JP3298223B2 - 電流電圧非線形素子の製造方法 - Google Patents
電流電圧非線形素子の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】 本発明は、液晶ディスプレイな
どのスイッチ素子に用いられる、電流電圧非線形素子の
製造方法に関する。
どのスイッチ素子に用いられる、電流電圧非線形素子の
製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶ディスプレイはワードプロセッサや
パーソナルコンピュータ等の情報処理装置の普及に伴
い、ＣＲＴにかわる表示装置として広く用いられるよう
になった。この液晶ディスプレイには単純マトリクス方
式とアクティブマトリクス方式がある。前者は電極を形
成しただけのガラス基板を用いるので低コストでできる
が、クロストークが生じるため表示品質が劣っている。
一方アクティブマトリクス方式ではこのクロストークの
問題を解決するために、各画素ごとに薄膜トランジスタ
を設けている。このためアクティブマトリクス方式では
表示品質はすぐれているが薄膜トランジスタを設けてい
るため工程が複雑になりコストが高くなるという問題点
がある。
パーソナルコンピュータ等の情報処理装置の普及に伴
い、ＣＲＴにかわる表示装置として広く用いられるよう
になった。この液晶ディスプレイには単純マトリクス方
式とアクティブマトリクス方式がある。前者は電極を形
成しただけのガラス基板を用いるので低コストでできる
が、クロストークが生じるため表示品質が劣っている。
一方アクティブマトリクス方式ではこのクロストークの
問題を解決するために、各画素ごとに薄膜トランジスタ
を設けている。このためアクティブマトリクス方式では
表示品質はすぐれているが薄膜トランジスタを設けてい
るため工程が複雑になりコストが高くなるという問題点
がある。
【０００３】これを解決するために例えばＳＩＤ１９８
０ Ｄｉｇｅｓｔ（ｐ．２００）に示されたようなＭＩ
Ｍ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）素
子が考案されている。これは電流電圧特性が非線形な非
線形素子のひとつで薄膜トランジスタよりも簡単な工程
で作製できるため歩留りが高くコストが低くできる利点
がある。図３にＭＩＭ素子の断面を示す。このＭＩＭ素
子は、ガラス基板１上にタンタル（Ｔａ）電極膜１１が
設けられその表面を酸化してタンタル酸化膜（Ｔａ
2Ｏ5）１２を形成し、さらに、その一部の上部に透明電
極（Ｃｒ／ＩＴＯ）１３を形成した構造の素子である。
その製造方法は、ガラス基板１上にタンタル（Ｔａ）電
極膜１１をスパッタリング法などで着膜する。次にＴａ
電極膜１１の表面を陽極酸化して表面にタンタル酸化物
（Ｔａ2Ｏ5）の絶縁膜１２を形成する。そしてその上に
Ｃｒ／ＩＴＯをスパッタリング法等によって着膜してＣ
ｒ／ＩＴＯ電極膜１３を形成している。
０ Ｄｉｇｅｓｔ（ｐ．２００）に示されたようなＭＩ
Ｍ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）素
子が考案されている。これは電流電圧特性が非線形な非
線形素子のひとつで薄膜トランジスタよりも簡単な工程
で作製できるため歩留りが高くコストが低くできる利点
がある。図３にＭＩＭ素子の断面を示す。このＭＩＭ素
子は、ガラス基板１上にタンタル（Ｔａ）電極膜１１が
設けられその表面を酸化してタンタル酸化膜（Ｔａ
2Ｏ5）１２を形成し、さらに、その一部の上部に透明電
極（Ｃｒ／ＩＴＯ）１３を形成した構造の素子である。
その製造方法は、ガラス基板１上にタンタル（Ｔａ）電
極膜１１をスパッタリング法などで着膜する。次にＴａ
電極膜１１の表面を陽極酸化して表面にタンタル酸化物
（Ｔａ2Ｏ5）の絶縁膜１２を形成する。そしてその上に
Ｃｒ／ＩＴＯをスパッタリング法等によって着膜してＣ
ｒ／ＩＴＯ電極膜１３を形成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＭＩＭ
素子においてもＴａ電極膜やＣｒ／ＩＴＯ電極膜はスパ
ッタリング法などの真空装置を用いる製法で作製される
ものである。このような薄膜プロセスでは積層構成のた
め工程数が多く、また複数のガスの流入方法や圧力の制
御が難しいことから、大面積にわたる薄膜を作製した
り、大面積にわたって膜質を均一に保つことが困難であ
る上に、スパッタ装置や真空蒸着装置といった成膜装置
の設備費用が嵩み、またランニングコストも高くなっ
て、成膜される薄膜のコストが高くなるという問題があ
った。
素子においてもＴａ電極膜やＣｒ／ＩＴＯ電極膜はスパ
ッタリング法などの真空装置を用いる製法で作製される
ものである。このような薄膜プロセスでは積層構成のた
め工程数が多く、また複数のガスの流入方法や圧力の制
御が難しいことから、大面積にわたる薄膜を作製した
り、大面積にわたって膜質を均一に保つことが困難であ
る上に、スパッタ装置や真空蒸着装置といった成膜装置
の設備費用が嵩み、またランニングコストも高くなっ
て、成膜される薄膜のコストが高くなるという問題があ
った。
【０００５】さらにＭＩＭ素子においては、図３に示す
Ｔａ電極膜１１のテーパ部分の各膜の重なりをＭＩＭ素
子として機能させているため、Ｔａ電極膜をテーパ状に
加工するなど作製工程管理が厳しいという問題があっ
た。本発明は、従来の上記問題点を解決するためのもの
で、大面積にわたり膜厚と膜質が均一な電流電圧非線形
素子を得ることを目的とする。さらに、本発明は、ＩＣ
回路やディスプレイへの応用が可能な薄膜の電流電圧非
線形素子で、しかも簡単な積層構成で、かつ安価で生産
性が高い電流電圧非線形素子を得ることを目的とする。
加えて、本発明は、上記のような電流電圧非線形素子を
製造する方法を提供することを目的とする。
Ｔａ電極膜１１のテーパ部分の各膜の重なりをＭＩＭ素
子として機能させているため、Ｔａ電極膜をテーパ状に
加工するなど作製工程管理が厳しいという問題があっ
た。本発明は、従来の上記問題点を解決するためのもの
で、大面積にわたり膜厚と膜質が均一な電流電圧非線形
素子を得ることを目的とする。さらに、本発明は、ＩＣ
回路やディスプレイへの応用が可能な薄膜の電流電圧非
線形素子で、しかも簡単な積層構成で、かつ安価で生産
性が高い電流電圧非線形素子を得ることを目的とする。
加えて、本発明は、上記のような電流電圧非線形素子を
製造する方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】 本発明の電流電圧非線
形素子の製造方法は、製造設備が安価な厚膜プロセスを
用いて金属有機物を熱分解させ、金属または金属酸化物
からなる薄膜の電流電圧非線形素子を形成させる。
形素子の製造方法は、製造設備が安価な厚膜プロセスを
用いて金属有機物を熱分解させ、金属または金属酸化物
からなる薄膜の電流電圧非線形素子を形成させる。
【０００７】
【作用】 本発明の薄膜電流電圧非線形素子の製造方法
はＩＣ回路やディスプレイへの応用が可能なもので、厚
膜プロセスで薄膜電流電圧非線形素子を作製する。しか
し厚膜プロセスでも従来の結晶粒子を混練したペースト
を用いているのとは違い、金属有機物溶液の熱分解によ
る成膜法を用いているのでＩＣ回路やディスプレイへの
応用が可能な薄膜の電流電圧非線形素子が形成できる。
また本方法の電流電圧非線形素子は、膜厚の調整や構成
元素の組成比など従来の真空装置による薄膜プロセスに
よる膜に比べても容易に行えるため、非常に汎用性が高
く生産性も高い。
はＩＣ回路やディスプレイへの応用が可能なもので、厚
膜プロセスで薄膜電流電圧非線形素子を作製する。しか
し厚膜プロセスでも従来の結晶粒子を混練したペースト
を用いているのとは違い、金属有機物溶液の熱分解によ
る成膜法を用いているのでＩＣ回路やディスプレイへの
応用が可能な薄膜の電流電圧非線形素子が形成できる。
また本方法の電流電圧非線形素子は、膜厚の調整や構成
元素の組成比など従来の真空装置による薄膜プロセスに
よる膜に比べても容易に行えるため、非常に汎用性が高
く生産性も高い。
【０００８】
【実施例】以下に本発明の一実施例を図１を用いて説明
する。ガラス基板１上にオクチル酸インジウムとオクチ
ル酸スズをインジウムとスズの原子数比が１：０．１に
なるように秤量し、さらにオクチル酸インジウムとオク
チル酸スズの混合重量を１０としたものに対して溶媒と
なるアビエチン酸を３の割合で混合したペーストを例え
ばスクリーン印刷の手法を用いて印刷した後、大気中で
７００℃で焼成して０．１〜０．２μｍの厚みの下部電
極２を形成する。その上にオクチル酸ビスマスをキシレ
ンで粘度をおよそ３０〜１００ｃＰｓに希釈した溶液を
３０００ｒｐｍで２０秒間スピンコートした後、大気中
で７００℃で焼成して酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）絶縁膜
３を形成する。この時の絶縁膜の膜厚はおよそ４０ｎｍ
である。絶縁膜の膜厚は電流電圧非線形特性に大きく影
響し、厚すぎると非線形特性を示さなくなる。この絶縁
膜の膜厚は１００ｎｍ以下にすることが望ましく、３０
〜５０ｎｍが好ましい。次いで、その絶縁膜３の上層に
メタロオーガニック金ペーストをおよそ０．２μｍの厚
みに例えばスクリーン印刷の手法を用いて印刷した後、
焼成し上部電極４を形成する。
する。ガラス基板１上にオクチル酸インジウムとオクチ
ル酸スズをインジウムとスズの原子数比が１：０．１に
なるように秤量し、さらにオクチル酸インジウムとオク
チル酸スズの混合重量を１０としたものに対して溶媒と
なるアビエチン酸を３の割合で混合したペーストを例え
ばスクリーン印刷の手法を用いて印刷した後、大気中で
７００℃で焼成して０．１〜０．２μｍの厚みの下部電
極２を形成する。その上にオクチル酸ビスマスをキシレ
ンで粘度をおよそ３０〜１００ｃＰｓに希釈した溶液を
３０００ｒｐｍで２０秒間スピンコートした後、大気中
で７００℃で焼成して酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）絶縁膜
３を形成する。この時の絶縁膜の膜厚はおよそ４０ｎｍ
である。絶縁膜の膜厚は電流電圧非線形特性に大きく影
響し、厚すぎると非線形特性を示さなくなる。この絶縁
膜の膜厚は１００ｎｍ以下にすることが望ましく、３０
〜５０ｎｍが好ましい。次いで、その絶縁膜３の上層に
メタロオーガニック金ペーストをおよそ０．２μｍの厚
みに例えばスクリーン印刷の手法を用いて印刷した後、
焼成し上部電極４を形成する。
【０００９】図２に本発明に係る電流電圧非線形素子
（ＩＴＯ−Ｂｉ2Ｏ3−Ａｕ）の電流電圧曲線を示す。こ
のグラフから、Ｐｏｏｌｅ−Ｆｒｅｎｋｅｌ効果で説明
されるＭＩＭ特性に似た非線形であることが分かる。
（ＩＴＯ−Ｂｉ2Ｏ3−Ａｕ）の電流電圧曲線を示す。こ
のグラフから、Ｐｏｏｌｅ−Ｆｒｅｎｋｅｌ効果で説明
されるＭＩＭ特性に似た非線形であることが分かる。
【００１０】この実施例では、電極を形成する金属元素
として、インジウム／スズおよび金を用いているがこれ
に限定されるものではなく、亜鉛／アルミや白金なども
用いることができる。また、絶縁膜を形成する金属元素
としてビスマスを用いているがタンタル（Ｔａ）やチタ
ン（Ｔｉ）、イットリウム（Ｙ）などを用いても同様な
効果を期待できる。さらに厚膜の工程はスクリーン印刷
等の通常の手法を使用することができ、薄膜の工程はス
ピンコートやディップ等の手法を用いることができる。
として、インジウム／スズおよび金を用いているがこれ
に限定されるものではなく、亜鉛／アルミや白金なども
用いることができる。また、絶縁膜を形成する金属元素
としてビスマスを用いているがタンタル（Ｔａ）やチタ
ン（Ｔｉ）、イットリウム（Ｙ）などを用いても同様な
効果を期待できる。さらに厚膜の工程はスクリーン印刷
等の通常の手法を使用することができ、薄膜の工程はス
ピンコートやディップ等の手法を用いることができる。
【００１１】この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、ステアリン酸、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、アセチルアセ
トンなどのβ−ジケトン、カルバミン酸などを使用する
ことができる。また前記金属有機物は溶媒に溶解させ
て、耐熱性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
系、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。
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、ステアリン酸、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、アセチルアセ
トンなどのβ−ジケトン、カルバミン酸などを使用する
ことができる。また前記金属有機物は溶媒に溶解させ
て、耐熱性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
系、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。
【００１２】また、金属有機物が溶媒に解けにくい場合
は必要に応じて、トリオクチルフォスフィンオキシド
（ＴＯＰＯ）、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。さらに前記金属有機物溶液は、そのまま塗布しても
構わないが、望ましくは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。溶液の粘度はスピン
コート法の場合は１０００ｃＰｓ以下、スクリーン印刷
法の場合は３０００〜５０００ｃＰｓ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
薄膜の膜厚を自由に選択できることは言うまでもない。
は必要に応じて、トリオクチルフォスフィンオキシド
（ＴＯＰＯ）、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。さらに前記金属有機物溶液は、そのまま塗布しても
構わないが、望ましくは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。溶液の粘度はスピン
コート法の場合は１０００ｃＰｓ以下、スクリーン印刷
法の場合は３０００〜５０００ｃＰｓ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
薄膜の膜厚を自由に選択できることは言うまでもない。
【００１３】本発明で用いる基板は好ましくは６００゜
Ｃ以上に加熱しても変形や相変化のない基板であれば特
に制限はなく、たとえばバリウム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。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、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４５０〜６
００゜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れ
ばよく、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。
Ｃ以上に加熱しても変形や相変化のない基板であれば特
に制限はなく、たとえばバリウム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。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、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４５０〜６
００゜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れ
ばよく、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】素子サイズもフォトリソエッチングなどの
手法により１０ミクロンレベルにまで小さくすることが
でき、これによりＩＣ回路やディスプレイ等への応用が
可能な電流電圧非線形素子を、厚膜同様に安価に作製で
きる。ただし、４ｌｉｎｅ／ｍｍ程度の密度であれば、
フォトリソエッチングなしでスクリーン印刷で直接パタ
ーニングすることができるので、フォトマスクを１枚も
使用せずに電流電圧非線形素子を作製することが出来
る。この事はマスク作製コストのみならず、フォトリソ
エッチング工程にかかるコスト全ての削減となり、大き
なメリットとなることは言うまでもない。
手法により１０ミクロンレベルにまで小さくすることが
でき、これによりＩＣ回路やディスプレイ等への応用が
可能な電流電圧非線形素子を、厚膜同様に安価に作製で
きる。ただし、４ｌｉｎｅ／ｍｍ程度の密度であれば、
フォトリソエッチングなしでスクリーン印刷で直接パタ
ーニングすることができるので、フォトマスクを１枚も
使用せずに電流電圧非線形素子を作製することが出来
る。この事はマスク作製コストのみならず、フォトリソ
エッチング工程にかかるコスト全ての削減となり、大き
なメリットとなることは言うまでもない。
【００１５】
【発明の効果】以上述べたように、この発明による薄膜
電流電圧非線形素子の製造方法は、真空蒸着法、スパッ
タリング法、ＣＶＤ法等の薄膜成長法に使用される高価
な真空設備を必要とせず、簡単な操作および装置で行う
ことが可能であるので製造コストを安価にすることがで
きり、また、常圧操作であることから製造プロセスの連
続化が可能となり生産性を高めることができる。さらに
構成も簡単な積層構造であり従来のＭＩＭ素子のように
極膜をテーパ状に加工するといった難しい工程を必要と
しない。
電流電圧非線形素子の製造方法は、真空蒸着法、スパッ
タリング法、ＣＶＤ法等の薄膜成長法に使用される高価
な真空設備を必要とせず、簡単な操作および装置で行う
ことが可能であるので製造コストを安価にすることがで
きり、また、常圧操作であることから製造プロセスの連
続化が可能となり生産性を高めることができる。さらに
構成も簡単な積層構造であり従来のＭＩＭ素子のように
極膜をテーパ状に加工するといった難しい工程を必要と
しない。
【図１】 本発明に係る非線形素子の一実施例の構造を
示す断面図。
示す断面図。
【図２】 本発明に係る非線形素子の電流電圧特性を示
す図。
す図。
【図３】 従来のＭＩＭ素子の構造を示す断面図。
１ ガラス基板、 ２ 下部電極、 ３ 絶縁膜、 ４
上部電極、 １１電極膜、 １２ Ｔａ2Ｏ5絶縁
膜、 １３ Ｃｒ／ＩＴＯ電極膜。
上部電極、 １１電極膜、 １２ Ｔａ2Ｏ5絶縁
膜、 １３ Ｃｒ／ＩＴＯ電極膜。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−114825（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−184890（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−227311（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−35411（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−297416（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 49/02 H01L 21/28 301
Claims (1)
- 【請求項１】 絶縁基板上に下部電極膜および絶縁膜な
らびに上部電極膜を順次積層して構成した電流電圧非線
形素子の製造方法であって、前記絶縁基板上に金属有機
物溶液を塗布した後焼成して下部電極膜を形成する下部
電極膜形成工程と、前記下部電極膜上にビスマス（Ｂ
ｉ）またはチタン（Ｔｉ）もしくはイットリウム（Ｙ）
の中から選ばれた一種以上の金属有機物溶液を塗布した
後焼成して絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、前記絶
縁膜上に金属有機物溶液を塗布した後焼成して上部電極
膜を形成する上部電極膜形成工程と、を含むことを特徴
とする電流電圧非線形素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08960793A JP3298223B2 (ja) | 1993-04-16 | 1993-04-16 | 電流電圧非線形素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08960793A JP3298223B2 (ja) | 1993-04-16 | 1993-04-16 | 電流電圧非線形素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06302879A JPH06302879A (ja) | 1994-10-28 |
| JP3298223B2 true JP3298223B2 (ja) | 2002-07-02 |
Family
ID=13975442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08960793A Expired - Fee Related JP3298223B2 (ja) | 1993-04-16 | 1993-04-16 | 電流電圧非線形素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3298223B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001035814A (ja) * | 1999-07-22 | 2001-02-09 | Vacuum Metallurgical Co Ltd | 銀配線パターンの形成法 |
-
1993
- 1993-04-16 JP JP08960793A patent/JP3298223B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06302879A (ja) | 1994-10-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |