JP3087340B2 - 透過型液晶表示装置 - Google Patents

透過型液晶表示装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、MIM素子の基本構造
の改良に関するもので、特にフォト工程の簡略化を実現
する手段及び高信頼MIMを提供するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のMIMの基本プロセスは、Ta成
膜パターン形成−陽極酸化−Cr成膜パターン形成−画
素透明電極としてのITO成膜パターン形成であり、パ
ターン形成のためのフォト工程の回数は、最低でも3回
必要であった。従来のMIM素子形成基板断面図を図3
に示す。Taなどの第1の金属1の表面に陽極酸化など
の方法により第1の絶縁膜2を形成し、その上にCrな
どの第2の金属7を成膜パターン形成する。最後に画素
透明電極4を成膜パターン形成して、MIM素子形成基
板が出来上がる。フォト工程が3回必要である理由は、
MIM素子の電気特性の非対称性をなくすため、つまり
極性差をなくすためにMIMを構成する第2の金属7を
Crなどの金属材料として独立にパターン形成する必要
があることによる。画素透明電極としてのITOなどの
膜をMIMの第2の金属としても兼用することができれ
ばフォト工程2回となるが、この場合極性差大となり、
故に液晶にDC電圧成分が乗り液晶ディスプレイとして
の残像その他の信頼性上の問題となり、使えない。一画
素内に素子を2個形成して極性差を修正する方法もある
が、この場合プロセスが複雑になり生産効率の低減及び
歩留まり低減となる。
【0003】現在の有力な方法である従来の特開昭60
−164724の公報で記載されているMIM素子は、
第2の金属の厚さを100Å以下として、第2の金属と透
明ITO電極を同一の形状に形成することによりフォト
工程2回のMIMを達成するものである。このフォト工
程2回で形成できるMIM素子形成基板断面図を図4に
示す。この場合、Crなどの第2の金属8が、薄いなが
らもMIMの電極として機能しているため、MIM素子
の極性差がなくなるか、または非常に少なくなる。ま
た、第2の金属8を100Å以下という超薄膜で形成し
ているため、この超薄膜そのものの可視光透過率が向上
し、画素の透明電極としても機能する。以上により、第2
の金属超薄膜8とITOなどの画素透明電極4を1回の
フォト工程で同一パターンに形成できるためフォト工程
2回のMIMが達成できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】但し、この図4に示す
フォト工程2回で達成できるMIM方式の唯一の欠点と
して、第2の金属超薄膜8の可視光透過率が約70%程
度と低く、画素の透明電極として機能はするけれども、
液晶ディスプレイの画面が暗くなってしまう。暗い画面
ではコントラストも悪く見え、画質面での大きなマイナ
スとなる。
【0005】本発明は、従来のこのような欠点を解決し
て、液晶ディスプレイの可視光透過率を損なうことな
く、MIM素子基板のフォト工程2回プロセスを達成し
て、生産効率向上及び歩留り向上を達成するものであ
る。また、本発明のもう1つの目的は、従来からある第
3図に示すMIM素子形成基板において、MIM素子の
特性シフトが原因となる液晶ディスプレイの残像及び焼
き付き現象をなくすことにもある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の透過型液晶表示
装置は、信号電極となる第1の金属と、前記第1の金属
の表面を陽極酸化してなる絶縁膜と、少なくとも前記絶
縁膜との界面近傍がCr(クロム)酸化物からなるとと
もに膜厚が500Å以下の第2の金属薄膜がこの順に積
層されてなる2端子素子と、前記第2の金属薄膜に接す
るように前記第2の金属薄膜上に、前記第2の金属薄膜
と同一形状のITOからなる画素電極とを有することを
特徴とする。
【0007】また、前記第2の金属の酸化方法は、スパ
ッタ成膜時のプラズマガスをO2ガスを混入したArガ
スとするリアクティブスパッタ法とすることを特徴とす
る。
【0008】また、前記第2の金属の別の酸化方法を、
成膜後の熱酸化とすることを特徴とする。
【0009】また、前記第2の金属の別の酸化方法を、
成膜後のランプアニールとすることを特徴とする。
【0010】また、前記第2の金属の酸化方法を、第2
の金属成膜及びパターン形成後の画素透明電極形成時に
おけるITOターゲットなどを用いてスパッタ成膜する
条件を、スパッタ温度200℃以上にすることまたはプ
ラズマガス中のO2流量比を1%以上にすることの内少
なくとも1方法とすることを特徴とする。
【0011】
【作用】第2の金属超薄膜を金属酸化物超薄膜とするこ
とにより、可視光透過率が向上する。同一質量膜厚で比
較した場合、金属超薄膜の可視光透過率約70%に対し
て金属酸化物超薄膜の可視光透過率は約95%となり大
幅に向上する。しかも、第2の金属をCrとした場合の
実験評価結果では、第2の金属を酸化してもMIM素子
の電気特性の極性差が、若干のアニール処理を行うこと
により、なくなるか、または非常に少なくなることが判
明した。
【0012】酸化することにより、可視光透過率が向上
する原理メカニズムを以下に述べる。
【0013】金属は一般的に、伝導帯と価電子帯とが重
なりあっているため、バンドギャップが小さく、光を吸
収し電子が励起されやすい。よって、光が吸収されやす
く光透過率が悪い。一方金属酸化物は、伝導帯が上がり
バンドギャップが大きくなることにより、電子が励起さ
れにくく、故に光吸収分も減少する。つまり、光透過率
が向上するという原理である。
【0014】
【実施例】以下、本発明の第1の実施例を、図1のMI
M素子形成基板断面図及び図2のMIM素子形成基板平
面図により説明する。
【0015】第1の絶縁膜2の形成方法については、第
1の金属1の表面を陽極酸化法などで酸化して形成する
方法が一般的であるが、SiNx、SiO2などの絶縁
材料を成膜する方法などもある。本発明の一番の特徴
は、この絶縁膜の上に形成する電極材料をCrなどの第
2の金属超薄膜として、さらにその膜を成膜中または成
膜後に酸化することにある。酸化する具体的方法は、色
々あるが、代表的な方法を以下に列挙する。
【0016】(1)スパッタ成膜中に、Arなどのプラ
ズマガス中にO2を混入するリアクティブスパッタ法と
する。
【0017】(2)スパッタまたは蒸着成膜後に、熱酸
化またはランプアニールによる酸化を行う。これによ
り、1度金属薄膜として成膜した後でその金属を酸化す
ることになる。
【0018】(3)第2の金属が500Å以下の超薄膜
の場合、第2の金属成膜中及び成膜後には特に酸化する
工程を設けないで、その次の成膜工程である画素透明電
極形成時に、ITOターゲットなどを用いてスパッタ成
膜する条件をスパッタ温度200℃以上にすることまた
はプラズマガス中のO2流量比を1%以上にすること。
これにより、画素透明電極を成膜しながら同時に第2の
金属の酸化も行うことができることがわかった。
【0019】以上により、第2の金属酸化物超薄膜3の
可視光透過率が約99%まで向上するため、ITOなど
の透明電極だけの透明度と同じとなる。ちなみに、従来
の第2の金属薄膜の可視光透過率は約70%であったか
ら、30%程度も透過率が向上したことになる。よっ
て、図2の5に示すようなITOなどの画素透明電極と共
に同一パターン形状の2層膜パターンとして、MIM素
子から画素領域までまたがって形成でき、フォト工程2
回の簡略化したプロセスが可能となる。
【0020】なお、第2の金属酸化物超薄膜3は、Cr
などの材料を用いることにより、酸化物となってもMI
M素子を構成する第2の金属として十分に機能する。す
なわち、MIM素子の電気特性の極性差を小さく抑える
ことができるのである。従来からMIM素子の片側電極
材料はCrなどの金属薄膜でなければ、素子の電気特性
の対称性維持ができないという事実が通説となっていた
が、ここで初めて、以上の手段のところで述べたプロセ
スの工夫により、片側電極材料が金属の酸化物でも素子
の電気特性の対称性維持が充分可能であるということが
わかった。これを少し詳しく電気特性グラフに従って説
明する。図6に示す極性差の大きいMIM素子の電気特
性は、第1の金属=Ta、第1の絶縁膜=Ta25、第
2の金属=Crとすると、第5図に示す極性差の小さい
MIM素子の電気特性となり、この構造が従来から良く
使われてきた。ここで重要なことは、第2の金属=Cr
xとしても第5図に示す極性差の小さいMIM素子の
電気特性となり、Ta−TaOx−CrOxITOという
新しい成膜の組合せが可能となり、しかもCrOx−I
TOの2層を同一パターンに形成できることである。つ
まり、CrOxが透明であるためにITOと同じように
画素透明電極として使えるのである。ここで、CrOx
の具体的な状態は、Cr23またはCrO2、CrO3
どが考えられる。次に本発明の第2の実施例を述べる。
これを、従来のMIM素子形成基板断面図である図3に
従って説明することにする。この図が初代MIMの基本
構成をあらわすものであり、第1の金属1の成膜パター
ニング、第2の金属7の成膜パターニング、ITOなど
の画素透明電極4の成膜パターニングというように少な
くとも3回のパターニングフォト工程が必要である。こ
の場合の第2の金属7の膜厚は、十分に厚くできる。以
上を基本構成とするMIM素子において、第2の金属7
の膜を例えばリアクティブスパッタなどにより金属酸化
物として成膜する。これにより、金属の陽極酸化などで
形成した第1の絶縁膜のさらなる酸化を進行させ、これ
により第1の絶縁膜内を酸素リッチの状態にする。以上
の第2の実施例に述べたメカニズムは、第1の実施例で
述べた構造と同様となる。ここで、第2の金属7が酸化
されて金属酸化物となった場合、シート抵抗が大きくな
りMIM素子を構成する第2の金属として必要な電気導
通の機能が果たせなくなる恐れがある。この場合には、
第1の絶縁膜との界面近傍のみ金属酸化物として、その
上の層を金属薄膜とする2層電極構造、または酸化状態
を連続的に変化させて形成する電極構造とすることによ
り、電気導通の機能を果たしながらしかも第1の絶縁膜
を酸素リッチの状態にするという両立も達成できる。
【0021】生産効率向上及び歩留まり向上を行い、コ
ストダウンを徹底して行う具体的策の一つに断面図4で
示されるフォト工程2回だけで形成できるMIMがあ
る。本発明は、この第2の金属薄膜8の透過率劣化を抑
え、液晶ディスプレイとして十分な明るさを確保するこ
とができるものである。
【0022】第2の金属超薄膜を金属酸化物超薄膜とす
ることにより、可視光透過率が向上するのであるが同一
質量膜厚で比較した場合、金属超薄膜の可視光透過率約
70%に対して金属酸化物超薄膜の可視光透過率は約9
9%となり大幅に向上する。よって、この金属酸化物超
薄膜の厚みを厚く形成しても簡単に透過率がダウンする
こともなく、そのため500Å以下という膜厚制限もな
くなり薄膜形成が容易になる。しかも、第2の金属をC
rとした場合の実験評価結果では、第2の金属を酸化し
てもMIM素子の電気特性の極性差が、若干のアニール
処理を行うことにより、なくなるか、または非常に少な
くなることが判明した。本発明は、このように液晶ディ
スプレイとしての十分な明るさを維持しながら、フォト
工程を2回まで低減してプロセスの簡略化及び単純化を
図れるものである。
【0023】本発明はまた、第2の金属を酸化すること
により、第1の金属の表面を酸化してなる第1の絶縁膜
のさなる酸化を進行させ、第1の絶縁膜内を酸素リッチ
の状態にすることができる。これは、第1の金属内の酸
化されていない可動金属イオンの濃度を減少させ、可動
イオンの移動により発生する素子の電気特性のシフトを
なくし、シフトが原因で発生していた液晶ディスプレイ
の残像現象及び焼き付き現象をなくすことができるので
ある。従来からある断面図3で示すMIMにおいても、
第2の金属を酸化することにより、以上述べた可動イオ
ンの移動により発生する素子の電気特性のシフトをなく
すことができるため、残像及び焼き付きなどにおいて同
様の効果が期待できる。
【発明の効果】本発明は、以下に述べる如き顕著な効果
を奏することができる。 (a)第1の金属電極、第1の金属電極の陽極酸化膜、
クロム酸化膜からなる2端子素子により、クロム酸化膜
を電極として利用することができ、電気特性の対称性を
維持することができる。 (b)また、クロム酸化膜とITOとを同一形状に画素
透明電極とすることにより、透過率の高い透過型表示装
置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のMIM素子形成基板断面図。
【図2】 本発明のMIM素子形成基板平面図。
【図3】 従来のMIM素子形成基板断面図。
【図4】 従来のフォト工程2回で形成できるMIM素
子形成基板断面図。
【図5】 極性差の小さいMIM素子の電気特性を表す
グラフ。
【図6】 極性差の大きいMIM素子の電気特性を表す
グラフ。
【符号の説明】
1 第1の金属 2 第1の絶縁膜 3 第2の金属酸化物超薄膜 4 画素透明電極 5 第2の金属酸化物超薄膜と画素透明電極の2層パ
ターン 6 第1の金属と第1の絶縁膜の2層パターン 7 第2の金属 8 第2の金属超薄膜 9 第1の金属側にマイナス電圧を印加した場合 10 第1の金属側にプラス電圧を印加した場合

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 信号電極となる第1の金属と、前記第
    1の金属の表面を陽極酸化してなる絶縁膜と、少なくと
    も前記絶縁膜との界面近傍がCr(クロム)酸化物から
    なるとともに膜厚が500Å以下の第2の金属薄膜がこ
    の順に積層されてなる2端子素子と、前記第2の金属薄
    膜に接するように前記第2の金属薄膜上に、前記第2の
    金属薄膜と同一形状のITOからなる画素電極とを有す
    ることを特徴とする透過型液晶表示装置。
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