JP2008108807A - Nonlinear element, method for fabricating nonlinear element, and electro-optic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、下電極、絶縁層および上電極を備えた非線形素子、該非線形素子の製造方法、および当該非線形素子を画素スイッチング素子として備えた電気光学装置に関するものである。 The present invention relates to a non-linear element including a lower electrode, an insulating layer, and an upper electrode, a method for manufacturing the non-linear element, and an electro-optical device including the non-linear element as a pixel switching element.
アクティブマトリクス型の電気光学装置において画素スイッチング素子として用いられる非線形素子としては、例えば、下電極、絶縁層および上電極を備えたMIM(Metal−Insulator−Metal:金属−絶縁体−金属)構造のTFD(Thin Film Diode:薄膜ダイオード)がある。このような非線形素子では、一般に、下電極はタンタル膜から構成され、絶縁層はタンタル酸化膜から構成され、上電極はクロム膜などから構成されている。 As a non-linear element used as a pixel switching element in an active matrix type electro-optical device, for example, a TFD having a MIM (Metal-Insulator-Metal) structure including a lower electrode, an insulating layer, and an upper electrode is used. (Thin Film Diode). In such a non-linear element, generally, the lower electrode is made of a tantalum film, the insulating layer is made of a tantalum oxide film, and the upper electrode is made of a chromium film.
このような非線形素子については、電気光学装置で表示した画像のコントラストなどを向上することを目的に、窒素含有タンタル膜からなる下電極の表面を陽極酸化することにより、絶縁層として窒素含有タンタル酸化膜を形成し、非線形素子の非線形性を向上することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
本願発明者は、繰り返し行った実験の結果、絶縁層に水素を添加すると非線形性が向上するという知見を得、この知見に基づいて、非線形性の向上を図ることを提案するものである。しかしながら、絶縁層に対して水素を添加すると、電流−電圧特性の不可逆的なシフト現象が起こり、表示した画像に焼き付きが発生するという問題点がある。すなわち、絶縁層に対して水素を添加すると、電圧印加時に絶縁層から水素が脱離し、非線形性が非可逆的に低下してしまう。その結果、画像を表示するために非線形素子に通電していた画素においては、非線形素子の線形性が低下し、画像を切り換えたときでも、それまで表示していた画像の跡が常に残ってしまう、焼き付き現象が発生してしまう。 As a result of repeated experiments, the inventor of the present application obtains the knowledge that nonlinearity is improved when hydrogen is added to the insulating layer, and proposes to improve the nonlinearity based on this knowledge. However, when hydrogen is added to the insulating layer, an irreversible shift phenomenon of current-voltage characteristics occurs, and there is a problem that burn-in occurs in the displayed image. That is, when hydrogen is added to the insulating layer, hydrogen is desorbed from the insulating layer when a voltage is applied, and the nonlinearity is irreversibly lowered. As a result, in the pixels that have been energized to display the image, the linearity of the nonlinear element is reduced, and even when the image is switched, the trace of the image that has been displayed remains. The seizure phenomenon will occur.
そこで、本発明者は、絶縁層に水素とともに窒素を導入して絶縁層の水素保持力を高めることにより水素の脱離を防止することを提案する。 Therefore, the present inventor proposes to prevent hydrogen desorption by introducing nitrogen together with hydrogen into the insulating layer to enhance the hydrogen holding power of the insulating layer.
しかしながら、窒素含有タンタル膜(N−Ta)からなる下電極の表面に陽極酸化を行って、窒素含有タンタル酸化膜(TaOxNy)からなる絶縁層を形成すると、陽極酸化中、タンタルはイオンとして膜厚方向に移動するが、窒素は移動しないため、絶縁層を二次イオン質量分析すると、図14にドットL31で絶縁層の窒素原子の膜厚方向の分布を示し、比較としての酸素原子の膜厚方向の分布をドットL32で示すように、窒素含有タンタル酸化膜からなる絶縁層の深い部分では窒素含有量が多いのに対して、表層部分では窒素原子がほとんど存在しない。このため、絶縁層の表層部分は、水素保持力が低いので、電圧印加時、表層部分の水素が上電極との界面に向けて移動して脱離すれば素子抵抗の低下が起こる一方、表層部分の水素が下極との界面に向けて移動して、窒素含有量が多い領域で酸素欠陥にトラップされれば、酸素欠陥由来の荷電キャリアが減少するので、素子抵抗が増大する。その結果、焼き付きや残像が発生するという問題点がある。また、水素プラズマの照射や水素添加アニールによって絶縁層に水素に導入する途中あるいは導入直後においても、表層部分では水素が脱離し、十分な量の水素を導入することができないという問題点がある。 However, when an anodization is performed on the surface of the lower electrode made of a nitrogen-containing tantalum film (N-Ta) to form an insulating layer made of a nitrogen-containing tantalum oxide film (TaO x N y ), tantalum is ionized during the anodic oxidation. However, since nitrogen does not move, secondary ion mass spectrometry of the insulating layer shows the distribution of nitrogen atoms in the insulating layer in the film thickness direction as dots L31 in FIG. As shown by the dot L32 in the distribution in the film thickness direction, the nitrogen content is large in the deep part of the insulating layer made of the nitrogen-containing tantalum oxide film, whereas there are almost no nitrogen atoms in the surface layer part. For this reason, the surface layer portion of the insulating layer has a low hydrogen holding power, so that when the voltage is applied, if the hydrogen in the surface layer portion moves and desorbs toward the interface with the upper electrode, the element resistance decreases. If a part of hydrogen moves toward the interface with the lower electrode and is trapped by oxygen defects in a region where the nitrogen content is high, the charge carriers derived from oxygen defects are reduced, so that the device resistance is increased. As a result, there is a problem that image sticking or afterimage occurs. In addition, even during or immediately after introduction of hydrogen into the insulating layer by hydrogen plasma irradiation or hydrogen addition annealing, there is a problem that hydrogen is desorbed in the surface layer portion and a sufficient amount of hydrogen cannot be introduced.
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、水素および窒素を含有するタンタル酸化膜を絶縁層として用いるにあたって、タンタル酸化膜の厚さ方向の全体にわたって窒素を好適に分布させることができる非線形素子、該非線形素子の製造方法、および当該非線形素子を備えた電気光学装置を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to use a tantalum oxide film containing hydrogen and nitrogen as an insulating layer, and to nonlinearly distribute nitrogen appropriately throughout the thickness direction of the tantalum oxide film. It is an object to provide an element, a method for manufacturing the nonlinear element, and an electro-optical device including the nonlinear element.
上記課題を解決するために、本発明では、下電極、該下電極の表面側を覆う絶縁層、および該絶縁層を介して前記下電極に対向する上電極を備えた非線形素子において、前記下電極は、窒素含有タンタル膜によって構成され、前記絶縁層は、水素を含有する窒素含有タンタル酸化膜によって構成され、前記絶縁層において、少なくとも前記下電極の上面を覆う部分は、窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜により構成されていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a nonlinear element including a lower electrode, an insulating layer that covers a surface of the lower electrode, and an upper electrode that faces the lower electrode through the insulating layer. The electrode is constituted by a nitrogen-containing tantalum film, the insulating layer is constituted by a nitrogen-containing tantalum oxide film containing hydrogen, and at least a portion covering the upper surface of the lower electrode in the insulating layer is a nitrogen-containing tantalum oxide film It is characterized by comprising a sputtered film.
本発明において、非線形素子は、絶縁層が水素を含有するため、非線形性が高く、かつ、残像現象の原因となる素子ドリフト現象の発生を防止することができる。また、絶縁層への窒素の添加は、非線形性を向上させる効果も奏する。さらに、窒素は、水素の脱離を防止する機能を発揮するため、焼き付きの原因となる非線形特性の不可逆的なシフト現象の発生を防止することができる。ここで、陽極酸化により形成された窒素含有タンタル酸化膜では、表層部分での窒素含有量が極めて低く、水素保持能力が低いが、本発明では、絶縁層のうち、少なくとも下電極の上面を覆う部分は、窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜により構成されており、かかるスパッタ膜は、絶縁層の表層部分も、その深い部分と同様、多量の窒素を含有し、十分な水素保持力を備えている。従って、電圧印加時、表層部分の水素が上電極との界面に向けて移動して脱離することがないので、素子抵抗の低下が発生しない。また、表層部分の水素が下電極との界面に向けて移動して、窒素含有量が多い領域で酸素欠陥にトラップされることもないので、酸素欠陥由来の荷電キャリアが減少せず、素子抵抗が増大しない。それ故、本発明によれば、焼き付きや残像の発生を防止することができる。さらに、下電極と絶縁層の窒素含有量を各々、最適な条件に設定することができるので、非線形性などが優れた非線形素子と、低抵抗の下電極とを同一の基板上に形成することができる。 In the present invention, since the nonlinear element contains hydrogen, the nonlinear element has high nonlinearity and can prevent the occurrence of an element drift phenomenon that causes an afterimage phenomenon. Moreover, the addition of nitrogen to the insulating layer also has an effect of improving nonlinearity. Furthermore, since nitrogen exhibits a function of preventing the desorption of hydrogen, it is possible to prevent occurrence of an irreversible shift phenomenon of non-linear characteristics that causes seizure. Here, in the nitrogen-containing tantalum oxide film formed by anodic oxidation, the nitrogen content in the surface layer portion is extremely low and the hydrogen retention capability is low. In the present invention, however, at least the upper surface of the lower electrode is covered in the insulating layer. The portion is constituted by a sputtered film of a nitrogen-containing tantalum oxide film, and the sputtered film also contains a large amount of nitrogen as well as the deep part of the insulating layer, and has a sufficient hydrogen holding power. Yes. Accordingly, when a voltage is applied, hydrogen in the surface layer portion does not move toward the interface with the upper electrode and desorb, so that the element resistance does not decrease. In addition, since hydrogen in the surface layer moves toward the interface with the lower electrode and is not trapped by oxygen defects in a region where the nitrogen content is high, the charge carriers derived from oxygen defects are not reduced, and the element resistance Does not increase. Therefore, according to the present invention, it is possible to prevent image sticking and afterimages from occurring. Furthermore, since the nitrogen content of the lower electrode and the insulating layer can be set to optimum conditions, a non-linear element with excellent non-linearity and a lower electrode with a low resistance should be formed on the same substrate. Can do.
本発明では、下電極、該下電極の表面側を覆う絶縁層、および該絶縁層を介して前記下電極に対向する上電極を備えた非線形素子の製造方法において、窒素含有タンタル膜を形成する窒素含有タンタル膜形成工程と、前記窒素含有タンタル膜の上層に窒素含有タンタル酸化膜をスパッタ形成するタンタル酸化膜スパッタ形成工程と、前記窒素含有タンタル膜を前記窒素含有タンタル酸化膜とともにパターニングして前記下電極を形成する下電極パターニング形成工程と、該下電極パターニング形成の後、前記下電極を陽極にして陽極酸化を行い、前記下電極の側面に窒素含有タンタル酸化膜を形成する陽極酸化工程と、前記窒素含有タンタル酸化膜に水素を導入する水素導入工程と、を有していることを特徴とする。 According to the present invention, a nitrogen-containing tantalum film is formed in a method for manufacturing a nonlinear element including a lower electrode, an insulating layer covering the surface side of the lower electrode, and an upper electrode facing the lower electrode via the insulating layer. A nitrogen-containing tantalum film forming step, a tantalum oxide film sputter forming step of sputter-forming a nitrogen-containing tantalum oxide film on the nitrogen-containing tantalum film, and patterning the nitrogen-containing tantalum film together with the nitrogen-containing tantalum oxide film A lower electrode patterning forming step for forming a lower electrode; and an anodic oxidation step for forming a nitrogen-containing tantalum oxide film on a side surface of the lower electrode by performing anodization with the lower electrode as an anode after forming the lower electrode patterning; And a hydrogen introduction step of introducing hydrogen into the nitrogen-containing tantalum oxide film.
このような製造方法を採用すると、前記下電極の上面を覆う部分が前記窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜により構成され、前記下電極の側面を覆う部分が当該下電極の陽極酸化膜により構成されている非線形素子を製造することができる。 When such a manufacturing method is adopted, a portion covering the upper surface of the lower electrode is constituted by the sputtered film of the nitrogen-containing tantalum oxide film, and a portion covering the side surface of the lower electrode is constituted by the anodic oxide film of the lower electrode. A non-linear element can be manufactured.
このように構成すると、下電極の上面を覆う部分が窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜からなる非線形素子を少ない工程数で製造することができる。ここで、下電極パターニング形成工程を終えた段階で下電極の側面部では、窒素含有タンタル膜が露出しているが、かかる側面部は、陽極酸化工程を終えた段階で窒素含有タンタル酸化膜で覆われる。また、窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜の欠陥を陽極酸化工程により修復することができる。しかも、側面部に形成された絶縁層が陽極酸化膜であっても、下電極の側面部の面積は上面部の面積よりもかなり狭いので、非線形素子の電気特性に大きな影響を及ぼすことはない。 If comprised in this way, the nonlinear element which the part which covers the upper surface of a lower electrode consists of a sputter | spatter film | membrane of a nitrogen-containing tantalum oxide film can be manufactured with few processes. Here, the nitrogen-containing tantalum film is exposed at the side surface portion of the lower electrode at the stage where the lower electrode patterning formation process is completed. Covered. In addition, defects in the sputtered film of the nitrogen-containing tantalum oxide film can be repaired by an anodic oxidation process. Moreover, even if the insulating layer formed on the side surface is an anodic oxide film, the area of the side surface of the lower electrode is considerably smaller than the area of the upper surface, so that the electrical characteristics of the nonlinear element are not greatly affected. .
この場合、前記下電極パターニング形成工程では、ドライエッチングにより前記窒素含有タンタル膜および前記窒素含有タンタル酸化膜をパターニングすることが好ましい。下電極パターニング形成工程において窒素含有タンタル膜および窒素含有タンタル酸化膜をドライエッチングすると、フッ化物などのエッチング残滓が下電極の側面部に残り、かかるエッチング残滓は絶縁性が高い。このため、側面部に形成された絶縁層が陽極酸化膜であっても、非線形素子の電気特性に大きな影響を及ぼすことがない。 In this case, in the lower electrode patterning forming step, it is preferable to pattern the nitrogen-containing tantalum film and the nitrogen-containing tantalum oxide film by dry etching. When the nitrogen-containing tantalum film and the nitrogen-containing tantalum oxide film are dry-etched in the lower electrode patterning process, an etching residue such as fluoride remains on the side surface of the lower electrode, and the etching residue has high insulation. For this reason, even if the insulating layer formed on the side surface portion is an anodic oxide film, the electrical characteristics of the nonlinear element are not greatly affected.
本発明の別の形態では、下電極、該下電極の表面側を覆う絶縁層、および該絶縁層を介して前記下電極に対向する上電極を備えた非線形素子の製造方法において、窒素含有タンタル膜を形成する窒素含有タンタル膜形成工程と、前記窒素含有タンタル膜をパターニングして前記下電極を形成する下電極パターニング形成工程と、前記下電極の表面側に窒素含有タンタル酸化膜をスパッタ形成するタンタル酸化膜スパッタ形成工程と、前記窒素含有タンタル酸化膜に水素を導入する水素導入工程と、を有していることを特徴とする。 In another embodiment of the present invention, in a method of manufacturing a nonlinear element including a lower electrode, an insulating layer covering the surface side of the lower electrode, and an upper electrode facing the lower electrode through the insulating layer, a nitrogen-containing tantalum A nitrogen-containing tantalum film forming step for forming a film; a lower electrode patterning forming step for patterning the nitrogen-containing tantalum film to form the lower electrode; and a nitrogen-containing tantalum oxide film on the surface side of the lower electrode. It has a tantalum oxide film sputter formation process and a hydrogen introduction process for introducing hydrogen into the nitrogen-containing tantalum oxide film.
このような製造方法を採用すると、前記絶縁層は、全体が前記窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜により構成されている非線形素子を製造することができる。 When such a manufacturing method is employed, the insulating layer can be manufactured as a non-linear element that is entirely composed of the sputtered film of the nitrogen-containing tantalum oxide film.
このように構成すると、陽極酸化工程を行わないので、工程の簡素化を図ることができる。 If comprised in this way, since an anodizing process is not performed, a simplification of a process can be achieved.
ここで、前記タンタル酸化膜スパッタ形成工程の後、前記下電極を陽極にして陽極酸化する陽極酸化工程を行うことが好ましい。このように構成すると、前記絶縁層は、全体が前記窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜により構成され、当該スパッタ膜には、前記下電極を陽極とする陽極酸化処理が施されている非線形素子を製造することができる。 Here, after the tantalum oxide film sputtering formation step, it is preferable to perform an anodic oxidation step of anodizing with the lower electrode as an anode. With this configuration, the insulating layer is entirely composed of the sputtered film of the nitrogen-containing tantalum oxide film, and the sputtered film includes a non-linear element that has been subjected to anodization using the lower electrode as an anode. Can be manufactured.
このように構成すると、窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜の欠陥を陽極酸化工程により修復することができる。 If comprised in this way, the defect of the sputtering film | membrane of a nitrogen-containing tantalum oxide film can be repaired by an anodic oxidation process.
本発明において、前記陽極酸化工程を行う場合、前記スパッタ膜の厚さに相当する電圧を前記下電極に印加することが好ましい。このように構成すると、スパッタ法で形成した窒素含有タンタル酸化膜に表面の凹凸やピンホールなどの欠陥が発生している場合でも、かかる欠陥を陽極酸化工程で消失させることができるとともに、陽極酸化工程中、スパッタ膜が形成されている領域では膜成長がないので、スパッタ膜において厚さ方向全体に窒素が均一に分布する状態を維持することができる。 In the present invention, when the anodic oxidation step is performed, it is preferable to apply a voltage corresponding to the thickness of the sputtered film to the lower electrode. With this configuration, even when defects such as surface irregularities and pinholes are generated in the nitrogen-containing tantalum oxide film formed by sputtering, such defects can be eliminated in the anodic oxidation process, and anodic oxidation is performed. Since there is no film growth in the region where the sputtered film is formed during the process, it is possible to maintain a state where nitrogen is uniformly distributed in the entire thickness direction of the sputtered film.
本発明に係る非線形素子の製造方法は、液晶装置などといった電気光学装置の製造方法に用いることができ、この場合、素子基板上における複数の画素領域の各々に前記非線形素子を画素スイッチング素子として形成する。また、本発明に係る電気光学装置は、例えば、携帯電話機やモバイルコンピュータなどといった電子機器に用いられる。 The method of manufacturing a nonlinear element according to the present invention can be used in a method of manufacturing an electro-optical device such as a liquid crystal device. In this case, the nonlinear element is formed as a pixel switching element in each of a plurality of pixel regions on the element substrate. To do. The electro-optical device according to the present invention is used in electronic devices such as a mobile phone and a mobile computer.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明で参照する各図において、図面上で認識可能な大きさとするために縮尺が各層や各部材ごとに異なる場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing referred to in the following description, the scale may be different for each layer or each member in order to make the size recognizable on the drawing.
[実施の形態1]
(非線形素子の構成)
図1(a)〜(e)は、本発明を適用した非線形素子およびその製造方法を示す断面図である。図1(e)に示すように、本形態の非線形素子10xは、タンタル膜からなる下電極13x、この下電極13xの表面側(上面部および側面部)を覆うタンタル酸化膜からなる絶縁層14x、およびこの絶縁層14xを介して下電極13xに対向する上電極15xを備えたTFD(Thin Film Diode:薄膜ダイオード)素子である。基板20xの表面にはタンタル酸化膜などからなる下地絶縁層(図示せず)が形成される場合があり、この場合、非線形素子10xは、下地絶縁層の表面に形成されることになる。
[Embodiment 1]
(Configuration of nonlinear element)
1A to 1E are cross-sectional views showing a nonlinear element to which the present invention is applied and a method for manufacturing the same. As shown in FIG. 1E, the
(非線形素子の層構成)
図2(a)〜(c)は、非線形素子を構成する各層の材料と電気特性との関係を示す説明図である。なお、図2(a)は、非線形素子において絶縁層が含有する水素、窒素が非線形素子に及ぼす影響の説明図であり、図2(b)は、非線形素子の下電極を構成するタンタル膜の窒素含有量とタンタル膜の比抵抗との関係、絶縁層を構成するタンタル酸化膜の窒素含有量と非線形素子の非線形性(β値)との関係を示すグラフであり、図2(c)は、非線形素子の絶縁層として、窒素含有のタンタル酸化膜を用いた場合、および窒素を含有しないタンタル酸化膜を用いた場合にける水素導入量と素子ドリフト値との関係を示すグラフである。
(Layer structure of nonlinear element)
2A to 2C are explanatory views showing the relationship between the material and electric characteristics of each layer constituting the nonlinear element. 2A is an explanatory view of the influence of the hydrogen and nitrogen contained in the insulating layer in the nonlinear element on the nonlinear element. FIG. 2B is a diagram of the tantalum film constituting the lower electrode of the nonlinear element. FIG. 2C is a graph showing the relationship between the nitrogen content and the specific resistance of the tantalum film, and the relationship between the nitrogen content of the tantalum oxide film constituting the insulating layer and the nonlinearity (β value) of the nonlinear element. 5 is a graph showing the relationship between the amount of hydrogen introduced and the element drift value when a nitrogen-containing tantalum oxide film is used as the insulating layer of the nonlinear element and when a tantalum oxide film not containing nitrogen is used.
非線形素子10xにおいて、各層を構成する材料と電気特性との間には、図2を参照して説明する以下の関係があり、本形態では、窒素含有のタンタル膜によって下電極13xを構成し、窒素および水素を含有するタンタル酸化膜によって絶縁層14xを構成する。
In the
まず、図2(a)に示すように、水素は、非線形素子10xの非線形性を向上させるとともに、素子ドリフト現象を減少させる。窒素は、非線形素子10xの非線形性を向上させる一方、素子ドリフト現象を増大させる。また、窒素は、水素の脱離を防止することにより、シフト現象を減少させる。
First, as shown in FIG. 2A, hydrogen improves the nonlinearity of the
素子ドリフト現象とは、1回目の電流−電圧特性の測定を行った後、2回目の電流−電圧特性を測定すると、測定結果に差が発生し、2回目の測定では絶縁性が高いという現象である。かかる素子ドリフト現象では、2回目の測定を行ってから、例えば1時間が経過した後、再度、電流−電圧特性を測定すると、1回目の測定結果と同等の結果が得られ、その直後に電流−電圧特性を測定すると、2回目の測定結果と同様、高い絶縁性を示す結果が得られる。このような素子ドリフト現象は、絶縁層14x中のイオン性の酸素空乏が下電極13x/絶縁層14x界面あるいは絶縁層14x/上電極15x界面の一方に引き寄せられることが原因で発生すると考えられ、絶縁層14x中のイオン性の酸素空乏が一方の界面に引き寄せられた高抵抗化態から、酸素空乏が均一分布した低抵抗化状態にゆるやかに戻る際に、酸素空乏の移動により逆電流が発生し、それに液晶が応答する結果、残像現象が発生するのである。
The element drift phenomenon is a phenomenon in which when the current-voltage characteristic is measured for the first time and then the current-voltage characteristic is measured for the second time, a difference occurs in the measurement result, and the insulation is high in the second measurement. It is. In such an element drift phenomenon, when the current-voltage characteristic is measured again after, for example, one hour has passed since the second measurement, the result equivalent to the first measurement result is obtained. -When the voltage characteristic is measured, a result showing high insulation is obtained as in the second measurement result. Such an element drift phenomenon is considered to occur due to ionic oxygen depletion in the insulating
また、シフト現象は、絶縁層14xからの水素の脱離が原因で起こる現象であり、非線形性の向上のために添加した水素が脱離すると、非線形素子10xの線形性が非可逆的に低下し、画像を表示するために非線形素子10xに通電していた画素においては、画像を切り換えたときでも、それまで表示していた画像の跡が常に残ってしまい、焼き付き現象が発生させるのである。
The shift phenomenon is a phenomenon that occurs due to the desorption of hydrogen from the insulating
図2(b)に実線L1で示すように、絶縁層14xに窒素含有のタンタル酸化膜を用いると、非線形素子10の非線形性(β値)が向上する。また、絶縁層14xは、窒素含有量が多いほど、非線形素子10の非線形性が向上する。一方、下電極13xにおいて、タンタル膜中の窒素含有量と比抵抗との関係は、図2(b)に点線L2で示すように、窒素を含有しないタンタル膜をスパッタ形成しただけでは、正方晶系(β相)のタンタルが形成されるので、比抵抗が高いが、タンタル膜中の窒素含有量を0.25at%から0.7at%あるいは0.8at%まで変化させると、その間、立方晶系のタンタルと正方晶系のタンタルとが混在した状態になるので、比抵抗が低下していく。そして、タンタル膜中の窒素含有量が0.7〜0.8at%においては、立方晶系の単相のタンタルとなるため、比抵抗が最小値を示す。そして、タンタル膜中の窒素含有量が0.8at%から2at%まで増えると、擬似立方晶系の単相のタンタルとなって比抵抗が上昇する。さらに、タンタル膜中の窒素含有量が増えると、擬似立方晶系のタンタルと窒化タンタルとの混合相となり、比抵抗がさらに上昇する。それ故、下電極13xを配線と同時形成する場合、タンタル膜中の窒素含有量は、配線の低比抵抗化を図ることできる範囲に設定される。
As shown by a solid line L1 in FIG. 2B, when a tantalum oxide film containing nitrogen is used for the insulating
(非線形素子の製造方法)
図3は、本発明の実施の形態1に係る非線形素子の製造方法を示す工程図である。本形態では、上述した理由から、下電極13xを窒素含有タンタル膜によって構成し、絶縁層14xを窒素含有タンタル酸化膜によって構成する。その際、窒素含有タンタル膜からなる下電極13xの表面に陽極酸化を施して絶縁層14xを形成すると、図14を参照して説明したように、絶縁層14xの深い部分では窒素含有量が多いのに対して、表層部分では窒素をほとんど含有せず、絶縁層14xの表層では、水素保持力が低くなってしまう。そこで、本発明では、以下に説明する製造方法を採用して、絶縁層14xの厚さ方向の全体にわたって十分な窒素が存在するように改良する。
(Nonlinear device manufacturing method)
FIG. 3 is a process diagram showing the method for manufacturing the nonlinear element according to the first embodiment of the present invention. In this embodiment, for the reasons described above, the
まず、本形態では、図1(a)および図3に示す窒素含有タンタル膜形成工程ST10において、スパッタ室に窒素ガスおよびアルゴンガスを導入しながら、タンタルをターゲットとして用いてスパッタ形成を行い、窒素含有タンタル膜13を基板20xの全面に形成する。
First, in this embodiment, in the nitrogen-containing tantalum film forming step ST10 shown in FIGS. 1A and 3, sputter formation is performed using tantalum as a target while introducing nitrogen gas and argon gas into the sputtering chamber. A tantalum-containing
次に、図1(b)および図3に示すタンタル酸化膜スパッタ形成工程ST15において、スパッタ室に窒素ガス、酸素ガスおよびアルゴンガスを導入しながら、タンタルをターゲットとして用いてスパッタ形成を行い、窒素含有タンタル膜13の上層に、窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜14を基板20xの全面に形成する。本形態では、タンタル酸化膜スパッタ形成工程ST15において、処理時間などを調整して、絶縁層14xを構成するのに必要な膜厚のスパッタ膜14を形成する。
Next, in the tantalum oxide film sputtering formation step ST15 shown in FIG. 1B and FIG. 3, sputtering is performed using tantalum as a target while introducing nitrogen gas, oxygen gas and argon gas into the sputtering chamber. A sputtered
本形態では、窒素含有タンタル膜形成工程ST10でもスパッタ法が用いられ、かつ、ターゲットが共通であるため、スパッタ室に窒素ガスおよびアルゴンガスを導入しながら窒素含有タンタル膜形成工程ST10を行った後、スパッタ室に導入するガスを窒素ガス、酸素ガスおよびアルゴンガスに切り換えるだけでタンタル酸化膜スパッタ形成工程ST15を行うことができる。 In this embodiment, since the sputtering method is used also in the nitrogen-containing tantalum film forming step ST10 and the target is common, the nitrogen-containing tantalum film forming step ST10 is performed while introducing nitrogen gas and argon gas into the sputtering chamber. The tantalum oxide film sputtering formation step ST15 can be performed by simply switching the gas introduced into the sputtering chamber to nitrogen gas, oxygen gas and argon gas.
次に、図1(c)および図3に示す下電極パターニング形成工程ST20において、窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜14の上面にレジストマスクを形成した後、6フッ化イオウ(SF6)と酸素との混合ガスなどを用いてのドライエッチングにより、窒素含有タンタル膜13および窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜14をパターニングする。その結果、上面に窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜14yを備えた下電極13xが形成される。その際、次の陽極酸化工程で用いる給電線(図示せず)も形成する。
Next, after forming a resist mask on the upper surface of the sputtered
次に、図1(d)および図3に示す陽極酸化工程ST30において、クエン酸などの水溶液(電解液)中で下電極13xを陽極にして陽極酸化を行う。その際、下電極13xの上面には、絶縁層14xとして機能するのに十分な膜厚のスパッタ膜14yが既に形成されているので、陽極酸化工程ST30では、既に形成されているスパッタ膜14yの厚さに相当する電圧を下電極13xに印加する。従って、陽極酸化工程ST30では、下電極13xの側面部に窒素含有タンタル酸化膜からなる陽極酸化膜14zが形成されるが、下電極13xの上面部では窒素含有タンタル酸化膜の成長は起こらず、窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜からなる絶縁層14xの欠陥が修復されるのみである。このようにして、本形態では、陽極酸化膜14zと、陽極酸化処理が施されたスパッタ膜14yとによって、窒素含有タンタル酸化膜からなる絶縁層14xが形成される。
Next, in the anodic oxidation step ST30 shown in FIGS. 1D and 3, anodic oxidation is performed in an aqueous solution (electrolytic solution) such as citric acid using the
次に、図3に示す水素導入工程ST40において、絶縁層14xに水素を導入する。具体的には、基板20xを収容した処理室を約320℃の温度に設定し、この状態で、処理室内に水蒸気を含むガス、例えば大気を導入して水素添加アニールを行う。また、水素添加アニールとしては、基板20xを所定の温度に加熱した状態で加圧水蒸気を供給してもよい。また、水素導入工程ST40としては、水素添加アニールに代えて、水素プラズマを照射してもよい。
Next, hydrogen is introduced into the insulating
次に、図示を省略するが、ブリッジ部除去工程において、下電極13xと給電線とを接続していたブリッジ部(図示せず)を除去する。なお、下電極13xと給電線とが接続していてもよい場合、ブリッジ部を除去する必要はない。
Next, although illustration is omitted, in the bridge portion removing step, the bridge portion (not shown) that has connected the
次に、図1(e)および図3に示す上電極形成工程ST50を行う。それには、まず、クロム膜形成工程においてクロム膜をスパッタなどによって一様な厚さで形成した後、クロム膜パターニング工程において、フォトリソグラフィ技術を利用して、クロム膜をパターニングし、上電極15xを形成する。以上により、非線形素子10xが基板20xに形成される。
Next, the upper electrode formation step ST50 shown in FIG. 1 (e) and FIG. 3 is performed. For this purpose, first, a chromium film is formed with a uniform thickness by sputtering or the like in the chromium film forming process, and then, in the chromium film patterning process, the chromium film is patterned using a photolithography technique, and the
なお、水素導入工程ST40は、スパッタ膜14を形成した以降、かつ、上電極15xを形成する前であれば、ブリッジ部除去工程の後などに行ってもよい。また、ブリッジ部除去工程は、上電極形成工程ST50の後に行ってもよい。
Note that the hydrogen introduction step ST40 may be performed after the formation of the sputtered
(本形態の主な効果)
以上説明したように、本形態の非線形素子10xは、絶縁層14xが水素を含有するため、非線形性が高く、かつ、残像現象の原因となる素子ドリフト現象の発生を防止することができる。また、絶縁層14xへの窒素の添加は、非線形性を向上させる効果も奏する。さらに、窒素は、水素の脱離を防止する機能を発揮するため、焼き付きの原因となる非線形特性の不可逆的なシフト現象の発生を防止することができる。ここで、陽極酸化により形成された窒素含有タンタル酸化膜では、表層部分での窒素含有量が極めて低く、水素保持能力が低いが、本形態では、絶縁層14xのうち、下電極13xの上面を覆う部分が窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜14yにより構成されており、かかるスパッタ膜14yは、表層部分も、その深い部分と同様、多量の窒素を含有し、十分な水素保持力を備えている。それ故、電圧印加時、絶縁層14xの表層部分の水素が上電極15xとの界面に向けて移動して脱離することがないので、素子抵抗の低下が発生しない。また、表層部分の水素が下電極13xとの界面に向けて移動して、窒素含有量が多い領域で酸素欠陥にトラップされることもないので、酸素欠陥由来の荷電キャリアが減少せず、素子抵抗が増大しない。それ故、本発明によれば、焼き付きや残像の発生を防止することができる。
(Main effects of this form)
As described above, the
また、下電極13xと絶縁層14xの窒素含有量を各々、最適な条件に設定することができるので、非線形性などが優れた非線形素子10xと、低抵抗の下電極13xとを同一の基板20x上に形成することができる。
In addition, since the nitrogen contents of the
さらに、本形態の製造方法によれば、スパッタ室に導入するガスを切り換えるだけで、窒素含有タンタル膜形成工程ST10とタンタル酸化膜スパッタ形成工程ST15とを連続的に行うことができるので、下電極13xの上面を覆う部分が窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜14yからなる非線形素子10xを少ない工程数で製造することができる。
Furthermore, according to the manufacturing method of the present embodiment, the nitrogen-containing tantalum film forming step ST10 and the tantalum oxide film sputter forming step ST15 can be performed continuously only by switching the gas introduced into the sputtering chamber. The
さらにまた、本形態の製造方法では、下電極パターニング形成工程ST20を終えた段階で下電極13xの側面部では、窒素含有タンタル膜が露出しているが、下電極パターニング形成工程ST20の後に陽極酸化工程ST30を行うため、下電極13xの側面部は、窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜14zで覆われる。また、陽極酸化工程ST30によって、窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜14yの欠陥を修復することができる。その際、スパッタ膜14yの厚さに相当する電圧を下電極13xに印加するので、スパッタ膜14yが形成されている領域では膜成長がない。従って、スパッタ膜14yにおいて厚さ方向全体に窒素が均一に分布する状態を維持することができる。
Furthermore, in the manufacturing method of the present embodiment, the nitrogen-containing tantalum film is exposed on the side surface portion of the
また、側面部に形成された絶縁層14xが陽極酸化膜14zであっても、下電極13xの側面部の面積は上面部の面積よりもかなり狭いので、非線形素子10xの電気特性に大きな影響を及ぼすことはない。しかも、本形態において、下電極パターニング形成工程ST20では、ドライエッチングにより窒素含有タンタル膜13および窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜14をパターニングするため、硫化物やフッ化物などのエッチング残滓が下電極13xの側面部に残り、かかるエッチング残滓は絶縁性が高い。このため、絶縁層14xにおいて、下電極13xが陽極酸化膜14zで覆われた構成であっても、非線形素子10xの電気特性に大きな影響を及ぼすことがない。
Even if the insulating
[実施の形態2]
図4および図5は、本発明の実施の形態2に係る非線形素子の製造方法を示す工程断面図および工程図である。なお、本形態の非線形素子10xでも、下電極13xが窒素含有タンタル膜によって構成され、絶縁層14xが窒素含有タンタル酸化膜によって構成されているなど、基本的な構成が実施の形態1と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの詳細な説明を省略する。
[Embodiment 2]
4 and 5 are process cross-sectional views and process diagrams illustrating a method for manufacturing a nonlinear element according to the second embodiment of the present invention. In the
本形態では、まず、図4(a)および図5に示す窒素含有タンタル膜形成工程ST10において、スパッタ室に窒素ガスおよびアルゴンガスを導入しながら、タンタルをターゲットとして用いてスパッタ形成を行い、窒素含有タンタル膜13を基板20xの全面に形成する。
In this embodiment, first, in the nitrogen-containing tantalum film forming step ST10 shown in FIGS. 4A and 5, sputter formation is performed using tantalum as a target while introducing nitrogen gas and argon gas into the sputtering chamber. A tantalum-containing
次に、図4(b)および図5に示す下電極パターニング形成工程ST20において、窒素含有タンタル膜13の上面にレジストマスクを形成した後、6フッ化イオウと酸素との混合ガスなどを用いてのドライエッチングにより、窒素含有タンタル膜13をパターニングし、下電極13xを形成する。
Next, after forming a resist mask on the upper surface of the nitrogen-containing
次に、図4(c)および図5に示すタンタル酸化膜スパッタ形成工程ST25において、スパッタ室に窒素ガス、酸素ガスおよびアルゴンガスを導入しながら、タンタルをターゲットとして用いてスパッタ形成を行い、基板20xの全面に窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜14を形成する。その結果、下電極13xの表面側は、窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜14で覆われる。本形態では、タンタル酸化膜スパッタ形成工程ST25において、処理時間などを調整して、絶縁層14xを構成するのに必要な膜厚のスパッタ膜14を形成する。
Next, in the tantalum oxide film sputter formation step ST25 shown in FIG. 4C and FIG. 5, sputter formation is performed using tantalum as a target while introducing nitrogen gas, oxygen gas and argon gas into the sputter chamber. A
次に、図4(d)および図5に示すタンタル酸化膜パターニング形成工程ST26において、窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜14の上面にレジストマスクを形成した後、6フッ化イオウと酸素との混合ガスなどを用いてのドライエッチングにより、窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜14をパターニングし、下電極13xなどを覆う領域に絶縁層14xを残す。
Next, in the tantalum oxide film patterning step ST26 shown in FIGS. 4D and 5, a resist mask is formed on the upper surface of the sputtered
次に、図5に示す水素導入工程ST40において、絶縁層14xに水素を導入する。具体的には、基板20xを収容した処理室を約320℃の温度に設定し、この状態で、処理室内に水蒸気を含むガス、例えば大気を導入して水素添加アニールを行う。また、水素添加アニールとしては、基板20xを所定の温度に加熱した状態で加圧水蒸気を供給してもよい。また、水素導入工程ST40としては、水素添加アニールに代えて、水素プラズマを照射してもよい。
Next, hydrogen is introduced into the insulating
次に、図4(e)および図5に示す上電極形成工程ST50を行う。それには、まず、クロム膜形成工程においてクロム膜をスパッタなどによって一様な厚さで形成した後、クロム膜パターニング工程において、フォトリソグラフィ技術を利用して、クロム膜をパターニングし、上電極15xを形成する。以上により、非線形素子10xが基板20xに形成される。
Next, an upper electrode formation step ST50 shown in FIGS. 4E and 5 is performed. For this purpose, first, a chromium film is formed with a uniform thickness by sputtering or the like in the chromium film forming process, and then, in the chromium film patterning process, the chromium film is patterned using a photolithography technique, and the
以上説明したように、本形態の非線形素子10xでも、実施の形態1と同様、絶縁層14xが水素を含有するため、非線形性が高く、かつ、残像現象の原因となる素子ドリフト現象の発生を防止することができる。また、絶縁層14xへの窒素の添加は、非線形性を向上させる効果も奏する。さらに、窒素は、水素の脱離を防止する機能を発揮するため、焼き付きの原因となる非線形特性の不可逆的なシフト現象の発生を防止することができる。また、絶縁層14xは、窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜14により構成されており、かかるスパッタ膜14は、表層部分も、その深い部分と同様、多量の窒素を含有し、十分な水素保持力を備えている。それ故、電圧印加時、絶縁層14xの表層部分の水素が上電極15xとの界面に向けて移動して脱離することがないので、素子抵抗の低下が発生しない。また、表層部分の水素が下電極13xとの界面に向けて移動して、窒素含有量が多い領域で酸素欠陥にトラップされることもないので、酸素欠陥由来の荷電キャリアが減少せず、素子抵抗が増大しない。それ故、本発明によれば、焼き付きや残像の発生を防止することができる。また、下電極13xと絶縁層14xの窒素含有量を各々、最適な条件に設定することができるので、非線形性などが優れた非線形素子10xと、低抵抗の下電極13xとを同一の基板20x上に形成することができる。
As described above, even in the
[実施の形態3]
図6および図7は、本発明の実施の形態3に係る非線形素子の製造方法を示す工程断面図、および工程図である。なお、本形態の非線形素子10xでも、下電極13xが窒素含有タンタル膜によって構成され、絶縁層14xが窒素含有タンタル酸化膜によって構成されているなど、基本的な構成が実施の形態1、2と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの詳細な説明を省略する。
[Embodiment 3]
6 and 7 are process cross-sectional views and process diagrams showing a method for manufacturing a nonlinear element according to the third embodiment of the present invention. The basic structure of the
本形態では、まず、図6(a)および図7に示す窒素含有タンタル膜形成工程ST10において、スパッタ室に窒素ガスおよびアルゴンガスを導入しながら、タンタルをターゲットとして用いてスパッタ形成を行い、窒素含有タンタル膜13を基板20xの全面に形成する。
In this embodiment, first, in the nitrogen-containing tantalum film forming step ST10 shown in FIGS. 6A and 7, sputter formation is performed using tantalum as a target while introducing nitrogen gas and argon gas into the sputtering chamber. A tantalum-containing
次に、図6(b)および図7に示す下電極パターニング形成工程ST20において、窒素含有タンタル膜13の上面にレジストマスクを形成した後、6フッ化イオウと酸素との混合ガスなどを用いてのドライエッチングにより、窒素含有タンタル膜13をパターニングし、下電極13xを形成する。その際、次の陽極酸化工程で用いる給電線(図示せず)も形成する。
Next, after forming a resist mask on the upper surface of the nitrogen-containing
次に、図6(c)および図7に示すタンタル酸化膜スパッタ形成工程ST25において、スパッタ室に窒素ガス、酸素ガスおよびアルゴンガスを導入しながら、タンタルをターゲットとして用いてスパッタ形成を行い、基板20xの全面に窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜14を形成する。その結果、下電極13xの表面側は、窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜14で覆われる。本形態では、タンタル酸化膜スパッタ形成工程ST25において、処理時間などを調整して、絶縁層14xを構成するのに必要な膜厚のスパッタ膜14を形成する。
Next, in the tantalum oxide film sputter formation step ST25 shown in FIG. 6C and FIG. 7, sputter formation is performed using tantalum as a target while introducing nitrogen gas, oxygen gas and argon gas into the sputtering chamber. A
次に、図6(d)および図7に示すタンタル酸化膜パターニング形成工程ST26において、窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜14の上面にレジストマスクを形成した後、6フッ化イオウと酸素との混合ガスなどを用いてのドライエッチングにより、窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜14をパターニングし、下電極13xなどを覆う領域に絶縁層14xを残す。
Next, in the tantalum oxide film patterning step ST26 shown in FIGS. 6D and 7, a resist mask is formed on the upper surface of the sputtered
次に、図6(e)および図7に示す陽極酸化工程ST30において、クエン酸などの水溶液(電解液)中で下電極13xを陽極にして陽極酸化を行う。その際、絶縁層14xが既に十分な膜厚をもって形成されているので、陽極酸化工程ST30では、既に形成されている絶縁層14xの厚さに相当する電圧を下電極13xに印加する。従って、陽極酸化工程ST30では、窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜からなる絶縁層14xの欠陥が修復されるが、膜の成長は起こらない。
Next, in the anodic oxidation step ST30 shown in FIGS. 6E and 7, anodic oxidation is performed in an aqueous solution (electrolytic solution) such as citric acid using the
次に、図7に示す水素導入工程ST40において、絶縁層14xに水素を導入する。具体的には、基板20xを収容した処理室を約320℃の温度に設定し、この状態で、処理室内に水蒸気を含むガス、例えば大気を導入して水素添加アニールを行う。また、水素添加アニールとしては、基板20xを所定の温度に加熱した状態で加圧水蒸気を供給してもよい。また、水素導入工程ST40としては、水素添加アニールに代えて、水素プラズマを照射してもよい。
Next, hydrogen is introduced into the insulating
次に、図示を省略するが、ブリッジ部除去工程において、下電極13xと給電線とを接続していたブリッジ部(図示せず)を除去する。なお、下電極13xと給電線とが接続していてもよい場合、ブリッジ部を除去する必要はない。
Next, although illustration is omitted, in the bridge portion removing step, the bridge portion (not shown) that has connected the
次に、図6(f)および図7に示す上電極形成工程ST50を行う。それには、まず、クロム膜形成工程においてクロム膜をスパッタなどによって一様な厚さで形成した後、クロム膜パターニング工程において、フォトリソグラフィ技術を利用して、クロム膜をパターニングし、上電極15xを形成する。以上により、非線形素子10xが基板20xに形成される。
Next, the upper electrode formation step ST50 shown in FIG. 6 (f) and FIG. 7 is performed. For this purpose, first, a chromium film is formed with a uniform thickness by sputtering or the like in the chromium film forming process, and then, in the chromium film patterning process, the chromium film is patterned using a photolithography technique, and the
なお、水素導入工程ST40は、窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜14を形成した以降、かつ、上電極15xを形成する前であれば、ブリッジ部除去工程の後などに行ってもよい。また、ブリッジ部除去工程は、上電極形成工程ST50の後に行ってもよい。
The hydrogen introduction step ST40 may be performed after the formation of the sputtered
以上説明したように、本形態の非線形素子10xでも、実施の形態1、2と同様、絶縁層14xが水素を含有するため、非線形性が高く、かつ、残像現象の原因となる素子ドリフト現象の発生を防止することができる。また、絶縁層14xへの窒素の添加は、非線形性を向上させる効果も奏する。さらに、窒素は、水素の脱離を防止する機能を発揮するため、焼き付きの原因となる非線形特性の不可逆的なシフト現象の発生を防止することができる。また、絶縁層14xは、窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜により構成されており、かかるスパッタ膜は、表層部分も、その深い部分と同様、多量の窒素を含有し、十分な水素保持力を備えている。また、下電極13xと絶縁層14xの窒素含有量を各々、最適な条件に設定することができるので、非線形性などが優れた非線形素子10xと、低抵抗の下電極13xとを同一の基板20x上に形成することができる。
As described above, even in the
さらに、本形態では、陽極酸化工程ST30によって、窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜からなる絶縁層14xの欠陥を修復するため、非線形素子10の信頼性を向上することができる。その際、絶縁層14x(スパッタ膜14)の厚さに相当する電圧を下電極13xに印加するため、絶縁層14xが形成されている領域では膜成長がない。従って、スパッタ膜14において厚さ方向全体に窒素が均一に分布する状態を維持することができる。
Furthermore, in this embodiment, since the defect of the insulating
[実施の形態2、3の変形例]
上記実施の形態3では、タンタル酸化膜スパッタ形成工程ST25の後、タンタル酸化膜パターニング形成工程ST26を行い、下電極13xなどを覆う領域のみに絶縁層14xを残したが、図8(a)に示す窒素含有タンタル膜形成工程、図8(b)に示す下電極パターニング形成工程、図8(c)に示すタンタル酸化膜スパッタ形成工程を行った後、タンタル酸化膜パターニング形成工程を行わず、タンタル酸化膜スパッタ形成工程で基板20xの全面にスパッタ形成した窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜14をそのまま、絶縁層14xとして残して、図8(d)に示す陽極酸化工程、水素導入工程(図示せず)、および図8(e)に示す上電極形成工程を行って、非線形素子10xを形成してもよい。その他の構成は、実施の形態3と同様であるため、説明を省略する。また、本形態の構成は、実施の形態2に適用してもよい。
[Modifications of
In the third embodiment, the tantalum oxide film patterning process ST26 is performed after the tantalum oxide film sputtering process ST25, and the insulating
[電気光学装置への適用例]
(全体構成)
図9は、本発明を適用したアクティブマトリクス型の電気光学装置(液晶装置)の電気的構成を示すブロック図である。図10は、本発明が適用される電気光学装置の構成を模式的に示す断面図である。
[Example of application to electro-optical devices]
(overall structure)
FIG. 9 is a block diagram showing an electrical configuration of an active matrix type electro-optical device (liquid crystal device) to which the present invention is applied. FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of an electro-optical device to which the present invention is applied.
図9に示すように、電気光学装置100では、複数本の走査線51が行(X)方向に延在して形成され、また、複数本のデータ線52が列(Y)方向に延在して形成されている。また、走査線51とデータ線52との各交差点に対応する位置に画素53が形成され、これらの画素53は、マトリクス状に配置されている。各画素53では、液晶層54と、TFDからなる非線形素子10とが直列接続しており、図9に示す例では、液晶層54が走査線51の側に、非線形素子10がデータ線52の側にそれぞれ接続されている。なお、液晶層54がデータ線52の側に、非線形素子10が走査線51の側にそれぞれ接続されることもある。ここで、各走査線51は、走査線駆動回路57によって駆動される一方、各データ線52は、データ線駆動回路58によって駆動される。
As shown in FIG. 9, in the electro-
このような電気光学装置100は、具体的には、例えば、図10に示すように構成される。図10において、対向配置された一対の基板のうち、一方の基板は、前記の非線形素子10や画素電極が形成された素子基板20であり、他方の基板は、対向基板30である。これらの基板のうち、素子基板20の内側表面には、複数本のデータ線52と、それらのデータ線52に接続される複数の非線形素子10と、それらの非線形素子10と1対1に接続される画素電極23とが形成されている。データ線52は、図10において紙面に対して垂直方向に延在して形成される一方、非線形素子10および画素電極23は、ドットマトリクス状に配列している。そして、画素電極23などの表面には、一軸配向処理、例えばラビング処理が施された配向膜24が形成されている。
Specifically, such an electro-
対向基板30の内側表面には、カラーフィルタ38が形成されており、「R」、「G」、「B」の3色の着色層を構成している。なお、これら3色の着色層の隙間には、ブラックマトリクス39が形成されて、着色層の隙間からの入射光を遮蔽する構成となっている。カラーフィルタ38およびブラックマトリクス39の表面には平坦化膜37が形成され、さらにその表面には、走査線51として機能する対向電極31が、データ線52と直交する方向に形成されている。なお、平坦化膜37は、カラーフィルタ38およびブラックマトリクス39の平滑性を高めて、対向電極31の断線を防止する目的などのために設けられる。さらに、対向電極31の表面には、ラビング処理が施された配向膜34が形成されており、配向膜24、34は、一般にポリイミドなどから形成される。
A
素子基板20と対向基板30とは、スペーサ(図示省略)を含むシール材104によって一定の間隙を保って接合され、この間隙に、液晶105が封入された構成となっている。素子基板20の外側表面には、配向膜24へのラビング方向に対応した光軸を有する偏光板217などが貼着され、対向基板30の外側表面には、配向膜34へのラビング方向に対応した光軸を有する偏光板317などが貼着されている。なお、本形態の電気光学装置100は、COG(Chip On Glass)技術が適用されており、素子基板20の表面に直接、液晶駆動用ICチップ260が実装されている。
The
(画素53の構成)
図11は、本発明が適用された電気光学装置において、TFDを含む数画素分のレイアウトを示す平面図であり、図12は、図11に示す各画素に形成されたTFDの説明図である。
(Configuration of pixel 53)
11 is a plan view showing a layout for several pixels including the TFD in the electro-optical device to which the present invention is applied, and FIG. 12 is an explanatory diagram of the TFD formed in each pixel shown in FIG. .
図11および図12に示すように、本形態の非線形素子10は、第1のTFD10aおよび第2のTFD10bを備えたBack−to−Back構造を有している。すなわち、非線形素子10は、素子基板20の表面に形成された下地層201上において、下電極13bと、この下電極13bの表面に形成された絶縁層14bと、この表面に形成されて相互に離間した上電極15a、15bとを備えており、下電極13bの上面および側面と上電極15a、15bとは、絶縁層14bを介して対向している。上電極15aは、そのままデータ線52となる金属層15cと一体に形成されている一方、上電極15bは、画素電極23に接続されている。データ線52は、下電極13bと同時形成されたタンタル配線13aを備えており、このタンタル配線13aの表面には、絶縁層14bと同時形成された絶縁層14aが形成されている。下地層201は、例えば、厚さが50〜200nm程度のタンタル酸化膜などによって構成され、下電極13bの構成によっては省略してもよい。
As shown in FIGS. 11 and 12, the
本形態の非線形素子10において、下電極13bおよびタンタル配線13aは、例えば、厚さが50〜150nm程度のタンタル膜によって形成され、かかるタンタル膜は窒素を含有している。絶縁層14a、14bは、後述するように、少なくとも金属層13aおよび下電極13bの上面に形成された部分が、スパッタ法によって形成された厚さが20〜40nm程度のタンタル酸化膜であり、かかるタンタル酸化膜は、窒素および水素を含有している。上電極15a、15bは、例えばクロム(Cr)などといった金属膜によって100〜500nm程度の厚さに形成されている。
In the
第1のTFD10aは、データ線52の側からみると順番に、上電極15a/絶縁層14b/下電極13bとなって、金属(導電体)/絶縁体/金属(導電体)のサンドイッチ構造を採るため、ダイオードスイッチング特性を有することになる。一方、第2のTFD10bは、データ線52の側からみると順番に、下電極13b/絶縁層14b/上電極15bとなって、第1のTFD10aとは、反対のダイオードスイッチング特性を有することになる。従って、非線形素子10は、2つのダイオードを互いに逆向きに直列接続した形となっているため、1つのダイオードを用いる場合と比べると、電流−電圧の非線形特性が正負の双方向にわたって対称化されることになる。なお、このように非線形特性を厳密に対称化する必要がないのであれば、1つの非線形素子のみを用いても良い。
When viewed from the
画素電極23は、透過型として用いられる場合には、ITO(Indium Tin Oxide)などの導電性の透明膜から形成される一方、反射型として用いられる場合には、アルミニウムや銀などの反射率の大きな反射性金属膜から形成されることがある。なお、画素電極23は、反射型であってもITOなどの透明性金属から形成される場合もある。この場合には、反射層としての反射性金属が形成された後、絶縁層を介して透明な画素電極23が形成される。一方、半透過反射型として用いられる場合には、反射層を薄く形成して半透過反射膜とするか、あるいは、スリットが設けられる構成となる。素子基板20自体は、例えば、石英やガラスなどの絶縁性を有するものが用いられる。なお、透過型として用いる場合には、透明であることも素子基板20の要件となるが、反射型として用いる場合には、透明であることが要件にならない。また、素子基板20の表面に下地層201が設けられる理由は、熱処理により、下電極13bなどが下地から剥離しないようにするとともに、下電極13bに不純物が拡散しないようにするためである。従って、これが問題とならない場合には、下地層201は省略可能である。
The
(電気光学装置100の製造方法)
図13は、本形態の電気光学装置100の製造方法のうち、非線形素子の製造工程を示す工程図であり、その左側には断面図を示し、右側には平面図を示してある。
(Method of manufacturing electro-optical device 100)
FIG. 13 is a process diagram illustrating a manufacturing process of a nonlinear element in the manufacturing method of the electro-
本形態において、電気光学装置100を製造するにあたっては、非線形素子形成工程〜シール材印刷工程からなる素子基板形成工程と、カラーフィルタ形成工程〜ラビング処理工程からなる対向基板形成工程とは別々に行われる。また、これらの工程は、素子基板20および対向基板30を多数取りできる大型の元基板の状態で行われるが、以下の説明では、単品サイズおよび大型の元基板については区別せず、素子基板20および対向基板30と称する。
In this embodiment, when the electro-
本形態では、大型の素子基板20に対して非線形素子形成工程を行うことにより、電気光学装置複数個分のデータ線52および非線形素子10を形成する。この非線形素子形成工程では、上記実施の形態1、2、3、および実施の形態、3の変形例で説明した製造方法が適用される。なお、以下の説明では、図1および図3を参照して説明した実施の形態1に係る方法を適用した例を説明する。
In this embodiment, by performing a nonlinear element formation process on the
まず、図13(a)に示す下地膜形成工程では、素子基板20の表面全体に、厚さが50〜200nm程度のタンタル酸化物などの絶縁層を一様な厚さに成膜して下地層201を形成する。
First, in the base film forming step shown in FIG. 13A, an insulating layer such as tantalum oxide having a thickness of about 50 to 200 nm is formed on the entire surface of the
次に、図13(b)に示す窒素含有タンタル膜形成工程において、スパッタ室に窒素ガスおよびアルゴンガスを導入しながら、タンタルをターゲットとして用いてスパッタ形成を行い、厚さが50〜150nmの窒素含有タンタル膜13を素子基板20の全面に形成する。
Next, in the nitrogen-containing tantalum film forming step shown in FIG. 13B, sputter formation is performed using tantalum as a target while introducing nitrogen gas and argon gas into the sputter chamber, and nitrogen having a thickness of 50 to 150 nm is formed. A tantalum-containing
次に、図13(c)に示すタンタル酸化膜スパッタ形成工程において、スパッタ室に窒素ガス、酸素ガスおよびアルゴンガスを導入しながら、タンタルをターゲットとして用いてスパッタ形成を行い、窒素含有タンタル膜13の上層に、窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜14を素子基板20の全面に形成する。本形態では、タンタル酸化膜スパッタ形成工程において、処理時間などを調整して、絶縁層14bを構成するのに必要な膜厚のスパッタ膜14、例えば厚さが20〜40nmのスパッタ膜14を形成する。本形態では、窒素含有タンタル膜形成工程およびタンタル酸化膜スパッタ形成工程のいずれにもスパッタ法が用いられ、かつ、ターゲットが共通であるため、スパッタ室に窒素ガスおよびアルゴンガスを導入しながら窒素含有タンタル膜形成工程を行った後、スパッタ室に導入するガスを窒素ガス、酸素ガスおよびアルゴンガスに切り換えるだけでタンタル酸化膜スパッタ形成工程を行うことができる。
Next, in the tantalum oxide film sputter formation step shown in FIG. 13C, sputter formation is performed using tantalum as a target while introducing nitrogen gas, oxygen gas and argon gas into the sputtering chamber, and the nitrogen-containing
次に、図13(d)に示す下電極パターニング形成工程において、窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜14の上面にレジストマスクを形成した後、6フッ化イオウと酸素との混合ガスなどを用いてのドライエッチングにより、窒素含有タンタル膜13および窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜14をパターニングする。その結果、上面に窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜14yを備えた下電極13bが形成される。その際、データ線52のタンタル配線13aが同時形成され、この状態では、タンタル配線13aと下電極13bとはブリッジ部13cで繋がっている。なお、タンタル配線13aの上層にもスパッタ膜14yが形成されている。
Next, in the lower electrode patterning forming step shown in FIG. 13D, after forming a resist mask on the upper surface of the sputtered
次に、図13(e)に示す陽極酸化工程において、クエン酸などの水溶液(電解液)中で下電極13を陽極にして陽極酸化を行う。その際、下電極13bの上面などには、絶縁層14bとして機能するのに十分な膜厚のスパッタ膜14yが既に形成されているので、陽極酸化工程では、既に形成されているスパッタ膜14yの厚さに相当する電圧を下電極13に印加する。従って、陽極酸化工程では、下電極13bの側面部に窒素含有タンタル酸化膜からなる陽極酸化膜14zが形成されるが、下電極13bの上面部では窒素含有タンタル酸化膜の成長は起こらず、窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜14yの欠陥が修復されるのみである。このようにして、本形態では、陽極酸化膜14zと、陽極酸化処理が施されたスパッタ膜14yとによって、窒素含有タンタル酸化膜からなる絶縁層14bが形成される。タンタル配線13aの表面側でも同様、陽極酸化膜14zと、陽極酸化処理が施されたスパッタ膜14yとによって、絶縁層14aが形成される。
Next, in the anodic oxidation step shown in FIG. 13 (e), anodic oxidation is performed in an aqueous solution (electrolytic solution) such as citric acid using the
次に、水素導入工程において、絶縁層14bに水素を導入する。具体的には、素子基板20を収容した処理室を約320℃の温度に設定し、この状態で、処理室内に水蒸気を含むガス、例えば大気を導入して水素添加アニールを行う。また、水素添加アニールとしては、素子基板20を所定の温度に加熱した状態で加圧水蒸気を供給してもよい。また、水素導入工程としては、水素添加アニールに代えて、水素プラズマを照射してもよい。
Next, hydrogen is introduced into the insulating
次に、図13(f)に示すブリッジ部除去工程において、下電極13bとタンタル線13aとを接続していたブリッジ部13cを除去する。これにより、下電極13bおよび絶縁層14bが、データ線52から島状に分断される。なお、この工程では、ブリッジ部13cの他に、給電パターンのうち、大型の素子基板20を切断した際に素子基板20に残ってしまう不要な部分についても除去する。また、必要に応じて、画素電極23に相当する領域の下地層201を除去する。
Next, in the bridge portion removing step shown in FIG. 13 (f), the
次に、図13(g)に示す上電極形成工程を行う。それには、まず、クロム膜形成工程において、厚さが100〜500nm程度のCrをスパッタなどによって一様な厚さで成膜した後、クロム膜パターニング工程において、フォトリソグラフィ技術を利用して、クロム膜をパターニングし、データ線52の最上層としての金属層15c、第1のTFD10aの上電極15a、および第2のTFD10bの上電極15bを形成する。以上により、非線形素子10(TFD10a、10b)が素子基板20の表面に必要な数だけ形成される。なお、図13(f)に示すブリッジ部除去工程については、上電極形成工程の後に行ってもよい。
Next, the upper electrode forming step shown in FIG. For this purpose, first, in the chromium film forming step, Cr having a thickness of about 100 to 500 nm is formed with a uniform thickness by sputtering or the like, and then in the chromium film patterning step, using photolithography technology, The film is patterned to form the
それ以降の製造工程の図示は省略するが、画素電極23を形成するためのITOをスパッタなどによって一様な厚さで成膜した後、ITO膜をパターニングし、画素電極23をその一部が上電極15bに重なるように形成する。これらの一連の工程により、図11および図12に示す非線形素子10および画素電極23が形成される。しかる後には、配向膜工程P3において、素子基板20の表面にポリイミド、ポリビニルアルコールなどを一様な厚さに形成することによって配向膜24を形成した後(図10参照)、ラビング処理工程において、配向膜24に対してラビング処理その他の配向処理を行う。次に、シール材印刷工程において、ディスペンサーやスクリーン印刷などによってシール材104(図10参照)を環状に塗布する。なお、シール材104の一部分には、液晶注入口を形成しておく。
Although illustration of subsequent manufacturing steps is omitted, after forming ITO with a uniform thickness by sputtering or the like to form the
以上の素子基板形成工程とは別に、対向基板形成工程(カラーフィルタ形成工程〜ラビング処理工程)を行う。それには、まず、図10に示すように、ガラス基板などといった透光性材料によって形成された大型の対向基板30を用意した後、カラーフィルタ形成工程において、大型の対向基板30の表面上にブラックマトリクス39、およびカラーフィルタ38を形成する。ここで、カラー表示が必要でない場合には、カラーフィルタ38を形成する必要はない。次に、平坦化層形成工程において、カラーフィルタ38の上に平坦化膜37を一様な厚さに形成して表面を平坦化する。次に、対向電極形成工程において、ITO膜などによりストライプ状の対向電極31、すなわち、走査線51を形成する。次に、配向膜形成工程において、走査線51などの上にポリイミドなどによって一様な厚さの配向膜34を形成した後、ラビング処理工程において、配向膜34に対してラビング処理などといった配向処理を施す。
Separately from the above element substrate forming process, an opposing substrate forming process (color filter forming process to rubbing process) is performed. First, as shown in FIG. 10, after preparing a
その後、大型の素子基板20と大型の対向基板30とを位置合わせした上でシール材104を間に挟んで貼り合わせ(貼り合わせ工程)、さらに紫外線硬化その他の方法でシール材104を硬化させる(シール材硬化工程)。これにより、液晶装置複数個分を含んでいる空のパネル構造体が形成される。その後、空のパネル構造体を短冊状のパネル構造体に切断する(1次切断工程3)。この短冊状のパネル構造体の切断個所では、シール材104の途切れ部分からなる液晶注入口が外部に開口しているので、露出した液晶注入口からパネル構造体の内側に液晶を減圧注入した後(液晶注入工程)、各液晶注入口に対して樹脂などの封止材を塗布して、各液晶注入口を封止する(注入口封止工程)。なお、この工程により、パネル構造体に液晶が付着するので、液晶を注入し終えたパネル構造体を洗浄する(洗浄工程)。その後、パネル構造体をさらに切断することにより、複数個の電気光学装置100が切り出される(2次切断工程)。しかる後に、電気光学装置100に液晶駆動用ICチップ260などを実装し、電気光学装置100が完成する(実装工程)。
Thereafter, the
[電気光学装置への他の適用例]
上記形態では、TNモードあるいはVANモードの液晶装置(電気光学装置)を例に説明したため、対向基板に対向電極が形成された構成であったが、素子基板に画素電極および対向電極(共通電極)の双方が形成されたIPS(In−Plane Switching)モードやFFS(Fringe Field Switching)モードの液晶装置(電気光学装置)に本発明を適用してもよい。
[Other application examples to electro-optical devices]
In the above embodiment, since the TN mode or VAN mode liquid crystal device (electro-optical device) has been described as an example, the counter electrode is formed on the counter substrate. However, the pixel electrode and the counter electrode (common electrode) are formed on the element substrate. The present invention may be applied to a liquid crystal device (electro-optical device) in IPS (In-Plane Switching) mode or FFS (Fringe Field Switching) mode in which both of the above are formed.
[電子機器への搭載例]
本発明を適用した電気光学装置は、携帯電話機やモバイル型のパーソナルコンピュータの他、マルチメディア対応のパーソナルコンピュータ(PC)、エンジニアリング・ワークステーション(EWS)、ページャ、ワードプロセッサ、テレビ、ビューファインダ型またはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、電子手帳、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、POS端末、タッチパネルなどの電子機器に適用できる他、30インチを越えるような大画面を備えた電子機器を構成するのに用いることもできる。
[Example of mounting on electronic devices]
The electro-optical device to which the present invention is applied includes a personal computer (PC), an engineering work station (EWS), a pager, a word processor, a television, a viewfinder type or a monitor in addition to a mobile phone or a mobile personal computer. In addition to being applicable to electronic devices such as direct-view video tape recorders, electronic notebooks, electronic desk calculators, car navigation devices, POS terminals, touch panels, etc., they are used to construct electronic devices with large screens exceeding 30 inches. You can also.
10、10x・・非線形素子(TFD)、13・・タンタル膜、13b、13x・・下電極、14、14y・・・スパッタ膜、14b、14x・・絶縁層、14z・・陽極酸化膜、15b、15x・・上電極、20・・素子基板、100・・電気光学装置
10, 10x ··· Non-linear element (TFD), 13 ·· Tantalum film, 13b, 13x ·· Lower electrode, 14, 14y ··· Sputtered film, 14b, 14x ··· Insulating layer, 14z ·· Anodized film,
Claims (9)
前記下電極は、窒素含有タンタル膜によって構成され、
前記絶縁層は、水素を含有する窒素含有タンタル酸化膜によって構成され、
前記絶縁層において、少なくとも前記下電極の上面を覆う部分は、窒素含有タンタル酸化膜のスパッタ膜により構成されていることを特徴とする非線形素子。 In a non-linear element including a lower electrode, an insulating layer covering the surface side of the lower electrode, and an upper electrode facing the lower electrode through the insulating layer,
The lower electrode is composed of a nitrogen-containing tantalum film,
The insulating layer is composed of a nitrogen-containing tantalum oxide film containing hydrogen,
In the insulating layer, at least a portion covering the upper surface of the lower electrode is formed of a sputtered film of a nitrogen-containing tantalum oxide film.
窒素含有タンタル膜を形成する窒素含有タンタル膜形成工程と、
前記窒素含有タンタル膜の上層に窒素含有タンタル酸化膜をスパッタ形成するタンタル酸化膜スパッタ形成工程と、
前記窒素含有タンタル膜を前記窒素含有タンタル酸化膜とともにパターニングして前記下電極を形成する下電極パターニング形成工程と、
該下電極パターニング形成工程の後、前記下電極を陽極にして陽極酸化を行い、前記下電極の側面に窒素含有タンタル酸化膜を形成する陽極酸化工程と、
前記窒素含有タンタル酸化膜に水素を導入する水素導入工程と、
を有していることを特徴とする非線形素子の製造方法。 In a method for manufacturing a nonlinear element comprising a lower electrode, an insulating layer covering the surface side of the lower electrode, and an upper electrode facing the lower electrode through the insulating layer,
A nitrogen-containing tantalum film forming step of forming a nitrogen-containing tantalum film;
A tantalum oxide film sputter forming step of sputter-forming a nitrogen-containing tantalum oxide film on the nitrogen-containing tantalum film;
A lower electrode patterning step of patterning the nitrogen-containing tantalum film together with the nitrogen-containing tantalum oxide film to form the lower electrode;
After the lower electrode patterning step, anodizing with the lower electrode as an anode, and forming a nitrogen-containing tantalum oxide film on the side surface of the lower electrode;
A hydrogen introduction step of introducing hydrogen into the nitrogen-containing tantalum oxide film;
The manufacturing method of the nonlinear element characterized by having.
窒素含有タンタル膜を形成する窒素含有タンタル膜形成工程と、
前記窒素含有タンタル膜をパターニングして前記下電極を形成する下電極パターニング形成工程と、
前記下電極の表面側に窒素含有タンタル酸化膜をスパッタ形成するタンタル酸化膜スパッタ形成工程と、
前記窒素含有タンタル酸化膜に水素を導入する水素導入工程と、
を有していることを特徴とする非線形素子の製造方法。 In a method for manufacturing a nonlinear element comprising a lower electrode, an insulating layer covering the surface side of the lower electrode, and an upper electrode facing the lower electrode through the insulating layer,
A nitrogen-containing tantalum film forming step of forming a nitrogen-containing tantalum film;
A lower electrode patterning step of patterning the nitrogen-containing tantalum film to form the lower electrode;
A tantalum oxide film sputter forming step of sputtering a nitrogen-containing tantalum oxide film on the surface side of the lower electrode;
A hydrogen introduction step of introducing hydrogen into the nitrogen-containing tantalum oxide film;
The manufacturing method of the nonlinear element characterized by having.
素子基板上における複数の画素領域の各々に前記非線形素子を画素スイッチング素子として備えていることを特徴とする電気光学装置。 An electro-optical device using the nonlinear element according to any one of claims 1 to 3,
An electro-optical device comprising: a non-linear element as a pixel switching element in each of a plurality of pixel regions on an element substrate.
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JP2006288353A JP2008108807A (en) | 2006-10-24 | 2006-10-24 | Nonlinear element, method for fabricating nonlinear element, and electro-optic device |
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US8148711B2 (en) | 2007-05-18 | 2012-04-03 | Panasonic Corporation | Nonvolatile memory element, manufacturing method thereof, and nonvolatile semiconductor apparatus using nonvolatile memory element |
US9236381B2 (en) | 2006-11-17 | 2016-01-12 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Nonvolatile memory element, nonvolatile memory apparatus, nonvolatile semiconductor apparatus, and method of manufacturing nonvolatile memory element |
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