JPH01105913A

JPH01105913A - マトリックスアレイ基板の製造方法

Info

Publication number: JPH01105913A
Application number: JP62261703A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Morita; 廣森田; Keiko Ishizawa; 石澤　慶子
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-10-19
Filing date: 1987-10-19
Publication date: 1989-04-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【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（門ｅｔａ
ｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−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）と非表水部
分（オフ画素）のコントラスト比の点では、２Ｏ０本程
本以走査線を有する場合でも不十分であり、更に走査線
が５００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。その一つの方向が
、個々の画素を直接にスイッチ駆動するものでおる。そ
の場合のスイッチング素子として薄膜トランジスタが採
用されている。薄膜トランジスタを構成する半導体とし
て、これまで単結晶シリコン、多結晶シリコン、セレン
化カドミウム及びテルル等の種々の材料が提案されてき
たが、現在は非晶質シリコンが最も多く研究されている
。しかしながら、この種の液晶表示器の製造においては
、微細加工工程が数回必要となり、工程が複雑で歩留り
が悪くなることがあった。この結果、製品コストが高く
なり、また、大規模な液晶表示器の製造が著しく困難と
なっていた。

スイッチング素子列（アレイ）を用いた別の方向として
、非線形抵抗素子を用いたものがある。

非線形抵抗素子は、薄ｒｙＡ１〜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おり、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−絶縁層一
金屈（ＭＩＭ＞型、更には金属電極間に半導電性の層（
ＭＳ　Ｉ　）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４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、写真蝕剣
法により所望のパターンにする。これにより、配線とＭ
ＩＭの片側の電極とが形成される。次に、ｌ’−ａ膜（
２）をクエン酸水溶液等を用いた陽極酸化法により化成
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５５−１６１
２７３号公報に開示され、その改良技術が特開昭５８−
１７８３２Ｏ号公報等に示されている。

また図示はしないが、Ｔａ膜（２）を形成する前のガラ
ス基板（１）上には、例えば特開昭６２−６２３３３号
公報に記載されているように、保護層（Ｔａ２Ｏ５等）
を形成することがある。

（発明が解決しようとする問題点）従来のＭＩＭ素子を有するアレイ基板は、例えば特開昭
５５−１６１２７３号公報に記載されているように、絶
縁体層の形成を陽極酸化によって行なっていた。このた
め、電解液のｐＨや温度の管理が必要で膜質の制御が難
しく、また、高圧電源を用いているため、工程上の注意
が必要であった。更には、陽極酸化という特殊なウェッ
トプロセスを用いるため、″ａ膜形成加工における一貫
したドライプロセスの中でオフラインになってしまうと
いう問題があった。

この発明は上記した事情に鑑みてなされたものでおり、
非線形抵抗素子を有するアレイ基板の絶縁体層を溶液の
スピンコードとそれに続く焼成により形成することによ
り、製造工程を簡略化し、製造に必要なコストを低減す
ることを目的とする。

［発明の構成］（問題点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、溶液の塗布
及び焼成によって絶縁体層を形成する工程を備えている
。ここで絶縁体層は、非線形抵抗素子の絶縁体或いは非
線形抵抗素子と基板との間に介在する金属酸化物のうら
の少なくとも一方でおる。

（作　用）溶液の塗イ５及び焼成による絶縁体層としては、Ｔａ２
Ｏ５等が必げられる。絶縁体層として代表的なＴａ２Ｏ
５を形成するための塗布溶液には、例えばタンタルアル
コキシドＴａ　（ＯＣ２Ｈ５）５のエタノール溶液（Ｔ
ａ２Ｏ５を５重量％含有）を用いることができる。そし
て、この塗布溶液をスピンコード、印刷法、スプレー、
ディッピング等により基板上に塗布し風乾する。その俊
、焼成を清浄な雰囲気或いは酸化性雰囲気の中で、３０
０〜５００’Ｃの温度で１時間程度行えばよい。このよ
うに、溶液のスピンコード・焼成により必要な絶縁体層
を形成することにより、製造工程を簡略化することがで
きる。

（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図はこの発明の一実施例の一画素部分の製造工程を
説明するための断面図でおる。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（１０）
上に、膜厚０．３μｍの１’−ａからなる上部金属層（
１１）をスパッタリング法により形成し、続いて、この
表面に例えばタンクルアルコキシドＴａ　（ＯＣ２Ｈ５
）５のエタノール溶液（Ｔａ２Ｏ５を５重量％含有）を
スピンコードし、ここでは３５０℃のクリーンオーブン
中で１時間焼成して、Ｔａ２Ｏ５からなる絶縁体層（１
２）を０．０５μｍの厚さに形成する。そして、この全
面にレジストを塗布した後、マスクを用いて光露光し、
現像してレジストパターン（１３）を１ｑる。

次に、第１図（ｂ）に示すように、ＣＤＥ（Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ　Ｄｒｙ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）により、下部金属層
（１１）と絶縁体層（１２）をエツチングし、レジスト
パターン（１３＞を除去してＴａ２Ｏ５／Ｔａのパター
ンを露出させる。次に、第１図（Ｃ）に示すように、全
面に厚さ０．１４μｍのＣｒからなる上部金属層（１４
）を形成し、レジストの塗布及びマスクを用いた露光・
現像を行い、レジストパターン（１５）を得る。続いて
、硝酸第２セリ「クム・アンモニウム１７３と過塩素酸
５ｃｃを水１００ｃｃの割合に溶解したエツチング液に
より、上部金属層（１４）を所定の形状にエツチングす
る。次に、第１図（ｄ）に示すように、レジストパター
ン（１５）の剥離を行い、全面にＩＴＯからなる透明導
電膜（１６）をスパッタリング法により形成した後、再
び同様な工程によりレジストパターン（１７）を形成し
、塩酸にてエツチングし透明ｉｔ膜（１６）のパターニ
ングを行う。次に、レジストパターン（１７）を剥離す
ることにより、第１図（ｅ）に示すように、表示画素電
極（２Ｏ）及びその各々に電気的に接続した上部金属（
２１）−絶縁体（２２）−上部金属（２３）素子構造よ
りなる非線形抵抗素子（２４）を基板（１０）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、非線形抵抗素子（２４）の絶縁体（２
２）となるべき絶縁体層（１２）を、溶液の塗布・焼成
により形成しているので、陽極酸化等を用いた従来の場
合に比べ、工程の簡略化及び製造コストの低減をはかる
ことができる。

第２図はこの発明の他の実施例の一画素部分の製造工程
を説明するための断面図でおる。まず、第２図（ａ＞に
示すように、例えばホウ珪酸ガラスからなる基板（３０
）上に、膜厚０，１４μｍのＣｒからなる下部金属層（
３１）をスパッタリング法により形成し、続いて、この
表面に例えばタンクルアルコキシドＴａ　（ＯＣ２Ｈ５
）５のエタノール溶液（Ｔａ２Ｏ５を５重量％含有）を
スピンコードし、ここでは３５０’Ｃのクリーンオーブ
ン中で１時間焼成して、Ｔａ２Ｏ５からなる絶縁体層（
３２〉を０．０５μｍの厚さに形成する。更に、この上
に膜厚０．３μｍの１’−ａからなる上部金属層（３３
〉を形成した後、この全面にレジストを塗布してからマ
スクを用いて光露光し、現像してレジストパターン（３
４）を得る。次に、第２図（ｂ）に示すように、レジス
トパターン（３４）をマスクとして、ＣＦ４と酸素を混
合したガスによりＣＤＥを行い、上部金属層（３３）と
絶縁体層（３２〉を選択的にエツチングする。続いて、
硝酸第２セリウム・アンモニウム１７ｇと過塩素酸５ｃ
ｃを水１００ｃｃの割合に溶解したエツチング液により
、下部金底層（３１）をオーバー気味にエツチングする
ことにより、下部金属層（３１）のパターンは上部金属
ＦＪ（３３）と絶縁体Ｅ！（３２）のパターンに比較し
て後退する。これは、塩素基を含んだガスによるドライ
エツチングでも同様な加工が可能でおる。次に、第２図
（Ｃ）に示すように、レジストパターン（３４）を剥離
してから、全面にＩＴＯからなる透明導電膜（３５）を
スパッタリング法により形成した後、第２回目のフォト
リソグラフィー工程を行う。即ち、ポジ型レジストを塗
布し、露光・現像を行い、レジストパターン（３６）を
形成した後、塩酸にてエツチングして透明導電膜（３５
）のバターニングを行う。続いて、第２図（ｄ）に示す
ように、透明導電膜（３５）をマスクとして、上部金属
層（３３）と絶縁体層（３２）を選択的にエツチングす
る。これは、ＣＦ４に酸素を添加したガスを用いてＣＤ
Ｅを行えばよい。最後に、レジストパターン（３６）を
剥離することにより、第２図（ｅ）に示すように、表示
画素電極（４０）及びその各々に電気的に接続した上部
金属（４１）−絶縁体（４２）−下部金属（４３）素子
構造よりなる非線形抵抗素子（４４）を基板（３０）上
に形成してなる７１〜リツクスアレイ基板が得られる。

この実施例では、第１図を用いて説明した実施例と同様
な効果を有するばかりでなく、表示画素電極（４０）と
なるべき透明導電膜（３５）を形成する前に、非線形抵
抗素子（４４）の基板（３０）に近い側の下部金属（２
３）となるべき下部金属層（３１）のパターンが、少な
くとも非線形抵抗素子（４４）の存在する部分で、非線
形抵抗素子（４４）の絶縁体（４２）となるべき絶縁体
ＦＭ（３２＞のパターン及び非線形抵抗素子（４４）の
基板（３０）に遠い側の上部金属（４１）となるべき上
部金属層（３３）のパターンに比較して後退するように
エツチングする工程を備えているので、下部金属（４１
）が絶縁体（４２）に接触して非線形抵抗素子（４４）
の電流−電圧特性を損なうことなく、２回のフォトリソ
グラフィー工程で所望のマトリックスアレイ基板が１ｑ
られる。

第３図はこの発明の更に他の実施例の一画素部分の製造
工程を説明するための断面図である。まず、第３図（ａ
）に示すように、例えばアルカリガラスからなる基板（
５０）上に、例えばタンクルアルコキシドＴａ（ＯＣ２
Ｈ５）５のエタノール溶液（Ｔａ２Ｏ５を５重量％含有
）をスピンコードし、ここでは４５０℃のクリーンオー
ブン中で１時間焼成して、Ｔａ２Ｏ５からなる絶縁体層
（５１）をｏ、　ｏｉμｍの厚さに形成する。以後は、
第２図に示した実施例と同様の工程をたどることにより
、第３図（ｂ）に示すように、表示画素電極（６０）及
びその各々に電気的に接続した上部金属（６１）−絶縁
体（６２）−下部金属（６３）素子構造よりなる非線形
抵抗素子（６４）を基板（５０）上に形成され、更に、
絶縁体層（５１）が基板（５０）と非線形抵抗素子（６
４）との間に介在す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１図及び第２図を用いて説明した実
施例と同様な効果を有するばかりでなく、絶縁体層（５
１）を基板（５０）と上部金属（６１）との間に仲介さ
せるごとにより、非線形抵抗素子（６４）と基板（５０
）との密着性を向上させることができる。実際に、基板
の種類及び金属酸化層の有無とＴａ膜の剥離との関係に
ついて調べてみたところ、次のような結果になった。こ
こで、基板はアルカリガラス、無アルカリガラス及び石
英カラスの３種類を準備し、洗浄後に、タンタルアルコ
キシドＴａ　（ＯＣ２Ｈ５）５のエタノール溶液（Ｔａ
２ｏ５を５重伍％含有）をスピンコードし、４５０　’
Ｃのクリーンオーブンで焼成した後、スパッタリングに
より基板全面にＴａを０．３μｍ形成し、１　Ｅｌ中至
温に放置した。その後、純水中で超音波を２時間かレブ
てから、表面状態を顕微鏡で１察したところ、下表のよ
うになった。

長 ○：剥離なし △：部分的に剥離 ×：はぼ全面剥離上表より、金属酸化層が基板とＴａとの密着性をよくし
ていることがわかり、金属酸化層を形成すれば、低価格
基板でも使用可能になることがわかった。ここで、金属
酸化層の形成は陽極酸化でも可能であるが、酸化する金
属膜と透光性基板との密着性が弱いため、この金属膜が
剥離してしまうことがおり、この実施例のように溶液の
塗布・焼成により金属酸化層を形成することが適当であ
る。

なお、今までの実施例では、絶縁体層（１２）　。

（３２＞、　　（５１）としてＴａ２Ｑ５を用いてきた
が、これ以外にはＡｌ２Ｏ３やＳ　ｉ　０２等も使用す
ることができ、これらは硝酸アルミニウムやシリコンア
ルコキシドのアルコール溶液からの塗布・焼成で形成で
きる。

また、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
子長軸方向が両雄板間で約９０°ねじれるように、５〜
２Ｏμｍ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首すればよい。

［発明の効果コこの発明は、マトリックスアレイ基板の形成に必要な絶
縁体層の形成を、溶液の塗布・焼成により行うので、製
造工程を従来に比べ簡略化することができ、アクティブ
マトリックス型液晶表示装置の製造の歩沼まりが向上す
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図と第３図はこの発明の他の実施例を説明するため
の断面図、第４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おる。

Claims

【特許請求の範囲】

（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、溶液の塗布及び焼成によつて絶
縁体層を形成する工程を有することを特徴とするマトリ
ックスアレイ基板の製造方法。
（２）前記絶縁体層は前記非線形抵抗素子の絶縁体であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のマトリ
ックスアレイ基板の製造方法。
（３）前記絶縁体はＴａ＿２Ｏ＿５からなることを特徴
とする特許請求の範囲第２項記載のマトリックスアレイ
基板の製造方法。
（４）前記絶縁体層は前記基板と前記非線形抵抗素子と
の間に介在する金属酸化物であることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載のマトリックスアレイ基板の製造
方法。
（５）前記金属酸化物はＴａ＿２Ｏ＿５からなることを
特徴とする特許請求の範囲第４項記載のマトリックスア
レイ基板の製造方法。