JP4151205B2 - Ｔｆｄ素子の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＭＩＭ（金属−絶縁膜−金属）型非線型素子を用いたＴＦＤ素子およびその製造方法に関し、特に、そのＭＩＭ型非線型素子を用いたＴＦＤ素子を低コストで製造できる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、急激な携帯情報端末の普及に伴い、多くのアプリケーションソフトやネットワークコンテンツが登場し、携帯情報端末上で処理する情報は以前とは比べ物にならないほど膨大なものとなった。さらに高速通信インフラが整備され、大容量のデータが転送できる環境が整いつつある。このような環境では、動画データの配信を可能とさせることが重要な技術となることが予想され、現在すでにそのような試みが行なわれている。このため、携帯情報端末、特に近年爆発的に増加しているネットワーク対応型の携帯電話では、転送される動画に対応した表示画面を装備する必要が生じている。しかし、現在の携帯電話用表示パネルは、その大多数がパッシブマトリクス型液晶パネルを採用している。パッシブマトリクス型液晶表示装置はその駆動方式により高速の動画表示には不向きであると言え、このため、アクティブマトリクス型液晶パネルを表示パネルにした携帯電話の開発が進められている。
【０００３】
しかしながら、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）方式に代表されるアクティブマトリクス型液晶表示装置は、その製造工程が複雑なため、コストが高くなるという欠点を持つ。また、消費電力が高く、バッテリーで駆動する携帯情報端末には大きなマイナス要素となる。これを解決するため、アクティブマトリクスでありながら製造工程がＴＦＴに比べ単純で、低消費電力化が可能な薄膜ダイオード（ＴＦＤ）方式が注目を集めている。
【０００４】
ＴＦＤ素子の中で代表的なものに、金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）型非線型素子がある。ＭＩＭ型非線型素子を用いた場合には、マトリクスアレイを形成した一方側の基板に走査線を授け、他方側の基板に信号線を授ける、パッシブマトリクスと同様の配線形状となる。
【０００５】
このようなＭＩＭ型非線型素子を用いたアクティブマトリクス方式の液晶表示パネルにおいては、図１に示すように、各画素領域で各走査線と各信号線との間にＭＩＭ型非線型素子（バリスタの符号で示す）と液晶表示素子（コンデンサの符号で示す）が直列接続された構成として表され、走査線及び信号線に印加された信号に基づいて、液晶表示素子を表示状態及び非表示状態あるいはその中間状態に切り替えて表示動作を制御する。
【０００６】
このようなＭＩＭ型非線型素子の一般的な構造を図２に示す。図２a は素子の断面図であり、図２ｂは素子を基板上方向から見た図である。この素子は配線状に加工した第一の金属膜１の表面を酸化させ、金属酸化膜３を形成し、その上に第二の金属膜６を成膜、加工して画素となる透明電極膜２に接続したものである。第一の金属膜１と金属酸化膜３と第二の金属膜６とで金属−絶縁体−金属のＭＩＭ素子を形成し、この構成は最も一般的なＴＦＤ素子の一つとなっているが、このような素子の場合、素子の電圧−電流特性の対称性が十分でなく、極性差が生じる。このことが液晶を交流駆動させた際に、フリッカーなど液晶表示の欠陥を引き起こす原因となる。そのため、極性差を抑えることを目的としてＭＩＭ素子を二つ直列に接続したBack-to-Back（ＢＴＢ）構造が提唱されている（特開昭58−34428号公報）。このＢＴＢ構造の一般的な構造を図３に、図３の構造を実現するための製造プロセスを図４に示す。図４ａは各製造プロセスでの素子の断面図、図４ｂは図４ａを基板上方から見た上面図である。
【０００７】
一般的なＢＴＢ構造のＴＦＤ素子を製造するためのプロセスは、図４ａ、図４ｂに示したように
(１)素子基板の表面側に第一の金属膜１を堆積し、配線状の形状に加工する工程と、
(２)前記第一の金属膜１を酸化し、金属酸化膜３を成膜する工程と、
(３)次に、第二の金属膜６を堆積し、所定の形状に加工する工程と、
(４)次に、配線状になっている前記第一の金属１と前記金属酸化膜３を所定の形状に加工する工程と、
(５)次に、透明電極膜２を堆積し、所定の形状に加工する工程と、
からなる。
【０００８】
この場合の工程数は、単純なＭＩＭ型非線型素子の場合に比べ、（３）にあるような、第一の金属、金属酸化膜を素子の形状に加工するプロセスが追加される。さらに、このプロセスは金属と金属酸化膜を同時に加工する必要があるため、ドライエッチングで行われるのが一般的であるが、その場合ドライエッチによって基板が削られ、不純物の発生が引き起こされる。このことがＴＦＤ素子に悪影響を与え、不良品発生の原因となるため、これを阻止するための工程（保護膜の成膜など）がさらに増える場合もある。結果としてこの図４中の（３）の工程がＢＴＢ型構造のＴＦＤ素子製造のコスト低下の妨げとなる大きな要因であると言える。
【０００９】
一般的にＴＦＤの素子特性はＴＦＴに比べて劣っており、ＴＦＤの素子特性の向上、特にフリッカー対策を重視した場合、ＢＴＢ型構造は大変有効であると言える。しかし現在のＢＴＢ型構造の製造工程では、図４中の（３）にあるような金属、金属酸化物を加工する工程が製造コストの上昇を引き起こし、ＴＦＴに比べて製造コスト面での優位性を低下させている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況を打破するため、低コストのＢＴＢ型ＴＦＤ素子の製造プロセスを考案し、ＴＦＴに比べ格段に安価でＴＦＤ素子を製造する必要がある。そのため、各工程での成膜、フォトリソグラフィーの工程を見直し、これらの工程数を可能な限り削減することにより、コスト削減を行なうことが必須である。ＢＴＢ型ＴＦＤ素子の製造の場合、陽極酸化後に配線部と素子部を分離するプロセスが存在し、これに多くの手間と時間を要する。したがって、このプロセスを削除しつつＢＴＢ型ＴＦＤ素子の製造が可能となる工程を編み出すことが望まれる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の薄膜ダイオード素子の製造方法は、素子基板の表面に形成される金属−絶縁膜−金属（ＭＩＭ）型非線型素子の構造を有した薄膜ダイオード（ＴＦＤ）素子の製造方法であって、
(１) 前記素子基板の表面に第一の金属膜を堆積し、所定の形状に加工する工程と
(２) 次に、該素子基板の表面に透明電極膜を堆積する工程と、
(３) 次に、陽極酸化法により、前記透明電極膜に覆われた前記第一の金属膜の表面を酸化し、該第一の金属膜の表面に金属酸化膜からなる前記絶縁膜を成膜する工程と、
(４) 次に、前記透明電極膜を所定の形状に加工して、前記第一の金属膜及び前記絶縁膜上の透明電極膜を取り除き、画素電極を形成する工程と、
(５) 次に、第二の金属膜を堆積し、該第二の金属膜を加工して前記絶縁膜上と前記画素電極上を跨いだ形状のパターンと、前記絶縁膜上でその一部が重なる配線パターンとを形成する工程と、からなることを特徴とする。
【００１２】
上記の工程によって、従来の工程より工程数を削減してＢＴＢ構造ＴＦＤ素子を製造することが可能となる。
【００１３】
上記工程において前記第一の金属膜の表面を酸化し、該第一の金属膜の表面に金属酸化膜を成膜する工程(３)は、陽極酸化法を用いて行われる。この方法の特徴は、金属酸化膜の成膜を電圧で容易に制御することが可能で、成膜された金属酸化膜の膜厚の均一性においても信頼性が高いことにある。
【００１４】
尚、前記ＴＦＤ素子は、二つのＭＩＭ型非線型素子を直列に繋いだ構成とする。この構成により、 ＭＩＭ型非線型素子の持つ極性差を抑えることを特徴とする。
【００１５】
また、前記第一の金属膜の表面を酸化し、該第一の金属膜の表面に金属酸化膜を成膜する前記陽極酸化法による工程は、前記透明電極膜を介して該第一の金属膜に電源からの電流を通電することを特徴とする。所定の形状に加工され分割された該第一の金属膜を、前記透明電極膜で覆い陽極酸化法を用いることで、分割された該第一の金属膜それぞれの表面に金属酸化膜を成膜させることが可能となる。
【００１６】
前記透明電極膜は、ＩＴＯを用いることを特徴とする。上記工程（１）〜（５）において、該透明電極膜としての材料に、一般的な画素電極として広く利用されているＩＴＯを用いることで、前記第一の金属膜の表面酸化の際に通電材料として使用した後、画素電極として利用することが可能である。
【００１７】
前記第一の金属膜は、ＴａもしくはＴａを主とする合金を用いる。ＴａもしくはＴａを主とする合金は陽極酸化法により容易にその表面に酸化膜を形成する特徴を持つ。加えて、ＭＩＭ型非線型素子を構成した際に、ＴａもしくはＴａを主とする合金を該第一の金属膜に、それらの酸化膜を金属酸化膜に用いることで、非線型特性の大きい高性能の ＭＩＭ型非線型素子を製造することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、実施例に基づき詳細に説明する。
図５には本発明のＴＦＤ素子を実現するためのプロセスを示す。図５ａは各製造プロセスでの素子の断面図、図５ｂは図５ａを上方から見た時の上面図である。図５ａ（１）、図５ｂ（１）は素子基板の表面上に第一の金属膜１を堆積し、フォトリソグラフィーを用いてのエッチングによって所定のＴＦＤ素子の形状に加工（パターニング）したところである。第一の金属膜はタンタルＴａもしくはタンタルＴａを主とする合金からなり、タンタルＴａに不純物を添加した合金を使用する場合でも陽極酸化が可能な程度の不純物添加量にするべきである。
【００１９】
図５ａ（２）、図５ｂ（２）は第一の金属膜１の形成の有無に係らず素子基板の表面上に透明電極膜２を成膜した状態である。透明電極膜２にはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を使用する。成膜はスパッタリングで行なう。
【００２０】
図５ａ（３）、図５ｂ（３）は（２）で成膜した透明電極膜２の端部を電源に繋ぎ、陽極酸化を行なった後の状態である。陽極酸化は、クエン酸などの水溶液中で、所定の電圧までは定電流法で行ない、その定電圧法にして数時間放置することによって行なう。この時、第一の金属１は、透明電極膜２に覆い被された状態のまま陽極酸化される。この時の成膜される金属酸化膜３の酸化速度、厚さ、その他のパラメータは、陽極酸化電圧、陽極酸化電流、陽極酸化液の組成、透明電極膜２の膜厚及び膜質によって制御することが可能である。
【００２１】
図５ａ（４）、図５ｂ（４）は陽極酸化後、フォトリソグラフィーを用いてのエッチングによって画素領域４となる部分以外の透明電極膜２を取り除いたところである。これによって透明電極膜２が覆い被さっていた第一の金属１と金属酸化膜３からなるＴＦＤ素子部５が剥き出しにされる。
【００２２】
図５ａ（５）、図５ｂ（５）は第二の金属膜６を堆積し、フォトリソグラフィーを用いてのエッチングによって、画素領域４とＴＦＤ素子部５をつないでＢＴＢ構造のＴＦＤを構成するように、第二の金属膜６を加工した状態である。この工程でＢＴＢ構造のＴＦＤが製造される。
【００２３】
以上に述べたプロセスによって製造したＴＦＤ素子の構造を示す。従来のプロセスによって製造したＴＦＤ素子と同様の素子形状に製造することが可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上の通り、本発明においてＭＩＭ型非線型素子を用いたＢＴＢ構造のＴＦＤの製造工程のうち、ＴＦＤ素子となる金属と金属酸化膜を所定の形状に加工する工程を短縮することが可能となり、低コストなアクティブマトリクス型の液晶表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＭＩＭ型非線型素子を用いたＴＦＤ方式の液晶表示装置の等価回路図。
【図２】ａＭＩＭ型非線型素子の一般的な素子構造の断面図。
ｂＭＩＭ型非線型素子の一般的な素子構造の上面図。
【図３】一般的なＢＴＢ構造のＴＦＤ素子構造の上面図。
【図４】ａ一般的なＢＴＢ構造のＴＦＤ素子の製造工程を表す断面図。
ｂ一般的なＢＴＢ構造のＴＦＤ素子の製造工程を表す上面図。
【図５】ａ本発明のＴＦＤ素子の製造工程を表す断面図。
ｂ本発明のＴＦＤ素子の製造工程を表す上面図。
【符号の説明】
１ 第一の金属膜
２ 透明電極膜
３ 金属酸化膜
４ 画素領域
５ ＴＦＤ素子部
６ 第二の金属膜

Claims (5)

1. 素子基板の表面に形成される金属−絶縁膜−金属（ＭＩＭ）型非線型素子の構造を有した薄膜ダイオード（ＴＦＤ）素子の製造方法であって、
   (１) 前記素子基板の表面に第一の金属膜を堆積し、所定の形状に加工する工程と
   (２) 次に、該素子基板の表面に透明電極膜を堆積する工程と、
   (３) 次に、陽極酸化法により、前記透明電極膜に覆われた前記第一の金属膜の表面を酸化し、該第一の金属膜の表面に金属酸化膜からなる前記絶縁膜を成膜する工程と、
   (４) 次に、前記透明電極膜を所定の形状に加工して、前記第一の金属膜及び前記絶縁膜上の透明電極膜を取り除き、画素電極を形成する工程と、
   (５) 次に、第二の金属膜を堆積し、該第二の金属膜を加工して前記絶縁膜上と前記画素電極上を跨いだ形状のパターンと、前記絶縁膜上でその一部が重なる配線パターンとを形成する工程と、からなることを特徴とするＴＦＤ素子の製造方法。
2. 前記ＴＦＤ素子は、二つのＭＩＭ型非線型素子を直列に繋いだ構成であることを特徴とする請求項１に記載のＴＦＤ素子の製造方法。
3. 前記第一の金属膜の表面を酸化し、該第一の金属膜の表面に金属酸化膜を成膜する前記陽極酸化法による工程は、前記透明電極膜を介して該第一の金属膜に電源からの電流を通電することを特徴とする請求項２に記載のＴＦＤ素子の製造方法。
4. 前記透明電極膜は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を用いることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のＴＦＤ素子の製造方法。
5. 前記第一の金属膜は、ＴａもしくはＴａを主とする合金を用いることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のＴＦＤ素子の製造方法。

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