JPH05313206A - マトリックスアレイ基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、素子特性を損なうことなく、配線
抵抗を低下させることが可能にして、且つ素子容量を小
さく出来るマトリックスアレイ基板を提供することを目
的とする。 【構成】この発明のマトリックスアレイ基板は、基板１
１上に下部金属層−絶縁体層−上部金属層の３層構造を
なす複数の非線形抵抗素子をアレイ状に形成し、各非線
形抵抗素子にそれぞれ画素電極２４を直列に配置してな
り、更に下部金属層は基板に接する第１の金属層１９と
この第１の金属層上に形成された第２の金属層１４とか
らなり、且つ第２の金属層は第１の金属層よりも低抵抗
にして、その表面が絶縁性の高い酸化膜１６で覆われ、
絶縁体層２１は第１の金属層の側面に形成され、第１の
金属層−絶縁体層−上部金属層の３層構造により非線形
抵抗素子２５が構成されてなり、上記の目的を達成する
ことが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、スイッチング素子と
して下部金属層−絶縁体層−上部金属層の３層構造をな
す非線形抵抗素子を用いたマトリックスアレイ基板に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置は、時計，電卓，計
測機器等の比較的簡単なものから、パ−ソナル・コンピ
ュ−タ，ワ−ド・プロセッサ，更にはＯＡ用の端末機
器，ＴＶ画像表示等の大容量情報表示用として使用され
てきており、より高画質が求められるようになってき
た。

【０００３】この種の液晶表示装置における駆動方法と
しては、単純マルチプレックス駆動方式が、２階調表示
品として使用されるワ−ド・プロセッサなどに対して一
般に採用されてきた。しかし、液晶表示装置に対してよ
り大画面，高解像度，高精細度が求められるようにな
り、これまでのマルチプレックス駆動方式の欠点とされ
ていたコントラスト比を向上させるための駆動方法が、
様々行なわれている。その１つが個々の画素を直接にス
イッチ駆動するものであり、スイッチング素子に薄膜ト
ランジスタや非線形抵抗素子を用いている。このうち非
線形抵抗素子は、薄膜トランジスタの３端子に比べて基
本的に２端子であるために構造が簡単であり、製造が容
易である。このため、製造歩留まりの向上が期待出来、
コスト低下の利点がある。

【０００４】このような非線形抵抗素子は、薄膜トラン
ジスタと同様の材料を用いて接合形成したダイオ−ドの
型、酸化亜鉛を用いたバリスタの型、電極間に絶縁物を
挾んだ下部金属層−絶縁体層−上部金属層（ＭＩＭ）の
型、更には金属電極間に半導電性の層を用いた型等が開
発されている。このうちＭＩＭ型は、構造が最も簡単な
ものの１つで、現在、既に実用化されている。さて、図
２は従来のＭＩＭ型の非線形抵抗素子を有するマトリッ
クスアレイ基板の１画素部分の一例を示す断面図であ
り、製造工程に従って説明する。

【０００５】先ず、ガラス基板１上にＴａ膜２をスパッ
タリング法や真空蒸着法等の薄膜形成法により形成し、
写真蝕刻法によりパタ−ニングする。これにより、配線
（デ−タ線）およびこの配線の端部である電極端子と、
これらに一体化した非線形抵抗素子の一方の下部金属層
が得られる。

【０００６】次に、Ｔａ膜２を例えばクエン酸水溶液中
で陽極酸化法により化成し、非線形抵抗素子の絶縁体層
を構成する酸化膜３を形成する。このような従来例で
は、化成液の温度は室温付近であり、この条件で形成し
た酸化膜３はアモルファスである。続いて、非線形抵抗
素子の他方の上部金属層としてＣｒ膜４を、薄膜形成・
加工法により形成すると、非線形抵抗素子５が完成す
る。

【０００７】更に、画像表示用の画素電極６をＣｒ膜４
と接続するように形成すれば良い。こうした基本的な製
造技術は特公昭55-161273 号公報に開示され、その改良
技術が特開昭58-178320 号公報等に開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のマト
リックスアレイ基板においては、非線形抵抗素子の片側
の金属層を配線に用いているため、良好な素子特性を示
す金属を使用しなければならない。このため、必ずしも
電気抵抗の低い材料を用いることが出来ず、多く使用さ
れているタンタル（β−Ｔａ）等は比較的抵抗の高い材
料である。そして、配線抵抗の抵抗値を低下させること
は、表示面積の大形化には不可欠の課題である。

【０００９】そこで、低抵抗の金属を使用したり、タン
タルに低抵抗の金属を混合した金属を使用して非線形抵
抗素子を形成した例もあるが、素子特性に問題があっ
た。又、タンタルの下に抵抗の低い金属を配置した例も
あるが、このような２層金属を陽極酸化した場合、低抵
抗の金属から形成される素子の特性は、非常にリ−ク電
流値が大きいため、２層金属で形成した非線形抵抗素子
は問題があった。

【００１０】一方、良好な表示を得るためには、液晶層
に十分な電圧をかける必要がある。そのためには、素子
容量を小さくする必要があり、１つの方法として非線形
抵抗素子のサイズを小さくする方法があるが、微細加工
に限界がある。

【００１１】この発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、素子特性を損なうことなく、配線抵抗を低下させる
ことが可能にして、且つ素子容量を小さく出来るマトリ
ックスアレイ基板を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、基板上に下
部金属層−絶縁体層−上部金属層の３層構造をなす複数
の非線形抵抗素子をアレイ状に形成し、各非線形抵抗素
子にそれぞれ画素電極を直列に配置してなるマトリック
スアレイ基板において、下部金属層は基板に接する第１
の金属層とこの第１の金属層上に形成された第２の金属
層とからなり、且つ第２の金属層は第１の金属層よりも
低抵抗にして、その表面が絶縁性の高い酸化膜で覆わ
れ、更に絶縁体層は第１の金属層の側面に形成され、第
１の金属層−絶縁体層−上部金属層の３層構造により非
線形抵抗素子が構成されてなるマトリックスアレイ基板
である。

【００１３】

【作用】この発明によれば、素子特性を損なうことな
く、配線抵抗を低下させることが可能にして、且つ素子
容量を小さく出来る。更に、詳しく説明すると、一般に
低抵抗の金属であるＡｌ膜は配線としては望ましいが、
その陽極酸化膜を使用して形成した非線形抵抗素子は非
常に電流が大きく、問題があった。そこで、良好な素子
特性を示すＴａ膜との２層構造にして素子を形成した
が、配線抵抗は低くなるが、Ａｌ膜で形成した素子の特
性が影響して素子全体としての特性は非常に悪かった。

【００１４】そのため、化成溶液を変えてＡｌ酸化膜を
形成し、Ａｌ膜で形成される非線形抵抗素子について電
流・電圧特性を測定したところ、酒石酸のエチレングリ
コ−ル溶液を使用した場合、その酸化膜の特性は熱工程
を通ると非常に絶縁性が高くなることが判った。つま
り、良好な特性を示すＴａ膜の上にＡｌ膜を積層し、そ
の表面に陽極酸化法で上述の溶液を使用して酸化膜を形
成すれば、Ａｌ膜を含む２層構造であっても良好な素子
特性を得ることが出来、配線抵抗を低下させること出来
ることが判った。

【００１５】この時、先ずＡｌ膜にのみパタ−ンを形成
し、それを酒石酸のエチレングリコ−ル溶液を使用して
陽極酸化を行なう。Ａｌ膜の容量を小さくするために、
十分高い電圧をかけてＡｌ膜およびＡｌ膜が除去された
後に、露出しているＴａ膜上に厚い酸化膜を形成する。
この後、Ａｌ酸化膜をマスクとして、Ｔａ膜のエッチン
グを行なえば、Ａｌパタ−ンの下のＴａのみが残ること
になり、更に、このＴａ部分に素子の絶縁層としてのＴ
ａ酸化膜を形成した素子を形成すれば、非常に小さい素
子面積を得ることが出来る。従って、素子容量を十分小
さくすることが出来、液晶層に十分な電圧をかけること
が出来るため、良好な表示を得ることが判明した。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の一実施例
を詳細に説明する。図１（ａ）〜（ｆ）はこの発明によ
るマトリックスアレイ基板の製造工程を示したもので、
製造方法的に述べることにする。

【００１７】先ず、図１（ａ）に示すように、光透過性
基板例えばガラス基板１１上に厚さ３０００オングスト
ロ−ムのＴａ膜１２をスパッタリング法により形成し、
続いてこのＴａ膜１２上に厚さ２０００オングストロ−
ムのＡｌ膜１３をスパッタリング法により形成する。こ
の時、Ａｌ膜１３は微量のＳｉを含んだ膜であっても良
い。

【００１８】次に、同図（ｂ）に示すように、Ａｌ膜１
３のみに写真蝕刻法により所望のパタ−ンを形成する。
この場合、レジストを全面に塗布した後、マスクを用い
て光露光し、現像してレジストパタ−ンを形成する。そ
して、燐酸：硝酸：酢酸：水＝１６：１：２：１の割合
に混合した溶液でエッチングを行なった後、レジストを
剥離し、下部金属層を構成する第２の金属層１４と配線
電極端子の上層部１５のＡｌパタ−ンを得る。

【００１９】次に、同図（ｃ）に示すように、配線電極
端子の上層部１５のみを覆うように保護膜１８を形成し
て、陽極酸化を行なう。この時、保護膜１８は例えばシ
リコンゴムを使用する。陽極酸化には、化成溶液として
温度２５℃・酒石酸の濃度３％のエチレングリコ−ル溶
液を用いた。化成溶液の温度を一定に保つため、又、酸
化膜の成長を均一にするために、溶液の攪拌を行なうこ
とが望ましい。陽極酸化は、Ａｌ膜１３に十分な絶縁性
を持たせるために、化成電圧を９０Ｖに設定する。この
電圧で第２の金属層１４とＴａ膜１２上に、厚さ約１５
００オングストロ−ムのＡｌ酸化膜１６とＴａ酸化膜１
７が形成される。

【００２０】次に、同図（ｄ）に示すように、保護膜１
８を除去した後に、Ａｌ酸化膜１６をマスクとして、Ｃ
Ｆ₄ ガスとＯ₂ ガスを１：２に混合したプラズマ中でケ
ミカルドライエッチング法によりＴａ酸化膜１７とＴａ
膜１２のエッチングを行ない、下部金属層を構成する第
１の金属層１９と配線電極端子の下層部２０を得る。

【００２１】次に、同図（ｅ）に示すように、非線形抵
抗素子を形成するために、温度２５℃・濃度０．０１％
のクエン酸水溶液を使用して、化成電圧４８Ｖで化成を
行ない、非線形抵抗素子を構成する絶縁体層２１を第１
の金属層１９の側面に形成する。又、配線電極端子の下
層部２０および上層部１５を覆うように保護膜２２を形
成する。

【００２２】次に、同図（ｆ）に示すように、絶縁体層
２１およびＡｌ酸化膜１６を覆うようにＣｒ膜を厚さ２
０００オングストロ−ム形成する。そして、再びレジス
トパタ−ンを形成し、硝酸第２セリウム・アンモニウム
１７ｇと過塩素酸５ｃｃを水１０ｃｃの割合に溶解した
液を用いてエッチングをして、上部金属層２３を形成す
ると、非線形抵抗素子２５が完成する。この非線形抵抗
素子２５は、既述のように第１の金属層１９−絶縁体層
２１−上部金属層２３の３層構造によりなっている。最
後に、厚さ１０００オングストロ−ムのＩＴＯ膜をスパ
ッタリングにより形成し、塩酸と硝酸と水を等量づつ混
合した液を用いてエッチングを行ない、画素電極２４の
パタ−ンを形成すれば、マトリックスアレイ基板が完成
する。尚、このマトリックスアレイ基板を用いて液晶表
示装置を形成するには、例えば次のようにすれば良い。

【００２３】先ず、マトリックスアレイ基板の非線形抵
抗素子２５形成面にポリイミド樹脂からなる配向膜を塗
布・焼成し（この焼成により、Ａｌ酸化膜１６は非常に
絶縁性が高くなる）、ラビングすることにより液晶配向
方向を規制する。対向用基板にも同様の処理を行ない、
一方の液晶表示用基板より約９０°捩じった方向にラビ
ングを行なう。上記２種類の基板を用意し、液晶の分子
長軸方向が両基板間で約９０°捩じれるように、５〜１
０μｍの間隔を保って保持させ、液晶を注入し液晶セル
を構成する。そして、液晶セルの外側に、偏光軸を約９
０°捩じった形で偏光板を配置すれば良い。以上のよう
な方法で、対角１２インチ・画素ピッチ２１０μｍ・画
素数１１５２×９００ドットの大形液晶表示装置を作製
した。

【００２４】

【発明の効果】この発明によれば、下部金属層として、
良好な素子特性を得ることが可能な第１の金属層を下層
に、上層に低抵抗の第２の金属層を配置しているので、
配線抵抗を低くすることが出来る。又、第２の金属層の
表面が絶縁性の高い酸化膜で覆われているので、第１の
金属層から得られる素子特性を損なうことがない。更
に、第１の金属層の素子面積を非常に小さくすることに
より容量を小さくすることが出来、液晶層に十分な電圧
をかけることが可能になり、コントラストが大幅に高く
なって良好な大画面表示を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係るマトリックスアレイ
基板を製造工程で示す断面図。

【図２】従来のマトリックスアレイ基板を示す断面図。

【符号の説明】

１１…ガラス基板、１４…第２の金属層、１５…配線電
極端子の上層部、１６…Ａｌ酸化膜、１９…第１の金属
層、２０…配線電極端子の下層部、２１…絶縁体層、２
３…上部金属層、２４…画素電極、２５…非線形抵抗素
子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に下部金属層−絶縁体層−上部金
   属層の３層構造をなす複数の非線形抵抗素子をアレイ状
   に形成し、各非線形抵抗素子にそれぞれ画素電極を直列
   に配置してなるマトリックスアレイ基板において、 上記下部金属層は上記基板に接する第１の金属層と該第
   １の金属層上に形成された第２の金属層とからなり、且
   つ該第２の金属層は上記第１の金属層よりも低抵抗にし
   て、その表面が絶縁性の高い酸化膜で覆われ、更に上記
   絶縁体層は上記第１の金属層の側面に形成され、該第１
   の金属層−上記絶縁体層−上記上部金属層の３層構造に
   より上記非線形抵抗素子が構成されてなることを特徴と
   するマトリックスアレイ基板。