より低
温でのアニール処理は好ましくない。一方、基板として
例えば安価なソーダガラスを用いた場合には、熱膨脹な
どの特性を考慮すると、最高でも450℃以下、好まし
くは400℃以下の温度でアニール処理することが好ま
しい。
From the above results, by adding tungsten to tantalum at a ratio of about 0.2 atomic% to 6 atomic%, the annealing temperature in the first annealing process is set to 3%.
It can be lowered to about 00 ° C. However, if the annealing temperature is lower than 300 ° C., when the bias voltage is applied to the MIM element, when the polarity changes, asymmetry is observed in the voltage-current characteristics, so that annealing at a temperature lower than this temperature is not preferable. On the other hand, when inexpensive soda glass is used as the substrate, it is preferable to perform annealing at a temperature of 450 ° C. or lower, preferably 400 ° C. or lower at the maximum, in consideration of characteristics such as thermal expansion.

【0063】また、第2導電膜としてITOを用いた場
合にも、図18および図19に示すように、第2導電膜
としてクロムを用いた場合と同様の傾向が見られる。図
18から、タングステンの濃度が0.2原子%以上であ
ればOFF電流の変化量を約1.5桁に抑えることがで
きる。また、図19より、アニール温度が約350℃を
越えると曲線の傾きがなだらかになり、OFF電流の変
化量がより小さくなることが分る。従って、第2導電膜
としてITOを用いた場合には、第1のアニール処理の
温度は300℃以上、好ましくは350℃以上で、かつ
450℃以下、好ましくは400℃以下である。またこ
のようなアニール処理を可能にするためには、タングス
テンの濃度は0.4原子%以上であることは好ましい。
ただし、図18から分るように、タングステンの濃度が
大きすぎるとOFF電流が上昇するため、タングステン
の濃度は例えば3原子%を越えないことが好ましい。
Also, when ITO is used as the second conductive film, the same tendency as when chromium is used as the second conductive film is observed as shown in FIGS. As shown in FIG. 18, when the concentration of tungsten is 0.2 atomic% or more, the amount of change in the OFF current can be suppressed to about 1.5 digits. FIG. 19 shows that when the annealing temperature exceeds about 350 ° C., the slope of the curve becomes gentle, and the amount of change in the OFF current becomes smaller. Therefore, when ITO is used as the second conductive film, the temperature of the first annealing treatment is 300 ° C. or higher, preferably 350 ° C. or higher, and 450 ° C. or lower, preferably 400 ° C. or lower. In order to enable such an annealing treatment, the concentration of tungsten is preferably 0.4 atomic% or more.
However, as can be seen from FIG. 18, if the tungsten concentration is too high, the OFF current increases, so that the tungsten concentration preferably does not exceed, for example, 3 atomic%.

【0064】また、本発明の製造方法においては、第2
導電膜の形成工程(工程c)において、第2導電膜はI
TOの薄膜からなり、この薄膜は酸素とアルゴンとの比
(酸素/アルゴン)が体積比で5×10-5〜1.2×1
-2である雰囲気中で、スパッタリングによって形成さ
れることが好ましい。
In the manufacturing method of the present invention, the second
In the conductive film forming step (step c), the second conductive film
The thin film of TO has a ratio of oxygen to argon (oxygen / argon) of 5 × 10 −5 to 1.2 × 1 in volume ratio.
It is preferably formed by sputtering in an atmosphere of 0 -2 .

【0065】第2導電膜としてITO薄膜を用いた場合
には、その膜質が素子特性に大きな影響を与える。IT
O膜の膜質はその形成条件に依存し、具体的にはスパッ
タリングにおけるパワー,ガス流量,温度および圧力な
どによって決定される。本発明者らの研究によると、こ
れらの条件のうち、スパッタリングにおけるガス組成が
MIM素子に大きな影響を与えることが確認された。具
体的には、酸素とアルゴンとの流量比を上記範囲とする
ことにより、前記式(2)における定数Bの絶対値を
0.2以下とすることが可能である。
When an ITO thin film is used as the second conductive film, the quality of the film has a great effect on the device characteristics. IT
The film quality of the O film depends on its formation conditions, and is specifically determined by power, gas flow rate, temperature, pressure, and the like in sputtering. According to the study by the present inventors, it has been confirmed that, among these conditions, the gas composition in sputtering greatly affects the MIM element. Specifically, by setting the flow rate ratio between oxygen and argon within the above range, it is possible to make the absolute value of the constant B in the above equation (2) 0.2 or less.

【0066】図20はこのことを確認するために行った
実験例のデータを示す図である。図20において、横軸
は酸素とアルゴンとの流量比を示し、縦軸は前記式
(2)の定数Bを示す。なお、この実験において、スパ
ッタリングの条件は、パワー1.7kW、温度200
℃、圧力5×10-1Pa、およびガスの流量(アルゴ
ン:100sccm,酸素:0〜10sccm)であ
る。図20から、ガスの流量比によって定数Bの値が不
連続的に変化することが分る。そして、Bの値を0.2
以下とするためには、酸素とアルゴンとの流量比を前記
範囲とすることが必要であることが分る。また、前記流
量比を1.6×10-4〜1.0×10-2とすることによ
り、前記定数Bの値を0.1以下とすることができるた
め、さらに好ましい。
FIG. 20 is a diagram showing data of an experimental example conducted to confirm this. In FIG. 20, the horizontal axis indicates the flow rate ratio between oxygen and argon, and the vertical axis indicates the constant B of the equation (2). In this experiment, the conditions for the sputtering were a power of 1.7 kW and a temperature of 200.
° C, pressure 5 × 10 -1 Pa, and gas flow rate (argon: 100 sccm, oxygen: 0 to 10 sccm). FIG. 20 shows that the value of the constant B varies discontinuously depending on the gas flow ratio. And the value of B is 0.2
It can be seen that the flow ratio of oxygen to argon needs to be within the above range in order to achieve the following. Further, by setting the flow rate ratio to 1.6 × 10 −4 to 1.0 × 10 −2 , the value of the constant B can be set to 0.1 or less, which is more preferable.

【0067】そして、本発明者らの研究によれば、酸素
とアルゴンとの流量比がITOの結晶構造に影響を与え
ることが分かった。具体的には、酸素とアルゴンとの流
量比が適正の範囲では、ITOが多角形の粒状結晶を形
成し、単一の結晶において長軸と短軸との比(長軸/短
軸)が平均的に約3〜1であることが確認された。ここ
において、長軸とは、結晶形状の重心を通る軸で最も長
い軸をいい、短軸とは、結晶形状の重心を通る軸で最も
短い軸をいう。
According to the study by the present inventors, it has been found that the flow ratio of oxygen to argon affects the crystal structure of ITO. Specifically, when the flow ratio of oxygen to argon is within an appropriate range, ITO forms polygonal granular crystals, and the ratio of the long axis to the short axis (long axis / short axis) in a single crystal is large. It was confirmed that it was about 3 to 1 on average. Here, the long axis refers to the longest axis passing through the center of gravity of the crystal shape, and the short axis refers to the shortest axis passing through the center of gravity of the crystal shape.

【0068】図37〜40にITO膜の表面の電子顕微
鏡写真(SEM)を示す。図37は、酸素とアルゴンと
の流量比が4.0×10-4、図38は、酸素とアルゴン
との流量比が5.0×10-3、図39は、酸素とアルゴ
ンとの流量比が1.0×10 -2、図40は、酸素とアル
ゴンとの流量比が4.0×10-2のときに得られたIT
O膜表面の電子顕微鏡写真である。図37および38の
場合は、酸素とアルゴンとの流量比が好ましい範囲にあ
り、明瞭な多角形の粒状結晶が認められる。これに対
し、図39は酸素とアルゴンとの流量比が本発明の範囲
に属するものの境界近辺であり、長軸と短軸との比が大
きい細長い粒状結晶であることが確認された。図40は
酸素とアルゴンとの流量比が本発明の範囲より大きく、
やはり長軸と短軸との比が大きい細長い粒状結晶である
ことが確認された。
FIGS. 37 to 40 show electron microscopy of the surface of the ITO film.
A mirror photograph (SEM) is shown. FIG. 37 shows the relationship between oxygen and argon.
Flow ratio of 4.0 × 10-FourFIG. 38 shows oxygen and argon.
And the flow ratio is 5.0 × 10-3FIG. 39 shows oxygen and algo
1.0 × 10 -2FIG. 40 shows oxygen and
The flow ratio with the gon is 4.0 × 10-2IT obtained at the time of
It is an electron micrograph of the O film surface. 37 and 38
In this case, the flow ratio of oxygen to argon is in a preferable range.
And clear polygonal granular crystals are observed. Against this
FIG. 39 shows that the flow ratio of oxygen to argon is within the range of the present invention.
Near the boundary of the object and the ratio of the major axis to the minor axis is large.
It was confirmed that the particles were fine and elongated granular crystals. FIG.
The flow ratio of oxygen to argon is greater than the scope of the invention,
It is also an elongated granular crystal with a large ratio of long axis to short axis
It was confirmed that.

【0069】以上述べた各実験式ならびに製造プロセス
の条件を総合的に満足させるためには、前記第2導電膜
がクロムから形成されている場合には、前記第1導電膜
に添加されるタングステンの濃度は、0.2〜6原子
%、好ましくは0.3〜3原子%、より好ましくは0.
8〜3原子%である。また、前記第2導電膜がITOか
ら形成されている場合には、前記第1導電膜に添加され
るタングステンの濃度は、0.2〜6原子%、好ましく
は0.3〜4.5原子%、より好ましくは0.5〜4.
5原子%である。
In order to comprehensively satisfy the empirical formulas and the conditions of the manufacturing process described above, when the second conductive film is formed of chromium, tungsten added to the first conductive film is required. Is 0.2 to 6 atomic%, preferably 0.3 to 3 atomic%, more preferably 0.1 to 3 atomic%.
8 to 3 atomic%. Further, when the second conductive film is formed of ITO, the concentration of tungsten added to the first conductive film is 0.2 to 6 atomic%, preferably 0.3 to 4.5 atomic%. %, More preferably 0.5-4.
5 atomic%.

【0070】さらに、本発明によれば、MIM素子の電
流特性に対するサイズ依存性を小さくすることができ
る。このことに関し、以下に説明する。
Further, according to the present invention, the size dependence of the current characteristics of the MIM element can be reduced. This will be described below.

【0071】液晶表示装置の高精細化および大容量化が
望まれている中、駆動用のMIM素子においても、微細
化が望まれている。ところが、従来のMIM素子(第1
導電膜としてタングステンを添加しないタンタル膜を用
いている素子)においては、素子サイズの依存性が大き
いことが本発明者らによって確認された。すなわち、例
えば前述のサンプルのサイズ(4μm×4μm)の素子
と2μm×2μmのサイズの素子を比較すると、後者は
前者より電流密度で約1桁小さくなり、抵抗が大きくな
ってしまう。この原因として、MIM素子の平坦部の抵
抗と側面部の抵抗が異なり、前記側面部では前記平坦部
に比べ電流が流れ難くなっており、素子のサイズを小さ
くすると側面部の割合が相対的に大きくなるため、素子
が微細になるに連れて電流値が小さくなることが考えら
れる。したがって、素子のサイズを小さくした場合、駆
動電圧を高くしたり、ドライバICを高耐圧ものとする
などの工夫が必要であり、消費電力やコストの面からは
好ましくない。
With the demand for higher definition and larger capacity of liquid crystal display devices, miniaturization of driving MIM elements is also desired. However, the conventional MIM element (first
It has been confirmed by the present inventors that in the case of a device using a tantalum film to which tungsten is not added as the conductive film), the dependency on the device size is large. That is, for example, when comparing the element of the above-described sample size (4 μm × 4 μm) with the element of 2 μm × 2 μm, the latter has a current density smaller by about one digit than the former, and the resistance increases. The reason for this is that the resistance of the flat part and the resistance of the side part of the MIM element are different, and it is more difficult for current to flow in the side part than in the flat part. It is conceivable that the current value becomes smaller as the element becomes finer, because it becomes larger. Therefore, when the size of the element is reduced, it is necessary to devise measures such as increasing the driving voltage or increasing the withstand voltage of the driver IC, which is not preferable in terms of power consumption and cost.

【0072】ところが、本発明の素子においては、第1
導電膜にタングステンを添加することによって、上記の
ようなサイズ依存性を大幅に低減できることが本発明者
らによって確認された。図41には、素子面積とON電
圧(15V)における電流密度との関係を示している。
この図では4μm×4μmのサイズのMIM素子に流れ
る電流密度(J(S=16))を基準とし、この電流密度と各
素子の電流密度(JS)との比を示したものである。図
41においては、タングステンを含まないもの(ライン
a)、タングステンの濃度をかえたもの(ラインb〜
e)が示されている。この図より、タングステンを含ま
ない素子の場合、サイズを4μm×4μmから2μm×
2μmに小さくした場合、電流密度は約1桁低下してい
るが、例えばタングステンを2原子%添加した場合に
は、同じ条件においても、電流密度の低下はわずか0.
05桁である。また、この図から、タングステンの濃度
が高くなるほど、微細化に伴う電流密度の低下は小さく
なることが分かる。
However, in the device of the present invention, the first
It has been confirmed by the present inventors that the above-described size dependence can be significantly reduced by adding tungsten to the conductive film. FIG. 41 shows the relationship between the element area and the current density at the ON voltage (15 V).
In this figure, the ratio of the current density (J (S = 16) ) flowing through the MIM element having the size of 4 μm × 4 μm to the current density (J S ) of each element is shown. In FIG. 41, one containing no tungsten (line a) and one containing different concentrations of tungsten (lines b to
e) is shown. From this figure, in the case of an element containing no tungsten, the size is changed from 4 μm × 4 μm to 2 μm ×
When the thickness is reduced to 2 μm, the current density is reduced by about one digit. For example, when 2 atomic% of tungsten is added, the reduction in the current density is only about 0.1 even under the same conditions.
It is 05 digits. Further, it can be seen from this figure that the higher the concentration of tungsten, the smaller the decrease in current density due to miniaturization.

【0073】このように、第1導電膜にタングステンを
添加することによって、素子の微細化による電流密度の
低下を抑えることができる。
As described above, by adding tungsten to the first conductive film, a decrease in current density due to miniaturization of the element can be suppressed.

【0074】本発明の液晶表示装置は、透明な基板、こ
の基板上に所定のパターンで配設された信号電極、この
信号電極に所定のピッチで接続された請求項1ないし請
求項20のいずれかに記載の非線形抵抗素子、およびこ
の非線形抵抗素子の第2導電膜に接続された画素電極を
備えた第1電極基板と、前記画素電極に対向する位置に
対向信号電極を備えた第2の電極基板と、前記第1の電
極基板と前記第2の電極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。
The liquid crystal display device according to the present invention, wherein a transparent substrate, signal electrodes arranged on the substrate in a predetermined pattern, and connected to the signal electrodes at a predetermined pitch. And a first electrode substrate provided with a pixel electrode connected to the second conductive film of the nonlinear resistor, and a second electrode provided with a counter signal electrode at a position facing the pixel electrode. An electrode substrate, and a liquid crystal layer sealed between the first electrode substrate and the second electrode substrate.

【0075】[0075]

【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに具体的に説
明するために、その好適な実施例について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of the present invention will be described below in more detail.

【0076】(実施例1)図23は、本発明を適用した
MIM素子100の断面を模式的に示したものである。
図24は、本実施例のMIM素子を用いた液晶駆動電極
の1単位を示す平面図である。図23は、図24におけ
るA−A線に沿って表されたものである。
(Example 1) FIG. 23 schematically shows a cross section of an MIM element 100 to which the present invention is applied.
FIG. 24 is a plan view showing one unit of a liquid crystal drive electrode using the MIM element of this embodiment. FIG. 23 is a view along the line AA in FIG.

【0077】MIM素子100は、絶縁性ならびに透明
性を有する基板、例えばガラス,プラスチック等からな
る基板10と、この基板10の表面に形成され、タンタ
ルにタングステンが0.2〜6原子%(本実施例におい
ては約2原子%)の割合で含まれ、1500〜5000
オングストロームの膜厚を有する第1導電膜12と、こ
の第1導電膜12の表面に陽極酸化法によって形成さ
れ、300〜700オングストロームの膜厚を有する絶
縁膜14と、この絶縁膜14の表面に形成され、300
〜2000オングストローム程度の膜厚を有する第2導
電膜16とから構成されている。
The MIM element 100 has an insulating and transparent substrate, for example, a substrate 10 made of glass, plastic, or the like, and is formed on the surface of the substrate 10 and contains 0.2 to 6 atomic% of tungsten in tantalum. (In the embodiment, about 2 atomic%), from 1500 to 5000
A first conductive film 12 having a thickness of Å, an insulating film 14 formed on the surface of the first conductive film 12 by anodic oxidation and having a thickness of 300 to 700 Å, Formed, 300
And a second conductive film 16 having a thickness of about 2000 Å.

【0078】このMIM素子100は、例えば以下のプ
ロセスによって製造される。
The MIM element 100 is manufactured by, for example, the following process.

【0079】(A)まず、基板10上にタングステンが
所定の濃度で含まれるタンタル膜を堆積させる。このと
きのタンタル膜の膜厚は、MIM素子の用途によって好
適な値が選択され、通常1500〜5000オングスト
ローム(本実施例においては3000オングストロー
ム)程度とされる。タングステンが含まれるタンタル膜
の堆積方法としては、混合ターゲットを用いたスパッタ
リングあるいは同時スパッタリング等を用いることがで
き、特に前者が好ましい。タンタルとタングステンの混
合物ターゲットにおける両者の混合比は、形成すべき第
1導電膜での両者の組成比と対応させて設定される。混
合物ターゲットとしては、例えばタンタルとタングステ
ンとを微小な粒径(例えば500〜10000オングス
トローム、好ましくは1000〜3000オングストロ
ーム、本実施例では2000オングストローム程度)の
粉末にして両者を混合し、さらに300℃以上で焼結さ
せたもの、あるいはタンタルとタングステンとを溶融し
て合金化させたものなどを用いることができる。このよ
うに、スパッタリングのターゲットとして混合物ターゲ
ットを用いることにより、個別ターゲットを用いる同時
スパッタリングに比べ、第1導電膜の均質化、具体的に
はタングステンの局在をなくしてその分布を均一にする
ことができる。
(A) First, a tantalum film containing tungsten at a predetermined concentration is deposited on the substrate 10. The thickness of the tantalum film at this time is selected to be a suitable value depending on the use of the MIM element, and is usually about 1500 to 5000 angstroms (3000 angstroms in this embodiment). As a method for depositing a tantalum film containing tungsten, sputtering using a mixed target, simultaneous sputtering, or the like can be used, and the former is particularly preferable. The mixing ratio of the two in the mixture target of tantalum and tungsten is set in correspondence with the composition ratio of the two in the first conductive film to be formed. As a mixture target, for example, tantalum and tungsten are made into powder having a minute particle size (for example, 500 to 10000 angstroms, preferably 1000 to 3000 angstroms, and in this embodiment, about 2000 angstroms), and both are mixed. Can be used, or a material obtained by melting and alloying tantalum and tungsten can be used. As described above, by using the mixture target as the sputtering target, the first conductive film can be homogenized, more specifically, the tungsten can be localized and the distribution thereof can be made uniform as compared with the simultaneous sputtering using the individual targets. Can be.

【0080】次に、前記タンタル膜を一般に用いられて
いるフォトリソグラフィーおよびエッチング技術によっ
てパターニングし、第1導電膜12およびタイミング信
号線22の導電部22aを形成する(図21,図24参
照)。パターニングは、例えば、レジストを基板10の
全面に塗布した後、マスクを用いて露光,現像を行いレ
ジストパターンを形成した後、エッチングを行うことに
より達成される。エッチングの方法としては、CF4
スとO2ガスとを混合して用いたドライエッチングや、
フッ酸と硝酸とを混合したエッチング液によるウェット
エッチングなどが用いられる。
Next, the tantalum film is patterned by commonly used photolithography and etching techniques to form the first conductive film 12 and the conductive portion 22a of the timing signal line 22 (see FIGS. 21 and 24). The patterning is achieved, for example, by applying a resist on the entire surface of the substrate 10, exposing and developing using a mask to form a resist pattern, and then performing etching. As an etching method, dry etching using a mixture of CF 4 gas and O 2 gas,
For example, wet etching using an etching solution in which hydrofluoric acid and nitric acid are mixed is used.

【0081】(B)次いで、陽極酸化法を用いて前記第
1導電膜12の上部を酸化させて絶縁膜14およびタイ
ミング信号線22の絶縁部(22b)を形成する(図2
2,図24参照)。この絶縁膜14も、その用途によっ
て好ましい膜厚とされ、通常300〜700オングスト
ローム程度とされる。本実施例においては0.01重量
%のクエン酸水溶液中において30Vの定電圧で約2時
間にわたって陽極酸化を行うことにより、約530オン
グストロームの膜厚の絶縁膜を得ることができた。
(B) Next, the upper portion of the first conductive film 12 is oxidized using an anodic oxidation method to form an insulating film 14 and an insulating portion (22b) of the timing signal line 22 (FIG. 2).
2, see FIG. 24). The insulating film 14 also has a preferable thickness depending on its use, and is usually about 300 to 700 angstroms. In this example, anodizing was performed in a 0.01% by weight aqueous citric acid solution at a constant voltage of 30 V for about 2 hours, whereby an insulating film having a thickness of about 530 Å was obtained.

【0082】(C)次いで、温度約300〜400℃
(本実施例では400℃)で0.5〜2時間(本実施例
では1時間)にわたって第1のアニール処理を行った。
このアニール処理は通常チッ素ガス、アルゴンガス等の
不活性ガス雰囲気中、あるいは酸素ガスやアルゴン−水
素雰囲気中で行われる。
(C) Next, at a temperature of about 300 to 400 ° C.
The first annealing process was performed at (400 ° C. in this embodiment) for 0.5 to 2 hours (1 hour in this embodiment).
This annealing treatment is usually performed in an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas or an argon gas, or in an oxygen gas or an argon-hydrogen atmosphere.

【0083】このアニール処理を行うことにより、前記
絶縁膜(陽極酸化膜)の化学的構造を安定化することが
できる。本実施例においては、第1導電膜12に特定濃
度のタングステンを添加することにより、このアニール
処理の温度を通常の温度(約450℃)よりかなり低く
することができる。その結果、例えば基板として、ソー
ダガラスを用いた場合でも熱による膨張,伸縮の影響を
受けにくくすることができる。ただし、アニール温度が
300℃より低いと、MIM素子における電流−電圧曲
線の対称性が低くなるため好ましくない。
By performing this annealing treatment, the chemical structure of the insulating film (anodic oxide film) can be stabilized. In the present embodiment, by adding a specific concentration of tungsten to the first conductive film 12, the temperature of this annealing process can be made considerably lower than a normal temperature (about 450 ° C.). As a result, for example, even when soda glass is used as the substrate, it is possible to make the substrate less susceptible to expansion and contraction due to heat. However, if the annealing temperature is lower than 300 ° C., the symmetry of the current-voltage curve in the MIM element becomes low, which is not preferable.

【0084】(D)次いで、スッパタリングによってI
TO膜を300〜2000オングストローム程度(本実
施例では1000オングストローム)の膜厚で積層し、
その後フォトリソグラフィーおよびエッチング技術を用
いてパターニングを行い、第2導電膜16および画素電
極20を形成する(図23,24参照)。前記スパッタ
リングの条件は、パワー1.7KW,温度200℃、圧
力5×10-1Pa、酸素とアルゴンとの流量比5×10
-3である。このように、第2導電膜16をITOによっ
て構成することにより、第2導電膜16の形成と画素電
極20の形成を同一工程において行うことができるた
め、製造プロセスをより簡略化することができる。
(D) Then, I
The TO film is laminated with a thickness of about 300 to 2000 Å (1000 Å in this embodiment),
Thereafter, patterning is performed using photolithography and etching techniques to form the second conductive film 16 and the pixel electrode 20 (see FIGS. 23 and 24). The sputtering conditions were as follows: power 1.7 KW, temperature 200 ° C., pressure 5 × 10 −1 Pa, flow rate ratio of oxygen to argon 5 × 10 1
It is -3 . As described above, by forming the second conductive film 16 from ITO, the formation of the second conductive film 16 and the formation of the pixel electrode 20 can be performed in the same step, so that the manufacturing process can be further simplified. .

【0085】(E)その後、温度230〜260℃(本
実施例においては250℃)で、0.5〜4時間(本実
施例では2時間)にわたって第2のアニール処理を行っ
た。また、アニーリングは酸素を5〜100%、より好
ましくは50〜100%の割合で含む雰囲気中で行うこ
とが好ましい。酸素以外のガスとしては、チッ素ガス、
アルゴンガスなどが用いられる。
(E) Thereafter, a second annealing treatment was performed at a temperature of 230 to 260 ° C. (250 ° C. in this embodiment) for 0.5 to 4 hours (2 hours in this embodiment). The annealing is preferably performed in an atmosphere containing oxygen at a rate of 5 to 100%, more preferably 50 to 100%. As gases other than oxygen, nitrogen gas,
Argon gas or the like is used.

【0086】次に、第2のアニール処理に関する実験結
果を説明する。図25は、第2のアニール処理における
アニール温度および時間と形成されたMIM素子とのO
FF電流との関係を示している。実験のサンプルとして
は、第2のアニール温度以外の条件は本実施例のプロセ
スで製造されたものを用い、前記第2のアニール処理は
50%の酸素を含む窒素雰囲気中で行った。図25にお
いて、aはアニール温度200℃、bは250℃、cは
300℃でアニール処理を行ったときのそれぞれのOF
F電流の変化を表している。例えば、アニール温度が2
00℃の場合にはアニーリング時間が長くなるにつれて
OFF電流が減少していくが、その減少量は小さくかつ
時間の経過に伴って変化し続けて安定したものとならな
い。アニール温度が300℃の場合には、アニール開始
後20〜30分程度でOFF電流が一旦下がり、それ以
降は上昇し続け、やはり安定した電流特性を有しない。
また、アニール温度が250℃の場合には、約1時間の
熱処理によりOFF電流が大きく減少しさらにそれ以降
はほぼ安定した数値を示している。このような傾向は2
30〜260℃の範囲で確認された。
Next, the results of an experiment on the second annealing process will be described. FIG. 25 is a graph showing the relationship between the annealing temperature and time in the second annealing process and the OMI of the formed MIM element.
The relationship with the FF current is shown. As an experimental sample, conditions other than the second annealing temperature were those manufactured by the process of the present embodiment, and the second annealing treatment was performed in a nitrogen atmosphere containing 50% oxygen. In FIG. 25, a is an OF when annealing is performed at an annealing temperature of 200 ° C., b is 250 ° C., and c is 300 ° C.
It shows the change in the F current. For example, if the annealing temperature is 2
In the case of 00 ° C., the OFF current decreases as the annealing time becomes longer, but the amount of the decrease is small and continues to change with the elapse of time and is not stable. When the annealing temperature is 300 ° C., the OFF current temporarily drops about 20 to 30 minutes after the start of the annealing, and thereafter continues to increase, and does not have a stable current characteristic.
Further, when the annealing temperature is 250 ° C., the OFF current is greatly reduced by the heat treatment for about 1 hour, and thereafter, the numerical value is almost stable thereafter. This tendency is 2
It was confirmed in the range of 30 to 260 ° C.

【0087】また、第2のアニール処理における雰囲気
について行った実験について述べる。図26は、異なる
雰囲気中でアニール処理を行ったときの、電圧と電流と
の関係を示している。図26において、aはアニール処
理を行わなかった場合、bはチッ素ガス雰囲気中でアニ
ール処理を行った場合、およびcは酸素ガス雰囲気中で
アニール処理を行った場合の結果を示す。図26から、
アニール処理を行った場合はアニール処理を行わない場
合に比べて素子のOFF電流が低下し、さらにアニール
処理を行う場合でも、酸素ガス雰囲気でのアニールによ
ってOFF電流はチッ素ガス雰囲気中でのアニールより
さらに低下することが確認された。このようなOFF電
流の低減は、雰囲気中の酸素原子が熱処理によって絶縁
膜ならびに絶縁膜−金属界面まで拡散し、これらの領域
のトラップを埋めることによるものと考えられる。
An experiment performed on the atmosphere in the second annealing process will be described. FIG. 26 shows the relationship between voltage and current when annealing is performed in different atmospheres. In FIG. 26, a shows the result when the annealing was not performed, b shows the result when the annealing was performed in a nitrogen gas atmosphere, and c shows the result when the annealing was performed in an oxygen gas atmosphere. From FIG. 26,
When the annealing is performed, the OFF current of the device is lower than when the annealing is not performed. Even when the annealing is performed, the OFF current is reduced by the annealing in the nitrogen gas atmosphere by the annealing in the oxygen gas atmosphere. It was confirmed that it was further reduced. It is considered that such a reduction in the OFF current is due to oxygen atoms in the atmosphere being diffused to the insulating film and the insulating film-metal interface by the heat treatment to fill the traps in these regions.

【0088】以上のようにして得られるMIM素子のサ
イズは用途や機能等の点から選択されるが、通常1辺が
1〜10μm程度とされる。本実施例のMIM素子10
0の場合は、図24においてS1,S2で示すサイズが
それぞれ4μmである。
The size of the MIM element obtained as described above is selected from the point of use, function and the like, but one side is usually about 1 to 10 μm. MIM element 10 of the present embodiment
In the case of 0, the sizes indicated by S1 and S2 in FIG. 24 are each 4 μm.

【0089】次に、MIM素子100について行った特
性試験の結果について説明する。
Next, results of a characteristic test performed on the MIM element 100 will be described.

【0090】(1)極性の異なる電圧を印加したときの
対称性 図27は、本実施例のMIM素子について測定した電圧
−電流特性を示す。図27中、黒丸でプロットした曲線
aはプラスのバイアス電圧を印加した場合、白丸のプロ
ットで示した曲線bはマイナスの印加電圧を印加したと
きの電圧−電流密度(logJ)曲線を示している。図
27より、本実施例のMIM素子においては、極性の異
なる電圧を印加したときの電圧−電流曲線がほぼ完全に
一致し、極めて高い対称性を有することが確認された。
このような結果が得られた理由としては、タンタルに特
定濃度のタングステンが添加された金属膜の陽極酸化に
よって絶縁膜を形成することにより、第1導電膜と絶縁
膜との界面のバリア高さと、絶縁膜と第2導電膜との界
面のバリア高さとがほぼ等しくなったことによると考え
られる。
(1) Symmetry when voltages of different polarities are applied FIG. 27 shows voltage-current characteristics measured for the MIM element of this example. In FIG. 27, a curve a plotted by a black circle indicates a case where a positive bias voltage is applied, and a curve b indicated by a plot of a white circle indicates a voltage-current density (logJ) curve when a negative applied voltage is applied. . From FIG. 27, it was confirmed that in the MIM element of this example, the voltage-current curves when voltages having different polarities were applied almost completely, and the MIM element had extremely high symmetry.
The reason for obtaining such a result is that by forming an insulating film by anodic oxidation of a metal film in which a specific concentration of tungsten is added to tantalum, the barrier height at the interface between the first conductive film and the insulating film is reduced. It is considered that the barrier height at the interface between the insulating film and the second conductive film became substantially equal.

【0091】また、比較用のサンプルとして、本実施例
のMIM素子のタンタル膜にタングステンを添加しない
ほかは本実施例と同様の方法によりMIM素子を形成
し、この素子について同様の電圧−電流特性を求めた。
その結果を図28に示す。図28から、タンタル膜にタ
ングステンを添加しない場合には、プラスのバイアス電
圧を印加したとき(ラインa)とマイナスのバイアス電
圧を印加したとき(ラインb)ではその電圧−電流曲線
がかなり大きくシフトしており、良好な対称性が得られ
ないことが確認された。
As a comparative sample, an MIM element was formed in the same manner as in the present embodiment except that tungsten was not added to the tantalum film of the MIM element of the present embodiment. I asked.
FIG. 28 shows the result. From FIG. 28, when tungsten is not added to the tantalum film, the voltage-current curve shifts significantly when a positive bias voltage is applied (line a) and when a negative bias voltage is applied (line b). It was confirmed that good symmetry could not be obtained.

【0092】(2)短時間の特性変化について 図29は、前記式(2)を本実施例のMIM素子に適用
し、図5に対応する時間と電流との関係を求めた図であ
る。図29において、ラインaは、MIM素子に約1A
/cm2の電流注入を10秒間行った後、印加電圧を1
0Vに保持した場合の電流値の経時変化を示し、ライン
bは、上記の電流注入を行わずに印加電圧を10Vに保
持した場合の電流値の経時変化を示したものである。図
29から、電流注入を行った場合と行わない場合とで
は、その時間−電流曲線がほぼ完全に一致していること
が確認された。この実験結果を検討した結果、前記式
(2)における定数Bは0.04、nは−1.64であ
った。
(2) Change in Characteristics in Short Time FIG. 29 is a diagram showing the relationship between time and current corresponding to FIG. 5 obtained by applying the equation (2) to the MIM element of this embodiment. In FIG. 29, the line a is about 1 A for the MIM element.
/ Cm 2 current injection for 10 seconds, and then apply an applied voltage of 1
The time-dependent change in the current value when the voltage is maintained at 0 V is shown. The line b shows the time-dependent change in the current value when the applied voltage is maintained at 10 V without performing the above-described current injection. From FIG. 29, it was confirmed that the time-current curves almost completely coincide with the case where the current injection was performed and the case where the current injection was not performed. As a result of examining the experimental results, the constant B in the equation (2) was 0.04 and n was -1.64.

【0093】次に比較のために、本実施例のMIM素子
におけるタンタル膜にタングステンを添加しないほかは
本実施例と同様の製造方法で形成したMIM素子につい
て同様の測定を行った。その結果を図30に示す。図3
0において、ラインaは電流注入があった場合、ライン
bは電流注入がなかった場合の結果を示す。この時間−
電流特性から前記式(2)における定数Bおよびnを求
めたところ、Bは0.55、nは−3.25であった。
このように定数Bの絶対値が0.2を越える場合にはア
クティブマトリクス型液晶表示装置において、例えば動
画を表示する場合に残像や表示むらを発生する。
Next, for comparison, the same measurement was performed on an MIM element formed by the same manufacturing method as that of this embodiment except that tungsten was not added to the tantalum film in the MIM element of this embodiment. The result is shown in FIG. FIG.
At 0, line a shows the result when there was current injection, and line b shows the result when there was no current injection. This time-
When the constants B and n in Equation (2) were determined from the current characteristics, B was 0.55 and n was -3.25.
As described above, when the absolute value of the constant B exceeds 0.2, in the active matrix type liquid crystal display device, for example, when displaying a moving image, an afterimage or display unevenness occurs.

【0094】(3)長時間の特性変化について 本実施例のMIM素子について、前記式(3)に基づい
て係数Sを求めたところ、その値は5.01×10-4
あった。したがって、本実施例のMIM素子では、1万
時間の駆動においても、素子特性の変化量(log(J
/J0))は約1.63×10-2に止まり、したがって
この素子を液晶表示装置に用いた場合には、長時間の駆
動においても焼き付き現象は認められない。このMIM
素子によれば、例えばデューティー比が1/200〜1
/2000、駆動電圧が10〜20Vの駆動条件で、少
なくとも1万時間にわたって液晶表示装置の表示特性を
保証することができる。
(3) Long-term change in characteristics For the MIM element of this example, when the coefficient S was calculated based on the above equation (3), the value was 5.01 × 10 −4 . Therefore, in the MIM element of this embodiment, even after driving for 10,000 hours, the change amount of the element characteristics (log (J
/ J 0 )) is only about 1.63 × 10 -2 . Therefore, when this element is used for a liquid crystal display device, no burn-in phenomenon is observed even when driving for a long time. This MIM
According to the element, for example, the duty ratio is 1/200 to 1
Under the driving conditions of / 2000 and a driving voltage of 10 to 20 V, the display characteristics of the liquid crystal display device can be guaranteed for at least 10,000 hours.

【0095】また、比較のために、本実施例のタンタル
膜にタングステンを含まないサンプルについて、同様に
係数Sを求めたところ、1.41×10-2であった。こ
の素子の場合、1万時間の駆動における素子特性の変化
量は約0.46となり、この素子を用いた液晶表示装置
では、長時間の駆動により焼き付きの発生が認められ
た。
For comparison, the coefficient S of the sample containing no tungsten in the tantalum film of this embodiment was 1.41 × 10 −2 . In the case of this element, the amount of change in element characteristics after driving for 10,000 hours was about 0.46, and in a liquid crystal display device using this element, the occurrence of image sticking was recognized by driving for a long time.

【0096】(4)エージングについて また本発明の実施例のMIM素子でも、添加されるタン
グステン濃度が低い場合には(例えば0.4原子%)、
前記式(3)におけるSの値を満足することができず、
その値は5.62×10-3である。したがってこの素子
においては、前記式(4)を満足するような時間だけエ
ージングを行うことが必要である。この場合には、前記
式(4)より log(5.62×10-3/5)−(4/5)logt
<−3.2 logt>0.3135 t>2.06 となり、少なくとも2.06秒のエージングが必要であ
る。この時間だけエージングをすることにより、その後
の長時間の駆動においても焼き付きは認められなかっ
た。また実使用温度範囲で放置しておいても、エージン
グ後の特性は維持されたままであった。一方、前記比較
例の場合には、上記と同様にエージング時間を求める
と、少なくとも506.7(秒)である。また、この比
較用素子は、少なくともエージング直後の駆動において
は焼き付きは認められなかった。
(4) Aging In the MIM device according to the embodiment of the present invention, when the concentration of added tungsten is low (for example, 0.4 at%),
The value of S in Expression (3) cannot be satisfied,
Its value is 5.62 × 10 -3 . Therefore, in this device, it is necessary to perform aging only for a time that satisfies the expression (4). In this case, according to the above equation (4), log (5.62 × 10 −3 / 5) − (4/5) logt
<-3.2 logt> 0.3135 t> 2.06, and aging of at least 2.06 seconds is required. By performing aging for this time, burn-in was not recognized even in the subsequent long-time driving. Even after being left in the actual use temperature range, the characteristics after aging remained. On the other hand, in the case of the comparative example, when the aging time is obtained in the same manner as described above, it is at least 506.7 (seconds). In addition, in this comparative element, burn-in was not recognized at least in the drive immediately after aging.

【0097】(5)活性化エネルギーについて 本実施例のMIM素子について、前記式(1)に基づい
て活性化エネルギーEaを求めたところ、その値はOF
F電圧において0.42eVであった。また、このMI
M素子について熱刺激電流(TSC電流)の活性化エネ
ルギーを求めたところ約0.2eVであった。
(5) Activation Energy The activation energy Ea of the MIM element of this embodiment was calculated based on the above equation (1).
It was 0.42 eV at the F voltage. Also, this MI
The activation energy of the thermal stimulation current (TSC current) for the M element was about 0.2 eV.

【0098】このように前記式(1)における活性化エ
ネルギーが0.534eV以下であることにより、MI
M素子の温度依存性を小さくすることができ、したがっ
てこの素子を用いた液晶表示装置は広い温度範囲例えば
実用温度範囲(室温〜80℃)において、安定した表示
特性を維持することができる。また、TSC電流の活性
化エネルギーを0.7eVより小さくすることによっ
て、MIM素子は前記式(2)における係数Bの絶対値
を0.2以下にすることができ、この素子を液晶表示装
置に用いた場合には、特に動画表示において問題となっ
ていた残像をなくすことが可能である。
As described above, when the activation energy in the above equation (1) is 0.534 eV or less, MI
The temperature dependency of the M element can be reduced, so that a liquid crystal display device using this element can maintain stable display characteristics in a wide temperature range, for example, a practical temperature range (room temperature to 80 ° C.). Further, by making the activation energy of the TSC current smaller than 0.7 eV, the MIM element can make the absolute value of the coefficient B in the above formula (2) 0.2 or less, and this element is used in a liquid crystal display device. When used, it is possible to eliminate the afterimage which has been a problem particularly in displaying moving images.

【0099】以上のように、本実施例のMIM素子は、
電圧−電流特性における非線形性および対称性などの基
本的特性が優れているだけではなく、熱や電流注入によ
る影響を受けにくく安定した特性を長時間にわたって維
持できる。また、このMIM素子は第2導電膜がITO
から形成されているため、第2導電膜を画素電極と同時
に形成することができ、プロセスを簡略化できる。
As described above, the MIM element of this embodiment is
Not only are basic characteristics such as non-linearity and symmetry in voltage-current characteristics excellent, but also stable characteristics that are not easily affected by heat or current injection can be maintained for a long time. In this MIM element, the second conductive film is made of ITO.
Therefore, the second conductive film can be formed simultaneously with the pixel electrode, and the process can be simplified.

【0100】(実施例2)本実施例のMIM素子は、前
記実施例1と同様な基本的構成を有するため、構成の記
載を省略する。本実施例のMIM素子が前記実施例1の
MIM素子と異なる点は、その製造プロセスのうち絶縁
膜の形成において、電解液をクエン酸水溶液からタング
ステン酸アンモニウム水溶液に変えた点にある。すなわ
ち、陽極酸化において用いられる電解液として、0.0
01〜0.05重量%(本実施例では0.005重量
%)のタングステン酸アンモニウム水溶液を用いた。陽
極酸化におけるその他の条件は実施例1と同様であり、
すなわち、20〜40V(本実施例では30V)の定電
圧法を用いて0.5〜4時間(本実施例においては2時
間)にわたって陽極酸化を行った。
(Embodiment 2) Since the MIM element of this embodiment has the same basic configuration as that of Embodiment 1, the description of the configuration is omitted. The difference between the MIM element of the present embodiment and the MIM element of the first embodiment is that the electrolytic solution is changed from a citric acid aqueous solution to an ammonium tungstate aqueous solution in forming an insulating film in the manufacturing process. That is, as an electrolyte used in anodization, 0.0
An aqueous solution of 0.01 to 0.05% by weight (0.005% by weight in this embodiment) of ammonium tungstate was used. Other conditions in the anodization are the same as those in Example 1,
That is, anodic oxidation was performed for 0.5 to 4 hours (2 hours in this example) using a constant voltage method of 20 to 40 V (30 V in this example).

【0101】本実施例のMIM素子は、前記実施例1の
MIM素子に比べて電圧−電流特性の急峻性にすぐれて
いることが確認された。図31に両者の電圧−電流曲線
を示す。図31において、ラインaは本実施例の特性曲
線を示し、ラインbは陽極酸化の電解液としてクエン酸
を用いた場合の特性曲線を示す。図31から、陽極酸化
においてタングステン酸アンモニウム水溶液を用いる
と、クエン酸水溶液を用いた場合に比べて、素子の電圧
−電流曲線の急峻性(傾き)が大きく、液晶層への書き
込み特性がより良好となることが確認された。また、陽
極酸化において用いられる電解溶液としてリン酸水溶液
を用いても同様の特性を示すことが確認されている。
It was confirmed that the MIM element of the present example was superior in the steepness of the voltage-current characteristics as compared with the MIM element of Example 1. FIG. 31 shows both voltage-current curves. In FIG. 31, a line a shows a characteristic curve of the present example, and a line b shows a characteristic curve when citric acid is used as an electrolytic solution for anodic oxidation. From FIG. 31, it can be seen that, when an aqueous solution of ammonium tungstate is used in the anodization, the voltage-current curve of the device has a greater steepness (gradient) than in the case where an aqueous solution of citric acid is used, and the writing characteristics to the liquid crystal layer are better. It was confirmed that Further, it has been confirmed that the same characteristics are exhibited even when a phosphoric acid aqueous solution is used as an electrolytic solution used in anodization.

【0102】(実施例3)本実施例のMIM素子400
は、前記実施例1のMIM素子を構成する第2導電膜の
代りにクロム,アルミニウム,チタン,モリブデンなど
の金属膜(本実施例ではクロム膜)を用いている。MI
M素子400の第1導電膜12および絶縁膜14の形成
方法および構成(図32,33参照)は前記実施例1と
同様であるのでその詳細な説明を省略する。前記第2導
電膜18は、例えばスパッタリングによって膜厚500
〜3000オングストローム(本実施例では1500オ
ングストローム)のクロム膜を形成し、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(図34参照)。ついで、I
TO膜をスパッタリングなどによって膜厚300〜20
00オングストローム(本実施例では500オングスト
ローム)で堆積させ、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を形成して画素電極2
0を形成する(図34,35参照)。このようにして得
られたMIM素子400は、前記第2導電膜18と前記
画素電極20とが重なった状態で接続されている。
(Embodiment 3) MIM element 400 of this embodiment
Uses a metal film (in this embodiment, a chromium film) of chromium, aluminum, titanium, molybdenum or the like instead of the second conductive film constituting the MIM element of the first embodiment. MI
The formation method and configuration of the first conductive film 12 and the insulating film 14 of the M element 400 (see FIGS. 32 and 33) are the same as those in the first embodiment, and therefore, detailed description thereof will be omitted. The second conductive film 18 has a thickness of 500, for example, by sputtering.
A chromium film having a thickness of about 3000 Å (in this embodiment, 1500 Å) is formed, and thereafter patterned using a commonly used photolithography and etching technique (see FIG. 34). Then I
The thickness of the TO film is 300 to 20 by sputtering or the like.
The pixel electrode 2 is deposited at 00 Å (500 Å in this embodiment), and a predetermined pattern is formed using photolithography and etching techniques.
0 is formed (see FIGS. 34 and 35). The MIM element 400 thus obtained is connected in a state where the second conductive film 18 and the pixel electrode 20 are overlapped.

【0103】このMIM素子400においても、実施例
1と同様に各特性において良好な結果が得られた。すな
わち、この素子においては、前記式(2)における定数
Bの値は0.001,nは−0.78である。また、前
記式(3)における係数Sの値は2.24×10-5であ
ることを確認した。そして、OFF電流の前記式(1)
における活性化エネルギーは0.40eV、およびTS
C電流の活性化エネルギーは約0.2eVであることを
確認した。
In this MIM element 400, good results were obtained in each characteristic as in the first embodiment. That is, in this element, the value of the constant B in the equation (2) is 0.001, and n is -0.78. Further, it was confirmed that the value of the coefficient S in the equation (3) was 2.24 × 10 −5 . Then, the above formula (1) for the OFF current
Activation energy is 0.40 eV and TS
It was confirmed that the activation energy of the C current was about 0.2 eV.

【0104】以上本発明の好適な実施例について説明し
たが、本発明は、これらに限定されるものではなく、発
明の要旨の範囲内で種々の改変が可能である。例えば、
第1導電膜に添加される物質としてタングステンの代り
に、モリブデン,ニオブ,レニウムおよびWO3等を用
いても前記実施例に記載されたと同様の現象が生じる。
Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention. For example,
Even when molybdenum, niobium, rhenium, WO 3 or the like is used instead of tungsten as a substance added to the first conductive film, the same phenomenon as described in the above embodiment occurs.

【0105】図36は、本発明のMIM型非線形抵抗素
子を用いたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置の
等価回路を示す。この等価回路においては、各画素領域
300においてタイミング信号線(走査線)Xとデータ
信号線Yとの交点にMIM素子100(400)と液晶
セル200とが直列に接続されている。そして、タイミ
ング信号線Xおよびデータ信号線Yに印加された信号に
基づいて、液晶セル200を表示状態、非表示状態ある
いはその中間状態に切り替えることにより、表示動作を
制御する。
FIG. 36 shows an equivalent circuit of an active matrix type liquid crystal display device using the MIM type nonlinear resistance element of the present invention. In this equivalent circuit, the MIM element 100 (400) and the liquid crystal cell 200 are connected in series at the intersection of the timing signal line (scanning line) X and the data signal line Y in each pixel region 300. Then, the display operation is controlled by switching the liquid crystal cell 200 to a display state, a non-display state, or an intermediate state based on signals applied to the timing signal line X and the data signal line Y.

【0106】本発明のMIM型非線形抵抗素子は、この
ようなアクティブマトリクス方式の液晶表示装置におい
て特に有用である。
The MIM type nonlinear resistance element of the present invention is particularly useful in such an active matrix type liquid crystal display device.

【0107】本発明の非線形抵抗素子が適用されるアク
ティブマトリクス方式の液晶表示装置は、特にその構成
において限定されるものではないが、少なくとも、透明
な基板、この基板上に所定のパターンで配設された信号
電極(タイミング信号線,データ信号線)、この信号電
極に所定のピッチで接続された本発明の非線形抵抗素
子、およびこの非線形抵抗素子の第2導電膜に接続され
た画素電極を備えた第1電極基板と、前記画素電極に対
向する位置に対向信号電極を備えた第2の電極基板と、
前記第1の電極基板と前記第2の電極基板との間に封入
された液晶層と、を含み、さらに偏光板,カラーフィル
タ等の部材が付加されて表示パネルを構成する。
The active matrix type liquid crystal display device to which the non-linear resistance element of the present invention is applied is not particularly limited in its structure, but at least a transparent substrate, and a predetermined pattern provided on this substrate. Signal electrode (timing signal line, data signal line), a nonlinear resistor of the present invention connected to the signal electrode at a predetermined pitch, and a pixel electrode connected to the second conductive film of the nonlinear resistor. A first electrode substrate, a second electrode substrate provided with a counter signal electrode at a position facing the pixel electrode,
The display panel includes a liquid crystal layer sealed between the first electrode substrate and the second electrode substrate, and further includes members such as a polarizing plate and a color filter.

【0108】本発明の液晶表示装置は、あらゆるタイプ
の液晶表示機器に適用することができ、例えば、液晶テ
レビ、ビデオゲーム機等の表示装置に用いた場合には、
表示性能が高く、また動画において残像のない画像を表
示することができる。また、本発明の液晶表示装置をパ
ーソナルコンピュータ、ワークステーション、OA機器
等の表示手段に用いた場合にも、表示性能が高く、固定
パターンにおいて焼き付きのない画像を表示することが
できる。
The liquid crystal display device of the present invention can be applied to all types of liquid crystal display devices. For example, when used in display devices such as liquid crystal televisions and video game machines,
An image with high display performance and no afterimage in a moving image can be displayed. Further, even when the liquid crystal display device of the present invention is used for a display means of a personal computer, a workstation, an OA device, or the like, an image with high display performance and no sticking in a fixed pattern can be displayed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第2導電膜としてクロム膜を用いたときの、タ
ンタル膜に添加されるタングステンの濃度とMIM素子
の電流密度との関係を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the concentration of tungsten added to a tantalum film and the current density of a MIM element when a chromium film is used as a second conductive film.

【図2】第2導電膜としてITO膜を用いたときの、タ
ンタル膜に添加されるタングステンの濃度とMIM素子
の電流密度との関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the concentration of tungsten added to a tantalum film and the current density of a MIM element when an ITO film is used as a second conductive film.

【図3】第2導電膜としてクロムを用いたときの、タン
タル膜に添加されるタングステンの濃度と活性化エネル
ギーとの関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between the concentration of tungsten added to a tantalum film and activation energy when chromium is used as a second conductive film.

【図4】第2導電膜としてITO膜を用いたときの、タ
ンタル膜に添加されるタングステンの濃度と活性化エネ
ルギーとの関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between the concentration of tungsten added to a tantalum film and activation energy when an ITO film is used as a second conductive film.

【図5】電流注入を行った場合あるいは電流注入を行わ
なかった場合の、定電圧駆動における時間とMIM素子
の電流密度との関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the time in constant voltage driving and the current density of the MIM element when current injection is performed or when current injection is not performed.

【図6】図5の曲線から求められる時間と電流密度の差
との関係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the time obtained from the curve in FIG. 5 and the difference in current density.

【図7】式(2)の定数Bおよびnを求めるための、時
間と電流密度の差との関係を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between time and a difference between current densities for obtaining constants B and n in Expression (2).

【図8】第2導電膜としてクロムを用いたときの、タン
タル膜に添加されるタングステンの濃度と式(2)の定
数Bとの関係を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the concentration of tungsten added to a tantalum film and the constant B in equation (2) when chromium is used as the second conductive film.

【図9】第2導電膜としてITOを用いたときの、タン
タル膜に添加されるタングステンの濃度と式(2)にお
ける定数Bとの関係を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the concentration of tungsten added to a tantalum film and the constant B in equation (2) when ITO is used as the second conductive film.

【図10】式(3)を導くための、時間とMIM素子の
電流密度の差との関係を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between time and a difference in current density of the MIM element for deriving the equation (3).

【図11】図10に示す曲線から求められた、時間(t
1/5)とMIM素子の電流密度の差との関係を示す図で
ある。
FIG. 11 shows a time (t) obtained from the curve shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between ( 1/5 ) and a difference in current density between MIM elements.

【図12】第2導電膜としてクロムを用いたときの、タ
ンタル膜に添加されるタングステンの濃度と式(3)に
おける係数Sとの関係を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the concentration of tungsten added to a tantalum film and the coefficient S in equation (3) when chromium is used as the second conductive film.

【図13】第2導電膜としてITOを用いたときの、タ
ンタル膜に添加されるタングステンの濃度と式(3)に
おける係数Sとの関係を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the concentration of tungsten added to a tantalum film and the coefficient S in equation (3) when ITO is used as the second conductive film.

【図14】タンタル膜に0.4%のタングステンを添加
したときの、時間とMIM素子の電流値の差の傾きとの
関係を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing the relationship between time and the slope of the difference between the current values of MIM elements when 0.4% tungsten is added to a tantalum film.

【図15】絶縁膜におけるTSC測定によるバイアス温
度と活性化エネルギーとの関係を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a relationship between bias temperature and activation energy by TSC measurement in an insulating film.

【図16】第1のアニール処理の温度を変え、第2導電
膜としてクロムを用いたときの、タンタル膜に添加され
るタングステンの濃度とのMIM素子の電流密度との関
係を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the concentration of tungsten added to the tantalum film and the current density of the MIM element when the temperature of the first annealing process is changed and chromium is used as the second conductive film. .

【図17】図16に示すデータから得られる、アニール
温度とMIM素子の電流密度との関係を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the annealing temperature and the current density of the MIM element obtained from the data shown in FIG.

【図18】第2導電膜としてITOを用いたときの、タ
ンタル膜に添加されるタングステンの濃度とMIM素子
の電流密度との関係を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the concentration of tungsten added to a tantalum film and the current density of the MIM element when ITO is used as the second conductive film.

【図19】図18の結果から得られる、アニール温度と
MIM素子の電流密度との関係を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing the relationship between the annealing temperature and the current density of the MIM element obtained from the results of FIG.

【図20】第2導電膜としてITOを形成する際の、酸
素とアルゴンとの流量比と前記式(2)における係数B
との関係を示す図である。
FIG. 20 shows a flow rate ratio between oxygen and argon when forming ITO as the second conductive film, and a coefficient B in the above formula (2).
FIG.

【図21】実施例1のMIM素子の製造プロセスを模式
的に示す断面図である。
FIG. 21 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing process of the MIM element of Example 1.

【図22】実施例1のMIM素子の製造プロセスを模式
的に示す断面図である。
FIG. 22 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing process of the MIM element of Example 1.

【図23】実施例1のMIM素子を模式的に示す断面図
(図24におけるA−A線に沿った断面図)である。
FIG. 23 is a cross-sectional view schematically showing the MIM element of Example 1 (a cross-sectional view along line AA in FIG. 24).

【図24】実施例1のMIM素子が適用されたアクティ
ブマトリクス方式の電極基板を構成する単位電極の平面
図である。
FIG. 24 is a plan view of a unit electrode constituting an active matrix type electrode substrate to which the MIM element of Example 1 is applied.

【図25】実施例1の製造プロセスにおいて第2のアニ
ール処理の温度を変えたときの、アニール時間と電流密
度との関係を示す図である。
FIG. 25 is a diagram showing the relationship between the annealing time and the current density when the temperature of the second annealing process is changed in the manufacturing process of the first embodiment.

【図26】第2のアニール処理において、雰囲気のガス
の種類を変えたときの、電圧と電流との関係を示す図で
ある。
FIG. 26 is a diagram showing the relationship between voltage and current when the type of gas in the atmosphere is changed in the second annealing process.

【図27】実施例1のMIM素子に印加する電圧の極性
を変えたときの、電圧と電流密度との関係を示す図であ
る。
FIG. 27 is a diagram showing the relationship between voltage and current density when the polarity of the voltage applied to the MIM element of Example 1 is changed.

【図28】比較用のMIM素子に印加する電圧の極性を
変えたときの、電圧と電流密度との関係を示す図であ
る。
FIG. 28 is a diagram showing the relationship between voltage and current density when the polarity of the voltage applied to the MIM element for comparison is changed.

【図29】電流注入を行った場合あるいは電流注入を行
わなかった場合の、定電圧駆動における時間とMIM素
子の電流密度との関係を示す図である。
FIG. 29 is a diagram showing the relationship between the time in constant voltage driving and the current density of the MIM element when current injection is performed or when current injection is not performed.

【図30】電流注入を行った場合あるいは電流注入を行
わなかった場合の、定電圧駆動における時間と比較用の
MIM素子の電流密度との関係を示す図である。
FIG. 30 is a diagram showing the relationship between the time in constant voltage driving and the current density of the MIM element for comparison when current injection is performed or when current injection is not performed.

【図31】実施例2において陽極酸化の電解液としてタ
ングステン酸アンモニウム水溶液を用いたときの、電圧
と電流との関係を示す図である。
FIG. 31 is a diagram showing a relationship between voltage and current when an aqueous solution of ammonium tungstate is used as an anodizing electrolytic solution in Example 2.

【図32】本発明の実施例3の製造プロセスを模式的に
示す断面図である。
FIG. 32 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing process according to the third embodiment of the present invention.

【図33】本発明の実施例3の製造プロセスを模式的に
示す断面図である。
FIG. 33 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing process according to the third embodiment of the present invention.

【図34】本発明の実施例3のMIM素子を模式的に示
す断面図(図35におけるB−B線に沿った断面図)で
ある。
34 is a cross-sectional view schematically showing the MIM element of Example 3 of the present invention (a cross-sectional view along the line BB in FIG. 35).

【図35】図34に示すMIM素子を用いた電極基板を
構成する単位電極を模式的に示す平面図である。
35 is a plan view schematically showing a unit electrode constituting an electrode substrate using the MIM element shown in FIG. 34.

【図36】本発明のMIM素子を用いたアクティブマト
リクス方式の駆動回路を示す図である。
FIG. 36 is a diagram showing an active matrix driving circuit using the MIM element of the present invention.

【図37】酸素とアルゴンとの流量比の条件を変えたス
パッタリングによって得られたITO膜の表面の電子顕
微鏡写真である。
FIG. 37 is an electron micrograph of the surface of an ITO film obtained by sputtering with the condition of the flow ratio of oxygen and argon changed.

【図38】酸素とアルゴンとの流量比の条件を変えたス
パッタリングによって得られたITO膜の表面の電子顕
微鏡写真である。
FIG. 38 is an electron micrograph of the surface of an ITO film obtained by sputtering with the condition of the flow ratio of oxygen and argon changed.

【図39】酸素とアルゴンとの流量比の条件を変えたス
パッタリングによって得られたITO膜の表面の電子顕
微鏡写真である。
FIG. 39 is an electron micrograph of the surface of the ITO film obtained by sputtering with the condition of the flow ratio of oxygen and argon changed.

【図40】酸素とアルゴンとの流量比の条件を変えたス
パッタリングによって得られたITO膜の表面の電子顕
微鏡写真である。
FIG. 40 is an electron micrograph of the surface of an ITO film obtained by sputtering with the condition of the flow ratio of oxygen and argon changed.

【図41】素子面積とON電圧における電流密度の差と
の関係を示す図である。
FIG. 41 is a diagram showing the relationship between the element area and the difference in current density at ON voltage.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 基板 12 第1導電膜 14 絶縁膜 16 第2導電膜 20 画素電極 22 タイミング信号線 22a 導電部 22b 絶縁部 100 MIM素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 12 1st conductive film 14 insulating film 16 2nd conductive film 20 pixel electrode 22 timing signal line 22a conductive part 22b insulating part 100 MIM element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平5−106930 (32)優先日 平成5年5月7日(1993.5.7) (33)優先権主張国 日本(JP) (72)発明者 井上 孝 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 Fターム(参考) 2H092 JA03 JA13 KA07 KA10 KA18 MA05 MA24 MA29 NA22 5C094 AA02 AA43 AA44 BA04 BA43 CA19 DA14 DA15 EA04 EA07 EB02 FB12 FB14 FB15 5E034 CA10 CB08 CC20 DA02 DA07 DE13 DE16  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 5-106930 (32) Priority date May 7, 1993 (5.7.1993) (33) Priority claim country Japan (JP) (72) Inventor Takashi Inoue 3-3-5 Yamato, Suwa-shi, Nagano F-term in Seiko Epson Corporation (reference) 2H092 JA03 JA13 KA07 KA10 KA18 MA05 MA24 MA29 NA22 5C094 AA02 AA43 AA44 BA04 BA43 CA19 DA14 DA15 EA04 EA07 EB02 FB12 FB14 FB15 5E034 CA10 CB08 CC20 DA02 DA07 DE13 DE16

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に積層された、第1導電膜、絶縁
膜および第2導電膜から構成される非線形抵抗素子であ
って、 前記絶縁膜は、前記第1導電膜の陽極酸化膜であり、 前記第2導電膜は、クロム膜および透明導電膜の少なく
とも一方であり、 かつ、素子に流れる電流密度(J)は近似的に下記式
(1)で表わされ、この式(1)における活性化エネル
ギー(Ea)が0.534eV以下であることを特徴と
する非線形抵抗素子。 式(1) J=Aexp(−Ea/kT) ここで、Aは定数、 kはボルツマン定数、 Tは絶対温度 を表わす。
1. A non-linear resistance element comprising a first conductive film, an insulating film, and a second conductive film laminated on a substrate, wherein the insulating film is an anodic oxide film of the first conductive film. The second conductive film is at least one of a chromium film and a transparent conductive film, and a current density (J) flowing through the element is approximately represented by the following equation (1). Wherein the activation energy (Ea) is 0.534 eV or less. Equation (1) J = Aexp (−Ea / kT) where A is a constant, k is a Boltzmann constant, and T is an absolute temperature.
【請求項2】 請求項1において、 前記第1導電膜は、主成分のタンタルにタングステンが
添加された金属膜であることを特徴とする非線形抵抗素
子。
2. The non-linear resistance element according to claim 1, wherein the first conductive film is a metal film in which tungsten is added to tantalum as a main component.
【請求項3】 請求項1において、 前記第2導電膜はクロムから形成され、かつ前記第1導
電膜に添加されたタングステンの濃度は0.8〜6原子
%であることを特徴とする非線形抵抗素子。
3. The nonlinear structure according to claim 1, wherein the second conductive film is formed of chromium, and the concentration of tungsten added to the first conductive film is 0.8 to 6 atomic%. Resistance element.
【請求項4】 請求項1において、 前記第2導電膜は透明導電膜であり、かつ前記第1導電
膜に添加されたタングステンの濃度は1.2〜6原子%
であることを特徴とする非線形抵抗素子。
4. The method according to claim 1, wherein the second conductive film is a transparent conductive film, and the concentration of tungsten added to the first conductive film is 1.2 to 6 atomic%.
A nonlinear resistance element characterized by the following.
【請求項5】 基板上に積層された、第1導電膜、絶縁
膜および第2導電膜から構成される非線形抵抗素子であ
って、 前記絶縁膜は、前記第1導電膜の陽極酸化膜であり、 前記第2導電膜は、クロム膜および透明導電膜の少なく
とも一方であり、 かつ、素子に、1A/cm2の電流密度で10秒間の電
流注入を行なった後に10Vのバイアス電圧を印加した
ときの電流密度をJ2、電流注入を行なわないで10V
のバイアス電圧を印加したときの電流密度をJ1とする
と、近似的に下記式(2)が成立し、この式(2)にお
いて、定数Bおよびnについて|B|≦0.2およびn
≦0の関係が成立することを特徴とする非線形抵抗素
子。 式(2) log(J2/J1)=B×t1/n ここで、tはバイアス電圧を印加してからの経過時間
(秒)を表わす。
5. A non-linear resistance element comprising a first conductive film, an insulating film, and a second conductive film laminated on a substrate, wherein the insulating film is an anodic oxide film of the first conductive film. The second conductive film is at least one of a chromium film and a transparent conductive film, and a 10 V bias voltage is applied to the device after performing a current injection at a current density of 1 A / cm 2 for 10 seconds. When the current density is J 2 , 10 V without current injection
When the current density when a bias voltage is applied to J 1, approximately the following formula (2) is satisfied, in the equation (2), the constant B and the n | B | ≦ 0.2 and n
A non-linear resistance element, wherein a relationship of ≦ 0 is satisfied. Equation (2) log (J 2 / J 1 ) = B × t 1 / n Here, t represents an elapsed time (second) after application of the bias voltage.
【請求項6】 請求項5において、 前記第1導電膜は、主成分のタンタルにタングステンが
添加された金属膜であることを特徴とする非線形抵抗素
子。
6. The nonlinear resistance element according to claim 5, wherein the first conductive film is a metal film in which tungsten is added to tantalum as a main component.
【請求項7】 請求項5において、 前記第2導電膜はクロムから形成され、かつ前記第1導
電膜に添加されたタングステンの濃度は0.2〜6原子
%であることを特徴とする非線形抵抗素子。
7. The nonlinear structure according to claim 5, wherein the second conductive film is formed of chromium, and a concentration of tungsten added to the first conductive film is 0.2 to 6 atomic%. Resistance element.
【請求項8】 請求項5において、 前記第2導電膜は透明導電膜であり、かつ前記第1導電
膜に添加されたタングステンの濃度は0.3〜6原子%
であることを特徴とする非線形抵抗素子。
8. The method according to claim 5, wherein the second conductive film is a transparent conductive film, and the concentration of tungsten added to the first conductive film is 0.3 to 6 atomic%.
A nonlinear resistance element characterized by the following.
【請求項9】 基板上に積層された、第1導電膜、絶縁
膜および第2導電膜から構成される非線形抵抗素子であ
って、 前記絶縁膜は、前記第1導電膜の陽極酸化膜であり、 前記第2導電膜は、クロム膜および透明導電膜の少なく
とも一方であり、 かつ、素子に所定範囲の電圧を印加したときに近似的に
下記式(3)が成立し、この式(3)において係数Sは
3.1×10-3以下であることを特徴とする非線形抵抗
素子。 式(3) log(J/J0)=S×t1/m ここで、tは駆動を開始してからの経過時間(秒)、 Jは経過時間t秒のときの電流密度(A/cm2)、 J0は経過時間tが1秒のときの電流密度(A/c
2)、 m≧1 を表わす。
9. A non-linear resistance element comprising a first conductive film, an insulating film, and a second conductive film laminated on a substrate, wherein the insulating film is an anodic oxide film of the first conductive film. The second conductive film is at least one of a chromium film and a transparent conductive film, and when a voltage in a predetermined range is applied to the element, the following expression (3) is approximately established. ), Wherein the coefficient S is 3.1 × 10 −3 or less. Equation (3) log (J / J 0 ) = S × t 1 / m where, t is the elapsed time (second) from the start of driving, and J is the current density (A / cm 2 ), and J 0 is the current density (A / c) when the elapsed time t is 1 second.
m 2 ), and m ≧ 1.
【請求項10】 請求項9において、 前記式(3)におけるmは5であることを特徴とする非
線形抵抗素子。
10. The nonlinear resistance element according to claim 9, wherein m in Expression (3) is 5.
【請求項11】 請求項9または請求項10において、 前記第1導電膜は、主成分のタンタルにタングステンが
添加された金属膜であることを特徴とする非線形抵抗素
子。
11. The nonlinear resistance element according to claim 9, wherein the first conductive film is a metal film in which tungsten is added to tantalum as a main component.
【請求項12】 請求項9または請求項10において、 前記第2導電膜はクロムから形成され、かつ前記第1導
電膜に添加されたタングステンの濃度は0.3〜6原子
%であることを特徴とする非線形抵抗素子。
12. The method according to claim 9, wherein the second conductive film is formed of chromium, and a concentration of tungsten added to the first conductive film is 0.3 to 6 atomic%. Characteristic nonlinear resistance element.
【請求項13】 請求項9または請求項10において、 前記第2導電膜は透明導電膜であり、かつ前記第1導電
膜に添加されたタングステンの濃度は0.7〜6原子%
であることを特徴とする非線形抵抗素子。
13. The method according to claim 9, wherein the second conductive film is a transparent conductive film, and the concentration of tungsten added to the first conductive film is 0.7 to 6 atomic%.
A nonlinear resistance element characterized by the following.
【請求項14】 基板上に積層された、第1導電膜、絶
縁膜および第2導電膜から構成される非線形抵抗素子で
あって、 前記絶縁膜は、前記第1導電膜の陽極酸化膜であり、 前記第2導電膜は、クロム膜および透明導電膜の少なく
とも一方であり、 かつ、素子に所定の電圧を印加したときに近似的に前記
式(3)が成立し、この式においてmが5であり、かつ
係数Sが3.1×10-3を越えるときに、下記式(4)
を満足するように少なくとも時間t秒だけエージングが
行われることを特徴とする非線形抵抗素子。 式(4) log(S/5)−(4/5)log t<−3.2
14. A nonlinear resistance element formed on a substrate, comprising a first conductive film, an insulating film, and a second conductive film, wherein the insulating film is an anodic oxide film of the first conductive film. The second conductive film is at least one of a chromium film and a transparent conductive film, and the above formula (3) is approximately established when a predetermined voltage is applied to the element. 5 and the coefficient S exceeds 3.1 × 10 −3 ,
Aging is performed for at least time t seconds so as to satisfy the following condition. Equation (4) log (S / 5) − (4/5) log t <−3.2
【請求項15】 請求項14において、 前記第1導電膜は、主成分のタンタルにタングステンが
添加された金属膜であることを特徴とする非線形抵抗素
子。
15. The nonlinear resistance element according to claim 14, wherein the first conductive film is a metal film in which tungsten is added to tantalum as a main component.
【請求項16】 基板上に積層された、第1導電膜、絶
縁膜および第2導電膜から構成される非線形抵抗素子で
あって、 前記絶縁膜は、前記第1導電膜の陽極酸化膜であり、 前記第2導電膜は、クロム膜および透明導電膜の少なく
とも一方であり、 かつ、前記絶縁膜における熱刺激電流(TSC電流)の
活性化エネルギーが0.7eVより低いことを特徴とす
る非線形抵抗素子。
16. A non-linear resistance element comprising a first conductive film, an insulating film and a second conductive film laminated on a substrate, wherein the insulating film is an anodic oxide film of the first conductive film. Wherein the second conductive film is at least one of a chromium film and a transparent conductive film, and the activation energy of a thermal stimulation current (TSC current) in the insulating film is lower than 0.7 eV. Resistance element.
【請求項17】 請求項16において、 前記第1導電膜は、主成分のタンタルにタングステンが
添加された金属膜であることを特徴とする非線形抵抗素
子。
17. The nonlinear resistance element according to claim 16, wherein the first conductive film is a metal film in which tungsten is added to tantalum as a main component.
【請求項18】 請求項16において、 前記活性化エネルギーが0.3eV以下であることを特
徴とする非線形抵抗素子。
18. The nonlinear resistance element according to claim 16, wherein the activation energy is 0.3 eV or less.
【請求項19】 請求項16において、 前記第2導電膜はクロムから形成され、かつ前記第1導
電膜に添加されたタングステンの濃度は0.2〜6原子
%であることを特徴とする非線形抵抗素子。
19. The nonlinear structure according to claim 16, wherein the second conductive film is formed of chromium, and a concentration of tungsten added to the first conductive film is 0.2 to 6 atomic%. Resistance element.
【請求項20】 請求項16において、 前記第2導電膜は透明導電膜であり、かつ前記第1導電
膜に添加されたタングステンの濃度は0.2〜6原子%
であることを特徴とする非線形抵抗素子。
20. The method according to claim 16, wherein the second conductive film is a transparent conductive film, and the concentration of tungsten added to the first conductive film is 0.2 to 6 atomic%.
A nonlinear resistance element characterized by the following.
【請求項21】 透明な基板、この基板上に所定のパタ
ーンで配設された信号電極、この信号電極に所定のピッ
チで接続された請求項1ないし請求項20のいずれかに
記載の非線形抵抗素子、およびこの非線形抵抗素子の第
2導電膜に接続された画素電極を備えた第1電極基板
と、 前記画素電極に対向する位置に対向信号電極を備えた第
2の電極基板と、 前記第1の電極基板と前記第2の電極基板との間に封入
された液晶層と、を含むことを特徴とする液晶表示装
置。
21. The nonlinear resistor according to claim 1, wherein a transparent substrate, signal electrodes arranged on the substrate in a predetermined pattern, and connected to the signal electrodes at a predetermined pitch. An element, a first electrode substrate including a pixel electrode connected to a second conductive film of the non-linear resistance element, a second electrode substrate including a counter signal electrode at a position facing the pixel electrode, A liquid crystal display device comprising: a first electrode substrate and a liquid crystal layer sealed between the second electrode substrate.
【請求項22】 請求項1ないし20のいずれかに記載
の非線形抵抗素子を用いて構成される液晶表示装置。
22. A liquid crystal display device using the nonlinear resistance element according to claim 1.
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