JPH07104319A - Mim型非線形素子 - Google Patents

Mim型非線形素子

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JPH07104319A
JPH07104319A JP25192693A JP25192693A JPH07104319A JP H07104319 A JPH07104319 A JP H07104319A JP 25192693 A JP25192693 A JP 25192693A JP 25192693 A JP25192693 A JP 25192693A JP H07104319 A JPH07104319 A JP H07104319A
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JP
Japan
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film
substrate
metal film
mim type
metallic film
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Application number
JP25192693A
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Inventor
Takashi Inoue
孝 井上
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Seiko Epson Corp
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Seiko Epson Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】MIM型非線形素子の電気特性を液晶駆動に適
するようにし、かつ第一の金属膜を基板に直接堆積して
光の透過率を向上しMIM型素子基板のコストを低減す
ることを目的とする。 【構成】第一の金属膜を、シリコン原子とタンタル原子
は必ず含む膜とすると、MIM型非線形素子を構成する
酸化膜にシリコン原子とタンタル原子が含まれ電圧−電
流特性の急峻性が大きくなる。このとき第一の金属膜を
ガラス基板に直接堆積しても、300〜600℃の熱処
理で膜剥がれを起こすことはない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はMIM型非線形素子に関
し、特に液晶を駆動することに適した電圧−電流特性を
得ながらMIM型非線形素子基板の透過率を高くし製造
コストを低減する事に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、アクティブマトリクス方式の液
晶表示装置においては、画素領域ごとに非線形素子を設
けてマトリクスアレイを形成した一方側の基板と、カラ
ーフィルタが形成された他方側の基板との間に液晶を充
填しておき、各画素領域ごとの液晶の配向状態を制御し
て、所定の情報を表示する。非線形素子としては、薄膜
トランジスタ(TFT)などの3端子素子または金属−
絶縁体−金属(MIM)型非線形素子などの2端子素子
を用いるが、液晶表示素子に対する画面の大型化および
低コスト化などの要求に対応するにはMIM型非線形素
子を用いた方式が製造工程が短いために有利である。し
かも、MIM型非線形素子を用いた場合には、マトリク
スアレイを形成した一方側の基板に走査線を設け、他方
側の基板には信号線を設けることができるので、3端子
素子の不良の大きな原因となっている走査線と信号線の
クロスオーバー短絡が発生しないというメリットもあ
る。
【0003】このようなMIM型非線形素子を用いたア
クティブマトリクス方式の液晶表示パネルにおいては、
等価回路である図3に示すように、各画素領域3で各走
査線31と各信号線32との間にMIM型非線形素子1
(図中、バリスタの符号で示す。)と液晶表示素子2
(図中、コンデンサの符号で示す。)が直列接続された
構成として表され、走査線31および信号線32に印加
された信号に基づいて、液晶表示素子2を表示状態およ
び非表示状態あるいはその中間状態に切り換えて表示動
作を制御する。
【0004】図4(a)の41で示すように、MIM型
非線形素子1において、印加電圧VNLと電流INLとは非
線形性の関係を有している。MIM型非線形素子1のし
きい値電圧をVth、液晶表示素子2のしきい値電圧をV
b、表示状態となる電位を(Vb+△V)とすると、図4
(b)に示すように選択期間では、所定の画素領域3に
おける走査線31と信号線32との間の電位差V(単位
画素への印加電圧)を(Vb+Vth)とすることによっ
て、液晶表示素子2を非表示状態とする事ができ、走査
線31と信号線32との間の電位差Vを(Vb+Vth
△V)とすることによって、液晶表示素子2を表示状態
とする事ができる。一方、非選択期間では単位画素に印
加する電位Vを、液晶表示素子2に残留した電位に対し
て概ね近接する様に設定しその差がVth以下であれば、
非選択期間内でMIM型非線形素子1は常に遮断状態と
なり、選択期間に定められた状態をそのまま維持する事
になる。
【0005】このようなMIM型非線形素子の一般的な
構造を、断面図である図2を用いて説明する。MIM型
非線形素子1は、表面側にTaOX膜11aがあるガラ
ス基板11上に形成され、走査線31を介して走査回路
側に導電接続するTa原子を主成分とした第一の金属膜
12と、その表面側の金属酸化膜13と、その表面側に
形成されて画素電極15に導電接続するCrからなる第
二の金属膜14とから構成されている。ガラス基板と第
一の金属膜12の間にTaOX膜を形成するのは、熱処
理工程で第一の金属膜がはがれるのを防止するためと、
基板からの不純物の拡散を防止するためである。金属酸
化膜13は、Ta膜の表面に膜厚が均一で、しかもピン
ホールがない状態で形成されるように、第一の金属膜1
2に対する陽極酸化によって形成される。
【0006】この構造を実現する一般的なプロセス例は
以下のようになる。
【0007】1.ガラス基板上に、Ta膜をスパッタリ
ングで堆積し、熱酸化をすることで、約1000ÅのT
25膜を形成する工程と、 2.次に、スパッタリング法や電子ビーム蒸着法で、T
a原子を主成分とした第一の金属膜を約5000Å堆積
し、パターニングする工程と、 3.次に、例えばクエン酸の希薄水溶液を化成液とし3
0Vで陽極酸化し、第一の金属膜の表面側に酸化膜を形
成する工程と、 4.次に、基板を真空中で400〜600℃の温度で1
〜2時間熱処理する工程と、 5.次に、第二の金属膜となるCr膜を1500Å程ス
パッタリング法で堆積し、パターニングする工程と、 6.次に、画素電極となる透明導電膜の1つであるIT
O膜をスパッタリング法で約2000Å堆積し、パター
ニングする工程から従来はなっていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、MIM
型非線形素子1を用いた液晶表示パネルにおいては、電
圧−電流特性の急峻性が小さく、素子容量が大きいため
に階調表示をきれいに出せないという問題点があるが、
タンタル原子からなる第一の金属膜にシリコンを添加す
ると、MIM型非線形素子をなす金属酸化膜がタンタル
原子とシリコン原子,酸素原子とから構成されるために
この問題は解決されることが特開平2−93433に示
されている。ところが、このMIM型非線形素子では、
電圧−電流特性の急峻性を大きくし、電流の流れる方向
による特性の違いを解消するために陽極酸化後の熱処理
をすると第一の金属膜が剥がれることがあり、歩留まり
よくMIM型非線形素子を作製できない。
【0009】
【課題を解決するための手段】ガラス基板の表面に形成
したMIM型非線形素子において、基板の表面に直接タ
ンタル原子とシリコン原子を含んだ合金膜からなる第一
の金属膜を堆積したMIM型非線形素子を製造すること
で、第一の金属膜と基板との密着性を向上させ、熱処理
工程での第一の金属膜の剥がれを防止する。さらに、第
一の金属膜にタングステン原子を添加すると、電圧−電
流特性の経時変化を抑制できる。また、熱処理工程でM
IM型非線形素子に混入すると特性を変化させる元素を
含んだ基板の表面に形成したMIM型非線形素子におい
て、基板の表面にシリコン原子を含んだ透明絶縁膜を堆
積した後に、タンタル原子とシリコン原子を含んだ合金
膜からなる第一の金属膜を堆積する。こうすることで、
膜剥がれがなく液晶を駆動するに十分な特性を持ったM
IM型非線形素子を得る事ができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明について、実施例に基づき詳細
に説明する。
【0011】図1には、本発明の液晶表示素子を用いた
アクティブマトリクスの上面図であるa図とAA´線上
の断面図であるb図を示す。MIM型非線形素子1は、
第一の金属膜からなる走査線12と第二の金属膜14と
の交点部分に作られており、画素電極は15で示してあ
る。11はガラスや石英などの基板であり、12はタン
タル原子とシリコン原子を含んだ合金膜からなる第一の
金属膜でガラス基板上に直接堆積される。次に、第一の
金属膜12を陽極酸化することによって、第一の金属膜
12に含まれる元素を含んだ金属酸化膜13が形成され
る。14は第二の金属膜でその種類はどのようなプロセ
スを採用するかで決定される。15は画素電極でありI
TO膜などの透明導電膜が使われている。図6に示すよ
うに、製造工程を短くするために、第二の金属膜を画素
電極である透明導電膜61で兼用してもよい。
【0012】熱酸化TaOX膜を基板と第一の金属膜の
間に設けていた最大の理由は、第一の金属膜の密着性が
悪いという事であった。例えば、MIM型非線形素子の
素子特性を決める陽極酸化後の300℃以上の熱処理工
程の途中で第一の金属膜が剥がれてしまうということで
ある。ところが、MIM型非線形素子の電圧−電流特性
の急峻性を向上させ素子容量を小さくするために、第一
の金属膜にシリコン原子を含せると、陽極酸化後の熱処
理工程で熱酸化TaOX膜と第一の金属膜が基板から剥
がれてしまう。ここで、前記の熱処理工程を実施しない
と該絶縁膜の膜剥がれは発生しないが、電圧−電流特性
の急峻性が得られないばかりか極性差が大きくなってし
まい液晶を駆動することができない。そこで、シリコン
原子を含んだ第一の金属膜を基板に直接堆積すると、前
記熱処理工程で該膜が剥がれることはなくなる。さら
に、第一の金属膜をタンタル,シリコン及びタングステ
ン原子を含んだ合金膜とし該膜の陽極酸化で金属酸化膜
を堆積して作製したMIM型非線形素子は、電圧−電流
特性の電圧印加時における経時変化や電流を第一の金属
膜から第二の金属膜に流すかその逆かで電流値が異なる
極性差を抑えることができる。この結果、液晶表示パネ
ルでの残像現象を抑えることができる。
【0013】基板に直接第一の金属膜が堆積できるの
は、熱処理工程で基板に含まれている不純物がMIM型
非線形素子内に拡散しても素子特性を損なわない場合に
限られる。例えば、基板がアルカリ金属を大量に含む安
価なガラスの場合、これらの不純物が電圧−電流特性を
劣化させる。このようなときは、シリコン原子を含んだ
透明絶縁膜を基板と第一の金属膜の間に設ければよい。
例えば、ナトリウム原子やカリウム原子の拡散防止膜と
しては、シリコン窒化膜が適当である。
【0014】以上のように、第一の金属膜にシリコン原
子が含まれると基板と第一の金属膜の間に基板の透過率
を低下させる熱酸化TaOX膜を設けなくてよいので、
MIM型非線形素子基板の透過率を大きくできる。ま
た、基板にシリコン原子を含んだ第一の金属膜を直接堆
積すると、該第一の金属膜をテーパ形状をつけてエッチ
ングすることが可能となる。このときのエッチングは、
CF4とO2の混合ガスにドライエッチングかフッ酸と硝
酸を含んだエッチング溶液を用いて行うのがよい。図5
(a)に示すように基板11の表面に熱酸化TaOX
11aを堆積しシリコン原子を含んだタンタル膜からな
る第一の金属膜12をエッチングすると、TaOX膜と
第一の金属膜の密着が良くないために第一の金属膜12
の側面はきれいなテーパ形状にならない。図5(a)の
ような形状であると、第一の金属膜の上を配線膜が横切
る場合該膜が断線を起こしやすくなる。そこで、第一の
金属膜をシリコン原子を含んだタンタルを主成分とした
合金膜にし熱酸化TaOX膜11aをなくすと、基板と
の密着もよく図5(b)のようなエッチング形状とな
る。第一の金属膜中にタングステン原子が含まれていて
も同様のエッチング形状となる。さらに、シリコン系の
拡散防止膜11bを基板と該第一の金属膜12の間に挟
んでも図5(c)のように、第一の金属膜のエッチング
形状はテーパ形状となる。
【0015】熱処理工程での第一の金属膜の膜剥がれを
防止する方法として、特開平02−226119にある
ように、基板と第一の金属膜の間に100Å以下の接着
層を設けることが提案されているが、液晶表示素子にし
た際に光の透過率が低下し画面が暗くなるのであまり効
果的でない。また、熱処理工程で接着層をなす元素とタ
ンタルまたは、シリコン原子と反応してMIM型非線形
素子基板に欠陥を生じやすくなる。
【0016】
【発明の効果】以上の通り、基板の表面に直接第一の金
属膜を堆積すると、光の透過率は最大にでき、またTa
X膜を堆積する工程を省略することができるので、製
品歩留まりが向上し単価も安くできる。また、基板と第
一の金属膜の間にシリコンを含んだ絶縁膜を堆積して
も、該絶縁膜の透過率はガラスと相違ないので光の透過
率はTaOX膜を用いた場合よりも高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a) 本発明のMIM型非線形素子の上面
図。(b) 本発面のMIM型非線形素子の断面図。
【図2】従来のMIM型非線形素子を示す断面図。
【図3】アクティブマトリクス方式の液晶表示装置の等
価回路図。
【図4】(a) 従来のMIM型非線形素子の印加電圧
と電流値の関係を示す図。(b) 液晶表示素子の単位
画素への印加電圧と明るさの関係を示す図。
【図5】第一の金属膜のエッチング形状を示す断面図。
【図6】(a) 本発明のMIM型非線形素子の上面
図。(b) 本発面のMIM型非線形素子の断面図。
【符号の説明】
1 MIM型非線形素子 2 液晶表示素子 3 画素領域 11 透明基板 11a TaOX膜 11b シリコン原子を含む透明絶縁膜 12 第一の金属膜 13 金属酸化膜 14 第二の金属膜 15 画素電極 31 走査線 32 信号線 41 初期電圧−電流特性 42,43 一定時間電圧印加後の電圧−電流特性 61 第二の金属膜と画素電極をなす透明導
電膜

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガラス(石英を含む)基板の表面に形成し
    た第一の金属膜−絶縁膜−第二の金属膜または導電膜か
    らなるMIM型非線形素子において、 前記ガラス基板の表面に直接タンタル原子とシリコン原
    子を含んだ合金膜からなる第一の金属膜を堆積すること
    を特徴とするMIM型非線形素子。
  2. 【請求項2】請求項1記載の第一の金属膜をタンタル原
    子,シリコン原子及びタングステン原子を含んだ合金膜
    とすることを特徴とするMIM型非線形素子。
  3. 【請求項3】ガラス(石英を含む)基板の表面に形成し
    た第一の金属膜−絶縁膜−第二の金属膜または導電膜か
    らなるMIM型非線形素子において、 前記ガラス基板の表面にシリコン原子を含んだ透明膜を
    堆積した後に、タンタル原子とシリコン原子を含んだ合
    金膜からなる第一の金属膜を堆積することを特徴とする
    MIM型非線形素子。
  4. 【請求項4】請求項1,2,3記載のMIM型非線形素
    子において、第二の金属膜または導電膜が透明導電膜で
    あることを特徴とするMIM型非線形素子。
JP25192693A 1993-10-07 1993-10-07 Mim型非線形素子 Pending JPH07104319A (ja)

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