JPH0354526A - Active matrix type liquid crystal display device - Google Patents

Active matrix type liquid crystal display device

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JPH0354526A
JPH0354526A JP2095572A JP9557290A JPH0354526A JP H0354526 A JPH0354526 A JP H0354526A JP 2095572 A JP2095572 A JP 2095572A JP 9557290 A JP9557290 A JP 9557290A JP H0354526 A JPH0354526 A JP H0354526A
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Abstract

PURPOSE:To enhance the degree of freedom in device design and to substantially prevent mechanical damages and to decrease pinholes by an increase in film thickness by using a hard carbon film for the insulating film of MIM elements which are nonlinear resistance elements. CONSTITUTION:A conductor 2 in common use as a bus line and a conductor thin film to constitute auxiliary electrodes 4 are formed on an insulating substrate 1 formed with conductors 3 to constitute picture element electrodes and are patterned to prescribed patterns by wet or dry etching to form the conductors 2 and the auxiliary electrodes 4. After the hard carbon film 5 is coated thereon, the film is patterned to the prescribed patterns by a lift off method to form the insulating film, by which the MIM (metal-insulating film- metal) elements are obtd. The auxiliary electrodes 4 improve the joining characteristic of the conductors 3 and the hard carbon films 5.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は非線形抵抗素子としてMIM (金属−絶縁膜
一金属)素子を用いた、OA用、TV用等の高容量フラ
ットパネルディスプレーに応用町能なアクティブマトリ
ックス型液品表示装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Field of Application] The present invention is applicable to high-capacity flat panel displays for OA, TV, etc., using MIM (metal-insulating film-metal) elements as nonlinear resistance elements. The present invention relates to an active matrix liquid display device capable of displaying liquids.

〔従来技術〕[Prior art]

アクティブマ1・リックス型液晶表示装置は一般に液晶
層を支持する2枚の絶縁基板の少くとも一方の基板の各
画素に非線形抵抗素子を直列に接続したもので、非線形
抵抗素子としてはMIM素子が多く使用されている. 従来,MIM素子としてはガラス板のような絶縁基板上
に下部電極としてTa,AQ,Ti等の金属電極を設け
、その上に前記金属の酸化物,又はSiOx,SjNx
等からなる紛縁膜を設け,更にその上に上部電極として
AQ,Cr等の金!it電極を設けたものが知られてい
る。
An active matrix liquid crystal display device generally has a nonlinear resistance element connected in series to each pixel on at least one of two insulating substrates that support a liquid crystal layer, and an MIM element is used as the nonlinear resistance element. It is used a lot. Conventionally, as a MIM element, a metal electrode such as Ta, AQ, Ti, etc. is provided as a lower electrode on an insulating substrate such as a glass plate, and an oxide of the metal, SiOx, SjNx, etc. is provided on the lower electrode.
A layer of gold such as AQ, Cr, etc. is provided on top of it as an upper electrode. A device equipped with an IT electrode is known.

しかし絶縁膜に金属酸化物を用いたMIM素子(特開昭
57−19658!)号,同61−232689号、同
62−62333号等)の場合、純縁膜は下部金gc電
極の陽極酸化又は熱酸化により形成するため、工程が複
雑であり、しかも高温熱処理を必要とし(陽極酸化法で
も不純物の除去等を確実にするため、高温熱処理が必要
)、また膜制御性(膜質及び膜厚の均一性及び再現性)
に劣る上、基板が耐熱材料に限られること、及びMA縁
膜は物性が一定な金JHM化物からなることがら、デバ
イスの材料やデバイス特性を自由に変えることができず
、設計上の自由度が狭いという欠点がある。これはMI
M素子を組込んだ装置、例えば液晶表示装置等からの仕
様を十分に満たすデバイスを設計,作製することが不可
能であることを意味する。またこのように膜制御性が悪
いと、素子特性としてのfti流(I)電圧(V)特性
、特にI−V特性やI−V特性の対称性(プラスバイア
ス時とマイナスバイアス時との電流比I −/ I +
)のバラッキが大きくなるという問題も生じる.その他
.MIM素子を液晶表示装置(LCD)用として使用す
る場合、液晶部容量/MIM容量比は10以上が必要な
ので.MIM容量は小さい方が望ましいが、金属酸化物
膜の場合は誘電率が大きいことから、素子容量も大きく
なり、このため素子容量、従って素子面積を小さくする
ための微細加工を必要とする,またこの場合,液晶材料
封入時のラビング工程等で絶縁膜が機械的損傷を受ける
ことにより,微細加工とも相まって歩留り低下を来たす
という問題もある。
However, in the case of MIM elements that use metal oxide as the insulating film (Japanese Patent Application Laid-open Nos. 57-19658, 61-232689, 62-62333, etc.), the pure edge film is anodized by anodization of the lower gold GC electrode. Or, since it is formed by thermal oxidation, the process is complicated and requires high-temperature heat treatment (high-temperature heat treatment is also required to ensure the removal of impurities in anodizing), and film controllability (film quality and film thickness). uniformity and reproducibility)
In addition, the substrate is limited to heat-resistant materials, and the MA film is made of gold JHM compound with constant physical properties, so device materials and device characteristics cannot be freely changed, resulting in a limited degree of freedom in design. The disadvantage is that it is narrow. This is MI
This means that it is impossible to design and manufacture a device incorporating the M element, such as a liquid crystal display device, that fully satisfies the specifications. In addition, if film controllability is poor like this, fti current (I) voltage (V) characteristics as element characteristics, especially symmetry of IV characteristics and IV characteristics (current at positive bias and negative bias Ratio I − / I +
) will also cause the problem of increased variation. others. When using an MIM element for a liquid crystal display (LCD), the liquid crystal capacitance/MIM capacitance ratio needs to be 10 or more. Although it is desirable for MIM capacitance to be small, metal oxide films have a large dielectric constant, so the element capacitance also increases, which requires microfabrication to reduce the element capacitance and therefore the element area. In this case, there is also the problem that the insulating film is mechanically damaged during the rubbing process or the like during the filling of the liquid crystal material, resulting in a decrease in yield in combination with microfabrication.

一方、絶縁膜にS joxやSiNxを用いたMIM素
子(特開昭61−275819号)の場合,絶縁膜はI
rI造上の問題は特になく、プラズマCVDf5.スパ
ッタ法等の気相法で成膜するが、基板温度が通常300
℃程度必要であるため、低コスト基板は使用できず,ま
た大面積化の際、基板温度分布のため膜厚、膜質が不均
一になり易いという欠点がある。またこの絶縁膜は物性
が大きく変化する非品質材料からなるが、光劣化や光導
電(光による抵抗変化)の問題があるので、やはりデバ
イスの特性設計上の自由度は狭くなる。
On the other hand, in the case of an MIM element (Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-275819) using Sjox or SiNx for the insulating film, the insulating film is
There are no particular problems with rI construction, and plasma CVD f5. The film is formed using a vapor phase method such as sputtering, but the substrate temperature is usually 300°C.
Since a temperature of about .degree. C. is required, a low-cost substrate cannot be used, and when the area is increased, the film thickness and film quality tend to become non-uniform due to the substrate temperature distribution. Furthermore, although this insulating film is made of a non-quality material whose physical properties vary greatly, there are problems with photodegradation and photoconductivity (resistance changes due to light), so the degree of freedom in designing device characteristics is still limited.

また一般のMIM素子はサンドインチ型なので、特にS
iNx,SiOx等、気相法による絶縁膜の場合はピン
ホールやボイドの発生が多く、このような素子欠陥によ
り量産時の歩留りが低下する。更にサンドインチ型の場
合、素子特性は絶縁膜の厚さに非常に敏感なので、均一
な特性を得るためには膜厚のコントロールを厳しく行な
う必要があり、生産技術上、困難な問題を内在している
In addition, since general MIM elements are of the sandwich type,
In the case of insulating films formed by vapor phase methods such as iNx and SiOx, pinholes and voids are often generated, and such element defects reduce the yield during mass production. Furthermore, in the case of the sandwich type, the device characteristics are very sensitive to the thickness of the insulating film, so in order to obtain uniform characteristics, it is necessary to strictly control the film thickness, which poses difficult problems in terms of production technology. ing.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上述の問題点を解決すべく,本発明者等の鋭意研究の結
果,アクティブマトリックス型液晶表示装置において,
非線形抵抗素子として、硬質炭素膜の絶縁膜と電極とを
絶縁基板に対してコプレナー型構造に配置して成るMI
M素子を用いることによって,サンドインチ型構造に比
べてマスク数が低下しコストの低減が可能となり量産に
適した安価な、且つ素子中にビンホールが発生しても、
またボイドが混入してもその影響を受け難く、絶縁破壊
によるショートの発生がほとんどないアクティブマトリ
ックス型液晶表示装置を提供することである。
In order to solve the above-mentioned problems, as a result of intensive research by the present inventors, in an active matrix type liquid crystal display device,
As a nonlinear resistance element, an MI is formed by arranging an insulating film of hard carbon film and an electrode in a coplanar structure on an insulating substrate.
By using the M element, the number of masks is reduced compared to the sandwich-inch structure, making it possible to reduce costs, making it inexpensive and suitable for mass production, and even if a bottle hole occurs in the element.
Another object of the present invention is to provide an active matrix type liquid crystal display device that is hardly affected by the inclusion of voids and is almost free from short circuits due to dielectric breakdown.

〔発明の構成・動作〕[Structure and operation of the invention]

本発明の液晶表示装置は液晶層を支持する2枚の絶縁基
板の少くとも一方の基板の各画素に非線形抵抗素子を直
列に接続してなるアクティブマトリックス型液晶表示装
置において,前記非線形抵抗素子はバスライン電極とし
ての第一導体と画素電極としての第二導体との間に形成
された硬質炭素膜からなるコプレナー型構造であること
を特徴とするものである。
The liquid crystal display device of the present invention is an active matrix type liquid crystal display device in which a nonlinear resistance element is connected in series to each pixel of at least one of two insulating substrates supporting a liquid crystal layer, wherein the nonlinear resistance element is It is characterized by a coplanar structure consisting of a hard carbon film formed between a first conductor as a bus line electrode and a second conductor as a pixel electrode.

このように本発明の液晶表示装置は非線形抵抗素子とし
て絶縁膜が硬質炭素膜からなるMIM素子を用い、且つ
これをコプレナー型構造としたものである。
As described above, the liquid crystal display device of the present invention uses an MIM element whose insulating film is a hard carbon film as a nonlinear resistance element, and has a coplanar structure.

本発明のMIM素子に使用される絶縁膜は炭素原子及び
水素原子を主要な組織形戊元素として非品質及び微結晶
質の少なくとも一方を含む硬質炭素膜(i−C膜、ダイ
ヤモンド状炭素膜,アモルファスダイヤモンド膜、ダイ
ヤモンド薄膜とも呼ばれる.)からなっている。硬質炭
素膜の一つの特徴は気相成長膜であるため,後述するよ
うにその諸物性が成膜条件によって広範囲に制御できる
ことにある。従ってMl膜といってもその抵抗値は単純
縁体から絶縁体領域までをカバーしており、この意味で
は本発明のMIM素子は特開昭61−275819号で
示されるMSr素子(Metal− S eLli− 
1 nsulator)としても位置付けられるもので
ある。
The insulating film used in the MIM device of the present invention is a hard carbon film (i-C film, diamond-like carbon film, (Also called amorphous diamond film or diamond thin film.) One of the characteristics of hard carbon films is that, because they are vapor-grown films, their physical properties can be controlled over a wide range by changing the film-forming conditions, as will be described later. Therefore, even though it is called an Ml film, its resistance value covers the range from a simple edge to an insulator region.In this sense, the MIM device of the present invention is similar to the MSr device (Metal-S eLli-
1 nsulator).

このような硬質炭素膜を形成するためには有機化合物ガ
ス,特に炭化水素ガスが用いられる。
In order to form such a hard carbon film, an organic compound gas, particularly a hydrocarbon gas, is used.

この原料における相状態は常温常圧において必ずしも気
相である必要はなく,加熱或は減圧等により溶融、蒸発
、昇華等を経て気化し得るものであれば,液相でも固相
でも使用可能である。
The phase state of this raw material does not necessarily have to be a gas phase at room temperature and normal pressure; it can be used in either a liquid or solid phase as long as it can be vaporized through melting, evaporation, sublimation, etc. by heating or reduced pressure. be.

原料ガスとしての炭化水素ガスについては,例えばCH
4 r CzHs + C3H8 r C<Lo等のパ
ラフィン系炭化水素、C, H,等のアセチレン系炭化
水素、オレフィン系炭化水素、ジオレフィン系炭化水素
、さらには芳香族炭化水素などすべての炭化水素を含む
ガスが使用できる。
Regarding hydrocarbon gas as a raw material gas, for example, CH
4 r CzHs + C3H8 r All hydrocarbons such as paraffinic hydrocarbons such as C<Lo, acetylenic hydrocarbons such as C, H, olefinic hydrocarbons, diolefinic hydrocarbons, and even aromatic hydrocarbons. Containing gases can be used.

さらに、炭化水素以外でも,例えば、アルコール類、ケ
トン類,エーテル類、エステル類、co.co.等の炭
素元素を含む化合物であれば使用できる。
Furthermore, other than hydrocarbons, for example, alcohols, ketones, ethers, esters, co. co. Any compound containing the carbon element can be used.

本発明における原料ガスからの硬質炭素膜の形成方戚と
しては、成膜活性種が、直流、低周波,高周波,或いは
マイクロ波等を用いたプラズマ法により生成されるプラ
ズマ状態を経て形成される方法が好ましいが、大面積化
,均一性向上、低温成膜の目的で、低圧下で堆積を行な
うため,磁界効果を利用する方法がさらに好ましい。
In the method of forming a hard carbon film from a raw material gas in the present invention, active species for film formation are formed through a plasma state generated by a plasma method using direct current, low frequency, high frequency, microwave, etc. However, since deposition is performed under low pressure for the purpose of increasing the area, improving uniformity, and forming a film at a low temperature, a method using a magnetic field effect is more preferred.

またこの活性種は高温熱分解によっても形成できる。そ
の他にも,イオン化蒸着法,あるいはイオンビーム蒸着
法等により生成されるイオン状態を経て形成されてもよ
いし、真空蒸着法、あるいはスパッタリング法等により
生或される中性粒子から形成されてもよいし、さらには
,これらの組み合せにより形成されてもよい。
This active species can also be formed by high temperature pyrolysis. In addition, it may be formed through an ionic state generated by an ionization vapor deposition method, an ion beam vapor deposition method, etc., or it may be formed from neutral particles produced by a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, etc. It may also be formed by a combination of these.

こうして作製される硬質炭素膜の堆積条件の一例はプラ
ズマCVD法の場合、概ね次の通りである。
An example of the deposition conditions for the hard carbon film produced in this manner is approximately as follows in the case of plasma CVD method.

RF出力: 0.1 〜5011/(!+1圧   力
: 1.0”’〜lOTorr堆積温度:室温〜950
’C このプラズマ状態により原料ガスがラジカルとイオンと
に分解され反応することによって,基板上に炭素原子C
と水素原子Hとからなるアモルファス(非品質)及び微
結晶質(結晶の大きさは数10A〜数ハ)の少くとも一
方を含む硬質炭素膜が堆積する。なお硬質炭素膜の諸特
性を表−1に示す. 表−1 注)測定法; 比抵抗(ρ):コプレナー型セルによるI−V特性より
求める。
RF output: 0.1~5011/(!+1) Pressure: 1.0''~lOTorr Deposition temperature: Room temperature~950
'C Due to this plasma state, the source gas is decomposed into radicals and ions and reacts, causing carbon atoms to form on the substrate.
A hard carbon film containing at least one of amorphous (non-quality) and microcrystalline (crystal size is several 10A to several centimeters) is deposited. Table 1 shows the properties of the hard carbon film. Table 1 Note) Measurement method; Specific resistance (ρ): Determined from the IV characteristics of a coplanar cell.

光学的バンドギャップ(EgopL):分光特性から吸
収係数(α)を求め, (αhν)”’ =B (hヤーEgopt)の関係よ
りθξ定する。
Optical bandgap (EgopL): Obtain the absorption coefficient (α) from the spectral characteristics, and determine θξ from the relationship (αhν)"' = B (hYEgopt).

膜中水素量(cJ:赤外吸収スペクトルから、2900
cn−1付近のピークを積分し、吸収断面積Aを掛けて
求める。
The amount of hydrogen in the film (cJ: from the infrared absorption spectrum, 2900
It is determined by integrating the peak near cn-1 and multiplying it by the absorption cross section A.

すなわちCM=A− / V S P’ / S P”比:赤外吸収スヘクトルを、s
p’ ,sp” ニソれぞれ帰属されるガウス関数に分
解し、その面積比より求める。
That is, CM=A-/VSP'/SP'' ratio: the infrared absorption spectrum is s
It is decomposed into Gaussian functions assigned to p' and sp'', respectively, and determined from the area ratio thereof.

ビッカース硬度(H)二マイクロビッヵース計による。Vickers hardness (H) by two micro Vickers meter.

屈折率(n):エリプソメーターによる。Refractive index (n): by ellipsometer.

欠陥密度:ESRによる。Defect density: Based on ESR.

こうして形成される硬質炭素膜はIR吸収法及びラマン
分光法による分析の結果、夫々、第6図及び第7図に示
すように炭素原子にsP3の混成軌道とSP2の混成軌
道とを形成した涼子間結合が混在していることが明らか
になっている。SP3結合とSP”結合との比率は.I
Rスペクトルをピーク分離することで概ね推定できる。
As a result of analysis by IR absorption method and Raman spectroscopy, the hard carbon film thus formed showed that the carbon atoms had sP3 hybrid orbitals and SP2 hybrid orbitals as shown in FIGS. 6 and 7, respectively. It is clear that there is a mixture of inter-connections. The ratio of SP3 bond to SP” bond is .I
It can be roughly estimated by peak-separating the R spectrum.

IRスペクトルには, 2800〜3150■−1に多
くのモードのスペクトルが重なって測定されるが,夫々
の波数に対応するピークの帰属は明らかになっており,
第8図のようにガウス分布によってピーク分離を行ない
、夫々のピーク面積を算出し,その比率を求めればS 
P’/S P2を知ることができる. また,X1iA及び電子線回折分析によればアモルファ
ス状態(a−C : H).及び/又は約50人〜5μ
m程度の微結晶粒を含むアモルファス状態にあることが
判っている. 一般に量産に適しているプラズマCVD法の場合にはR
F出力が小さいほど膜の比抵抗値および硬度が増加し、
低圧力なほど活性種の寿命が増加するために基板温度の
低温化,大面積での均一化が図れ、且つ比抵抗及び硬度
が増加する傾向にある。更に,低圧力ではプラズマ密度
が減少するため、磁場閉じ込め効果を利用する方法は比
抵抗の増加により効果的である。
In the IR spectrum, the spectra of many modes overlap between 2800 and 3150■-1, but the attribution of the peak corresponding to each wave number has been clarified.
As shown in Figure 8, if you perform peak separation using a Gaussian distribution, calculate the area of each peak, and find the ratio, S
P'/S P2 can be known. Also, according to X1iA and electron diffraction analysis, it is in an amorphous state (a-C:H). and/or about 50 people ~ 5μ
It is known that it is in an amorphous state containing microcrystalline grains of about 1.0 m in size. In the case of plasma CVD method, which is generally suitable for mass production, R
The smaller the F output, the more the specific resistance value and hardness of the membrane increase,
The lower the pressure, the longer the life of the active species, the lower the temperature of the substrate, the more uniform it can be over a large area, and the more specific resistance and hardness tend to increase. Furthermore, since the plasma density decreases at low pressures, methods using magnetic field confinement effects are more effective in increasing resistivity.

さらに、この方法は常温〜150℃程度の比較的低い温
度条件でも同様に良質の硬質炭素膜を形成できるという
特徴を有しているため、MUM素子製造プロセスの低温
化には最適である。
Furthermore, this method has the characteristic that a high-quality hard carbon film can be formed even under relatively low temperature conditions of about room temperature to 150° C., so it is optimal for lowering the temperature of the MUM element manufacturing process.

従って,使用する基板材料の選択自由度が広がり、基板
温度をコントロールし易くするために大面積に均一な膜
が得られるという特徴をもっている。また硬質炭素膜の
製造、物性は表−1に示したように、広範囲に制御可能
であるため、デバイス特性を自由に設計できる利点もあ
る3さらには膜の誘電率も2〜6と従来のMIM素子に
使用されていたTa20,, AQ,0,, SjNx
と比較して小さいため、同じ電気容量を持った素子を作
る場合、素子サイズが大きくてすむので,それほど微細
加工を必要とせず,歩留りが向上する(邸動条件の関係
からLCDとMIM素子の容量比はC [.CD/ C
MIM= 10/ 1程度必要である。)。
Therefore, the degree of freedom in selecting the substrate material to be used is increased, and a uniform film can be obtained over a large area in order to easily control the substrate temperature. In addition, as shown in Table 1, the production and physical properties of hard carbon films can be controlled over a wide range, so there is an advantage that device characteristics can be designed freely.3 Furthermore, the dielectric constant of the film is between 2 and 6, compared to conventional Ta20,, AQ,0,, SjNx used in MIM elements
Since the device size is smaller compared to that of the LCD, when manufacturing an element with the same capacitance, the element size only needs to be larger, so there is no need for much fine processing and the yield is improved (Due to the operating conditions, the difference between LCD and MIM elements is The capacity ratio is C [.CD/C
Approximately MIM=10/1 is required. ).

さらに膜の硬度が高いため,液晶材料封入時のラビング
工程による損傷が少なく,この点からも歩留りが向上す
る.以上の点から硬質炭素膜を使用することで、低コス
ト,階調性(カラー化)、高密度LCD等が実現できる
Furthermore, because the film is highly hard, there is less damage caused by the rubbing process when filling the liquid crystal material, which also improves yield. From the above points, by using a hard carbon film, low cost, gradation (colorization), high density LCD, etc. can be realized.

以上のような硬質炭素膜には必要に応じて抵抗値の制御
、あるいは膜の安定性、耐熱性の向上、さらに硬度の向
上のために、不純物として周期律表第■族元素,同第■
族元素,同第■族元素,アルカリ金属元素,アルカリ土
類金属元素,窒素原子、酸素原子、カルコゲン系元素又
はハロゲン原子をドープ含有させることができる。この
第3戒分のドープにより素子の安定性及びデバイス設計
の自由度はいっそう増大する。
In order to control the resistance value, improve film stability, heat resistance, and improve hardness, the hard carbon film as described above may contain impurities such as elements from group Ⅰ of the periodic table and group ① of the periodic table.
It is possible to dope a group element, a group Ⅰ element, an alkali metal element, an alkaline earth metal element, a nitrogen atom, an oxygen atom, a chalcogen element, or a halogen atom. This third commandment of doping further increases the stability of the element and the degree of freedom in device design.

特にコプレナー型MIM素子においては,液晶翻動に適
する素子特性から、硬質炭素膜の膜厚、W/L比(W:
素子部間隙の巾、L:前記間隙の長さ)及び比抵抗の適
正範囲が決まるが、膜剥離の点から膜厚は1μ鳳以下,
画素の一辺の長さとフォトリソグラフィの精度からW/
L比はl/100以上が作製上有利である。この時駆動
条件から比抵抗の適正範囲は104〜10’Ω・■とな
る。ノンドープの硬質炭素膜の比抵抗は10’〜10”
Ω・国であり、これに■族、V族、アルカリ金属、アル
カリ士類金属,N又はO元素を適当量ドープすることに
より上記範囲の比抵抗とすることが可能である。
In particular, in coplanar MIM devices, the film thickness of the hard carbon film and the W/L ratio (W:
The width of the gap between the element parts (L: the length of the gap) and the appropriate range of specific resistance are determined, but from the viewpoint of film peeling, the film thickness should be 1μ or less,
From the length of one side of the pixel and the accuracy of photolithography, W/
It is advantageous for the L ratio to be 1/100 or more in terms of manufacturing. At this time, the appropriate range of specific resistance is 104 to 10'Ω·■ based on the driving conditions. The specific resistance of non-doped hard carbon film is 10'~10''
It is possible to obtain a specific resistance within the above range by doping an appropriate amount of a Group Ⅰ, Group V, alkali metal, alkali metal, N or O element.

本発明において、硬質炭素膜中に構或元素の1つとして
含まれている水素原子の量は、全構或元素に対して10
〜50atom%、好ましくは20〜45atom%で
ある。
In the present invention, the amount of hydrogen atoms contained as one of the constituent elements in the hard carbon film is 10% of the total constituent elements.
~50 atom%, preferably 20-45 atom%.

また、本発明において、硬質炭素膜中に構成元素のlつ
として含まれている炭素原子の量は,全構成元素に対し
て50〜90atom%,好ましくは55〜80ato
m%である。
Further, in the present invention, the amount of carbon atoms contained as one of the constituent elements in the hard carbon film is 50 to 90 atom%, preferably 55 to 80 atom% of the total constituent elements.
m%.

周期律表第■族元素としては、B H A Q ,Ga
,及びInが挙げられ5且つ本発明において,硬質炭素
膜中に構成原子の1つとして含まれている周期律表第■
族元素の量は,全構或元素に対して5atom%以内、
好ましくは0.001− 3 atom%であることが
好ましい。
Group II elements of the periodic table include B H A Q , Ga
, and In are mentioned.
The amount of group elements is within 5 atom% of the total structural elements,
It is preferably 0.001-3 atom%.

周期律表第■族元素としては、Si,Ge及びSnが挙
げられ、且つ第■族元素の量は、全構或原子に対して2
0ato+i%以内、好ましくは0.01〜17ato
m%である。
Examples of Group Ⅰ elements of the periodic table include Si, Ge, and Sn, and the amount of Group Ⅰ elements is 2% to the total structure or atoms.
Within 0ato+i%, preferably 0.01 to 17ato
m%.

周期律表第■族元素としては、P,As及びsbが挙げ
られ、且つ第■族元素の量は,全構成原子に対して5a
t.om%以内,好ましくは0.001〜3 atom
%である〇 アルカリ金属元素としては、Li,Na及びKが挙げら
れ、且つアルカリ金属元素の量は、全構或原子に対して
5 atoi+%以内、好ましくは0.001〜3 a
tom%である。
Group Ⅰ elements of the periodic table include P, As, and sb, and the amount of group Ⅰ elements is 5a based on all constituent atoms.
t. Within om%, preferably 0.001 to 3 atoms
%〇 Alkali metal elements include Li, Na, and K, and the amount of the alkali metal elements is within 5 atoi+%, preferably 0.001 to 3 a to the total structure or atoms.
tom%.

アルカリ土類金属元素としては、Ca及びMgが挙げら
れ,アルカリ士類金Hl原子の量は、全構成原子に対し
て5atom%以内、好ましくは0.001〜3 at
om%である。
Examples of alkaline earth metal elements include Ca and Mg, and the amount of alkali earth metal Hl atoms is within 5 atom%, preferably 0.001 to 3 at.
om%.

窒素原子の量は、全構或原子に対して5 atom%以
内,好ましくは0.001〜3 atom%である。
The amount of nitrogen atoms is within 5 atom%, preferably 0.001 to 3 atom%, based on the total atoms in the structure.

酸素原子の量は、全構成原子に対して5 ato■%以
内、好ましくは0.001〜3 atom%である。
The amount of oxygen atoms is within 5 atom%, preferably 0.001 to 3 atom%, based on all the constituent atoms.

カルコゲン元素としては.S,Se及びTeが挙げられ
、且つカルコゲン元素の量は、全構或原子に対して、2
0atoI1%以内,好ましくは0.Ol〜17ato
m%である。
As a chalcogen element. S, Se, and Te are mentioned, and the amount of chalcogen element is 2 for the total structure or atoms.
0atoI within 1%, preferably 0. Ol~17ato
m%.

ハロゲン元素としては、F,CQ,Br及び工が挙げら
れ、且つハロゲン元素の量は,全構成原子に対して、3
5atom%以内,好ましくは0.1〜35atom%
が好ましい。
Examples of the halogen element include F, CQ, Br, and Br, and the amount of the halogen element is 3% relative to all constituent atoms.
Within 5 atom%, preferably 0.1 to 35 atom%
is preferred.

尚,前述の元素又は原子の量は元素分析の゛メ;ク法,
例えばオージェ分析によって測定することが出来る。ま
たこれら元素又は原子の量は元素分析の常法,例えばオ
ージエ分析によって測定することができる。この量は原
料ガスに含まれる他の化合物の量や成膜条件等で調節可
能である。
The amounts of the above-mentioned elements or atoms are determined by the method of elemental analysis,
For example, it can be measured by Auger analysis. Further, the amounts of these elements or atoms can be measured by conventional methods of elemental analysis, such as Auger analysis. This amount can be adjusted by adjusting the amount of other compounds contained in the source gas, film forming conditions, etc.

本発明のMIM素子は絶縁膜が以上のような硬質炭素膜
からなり絶縁基板に対してコプレナー型構造を有するも
のである。以下にこのコプレナー型MIM素子の実施例
を従来のサンドイッチ型MIM素子と比較して説明する
In the MIM element of the present invention, the insulating film is made of the hard carbon film as described above and has a coplanar structure with respect to the insulating substrate. Examples of this coplanar type MIM element will be described below in comparison with a conventional sandwich type MIM element.

第5図は従来のサンドイッチ型MIM素子の楕或を示し
ている。バスライン@極となる第一導体2の上に、陽極
酸化で形成される酸化膜(Ta,O,, AQ,0,等
)あるいは、気相法で戒膜される。SiNx, SiO
x等の絶縁膜6が被覆されており、さらにその上に画素
電極となる第二導体3が積層された形となっている。ス
イッチング素子として機能するのは、第一導体2一純縁
膜6一第二導体3の積層部分である.絶縁膜6の膜厚は
通常数100〜数1000人程度であり,′u動電圧は
20V前後なので、膜にかかる電界強度は10’V/e
ll以上と高く、li!膜6にボイド、ピンホール等が
存在すれば,直ちに破壊されることになる.また第一導
体2中あるいは表面にダスト、異物等があれば,絶縁膜
にビンホールができ,その結果第二導体3を積層した時
点でショー1へし易くなる. 第1図〜第4図は、本発明のMIM素子の実施例である
.第1図で示すように,まず画素電極となる第二導体3
が形或された絶縁基板1上に、バスラインを兼ねる第〜
導体2及び補助電極4となる導体a膜を蒸着,スパ゛ソ
タリング等の方法で形或し、ウェット又はトライエッチ
ングにより所定のパターンにパターニングして第一導体
2と補助電極4を形或する。その上に、プラズマCVD
法,イオンビーム法等により硬質炭素膜5を被覆後、ド
ライエノチング、ウエットエッチング又はレジストを用
いるリフトオフ法により所定のパターンにパターニング
して絶縁膜とすればMIM素子が完或する。
FIG. 5 shows an ellipse of a conventional sandwich type MIM element. An oxide film (Ta, O, AQ, 0, etc.) formed by anodic oxidation or a vapor phase film is formed on the first conductor 2, which becomes the bus line@pole. SiNx, SiO
It is covered with an insulating film 6 such as x, and a second conductor 3 serving as a pixel electrode is further laminated thereon. It is the laminated portion of the first conductor 2, the pure film 6, and the second conductor 3 that functions as a switching element. The thickness of the insulating film 6 is usually about several hundred to several thousand, and the dynamic voltage is around 20V, so the electric field strength applied to the film is 10V/e.
Higher than ll, li! If there are voids, pinholes, etc. in the membrane 6, it will be destroyed immediately. Further, if there is dust, foreign matter, etc. in or on the surface of the first conductor 2, a hole will be formed in the insulating film, and as a result, the second conductor 3 will be easily exposed to the show 1 when it is laminated. 1 to 4 show examples of the MIM device of the present invention. As shown in Figure 1, first the second conductor 3 which becomes the pixel electrode
are formed on the insulating substrate 1, which also serves as a bus line.
The first conductor 2 and the auxiliary electrode 4 are formed by forming the conductor a film, which will become the conductor 2 and the auxiliary electrode 4, by a method such as vapor deposition or sputtering, or by patterning it into a predetermined pattern by wet or tri-etching. On top of that, plasma CVD
After covering the hard carbon film 5 by a method such as a method, an ion beam method, or the like, the insulating film is patterned into a predetermined pattern by dry etching, wet etching, or a lift-off method using a resist, thereby completing the MIM element.

補助電極4は第二導体3と硬質炭素膜5との接合特性を
改善するもので、必要に応じて挿入する。また、第一導
体2及び第二導体3の形状(第一導体と第二導体との間
隙の形状といってもよい)、並びに硬質炭素膜のパター
ンには多くの構成が可能である。これらの構成を示した
のが第2図(a)〜(d)の平面図である。なお第2図
(a)は第1図の斜視図に対応している。第2図(b)
は、硬質炭素膜5が縦に連続した形のものであり、硬質
炭素膜の比抵抗値が大きければ隣接ビットとの干渉はな
く、この形状でも差支えない。第2図(c)は,素子部
の間隙だけを狭くして、第一導体2と第二導体3のパタ
ーン不良によるショートを少なくできる形状である。
The auxiliary electrode 4 improves the bonding characteristics between the second conductor 3 and the hard carbon film 5, and is inserted as necessary. Furthermore, many configurations are possible for the shapes of the first conductor 2 and the second conductor 3 (which can also be called the shape of the gap between the first conductor and the second conductor) and the pattern of the hard carbon film. These structures are shown in plan views in FIGS. 2(a) to 2(d). Note that FIG. 2(a) corresponds to the perspective view of FIG. 1. Figure 2(b)
The hard carbon film 5 is vertically continuous, and if the hard carbon film has a large resistivity value, there will be no interference with adjacent bits, and this shape is acceptable. FIG. 2(c) shows a shape in which only the gap between the element parts is narrowed to reduce short circuits due to pattern defects between the first conductor 2 and the second conductor 3.

第2図(d)は第一導体2と第二導体3がインターデジ
タル形状となったもので、硬質炭素膜の比抵抗値が非常
に大きく,素子抵抗を適正範囲にするためW/L比(W
:素子部間隙の巾、L:靜記間隙の長さ)(第2図(a
)参照}を小さくできるようにしたものである。このよ
うに,素子形成に関しては硬質炭素膜の比抵抗に応じて
、各種のものが可能であり、以上の実施例に限られるも
のではない.第3図は硬質炭素膜5の上に第一導体2及
び第二導体3を形成したもので、この形状であれば、硬
質炭素膜5の比抵抗値が適当であれば、硬質炭素膜5は
パターニングしなくても何ら差支えない。むしろ,マス
ク数が減少する意味では望ましい形状である。
In Fig. 2(d), the first conductor 2 and the second conductor 3 have an interdigital shape, and the specific resistance value of the hard carbon film is very large, so in order to keep the element resistance within the appropriate range, the W/L ratio is (W
: Width of element gap, L: Length of silent gap) (Figure 2 (a)
)Reference} can be made smaller. As described above, various types of element formation are possible depending on the specific resistance of the hard carbon film, and are not limited to the above embodiments. In FIG. 3, the first conductor 2 and the second conductor 3 are formed on the hard carbon film 5. With this shape, if the specific resistance value of the hard carbon film 5 is appropriate, the hard carbon film 5 There is no problem even if patterning is not performed. Rather, it is a desirable shape in the sense that it reduces the number of masks.

次に第4図は、第一導体2の上に硬質炭素膜5を堆積し
、ついで第一導体2の段差部(側面)に隣接する形で第
二導体3を形成したものであり,こうすることで第一導
体と第二導体間のショートを皆無とし且つ、その間隙を
最小(硬質炭素膜の膜厚分まで)にできる。またこの図
では硬質炭素膜はパターニングしてあるが、特にその必
要はない. 次に本発明で使用される材料について更に詳しく説明す
る。
Next, in FIG. 4, a hard carbon film 5 is deposited on the first conductor 2, and then a second conductor 3 is formed adjacent to the stepped portion (side surface) of the first conductor 2. By doing so, there is no short circuit between the first conductor and the second conductor, and the gap therebetween can be minimized (up to the thickness of the hard carbon film). Also, although the hard carbon film is patterned in this figure, there is no particular need to do so. Next, the materials used in the present invention will be explained in more detail.

まず、絶縁基板1としては、ガラス板.プラスチック板
又はフレキシブルなプラスチックフィルム等が使用され
る。バスライン電極となる第一導体2、必要に応じて設
けられる補助電極4の材料としてはAQ,Ni,Cr,
Pt,Ag,Au,Cu,Mo,Ta,W等の金属及び
透明導電体等、種々の4電体が使用されるが,第1図及
び第4図のように硬質炭素膜の下層になる場合は素子特
性及び硬質炭素膜の密着力との関係からA Q , C
r, Ni,及びCuが好ましい。また第3図のように
硬質炭素膜の上部に来る場合には、特性劣化防止及び安
定性の観点から. Ni,Pt,Ag及びAuが好まし
い。画素電極となる第二導体3は透明であることが望ま
し<,ITO,SnO2, ZnO等、透明導電体が使
用される。ここで第一導体2及び第二導体の厚さは通常
,夫々、数100〜数l000入の範囲が適当である。
First, the insulating substrate 1 is a glass plate. A plastic plate or flexible plastic film is used. The materials of the first conductor 2, which becomes the bus line electrode, and the auxiliary electrode 4, which is provided as necessary, include AQ, Ni, Cr,
Various 4-electric materials are used, such as metals such as Pt, Ag, Au, Cu, Mo, Ta, and W, and transparent conductors, but these become the lower layer of the hard carbon film as shown in Figures 1 and 4. In this case, A Q , C
r, Ni, and Cu are preferred. In addition, as shown in Figure 3, when the film is placed on top of the hard carbon film, from the viewpoint of preventing property deterioration and stability. Ni, Pt, Ag and Au are preferred. It is desirable that the second conductor 3 serving as the pixel electrode be transparent, and a transparent conductor such as ITO, SnO2, ZnO, etc. is used. Here, the thickness of the first conductor 2 and the second conductor is usually in the range of several hundred to several thousand liters, respectively.

また硬質炭素膜の厚さ及び前記したW/L比は通常、夫
々、1μ一以下、1/100以下が適当である。
Further, the thickness of the hard carbon film and the W/L ratio mentioned above are usually suitably 1 μm or less and 1/100 or less, respectively.

以上のようなコプレナー型MIM素子を有する基板を用
いて本発明の液晶表示装置を作るにはこの基板とストラ
イプ状の透明共通電極パターンを形成した絶縁基板とを
用意し、両基板間に常法により液晶層を形或すればよい
In order to manufacture a liquid crystal display device of the present invention using a substrate having a coplanar MIM element as described above, this substrate and an insulating substrate on which a striped transparent common electrode pattern is formed are prepared, and a conventional method is used between the two substrates. The liquid crystal layer may be shaped accordingly.

〔発明の作用効果〕[Function and effect of the invention]

以上のように本発明によれば、非線形抵抗素子であるM
IM素子の絶縁膜に硬質炭素膜を用いることによる、下
記1)〜4)のような効果に加えて、MIM素子をコプ
レナー構造としたことにより、下記5)〜8)のような
効果が得られる。
As described above, according to the present invention, the nonlinear resistance element M
In addition to the effects 1) to 4) below by using a hard carbon film as the insulating film of the IM element, the coplanar structure of the MIM element provides the effects 5) to 8) below. It will be done.

1) プラズマCVD法等の簡便な気相法で作製される
ため,或j摸菜件によって物性か広範に制御でき,従っ
てデバイス設計上の自由度が大きい。
1) Since it is produced by a simple gas phase method such as plasma CVD, the physical properties can be controlled over a wide range depending on the conditions, and therefore there is a large degree of freedom in device design.

2)硬質でしかも厚膜にできるため、機械的損傷を受け
難く,また厚膜化によるピンホールの減少も期待できる
2) Since it is hard and can be made into a thick film, it is less susceptible to mechanical damage, and it is also expected that pinholes will be reduced by making the film thicker.

3)室温付近の低温においても良質な膜を形或できるの
で、基板材質に制約がない。
3) Since a high-quality film can be formed even at low temperatures near room temperature, there are no restrictions on the substrate material.

4)膜厚及び膜質の均一性に優れているため、薄膜デバ
イス用として適している。
4) It has excellent uniformity in film thickness and film quality, making it suitable for thin film devices.

5)素子特性の均一性及びピンホール等による欠陥率が
更に改善され、量産に適した安価なアクティブマトリッ
クス型液晶表示装置を提供できる。
5) Uniformity of device characteristics and defect rate due to pinholes etc. are further improved, and an inexpensive active matrix liquid crystal display device suitable for mass production can be provided.

6)素子中に、たとえピンホール、ボイド等が混入して
も、その影響を受け難く、縫緑破壊によりショートする
ようなことはない。
6) Even if there are pinholes, voids, etc. in the element, it is not easily affected by them and will not cause short circuits due to damage to the seam.

7)素子特性は硬質炭素膜の厚さよりも第一導体と第二
導体間のギャップに大きく依存するため、膜厚コントロ
ールの制御も比較的ラフでよい。
7) Since the device characteristics depend more on the gap between the first conductor and the second conductor than on the thickness of the hard carbon film, the film thickness may be controlled relatively roughly.

8) サンドイッチ型に比べてマスク数が低下し(全工
程で1枚の可能性あり),コストの低減が可能となる。
8) Compared to the sandwich type, the number of masks is reduced (possibly one mask for the entire process), making it possible to reduce costs.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図、第3図及び第4図は夫々本発明の液晶表示素子
に用いられるコプレナー型MIM素子の一例の斜視図,
第2図(a)は第1図のM工M素子の平面図,第2図(
b)〜(d)は夫々第2図(a)の一例の変形図、第5
図は従来のサンドインチ型MIM素子の一例の斜視図,
第6図及び第7図は本発明のMIM素子に用いられる硬
質炭素膜系絶縁膜のIRスペクトル及びラマンスペクト
ルを示し、また第8図は前記IRスペクトルのガウス分
布を示す. 1・・・vA林基板 2・・・第一導体(バスライン電極となる)3・・・第
二導体(画素電極となる) 4・・・補助電極 5・・硬質炭素膜系純縁膜 6・・・従来の紛縁膜
FIG. 1, FIG. 3, and FIG. 4 are perspective views of an example of a coplanar MIM element used in the liquid crystal display element of the present invention, respectively.
Figure 2(a) is a plan view of the M element in Figure 1;
b) to (d) are modified views of the example in Fig. 2(a) and Fig. 5, respectively.
The figure is a perspective view of an example of a conventional sandwich-inch MIM element.
6 and 7 show the IR spectrum and Raman spectrum of the hard carbon insulating film used in the MIM device of the present invention, and FIG. 8 shows the Gaussian distribution of the IR spectrum. 1... vA Hayashi substrate 2... First conductor (becomes a bus line electrode) 3... Second conductor (becomes a pixel electrode) 4... Auxiliary electrode 5... Hard carbon film-based pure film 6... Conventional slip-on film

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、液晶層を支持する2枚の絶縁基板の少くとも一方の
基板の各画素に非線形抵抗素子を直列に接続してなるア
クティブマトリックス型液晶表示装置において、前記非
線形抵抗素子はバスライン電極としての第一導体と画素
電極としての第二導体との間に形成された硬質炭素膜か
らなるコプレナー型構造であることを特徴とするアクテ
ィブマトリックス型液晶表示装置。
1. In an active matrix liquid crystal display device in which a nonlinear resistance element is connected in series to each pixel on at least one of two insulating substrates supporting a liquid crystal layer, the nonlinear resistance element is used as a bus line electrode. An active matrix liquid crystal display device characterized by having a coplanar structure consisting of a hard carbon film formed between a first conductor and a second conductor serving as a pixel electrode.
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