JP2647115B2 - マトリックスアレイ基板の製造方法 - Google Patents

マトリックスアレイ基板の製造方法

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【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、スイッチング素子としてMIM(Metal−In
sulator−Metal)素子を用いたマトリックスアレイ基板
の製造方法に関する。
(従来の技術) 近年、液晶表示器を用いた表示装置は、時計・電卓・
計測機器等の比較的簡単なものから、パーソナル・コン
ピューター、ワード・プロセッサー、更にはOA用の端末
機器、TV画像表示等の大容量情報表示用途に使用されて
きている。こうした大容量の液晶表示装置においては、
マトリックス表示のマルチプレックス駆動方式が一般に
採用されている。ところがこの方式は、液晶自身の本質
的な特性によって、表示部分(オン画素)と非表示部分
(オフ画素)のコントラスト比の点では、200本程度の
走査線を有する場合でも不十分であり、更に走査線が50
0本以上程度の大規模なマトリックス駆動を行なう場合
には、コントラストの劣化が致命的であった。
そして、この液晶表示装置のもつ欠点を解決するため
の開発が、各所で盛んに行われている。その一つの方向
としては、個々の画素を直接スイッチ駆動するものがあ
り、スイッチング素子に薄膜トランジスタや非線形抵抗
素子を用いている。このうち非線形抵抗素子は、薄膜ト
ランジスタの三端子に比べて、基本的に二端子で構造が
簡単であり、製造が容易である。このため、製品歩留り
の向上が期待でき、コスト低下の利点がある。
非線形抵抗素子は、薄膜トランジスタと同様の材料を
用いて、接合形成したダイオードの型、酸化亜鉛を用い
たバリスタの型、電極間に絶縁物を挟んだ金属−絶縁層
−金属(MIM)型、更には金属電極間に半導電性の層を
用いた型等が開発されている。
このうちMIM型は、構造が最も簡単なものの一つで、
現在のところ実用化が最も近いものということができ
る。第3図はMIM素子を有するアレイ基板の一画素部分
の一例を示す断面図である。これを製造工程に従って説
明すると、まず、ガラス基板(1)上にタンタル(Ta)
膜(2)をスパッタリング法や真空蒸着法等の薄膜形成
法により形成し、写真触刻法により所望のパターンにす
る。これにより、配線とMIMの片側の電極とが形成され
る。次に、Ta膜(2)をクエン酸水溶液等を用いた陽極
酸化法いより化成し、酸化膜(3)を形成する。更に、
MIMのもう片方の電極としてクロム(Cr)膜(4)を、
薄膜形成法により形成することにより、MIM素子が完成
する。更にこの後には、画像表示用の透明電極(5)を
形成すればよい。こうした基本的な製造技術は特開昭55
−161273号公報に開示され、その改良技術が特開昭58−
178320号公報等に示されている。
第4図は従来の基板ホルダーの一例を示す図であり、
通常は陽極酸化、めっき及び電着等といった絶縁性基板
上に形成した金属膜の溶液電解処理工程に使用してい
る。これは第4図からわかるように、ホルダー面(10)
と溝(11)により基板を差し込み保持することができ、
取手部(12)を用いて基板ホルダーを所定の溶液から出
し入れしている。なお、この基板ホルダーは、第3図に
示した従来例においては、陽極酸化法により酸化膜
(3)を形成する際に用いる。
(発明が解決しようとする課題) 従来のMIM素子は、例えば特開昭55−161273号公報に
記載されているように、第1の金属層のパターニング、
第2の金属層のパターニング、表示電極(透明導電膜)
のパターニングと最低3回のフォトリソグラフィー工程
を必要としていた。この工程数を削減することは工程歩
留まり、ひいては製品コストの点から強く望まれていた
が、なかなか良い方法がなかった。
なお、従来、第2の金属層を透明導電膜として、表示
画素電極と共通にし、2回のフォトリソグラフィー工程
で製造する方法も考えられたが、良好な電流−電圧特性
が得られず、即ち、この素子に要求されるところの正・
負両印加電圧での対称性が得られず成功しなかった。ま
た、最近、Cr/ITO(Indium Tin Oxide)の二層電極を、
MIM素子の一方の金属電極と表示画素電極とに共用する
ことで、2回のフォトリソグラフィーによりMIM素子ア
レイを形成する提案が成された(両角、太田:テレビジ
ョン学会誌,38,P354(1984))。この方法では、Cr/ITO
の二層透明電極をMIM素子の一方の金属電極と表示画素
電極とに共用する場合、MIM素子の電圧−電流特性と画
素部の透過率を両立させるために、Crの膜厚を微妙に制
御せねばならず、いずれにしても、MIM素子部がTa/Ta2O
5/Cr、表示画素部がITOのもの(3回のフォトリソグラ
フィーにて製造)に比べると、電圧−電流特性の対称
性、画素部の透過律が劣ることは避けられない。
また、第4図に示した基板ホルダーにおいては、取手
部(12)全体が妨げとなって、電極取り出し端子を基板
に装着することが難しく、更に、基板が浸漬する溶液の
表面張力により背面のホルダー面(10)に吸着してしま
うため、基板のホルダーへの着脱作業がやりにくいとい
う欠点があった。
この発明は上記した事情に鑑みてなされたものであ
り、MIM素子部がTa/Ta2O5/Crのごとき良好な対称・電圧
−電流特性を示す金属/絶縁体/金属の構成を有し、表
示画素部がITOのごとき透明導電膜からなり、マスクア
ライナーを用いたフォトリソグラフィー工程を2回に減
らして製造することの可能なマトリックスアレイ基板の
製造方法を提供することを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) この発明は、複数の表示画素電極及びその各々に電気
的に接続した金属−絶縁体−金属(MIM)素子構造より
なる非線形抵抗素子を基板上に形成したマトリックスア
レイ基板の製造方法についてのものであり、まず、基板
上に非線形抵抗素子の下部金属となるべき第1の金属層
及び非線形抵抗素子の絶縁体となるべき絶縁体層を順次
パターン状に形成した後に、非線形抵抗素子の上部金属
となるべき第2の金属層を光が透過する程度の厚さに形
成する。次に、その上に感光性樹脂を塗布し、第1の金
属層のパターンをマスクとして基板裏面より露光する自
己整合法(セルフアライメント)により、第2の金属層
を加工する。そして、表示画素電極となるべき透明導電
膜を、非線形抵抗素子にオーバーラップするように配線
パターニングした後に、この透明導電膜をマスクとして
非線形抵抗素子の上部金属部以外に形成されている第2
の金属層をエッチング除去することにより、製造工程が
完了する。
(作 用) この発明のマトリックスアレイ基板の製造方法では、
まず最初に、第1の金属層(Ta,Mo,Al等)を蒸着、スパ
ッタリング及びCVD(Chemical Vapor Deposition)等の
方法にて薄膜形成する。そして、第1回目の正確な写真
触刻工程を行い、第1の金属層をエッチングする。次
に、この上に絶縁体層をパターン形成するが、その方法
は、第1の金属層の陽極化成や熱酸化によることが好ま
しい。更に、この上に第2の金属層のパターンを形成す
るが、この発明では従来の光露光マスクを用いての精密
な露光を省略し、基板側から光を当てて第1の金属層パ
ターンをマスクと見たてるセルフアライン法にて、レジ
ストのパターニングを行う。この結果、繁雑なアライメ
ント工程が短縮できる。このとき、第2の金属層は光が
透過する程度の厚さ例えば0.001〜0.02μm程度にする
必要がある。また、第2の金属層は陽極酸化被膜(絶縁
体層)の全面上に存在することになるが、電流のリーク
や浮遊容量の発生を防ぐために、非線形抵抗素子部のみ
に残すことが好ましい。そこでこの発明では、透明導電
膜を形成した後にこれをマスクとして、第2の金属層を
エッチングしている。このようにして、フォトリソグラ
フィー工程を簡略化しながら、良好な特性を有するマト
リックスアレイ基板が得られる。
(実施例) 以下、この発明の詳細を図面を参照して説明する。
第1図はこの発明のマトリックスアレイ基板の製造方
法における一実施例の一画素部分を説明するための断面
図である。まず、第1図(a)に示すように、例えばホ
ウ珪酸ガラスからなる基板(20)上に、膜厚0.3μmのT
aからなる第1の金属層(21)をスパッタリング法によ
り形成した後、配線電極と非線形抵抗素子部の下部金属
にパターニングする。このためには、レジストを全面に
塗布した後、マスクを用いて光露光し現像して、レジス
トパターンを形成し、更に、ケミカルドライエッチング
法により膜のエッチングを行えばよい。次に、レジスト
を剥離した後、第1の金属層(21)の表面を0.01重量%
クエン酸水溶液中で陽極酸化し、0.05μmの陽極酸化膜
を全面に形成することにより、非線形抵抗素子部の絶縁
体となるべき絶縁体層(22)が得られる。このとき、0.
02μmのTa膜が0.05μmの酸化膜に変化し、Ta膜は0.28
μm残る。続いて、Crからなる第2の金属層(23)、光
露光に使用する光が透過する程度の厚さ例えば0.005〜
0.01μm形成する。次に、この全面上に感光性樹脂(2
4)としてレジストを積層し、基板(20)側から光露光
する。この場合には、繁雑なマスク合わせは不要であ
る。そして現像して、第1図(b)に示すように、感光
性樹脂(24)のパターンを形成する。次に、第1図
(c)に示すように、配線電極と非線形抵抗素子部の下
部金属を構成する第1の金属層(21)とほぼ同一形状
に、第2の金属層(23)をパターニングする。このとき
のエッチングは、硝酸第2セリウム・アンモニウム17g
と過塩素酸5ccを水100ccの割合に溶解したエッチング液
により行うことが可能であり、この後に、残った感光性
樹脂(24)を剥離する。そして、例えばITOからなる透
明導電膜(5)をスパッタリング法により形成した後、
第1図(d)に示すように、非線形抵抗素子に接続され
た表示画素電極となるように、マスクアライナーを用い
たフォトリソグラフィー法により、透明導電膜(25)を
パターニングする。次に、この透明導電膜(25)をマス
クとして、第1図(e)に示すように、第2の金属層
(23)における非線形抵抗素子の上部電極を成す以外の
部分をエッチング除去する。ここで、透明導電膜(25)
のエッチングには塩酸、透明導電膜(25)をマスクとし
た第2の金属層(23)のエッチングは上述のCrエッチン
グ液を用いることができる。こうして、表示画素電極及
びその各々に電気的に接続した上部金属−絶縁体−下部
金属素子構造よりなる非線形抵抗素子を基板上に形成し
てなるマトリックスアレイ基板が得られる。
この実施例では、第2の金属層(13)のパターニング
に第1の金属層(11)のパターンをマスクと見たてるセ
ルフアライン法を利用している結果、フォトリソグラフ
ィー工程が第1の金属層(11)及び透明導電膜(15)の
パターニングの2回で済む。またこの際に、第1の金属
層(11)と透明導電膜(15)が直接接触することがない
ので、上部金属が絶縁体に接触して非線形抵抗素子の電
流−電圧特性を損なうことはない。
なお、得られたマトリックスアレイ基板から液晶表示
装置を形成するには、例えば次のようにすればよい。マ
トリックスアレイ基板の素子形成面に更に、ポリイミド
樹脂からなる配向膜を塗布・焼成しラビングすることに
より、液晶配向方向を規制する。一方別に、パイレック
スガラスからなる基板上にITOからなる共通電極を形成
し且つポリイミド樹脂からなる配向膜とラビングによっ
て液晶配向方向を規制した対向基板を用意し、液晶の分
子長軸方向が両基板間で約90゜ねじれるように、5〜20
μmの間隔を保って保持させ、液晶を注入する。そし
て、こうして構成した液晶セルの外側に、偏光軸を約90
゜ねじった形で偏光板を配置すればよい。
第2図は例えば第1図に示した実施例において絶縁体
層(22)の形成、即ち溶液電解処理工程の際に用いる基
板ホルダーの一例を示す図である。同図からわかるよう
に、取手部(30)は中央部が切り取られ、左右の一部の
みを残してある。また、ホルダー面(31)も一部例えば
中央部がくりぬかれていて、その側面と底面に溝(3
2),(33)があり、この溝(32),(33)に基板(2
0)を差し込み保持でき構成になっている。
この実施例では、取手部(30)の中央を切りとってあ
るため、電極取り出し用の端子があっても、無理なく基
板(20)をホルダーに装着することができる。また、ホ
ルダー面(31)の中央をくりぬいていて基板(20)がホ
ルダー面(31)に吸着することがなくなるため、基板
(20)の出し入れが容易になり、溶液電解処理工程の作
業が円滑に行える。なお、この実施例の用途は、第1図
に示した絶縁体層(22)の形成に限られるものでなく、
一般の溶液電解処理工程に適用できることは言うまでも
ない。
[発明の効果] この発明のマトリックスアレイ基板の製造方法は、フ
ォトリソグラフィー工程を簡略化した工程で非線形抵抗
素子の形成が行えるので、総工程数が少なく且つ高い歩
留まりのアクティブマトリックス型液晶表示装置が容易
に製造できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を説明するための断面図、
第2図はこの発明に用いる基板ホルダーの一例を示す概
略図、第3図は従来のマトリックスアレイ基板の一画素
部分の一例を示す断面図である。第4図は従来の基板ホ
ルダーの一例を示す概略図である。 (20)……基板 (21)……第1の金属層 (22)……絶縁体層 (23)……第2の金属層 (24)……感光性樹脂 (25)……透明導電膜 (30)……取手部 (31)……ホルダー面 (32),(33)……溝

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の表示画素電極及びその各々に電気的
    に接続した金属−絶縁体−金属(MIM)素子構造よりな
    る非線形抵抗素子を基板上に形成したマトリックスアレ
    イ基板の製造方法において、 前記基板上に前記非線形抵抗素子の前記基板に近い側の
    下部金属となるべき第1の金属層を形成した後にこれを
    エッチングして前記下部金属を形成する工程と、 前記非線形抵抗素子の絶縁体となるべき絶縁体層及び前
    記非線形抵抗素子の前記基板に遠い側の上部金属となる
    べき第2の金属層とを順次形成した後に感光性樹脂を積
    層する工程と、 前記感光性樹脂を前記基板側から光を照射して前記第1
    の金属層のパターンにより遮蔽された部分以外の前記感
    光性樹脂を感光させた後にこれを用いて前記第2の金属
    層をエッチングし前記上部金属を形成する工程と、 前記表示画素電極となるべき透明導電膜を形成した後に
    これをエッチングして前記表示画素電極を形成する工程
    と、 前記透明導電膜をマスクとして前記表示画素電極に被覆
    されていない前記第2の金属層をエッチングする工程と
    を備えたことを特徴とするマトリックスアレイ基板の製
    造方法。
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