JPH0519302A - マトリツクスアレイ基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 絶縁基板上に金属−絶縁体−金属素子構造の
非線形抵抗素子と補助容量電極27とが形成されてなるマ
トリックスアレイ基板の製造方法において、上記絶縁基
板に上記非線形抵抗素子の一方の電極22とこの電極に一
体に接続した電極配線部23とからなる金属層を複数の表
示領域に対応して分割形成すると同時に、上記補助容量
電極を形成し、この補助容量電極の表面を選択的に陽極
酸化して酸化膜からなる絶縁層28を形成したのち、この
絶縁層上に上記分割形成された金属層の隣接電極配線部
相互を接続する接続配線29を形成するようにした。 【効果】 ＭＩＭ素子と補助容量を有するマトリックス
アレイ基板を容易かつ歩留りよく製造することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、非線形抵抗素子を有
するマトリックスアレイ基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示器を用いた液晶表示装置
は、時計、電卓、計測機器などの比較的簡単な構造のも
のから、パーソナル・コンピュータ、ワード・プロセッ
サ、さらには各種ＯＡ用端末機器、ＴＶ画像表示装置な
どの大容量情報表示のものまで幅広く使用されつつあ
る。このうち、特に大容量の液晶表示装置においては、
一般にマトリックス表示のマルチプレックス駆動方式が
採用されている。

【０００３】ところが、このマトリックス表示のマルチ
プレックス駆動方式は、液晶自体の本質的な特性によ
り、表示部分（オン画素）と非表示部分（オフ画素）の
コントラスト比が２００本程度の走査線の場合でも不十
分であり、さらに走査線を５００本以上とする大規模な
マトリックス駆動をおこなう場合には、コントラストの
劣化が致命的になるという問題がある。

【０００４】そのため、この駆動方式の問題点を解決す
るための開発が盛んにおこなわれている。その一方法と
して、個々の画素を直接スイッチ駆動するものがあり、
そのスイッチング素子として薄膜トランジスタや非線形
抵抗素子が用いられている。このスイッチング素子う
ち、非線形抵抗素子は、薄膜トランジスタにくらべて、
基本的に２端子であるため、構造が簡単であり、製造が
容易なことから、製造歩留りの向上、製造コストの低減
が期待できるという利点がある。

【０００５】このような非線形抵抗素子としては、薄膜
トランジスタと同じ材料を用いて接合形成されるダイオ
ード型、酸化亜鉛を用いて形成されるバリスタ型、金属
電極間に絶縁物を挟んだ金属−絶縁体−金属型（ＭＩＭ
型）、金属電極間に半導電性の層を挟んだ型などが既に
開発されている。このうち、ＭＩＭ型は、最も構造が簡
単なものの一つで、現在のところ最も実用化しやすいも
のということができる。

【０００６】図３にそのＭＩＭ素子を有するマトリック
スアレイ基板を一画素部分について示す。そのＭＩＭ素
子１は、ガラス基板２上に形成されたタンタル（Ｔａ）
膜からなる一方の電極３およびこの一方の電極３に一体
に接続形成された電極配線部４からなる第１金属層と、
その一方の電極３および電極配線部４の表面を覆う酸化
膜からなる絶縁層５と、上記一方の電極３上の絶縁層５
を跨いでガラス基板２上に形成されたクローム（Ｃｒ）
膜からなる他方の電極６としての第２金属層とからな
る。その他方の電極６は、ガラス基板２上の表示画素領
域に形成された透明導電膜からなる表示画素電極７に接
続されている。

【０００７】このＭＩＭ素子１は、つぎのよう形成され
る。まずガラス基板２上にタンタル膜をスパッタリング
法や真空蒸着法などの薄膜形成法により形成し、これを
フォトリソグラフィ法により一体の一方の電極３と電極
配線部４とからなる所定のパターンに形成する。つぎに
この所定のパターンに形成された一方の電極３と電極配
線部４をクエン酸水溶液を用いた陽極酸化法により化成
し、その表面に酸化膜からなる絶縁層５を形成する。そ
の後、薄膜形成法によりクローム膜を形成し、このクロ
ーム膜をフォトリソグラフィ法により所定のパターンの
他方の電極６を形成する。なお、透明導電膜からなる表
示画素電極７は、フォトリソグラフィ法により上記ＭＩ
Ｍ素子１形成後に形成される。

【０００８】このＭＩＭ素子１の基本的な製造技術は、
特開昭５５−１６１２７３号公報に開示されており、そ
の改良技術が特開昭５８−１７８３２０号公報などに開
示されている。

【０００９】ところで、上記ＭＩＭ構造のマトリックス
アレイ基板を対向ストライプ電極と組合わせて液晶表示
装置を構成すると、各表示画素の等価回路は、図４に示
すように、ＭＩＭ容量９と非線形抵抗10との並列回路で
示すＭＩＭ素子１と、液晶容量11と液晶抵抗12との並列
回路で示す液晶層13との直列結合と見なすことができ
る。そのため、マトリックスアレイ基板の引出し電極と
対向ストライプ電極にそれぞれデータ信号と走査信号を
与えたとき、ＭＩＭ素子１と液晶層13との間の電圧差が
非線形抵抗10と液晶抵抗12とにより容量分割される。こ
の場合、ＭＩＭ素子１の容量が液晶層13の容量にくらべ
て十分に小さければ、電圧差の大部分がＭＩＭ素子１に
かかり、低抵抗素子として動作し、画素電極に十分な電
荷量を蓄積することができる。

【００１０】しかしながら、ＭＩＭ素子１と液晶層13と
の容量比が大きくとれない場合は、ＭＩＭ素子１がスイ
ッチング機能を果たさなくなる。したがって、そのスイ
ッチング機能を十分に果たすようにＭＩＭ素子１と液晶
層13との容量比が大きくするためには、ＭＩＭ素子１の
容量を小さくすればよく、そのためには、ＭＩＭ素子１
の面積を小さくすればよいことになる。しかし、現在の
ＭＩＭ素子１の大きさは数ミクロン程度であるため、こ
れをさらに小さくするためには、微細加工かつ大面積に
わたり均一に形成することが可能な半導体製造設備が必
要となり、製造コストの上昇をまねく。

【００１１】また絶縁層５の膜厚を厚くすることでも、
ＭＩＭ素子１の容量を小さくできるが、この場合は、Ｍ
ＩＭ素子１の電流−電圧特性の対称性が悪化する。また
他の方法として、スイッチング機能を十分に果たすよう
にするために、液晶層13の容量を大きくすることでも解
決できるが、この場合は、画素面積が大きくなり、高解
像度表示装置を構成することができなくなる。

【００１２】このような問題を解決する手段として、マ
トリックスアレイ基板に液晶容量と並列に補助容量を設
ける方法が知られている。図５にその補助容量の設けら
れたマトリックスアレイ基板の等価回路を示す。通常そ
の補助容量14は、マトリックスアレイ基板上に設けら
れ、画素電極の下に補助容量14となるべき絶縁層を形成
し、さらにこの絶縁層を介して基板面に補助容量電極を
形成することにより、その画素電極と補助容量電極との
間に形成される。

【００１３】図６にこの補助容量を作り込んだマトリッ
クスアレイ基板の画素部分を示す。このマトリックスア
レイ基板の補助容量の形成は、ガラス基板上にタンタル
膜を形成し、フォトリソグラフィ法により所定パターン
の補助容量電極16を形成する。つぎにスパッタリング法
などによりガラス基板のほぼ全面に五酸化タンタルや酸
化シリコンなどからなる補助容量絶縁層17を形成する。
この場合、補助容量電極16の引出し部分については、マ
スクデポにより絶縁膜17の形成を防止する。その後、前
記したＭＩＭ素子の形成方法と同様の方法によりＭＩＭ
素子を形成する。すなわち、上記補助容量電極16および
補助容量絶縁層17の形成されたガラス基板上にタンタル
膜を形成し、フォトリソグラフィ法によりＭＩＭ素子１
の一方の電極３およびこの電極３と一体の電極配線部４
からなる第１金属層を補助容量電極16と直交する方向に
形成する。つぎに陽極酸化法によりその一方の電極３と
この電極３と一体の電極配線部４との表面に酸化膜から
なる絶縁層５を形成する。その後、クローム膜を形成
し、このクローム膜をフォトリソグラフィ法により他方
の電極６をパターニングすることにより形成される。そ
してその後、透明導電膜からなる表示画素電極７を形成
する。

【００１４】このようにマトリックスアレイ基板に液晶
画素容量と並列に補助容量を作り込むことにより、ＭＩ
Ｍ容量に直列に接続された液晶側の容量が、液晶容量＋
補助容量と大きくなり、ＭＩＭ容量との比を大きくする
ことができる。

【００１５】しかし、上記マトリックスアレイ基板に補
助容量を作り込む方法では、ＭＩＭ素子１を有するマト
リックスアレイ基板の製造プロセスのほかに、補助容量
電極16と補助容量絶縁層17の形成する工程が必要である
ため、その工程増加によりマトリックスアレイ基板の製
造歩留りの低下をまねく。しかもその補助容量電極16
は、ＭＩＭ素子１の一方の電極３と一体の電極配線部４
と交差して形成されるため、補助容量絶縁層17にピンホ
ールなどがあると、ＭＩＭ素子１の一方の電極３と補助
容量電極16との間でショート不良をおこすなどの問題が
ある。

【００１６】これを解決する手段として、図７に示すよ
うに、補助容量電極16と、ＭＩＭ素子１の一方の電極３
と一体の電極配線部４とを平行に形成する構造がある
が、このような構造は、表示画素領域を削減して補助容
量電極16を形成するためのスペースを確保しなければな
らないため、表示領域の開口率が低下するばかりでな
く、補助容量電極16とＭＩＭ素子１の一方の電極３と一
体の電極配線部４とが平行であるために、それらの引出
し電極線の配線の自由度が少なくなるなどの問題がおこ
る。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
ＭＩＭ素子と補助容量を有するマトリックスアレイ基板
の製造方法は、ＭＩＭ素子を有するマトリックスアレイ
基板の製造プロセスのほかに、補助容量電極と補助容量
絶縁層を形成する工程を必要となり、その工程増加のた
めにマトリックスアレイ基板の製造歩留りの低下をまね
く。しかも補助容量電極は、ＭＩＭ素子の一方の電極と
一体の電極配線部と交差して形成されるため、補助容量
絶縁層にピンホールなどがあると、ＭＩＭ素子の一方の
電極と補助容量電極との間でショート不良をおこす。

【００１８】この問題点を解決するためには、補助容量
電極をＭＩＭ素子の一方の電極と一体の電極配線部と平
行に形成すればよいが、この構造では、表示画素領域を
削減して補助容量電極を形成するためのスペースを確保
しなければならず、表示領域の開口率が低下するばかり
でなく、補助容量電極とＭＩＭ素子の一方の電極の引出
し電極線の配線の自由度が少なくなる。

【００１９】したがって、従来のＭＩＭ素子と補助容量
を有するマトリックスアレイ基板の製造方法では、大面
積、高精細の表示装置を無欠陥で製造することがきわめ
て困難であるという問題がある。

【００２０】この発明は、上記従来の問題点を解決し
て、大面積、高精細の表示装置を無欠陥で製造しうるＭ
ＩＭ素子と補助容量を有するマトリックスアレイ基板の
製造方法を得ることを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】絶縁基板上に金属−絶縁
体−金属素子構造の非線形抵抗素子と補助容量電極とが
形成されてなるマトリックスアレイ基板の製造方法にお
いて、絶縁基板に非線形抵抗素子の一方の電極とこの電
極に一体に接続した電極配線部とからなる金属層を複数
の表示領域に対応して分割形成すると同時に、補助容量
電極を形成し、この補助容量電極の表面を選択的に陽極
酸化して酸化膜からなる絶縁層を形成したのち、この絶
縁層上に上記分割形成された金属層の隣接電極配線部相
互を接続する接続配線を形成するようにした。

【００２２】

【作用】上記のように、金属−絶縁体−金属素子構造の
非線形抵抗素子の一方の電極およびこの電極に一体に接
続した電極配線部からなる金属層と補助容量電極とを同
時に形成し、この補助容量電極の表面を陽極酸化したの
ち、金属層の隣接電極配線部相互を接続する接続配線を
形成すると、従来の補助容量を有するマトリックスアレ
イ基板の製造に必要とした補助容量を作り込むための格
別の工程を要することなく、所要の補助容量を有するマ
トリックスアレイ基板を製造することができる。

【００２３】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明を実施例に基
づいて説明する。

【００２４】図２にその一実施例である液晶表示装置用
マトリックスアレイ基板を示す。このマトリックスアレ
イ基板は、たとえばホウ珪酸ガラスからなる透明平板状
のガラス基板20（絶縁基板）の一方の面上に、複数の表
示画素領域に対応して分割かつ並列した複数のＭＩＭ素
子21が形成されている。その各ＭＩＭ素子21は、ガラス
基板20の一方の面に形成されたタンタル膜からなる一方
の電極22およびこの一方の電極22と一体に接続形成され
た電極配線部23からなる第１金属層と、この一方の電極
22およびこの一方の電極22と一体の電極配線部23の表面
を覆う酸化膜からなる絶縁層24と、この絶縁層24を跨い
で後述するガラス基板20上の表示画素領域に形成された
画素電極上に延在して、この画素電極に接続されたチタ
ン（Ｔｉ）膜からなる他方の電極25としての第２金属層
とからなる。

【００２５】また、上記ガラス基板20上には、上記各Ｍ
ＩＭ素子21の電極配線部23と直交する方向に各表示画素
領域を挟み、かつ各ＭＩＭ素子21と重なり合うことな
く、分割形成された一方の電極22と一体の隣接電極配線
部23間を通る複数の補助容量電極27が設けられている。
この補助容量電極27は、後述する画素電極との間に補助
容量を形成するために、表面に酸化膜からる補助容量絶
縁層28が形成されている。そしてこの補助容量電極27と
上記ＭＩＭ素子21の一方の電極22と一体の電極配線部23
との交差部分には、補助容量絶縁層28を跨いで隣接電極
配線部23相互を接続する透明導電膜からなる接続配線29
が設けられている。さらに、上記ＭＩＭ素子21と補助容
量電極27とにより囲まれたガラス基板20上の表示画素領
域には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明導電膜
からなる画素電極30が設けられている。この画素電極30
は、上記ＭＩＭ素子21の他方の電極25に接続され、かつ
上記補助容量電極27との間に補助容量を形成すべく、一
部が補助容量絶縁層28と重なり合うように形成されてい
る。

【００２６】このようなマトリックスアレイ基板は、つ
ぎのように製造される。

【００２７】まず、図１（ａ）に示すように、ガラス基
板上に膜厚０．３μmのタンタル膜をスパッタリングや
真空蒸着法などの薄膜形成法により形成したのち、フォ
トリソグラフィ法により、ＭＩＭ素子21の一方の電極22
およびこの一方の電極22と一体の電極配線部23からなる
第１金属層と補助容量電極27とをパターンニングする。
すなわち、ガラス基板上に形成されたタンタル膜の全面
にレジスト膜を塗布形成したのち、フォトマスクを用い
て光露光により所定のパターンを焼付け、その後、現
像、エッチングすることにより形成される。

【００２８】つぎに、上記レジスト膜を剥離し、補助容
量電極27の表面を選択的にクエン酸の０．０１重量％水
溶液中で陽極酸化して、膜厚０．２０μm の酸化膜から
なる補助容量絶縁層を形成する。

【００２９】つぎに、図１（ｂ）に示すように、上記第
１金属層と補助容量電極27の形成されたガラス基板上
に、スパッターリング法により、ＩＴＯからなる透明導
電膜を形成し、マスクアライナを用いたフォトリソグラ
フィ法により、画素電極30と、第１金属層の一方の電極
22と一体の電極配線部23と補助容量電極27との交差部分
の補助容量絶縁層28を跨いで隣接電極配線部23相互を接
続する接続配線29とを形成する。ついでこの画素電極30
と接続配線29上に残存するレジスト膜を剥離することな
く、第１金属層の表面を陽極酸化して酸化膜からなる絶
縁層24を形成する。

【００３０】この場合、接続配線29上に残存するレジス
ト膜は、第１金属層表面の陽極酸化における漏れ電流を
少なくし、第１金属層表面の陽極酸化に与える影響を少
なくする。

【００３１】その後、図１（ｃ）に示すように、上記画
素電極30と接続配線29の形成されたガラス基板上に、た
とえばスパッタリング法によりチタン（Ｔｉ）膜を形成
し、フォトリソグラフィ法によりＭＩＭ素子21の他方の
電極25をパターニングする。この他方の電極25のパター
ニングは、ガラス基板上に形成されたチタン膜の全面に
レジスト膜を塗布形成し、フォトマスクを用いて光露光
により所定のパターンを焼付け、現像したのち、過酸化
水素水２０００ml、アンモニア水５００ml、エチレンジ
アミン四酢酸（ＥＤＴＡ）６０ｇ、水５００ｍｌの割合
いで混合してなるエッチング液によりエッチングするこ
とにより形成される。

【００３２】ところで、上記方法のように、ＭＩＭ素子
21のガラス基板の一方の電極22およびこの一方の電極22
と一体の電極配線部23と補助容量電極27とを同時にかつ
交差る方向に形成し、つぎにその補助容量電極27の表面
を陽極酸化して補助容量絶縁層28を形成したのち、補助
容量電極27との交差部分で分割形成された隣接電極配線
部23相互を接続する接続配線29を画素電極30と同時に形
成すると、従来のＭＩＭ素子と補助容量を有するマトリ
ックスアレイ基板のように、補助容量電極を形成するた
めの格別の工程を必要とせず、ＭＩＭ素子と補助容量を
有するマトリックスアレイ基板を容易かつ歩留りよく製
造することができる。しかもこの方法によれば、ＭＩＭ
素子21の一方の電極22の電極配線部23と補助容量電極27
とを交差方向に形成するので、それらを平行にした場合
に生ずる表示画素領域の削減を回避して、表示領域の開
口率の低下を防止できる。

【００３３】

【発明の効果】表示基板上に金属−絶縁体−金属素子構
造の非線形抵抗素子の表示基板側の一方の電極およびこ
の電極に一体に接続された電極配線部からなる金属層と
補助容量電極とを同時に形成し、この補助容量電極の表
面を陽極酸化したのち、電極配線部を接続する接続配線
を形成するので、従来のＭＩＭ素子と補助容量を有する
マトリックスアレイ基板の製造に必要とした補助容量を
作り込むための格別の工程を必要とすることなく、所要
の補助容量を有するマトリックスアレイ基板を容易かつ
歩留りよく製造することができる。しかもＭＩＭ素子の
一方の電極の電極配線部と補助容量電極とを交差方向に
形成して、それらを平行にした場合に生ずる表示画素領
域の削減を回避して表示領域の開口率の低下を防止で
き、コントラスト比の高い高品位の補助容量作り込み型
ＭＩＭ液晶表示装置を高歩留りで製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）ないし（ｃ）はそれぞれこの発明の
一実施例であるマトリックスアレイ基板の製造方法を説
明するための図である。

【図２】そのマトリックスアレイ基板の構成を示す図で
ある。

【図３】図３（ａ）は従来のＭＩＭ素子の形成されたマ
トリックスアレイ基板の構成を説明するために示した１
画素部分の平面図、図３（ｂ）はその断面図である。

【図４】そのＭＩＭ素子の形成されたマトリックスアレ
イ基板の１画素部分の等価回路図である。

【図５】ＭＩＭ素子と補助容量の形成されたマトリック
スアレイ基板の１画素部分の等価回路図である。

【図６】ＭＩＭ素子と補助容量の形成されたマトリック
スアレイ基板の構成を示す平面図である。

【図７】ＭＩＭ素子と補助容量の形成された異なる構造
のマトリックスアレイ基板の構成を示す平面図である。

【符号の説明】

20…ガラス基板 21…ＭＩＭ素子 22…一方の電極 23…電極配線部 24…絶縁層 25…他方の電極 27…補助容量電極 28…補助容量絶縁層 29…接続配線 30…画素電極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 絶縁基板上に金属−絶縁体−金属素子構
   造の非線形抵抗素子と補助容量電極とが形成されてなる
   マトリックスアレイ基板の製造方法において、 上記絶縁基板に上記非線形抵抗素子の一方の電極とこの
   電極に一体に接続した電極配線部とからなる金属層を複
   数の表示領域に対応して分割形成すると同時に上記補助
   容量電極を形成し、この補助容量電極の表面を選択的に
   陽極酸化して酸化膜からなる絶縁層を形成したのち、こ
   の絶縁層上に上記分割形成された金属層の隣接電極配線
   部相互を接続する接続配線を形成することを特徴とする
   マトリックスアレイ基板の製造方法。