JPH0511278A - Liquid crystal display device - Google Patents

Liquid crystal display device

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JPH0511278A
JPH0511278A JP3162888A JP16288891A JPH0511278A JP H0511278 A JPH0511278 A JP H0511278A JP 3162888 A JP3162888 A JP 3162888A JP 16288891 A JP16288891 A JP 16288891A JP H0511278 A JPH0511278 A JP H0511278A
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JP
Japan
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film
insulating
thin film
liquid crystal
oxide
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Application number
JP3162888A
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Japanese (ja)
Inventor
Kyoji Momoi
恭次 桃井
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Publication of JPH0511278A publication Critical patent/JPH0511278A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent the residual images and burns of the MIM active elements of an active matrix liquid crystal panel by forming an insulating film constituting the MIMs of plural layers of insulating films including specific semiconductor thin films. CONSTITUTION:The 2nd insulating thin film 3 is formed extremely thin (<=100Angstrom mass film thickness) together with the 1st insulating film 2 formed by anodizing the surface of a 1st metal 1. The insulators of the MIM elements are constituted of the multilayered film structures including these two-layered films. The materials of the 2nd insulating thin film 3 are exemplified by IV element semiconductors or the oxides, nitrides, carbides, etc., thereof. The representative materials are Si, SiOX, SiNX, etc. The 2nd insulating film 3 is first sputtered and thereafter, the film of the 2nd metal 4 is continuously formed by an Rf sputtering film forming method. The films of transparent picture element electrodes 5 consisting of ITO, et., are thereafter formed by sputtering and are subjected to photopatterning. The shift of electric characteristics of the MIM elements by the voltage impression thereto is drastically decreased and the restoration time of the characteristic shift is greatly shortened in this way.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、MIM素子の基本構造
の改良に関するもので、特にMIM素子の特性シフトが
原因となる液晶ディスプレイの残像現象及び焼き付き現
象をなくした高信頼MIM液晶ディスプレイを提供する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in the basic structure of an MIM element, and more particularly to a highly reliable MIM liquid crystal display which eliminates the afterimage phenomenon and burn-in phenomenon of the liquid crystal display caused by the characteristic shift of the MIM element. To do.

【0002】[0002]

【従来の技術】まず、MIM素子の定義をしておく。こ
れは、アクティブマトリクス液晶ディスプレイ駆動用の
画素毎に形成されるアクティブ素子に分類される。Me
talーInsulatorーMetalの構成で、電
気特性の非線形性は、双方向ダイオードに良く似た特性
を示すものである。
2. Description of the Related Art First, an MIM element will be defined. This is classified as an active element formed for each pixel for driving an active matrix liquid crystal display. Me
With the tal-Insulator-Metal configuration, the non-linearity of the electrical characteristics is similar to that of a bidirectional diode.

【0003】従来のMIMの基本プロセスは、Ta成膜
パターン形成ー陽極酸化ーCr成膜パターン形成ー画素
透明電極としてのITO成膜パターン形成という構成に
なる。従来のMIM素子形成基板断面図を図2に示す。
Taなどの第1の金属1の表面に陽極酸化などの方法に
より第1の絶縁膜2を形成し、その上にCrなどの第2
の金属4を成膜パターン形成する。最後に画素透明電極
5を成膜パターン形成して、MIM素子形成基板が出来
上がる。
The basic process of the conventional MIM consists of Ta film formation pattern formation-anodic oxidation-Cr film formation pattern formation-ITO film formation pattern formation as a pixel transparent electrode. A cross-sectional view of a conventional MIM element formation substrate is shown in FIG.
A first insulating film 2 is formed on the surface of a first metal 1 such as Ta by a method such as anodic oxidation, and a second insulating film 2 such as Cr is formed on the first insulating film 2.
The metal 4 is formed into a film-forming pattern. Finally, the pixel transparent electrode 5 is formed into a film-forming pattern to complete the MIM element formation substrate.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このアクティブマトリ
クス液晶パネルのアクティブ素子であるMIM素子の唯
一の欠点として、本来素子性能を確保する上で必要とな
るプール−フレンケル電気伝導以外に、電圧印加により
電気伝導特性がシフトするという現象があげられる。こ
のシフト量が印加電圧値により変化するため、液晶ディ
スプレイの表示パターンが長い時間消えないで残ってい
るという表示上の残像及び焼き付き現象となる。この現
象の原因系の推定メカニズムを以下に整理する。
The only drawback of the MIM element, which is the active element of the active matrix liquid crystal panel, is that, in addition to the Pool-Frenkel electric conduction that is originally necessary for ensuring the element performance, it is possible to generate electricity by applying a voltage. There is a phenomenon that the conduction characteristics are shifted. Since this shift amount changes depending on the applied voltage value, there are afterimages and burn-in phenomenon on the display that the display pattern of the liquid crystal display remains for a long time without disappearing. The presumed mechanism of the cause system of this phenomenon is summarized below.

【0005】(1) イオン伝導説−−− 第1の絶縁
膜2のバルク内に含まれている余計な可動イオンが比較
的移動の自由度がある状態であり、このイオンの移動に
よりMIM素子の電気特性がシフトするというメカニズ
ムである。可動イオンの種類は、金属イオン及び金属薄
膜中の不純物イオンなどが考えられる。このシフトが原
因となり、液晶ディスプレイの表示上の残像及び焼き付
きが発生する。
(1) Ion Conduction Theory--Excess mobile ions contained in the bulk of the first insulating film 2 are in a state of relatively freedom of movement, and the movement of these ions causes the MIM element. It is a mechanism that the electric characteristics of are shifted. The types of mobile ions are considered to be metal ions and impurity ions in the metal thin film. Due to this shift, an afterimage and burn-in on the display of the liquid crystal display occur.

【0006】(2) 深い準位説−−−− 第1の絶縁
膜2の構造欠陥またはその中の不純物に起因する深い準
位が存在し、印加電圧値により電気伝導特性が変化す
る。
(2) Deep level theory ----- There are deep levels due to structural defects in the first insulating film 2 or impurities in the first insulating film 2, and the electric conduction characteristics change depending on the applied voltage value.

【0007】(3) 誘電率変化説−−− 電界強度に
より誘電率が変化する。これによりMIM素子の電気特
性がシフトする。
(3) Dielectric constant change theory --- The dielectric constant changes depending on the electric field strength. This shifts the electrical characteristics of the MIM element.

【0008】例えば第1の絶縁膜がTaなどの金属の陽
極酸化で形成される場合、第1の絶縁膜2のバルク内
は、イオンが容易に移動できる状態であることが知られ
ている。
For example, when the first insulating film is formed by anodic oxidation of a metal such as Ta, it is known that ions can easily move in the bulk of the first insulating film 2.

【0009】このイオンを可動イオンと命名しておく。
不純物イオン及び酸化されなかった金属イオンなどの存
在が確認されていて、これらが可動イオンとして働くこ
とが充分考えられることから、イオン伝導説が有力と思
われる。
This ion is named a mobile ion.
The existence of impurity ions and unoxidized metal ions has been confirmed, and it is fully possible that these act as mobile ions. Therefore, the ionic conduction theory seems to be effective.

【0010】本発明の目的は、MIM素子構造を改良す
ることにより、MIM素子の特性シフトが原因となる液
晶ディスプレイの残像及び焼き付き現象をなくすことに
ある。
An object of the present invention is to improve the structure of the MIM element to eliminate the afterimage and burn-in phenomenon of the liquid crystal display caused by the characteristic shift of the MIM element.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、以下の7項目の内容を特徴とする。
The liquid crystal display device of the present invention is characterized by the following seven items.

【0012】(1)画素毎に形成するスィッチング素子
を双方向ダイオード特性をもつMIM素子で形成したア
クティブマトリクス液晶ディスプレイのMIM素子側基
板において、ウエハ基板上に第1の金属薄膜パターンを
形成し、該パターンの表面に絶縁膜を形成しその上に反
対側電極を成膜パターン形成してなるMIM素子の絶縁
膜を、少なくとも第1の絶縁膜と質量膜厚100Å以下
の第2の絶縁薄膜の2層を含む複数層の絶縁膜として形
成することを特徴とする。
(1) In a MIM element side substrate of an active matrix liquid crystal display in which a switching element formed for each pixel is an MIM element having a bidirectional diode characteristic, a first metal thin film pattern is formed on a wafer substrate, The insulating film of the MIM element, which is formed by forming an insulating film on the surface of the pattern and forming a film pattern of the opposite electrode on the insulating film, is composed of at least the first insulating film and the second insulating thin film having a mass film thickness of 100 Å or less. It is characterized in that it is formed as a plurality of insulating films including two layers.

【0013】(2)前記第1の金属薄膜パターンの表面
に前記第1の絶縁膜を形成し、その上の前記第2の絶縁
薄膜をIV族元素半導体またはその酸化物、またはII
I−V化合物半導体またはその酸化物、II−VI化合
物半導体またはその酸化物とすることを特徴とする。
(2) The first insulating film is formed on the surface of the first metal thin film pattern, and the second insulating thin film formed thereon is used as a group IV element semiconductor or its oxide, or II.
An IV compound semiconductor or an oxide thereof, and an II-VI compound semiconductor or an oxide thereof.

【0014】(3)前記第1の金属薄膜パターンの表面
に前記第1の絶縁膜を形成し、その上の前記第2の絶縁
薄膜をIV族元素半導体の窒化物または炭化物、または
III−V化合物半導体の窒化物または炭化物、II−
VI化合物半導体の窒化物または炭化物とすることを特
徴とする。
(3) The first insulating film is formed on the surface of the first metal thin film pattern, and the second insulating thin film formed thereon is a nitride or carbide of a group IV element semiconductor, or III-V. Compound semiconductor nitride or carbide, II-
It is characterized in that it is a nitride or a carbide of a VI compound semiconductor.

【0015】(4)前記第2の絶縁薄膜を酸化物とする
場合の酸化方法を、酸化物ターゲットを用いたスパッタ
成膜とすることを特徴とする。
(4) The method of oxidizing the second insulating thin film using an oxide is a sputtering film formation using an oxide target.

【0016】(5)前記第2の絶縁薄膜を酸化物とする
場合の酸化方法は、スパッタ成膜時のプラズマガスをO
2ガスを混入したArガスとするリアクティブスパッタ
法とすることを特徴とする。
(5) When the second insulating thin film is made of an oxide, the oxidizing method is as follows.
It is characterized by a reactive sputtering method using Ar gas mixed with 2 gases.

【0017】(6)前記第2の絶縁薄膜を酸化物とする
場合の酸化方法を、成膜後のヒータ加熱による熱酸化と
することを特徴とする。
(6) It is characterized in that the oxidation method when the second insulating thin film is an oxide is a thermal oxidation by heating with a heater after film formation.

【0018】(7)前記第2の絶縁薄膜を酸化物とする
場合の酸化方法を、成膜後の大気中における赤外線照射
または遠赤外線照射による熱酸化とすることを特徴とす
る。
(7) The oxidation method when the second insulating thin film is made to be an oxide is thermal oxidation by infrared irradiation or far infrared irradiation in the atmosphere after film formation.

【0019】(8)前記第2の絶縁薄膜を酸化物とする
場合の酸化を、次の工程である画素透明電極のスパッタ
成膜形成時に、スパッタ時基板温度200℃以上にする
ことまたはプラズマガス中の02 流量比を1%以上にす
ることの内少なくとも1方法とすることにより達成する
ことを特徴とする。
(8) Oxidation when the second insulating thin film is made to be an oxide is performed by setting the substrate temperature during sputtering to 200 ° C. or higher during the next step of forming the pixel transparent electrode by sputtering. It is characterized in that it is achieved by at least one method of setting the 02 flow rate ratio in the inside to 1% or more.

【0020】[0020]

【作用】まず、残像、焼き付きに起因する素子の電気特
性のシフトの現在一番有力なメカニズムを以下に述べ
る。第1の絶縁膜のバルク内には、酸化されていない金
属の可動イオン及びその他の不純物イオンなどが存在
し、絶縁膜内で比較的自由に移動できる状態になってい
る。MIM素子を駆動する場合、駆動電圧を印加するこ
とによりこれらのイオンが絶縁膜バルク内で移動する。
この移動により絶縁膜バルク内のイオン密度の分布に偏
りが生じて、MIM素子の特性が変化する。または、絶
縁膜内のイオンが移動して絶縁膜と電極との界面まで掃
き寄せられ、イオンが原因で界面の電気特性(ショット
キー放出特性など)が変化して、MIM素子の特性が変
化する。
First, the most influential mechanism of the shift of the electric characteristics of the element due to the afterimage and image sticking will be described below. In the bulk of the first insulating film, mobile ions of non-oxidized metal, other impurity ions, and the like exist, and the first insulating film is in a state where it can move relatively freely in the insulating film. When driving the MIM element, by applying a drive voltage, these ions move in the bulk of the insulating film.
Due to this movement, the distribution of the ion density in the bulk of the insulating film is biased, and the characteristics of the MIM element change. Alternatively, the ions in the insulating film move and are swept up to the interface between the insulating film and the electrode, and the electrical characteristics of the interface (Schottky emission characteristics, etc.) change due to the ions, and the characteristics of the MIM element change. .

【0021】本発明の作用の推定メカニズムの第1は、
MIM素子の第1の絶縁膜内で移動してきたイオンを第
2の絶縁薄膜で遮り、電極との界面までイオンが到達し
ないようにすることと考えられる。第2の絶縁薄膜は、
このようにイオンの防壁の役目を果たすということであ
る。これにより、電圧印加による電極界面の状態変化が
なく、故にショットキー放出特性などの界面が関係して
いるMIM素子の特性シフトもなくなるということであ
る。
The first of the mechanism for estimating the action of the present invention is:
It is considered that the ions that have moved in the first insulating film of the MIM element are blocked by the second insulating thin film so that the ions do not reach the interface with the electrode. The second insulating thin film is
In this way, it plays the role of an ion barrier. As a result, there is no change in the state of the electrode interface due to the voltage application, and therefore the characteristic shift of the MIM element related to the interface such as the Schottky emission characteristic is also eliminated.

【0022】本発明の作用の推定メカニズムの第2は、
MIM素子の第1の絶縁膜バルク内でのイオン密度の分
布の偏りを以下の原理によりなくすことにある。つま
り、Si、SiOx、SiNx、SiC などの第2の絶
縁薄膜がイオンなどを吸着しにくい膜であるため、第2
の絶縁膜近傍まで掃き寄せられてきたイオンが、この膜
に吸着することなく即座にバルク内に拡散していくとい
うメカニズムである。これにより、MIM素子内部のイ
オン密度の分布の偏りで発生する液晶ディスプレイの残
像及び焼き付きも、回復が速くすぐに消えるということ
である。。
The second mechanism of estimating the action of the present invention is:
The deviation of the ion density distribution in the bulk of the first insulating film of the MIM element is eliminated by the following principle. That is, since the second insulating thin film such as Si, SiOx, SiNx, or SiC is a film that does not easily adsorb ions or the like,
The mechanism is that the ions swept up to the vicinity of the insulating film immediately diffuse into the bulk without being adsorbed on this film. As a result, afterimages and image sticking of the liquid crystal display, which are caused by the uneven distribution of the ion density in the MIM element, are quickly recovered and immediately disappear. .

【0023】本発明の作用の推定メカニズムの第3は、
第一の金属の表面を陽極酸化法などで酸化してなる第一
の絶縁膜を用いたMIM構造の場合に、第2の絶縁薄膜
を酸化することにより、第一の絶縁膜のさらなる酸化を
進行させ、第一の絶縁膜内を酸素リッチの状態にするこ
とができるというところにある。これは、第一の金属内
の酸化されていない可動金属イオンの濃度を減少させる
ことになり、可動イオンの移動により発生する素子の電
気特性のシフトが少なくなり、液晶ディスプレイの残像
現象および焼き付き現象が少なくなるということにな
る。
The third mechanism of estimating the action of the present invention is:
In the case of the MIM structure using the first insulating film formed by oxidizing the surface of the first metal by the anodic oxidation method or the like, by further oxidizing the second insulating thin film, further oxidation of the first insulating film can be achieved. It is possible to make the inside of the first insulating film rich in oxygen by advancing. This reduces the concentration of non-oxidized mobile metal ions in the first metal, reduces the shift in the electrical characteristics of the device caused by the movement of mobile ions, and causes the afterimage phenomenon and burn-in phenomenon of the liquid crystal display. Will be less.

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明の実施例を、図1のMIM素子
形成基板断面図により説明する。第1の絶縁膜2の形成
方法については、第1の金属1の表面を陽極酸化法など
で酸化して形成する方法、熱酸化で形成する方法、O2
プラズマ酸化などの方法がある。また、SiNx、Si
Cxなどの絶縁材料をPVD法またはCVD法などで成
膜する方法などもある。また、ポリイミドなどの有機膜
材料を絶縁膜として成膜する方法などもある。ここで、
本発明の一番の特徴は、この第1の絶縁膜2と共に第2
の絶縁薄膜を極薄に形成し、この2層膜を含む多層構造
でMIM素子のIの部分、つまりインシュレータを構成
するところにある。この第2の絶縁薄膜3を、第1の絶
縁膜2の表面に形成する。この第2の絶縁薄膜3の膜厚
を、質量膜厚100Å以下とする。このように極薄にす
る理由は、第1の絶縁膜の物性で決まるMIM素子のア
クティブ素子として必要な非線形特性に影響を与えない
ようにするためである。また、この第2の絶縁薄膜3の
材料については、IV族元素半導体またはその酸化物、
窒化物、炭化物、III−V化合物半導体またはその酸
化物、窒化物、炭化物、II−VI化合物半導体または
その酸化物、窒化物、炭化物とする。代表的な材料は、
Si、SiOx、SiNx,SiCなどである。この材
料であれば、Rfスパッタ成膜法、プラズマCVD法な
どの方法が使えるため、インラインタイプの量産装置が
構築でき、成膜スピードが格段に向上する。故に将来の
アクティブマトリクス液晶パネルの合理化、コストダウ
ンにもマッチする。また、スパッタ法で成膜する場合、
MIM素子の反対側の電極である第2の金属の成膜方法
も一般的にはスパッタ法であるため、この第2の金属と
同時に同一スパッタ内で真空を破らずに連続成膜が達成
できるのである。この連続成膜のスパッタ成膜順序は、
最初に第2の絶縁薄膜3をスパッタし、次に第2の金属
のスパッタとなる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the cross-sectional view of the MIM element formation substrate of FIG. As the method of forming the first insulating film 2, a method of oxidizing the surface of the first metal 1 by an anodic oxidation method or the like, a method of forming by thermal oxidation, O 2
There are methods such as plasma oxidation. In addition, SiNx, Si
There is also a method of forming an insulating material such as Cx by a PVD method or a CVD method. There is also a method of forming an organic film material such as polyimide as an insulating film. here,
The most important feature of the present invention is that the first insulating film 2 and the second
The insulating thin film is formed extremely thin, and the I portion of the MIM element, that is, the insulator is formed by a multilayer structure including the two-layer film. The second insulating thin film 3 is formed on the surface of the first insulating film 2. The film thickness of this second insulating thin film 3 is set to 100 Å or less as the mass film thickness. The reason for making it ultra-thin in this way is so as not to affect the nonlinear characteristics required as an active element of the MIM element determined by the physical properties of the first insulating film. The material of the second insulating thin film 3 is a group IV element semiconductor or its oxide,
A nitride, a carbide, a III-V compound semiconductor or an oxide thereof, a nitride, a carbide, and an II-VI compound semiconductor or an oxide, a nitride, or a carbide thereof. Typical materials are
Examples include Si, SiOx, SiNx, and SiC. With this material, since the Rf sputtering film forming method, the plasma CVD method and the like can be used, an in-line type mass production apparatus can be constructed and the film forming speed is remarkably improved. Therefore, it will match the rationalization and cost reduction of future active matrix liquid crystal panels. When forming a film by sputtering,
Since the film forming method of the second metal, which is the electrode on the opposite side of the MIM element, is also generally the sputtering method, continuous film formation can be achieved simultaneously with the second metal in the same sputtering without breaking the vacuum. Of. The sputter deposition sequence for this continuous deposition is
First, the second insulating thin film 3 is sputtered, and then the second metal is sputtered.

【0025】第2の金属の成膜パターニング後は、従来
と同じプロセスであるが、ITOなどの画素透明電極5
をRfスパッタ法などでスパッタ成膜し、フォトパター
ニング形成する。
After the film formation and patterning of the second metal, the same process as the conventional process is performed, but the pixel transparent electrode 5 such as ITO is used.
Is formed into a film by sputtering using the Rf sputtering method or the like, and photo-patterning is performed.

【0026】第2の絶縁薄膜を酸化物とする場合の酸化
方法を、以下の5方法とする。
The following five methods are used as the oxidation method when the second insulating thin film is an oxide.

【0027】方法(1)−−−−酸化物ターゲットを用
いてスパッタ成膜する方法である。ほとんどの場合、タ
ーゲット自体絶縁物となるため、高周波電圧印加のRF
スパッタ法とする。
Method (1) --- This is a method of forming a film by sputtering using an oxide target. In most cases, the target itself is an insulator, so RF with high frequency voltage applied
The sputtering method is used.

【0028】方法(2)−−−−スパッタ成膜時のプラ
ズマガスをO2 ガスを混入したArガスを用いるリアク
ティブスパッタ法とする。この場合、ターゲットの段階
では酸化物である必要がなく、純粋な半導体のまま、ま
たはGaAsなどの半導体化合物のままでよい。
Method (2) --- Reactive sputtering method using Ar gas mixed with O2 gas as the plasma gas during sputtering film formation. In this case, it does not have to be an oxide at the target stage and may be a pure semiconductor or a semiconductor compound such as GaAs.

【0029】方法(3)−−−−方法(1)と方法
(2)の組合せ 方法(1)だけでは完全な酸化物としての薄膜成膜が達
成出来ない場合がある。この原因メカニズムを以下に述
べる。まずAr粒子によりスパッタされる時点で、酸化
物半導体のままスパッタされる場合と、Ar粒子のター
ゲットへの衝突時に分解して酸化されていない半導体と
して基板に成膜される場合とに分かれる。成膜された膜
についての酸化割合は、Arガス圧、パワーなどのスパ
ッタパラメータに依存する。この方法3は、完全な酸化
物を得るために方法(1)と方法(2)の両方を同時に
採用する方法である。酸化物ターゲットを用い、さらに
O2 ガス混入のリアクティブスパッタを行うことにより
完全な酸化物として成膜できる。
Method (3) ---- In some cases, the combination of method (1) and method (2) alone (1) may not be able to achieve thin film formation as a complete oxide. The cause mechanism is described below. First, when sputtered by Ar particles, it is divided into a case where the oxide semiconductor is sputtered as it is and a case where the Ar particles are decomposed when the Ar particles collide with the target and are deposited on the substrate as an unoxidized semiconductor. The oxidation rate of the formed film depends on sputtering parameters such as Ar gas pressure and power. This method 3 is a method in which both method (1) and method (2) are simultaneously adopted to obtain a perfect oxide. A complete oxide film can be formed by using an oxide target and further performing reactive sputtering containing O2 gas.

【0030】方法(4)−−−−成膜後のヒータ加熱、
すなわち抵抗加熱による熱酸化法 まず通常の半導体として成膜を行う。その後工程で、大
気中ヒータ加熱により酸化する。RFスパッタによる酸
化物ターゲットのスパッタが採用出来ない場合、または
O2 ガスを流せずリアクティブスパッタ法が採用出来な
い場合に有効な方法である。温度分布を均一にすれば、
酸化度合及び膜質などの面内成膜の均一性がよくなる。
Method (4) ---- heating the heater after film formation,
That is, a thermal oxidation method by resistance heating is first performed to form a film as a normal semiconductor. In a subsequent process, the heater is heated in the atmosphere to oxidize it. This method is effective when the sputtering of the oxide target by RF sputtering cannot be adopted, or when the reactive sputtering method cannot be adopted because the O2 gas is not flown. If the temperature distribution is uniform,
The uniformity of in-plane film formation such as the degree of oxidation and film quality is improved.

【0031】方法(5)−−−−成膜後の赤外線または
遠赤外線による熱酸化法とする。この原理も、方法
(4)と同様に、成膜後工程で大気中加熱により酸化す
るという原理である。
Method (5) ---- The thermal oxidation method using infrared rays or far infrared rays after the film formation is used. This principle is also the same as the method (4), in which the film is oxidized by heating in the atmosphere after the film formation process.

【0032】さらに、第2の絶縁膜成膜及びパターン形
成後の次の工程である画素透明電極形成時に、ITOタ
ーゲットなどを用いてスパッタ成膜する条件を、スパッ
タ温度200℃以上にすることまたはプラズマガス中の
02 流量比を1%以上にすることの内少なくとも1方法
とすることによっても第2の絶縁薄膜は酸化される。こ
れのメリットは、次のITO成膜工程で、スパッタ条件
を最適化することにより自然に酸化されるというところ
にある。特に酸化するための工程を追加する必要がな
い。また、酸化物ターゲットなどの高価なターゲットを
使う必要もない。さらには、リアクティブスパッタとい
う成膜技術からみた膜質が不安定になるような要素も必
要なくなる。但し、この場合の酸化度合は完全酸化とま
でいかない。
Further, when forming the pixel transparent electrode, which is the next step after the second insulating film is formed and the pattern is formed, the sputtering temperature is set to 200 ° C. or higher under the condition that the ITO film is used for the sputtering film formation. The second insulating thin film is also oxidized by using at least one method of setting the 02 flow rate ratio in the plasma gas to 1% or more. The advantage of this is that it is naturally oxidized by optimizing the sputtering conditions in the next ITO film forming process. In particular, it is not necessary to add a step for oxidizing. Also, there is no need to use expensive targets such as oxide targets. Furthermore, there is no need for an element such as reactive sputtering that makes the film quality unstable as viewed from the film forming technique. However, the degree of oxidation in this case does not reach the level of complete oxidation.

【0033】ここで、酸化する方法は、以上の6方法で
あるが、どの方法を選択するかは、以上述べたメリッ
ト、デメリット及び工程合理化、コストダウンという観
点、また、どの程度酸化すれば十分かということから総
合的に判断する。以上のプロセスを代表的な材料にて順
に列挙すると、以下となる。
Here, the above-mentioned six methods are used as the oxidizing method, but which method is selected depends on the advantages, disadvantages, rationalization of the process, cost reduction, and the extent to which oxidation is performed. It is judged comprehensively from that. The above processes are listed below in order of representative materials.

【0034】(1) 第1の金属として、Ta膜のスパ
ッタ成膜、フォトパターニング (2) 第1の絶縁膜形成−−−第1の金属であるTa
膜の表面の陽極酸化によりTa2O5膜を形成する。
(1) Sputter deposition of Ta film as first metal, photo patterning (2) First insulating film formation ---- Ta which is the first metal
A Ta2O5 film is formed by anodizing the surface of the film.

【0035】(3) 第2の絶縁薄膜形成−−−代表的
には、SiO2ターゲットを用いたRfスパッタ成膜。
(3) Second insulating thin film formation--Typically, Rf sputtering film formation using a SiO2 target.

【0036】(4) 第2の金属形成−−−−代表的に
は、Crターゲットを用いたスパッタ成膜、フォトパタ
ーニング。(3)と共に2層膜を連続スパッタ成マクする
ことも可能。
(4) Second Metal Formation--Typically, sputter film formation using a Cr target and photo patterning. It is also possible to continuously sputter a two-layer film with (3).

【0037】(5) 画素透明電極形成−−−ITOタ
ーゲットを用いたRfスパッタ成膜、フォトパターニン
グ。
(5) Pixel transparent electrode formation --- Rf sputtering film formation using an ITO target, photo patterning.

【0038】本発明のMIM素子形成基板の1実施例の
平面図を図3に示す。第1の金属1のパターン形成後に
陽極酸化法などの方法により第1の金属の表面を酸化し
て第1の絶縁膜を形成する。この絶縁膜は、第1の金属
のパターンと同一平面形状に形成される。次にSi、S
iO2、SiNx、SiCなどの半導体または半導体酸
化膜or窒化物or炭化物をスパッタなどの成膜方法で
100Å以下の膜厚にてウエハ基板全面に成膜するが、
この膜についてはフォトパターン形成の必要が無い。な
ぜなら、この膜が絶縁膜であり、この膜を介して隣の画
素orパターンとショートする心配がないからである。
これにより、次の成膜工程である第2の金属のスパッタ
膜との連続成膜が可能となるのである。1台のスパッタ
成膜装置にて真空を破らないで2層膜の連続成膜が達成
できる。
A plan view of one embodiment of the MIM element formation substrate of the present invention is shown in FIG. After forming the pattern of the first metal 1, the surface of the first metal is oxidized by a method such as anodic oxidation to form a first insulating film. This insulating film is formed in the same plane shape as the pattern of the first metal. Next, Si, S
A semiconductor such as iO2, SiNx, or SiC or a semiconductor oxide film or nitride or carbide is formed on the entire surface of the wafer substrate by a film forming method such as sputtering to a film thickness of 100 Å or less.
It is not necessary to form a photo pattern for this film. This is because this film is an insulating film and there is no risk of short circuit with the adjacent pixel or pattern via this film.
As a result, it becomes possible to continuously form a film with the sputtered film of the second metal, which is the next film forming step. A single sputter film forming apparatus can achieve continuous film formation of a two-layer film without breaking the vacuum.

【0039】以上述べたように、本発明の1番の特徴は
従来のMIM素子の絶縁膜に半導体または半導体酸化物
などの極薄膜を追加した構成にある。この追加した極薄
膜は絶縁性が良好のためパターン形成のためのフォト工
程を追加する必要もない。また、第2の金属と連続スパ
ッタ成膜が可能となり、成膜プロセスも特に増えない。
As described above, the first feature of the present invention resides in that the ultrathin film such as a semiconductor or a semiconductor oxide is added to the insulating film of the conventional MIM element. Since the added ultra-thin film has a good insulating property, it is not necessary to add a photo process for pattern formation. In addition, continuous sputtering film formation with the second metal is possible, and the film formation process does not particularly increase.

【0040】よってプロセスは特に複雑にはならないと
いうことである。
Therefore, the process is not particularly complicated.

【0041】[0041]

【発明の効果】電圧印加により従来のMIM素子の電気
特性はシフトする。この印加電圧の絶対値が変わること
により特性シフト量も変わり、またその特性シフトの回
復時間が長いため、これが液晶ディスプレイの表示上の
残像現象及び焼き付き現象として現れ、表示品質を落と
していた。液晶パネルの今後の用途についても、パソコ
ン、ワークステーション、計器類、車載用ナビゲーショ
ンシステムなど、静止画で表示する使い方が多くなるこ
とが予想され、残像、焼き付き現象に対する仕様はまち
がいなく厳しくなる。
[Effect of the Invention] The electrical characteristics of the conventional MIM element are shifted by voltage application. A change in the absolute value of the applied voltage also changes the amount of characteristic shift, and since the recovery time of the characteristic shift is long, this appears as an afterimage phenomenon and a burn-in phenomenon on the display of the liquid crystal display, which deteriorates the display quality. With regard to future applications of liquid crystal panels, it is expected that there will be many uses for displaying still images such as personal computers, workstations, measuring instruments, and in-vehicle navigation systems, and the specifications for afterimages and burn-in phenomena will definitely become strict.

【0042】今回の発明により、この特性シフトが大幅
に減少する。また、特性シフトの回復時間も大幅に短縮
する。これにより、液晶ディスプレイの特にイメージの
領域に面全体に発生する残像及び焼き付き現象がない画
像品質の良好なMIMアクティブマトリクス液晶ディス
プレイを提供できる。尚、MIM製造プロセスも特に複
雑になることもなく以上の効果が期待できるのである。
According to the present invention, this characteristic shift is greatly reduced. Also, the recovery time of the characteristic shift is significantly shortened. As a result, it is possible to provide a MIM active matrix liquid crystal display which has a good image quality without an afterimage and a burn-in phenomenon that occur in the entire surface of the liquid crystal display, particularly in the image area. The above effect can be expected without making the MIM manufacturing process particularly complicated.

【0043】また、第1の絶縁膜は、比誘電率その他の
物性が、MIM素子として必要な電気特性の非線形性能
を確保するために最適化された膜であるが、ここで、第
2の絶縁薄膜は膜厚が非常に薄いために、2層膜にして
も第1の絶縁膜の最適化された機能を同レベルで確保で
きるのである。つまり、第一の絶縁膜の性能を維持しな
がら、しかも、残像及び焼き付きを抑えることができる
のである。
The first insulating film is a film whose relative dielectric constant and other physical properties are optimized in order to secure the nonlinear performance of the electrical characteristics required for the MIM element. Here, the second insulating film is used. Since the insulating thin film is very thin, the optimized function of the first insulating film can be secured at the same level even if it is a two-layer film. That is, the afterimage and image sticking can be suppressed while maintaining the performance of the first insulating film.

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

【図1】 本発明のMIM素子形成基板断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view of a MIM element formation substrate of the present invention.

【図2】 従来のMIM素子形成基板断面図。FIG. 2 is a sectional view of a conventional MIM element formation substrate.

【図3】 本発明のMIM素子形成基板の1実施例の平
面図。
FIG. 3 is a plan view of one embodiment of the MIM element formation substrate of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1の金属 2 第1の絶縁膜 3 第2の絶縁薄膜 4 第2の金属 5 画素透明電極 6 第1の金属 1st metal 2 First insulating film 3 Second insulating thin film 4 second metal 5 pixel transparent electrode 6 First metal

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 画素毎に形成するスィッチング素子を双
方向ダイオード特性をもつMIM素子で形成したアクテ
ィブマトリクス液晶ディスプレイのMIM素子側基板に
おいて、ウエハ基板上に第1の金属薄膜パターンを形成
し、該パターンの表面に絶縁膜を形成しその上に反対側
電極を成膜パターン形成してなるMIM素子の絶縁膜
を、少なくとも第1の絶縁膜と質量膜厚100Å以下の
第2の絶縁薄膜の2層を含む複数層の絶縁膜として形成
することを特徴とする液晶表示装置。
1. In a MIM element side substrate of an active matrix liquid crystal display in which a switching element formed for each pixel is formed of an MIM element having a bidirectional diode characteristic, a first metal thin film pattern is formed on a wafer substrate. The insulating film of the MIM element in which the insulating film is formed on the surface of the pattern and the opposite electrode is formed on the surface of the pattern is at least the first insulating film and the second insulating thin film having a mass film thickness of 100 Å or less. A liquid crystal display device, which is formed as a plurality of insulating films including layers.
【請求項2】 前記第1の金属薄膜パターンの表面に前
記第1の絶縁膜を形成し、その上の前記第2の絶縁薄膜
をIV族元素半導体またはその酸化物、またはIII−
V化合物半導体またはその酸化物、II−VI化合物半
導体またはその酸化物とすることを特徴とする請求項1
記載の液晶表示装置。
2. The first insulating film is formed on the surface of the first metal thin film pattern, and the second insulating thin film thereon is formed of a group IV element semiconductor or an oxide thereof, or III-
A V compound semiconductor or an oxide thereof, and a II-VI compound semiconductor or an oxide thereof.
The described liquid crystal display device.
【請求項3】 前記第1の金属薄膜パターンの表面に前
記第1の絶縁膜を形成し、その上の前記第2の絶縁薄膜
をIV族元素半導体の窒化物または炭化物、またはII
I−V化合物半導体の窒化物または炭化物、II−VI
化合物半導体の窒化物または炭化物とすることを特徴と
する請求項1記載の液晶表示装置。
3. The first insulating film is formed on the surface of the first metal thin film pattern, and the second insulating thin film formed thereon is a nitride or carbide of group IV element semiconductor, or II.
I-V compound semiconductor nitride or carbide, II-VI
The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the compound semiconductor is a nitride or a carbide.
【請求項4】 前記第2の絶縁薄膜を酸化物とする場合
の酸化方法を、酸化物ターゲットを用いたスパッタ成膜
とすることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
4. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the oxidation method when the second insulating thin film is an oxide is a sputtering film formation using an oxide target.
【請求項5】 前記第2の絶縁薄膜を酸化物とする場合
の酸化方法は、スパッタ成膜時のプラズマガスをO2ガ
スを混入したArガスとするリアクティブスパッタ法と
することを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
5. The oxidation method when the second insulating thin film is an oxide is a reactive sputtering method in which a plasma gas used for film formation by sputtering is Ar gas mixed with O 2 gas. The liquid crystal display device according to claim 1.
【請求項6】 前記第2の絶縁薄膜を酸化物とする場合
の酸化方法を、成膜後のヒータ加熱による熱酸化とする
ことを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
6. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the oxidation method when the second insulating thin film is made to be an oxide is thermal oxidation by heating with a heater after film formation.
【請求項7】 前記第2の絶縁薄膜を酸化物とする場合
の酸化方法を、成膜後の大気中における赤外線照射また
は遠赤外線照射による熱酸化とすることを特徴とする請
求項1記載の液晶表示装置。
7. The oxidation method when the second insulating thin film is an oxide is thermal oxidation by infrared irradiation or far infrared irradiation in the atmosphere after film formation. Liquid crystal display device.
【請求項8】 前記第2の絶縁薄膜を酸化物とする場合
の酸化を、次の工程である画素透明電極のスパッタ成膜
形成時に、スパッタ時基板温度200℃以上にすること
またはプラズマガス中の02 流量比を1%以上にするこ
との内少なくとも1方法とすることにより達成すること
を特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
8. Oxidation when the second insulating thin film is made to be an oxide is carried out at a substrate temperature of 200 ° C. or higher during sputtering during the next step of forming a pixel transparent electrode by sputtering. 2. The liquid crystal display device according to claim 1, which is achieved by at least one of the methods for increasing the 02 flow rate ratio to 1% or more.
JP3162888A 1991-07-03 1991-07-03 Liquid crystal display device Pending JPH0511278A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9741901B2 (en) 2006-11-07 2017-08-22 Cbrite Inc. Two-terminal electronic devices and their methods of fabrication

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9741901B2 (en) 2006-11-07 2017-08-22 Cbrite Inc. Two-terminal electronic devices and their methods of fabrication

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