JP3102130B2 - アクティブデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マトリクス状アクティ
ブデバイス型ディスプレイ素子の画素駆動用アクティブ
デバイスに係り、特に液晶ディスプレイ（液晶パネル）
等に利用されるアクティブデバイスの電極層および強誘
電体層を、金属有機物から厚膜プロセスを用いて形成す
る所謂ＭＯＤ（Metallo-Organic Deposition) 法を用い
たアクティブデバイスの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、アクティブマトリクス型液晶ディ
スプレイに用いられる代表的な２端子素子として金属電
極層間に絶縁体を間挿したＭＩＭ（Metal-Insulator-Me
tal ）型素子が知られている。この種の２端子素子をフ
ォトリソエッチング処理方法で製造する場合、３端子素
子の代表であるＴＦＴ（Thin Film Transistor）型素子
の製造に比べて、その製造精度は粗くて良く、しかも当
該フォトリソエッチング処理における露光工程で用いる
露光マスクの精度も大幅に低減できるため製造工程が簡
略化でき、上記液晶デバイス等の大型化に有利で、かつ
製品の欠陥が少ない。

【０００３】上記のＭＩＭ素子を構成する絶縁体からな
るアクティブ層に強誘電体膜を使用してメモリ機能を向
上させたものが、ゴードン アンド ブリーチ サイエ
ンスパブリッシャーズ発行，モレキュラークリスタルス
ズ アンド リキッドクリスタルズ（Gordon and Breac
h Science Publishers Ltd."Molecular Crystals and L
iquid Crystals" ）1971 Vol.15,pp.95-104 に開示され
ている。

【０００４】また、強誘電体膜をアクティブ層に使用す
ることにより、強誘電体の自発分極による電界保持効果
を利用して、リーク電流による画質劣化といった問題を
解決した従来技術として、例えば特開平１−４７２１号
公報等を挙げることができる。

【０００５】

【発明が解決しょうとする課題】上記従来のアクティブ
デバイスの製造においては、その電極膜形成プロセス、
あるいは強誘電体膜形成プロセスに真空成膜技術を用い
ている。このプロセスでは、必要とするスパッタ装置、
あるいは真空蒸着装置といった成膜装置の設備費用とそ
のランニングコストが高く、成膜される薄膜のコストが
高くなるという問題があり、また真空装置の大きさに制
約があるため大面積の表示デバイス等を製造することが
困難であるという問題があった。

【０００６】本発明の目的は、上記従来の問題点を解決
し、安価で生産性が高くかつ鮮明な大面積をもつアクテ
ィブデバイス適用素子を得ることのできるアクティブデ
バイスの製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のアクティブデバイスは、その電極層形成及
び、強誘電体層形成共にＭＯＤプロセスを用いることを
特徴とするものである。ＭＯＤプロセスを用いることに
よって製造設備が安価な厚膜プロセスで薄膜電極層、お
よび薄膜強誘電体層の長所を備えた電極層、および強誘
電体層を製造できる。

【０００８】すなわち、本発明は、図１に示したよう
に、絶縁基板上に形成された第１の電極と、前記第１の
電極を覆って積層された強誘電体層と、前記第１の電極
に前記強誘電体層を介して対向するごとく形成された第
２の電極とを備えたアクティブデバイスの製造方法にお
いて、前記絶縁基板上にＭＯＤ法により金属電極膜を形
成するための有機配位子錯体を含有する金属有機物溶液
ペーストを印刷し、これを焼成して金属電極膜を形成す
る第１工程１０と、前記金属電極膜を所定のパターンを
持つ露光マスクを介して露光し，現像するフォトリソエ
ッチング処理することにより前記第１の電極を形成する
第２工程２０と、前記第１の電極を形成した前記絶縁基
板を覆ってＭＯＤ法により強誘電体層を形成するための
有機配位子錯体を含有する金属有機物溶液ペーストを印
刷し、これを焼成して強誘電体層を形成する第３工程３
０と、前記強誘電体層の上にＭＯＤ法によりＩＴＯ（イ
ンジュウム・錫の酸化物）電極を形成するための有機配
位子錯体を含有する金属有機物溶液ペーストを印刷し、
これを焼成して金属電極膜を形成する第４工程４０と、
前記強誘電体層を所定のパターンを持つ露光マスクを介
して露光し，現像するフォトリソエッチング処理するこ
とにより前記第２の電極を形成する第４工程５０と、を
含むことを特徴とする。

【０００９】

【作用】ＭＯＤプロセスに使用される金属有機物は、有
機配位子錯体を含有するものであれば特に限定されない
が、具体的な有機配位子としては、オクチル酸，安息香
酸，ナフテン酸，ラウリル酸，ステプリン酸，アビエチ
ン酸，カブリル酸，ミリスチン酸，パルミチン酸，リノ
ール酸，オレイン酸などのカルボン酸，ビスアセチルア
セトナトなどのβ−ジケトン，カルバミン酸などを使用
することができる。

【００１０】上記の金属有機物は溶媒に溶解させて、耐
熱性絶縁基板に塗布して成膜されるが、その溶媒として
は石油系溶剤，ミネラルスピリット，ターペン油，ベン
ゼン，アルコール系溶剤，カルビトール系，トルエン，
セロソルブ系などの有機溶媒を金属有機物に応じて選択
できる。また、金属有機物が溶媒に溶けにくい場合は必
要に応じて、トリオクチルフォスフィンオキシド（ＴＯ
ＰＯ），リン酸トリブチル（ＴＢＤ）あるいはアミン類
などの付加錯体を生成する配位子を適量添加する。

【００１１】上記有機配位子錯体を含有する金属有機物
溶液（金属有機物を溶媒に溶解させたもの）は、そのま
ま塗布しても構わないが、その塗布法に応じて増粘剤ま
たは希釈剤を添加して粘度調整をすることが好ましい。
増粘剤としては、例えば、ロジン，アビエチン酸，セル
ロース，アクリル樹脂などを使用することができ、希釈
剤としては、α−ターピネオール，ブチルカルビトール
アセテートなどを使用することができる。上記電極膜ま
たは強誘電体層を形成する際に使用する有機配位子錯体
を含有する金属有機物溶液（金属有機物を溶媒に溶解さ
せたもの）および、これに増粘剤または希釈剤を添加し
て粘度調整したものを、「有機配位子錯体を含有する金
属有機物溶液ペースト」ということにする。

【００１２】溶液の粘度はスピンコート法の場合は１０
００ｃｐｓ以下、スクリーン印刷法の場合は３０００−
５００００ｃｐｓの範囲で選択することが好ましい。ま
た、溶液の粘度を塗布法に応じた範囲内で変化させるこ
とで、１回の塗膜焼成で得られる膜厚を自由に選択でき
ることは言うまでもない。本発明で用いる絶縁基板には
特に制限はなく、たとえばホウケイ酸ガラス基板，石英
ガラス基板，アルミナ基板などがその目的に応じて使用
される。

【００１３】粘度調整されたペーストは、スクリーン印
刷法やスピンコート法などにより、絶縁基板上に塗布さ
れ、目的とする金属の有機物溶液で形成された塗膜を前
記金属有機物が分解，消失する温度（通常４５０〜６０
０°Ｃ）で焼成することが望ましい。なお、焼成のため
の加熱方法は、耐熱性基板を所定の温度に加熱できる方
法であればよく、その方法は特に限定されない。具体的
にはベルト式焼成炉などを使用することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例につき、図面を参照し
て詳細に説明する。図２は本発明により製造したアクテ
ィブデバイスの構造を示す説明図であって、（ａ）はア
クティブデバイスの上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線
で切断した断面図である。

【００１５】同図において、１は絶縁基板であるガラス
基板、２は第１の電極である下部電極、３は強誘電体、
４は第２の電極である上部電極である。次に、上記構造
のアクティブデバイスの製造方法について説明すると、
先ず、ガラス基板１上にＭＯＤ法により電極膜を形成す
るための有機配位子錯体を含有する金属有機物溶液ペー
ストとしてのＭＯＤ金ペーストをスクリーン印刷で成層
し、これを４５０〜６００°で焼成してＭＯＤの金薄膜
を形成する。

【００１６】この金薄膜を所定の開口パターンを有する
露光マスクを介して露光し、未露光部分の上記金薄膜を
所定のエッチング溶液でエッチング除去する，所謂フォ
トリソエッチング処理により下部電極２を形成する。上
記下部電極２を含むガラス基板を覆ってＭＯＤの強誘電
体ペースト（ＭＯＤ法により強誘電体層を形成するため
の有機配位子錯体を含有する金属有機物溶液ペースト）
をスクリーン印刷で成層し、これを４５０〜６００°で
焼成することにより下部電極２を含むガラス基板の全面
に強誘電体層３を形成する。

【００１７】上記の強誘電体層３は、オクチル酸Ｂａと
オクチル酸Ｔｉを原子量比がＢａ：Ｔｉ＝１：１になる
よう混合し、Ｂａ、Ｔｉ有機金属化合物の混合物重量に
対し４０ｗ％のリノール酸を添加し、スクリーン印刷に
適した粘度に調整したＭＯＤペーストを使用し、これを
焼成してＢａＴｉＯ3 多結晶薄膜を得る。そして、強誘
電体層３に上層に、さらにＭＯＤのインジュウム・錫の
酸化物（ＩＴＯ）ペースト（ＭＯＤ法によりＩＴＯ電極
膜を形成するための有機配位子錯体を含有する金属有機
物溶液ペースト）をスクリーン印刷で成層し、これを４
５０〜６００°で焼成した後、前記下部電極の形成と同
様のフォトリンエッチング処理で所定パターンの上部電
極４を形成する。

【００１８】同図に示したアクティブデバイスは、例え
ば液晶表示パネルの１画素に相当する部分である。図３
は本発明のアクティブデバイス素子を用いた液晶パネル
の断面図であって、図２と同一符号は同一部分に対応
し、５は透明絶縁基板である上部ガラス基板、６はＩＴ
Ｏ上部透明電極、Ｂは前記図２に示したアクティブデバ
イスである下側板、Ｃは上側板、Ｄは液晶層である。

【００１９】同図において、上側板Ｃは上部ガラス基板
５にＩＴＯ透明電極６を有しており、このＩＴＯ透明電
極６も前記下側板の電極２，４と同様のＭＯＤ金ペース
トのスクリーン印刷と焼成、およびフォトリソエッチン
グ処理で形成される。上記のようにして制作された下側
板Ｂと上側板Ｃとの間に液晶を挟み当該上下板Ｃ，Ｂの
間に液晶層Ｄを保持して液晶パネルを構成する。

【００２０】なお、強誘電体層の形成方法としては、前
記ＭＯＤ法のスクリーン印刷法以外にもＭＯＤ法のスピ
ンコート法、ディップコート法、ロールコート法等の従
来公知の種々の厚膜法を利用することができる。上記し
た実施例では、液晶パネルの高密度化に適応させるため
に下部電極２，上部電極４をフォトリンエッチング処理
にてパターニングしたが、電極密度が４line/mm 程度で
あれば、フォトリンエッチング処理を用いないスクリー
ン印刷のみで直接パターニングすることも出来る。

【００２１】従来の薄膜プロセスを用いたＭＩＭ技術で
も、従前と比較して露光マスクの枚数を大幅に減らすこ
とができたが、ＭＯＤ法を用いることによって、フォト
マスクを１枚も使用せずにアクティブデバイス素子を作
製することが可能となった。このことはフォトリンエッ
チング処理のための露光マスク作製コストの削減のみな
らず、フォトリンエッチング工程にかかるコスト全ての
削減となり、製造コストを節減する大きなメリットとな
ることことは言うまでもない。

【００２２】また、ＢａＴｉＯ₃ 以外のＭＯＤ法により
形成できる強誘電体膜、例えばＰｂＴｉＯ₃ ，ＰＺＴ等
も本発明によるアクティブデバイス素子に利用できる。
ＭＯＤ法によるこれらの強誘電体膜は、膜厚の調整や不
純物元素の添加，結晶度の調整が薄膜プロセスによる強
誘電体膜に比べて容易に行うことができる。そのため、
強誘電体膜の残留分極Ｐｒ、抗電界Ｅｃの値をかなり自
由に選ぶことができるので駆動電圧等，液晶パネル計測
値の種々の制約に対しての対応度が非常に広くなる。

【００２３】図４は本発明によるアクティブデバイスの
作用を説明する強誘電体のヒステリシスループ図であっ
て、図中残留分極Ｐｒは第１の電極と第２の電極により
与えられる印加電界を切った時に残る電界密度であり、
この保持された電界が接続した液晶にかかる。強誘電体
に対して外部から、抗電界Ｅｃより十分大きな電界を印
加することにより、自発分極は反転は反転し、印加電界
を切ると今度は−Ｐｒの電化密度が保持され液晶にかか
る。また、抗電界Ｅｃを印加して印加電界を切ると、残
留分極０の状態が保持され、液晶にかかる電界も０とな
る。

【００２４】以上の３状態で液晶に＋，−，０の３状態
の電界を選択的にかけることができる。しかも、この３
状態は液晶の駆動速度に対して、非常に長くその保持状
態を保つため、液晶の高速駆動にも有利である。このよ
うに、液晶にかける電界が強誘電体の残留分極を利用し
ているため、液晶のリーク電流とは無関係に液晶にかか
る電界を保持することが出来る。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高精度大面積の液晶パネル等に適用して好適なアクティ
ブデバイスを安価で生産性の高いＭＯＤプロセスで得る
ことができる。これによるコスト減は、単に薄膜プロセ
スを厚膜プロセスに置き変えただけには留まらず、得ら
れた強誘電体膜は液晶パネル等の設計値の種々の制約に
対しての対応度が非常に広いものとなり、前記従来技術
における問題点を解消して優れた機能をアクティブデバ
イスを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のアクティブデバイスの製造方法を説
明する概略工程図である。

【図２】 本発明により製造したアクティブデバイスの
構造を示す説明図であって、（ａ）はアクティブデバイ
スの上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面
図である。

【図３】 本発明のアクティブデバイス素子を用いた液
晶パネルの断面図である。

【図４】 本発明によるアクティブデバイスの作用を説
明する強誘電体のヒステリシスループ図である。

【符号の説明】

１・・・・絶縁基板であるガラス基板、２・・・・第１
の電極である下部電極、３・・・・強誘電体、４・・・
・第２の電極である上部電極、５・・・・上部ガラス基
板、６・・・・ＩＴＯ上部透明電極、Ｂ・・・・アクテ
ィブデバイスである下側板、Ｃ・・・・上側板、Ｄ・・
・・液晶層、１０・・・・絶縁基板上にＭＯＤの金属有
機物ペーストを印刷し、これを焼成して金属電極膜を形
成する第１工程、２０・・・・金属電極膜を所定のパタ
ーンを持つ露光マスクを介して露光し，現像するフォト
リソエッチング処理することにより前記第１の電極を形
成する第２工程、３０・・・・第１の電極を形成した前
記絶縁基板を覆ってＭＯＤの強誘電体ペーストを印刷
し、これを焼成して強誘電体層を形成する第３工程、４
０・・・・強誘電体層の上にＭＯＤのＩＴＯペーストを
印刷し、これを焼成して金属電極膜を形成する第４工
程、５０・・・・強誘電体層を所定のパターンを持つ露
光マスクを介して露光し，現像するフォトリソエッチン
グ処理することにより前記第２の電極を形成する第４工
程。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1362 H01L 49/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基板上に形成された第１の電極と、
   前記第１の電極を覆って積層された強誘電体層と、前記
   第１の電極に前記強誘電体層を介して対向するごとく形
   成された第２の電極とを備えたアクティブデバイスの製
   造方法において、 前記絶縁基板上にＭＯＤ法により金属電極膜を形成する
   ための有機配位子錯体を含有する金属有機物溶液ペース
   トを印刷し、これを焼成して金属電極膜を形成する第１
   工程と、 前記金属電極膜を所定のパターンを持つ露光マスクを介
   して露光し，現像するフォトリソエッチング処理するこ
   とにより前記第１の電極を形成する第２工程と、 前記第１の電極を形成した前記絶縁基板を覆ってＭＯＤ
   法により強誘電体層を形成するための有機配位子錯体を
   含有する金属有機物溶液ペーストを印刷し、これを焼成
   して強誘電体層を形成する第３工程と、 前記強誘電体層の上にＭＯＤ法によりＩＴＯ電極を形成
   するための有機配位子錯体を含有する金属有機物溶液ペ
   ーストを印刷し、これを焼成して金属電極膜を形成する
   第４工程と、 前記強誘電体層を所定のパターンを持つ露光マスクを介
   して露光し，現像するフォトリソエッチング処理するこ
   とにより前記第２の電極を形成する第５工程と、を含む
   ことを特徴とするアクティブデバイスの製造方法。