JPH0373932A

JPH0373932A - アクティブマトリックス型液晶装置

Info

Publication number: JPH0373932A
Application number: JP1290525A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Suzuki; 克己鈴木; Mitsutaka Nishikawa; 西川　光貴
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1989-03-23
Filing date: 1989-11-08
Publication date: 1991-03-28
Anticipated expiration: 2013-12-24
Also published as: JP2841571B2; KR900014919A

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］本発明は液晶表示装置のＭＩＭ液晶表示装置に関する。

〔従来の技術１現在液晶デイスプレィの画像表示方法には大別して単純
マトリクス方式とアクティブマトリックス方式がある。

単純マトリクス方式は互いにその方向が直角をなすよう
に設けられた２組の帯状電極群間に液晶をはさんだもの
で、これらの帯状電極にそれぞれ駆動回路が接続される
。この方式は構造が簡単なため低価楕のシステムが実現
できるがクロストークによりコントラストが低いという
問題がある。これに比較してアクティブマトリックス方
式は各画素ごとにスイッチを設は電圧を保持するもので
時分割駆動しても選択時の電圧を維持できるので表示容
量を増やせ、コントラストなど画質に関する特性が良い
半面、構造が複雑で製造コストが高いことが欠点である
。たとえばＴＰＴ　（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓ
ｉｓｔｏｒ）は５枚以上のフォトマスクを使って５〜６
層の薄膜を重ねるための歩留りを上げることが難しい、
そこでアクティブ素子のなかでも歩留りが上げられ、低
製造コストの２端子素子が注目されている０代表的な２
端子素子はＭＩＭ　（メタルインシュレーターメタル）
である、その−殻内な材料、構造を第２．３図に示す、
それぞれ素子上面図、素子断面図である。従来素子絶縁
膜には下電極を陽極酸化したＴａＯｘを用いていたがそ
の比誘電率が３０程度であるため、−殻内な素子大きさ
５４ｍＸ４μｍ、陽極酸化膜厚が６００大の条件では素
子キャパシタンスが０．１ｐＦにもなってしまい、１画
素分の液晶キャパシタンスの１／２以上と大きなものと
なっていた。

しかしこれでは液晶パネルに電圧を印加した際、液晶と
素子の容量比が２以下であるためＭＩＭ素子に十分に電
圧がかからずスイッチング特性が悪くなるという問題点
を有していた。この問題点を解決する検討も以下のよう
に実施されてきた。

■素子の更なる微細化検討：例えば３４ｍＸ３μｍ素子
の検討 ■絶縁膜厚の増大検討：例えば陽極酸化絶縁膜を１００
０人とする検討しかし■については素子基板の製造歩留りが極端に低下
してしまった。■は、素子容量を低下させることはでき
たが素子の電流−電圧特性の非直線係数（β値）が悪く
なり効果としては小さかった。

また、従来素子のＩ−Ｖ特性の非直線係数（β値）は常
温のβで６３．４以下であり、６０℃ともなれば２．５
程度にまで減少してしまう、かつ低電圧域でのＭＩＭ素
子抵抗は低く常温でＲ（３Ｖ）がｌＸ１０”Ω程度、６
０℃”ｌ’は５Ｘ１０”Ω程度と小さかった。

更にごく最近はＴＰＴも画素分割等の冗長設計をする様
になり製造歩留りが上がってきた。しかしＭＩＭは前述
した素子キャパシタンスの理由により画素分割はできず
にいる。

〔発明が解決しようとする課題１以上の様に素子静電容量、β値、低電圧域での素子抵抗
、それらの温度特性により現在まで依然ＭＩＭパネルの
表示品質はＴＰＴパネルより劣るという課題を有してい
る。更に冗長設計により製造歩留りの上がってきたＴＰ
Ｔパネルと製造コストが変わらなくなってきたという課
題も有する。

そこで本発明はこの課題を解決する６のであって、その
目的とするところはアクティブマトリックス方式の中で
の２端子素子本来の特徴である低コスト、高製造歩留り
に付は加えてＴＰＴ並み、もしくはそれ以上の画質を得
ることにある。

［課題を解決するための手段］基板上に設けられた複数の行電極と、前記基板と対向す
る対向基板上に前記行電極と交差して配置された複数の
列電極が備えられ、前記両電極の交差部のマトリックス
状に形成された画素部にスイッチング用非線形抵抗素子
を配し、前記基板間に封入された液晶を電気的に駆動さ
せて表示す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にＭＩＭ　（メタル−インシュレー
ター−メタル）の２端子素子を用い、前記インシュレー
ク−の比誘電率εがＴａ０ｘ（但しＸは任意の数値を示
す）の比誘電率未満であり、前記ｄの有する静電容量Ｏｃｔ、画素部の液晶の静電容
量ＣＬｃ、ＭＩＭ素子の静電容量Ｃ門−がＣＣＦＸ　ＣＬＣ／　［（Ｃｅｙ＋ＣＬＩ：）　　Ｘ　
ＣＩＩＩＭ　）　　＞　２であることを特徴とする。

また前記アクティブマトリックス型液晶表示装置の製造
方法において前記基板上にＴａ膜をチッ素を含む雰囲気
中でリアクティブスパッタしたのち前記Ｔａ膜を酸化し
て下地絶縁膜を形成する第１の工程と、前記下地絶縁膜
上にＴａ膜をチッ素を含む雰囲気中でリアクティブスパ
ックする第２の工程と前記第２の工程で形成されたＴａ
膜をパターンエツチングして下電極とする第３の工程と
、前記パターンエツチングしたＴａ膜を酸化して絶縁膜
（インシュレーター）とする第４の工程と、前記第４の
工程で形成された絶縁膜上にＣｒを成膜する第５の工程
と、前記第５の工程で成膜されたＣｒをパターンエツチ
ングして上電極とし、ＭＩＭ素子を形成する第６の工程
と、前記第６の工程を経たのち、ＩＴＯを成膜する第７
の工程と、前記ＩＴＯをエツチングして画素電極とする
第８の工程を有することを特徴とする。この製造方法を
第１図（ａ）〜（ｉ）に示す。

またポジ表示パネルコントラストと画素部の液晶と素子
の容量比との関係を第４図に示す、下電極Ｔａに添加す
るＮ量を変えることにより、その陽極酸化膜ＴａＯｘの
εを変え、容量比と変えている。その時の下電極Ｔａの
結晶構造、比抵抗もあわせて示している。又、第５図に
はεを変えた時のコントラストの温度特性、第６図には
εを変えた時のβ値の温度特性、第７図にはεを変えた
時のＲ（３Ｖ）：　３Ｖ印加時の素子抵抗の温度特性を
示している。第５図より知れる様にεが２２以下である
と６０℃でもコントラスト８５を確保できる。ＴＰＴパ
ネルのコントラストは一般に１００以上であるが人間の
目では７０〜８０以上のコントラストは明確に識別でき
ないため２２以下であればＴＰＴ並みのコントラストを
得ることができる、またε＝２６についてβ値、Ｒ（３
Ｖ）は良い値であるのに６０℃のパネルコントラストが
悪いのは容量比が１．９と小さいためと考えられる８た
だε＝２３でもコントラストが非常に良くなっており、
これはＲ（３Ｖ）β値の温度特性が良いためと考えられ
るが徳田製作所５０Ｂスパッタ装置でスパッタした際の
みのデータであり同社４ＥＳ、日量アネルバ５３０Ｈで
はさく２２がＴＦＴ並みのコントラストを得る条件であ
った。

以上よりεと２２かつ容量比が２より大きい時にＴＦＴ
並みのコントラストが得られると考えられる。しかしそ
れを満足しなくてち（例えば２２〈ε＜Ｅｔａ。８）コ
ントラスト向上の効果は十分にある。ε≦１０であれば
画素２分割の冗長設計が可能になる。その上、分割画素
と素子との容量比を２以上確保できるためＴＦＴ並みの
コントラストも得られる。又は従来のＭＩＭパネル並み
のコントラストであれば５００００画素の１インチパネ
ルが得られ、ビューファインダー等の従来不可能であっ
た応用も可能である。

またポジ表示用及びネガ表示用の代表的なパネル構造を
それぞれ第８図、第９図に示す、第９図は液晶に電圧を
印加する際、カラーフィルター層のために電圧降下を起
こし、かつカラーフィルター層の静電容量のため見かけ
の液晶の静電容量が下がってしまい容量比がとれなくな
る。この理由によりポジ表示より比較的低電圧駆動で、
４０程度のコントラストを得られるネガ表示を選択する
ことになる。ネガ表示はパネル構造は簡単だがポジ表示
に比較しコントラストが低い、色調が悪い欠点をもつ、
一方ボジ表示は一般に色調が良く、コントラストも高い
が、高いコントラストを得るためにはネガ表示より高い
駆動電圧が必要となる。しかし現在第９図の様な効率の
悪いパネル構造でポジ表示できるようなＩＣがなく第８
図の様な電極上付はカラーフィルターを有するパネル構
造にせざるを得ない、また高温でのコントラストがネガ
表示より悪化するという問題点をある一般に今までＭＩ
Ｍでも高画質を得るためにはポジ表示と考えられてきた
が高温での大幅なコントラスト低下のためネガ表示にせ
ざるを得なかった。しかしＣｃＰ×ＣＬｃ／　　［（ＣＣＦ＋　ｅｔｃ）Ｘ　Ｃｖ
＋ｙ　］　　＞　２、かつインシュレーターの比誘電率
εがＴａＯｘの比誘電率未満とすることにより第４図で
示した様にポジ表示でも低温から高温で高いコントラス
トを得ることができる様になった。またネガ表示でもコ
ントラストの向上、温度特性の向上の効果が認められて
いる。

液晶駆動時液晶中の水分が多いとＭＩＭ素子上電極のＣ
ｒがミクロ的な電気分解を起こし素子特性異常のため画
質が大幅に劣化する。特に素子インシュレーターに他元
素を添加しインシュレーターの表面の凹凸が増大してい
る場合は水分の吸着も増大、画質劣化が生じやすいため
、セル内の水分濃度を厳しく管理する必要がある。

素子インシュレーターに添加する他元素はインシュレー
ターの比誘電率を下げβ値、β値の温度特性、Ｒ（３Ｖ
）等の素子特性を改善できるものであればなんでも良い
、ただし特にその効果の大きいＢｅ、Ｂ、Ｃ，Ｎ、Ｍｇ
、Ａｌ１、Ｓｉ、Ｓ、Ｃａ、　　Ｖ、　　Ｃｒ、Ｍｎ、
　　Ｆｅ、　　Ｃｏ、　　Ｎｉ、　　Ｃｕ、　　Ｚｎ、
　　Ｓｒ％　Ｙ、　　Ｃｄ、　　Ｓｎ、　　Ｂａ、　　
Ｐｂ、Ｌａ、　　Ｃｅ、Ｎｄ、　　Ｓｍ、　　Ｅｕ、Ｇ
ｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｆ、ｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕが好ましい
、特に現在下電極ＴａはＣＦ４＋Ｏ１のケミカルドライ
エツチングにてバクーニングしているため同時にエツチ
ングできるＢｅ、Ｃ，Ｎ、Ｍｇ、Ａｌ１、Ｓｉ、Ｃｒが
特に好ましい。

インシュレーターに添加する酸化物、チッ化物、酸チッ
化物はインシュレーターの比誘電率を下げ、β値、β値
の温度特性、Ｒ（３Ｖ）等の素子特性を改善するもので
あれば何でも良い、ただし特にその効果の大きいＢｅ、
Ｍｇ、Ａβ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃ
ｕ、Ｓｎ、Ｙ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、
Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈａ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、ＬＵの酸
化物、チッ化物、酸チッ化物が好ましい。

その中でも特に同時にケミカルドライエツチングできる
Ｂｅ、Ｍｇ、Ａ（２、Ｓｉ、Ｃｒの酸化物、チッ化物、
酸チッ化物が好ましい。

下地絶縁膜（第１図（ｂ）２）はＭＩＭ素子の基板への
密着を向上させ、素子の絶縁破壊電圧を上昇させる効果
で用いられる。また、素子インシュレーターに他元素を
添加する場合には下電極のドライエツチング時に基板を
露出させない効果も重要となる。すなわち前述した様に
基板がドライエツチングされるとマイクロクラックが発
生し、水分の吸着が増大、素子特性異常をひきおこしや
すくなるためである。よってその効果のある材料であれ
ば何でも良いが特に効果の大きいＢｅ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｔ
ｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｒ、Ｙ、
Ｚｎ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｈｆ。

Ｔａ、Ｗ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ
、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、’Ｌｕの酸化物、チ
ッ化物、酸チッ化物が好ましい、更に素子上電極形成時
、素子端面部の上電極に切れが生ずることがある。これ
は素子端面のテーパーが適当でないためで下地絶縁膜が
下電極エツチング時にエツチングされなかったり、逆に
エツチングされすぎたりすると同じ現象が生ずる。よっ
て適度にＣＦ４　＋ＯｔでエツチングされるＢｅ、Ｍｇ
、Ａｌ１、Ｓｔ、Ｃｒ、Ｔａの酸化物、チッ化物、酸チ
ッ化物が時に好ましい。

ＴａＯｘ中に添加されるＮ濃度は５ａｔ％以下ではεの
低減、β値の増加等素子特性向上の効果がない、逆に２
５ａｔ％以上でもパルス画質の更なる改善はあるが、素
子特性の不安定化が増大するため、液晶セル内の水分管
理等厳重な管理が必要となる。よってＮ添加量は５〜２
５ａｔ％が適当である。

また、下電極にＮを添加しそれを酸化してインシュレー
ターにする場合、下電極のＮ濃度が５〜４５ａｔ％でな
いと酸化後インシュレーター中のＮ濃度が５〜２５ａｔ
％とならない。かつＴａ配線抵抗が３００μΩ・ｃｍ以
上となり液晶の駆動に影響、コントラストが上がりにく
い。

下電極のＮ濃度が５〜４５ａｔ％の時、下電極Ｔａの比
抵抗は６０〜３００μΩ・ｃｍである。

（Ｔａの最も低抵抗値（１５）前記下電極Ｔａで６０μ
Ω・Ｃｍ）。またその時のＴａの結晶構造（１５）前記
下電極Ｔａ又（１５）前記下電極ＴａとＴ　ａ　ｚ　Ｎ
の混合状態である（第４図参照）。

以下、本発明をより具体的に説明するために実施例を示
す。

［実　施　例］実施例−１本発明のＭＩＭ素子の基本製造工程を第１図を用いて説
明する。第１図（ａ）は、加工工程を示すフローチャー
トであり、第１図（ａ）〜（ｉ）はフローチャートに対
応したＭＩＭ素子の断面図を示している。

第１図（ｂ）において、基板ｌの上に下地絶縁膜２を形
成する。この場合基板ｌはＢａホウケイ酸ガラスを用い
、下地絶縁膜は基材としてＮが添加されたＴａを４００
＾スパツタした。これを熱酸化して透明ＴａＯｘ膜とし
て下地絶縁膜は完成する０次に（Ｃ）において、下地絶
縁膜２の上に、Ｎが添加されたＴ　ａ　ｔｌｉ　３を３
５００人スパッタし、これを（ｄ）に示すようにＣＦ４
　＋Ｏ□ガス中でレジスト（図示せず）を所定パターン
に塗布形成したものをケミカルドライエツチングして下
電極の形状３にバターニングする。このレジストを除去
したものを（ｅ）に示すようにクエン酸水溶液中にて陽
極酸化し、６００人の絶縁膜すなわちインシュレーター
４としてＴａＯｘを形成する。

この上に、（ｆ）で示すようにＣｒ５をスパックし、（
ｇ）で示すようにレジスト（図示せず）を所定の形に形
成したのち、エツチングをして上電極５を形成する。の
ち、レジストを除去する。

これによりＭＩＭ素子は完成する。

次に、（ｈ）に示すようにＩｒＯ２をスパッタし、（ｉ
）に示すように（ｇ）と同様な加工をしてエツチングし
てＣｒに接続する画素電極を形成する。

第２図は、第１図で示した工程で加工されたＭＩＭ素子
の一例を示した平面図であり、第３図はそのＡ−Ａ’断
面図である。

その時のポジ表示ＭＩＭパネルの常温コントラストと素
子容量と画素液晶容量との比の関係を第４図に示す、容
量比は素子面積、Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ膜厚を一定にし、
Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒの比誘電率（ε）を下電極Ｔａに添
加するＮ量を変えて変化させた。

通常、ＴａＯｘのεは３０程度であるが容量比がとれて
いないため（前述したように１．６程度）コントラスト
は５０〜６０程度と低い、しかしεが低下するに従いコ
ントラストは向上し飽和する。ここでεを減少させる手
法の安定性を第１０図、第１１図に示す。第１０図−（
１）は下電極Ｔａをスパッタする際、任意の濃度に調整
されたＡｒ−Ｎ２１１合ボンベよりガスをスパッタチャ
ンバー中に導入しスパッタしている。第１０図−（３）
は混合ボンベを用いずＡｒとＮ２を別々にマスフローメ
ーターで流量コントロールしスパッタチャンバー内に導
入、混合しスパッタしているのが（１）と異なる。（２
）のスパッタガスはＡｒのみだがＮ添加されたＴａター
ゲットを使用している。第１０図よりわかる様にマスフ
ローメーターによるスパッタＮ、濃度の微妙なコントロ
ールは難しく再現性がない、しかし混合ボンベとＮ−Ｔ
ａターゲットによる方法は係数による補正でＣ減少度合
いが全く一致し、優れた方法であることがわかる。また
Ｎ添加されていない通常の陽極酸化ＴａＯｘ形成後Ｎプ
ラズマ処理によりＮをＴａＯｘ中に添加する方法も検討
したが素子Ｉ−■特性の極性差が大きくなってしまうと
いう問題点があった。しかしεは下がりβ値も大幅にｕ
ｐし、また電極Ｔａの抵抗も増大しないという利点もあ
るためＭＩＭ素子を２つ直列に接続するＴａ　／　Ｎ　
−Ｔ　ａ　Ｏｘ　／　Ｃｒ　／　Ｔ　ａ　／　Ｎ　−Ｔ
　ａ　Ｏｘ　／Ｃｒにより極性差をキャンセルさせれば
特性の良い素子を得られる。また第１１図のＳｉ添加は
Ｔａクーゲト上にＳｉチップを置くチップオンターゲツ
ト法にてＳｉ添加Ｔａをスパッタ、その後陽極酸化して
いるが安定している。コントラストが向上する際の素子
特性はβ値に関しては第６．７図より常温でβ０≧４．
０．（β−≧３．２）（β０は下電極Ｔａを十に電圧印
加した場合のβ）６０℃でβ“〉３．５、（β−＞２．
７）、Ｒ（３Ｖ）に関しては常温で３Ｘ１０１１Ω以上
、６０℃で１０”Ω以上であった。またその際の電極Ｔ
ａ中のＮａ度はオージェとニス力で分析したところ５〜
４５ａｔ％、Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒのＮ濃度は５〜２５ａ
ｔ％であり、それ以上のＮ濃度は更なるコントラスト改
善や利点はなかった。この条件に入れるための前述Ｔａ
ターゲットのＮ濃度は５〜５０ａｔ％であった。またそ
の際の下電極Ｔａの結晶構造（１５）前記下電極Ｔａ、
もしく（１５）前記下電極Ｔ　ａ　＋　Ｔ　ａ　ｚＮで
あった。比抵抗は３００ＬＬΩ・Ｃｍ以下であった。更
にＩｎ５ｕｌａｔｏｒの構造にＴａ０ｘＮｙの酸チッ化
物を有すること４ＪＥＳＣＡ分析より判明した。Ｎ添加
量の少ない領域ではＴａ０ｘＮｙも少なくＴａＯが多い
がＮ添加量が適正でβ値、β値温度特性、Ｒ（３Ｖ）の
特性が良い領域ではＴａＯｘＮ３’のみとなる。

これは通常の陽極酸化膜中には酸素不足のため可動のＴ
ａイオンが多数存在する（前述ＴａＯがその存在を示し
ている）、シかしＮが導入されることでＴａ０ｘＮｙと
なり可動イオンが固着、β値、Ｒ（３Ｖ）等が改善され
ると考えられる。

また素子Ｉ−Ｖ特性の極性差Ｌｏｇ（Ｉ／Ｖｌ−−Ｌｏｇ（Ｉ／Ｖ）”＜±０．２で
ないとフリッカが生じたが素子形成後の熱処理（２５０
℃）により調整可能であった。

更にＮ添加、Ｓｉ添加のＴａスパッタの際基板にＲＦバ
イアスを印加すると基板面内の膜質（添加量含む）のバ
ラツキが大幅に改善されることが判明した。バイアス印
加しない時は基板回転中心にＮ、Ｓｉの添加量が多く、
プラズマ密度ち基板中心に高いがＲＦバイアス印加によ
り基板周辺部の密度が上昇するため面内のバラツキが少
なくなると考えられる。

また、本実施例では陽極酸化によりＩ　ｎ５ｕｌａｔｏ
ｒを形成したがこれは膜質、膜厚の安定性が良いためで
特に本実施例の様に異種元素を添加している場合にその
安定性が生産歩留りの重要な鍵になっている。しかし陽
極酸化を熱酸化、もしくはリアクティブスパッタにより
形成すれば膜の安定性は現在のところ悪くなるが完全ド
ライ製造プロセスが可能となりインライン化により大幅
に製造スルーブツトを向上できる。

また本実施例ではＮのブラスマ処理を除き下電極Ｔａに
ち異元素が添加されてしまい、配線抵抗の増大をひきお
こす、そこでＩｎ５ｕｌａｔｏｒになる部分以外を成膜
する際、微量のＮをスパッタ雰囲気中に添加しスパック
、α−Ｔａとすることで抵抗を下げる手法を検討したと
ころ、２０インチ以上の大型化が可能になった。

また本実施例ではポジ表示を用いたがこれはカラーフィ
ルター層を５１変成ポリイミドで平坦化し、その上にＩ
ＴＯ透明導電膜を形成した電極上付はカラーフィルター
の採用で可能になっている。ただし基板上にＩＴＯ配線
し、その上にミセル電解法にて顔料を成膜する手法を用
いれば、顔料はεが低く顔料間のスキ間の存在により液
晶印加電圧の低下も大きくないため容易な電極下付は構
成で、ポジ表示が可能となる。、コントラストは電極上
付はカラーフィルターと全く同様であった。またポジ表
示でなくてもコントラスト及びコントラストの温度特性
の改良はされることが判明している。

実施例−２ＩｎｓｕｌａｔｏｒにＮが添加されているＭＩＭ素子は
下地のＴａＯｘ膜にＮが添加されていないか、添加量が
少ない時、第１３図−（２）に示す様に異常なＩ−Ｖ特
性を示す、しかしある程度以上のＮを下地に添加すると
第１２図に示す様に素子Ｉ−■特性が正常（第１３図−
（１））にもどる、またリアクティブ下地膜（第１３図
（１））より熱酸化下地膜（第１３図−（２））の方が
少量のＮ添加で正常な素子を得られることよりエツチン
グレートが大きいと下電極Ｔａをドライエツチングする
際に基板までエツチングし基板にマイクロクラックを発
生せしめ、前述インシュレーク−の凹凸部に加え水分の
吸着を増大させ素子特性を異常にすると考えられる。更
にＮ添加のＩｎ５ｕｌａｔｏｒ表面ら凹凸が増大し水分
の吸着が増えていると考えられる。よってより多くの水
分の吸着を防ぐため下地がエツチング除去され基板が露
出しない様なドライエツチング技術が重要で、かつパネ
ルセル内の水分量管理も大切である。セル内水分量とＮ
添加ＭＩＭ素子特性の関係を第１４図に示す、セル内水
分が１１００ｐｐ以下であれば素子特性は安定化するこ
とがわかる。

また前述したＡＩ２、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｍｇの酸化物
、チッ化物、酸チッ化物の下地絶縁Ｉｌｌら適量Ｎが添
加された下地絶縁膜と同様、良好であった。

更にインシュレーターＴａＯｘ中のＮ濃度はエリプソメ
ーターによる屈折率１分光光度計による反射率評価によ
り絶対量を知ることができる。それを第１５図に示す、
これにより製造条件の変動を即座にスパッタにフィード
バックでき製造歩留りの向上に大いに役立つ、またＴａ
ＯｘへのＮ添加だけでなく他の絶縁膜中の他元素濃度ち
同じ方法で管理できる。

実施例−３本発明実施例と第１６図に示す、下電極Ｔａをスパッタ
する際、通常Ａｒの雰囲気を用いるが、それにＮ寞を１
２％混合させると陽極酸化した素子絶縁膜比誘電率が混
合しないものより半減する。これはＴａＯｘ膜にＮが導
入されてＴａ０ｘＮｙが増加らしくはＴａ０ｘＮｙのみ
となったためと考えられる。

次に１２％Ｎ＊Ａｒ雰囲気を用いてＴａをスパッタした
ＮドープＭＩＭ素子を第１６図の様に作成した。素子キ
ャパシタンスが従来の素子の１／２であるため画素を２
分割し冗長性を持たせている。このＭＩＭ基板を用いて
ネガ表示液晶パネルを組み光学特性を調べたところ従来
よりパネルコントラストが２〜３割増加していた。これ
はＮドープによる素子キャパシタンスの減少に加えて素
子Ｉ−Ｖ特性の非直線性を示すβ値（Ｉ■■ｅｘｐ　（
β−ｒ”）　）　４２０％はど増加しているためと思わ
れる。またパネル点灯時、点欠陥を調査したところ存在
は認められるが実用上問題のないレベルであり、１００
パネルの歩留りは９８％であった。これは分割された画
素が両方とも欠陥になることが確率的に非常に小さいた
めであり片側が欠陥でももう片側が正常であれば欠陥と
して認識しずらいのである。また、素子へのＮドープ量
を増やし素子キャパシタンスを更に下げて画素分割数を
４以上にすることは可能であり、そうなれば欠陥は全く
認められなくなった。

次にＮ添加の代わりにＴａターゲット上に必要数Ｓｉチ
ップを置いて素子キャパシタンスを％にしたＭＩＭ素子
を第１６図の様に作成した。素子キャパシタンスが従来
の素子の局であるため画素６２分割し冗長性を持たせて
いる。このＭＩＭ基板を用いてネガ表示液晶パネルを組
み光学特性を調べたところ従来の画素分割しない通常の
ＭＩＭパネルとコントラストは全く同じであった。これ
は素子と液晶の容量比が一定に保たれており、かつＳｉ
添加による素子Ｉ−Ｖ特性の変化もないためと考えられ
る。またパネル点灯時、点欠陥を調査したところ存在は
認められるが実用上問題のないレベルであり、１００パ
ネルの歩留りは９８％であった。これは分割された画素
が両方とも欠陥になることが確率的に非常に小さいため
であり片側が欠陥でももう片側が正常であれば欠陥とし
て認識しずらいのである。ただ、素子へのＳｉ添加量を
増やし素子キャパシタンスを更に下げて画素分割数を４
以上にすることは可能であり、そうなれば欠陥は全く認
められなくなった。

実施例−４本発明実施例の基本製造プロセス２を第１図に示す、Ｂ
ａホウケイ酸ガラス基板上にＴａ膜をチッ素を含む雰囲
気中で４００人リアクティブスパッタしたのち前記Ｔａ
膜を５００℃大気中で熱酸化して下地絶縁膜を形成した
。

次に、前記下地絶縁膜上にＴａ膜をチッ素を含む雰囲気
中で３５００人りアクティブスパッタし形成されたＴａ
膜をＣＦ＜＋Ｏｘケミカルドライエツチングでパターン
エツチングして下電極とした。

次に、パターンエツチングしたＴａ膜を１％クエン酸溶
液中で陽極酸化して６００人の絶縁膜（インシュレータ
ー）を形成した後、形成された絶縁膜上にＣｒを１５０
０Ａ成膜、パターンエツチングして上電極とし、ＭＩＭ
素子を形成した。

次に、ＩＴＯを成膜し、前記ＩＴＯをエツチングして画
素電極とした。この時、下電極Ｔａに添加するＮ量をス
パッタ雰囲気中のＮ２濃度を変えることにより、変化さ
せ、ＭＩＭ素子インシュレーク−の比誘電率と３０以下
で変動させた０次にこのＭＩＭ素子基板と電極上付はカ
ラーフィルター基板とを組み合わせポジ表示用のパネル
を作成した。そのパネルコントラストとＭＩＭ素子と画
素液晶との容量比との関係を第４図に示す、そこ時の下
電極Ｔａの結晶構造、比抵抗もあわせて示している。又
、第５図にはεを変えた時のコントラストの温度特性、
第６図にはεを変えた時のβ値の温度特性、第７図には
８を変えた時のＲ（３Ｖ）：３Ｖ印加時の素子抵抗の温
度特性を示している。第５図より知れる様にεが２２以
下であると６０℃でもコントラスト８５を確保できる。

ＴＰＴパネルのコントラストは一般に１００以上である
が人間の目では７０〜８０以上のコントラストは明確に
識別できないため２２以下であればＴＦＴ並みのコント
ラストを得ることができる。またε＝２６についてβ値
、Ｒ（３Ｖ）は良い値であるのに６０℃のパネルコント
ラストが悪いのは容量比が１．９と小さいためと考えら
れる。ただε＝２３でもコントラストが非常に良くなっ
ており、これはＲ（３Ｖ）β値の温度特性が良いためと
考えられるが捻出製作所５０Ｂスパッタ装置でスパッタ
した際のみのデータであり同社４ＥＳ、日電アネルバ５
３０Ｈではさく２２がＴＦＴ並みのコントラストを得る
条件であった１以上よりε≦２２かつ容量比が２より大
きい時にＴＦＴ並みのコントラストが得られると考えら
れる。しかしそれを満足しなくても（ｅｘ、２２＜さく
Ｆ、　Ｔａ０ｊコントラスト向上の効果は十分にある。

ε≦１０であれば画素２分割の冗長設計が可能になる。

その上、分割画素と素子との容量比を２以上確保できる
ためＴＦＴ並みのコントラストも得られる。又は従来の
ＭＩＭパネル並みのコントラストであれば５００００画
素の１インチパネルが得られ、ビューファインダー等の
従来不可能であった応用ら可能である。

実施例−５ガラス基板（コーニング社製７０５９Ｂａホウケイ酸ガ
ラス）を洗浄し、次にＴａをＮ２を含む雰囲気中でスパ
ッタした１次に熱酸化して下地絶縁膜とした。その下地
絶縁膜として更にＴａを成膜したそのスパッタ条件は、
ガス圧１．５Ｘ１０−”Ｔ　ｏ　ｒ　ｒパワー１．５ｋ
ｗで実施した。この時のスパッタガスはＡ　ｒ　＋　Ｎ
　雪とした。Ｎ２とＡｒとガス分圧はそれぞれ３％と９
７％とした。この時の膜厚は２５００人とした。さらに
同一チャンバー内でＮ２ガス分圧を１０％Ａｒガス分圧
を９０％とし、連続的にＴａ膜を５００人スパッタした
。

次に、Ｔａを所定の寸法にフォトリソグラフィーエツチ
ング技術を用い、パターニングした。エツチング特性は
特に変化せず、ＣＦ４６０％＋０．４０％ガスで何ら問
題なくエツチングが可能であった。

次に１％クエン酸を用い陽極酸化法にて酸化膜を形成し
た。正確に表現すればＴａスパック膜の表面５００人は
ＴＡチッ化膜が存在しているため、酸チッ化膜の複合絶
縁膜となっていると思われる。

次にＣｒをスパッタリングした。Ａｒ圧は２×１０−”
Ｔｏｒｒ、パワーは２ｋｗとした。厚みは１５００人と
した０周知のフォトリソグラフィを用い、エツチングで
Ｃｒを所定の寸法にパターニングした。さらに画素電極
として、ＩＴＯをスパッタリングで形成し、フォトリソ
グラフィで所定の寸法にパターニングした。厚みは１０
００人とした。

電極の比抵抗を測定したところ１．０ＸＩＯ−’Ω・ｃ
ｍであり通常のものとし比較し５０％〜ｌＯ％程度抵抗
が低くなっていることが分る。

該ＭＩＭ基板を用いパネルに組み立て、画質を確認した
ところ、いわゆる画像をシミ・ムラがなく鮮明な画質と
なった。またＴａ電極がＴａＮとなっているパネルは、
外部電源の接続端子からの距離が近いところと遠いとこ
ろでの画質の差があり、ムラになっていたことと比較し
て、本発明の有効性が確認出来る。

また、Ｔａ電極がどの様な結晶構造になっているか、上
述のスパッタ条件でスパッタし、結晶構造をＸ線回折に
て確認した。Ｘ線回折のピーク（１５）前記下電極Ｔａ
のピークだけであった。

実施例−６コーニング社製７０５９Ｂａホウケイ酸ガラスに、スパ
ッタ装置を用いて下電極用Ｔ：ａｉｌｌを成膜した。

スパッタガスは、Ａｒ（アルゴン）とＮ、（窒素）ガス
を用いた。トータルのガス圧は２×１０−”Ｔｏｒｒと
し、Ｎ２ガスをそれぞれ分圧で０％、２％、５％、１０
％、１５％、２０％、２５％、２８％とした。加熱は１
８０℃一定とした。スパッタ膜厚は全て２８００人にな
る様に時間でコントロールした。またスパッタパワーは
１．５ｋｗとした。

次にＴａを既知のフォトリソグラフィー、エツチング技
術を用い、所定の寸法にパターニングした。エツチング
はケミカルドライエツチング装置を用い、ＣＦ、、６０
％、０８４０％ガスで行なったが、何ら問題なくエツチ
ングが可能であった。

次に１％クエン酸を用い陽極酸化法にて酸化膜を形成し
た。これがＭＩＭのＩである絶縁膜となる。この絶縁膜
は、正確にはＮを含む膜であるため、酸チッ化膜となっ
ている。この酸チツ化膜のチッ素をイオンマイクロアナ
ライザー（ＩＭＡ）、光電子分析装置（ＸＰＳ）オージ
ェ分析装置（ＡＥＳ）で分析したところ、それぞれ表１
に示す含有量となっていた。

また、この酸チッ化膜は６００人とした。

次にＣｒをスパッタリングした。Ａｕ圧は２×１０−”
Ｔｏｒｒ、パワーは２ｋｗとした。厚みは１５００＾と
した１周知のフォトリソグラフィを用い、エツチングで
Ｃｒを所定の寸法にパターニングした。さらに画素電極
として、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ）
をスパッタリングで形成し、フォトリソグラフィで所定
の寸法にバターニングした。厚みは１０００人とした。

なお、ＭＩＭ素子の寸法は、５ＬＬｍｘ４μｍとした。

表１にそれぞれのキャパシタンス、電圧１０ｖの時のＭ
ＩＭ素子の抵抗を示す、キャパシタンスは１０ＫＨｚの
時の値であり、ＬＣＲメータを用いて測定した。

さらにこのＭＩＭ基板を用いて、ネガ表示パネルに組み
立て、コントラスト比を測定した結果ら表１に示す。

表１表１に示す通り、Ｎ２量が５ａｔ％よりち低いＭＩＭパ
ネルは、コントラスト比が十分でない。

また、Ｎが２５ａｔ％以上のＭＩＭパネルは素子の抵抗
が高くＮ添加Ｔａの比抵抗が３００μΩ・ｃｍ以上ある
ためと思われるが、コントラストが十分でない、駆動電
圧を上げれば、コントラストは高くなるが、特別なＩＣ
の製造や駆動回路の変更等１問題がある。

表１から明らかな様にＮ２量が５ａｔ％〜２５ａｔ％含
有したＭＩＭパネルはコントラストが高くなったことが
分る。

実施例−７コーニング社製７０５９Ｂａホウケイ酸ガラスにＮをそ
れぞれＯａｔ％、３ａｔ％、５ａｔ％、１０ａｔ％、２
０ａｔ％、３０ａｔ％、４０ａｔ％、５０ａｔ％、５５
ａｔ％、６０ａｔ％を含有するＴａターゲットを用いス
パッタリングした。

Ａｒガス圧は２Ｘ１０−”Ｔｏｒｒ、基板加貼は１８０
℃、スパッタパワーは、１．５ＫＷで実施した。この下
部電極になるＴａｌ１ｉをＸ線回折により結晶構造を調
査した。

その結果を表２に示す。

表２次に、該Ｔａ膜を従来から知られているフォトリングラ
フィ・エツチングにより所定の寸法に形成し、１％クエ
ン酸溶液で陽性酸化した。これらは○ａｔ％ＮのＴａタ
ーゲットから作成したものを除き、ｘＰＳ分析により、
インシュレーク−はＴａの酸チッ化物を含んでいること
を確認した。

厚さは、ＩＭＡでエツチングしながらＯのピークを追っ
ていき、約６０ＯＡであると確認した。

次に、従来と同様、Ｃｒをスパッタし、フォトリソグラ
フィーエツチングにより所定の寸法にし、さらに画素電
極としてＩＴＯを形成した。

キャパシタンスをＬＣＲメータを用い測定した。また、
上述のＴａ膜の比抵抗を四端子測定法にて測定した結果
を表３に示す。

表１に示す如＜Ｔａターゲット中のＮが２０ａｔ％〜５
０ａｔ％までが結晶構造が安定していることが分る。

表３この時のＭＩＭ素子寸法は５ｕｍＸ４μｍ厚さは６００
Ａである。

本パネルを用い、液晶パネル完成体とした。比較にマス
フローにてＮ８とＡｒの分圧をコントロールしたＡｒ＋
Ｎｘ雰囲気中でＴａをスパッタし、陽極酸化して得たＭ
ＩＭパネルと画質を調べた。

まず、ＮがＯ〜３ａｔ％のパネルは、コントラスト比が
１：３０であり、Ｎが５ａｔ％〜５０ａｔ％を含有する
Ｔａターゲットを用いたちのは、それぞれ１：５０．１
：７０．１：７５．１：８．０．１：９０％　ｌ：９５
であった。Ｎが５５．６０ａｔ％含有するＴａターゲッ
トを用いたものは、コントラストが１＝８０及び１：５
０であった。さらに、Ａｒ＋Ｎ、中でのＴａスパッタの
パンルはコントラストが１：ｌＯＯであったが、画面全
体ではムラシミが生じていた。つまり、素子特性のバラ
ツキがあり、−様な均一な素子状態になっていなかった
と推測される。

また、Ｎを５５．６０ａｔ％含有したＴａターゲットを
用いたパネルは、外部電源の接続端子からの距離が近い
ところと遠いところでの画質の差があり、ムラを生じて
いた。これは、比抵抗３００μΩ・ｃｍ以上と高く、遠
いところの画素には、電圧降下により、充分な電圧がか
からなかったためと推測される。

実施例−８コーニング社製７０５９Ｂａホウケイ酸ガラスを８０℃
の熱硫酸で洗浄し、さらに水洗した。この基板（数量８
０枚）にスパッタリング装置を用い、Ａｒガス圧１．８
ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ＋Ｎｔガス圧２Ｘ１０−”Ｔｏｒ
ｒでＴａ１ｌスパツタした。

厚みは５００Ａとした。

Ｘ線回折で確認したところ、ＴａＮ、Ｔａｘ　Ｎ等が確
認された。

次に、４３０℃×４時間、大気中にて熱酸化した。

炉より取り出したガラス基板は透明になっており透過率
は９０％であり、全く問題ない透明度を有している。光
電子分析装置（ＸＰＳ）で分析したところ、Ｏ，Ｎ、Ｔ
ａが検出され、Ｔａの酸チッ化膜が形成されたことを確
認した。

次に、下電極用のＴａをＮ３を含む雰囲気中でスパッタ
リングし形成、フォトリソグラフィ、エツチングで所定
の寸法に加工する。エツチングは億円製作所のＣＤＥ装
置（ドライエツチング装置）を用いＣＦ４６０％＋０．
４０％の分圧にしたガスを、流量３５０５ＣＣＭにコン
トロールし、実施した。

エツチングした基板を上述のｘＰＳで面内のＮ及びＴａ
の分布を確認したところ、−様に下地膜形成時と同様の
Ｎ、Ｔａが確認され、下地膜のＴａ酸チッ化膜が全て残
っていることが分った。Ｎ添加されないＴａ酸化膜の下
地膜ではＴａが一様には確認されなかったため、下地の
残っている箇所と下地がなくなっている箇所が存在して
いた。

次に、バターニングしたＴａを１％クエン酸を用い陽極
酸化法によるＭＩＭのＩ　Ｃインシュレーター）である
絶縁膜を作成した。酸化膜の厚みはエリプソメータで測
定したところ約５００人であった。

次に従来と同様にＣｒ１ｉをスパッタした。厚みは１５
００＾とした。このＣｒを所定の寸法にレジストでパタ
ーニングし、諸星インク製ＭＰＭ−Ｅ３０を用いエツチ
ングした０次に画素電極の工Ｔ　Ｏ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔ
ｉｎ　０ｘｉｄｅ　）をスパッタリングで形成し、フォ
トリングラフィを用い硫酸２０％、塩酸２０％の水溶液
で所定の寸法にエツチングした。

本実施例のＭＩＭ素子部の電流−電圧特性を測定したと
ころ、β値（６ｖ−’８ｖ間での電流値の傾き）は基板
間で４．２〜４．５のバラツキ内におさまっていた。マ
スフローにてスパッタ雰囲気を制御したのは３．５〜４
．３のバラツキがあったことと比べて素子の特性バラツ
キが改善されていることが分る。

また、Ｃｒのテーパ一部での切れ断線は、一箇所ちなく
、Ｃｒ切れでの歩留り落ちはなかった。

実施例−９コーニング社製７０５９Ｂａホウケイ酸ガラスを８０℃
の熱硫酸で洗浄した。この基板をスパッタリング装置を
使用し、Ａｒガス圧１．８×１０−２Ｔ　ｏ　ｒ　ｒ　
、　Ｎ　ｘガス圧２Ｘ１０−”ＴｏｒｒでＴａ膜をスパ
ッタ形成した。このＴａ膜をＸ線回折で調査したところ
、Ｔａ（α構造）及びＴａａＮからなっていた６通常の
Ｔａ膜はβ構造のＴａである。比抵抗を測定したところ
、本発明による下電極は２．２ＸＩＯ−’Ω・Ｃｍ、β
構造の下部電極は２．１ｘｌＯ−’Ω・ｃｍであった。

本発明の比抵抗はＮ添加されないものとほぼ同一である
ことが分る。

次に、Ｔａを所定の寸法にフォトリソグラフィ・エツチ
ング技術を使いパターニングした。

Ｎ添加ＴａはＣＦ、６０％＋０．４０％ガスで何ら問題
なくエツチングが可能であった。

次に、１％クエン酸を用い陽極酸化法にて酸化膜（イン
シュレーター）を形成した。この酸化膜は正確にはＮが
存在しているため、ＴａのＮ添加酸化膜である。アモル
ファス状態のためＸ線回折では、構造は確認出来なかっ
たが、ｘＰＳ分析により酸チッ化物を示すＢｉｎｄｉｎ
　Ｅｎｅｒｇｙビークを確認した。その他にＴａＯ及び
、ＴａＮのピークも存在していた。

次にＣｒをスパッタリングした。厚みは１５０○スとし
た０周知のフォトリソフラフイを用い、エツチングでＣ
ｒを所定の寸法にバターニンした。さらに、画素電極と
してＩＴ○をスパッタリングで形成しフォトリソフラフ
イで所定の寸法にパターニングした。厚みは１０００Ａ
とした。

本発明のＭＩＭ素子のキャパシタンスを任意の箇所の１
００点をＬＣＲメータを用い測定した。

この時の素子の面積は５μｍ×４μｍ、Ｔａ酸チッ化物
の厚みはエリプソメータにより６００＾であることをす
でに確認しである。

その結果キャパシタンスはＸ＝２．７ｐＦ／ｍｍ′とな
っており、従来のＭＩＭはＸ＝３．８ｐＦ　／　ｍ　ｍ
　”であることから約％に減少していることが分る。

本パネルを用い、ポジ表示パネルに組み立て、画質を確
認した。コントラスト比を確認したところ、１：１００
と従来の１＝６０より大きくなっており、コントラスト
が向上した。更に下電極へのＮ添加量を変えたところイ
ンシュレーターの構造がＴａ酸チッ化物のみとなりその
時の素子特性βは５と非常に高く、かつパネルコントラ
ストも１５０：ｌであった。

また下電極がＴａチッ化物（ＴａＮ）のみのパネルも作
成し画質を調べた。このパネルは、外部電源の接続端子
からの距離が近いところと遠いところでの画質の差があ
り、ムラが生じていた。

実施例−１Ｏコーニング社製７０５９Ｂａホウケイ酸ガラスを８０℃
の熱硫酸で洗浄した。この基板をスパッタリング装置を
使用し、Ａｒガス圧１．５Ｘ１０−’Ｔ　ｏ　ｒ　ｒパ
ワー１．５ＫｗでＴａ膜を２８００＾形成した。

次にＴａを所定の寸法に周知のフォトリソグラフィエツ
チング技術を使いパターニングした。素子の寸法は５ｕ
ｍとした。

次に１％クエン酸を用い陽極酸化法にて酸化膜を形成し
た。初期電圧は３２Ｖとした。この酸化膜の厚みはエリ
プソメータで確認したところ５００人の厚みであった。

この陽極酸化された基板を、プラズマエッチング装置（
日電アネルバ製ＤＥＭ４５１）に装入し、Ｎ２ガスを２
×１ｏすＴｏｒｒのガス圧でプラズマ処理を実施した。

パワーはＲＦで５００Ｗとした。該基板を、光電子分析
装置を用い分析したところＴａＯ及びＴａＮのピークと
Ｔａ酸チッ化物のピークが確認され、この膜がＮ添加Ｔ
ａ酸化膜となっていることが証明された。

次にＣｒをスパッタリングした。Ａｕ圧は２×１０−”
Ｔｏｒｒ、パワーは２ｋｗとした。厚みは１５００Ａと
した０周知のフォトリソグラフィを用い、エツチングで
Ｃｒを所定の寸法（Ｍ　Ｉ　Ｍの箇所の寸法は４μｍ）
にパターニングした。さらに画素電極として、ＩＴＯを
スパッタリングで形成し、フォトリソグラフィで所定の
寸法にパターニングした。厚みはｌ　０ＯＯＡとした。

このＭＩＭ素子基板の認意の１００箇所の電流−電圧特
性を確認したところ、電圧ｌＯ■の印加電圧で流れる電
流は２Ｘ１０−”Ａから３．５×１０””Ａとなってい
た０通常のＴａをマスフローメーターにてそれぞれ流量
管理したＡｒガス＋Ｎ２ガス中でスパッタリングし陽極
酸化法にて作成した素子の電流−電圧特性が５Ｘ１０−
”ＡからｌＸｌ０−”とばらついていたのと比較し、本
発明の素子のばらつきが非常に小さくなったことが分る
。更にβ値が非常に高く良好であった（β＝９）、ただ
Ｉ−Ｖ特性の極性差が存在していたため２つのＭＩＭ素
子を直列に接続し極性差をキャンセルさせた。

また、素子のキャパシタンスも２．５〜２．７ｎ　Ｆ　
／　ｍ　ｍ　”となっており、マスフロー管理のＡｒ　
＋　Ｎ　＊ガスを用い陽極酸化法にて得た酸チッ化物の
キャパシタンスは１．７〜３．７ｎＦ／ｍｍ８のバラツ
キより６小さく素子特性が安定していることが分る。

該パネルを用い、パネルに組み立て、画質を確認したと
ころ、いわゆる画質のシミ、ムラがなく鮮明な画質とな
った。また、下電極をＡｒとＮ２ガスでスパッタしたパ
ネルは、外部電源の接続端子からの距離が近いところと
遠いところでの画質の差があり、ムラになっていたこと
と比較して、本発明の有効性が確認できる。ただ、大型
基板（たとえば３００ｍｍ’）ではプラズマ密度のバラ
ツキと思われる素子特性バラツキが発生した。

〔発明の効果〕

以上述べた様に基板上に設けられた複数の行電極と前記
基板と対向する対向基板上に、前記行電極と交差して配
置された複数の列電極が備えられ、前記両電極の交差部
のマトリックス状に形成された画素部にスイッチング用
非線形抵抗素子を配し前記基板間に封入された液晶を電
気的に駆動させて表示す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にＭＩＭ　（メ
タル・インシュレーター・メタル）の２端子素子を用い
、前記インシュレーターの比誘電率εがＴａＯｘ　（但
しＸは任意の数値を示す）の比誘電率未満であり、前記
対向基板の有する静電容量ＣＣＦＩＣ素部の液晶の静電
容量ＣＬｅ＋　Ｍ　Ｉ　Ｍ素子の静電容量Ｃｍ、＋ｖがＣＣＦＸ　ＣＬＣ／　［（ＣＣＦ＋　ＣＬｃ）　Ｘ　Ｃ
ｋｌｌＭ　］　＞　２であることにより、また前記アク
ティブマトリックス型液晶表示装置の製造方法において
前記基板上にＴａ膜をチッ素を含む雰囲気中でリアクテ
ィブスパッタしたのち前記Ｔａ膜を酸化して下地絶縁膜
を形成する第１の工程と、前記下地絶縁膜上にＴａ膜と
チッ素を含む雰囲気中でリアクティブスパッタする第２
の工程と、前記第２の工程で形成されたＴａ１ｌｌｌを
パターンエツチングして下電極とする第３の工程と、前
記パターネッチングしたＴａ１ｌｉを酸化して絶縁膜（
インシュレーター）とする第４の工程と、前記第４の工
程で形成された絶縁膜上にＣｒを成膜する第５の工程と
、前記第５の工程で成膜されたＣｒをパターンエツチン
グして上電極とし、ＭＩＭ素子を形成する第６の工程と
、前記第６の工程を経たのち、ＩＴＯを成膜する第７の
工程と、前記ＩＴＯをエツチングして画素電極とする第
８の工程を有することにより従来ＴＰＴ液晶デイスプレ
ィより劣っていたＭＩＭデイスプレィの画質を大幅にア
ップさせ、ＴＰＴと同等、もしくはそれ以上にまでさせ
ることができた。また、画素分割の冗長設計で製造歩留
りを大幅にアップさせ、最近ＴＰＴと製造コストに大差
なかったのが再び拡大させ、２端子素子本来の製造歩留
りを達成できた。また従来不可能とされていた１インチ
程度の小型デイスプレィの製造も可能となった。更に下
電極の結晶構造を制御することにより６０μΩ・ｃｍの
低抵抗を実現し、２０インチ以上の大型デイスプレィの
可能性を拡大させた０本来ＭＩＭは大型デイスプレィに
適していると考えられていたが、冗長設計や配線の抵抗
化、インシュレーク−の膜質のタイムリーなスパッタ条
件へのフィードバック等の達成により初めて可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

ＭＩＭ素子の上面図、第３図は第２図Ａ−Ａ′断面図、
第４図は液晶静電容量と素子容量との比とパネルコント
ラスト関係図、及び容量比に対応した下電極Ｔａの結晶
構造と比抵抗を示す図、第５図はインシュレーター比誘
電率εとコントラストの温度特性との関係を示す図、第
６図は素子β値の温度特性とインシュレーター比誘電率
εとの関係を示す図、第７図は３■印加時の素子抵抗の
温度特性とインシュレーター比誘電率との関係を示す図
、第８図は電極上付はカラーフィルターを用いたパネル
構造図、第９図は電極下付はカラーフィルターを用いた
パネル構成図、第１０図は各種インシュレーターへのＮ
添加方法とＣ安定性との関係を示す図であり（１）は任
意の濃度に調整されたＡ　ｒ　−Ｎ　を混合ボンベを使
用したもの、（２）はＮ添加Ｔａターゲットを使用した
もの、（３）はマスフローメーターにてＡｒとＮ、を別
々にスパッタチャンバー内に導入したものである。第１
１図はインシュレーターへのＳｉ添加量とεとの関係を
示す図、第１２図は実施例−２を示し下地絶縁膜ＴａＯ
ｘへのＮ添加量と下地絶縁膜のエツチングレート及び素
子特性を示す図であり（１）はりアクティブスパッタに
より形成した下地、（２）は熱酸化により形成した下地
を示す、第１３図は安定した素子特性と不安定な素子特
性を示す図、第１４図は液晶パネルセル内の水分濃度と
素子Ｉ−Ｖ特性を示す図、第１５図はＴａＯｘ膜中のＮ
濃度とＴａＯｘ膜屈折率、ＴａＯｘ膜反射率の関係を示
す図、第１６図は素子容量を通常素子の１／２とし画素
分割の冗長設計を行なった実施例−３を示すＭＩＭ上面
図。１１・・・液晶以上

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板上に設けられた複数の行電極と、前記基板と
対向する対向基板上に前記行電極と交差して配置された
複数の列電極が備えられ、前記両電極の交差部のマトリ
ックス状に形成された画素部にスイッチング用非線形抵
抗素子を配し、前記基板間に封入された液晶を電気的に
駆動させて表示す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にＭＩＭ（メタル・
インシュレーター・メタル）の２端子素子を用い、前記
インシュレーターの比誘電率εがＴａＯｘ（但しｘは任
意の数値を示す）の比誘電率未満であり、前記対向基板
の有する静電容量Ｃ＿Ｃ＿Ｆ、画素部の液晶の静電容量
Ｃ＿Ｌ＿Ｃ、ＭＩＭ素子の静電容量Ｃ＿Ｍ＿Ｉ＿ＭがＣ＿Ｃ＿Ｆ×Ｃ＿Ｌ＿Ｃ／〔（Ｃ＿Ｃ＿Ｆ＋Ｃ＿Ｌ＿Ｃ
）×Ｃ＿Ｍ＿Ｉ＿Ｍ〕＞２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。
（２）前記対向基板がカラーフィルター層を有し、その
カラーフィルター層の下に電極形成されており前記Ｃ＿
Ｃ＿Ｆがカラーフィルター層の静電容量であることを特
徴とする請求項（１）記載のアクティブマトリックス型
液晶表示装置。
（３）前記対向基板がカラーフィルター層を有し、その
カラーフィルター層の上に電極形成されており前記Ｃ＿
Ｃ＿Ｆ＝∽であることを特徴とする請求項（１）記載の
アクティブマトリックス型液晶表示装置。
（４）前記アクティブマトリックス型液晶表示装置の駆
動方法がポジ又はネガ表示であることを特徴とする請求
項（１）記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置
。
（５）前記電気的に駆動させる液晶中の水分濃度が１０
０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項（１）記載
のアクティブマトリックス型液晶表示装置。
（６）前記ＭＩＭの２端子素子がＴａ／ＴａＯｘ／Ｃｒ
であり、ＴａＯｘに他の元素が添加されていることを特
徴とする請求項（１）記載のアクティブマトリックス型
液晶表示装置。
（７）前記他元素を添加されたＴａＯｘの比誘電率が２
２以下であることを特徴とする請求項（６）記載のアク
ティブマトリックス型液晶表示装置。
（８）前記他元素を添加されたＴａＯｘの比誘電率が１
０以下であることを特徴とする請求項（６）記載のアク
ティブマトリックス型液晶表示装置。
（９）前記添加する元素がＮまたはＳｉであることを特
徴とする請求項（６）記載のアクティブマトリックス型
液晶表示装置。
（１０）前記添加する元素が酸化物、チッ化物、酸チッ
化物の形で添加されていることを特徴とする請求項（６
）記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置。
（１１）前記基板上に酸化物、チッ化物、酸チッ化物の
下地絶縁膜が形成されたのちＭＩＭの２端子素子が形成
されていることを特徴とする請求項（６）記載のアクテ
ィブマトリックス型液晶表示装置。
（１２）前記ＭＩＭ２端子素子に用いる下電極Ｔａの結
晶構造がα−Ｔａであることを特徴とする請求項（６）
記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置。
（１３）前記添加されているＮの濃度がＴａＯｘ中に５
〜２５ａｔ％であることを特徴とする請求項（９）記載
のアクティブマトリックス型液晶表示装置。
（１４）前記ＭＩＭ２端子素子の下電極Ｔａ中にＮが５
〜４５ａｔ％含まれていることを特徴とする請求項（９
）記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置。
（１５）前記下電極Ｔａの結晶構造がα−Ｔａ又はα−
ＴａとＴａ＿２Ｎの混合状態であることを特徴とする請
求項（１４）記載のアクティブマトリックス型液晶表示
装置。
（１６）前記Ｎが添加された下電極Ｔａの比抵抗が６０
〜３００μΩ・ｃｍであることを特徴とする請求項（１
５）記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置。
（１７）前記基板上に形成される酸チッ化膜がＴａの酸
チッ化物であることを特徴とする請求項（１１）記載の
アクティブマトリックス型液晶表示装置。
（１８）前記Ｎ添加されているＴａＯｘ膜中にＴａ酸チ
ッ化物（ＴａＯｘＮｙ）（ただしｘ、ｙは任意の数を示
す）が存在することを特徴とする請求項（９）記載のア
クティブマトリックス型液晶表示装置。
（１９）前記行電極と列電極の交差部の１つ１つの画素
電極が複数に分割され、そのそれぞれに前記Ｔａ０ｘに
他元素が添加されているＭＩＭ２端子素子が接続されて
いる請求項（６）記載のアクティブマトリックス型液晶
表示装置。
（２０）前記ＴａＯｘにＮまたはＳｉが添加されている
ことを特徴とする請求項（１９）記載のアクティブマト
リックス型液晶表示装置。
（２１）基板上に設けられた複数の行電極と、前記基板
と対向する対向基板上に前記行電極と交差して配置され
た複数の列電極が備えられ、前記両電極の交差部のマト
リックス状に形成された画素部にスイッチング用非線形
抵抗素子を配し、前記基板間に封入された液晶を電気的
に駆動させて表示するアクティブマトリックス型液晶表
示装置の製造方法において前記基板上にＴａ膜をチッ素
を含む雰囲気中でリアクティブスパッタしたのち前記Ｔ
ａ膜を酸化して下地絶縁膜を形成する第１の工程と、前
記下地絶縁膜上にＴａ膜をチッ素を含む雰囲気中でリア
クティブスパッタする第２の工程と、前記第２の工程で
形成されたＴａ膜をパターンエッチングして下電極とす
る第３の工程と、前記パターンエッチングしたＴａ膜を
酸化して絶縁膜（インシュレーター）とする第４の工程
と、前記第４の工程で形成された絶縁膜上にＣｒを成膜
する第５の工程と、前記第５の工程で成膜されたＣｒを
パターンエッチングして上電極とし、ＭＩＭ素子を形成
する第６の工程と、前記第６の工程を経たのち、ＩＴＯ
を成膜する第７の工程と、前記ＩＴＯをエッチングして
画素電極とする第８の工程を有す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の製造方法。
（２２）前記第１または第４工程の酸化方法が、熱酸化
または陽極酸化であることを特徴とする請求項（２１）
記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置の製造方
法。
（２３）前記第１工程の絶縁膜または第４工程のインシ
ュレーターを反応性リアクティブスパッタによって行な
うことを特徴とする請求項（２１）記載のアクティブマ
トリックス型液晶表示装置の製造方法。
（２４）前記第１、または第２工程のチッ素を含む雰囲
気中にＡｒを含むことを特徴とする請求項（２１）記載
のアクティブマトリックス型液晶表示装置の製造方法。
（２５）前記第１、または第２の工程でチッ素雰囲気に
代えて５〜５０ａｔ％のＮを含有するＴａターゲットを
チッ素を含まない雰囲気中でスパッタすることを特徴と
する請求項（２１）記載のアクティブマトリックス型液
晶表示装置の製造方法。
（２６）前記第２の工程でＲＦバイアスを基板に印加し
てスパッタすることを特徴とする請求項（２１）記載の
アクティブマトリックス型液晶表示装置の製造方法。
（２７）前記第１または第２の工程でチッ素雰囲気に代
えて、酸化後、またはリアクティブスパッタ後Ｎプラズ
マ処理にてＮを絶縁膜またはインシュレーターに添加す
ることを特徴とする請求項（２１）記載のアクティブマ
トリックス型液晶表示装置の製造方法。