JPH0281031A - 非線形素子 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 非線形素子の構造に関する。

〔従来の技術〕

従来の非線形素子の構造を第１図及び第２図に示す、第
１図は非線形素子を液晶表示装置の画素を駆動する用途
に用いた場合の非線形素子と画素の平面図で、第２図は
第１図、ｂｂ’部の断面図である。従来の非線形素子の
構造は第１図または第２図に示されるように、第１の導
電体［１］と絶縁体［３］と第２の導電体［２］を積層
したものが知られている。ここで・第１図斜線部で示さ
れる部分が非線形素子となっている。第１の導電体［１
］は絶縁体［３］と第２の導電体［２］を介して画素電
極［５］に接続されている。特に第１の導電体［１］が
タンタル（Ｔａ）で、絶縁体［３］が酸化タンタル（Ｔ
ａＯｘ）で、第２の導電体［２］がクロム（Ｃ１で画素
電極［５］がＩＴＯの透明導電膜からなる非線形素子を
用いた液晶表示装置の画素構造は良く知られている。こ
れらの金膜は通常ガラス基板上に形成される０画素電極
と画素電極に特定の電荷を流入させるための非線形素子
と、画素間の配線用のバタンなどを形成したガラス基板
と、液晶をはさんで対向電極となるパタンを形成したガ
ラス基板を２枚適当な間隔（数ミクロンメートル）では
り合せ、その２枚のガラス基板間に液晶を封入配向した
ものが液晶表示装置の概略である。液晶表示装置は光を
透過させ、透過光の光量を制御することで、表示体とし
ての機能を持たせるため、上記２枚の基板は無色透明で
あることが望ましい、透過光の光量の調節は以下のよう
に行なう、蛍光灯などを光源とした光は偏向板を通し直
線偏向光となる。この偏向光を液晶表示装置に入射し、
液晶の傾きを変えることによって偏向光の偏向方向を変
える。この光を再度側の偏向板に通すことによって、２
枚目の偏向板を通過してくる光の１が変わり、表示を行
なうことができる。ここで液晶の傾きを変えるためには
、液晶の傾きを変える領域（この領域の最小単位が画素
である）の液晶に適当な電位差を印加する。印加する電
位差によって液晶の傾きを変えることができるため、結
果的に透過光の光ｌを、この画素に印加する電位差で制
御することができる。ここで−度印加された電位差を、
次に電位差が印加されるまで保持するために各画素に素
子が形成される。従って素子の特性としては、画素に電
位差を印加するときには素子抵抗がゼロとなり、電位差
を保持するときには素子抵抗が無限大となることが理想
的である。非線形素子を液晶表示装置に用いた場合に素
子の特性を理想に近づけるためには、一般的に素子の面
積を透明画素電極に比べて十分に小さくしなければなら
ない、透明画素電極が例えば２００μｍ角であるとする
ならば非線形素子の大きさは例えば４μｍ角以下で設計
される。非線形素子の大きさの決定には数多くのパラメ
ーターを含むが、その中で最も重用なパラメーターとし
て透明画素電極の持つ容Ｉや抵抗と、非線形素子の持つ
容量や抵抗のそれぞれの比率がある。また非線形素子を
形成するプロセスの能力も無視することはできない、一
般的には透明画素電極の面積に対する非線形素子の面積
の比は１／１５００〜１／３０００程度に設定される。

さらに液晶表示装置の場合には隣接する画素間で画素に
印加されている電位差に数パーセントの差が生じていれ
ば目視で確認できる。従って非線形素子の面積にも同レ
ベルの均一性が必要となり非線形素子間の面積の均一性
は１／ｌＯμｍ２レベルが要求される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前述の従来技術において第１１図または第２図
で示される非線形素子部〔第１図の左下がりの斜線部〕
は極めて微細であるため、非線形素子を形成する手段で
あるホトエツチング時のバラツキ等によって広い領域に
渡って均一に数多くの（通常は１０万画素分以上）非線
形素子を作ることが困難であり、非線形素子を集積して
なる液晶表示装置などの歩留りを上げることが困難であ
った。

また第２の導電体［２］が基板［６］との密着が悪い場
合には、第２の導電体［２コが基板［６］上で剥れたり
切れたりする欠陥が多く、非線形素子を集積してなる液
晶表示装置などの歩留りを上げることが困難であった。

特に第１の導電体［１］がＴａからなり、第２の導電体
［２］がＣｒからなり、基板［６］がガラスからなり、
第１の導電体［１］であるＴａのエツチングをドライエ
ツチングで行なう場合に、第２の導電体［２］であるＣ
ｒと基板［６］であるガラスとの密着性が悪く、第２の
導電体［２］の基板［６］上や第１の導電体［１］の段
差部の近傍での剥れや切れなどの欠陥が顕著であった。

まず、第１の導電体はドライエツチングでパターンを形
成しなければならない、これはウェットエツチングを用
いると第１の導電体のパターン端面の段差部が切り立っ
てしまい、第２の導電体が段差部でステップカバレッジ
が−できずに切れてしまうことによる。ドライエツチン
グを用いることにより、第１の導電体のパターン端面の
段差部にテーパーを付け、第二の導電体のステップカバ
レッジを良くすることができる。ところがドライエツチ
ングに用いるプラズマによって第１の導電体がエツチン
グされた後に基板もプラズマにさらされて、基板表面が
荒れてしまう。特にこの荒れは不純物の多いガラス、す
なわちコストの安いガラスに顕著で、結晶ガラス（石英
ガラス）などの場合にはほとんどない、この場合に第２
の導電体が剥れたり切れたりする不良を発生する。また
ドライエツチング時に１度エツチングされたＴａやＳｉ
などが再度基板上にデポジションされてしまう場合もあ
る。このとき再度デポジションされるものはカーボンポ
リマーの形をとり、エツチングに用いるプラズマでは除
去されなくなる。これらカーボンポリマーのデポジショ
ンは第１の導電体のパターン端面の段差部から数μｍの
位置に帯状にデポジションされることが多く、この部分
に形成される第２の導電体の密着性が悪くなり、切れや
剥れなどの不良が発生する。これらの切れや剥れの一例
を第９図や第１０図に示す。切れや剥れによる第２の導
電体のバタン不良は数パーセントから数１０パーセント
発生し、著しく歩留りを悪化させている。

従来技術は、以上のような問題点を有していた。

そこで本発明はこのような問題点を解決するもので、そ
の目的とするところは広い領域に渡って数多くの非線形
素子を均一にしかも欠陥を少なく形成し、非線形素子を
集積してなる液晶表示装置などの歩留りを向上させるこ
とにある。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。第
３図は本発明による非線形素子の平面図で、非線形素子
を液晶表示装置の画素を駆動する用途に用いた場合の非
線形素子と画素の一部の平面図である。第４図は第２図
に示されるａａ’の断面図である。非線形素子の例とし
てＭＩＭ　（メタル、インシュレータ、メタル）素子を
挙げである。

以下ＭＩＭ素子として特に良く知られている素子構造を
もとに実施例を説明する。以下第１の導電体がＴａ、絶
縁体がＴａの酸化物（以下Ｔａ０Ｘ）、第２の導電体が
Ｃｒの場合に基づいて説明する。

第２図で左下がり斜線部が非線形素子を形成しており、
その面積は小さい方が素子特性上望ましい、非線形素子
は、その構造上容量でもある。応用面では素子容量は小
さいことが電気的効率性から求められる。また素子の大
きさのバラツキは直接素子の特性のバラツキとなり、表
示性能上の欠陥となってしまう。前述のように非線形素
子は小さく、均一に数多く形成しなければならない。こ
のことは一般的に良く知られている。

第２図及び第３図ではＴａ［１］とＣｒ　［２］の間に
ＴａＯｘ［３］をはさみＭＩＭ素子を形成しているが、
Ｔａ［１］のＭＩＭ素子を形成している部分（第３図中
左下がり斜線部）の近傍にＭＩＭ索子を形成しているＴ
ａとは独立に、Ｔａで保護部［４］を形成しである。Ｔ
ａを保護部［４］と、ＭＩＭ素子で共用すれば、アライ
メントずれによるＭＩＭ素子と保護部との位置ずれが生
じない、モしてＴａをエツチングによってパタニングす
る場合にＴａのＭＩＭ素子を形成する部分の微細化、均
一化が行なわれる。これは以下の理由による。

ＴａのＭＩＭ素子を形成する部分は通常数μｍ以下と小
さい、Ｔａで形成される他の部分、例えば液晶表示装置
の場合では、画素間の引き回し部分や端子部分（通常は
数１０μｍから数１００μｍ）と比較して、ＭＩＭ素子
を形成する部分は十分に小さいために、同一フォトエツ
チング工程で形成しなければならないパターンにかなり
の設計上の大きさのバラツキが生じる。バラツキの中で
最も小さい部分であるＭＩＭ素子を形成する部分はエツ
チングレートが最も早くなり、またエツチングのバラツ
キも大きくなってしまう、このバラツキに関しては、エ
ツチング自体のバラツキと上記ＭＩＭ＄子を形成する部
分が存在している場所に起因するバラツキがある。前者
の場合は例えば基板の周辺部のエツチングレートが早い
場合、逆に基板の中央部のエツチングレートが早い場合
などがある。ドライエツチングの場合にはエツチングに
かかわるプラズマの密度が基板上で不均一な分布になっ
ていることが、このバラツキの主原因となる。後者の場
合は例えば、そのＭＩＭ素子を形成する部分の周囲に何
らかのパターンが存在するか、または存在しないか、存
在するならば、その密度や大きさ等でもエツチングレー
トは変わってくるなどがある。

一般的に残すパターン上にレジストを付けてエツチング
を行なうが、このとき周辺に何もパターンを残さない場
合ではエツチングレートが早くなり、逆に周辺にベタの
パターンを残す場合ではエツチングレートが遅くなる。

従って、液晶表示装置の場合では工程上のエツチングの
バラツキは全く無いとしても、画面の中心付近に相当す
る部分ではエツチングレートが早く、画面の周辺付近に
相当する部分ではエツチングレートが遅くなる。

液晶表示装置の場合は画面の中心付近には基本的に画素
しかなく、パターン密度（レジスト密度）は但い。一方
画素の周辺付近には外部との接続用の端子部などがあり
、パターン密度（レジスト密度）は最も高い、結果的に
ＨＩＭ素子のバラツキが大きくなり特にＭＩＭ京子が微
細化すればするほどその傾向は大きくなる。

そこでＴａ［１］のＭＩＭ＊子を形成する部分（第３図
の左下がり斜線部ンの近傍に第３図または第４図で示さ
れるような保護部［４］を形成すれば、ＴａのＭＩＭ素
子部の近傍には、そのＭＩＭ素子が基板上どこにあろう
とも、保護部［４］があるために、−様にエツチングレ
ートは下がり、また均一性も向上する。当然のことなが
ら保護部［４］がＭＩＭ＄子部からどの程度の位置にあ
るかによってエツチングレートは変わり、近くにあれば
あるほどエツチングレートは遅くなることになる。特に
Ｔａのエツチングをドライエツチングで行なう場合には
上記傾向は大きくなる。

従っである程度自由に、ＨＩＭ索子部を形成する部分の
Ｔａのエツチングレートを設定することが可能であり、
Ｔａのバタン設計上及び工程上のエツチングレートのバ
ラツキを減少させることができる。

またＣｒ　［２］が基板［６１と１！！着性の悪い場合
など、Ｏｒ　［２］が基板［６コから剥れたり、切れた
りする欠陥が生じるが、第３図または第４図の構造にす
れば上記欠陥も減少する。これはＣｒと基板の密着が悪
くてもＣｒとＴａのＶ！着付が良い場合に有効である。

特に基板がガラスで、Ｔａのパタニングをドライエツチ
ングで行なった場合にはｗ４著である。上記理由を以下
に示す６Ｔａ［１］のエツチングはドライエツチングで
行うことが一般的である。このときエツチングガスであ
るプラズマ（例えばＣｏＦラジャルなど）にさらされた
ガラス基板は金属との密着性が悪くなる。従ってＣｒ　
［２］は基板［６コとの密着性が悪い、ガラス基板に不
純物が多く含まれている場合（コストが安いガラスの場
合）には密着性の悪さが顕著である。またＣｒもＭＩＭ
素子の微細化という観点からＭＩＭ＋Ｅ子を形成する部
分は数μｍと極めて細くしなければならない、さらにＴ
ａとのアライメント精度の問題から素子を形成する部分
のＣｒは、第３図に示されるようにアライメント精度を
考慮し余裕をもたせた分だけの長さが必要になる。従っ
て従来の液晶表示装置は密着の悪い基板上に形成しなけ
ればならないＯｒ部分で特に細い部分が剥れたり切れた
りする欠陥が多い、第３図に示すように保護部［４］を
Ｔａで形成してあれば、Ｃｒが細く密着の悪い場所に形
成しなければならない領域は狭く、保護部［４］上でＯ
ｒのパターンを広げて密着の悪い部分ではＣｒを可能な
限り広いパターンで形成することができる。これによっ
てＣｒが剥れたり切れたりする領域を狭くすることがで
き、それらの欠陥を減少させることになる。

またＭＩＭ素子部を形成しているＴａ［１］と保護部［
４］の間の部分には再デポジションもほとんど発生しな
いため、再デポジションにょるＣｒのパターン不良も減
少する。

第５図に示す実施例は、第３図で示される保護部［４］
の面積を大きくし、Ｃｒの密着力をさらに高めたもので
ある。

第６図に示す実施例は、第５図の実施例を発展させたも
ので、第５図においてＩＴＯ［５］が保護部［４］の段
差部でステップカバレッジできずに断線してしまう場合
を考慮したものである。第６図の実施例の場合にはＣｒ
　［２］とＩＴＯ［５］がコンタクトする部分はＭＩＭ
素子を形成してぃる部分と保護部［４］の間の状況と同
じでありＣｒの密着性を失っておらず、しかもＩＴＯ［
５］にとってＴａの段着部のステップカバレッジを必要
としない。

第７図の実施例は基板［６］とＴａ［１］、さらにＣｒ
　［２］との密着性を高めるためにＴａ［１］を形成す
る前に基板［６］上に下地として絶縁体の膜を形成した
ものである０例えば絶縁体がＴａの酸化物（ＴａＯｘ）
である場合などがある。

通常はＴａのパターン形成時にＴａｏｘもエツチングさ
れる。エツチングが基板上全面にわたって均一に行なわ
れるならばＴａのパターンだけをエツチングし、下地で
あるＴａＤｘを残すことが可能である。これはＣｒの密
９着性を高めることを意味する。一般的には工程上のバ
ラツキやＴａパターンの影響を受けて、エツチングは均
一には行なわれない、従って最もエツチングレートの遅
い部分に合せてエツチングを行なわなければならない。

つまり通常はＭＩＭＸ：子を形成する部分の近傍でＣｒ
の密着性を高めたい部分に下地であるＴａ０Ｘは残らな
い、下地のＴａＯｘはＴａと基板との密着性を高めるた
めに利用されているに過ぎないことになる。ここでＭＩ
Ｍ素子の近傍に保護部［４］をＴａのバタン形成時に同
時に形成すれば、保護部［４］とＭＩＭ索子部の間の領
域はエツチングレートが遅くなり、Ｃｒが細く密着性を
高めたい部分に下地の絶縁膜が残る。これによってＣｒ
と基板の密着性を高めることができ、Ｃｒの剥れや切れ
を減少させることになる。

第８図に示す実施例はＭＩＭ素子を直列に形成したもの
で、パターン精度を変えないで、実質的なＭＩＭ素子の
性能をＭＩＭＸ子を微細化したものと同等にした場合の
実施例である。第８図はＭＩＭ素子を２個直列に接続し
たものであるが、この場合ＭＩＭ１子の電気的な対称性
も向上する。

ＭＩＭ素子１つはＴ　ａ　／　Ｔ　ａ　Ｏｘ　／　Ｃｒ
と構造上非対称であるが、２つ直列にすればＣｒ　／　
Ｔ　ａ　Ｏｘ　／　Ｔ　ａ　／　Ｔ　ａ　Ｏｘ　／　Ｃ
ｒと対称になるためである。第８図の実施例では保護部
［４］をＣｒのパターンの下に可能な限り設けである。

画素間の引き回し部がＴａとＣｒの２層で形成されてい
るために、引き回し部の配線抵抗も下がり、液晶表示装
置の画面の大型化にも対応できる。

また、絶縁体［３］としてＴａＯｘを例に述べたが、絶
縁体［３］を半導体膜にした場合の非線形素子も同様の
効果を持つ。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によって従来問題であった非線
形素子を広い領域に渡って数多く形成してなる例えば液
晶表示装置などの場合に、非線形素子の形状の不均一に
起因する特性のバラツキや、非線形素子の一部の膜が剥
れたり切れたりする欠陥によって生産上の歩留りが悪い
という問題点を解決することができる。

これによって非線形素子を数多く広い領域に渡って均一
に集積してなる例えば液晶表示装置などを良好な品質で
かつ歩留りを高く生産することができるという効果を有
する。

また、本発明の構造は既に存在する層のバタン変更で達
成できるためコストも従来品と全く変わらないという量
産上不可欠な要素も充足している。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来の非線形素子の平面図。 第２図は従来の非線形素子の断面図。 第３図は本発明の実施例による非線形素子の平面図。 第４図は本発明の実施例による非線形素子の断面図。 第５図は本発明の実施例による非線形素子の平面図。 第６図は本発明の実施例による非線形素子の平面図。 第７図は本発明の実施例による非線形素子の断面図。 第８図は本発明の実施例による非線形素子の平面図。 第９図は従来の非線形素子の平面図。 第１０図は従来の非線形素子の平面図。 １・・・第１の導電体（Ｔ　ａ） る。 ２・・・第２の導電体（Ｃｒ） ３・・・絶縁体（ＴａＯｘ）又は半導体（図中右下り斜
線で示される） ４・・・保護部 ５・・・Ｉｉ！ｉｉ索電極（ＩＴＯ） ６・・・基板（ガラス） なお、非線形素子部は図中左下り斜線で示され以上 出願人　セイコーエプソン株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の導電体と絶縁体と第２の導電体を基板上に
   積層してなる非線形素子において、非線形素子の近傍に
   第１の導電体による島状の保護部を設け、第１の導電体
   の前記非線形素子を形成する部分と前記保護部を形成す
   る部分は、第１の導電体からなる膜層内で電気的に繋が
   っていないことを特徴とする非線形素子。
2. （２）前記絶縁体を半導体としたことを特徴とする請求
   項１記載の非線形素子。