JPH06175159A - 液晶表示装置用基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造工程を従来に比べて増加させずに、対称
な電流−電圧特性を有する非線形抵抗素子を備えた液晶
表示装置用基板の製造方法を提供する。 【構成】 スイッチング素子34両端の各第一金属電極3
5，39およびこの各第一金属電極35，39の間の第二金属
電極37が位置すべき空間を包囲する金属部分をレジスト
を用いてフォトリソグラフィー工程によりパターニング
する。レジストを残したまま酸化処理して、両第一金属
電極35，39の最小限必要な部分、互いに対向する側面部
分に絶縁体36，38となる酸化膜をそれぞれ形成する。レ
ジストを残したまま第二金属による金属層を薄膜形成し
た後、このレジストおよびこの上部に形成された金属層
を除去する。フォトリソグラフィー工程により、金属部
分40および第二金属電極37以外の不要な第二金属を除去
してスイッチング素子34を完成させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、第一金属電極−絶縁体
−第二金属電極−絶縁体−第一金属電極からなる非線形
抵抗素子のスイッチング素子を各画素電極毎に組込んだ
液晶表示装置用基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置は、時計、電卓およ
び計測機器などの比較的簡単なものから、パーソナル・
コンピュータやワード・プロセッサ、オフィス・オート
メーション用の端末機器、テレビジョンセットの画像表
示等の大容量情報表示用として広く使用されるようにな
ってきている。このような、大容量の液晶表示装置には
ＳＴＮ（Super Twisted Nematic ）型が使用されてい
る。

【０００３】このＳＴＮ型の液晶表示装置では、液晶自
身の電気光学特性における閾値特性の急俊性を利用して
いるため、オン状態の画素の表示部分とオフ状態の画素
の非表示部分とのコントラストの比に関しては走査電極
を２００本程度有する場合でも不十分であり、走査電極
が５００本以上の大規模なマトリクス表示では一層低下
するため困難である。また、応答速度についても、１０
０ｍｓｅｃないし３００ｍｓｅｃと遅く、コンピュータ
の端末ディスプレイなどの高度な利用には無理がある。

【０００４】このような問題を解決するため、種々の研
究が行なわれており、その一つの方向が、個々の画素を
直接スイッチ駆動するものである。この場合のスイッチ
ング素子としては、薄膜トランジスタ（Thin Film Tran
sistor）が採用されている。この薄膜トランジスタを構
成する半導体として、単結晶シリコン、セレン化カドミ
ウムおよびテルルなどの種々の材料が提案されてきてい
るが、現在は非晶質シリコンが最も多く研究されてい
る。

【０００５】しかし、このような薄膜トランジスタを用
いた液晶表示装置では、製造工程において微細な加工工
程が数回必要となり、工程が複雑で歩留りが悪くなるこ
とがある。このため、製品コストが高くなり、また、大
規模な液晶表示装置としての製造が困難となっている。

【０００６】また、スイッチング素子アレイを用いた別
の方向として、非線形な電流電圧特性を有するスイッチ
ング素子として非線形抵抗素子を用いたものがある。こ
こで、非線形抵抗素子は、薄膜トランジスタが３端子で
あるのに対して基本的に２端子であり、構造が簡単で製
造も容易である。このため、製品歩留りの向上が期待で
き、コスト低下の利点がある。このような、非線形抵抗
素子としては、従来から種々のものがあり、たとえば薄
膜トランジスタと同等の材料を用いて接合形成したダイ
オードの型、酸化亜鉛を用いたバリスタの型、電極間に
絶縁体を挟んだ金属−絶縁体−金属（Metal Insulation
Metal）型、さらには金属電極間に半導電性の層（ＭＳ
Ｉ）を設けた型などがある。このうち、ＭＩＭ型は構造
が最も簡単なものの一つで、現在実用化されている。

【０００７】このように、実用化されている従来のＭＩ
Ｍ型のスイッチング素子の構成例を図８および図９によ
り説明する。なお、図８は、ＭＩＭ型のスイッチング素
子を用いた液晶表示装置用基板の一画素部分の構成例を
示す平面図であり、図９は図８の電極基板を用いて構成
した液晶表示装置の断面図である。

【０００８】まず、ガラス等による透光性基板11上に、
図８において縦向きに図示された配線電極およびこの配
線電極と一体の下部電極12をフォトリソグラフィー工程
により形成する。また、下部電極12は、ＭＩＭ型のスイ
ッチング素子の一方の金属電極となる。この下部電極12
の上面には絶縁体13を形成するとともに、この絶縁体13
を介して、下部電極12の先端近くの上面に交差するよう
に、上部電極14をフォトリソグラフィー工程により形成
する。そして、上部電極14は、ＭＩＭ型のスイッチング
素子の他方の金属電極となる。また、この上部電極14
は、透光性基板11上にフォトリソグラフィー工程により
形成してある画素電極15と図示のように接続される。そ
して、このようなＭＩＭ型のスイッチング素子を有する
複数の画素電極15をマトリクス状に配置して一方の電極
基板16を構成している。

【０００９】また、この一方の電極基板16は、図９で示
すように、透光性基板18の表面に帯状の対向電極19を形
成した他方の電極基板20と、この対向電極19が画素電極
15と対向するように組合わされる。そして、これら両電
極基板16，20間に液晶21が封入され、液晶表示装置とな
る。

【００１０】ここで、一方の電極基板16を構成するため
には、前述のように３回のフォトリソグラフィー工程が
必要となる。また、このような構造のＭＩＭ型のスイッ
チング素子を用いて、上述のようにマトリクス型の液晶
表示装置を作ろうとすると、現在のフォトリソグラフィ
ー技術ではかなりの困難を伴なう。すなわち、従来のマ
トリクス型液晶表示装置では、０．３〜０．５ｍｍピッ
チの画素寸法が多く使われており、このような寸法の画
素に合わせるとＭＩＭ型のスイッチング素子の寸法は３
〜６μｍ角といった寸法となる。さらに、最近のマトリ
クス型液晶表示装置は高精細な表示が望まれることか
ら、さらに微小寸法の画素が望まれているが、前述のよ
うに、現在のフォトリソグラフィー技術ではかなりの困
難を伴なう。

【００１１】また、前述した構造の従来のＭＩＭ型のス
イッチング素子は、特性が向上してはいるものの、絶縁
体13の深さ方向の膜質が異なっていたり、上部電極14と
下部電極12とで絶縁体13との界面の状態が異なっていた
りすることにより、正方向と負方向とで完全に対称な電
流−電圧特性を得るには未だ至っていない。したがっ
て、液晶表示装置では、液晶の劣化防止のために交流駆
動が余儀なくされているが、上述のように、正方向と負
方向とで完全に対称な電流−電圧特性が得られていない
ため、正極性と負極性とで画素電極15に書込まれる電位
に差が生じ、フリッカといわれるちらつきを生じさせる
原因になる。また、直流成分が残り、パネルの寿命に著
しい影響を及ぼすことがある。

【００１２】このような問題を解決するものとして、た
とえば特公平４−３０００４号公報に示されているよう
に、金属電極の側部を用いてＭＩＭ型のスイッチング素
子を形成し、このＭＩＭ型のスイッチング素子を２個直
列に接続した構成が提案されている。この場合の素子構
造とその製造方法を図１０ないし図１７により説明す
る。

【００１３】まず、透光性を有するガラス等による透光
性基板23上に、図１０で示すように、透明電極膜による
画素電極24をパターニングにより形成する。次に、この
透光性基板23上にタンタル薄膜を形成し、これを図１１
で示す所定の形状にパターニングして、直列接続される
２個のＭＩＭ型のスイッチング素子の各一方の金属電極
25A ，25B を形成する。その後、これら金属電極25A ，
25B の表面を酸化して膜状の絶縁体26A ，26B をそれぞ
れ形成する。

【００１４】ここで、金属電極25A は配線電極と一体で
あり、金属電極25B は画素電極24と導電接続している。

【００１５】次に、図１２で示すように、全面に酸化亜
鉛薄膜27およびポジ型のレジスト層28を順次形成し、金
属電極25A ，25B となっているタンタルをマスクとし
て、図１３で示すように、裏面からの露光を行ない、図
１４で示すように、酸化亜鉛薄膜27をエッチングする。
この後、図１５で示すように、ニッケルクロム（ＮｉＣ
ｒ）／金（Ａｕ）薄膜29を全面に形成するとともに、酸
化亜鉛薄膜27の残存部を、図１６で示す如く除去するこ
とにより、その上層のレジスト層28およびＮｉＣｒ／Ａ
ｕ薄膜29も除去する。

【００１６】さらに、ＮｉＣｒ／Ａｕ薄膜29の画素電極
24の上面部分などの不要部分を除去して、図１７で示す
ように、画素電極24を露出させ、かつ、ＭＩＭ型のスイ
ッチング素子を完成させる。この製造方法では、上述の
ように、フォトリソグラフィー工程は４回必要となる。

【００１７】ここで、図１７で示されるＮｉＣｒ／Ａｕ
薄膜29は、直列接続される２個のＭＩＭ素子における共
通な他方の金属電極となるものである。

【００１８】このようにして完成されたＭＩＭ素子と画
素電極との平面配置の一例を図１８に示す。

【００１９】上記構成によれば、画素に対するＭＩＭ素
子の容量比を最小にすることができる。また、ＭＩＭ素
子の電流−電圧特性がある程度非対称であっても、その
非対称性を相補する方向に２個のＭＩＭ素子を直列接続
しているので、対称な電流−電圧特性を確実に有する非
線形素子として得ることができる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】このように、上述の従
来技術では、非線形素子として良好な特性を得ることが
できる反面、フォトリソグラフィー工程が４回必要とな
り、図８および図９で説明した従来の製造方法での３回
よりも増加してしまうという問題を有している。

【００２１】本発明の目的は、製造工程を従来に比べて
増加させることなく、対称な電流−電圧特性を確実に有
する非線形抵抗素子を備えた液晶表示装置用基板の製造
方法を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の画素電
極および配線電極を備え、これら複数の画素電極と配線
電極とを第一金属電極−絶縁体−第二金属電極−絶縁体
−第一金属電極からなるスイッチング素子にて接続し、
透光性を有する基板上に形成した液晶表示装置用基板の
製造方法において、前記基板上に前記第一金属による金
属層を薄膜形成し、この薄膜を形成した後、レジストを
用いてフォトリソグラフィ工程により前記配線電極、前
記スイッチング素子の両端の第一金属電極およびこれら
両第一金属電極間の前記第二金属電極が位置すべき空間
を包囲する部分をパターニングし、前記レジストを残し
たまま酸化処理を施して前記両第一金属電極の互いに対
向する側面に前記絶縁体となる酸化膜をそれぞれ形成
し、この酸化膜を形成した後、前記レジストを残したま
ま前記第二金属による金属層を薄膜形成するとともに前
記レジストおよびこのレジスト上に形成された金属層を
除去し、フォトリソグラフィー工程により、前記第二金
属電極が位置すべき空間を包囲する部分およびこの空間
内に形成された第二金属電極以外の不要な第二金属を除
去して前記スイッチング素子を形成し、このスイッチン
グ素子の配線電極の反対側の第一金属電極に接続するよ
うに透明電極膜による画素電極を薄膜形成するものであ
る。

【００２３】

【作用】本発明は、スイッチング素子の両端の各第一金
属電極およびこれら両第一金属電極間の第二金属電極が
位置すべき空間を包囲する金属部分をレジストを用いて
フォトリソグラフィー工程によりパターニングした後、
レジストを残したまま酸化処理して、両第一金属電極の
最小限必要な部分、すなわち、互いに対向する側面部分
に絶縁体となる酸化膜をそれぞれ形成し、さらに、レジ
ストを残したまま第二金属による金属層を薄膜形成した
後、このレジストおよびこのレジスト上に形成された金
属層を除去し、フォトリソグラフィー工程により、空間
の包囲部分およびこの空間内に形成された第二金属電極
以外の不要な第二金属を除去してスイッチング素子を完
成させるので、従来方法のようにフォトリソグラフィー
工程の回数を増すことなく、第一金属電極−絶縁体−第
二金属電極−絶縁体−第一金属電極からなる対称な電流
−電圧特性のスイッチング素子を形成することができ
る。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００２５】図１および図２で示した電極基板31は、た
とえばガラス等からなる透光性基板32上に、画素電極33
を複数個マトリクス状に配置し、これら複数の画素電極
33と、図１において縦向きに図示された配線電極とを、
非線形抵抗素子によるスイッチング素子34によりそれぞ
れ接続したものである。このスイッチング素子34は、第
一金属（Ｍ１）による第一金属電極35−絶縁体（Ｉ）36
−第二金属（Ｍ２）につる第二金属電極37−絶縁体
（Ｉ）38−第一金属（Ｍ１）による第一金属電極39から
なるMetal −Insulation−Insulation−Metal 構造のも
ので、２個のMetalInsulation Metal（ＭＩＭ）素子を
直列接続したものと同等の構造である。したがって、Ｍ
ＩＭ素子の電流−電圧特性がある程度非対称であって
も、その非対称性を相補する方向に構成されているの
で、対称な電流−電圧特性を確実に得ることができる。

【００２６】この電極基板31の製造にあたっては、ま
ず、透光性基板32上に、たとえばタンタル（Ｔａ）等の
第一金属（Ｍ１）による金属層をスパッタリングにより
薄膜形成する。この後、図３で示すように、配線電極お
よびこの配線電極と一体の一方の第一金属電極35、この
第一金属電極35の延長線上に間隔を保って位置する他方
の第一金属電極39、これら両第一金属電極35，39間の、
第二金属電極37が位置すべき空間を包囲する金属部分40
を形成するため、図４で示すように、レジスト41を用い
てフォトリソグラフィー工程によりパターニングを行な
う。

【００２７】次に、図４で示すように、レジスト41を残
したまま陽極酸化法等により酸化処理を行ない、図５で
示すように、両第一金属電極35，39の互いに対向する側
面に酸化膜（Ｉ）をそれぞれ形成し、これを絶縁体36，
38とする。この場合、酸化膜（Ｉ）は、パターニングさ
れた第一金属（Ｍ１）のエッチング断面にしか成長しな
い。

【００２８】この後、レジスト41を残したままたとえば
チタン（Ｔｉ）等の第二金属（Ｍ２）による金属層を基
板全体に薄膜形成する。この第二金属（Ｍ２）による金
属層の膜厚は、第一金属（Ｍ１）による金属層の膜厚と
同じであるのが最も好ましい。また、この第二金属（Ｍ
２）による金属層の膜厚は、レジスト41よりも薄いの
で、図６で示すように、レジスト41上の金属層とレジス
ト41の無い部分の金属層とを分離して形成することは容
易に可能である。

【００２９】次に、レジスト41およびこのレジスト41上
に形成された金属層を除去し、さらに、フォトリソグラ
フィ工程により、第二金属電極37を形成するための金属
部分40およびこの金属部分40内に形成された第二金属電
極37以外の不要な第二金属（Ｍ２）を除去して、図７で
示すように、前記スイッチング素子34を完成させる。す
なわち、この２回目のフォトリソグラフィー工程によ
り、図１で示した、第一金属電極35−絶縁体36−第二金
属電極37−絶縁体38−第一金属電極39からなるＭ−Ｉ−
Ｍ−Ｉ−Ｍ構造のスイッチング素子34が完成する。

【００３０】次に、透光性基板32上にＩＴＯ（Indium T
in Oxide）等の透明電極膜を薄膜形成し、３回目のフォ
トリソグラフィー法により、図１で示した画素電極33を
形成する。この際、画素電極33がスイッチング素子34の
他方の第一金属電極39と接続するようにパターニングす
る。

【００３１】このようにして製作された電極基板31は、
図２で示すように、透光性基板44の表面に、たとえばＩ
ＴＯからなる帯状の走査電極45を形成した他方の電極基
板46と組合わされる。すなわち、この走査電極45が配線
電極と直交し、かつ、画素電極33と対向するように組合
わされる。そして、これら両電極基板31，46に液晶47が
封入され、液晶表示装置として完成する。

【００３２】ここで、上記方法によれば、１回目のフォ
トリソグラフィー工程によりパターニングした後、レジ
スト41を残したまま酸化処理して、両第一金属電極35，
39の最小限必要な部分、すなわち、互いに対向する側面
部分に絶縁体となる酸化膜をそれぞれ形成したので、ス
イッチング素子34として完成した後の、画素に対するス
イッチング素子34の容量比を最小とすることができる。
また、レジスト41を残したまま第二金属（Ｍ２）による
金属層を薄膜形成した後、このレジスト41およびこのレ
ジスト41上に形成された金属層を除去し、この後、２回
目のフォトリソグラフィー工程により、金属部分40や第
二金属電極37以外の不要な第二金属（Ｍ２）を除去する
ことによりスイッチング素子34を完成させるので、従来
のようにフォトリソグラフィー工程を増やすことなく、
Ｍ−Ｉ−Ｍ−Ｉ−Ｍ構造のスイッチング素子34が得られ
る。そして、このＭ−Ｉ−Ｍ−Ｉ−Ｍ構造のスイッチン
グ素子34は、２個の非線形素子を直列接続した構造と同
じであり、液晶表示装置として構成した場合の電流−電
圧特性の非対称性に起因する表示画面のちらつきや、直
流成分の残りをなくすことができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明の液晶表示装置用基板の製造方法
によれば、互いに対向する側面部分に絶縁体となる酸化
膜をそれぞれ形成し、さらに、レジストを残したまま第
二金属による金属層を薄膜形成した後、このレジストお
よびこのレジスト上に形成された金属層を除去し、フォ
トリソグラフィー工程により、空間の包囲部分およびこ
の空間内に形成された第二金属電極以外の不要な第二金
属を除去してスイッチング素子を完成させるので、従来
方法のようにフォトリソグラフィー工程の回数を増すこ
となく、対称な電流−電圧特性を確実に有するスイッチ
ング素子を備えた液晶表示装置用基板を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例により製造された液晶表示装
置用基板の１画素部分を示す平面図である。

【図２】同上液晶表示装置用基板を用いた液晶表示装置
を示す断面図である。

【図３】同上液晶表示装置用基板の製造工程の一工程を
示す平面図である。

【図４】同上図３に示す工程の次の工程を示す断面図で
ある。

【図５】同上図４に示す工程の次の工程を示す断面図で
ある。

【図６】同上図５に示す工程の次の工程を示す断面図で
ある。

【図７】同上図６に示す工程の次の工程を示す断面図で
ある。

【図８】従来方法により製造された液晶表示装置用基板
の１画素部分を示す平面図である。

【図９】同上液晶表示装置用基板を用いた液晶表示装置
の断面図である。

【図１０】他の従来方法により製造された液晶表示装置
用基板の１画素部分の一工程を示す断面図である。

【図１１】同上図１０に示す工程の次の工程を示す断面
図である。

【図１２】同上図１１に示す工程の次の工程を示す断面
図である。

【図１３】同上図１２に示す工程の次の工程を示す断面
図である。

【図１４】同上図１３に示す工程の次の工程を示す断面
図である。

【図１５】同上図１４に示す工程の次の工程を示す断面
図である。

【図１６】同上図１５に示す工程の次の工程を示す断面
図である。

【図１７】同上図１６に示す工程の次の工程を示す断面
図である。

【図１８】同上図１０ないし図１７の方法により製造さ
れた電極基板の１画素部分を示す平面図である。

【符号の説明】

31 電極基板 32 透光性基板 33 画素電極 34 スイッチング素子 35，39 第一金属電極 36，38 絶縁体 37 第二金属電極 40 金属部分 41 レジスト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の画素電極および配線電極を備え、
   これら複数の画素電極と配線電極とを第一金属電極−絶
   縁体−第二金属電極−絶縁体−第一金属電極からなるス
   イッチング素子にて接続し、透光性を有する基板上に形
   成した液晶表示装置用基板の製造方法において、 前記基板上に前記第一金属による金属層を薄膜形成し、 この薄膜を形成した後、レジストを用いてフォトリソグ
   ラフィー工程により前記配線電極、前記スイッチング素
   子の両端の第一金属電極およびこれら両第一金属電極間
   の前記第二金属電極が位置すべき空間を包囲する部分を
   パターニングし、 前記レジストを残したまま酸化処理を施して前記両第一
   金属電極の互いに対向する側面に前記絶縁体となる酸化
   膜をそれぞれ形成し、 この酸化膜を形成した後、前記レジストを残したまま前
   記第二金属による金属層を薄膜形成するとともに前記レ
   ジストおよびこのレジスト上に形成された金属層を除去
   し、 フォトリソグラフィー工程により、前記第二金属電極が
   位置すべき空間を包囲する部分およびこの空間内に形成
   された第二金属電極以外の不要な第二金属を除去して前
   記スイッチング素子を形成し、 このスイッチング素子の配線電極の反対側の第一金属電
   極に接続するように透明電極膜による画素電極を薄膜形
   成することを特徴とする液晶表示装置用基板の製造方
   法。