JPH0312638A - マトリックスアレイ基板 - 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】 ［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（ＭｅＩａ
ｌ刊ｎｓｕｌａｔｏｒ−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、パーソナル舎コンピ
ューター、ワードφプロセッサ、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−
金属（ＭＩＭ）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ということができる。第
２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
特開昭５５−１６１２７３号公報に開示され、その改良
技術が特開昭５８−１．７８３２０号公報等に示されて
いる。

（発明が解決しようとする課題） 従来のＭＩＭ素子は通常、特開昭５５−１０１２７３号
公報に記載されているように、ＭＩＭ素子の片側を構成
する金属を配線にも用いている。このため、外部駆動回
路との接続もこの金属配線端部にて行うことになる。こ
の接続は多端子対応として、異方性導電ゴムコネクタ方
式やＴ　Ａ　Ｂ　（Ｔａｐｅ　ＡｕｔｏＩＩａｔｅｄ　
ＢｏｎｄＩｎｇ）式が用いられる。

しかしながら、このような接続方式、更にはＭＩＭアレ
イ基板製造工程のプローバー接触による検査にて、接触
抵抗が増大して印加信号波形の歪みや接触不可の状態が
生じ、表示上好ましくなく、また、検査不能という状態
を生じることがあった。

従って、Ｔａ系金属の配線と外部接続端子の接触抵抗を
低下させることは実用上不可欠である。

そこで、例えば特開昭８３−１９５６８７号公報では、
ＭＩＭ素子の端子構造としてＴａ膜上にＩＴＯ（Ｉｎｄ
ｉｕｍ　Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ）膜を形成した二層構造を
採用した例が記載されている。

しかしながら、この従来例ではＴａ膜表面に成長した酸
化膜をエツチングする工程が追加され、また、この種の
酸化膜をエツチングにより完全に除去することは困難で
ある。従って、この構造においても、Ｔａ系配線と外部
接続端子の接触抵抗は、充分に低下しない場合があった
。

この発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、
製造工程を従来に比べ増加させることなく、配線電極の
接触抵抗を低減することが可能なマトリックスアレイ基
板を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は、基板上に下部金属−絶縁体−上部金属の素
子構造よりなる非線形抵抗素子をアレイ状に配置し、非
線形抵抗素子に表示画素電極を直列に配置し且つ配線電
極により非線形抵抗素子の各行或いは各列方向を接続し
てなるマトリックスアレイ基板についてのものであり、
配線電極の引出端子部分が下部金属を構成する材料から
なる第１層、上部金属を構成する材料で且つチタン（Ｔ
ｉ）、アルミニウム（ＡＩ）及びＣ「から選ばれた少な
くとも一つから蛙る第２層及び表示画素電極を構成する
透明導電膜からなる第３層を順次積層してなる。

（作　用） この発明におけるマトリックスアレイ基板では、従来配
線として用いられていたＴａ等の非線形抵抗素子を形成
する金属の上に、接触抵抗を低下させるような導電体を
積層させた。この導電体には、アレイ基板上の素子を形
成するのに必要な材料と共通なものを選ぶことが可能な
ため、製造工程の増加とはならない。種々の実験の結果
、ＴＡ　Ｂ　（Ｔａｐｅ　Ａｕｔｏａ＋ａｔｅｄ　Ｂｏ
ｎｄｉｎｇ）や異方性導電ゴムコネクターに対しては、
アレイ基板の表示画素を構成するＩＴＯが接触抵抗が低
く、信頼性も高いことがわかった。そこで、Ｔａ上にＩ
ＴＯを形成して電極端子とすればよいことは推測される
が、この構成では、Ｔａ表面に酸化物の層が成長しＩＴ
Ｏとの接触障壁が生じるため、接触抵抗の経時変化が観
ｌ−１された。従って、ＴａとＩＴＯの間にバリアメタ
ルとして、種々の金属を設けることを試みたところ、Ｔ
ｉ、ＡＩ、Ｃｒの薄い層（５０オングストロ一ム以上）
を設けると、このような経時変化を引き起こさないこと
がわかった。このようにして、配線電極の抵抗を下げ且
つ安定化したマトリックスアレイ基板を実現できた。

（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を得るための製造工程を示
す断面図であり、非線形抵抗素子部と引出端子部を表し
ている。同図において、例えばホウ珪酸ガラスからなる
基板１ｏ上に、膜厚０．３μｍのＴａ膜をスパッタリン
グ法により形成する。

次に、このＴａ膜上にレジストを全面塗布した後、マス
クを用いて露光・現像して、レジストパターンを形成す
る。続いて、ケミカルドライエツチング法によりＴａ膜
のエツチングを行うことにより、第１図（ａ）に示すよ
うに、一体化された下部金属１１及び引出端子部分の第
１層１２を得る。ここでは、ＣＦ４と０゜を等全混合し
たプラズマ中でエツチングを行い、パターン周辺（エツ
ジ）部にテーバ形ｉＮか形ｌ戊される。そして、レジス
トパターンを除去した後、下部金属１１を陽極として酸
性電解液（１重量％クエン酸水溶液）中で化成を行い、
このときの電圧を制御することにより、第１図（ｂ）に
示すように、下部金属１１上に絶縁体１３を形成する。

このとき、電解液に対し露出している下部金属１１にお
いては、膜厚０．０２４μｍのＴａが膜厚０．０６μｍ
のＴａ２０５に変化するが、第１層１２は電解液に対し
遮蔽されるため陽極酸化されない。次に、膜厚７５オン
グストロームのＴｉＭとＩｋＩ厚３００オングストロー
ムのＩＴＯ膜を順次、スパッタリング法により形成する
。続いて、このＴｉ膜とＩＴＯ膜上にレジストを全面塗
布した後、マスクを用いて露光・現像して、レジストパ
ターンを形成する。次に、塩酸と水を１対１の割合で混
ぜたＩＴＯＴｉエツチング液ＥＤＴＡ（エチレン・ジア
ミン・テトラ・アセティツクアシド）９ｇ１水４００ｃ
ｃ　、　Ｈ２Ｏ２２１Ｂｃｃ及びＮ　Ｈ、ａ　ＯＨ３０
ａ＋１の割合で混ぜたＴｉエツチング液にて、ＩＴＯ膜
とＴｉ膜のエツチングを順次行うことにより、第１図（
Ｃ）に示すように、上部金属１４、表示画素電極１５及
び引出端子部分の第２層１６及び第３層１７を形成する
。こうして、基板１０上に下部金属１１−絶縁体１３−
上部金属１４の素子構造よりなる非線形抵抗素子１８を
アレイ状に配置し、非線形抵抗素子１８に表示画素電極
１５を直列に配置し且つ引出端子部分が第１層１２、第
２層１６及び第３層１７が順次積層されてなる配ｖＡ電
極１９により非線形抵抗素子１８の各行或いは各列方向
を接続してなる所望のマトリックスアレイ基板が得られ
る。

この実施例では、例えば下部金属１１と第１層１２のエ
ツチング工程において、Ｔａからなる下部金属１１上及
び第１層１２上に酸化膜が成長することがあるが、Ｔｉ
、ＡＩ及びＣｒから選ばれた少なくとも一つの材料から
なる第２層１６がこの酸化膜中に拡散することにより、
引出端子をＴａ膜とＩＴＯ膜の二層構造とする場合に必
要であった上述の酸化膜のエツチング工程が不要になる
とともに、表示画素電極１５を構成する透明導電膜から
なる第３層１７が第１層１２との間で良好な電気的導通
を得ることができる。また、配線電極１９の引出端子部
分の多層構造は、非線形抵抗素子１８の形成と同じ製造
工程で得られるので、特にこのための製造工程が増加さ
せることはなく、特にこの実施例の場合、マトリックス
アレイ基板を得るのに必要なＰＥＰ工程が２回で済む。

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、ストライプ状の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９０＠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。

なお、今までの例では、製造工程を簡略化するために、
上部金属】４と表示画素電極１５を同じ材料を用いて同
一の工程で形成していたが、上部金属１４と表示画素電
極１５の順序で別々の工程で形成してもよい。また、配
線電極１９において第１層１２、第２層１６及び第３層
１７が順次積層された部分は、引出端子部分に限らず全
体的に存在してもよい。

［発明の効果］ この発明は、配線電極の引出端子部分の構造を工夫する
ことにより、特に製造工程を増加させることなく、配線
電極の接続部の接触抵抗の低減化を容易に実現でき、例
えば大規模なマトリックス型液晶表示装置の実用化に非
常に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の製造工程を説明するため
の断面図、第２図は従来のマトリックスアレイ基板の一
画≠；部分の一例を示す断面図である。 １０・・・基板 １１・・・下部金属 １２・・・第１層 １３・・・絶縁体 １４・・・上部金属 １５・・・表示画素電極 １６・・・第２層 １７・・・第３層 １８・・・非線形抵抗素子 １９・・・配線電極 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板上に下部金属−絶縁体−上部金属の素子構造よりな
   る非線形抵抗素子をアレイ状に配置し、前記非線形抵抗
   素子に表示画素電極を直列に配置し且つ配線電極により
   前記非線形抵抗素子の各行或いは各列方向を接続してな
   るマトリックスアレイ基板において、前記配線電極の引
   出端子部分が前記下部金属を構成する材料からなる第１
   層、前記上部金属を構成する材料で且つチタン、アルミ
   ニウム及びクロムから選ばれた少なくとも一つからなる
   第２層及び前記表示画素電極を構成する透明導電膜から
   なる第３層を順次積層してなることを特徴とするマトリ
   ックスアレイ基板。