JPH03116027A

JPH03116027A - マトリックスアレイ基板

Info

Publication number: JPH03116027A
Application number: JP1252108A
Authority: JP
Inventors: Keiko Ishizawa; 石澤　慶子; Hiroshi Morita; 廣森田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-09-29
Filing date: 1989-09-29
Publication date: 1991-05-17

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（Ｍｅｔａ
ｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ　）素子を用いた
マトリックスアレイ基板に関する。

（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）と非表示部分（
オフ画素）のコントラスト比の点では、２００本程型Ｏ
走査線を有する場合でも不十分であり、更に走査線が５
００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ある。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、薄膜ト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あり、製造が容易であ
る。このため、製品多質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−
金属（Ｍ　Ｉ　Ｍ）型、更には金属電極間に半導電性の
層（ＭＳＩ）を用いた型等が開発されている。

このうちＭ　Ｉ　Ｍ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ということができる
。第５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、写真蝕刻法により所望のパターンにする。こ
れにより、配線とＭＩＭ素子の片側の電極とが形成され
る。次に、Ｔａ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素子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、ＭＩ
Ｍ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
特公平１−３５３５２号公報に開示され、その改良技術
が特開昭５８−１７８３２０号公報等に示されている。

（発明が解決しようとする課題）この種のアレイ基板に関しては、従来より次に示すよう
な現象が起こることがあった。

（ａ）ＭＩＭ素子の上部金属材料は、ＭＩＭ素子特性か
ら選択したもので、表示画素との電気的接触が必ずしも
十分ではなく、接触不良による点欠陥が発生する。

（ｂ）上部金属材料によっては表示画素との機械的接触
が弱いものもあり、膜剥れや微細加工の際のしみこみが
発生する。

（ｃ）上部電極パターンはＭＩＭ素子を形成するととも
に、表示画素との接触をとっていたため、素子のパター
ン精度によって、表示画素と上部電極との接触部分の接
触面積が変わってしまい、容量やコントラストが変化す
る。

（ｄ）高温・高湿における通電信頼性テストにおいて、
表示画素（透明導電膜）と上部金属の間でエレクトロマ
イグレーションが発生し、また、エツチング時に電気化
学的な電極反応が起こり、エツチングが不均一になる。

（ｅ）透明導電膜とのエツチング選択性がないと、ＭＩ
Ｍ素子の上部電極材料として選択することができない。

この発明は上記した従来の事情に鑑みてなされたもので
ある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この発明は、複数の表示画素及びその各々に電気的に接
続した金属−絶縁体−金属（Ｍ　Ｉ　Ｍ）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
レイ基板についてのものであり、非線形抵抗素子におけ
る基板に遠い側の上部金属と表示画素とは、上部金属と
異なる材料からなる補助電極により接続されている。そ
して、特に、非線形抵抗素子における基板に近い側の下
部金属と補助電極とはＴａという同一材料により形成さ
れている場合が望ましい。

（作　用）この発明におけるマトリックスアレイ基板では、上部電
極が補助電極を介して表示画素と電気的に接続している
ため、ＭＩＭ素子と表示画素が十分な電気的接触をとる
ことができる。従って、接触不良による画素欠陥や微細
加工においてのしみこみやエツチング不均一が発生する
ことがない。

また、補助電極を形成することにより、上部金属と表示
画素の間でエレクトロマイグレーションが発生すること
もなく、表示画素とのエツチング選択性がないような材
料でも上部電極として選択することができる。

（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図と第２図はこの発明の一実施例を示す図であり、
特に、第１図は部分斜視図、第２図はこの実施例を得る
ための製造工程を示す断面図で、非線形抵抗素子部と引
出端子部を表している。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１０上に、膜厚
０．０８μｍの透明導電膜１１をスパッタリング法によ
り全面に形成する。このとき、スパッタガスとして５％
程度の酸素を添加したアルゴンガスを用いる。次に、レ
ジストを全面に塗布した後、マスクを用いて露光し現像
して、レジストパターン１２，１３゜１４を形成する。

続いて、塩酸の３０％水溶液より透明導電膜１１のエツ
チングを行い、第２図（ｂ）に示すように、配線電極下
層部１５、表示画素１６及び電極引き出しパッド１７を
形成する。次に、第２図（ｃ）に示すように、膜厚０．
１５μｍのＴａからなる薄膜１８をスパッタリング法に
より全面に形成し、薄膜１８上にレジストを全面に塗布
した後、マスクを用いて露光し現像して、レジストパタ
ーン１９．２’Ｏを形成する。続いて、ケミカルドライ
エツチング（ＣＤＥ）により、薄膜１８のエツチングを
行う。ここでは、ＣＦ４と０２ガスを１：３の割合で混
合したプラズマ中でエツチングを行い、パターン周辺（
エツジ）にテーパ形状を形成して、第２図（ｄ）に示す
ように、基板１０に近い側の下部電極２１　（配線電極
の上層部も構成）と補助電極２２のパターンを得る。

次に、第２図（ｅ）に示すように、下部金属２１の表面
を０．０１重量％クエン酸水溶液中で陽極酸化し、表面
に膜厚０．０５μｍの絶縁体層２３を形成する。そして
、スパッタリング法により膜厚０．１μｍのＴｉからな
る薄膜２４を全面に形成し、レジストを全面に塗布した
後、マスクを用いて露光し現像して、レジストパターン
２５を形成する。

続いて、アンモニア水、過酸化水素、ＥＤＴＡ（エチレ
ン・ジアミン・テトラ拳アセティツクアシド）及び氷と
の混合溶液によりエツチングして、第２図（ｆ）に示す
ように、基板１０に遠い側の上部電極２６を形成する。

こうして、複数の表示画素１６及びその各々に電気的に
接続した金属（下部電極２１）−絶縁体（絶縁体層２３
）−金属（上部電極２６）素子構造よりなる非線形抵抗
素子２７を基板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、表示画素１６と上部電極２６の接続を
、上部電極２６と異なる材料からなる補助電極２２によ
り行なっており、表示画素１６と非線形抵抗素子２７の
電気的接触や機械的接触を良好にすることができる。

また、近年、液晶表示装置の表示面積大型化・大容量化
に伴ない、電極パターンのピッチが細かくなり、且つ、
液晶に対して容量を小さくするため、ＭＩＭ素子サイズ
は非常に小さくなる結果、微細加工が困難である。特に
、ＭＩＭ素子の下部電極である例えばＴａのエツチング
はＣＤＥ（ＣｈｅＩＩｌｉｃａｌ　Ｄｒｙ　Ｅｔｃｈｌ
ｎｇ）を用いているが、この場合、細かいパターンの部
分はどエツチングレートが早くなり、他の部分をエツチ
ングしている間にパターンが細くなり過ぎたりすること
があった。

この実施例では、下部電極２１のパターンをエツチング
する際、パターンの両側に下部電極２１と同一の材質か
らなる補助電極２２を配置しているので、細かいパター
ンの下部電極２１のエツチングレートだけが他の部分に
比べ速くなることはない。

更に、従来のＭＩＭ素子を用いたマトリックスアレイ基
板においては、電極引き出しパッドを形成するために、
ＭＩＭ素子の絶縁体を形成する際、パッド部をマスクす
る必要があった。このため、下部電極のパターニング後
に、電極引き出しパッドをネガレジストや樹脂により保
護しなければならなかった。このとき、ネガレジストの
場合はレジスト塗布・バターニング・剥離工程が必要と
なり、また、樹脂の場合はパッド部に残渣が残り、実装
上問題となっていた。この実施例では、電極引き出しパ
ッド１７が透明導電膜１１より構成されているため、絶
縁体層２３を形成する際の陽極酸化時に、電極引き出し
パッド１７をマスクする必要がなく、複雑なマスキング
の工程を削除できる。

また、従来、電極パターンのピッチが細かくなったこと
に伴って、配線電極となる下部電極のバターニング不良
が発生し、表示画面上、線欠陥となることがあった。こ
の実施例では、配線電極の部分がＴａ膜／透明導電膜構
造となっているため、いずれか一方の膜の微細加工にお
いて断切れが生じても、表示画面上で線欠陥が生じるこ
とはない。

第３図はこの発明の他の実施例を得るための製造工程を
示す断面図である。まず、第３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．
１５μｍのＴａからなる薄膜３１をスパッタリング法に
より全面に形成する。

次に、薄膜３１上にレジストを全面に塗布した後、マス
クを用いて露光し現像して、レジストパターン３２，３
３．３４を形成する。続いて、ＣＤＨにより薄膜３１の
エツチングを行なう。ここでは、ＣＦ４と０２ガスを１
：３の割合で混合したプラズマ中でエツチングを行い、
パターン周辺（エツジ）にテーパ形状を形成して、第３
図（ｂ）に示すように、基板３０に近い側の下部電極３
５、補助電極３６及び電極引き出しパッド下層部３７を
形成する。次に、第３図（ｃ）に示すように、下部金属
３５の表面を０．０１重量％クエン酸水溶液中で陽極酸
化し、表面に膜厚０゜０５μｍの絶縁体層３８を形成す
る。そして、第３図（ｄ）に示すように、スパッタリン
グ法により膜厚０．１μｍのＴｉからなる薄膜３９を全
面に形成し、レジストを全面に塗布した後、マスクを用
いて露光し現像して、レジストパターン４０を形成する
。続いて、アンモニア水、過酸化水素、ＥＤＴＡ及び氷
との混合溶液によりエツチングして、第３図（ｅ）に示
すように、基板３０に遠い側の上部電極４１を得る。更
に、膜厚０，０８μｍの透明導電膜４２をスパッタリン
グ法により全面に形成する。このとき、スパッタガスと
して５％程度の酸素を添加したアルゴンガスを用いる。

次に、レジストを全面に塗布した後、マスクを用いて露
光し現像して、レジストパターン４３．４４を形成する
。続いて、塩酸の３０％水溶液より透明導電膜４２のエ
ツチングを行い、第３図（ｆ）に示すように、表示画素
４５及び電極引き出しバウド上層部４６を形成する。こ
うして、複数の表示画素４５及びその各々に電気的に接
続した金属（下部電極３５）−絶縁体（絶縁体層３８）
−金属（上部電極４１）素子構造よりなる非線形抵抗素
子４７を基板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、第１図と第２図に示した実施例と同様
に、表示画素４５と上部電極４１の接続を、上部電極４
１と異なる材料からなる補助電極３６により行なってお
り、表示画素４５と非線形抵抗素子４７の電気的接触や
機械的接触を良好にすることができる。また、下部電極
３５のパターンをエツチングする際、パターンの両側に
下部電極３５と同一の材質からなる補助電極３６を配置
しているので、細かいパターンの下部電極３５のエツチ
ングレートだけが他の部分に比べ速くなることはない。

第４図はこの発明の更に他の実施例を得るための製造工
程を示す断面図である。まず、第４図（ａ）に示すよう
に、例えばホウ珪酸ガラスからなる基板５０上に、膜厚
０．０８μｍの透明導電膜５１をスパッタリング法によ
り全面に形成する。

このとき、スパッタガスとして５％程度の酸素を添加し
たアルゴンガスを用いる。次に、レジストを全面に塗布
した後、マスクを用いて露光し現像して、レジストパタ
ーン５２．５３を形成する。

続いて、塩酸の３０９６水溶液より透明導電膜５１のエ
ツチングを行い、第４図（ｂ）に示すように、表示画素
５４及び電極引き出しパッド５５を得る。

次に、第４図（ｃ）に示すように、膜厚０．１５μｍの
Ｔａからなる薄膜５６をスパッタリング法により全面に
形成し、薄膜５６上にレジストを全面に塗布した後、マ
スクを用いて露光し現像して、レジストパターン５７．
５８を形成する。続いて、ＣＤＥｌ、：より、薄膜５６
のエツチングを行う。ここでは、ＣＦ４と０２ガスを１
＝３の割合で混合したプラズマ中でエツチングを行い、
パターン周辺（エツジ）にテーパ形状を形成して、第４
図（ｄ）に示すように、基板５０に近い側の下部電極５
９と補助電極６０のパターンを得る。次に、第４図（ｅ
）に示すように、下部金属５９の表面を０．０１重−％
クエン酸水溶液中で陽極酸化し、表面に膜厚０．０５μ
ｍの絶縁体層６１を形成する。

そして、スパッタリング法により膜厚０．１μｍのＴｉ
からなる薄膜６２を全面に形成し、レジストを全面に塗
布した後、マスクを用いて露光し現像して、レジストパ
ターン６３を形成する。続いて、アンモニア水、過酸化
水素、ＥＤＴＡ及び氷との混合溶液によりエツチングし
て、第４図（ｆ）に示すように、基板５０に遠い側の上
部電極６４を形成する。こうして、複数の表示画素５４
及びその各々に電気的に接続した金属（下部電極５９）
−絶縁体（絶縁体層６１）−金属（上部電極６４）素子
構造よりなる非線形抵抗素子６５を基板上に形成してな
るマトリックスアレイ基板が得られる。

この実施例では、今まで述べた実施例と同様に、表示画
素５４と上部電極６４の接続を、上部電極６４と異なる
材料からなる補助電極６０により行なっており、表示画
素５４と非線形抵抗素子６５の電気的接触や機械的接触
を良好にすることができる。また、下部電極５９のパタ
ーンをエツチングする際、パターンの両側に下部電極５
９と同一の材質からなる補助電極６０を配置しているの
で、細かいパターンの下部電極５９のエツチングレート
だけが他の部分に比べ速くなることはない。更に、第１
図と第２図に示した実施例と同様に、電極引き出しバッ
ド５５が透明導電膜５１より構成されているため、絶縁
体層６１を形成する際の陽極酸化時に、電極引き出しバ
ッド５５をマスクする必要がない。

更に、得られたマトリックスアレイ基板からマトリック
ス型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。まず、マトリックスアレイ基板の非線形抵抗
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、ストライブ状のＩＴＯからなる共通電極を配線と直
交する方向で液晶を介して表示画素電極と重なるように
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側基板間で約９０６ねじれるように
、５〜２０μｍ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置すればよい。

［発明の効果］この発明は、ＭＩＭ素子の上部電極と異なる材料からな
る補助電極を介して、Ｍ　Ｉ　Ｍ素子と表示画素を電気
的に接続することにより、両者の十分な電気的接触や機
械的接触等を得ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す部分斜視図、第２図
はこの発明の一実施例を得るための製造工程を示す断面
図、第３図はこの発明の他の実施例を得るための製造工
程を示す断面図、第４図はこの発明の更に他の実施例を
得るための製造工程を示す断面図、第５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
ある。１０．３０．５０・・・基板１６．４５．５４・・・表示画素２１．３５．５９・・・下部電極２２．３６．６０・・・補助電極２３．３８．６１・・・絶縁体層２６．４１．６４・・・上部電極

Claims

【特許請求の範囲】

複数の表示画素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において
、前記非線形抵抗素子における前記基板に遠い側の上部
金属と前記表示画素とは、前記上部金属と異なる材料か
らなる補助電極により接続されていることを特徴とする
マトリックスアレイ基板。