JPH0749508A

JPH0749508A - ２端子非線形素子

Info

Publication number: JPH0749508A
Application number: JP5199790A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Yoshimizu; 敏幸吉水; Masahiro Kishida; 正浩岸田; Toshiaki Fukuyama; 稔章福山; Yoshihisa Ishimoto; 佳久石本; Takeshi Seike; 武士清家; Masakazu Matoba; 正和的場
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-02-03
Filing date: 1993-08-11
Publication date: 1995-02-21
Anticipated expiration: 2015-04-17
Also published as: DE69430602D1; EP0610082A2; US5442224A; TW300963B; KR0147867B1; EP0610082B1; DE69430602T2; KR940020807A; EP0610082A3; JP3034155B2

Abstract

(57)【要約】【目的】バラツキのない優れた非線形性と、熱安定性
とを両立させた２端子非線形素子を得る。【構成】基板６上に下部電極２、陽極酸化膜３および
上部電極４からなるＭＩＭ素子が形成されて、画素電極
５と接続されている。下部電極４は、窒素含有量の少な
いＴａ部（ｐｏｏｒ部）および窒素含有量の多いＴａ部
（ｒｉｃｈ部）を交互に有する構造となっている。この
構造により、ｐｏｏｒ部とｒｉｃｈ部とで挙動が異な
り、β−Ｔａ薄膜に近い良好な初期非線形性と、優れた
熱安定性とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置などのス
イッチング素子として用いられる２端子非線形素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置は、ＡＶ（Audio Vi
sual）、ＯＡ（Office Automation）用途を初めとした
様々な分野に用いられている。特に、Ｌｏｗｅｎｄの
製品にはＴＮ（Twisted Nematic）、ＳＴＮ（Super Twi
sted Nematic）パッシブタイプの液晶表示装置が搭載さ
れ、Ｈｉｇｈｑｕａｌｉｔｙの製品には３端子非線形
素子であるＴＦＴ（Thin Film Transistor）をスイッチ
ング素子として用いたアクティブマトリクス駆動方式の
液晶表示装置が搭載されている。

【０００３】このアクティブマトリクス駆動方式の液晶
表示装置においては、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）を凌
駕する色再現性、薄型・軽量性および低消費電力の特徴
を有しており、その用途が急速に拡大している。しか
し、スイッチング素子としてＴＦＴを用いた場合には、
その製造に関して、６〜８回以上の薄膜成膜工程および
フォトリソ工程が必要であり、コスト低減が最大の課題
となっている。これに対して、スイッチング素子として
２端子非線形素子を用いた液晶表示装置は、ＴＦＴを用
いた液晶表示装置に対してコスト面で優位性を有し、か
つ、バッシブタイプの液晶表示装置に対して表示品位面
で優位性を有しているので、急速な展開を示している。

【０００４】上記２端子非線形素子としては、古くはシ
ョットキーダイオード方式、バリスタ方式およびＭＩＭ
（Metal-Insulator-Metal）方式のものが知られてお
り、近年においては、Ｄ²Ｒ（Double diode plus rese
t）方式および有機強誘電薄膜方式のものが研究開発さ
れている。しかし、現状実用化されているのは、ＭＩＭ
方式とＤ²Ｒ方式の２端子非線形素子である。このう
ち、ＭＩＭ方式の２端子非線形素子（ＭＩＭ素子）は、
下部電極の上に、絶縁層を間に介して上部電極が形成さ
れた構成を有しており、例えば特公６１−３２６７３号
公報、特公６１−３２６７４号公報およびＵＳＰ４，４
１３，８８３に開示されているように、Ｔａ薄膜を下部
電極として用い、これを陽極酸化法により陽極酸化して
絶縁層（この場合Ｔａ₂Ｏ₅層）を形成し、さらに、この
上にＴａ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌなどからなる上部電極を形
成した構造とすることができる。上記ＭＩＭ素子は、Ｔ
ＦＴに比べて３分の１以下の製造工程で作られ得る。よ
って、スイッチング素子としてＭＩＭ素子を用いた液晶
表示装置は、２端子非線形素子液晶表示装置の主流を占
めている。

【０００５】上記ＭＩＭ素子を用いた液晶表示装置にお
いては、ＭＩＭ素子と画素電極とが設けられた素子側基
板と、素子側基板に形成された配線に直交する状態で、
ストライプ状にＩＴＯ透明導電膜などからなる配線が形
成された対向基板とを有しており、両基板が貼り合わせ
られて液晶セルが形成される。

【０００６】この液晶セルを作製する工程は、以下のよ
うにして行われる。まず、上記素子側基板および対向基
板の上に、各々液晶分子を配向すべく、ポリイミド系有
機高分子配向膜を形成し、ラビング処理を行う。その
後、一方の基板にシール剤を塗布し、他方の基板にスペ
ーサーを散布する。この状態の両基板を対向して貼り合
わせて加熱圧着する。その後、両基板の間隙に液晶を注
入して、封止することにより、液晶セルが完成する。

【０００７】なお、液晶表示装置においては、素子の電
圧−電流特性の正負非対称性に起因する残像の問題や、
素子容量および液晶層容量に起因するクロストークの問
題に対処するために、種々の改良研究が行われている。
例えば、絶縁層の形成は、通常、下部電極を陽極酸化す
ることにより行われる。陽極酸化法は、その技術自体と
しては、特公昭４６−１７２６７号公報に開示されてい
るように古くから確立されている技術であるが、スルー
プットの高い、生産性に優れたInsulator層を得ること
ができる方法である。また、表示装置の大型化・高精細
化のために配線を低抵抗化する検討も行われており、例
えばＴａ薄膜に窒素をドープして比抵抗を低減すること
が行われている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た液晶セル作製工程においては、加熱圧着する際に、上
記両基板に比較的高温（約１５０〜２００℃）の熱処理
が行われるため、図３３に示すように、この熱処理の処
理時間に対してＭＩＭ素子の非線形性は積算的に低下す
るという問題があった。この問題は、特に、β相構造の
Ｔａ（β−Ｔａ）を下部電極として用いた素子側基板に
顕著に見られる。

【０００９】β−Ｔａは、従来より広く使用されている
材料であり、純度９９．９９％のｐｕｒｅＴａターゲ
ットを用いて、Ａｒ（アルゴン）ガス雰囲気中でスパッ
タリングを行う、つまり一枚ターゲットを用いたリアク
ティブ方式スパッタリング法により得ることができる。
β−Ｔａを下部電極として用いた場合には、ＭＩＭ素子
形成直後の素子の非線形性は良好であるが、ＭＩＭ素子
形成後の液晶セル作製工程で上述のような熱処理を行う
と、素子の非線形性が著しく低下する。よって、液晶セ
ル作製工程での熱処理温度を低く抑える必要がある。し
かし、熱処理温度を低くした場合には、基板同士の加熱
圧着が充分行われず、液晶表示装置としての信頼性を確
保することができない。

【００１０】一方、上述したようにＴａ薄膜に窒素をド
ープして比抵抗を低減することが従来より行われている
が、このことによりＭＩＭ素子の熱処理による非線形性
の低下を防止することもできるということも判ってきて
いる。図３４に、一枚ターゲットを用いたリアクティブ
方式スパッタリング法において、雰囲気ガス中に窒素ガ
スを加えると共に窒素ガス濃度を変化させて窒素をドー
ピングしたＴａ薄膜を形成し、これらを用いて液晶セル
を作製した場合について、ＭＩＭ素子の非線形性を調べ
た結果を示す。

【００１１】この図から理解されるように、窒素ガス濃
度が低い場合、即ちＴａ薄膜中の窒素含有量が少ない場
合には、ＭＩＭ素子の非線形性は総じて低い。また、窒
素ガス濃度が高い場合、即ち窒素含有量が多い場合に
は、熱処理に対するＭＩＭ素子の非線形性低下を防止す
ることができるが、非線形性にバラツキが生じて不安定
である。

【００１２】上記非線形性の不安定化は、ＭＩＭ素子を
構成する絶縁層の膜厚ムラを一因として起こり、非線形
性の不安定化の原因である絶縁層の膜厚ムラは以下のよ
うにして発生する。例えば、雰囲気ガス中に窒素ガスを
加えるリアクティブ方式スパッタリング法においては、
窒素をスパッタリング中に反応させて形成膜中に取り込
む方式であるため、窒素ガスをスパッタチャンバー内に
均一に流すことが重要である。

【００１３】ところが本願発明者等の検討では、窒素の
Ａｒに対するガス流量比が４％付近より高くなるとＴａ
膜中に取り込まれる窒素量が不均一になり、スパッタリ
ング装置の操作技術では均一化制御が極めて困難となる
からである。より詳細に説明すると、雰囲気ガス中に窒
素ガスを加えるリアクティブ方式スパッタリング法にお
いて、スパッタガス中における窒素ガスの流量比と、素
子特性と、Ｔａ抵抗値の均一性との相関を示す表１より
理解されるように、ガス流量比が４％付近より高くなる
とＴａ薄膜の窒素量が不均一になって抵抗値も不均一と
なり、更に抵抗値の不均一化により陽極酸化時に影響を
及ぼし、陽極酸化後において絶縁層の膜厚が不均一とな
るからである。

【００１４】

【表１】

【００１５】また、このように窒素をドープしたＴａ薄
膜を用いたＭＩＭ方式の２端子非線形素子の液晶表示装
置は、その窒素ドープ量がＭＩＭ素子の特性、特に非線
形性の熱安定化に寄与すると共に、図３５に示すように
コントラストの温度依存性の改善にも寄与する。つま
り、図３５の破線（窒素ガスを２．９ｖｏｌ％）のもの
よりも、一点鎖線（窒素ガスを４．３ｖｏｌ％）の方
が、温度によるコントラストの変化が少ない。しかしな
がら、窒素のドープ量が多い場合には、Ｔａ薄膜におけ
る窒素含有量の不均一性が難点であった。

【００１６】本発明は、このような従来技術の課題を解
決するためになされたものであり、バラツキのない優れ
た非線形性を有し、２端子非線形素子形成後の熱処理に
よる非線形性の低下を防ぐことができる、熱安定性と非
線形性とを両立させた２端子非線形素子を提供すること
を第１の目的とする。

【００１７】また、上述の熱安定性と非線形性とを両立
させると共に、電流を流れ易くできる２端子非線形素子
を提供することを第２の目的とする。

【００１８】更に、上述の熱安定性と非線形性とを両立
させ、かつ、電流が流れ易く、しかも残像および熱劣化
の発生を抑制することができる２端子非線形素子を提供
することを第３の目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の２端子非線形素
子は、窒素をドープしたＴａ薄膜からなる下部電極と金
属薄膜からなる上部電極との間に、該下部電極を陽極酸
化して陽極酸化膜が形成され、該下部電極が基板上に形
成された構成となっている２端子非線形素子において、
該下部電極が、窒素含有量の少ないＴａ部および窒素含
有量の多いＴａ部を交互に有するので、そのことにより
上記第１の目的が達成される。

【００２０】この２端子非線形素子において以下のよう
にすることができる。即ち、前記窒素含有量の少ないＴ
ａ部における¹⁴Ｎ⁺の¹⁸¹Ｔａ⁺に対する２次イオン強度
比：前記窒素含有量の多いＴａ層における¹⁴Ｎ⁺の¹⁸¹Ｔ
ａ⁺に対する２次イオン強度比＝１：１．５４〜１．７
１近傍であり、該下部電極における窒素を含有するＴａ
相構造の結晶格子ミラー指数（１１０）のＸ線強度：結
晶格子ミラー指数（２００）のＸ線強度＝１：０．２４
８近傍であるようにすることができる。

【００２１】また、前記下部電極は、３枚以上のターゲ
ットを直列に配置したリアクティブ方式スパッタリング
法を用い、アルゴンガスと窒素ガスとの総流量に対する
窒素ガス濃度が３％以上７％以下となるように窒素ガス
流量を調整しながら、基板を連続搬送した状態で形成さ
れたものとすることができる。

【００２２】本発明の２端子非線形素子は、窒素をドー
プしたＴａ薄膜からなる下部電極と金属薄膜からなる上
部電極との間に、該下部電極を陽極酸化して陽極酸化膜
が形成され、該下部電極が基板上に形成された構成とな
っている２端子非線形素子において、該下部電極が、窒
素含有量が４ｍｏｌ％以上７ｍｏｌ％以下のＴａＮ焼結
体ターゲットを使用して形成されているので、そのこと
により上記第２の目的が達成される。

【００２３】この２端子非線形素子において、前記下部
電極が、ＤＣスパッタリング法を使用して、前記上部電
極と該下部電極との間を流れるプールフレンケル電流で
示される抵抗係数１ｎＡが−２８以下−３２以上の範囲
となるスパッタパワー条件で成膜された構成とすること
ができる。

【００２４】また、前記下部電極が、スパッタパワーを
２．２ｋＷ以上３．２ｋＷ以下とし、また前記基板の加
熱温度を１００℃、基板の加熱時間を１８０秒、基板の
搬送速度を１００ｍｍ／ｍｉｎ、基板と前記ＴａＮ焼結
体ターゲットとの間の距離を７７ｍｍ、スパッタガス圧
を０．４０Ｐａとしたスパッタ条件によって成膜された
構成とすることができる。

【００２５】本発明の２端子非線形素子は、窒素をドー
プしたＴａ薄膜からなる下部電極と金属薄膜からなる上
部電極との間に、該下部電極を陽極酸化して陽極酸化膜
が形成され、該下部電極が基板上に形成された構成とな
っている２端子非線形素子において、該下部電極が、ア
ルゴンガスと窒素ガスとの総流量に対する窒素ガス濃度
を４％以下に調整したガス雰囲気中で、５ｍｏｌ％以下
で窒素を含有するＴａＮ焼結体ターゲットを用いてスパ
ッタリング法で形成されているので、そのことにより上
記第２の目的がより確実に達成される。

【００２６】この２端子非線形素子において、前記下部
電極が、前記ＴａＮ焼結体ターゲットの単位面積当りス
パッタパワーを４Ｗ／ｃｍ²以上として形成されている
構成とすることができる。

【００２７】また、前記下部電極が、複数のターゲット
を用いた直線搬送方式スパッタリング法、又は、単数若
しくは複数のターゲットを用いた回転搬送方式スパッタ
リング法により形成されている構成とすることができ
る。

【００２８】本発明の２端子非線形素子は、窒素をドー
プしたＴａ薄膜からなる下部電極と金属薄膜からなる上
部電極との間に、該下部電極を陽極酸化して陽極酸化膜
が形成され、該下部電極が基板上に形成された構成とな
っている２端子非線形素子において、該下部電極の比抵
抗が７０μΩｃｍ以上１６５μΩｃｍ以下であるので、
そのことにより上記第３の目的が達成される。

【００２９】この場合、アルゴンガス又はクリプトンガ
スに窒素ガスを少量混合してなる反応ガスを用いたリア
クティブ方式スパッタリング法により下部電極を形成す
るときは、該下部電極の比抵抗を９０μΩｃｍ以上１６
５μΩｃｍ以下にする。特に、１０５μΩｃｍ以上１５
０μΩｃｍ以下とするのが好ましい。

【００３０】また、ＴａＮ焼結体ターゲットを使用して
下部電極を形成するとき、該下部電極の比抵抗を７０μ
Ωｃｍ以上１６５μΩｃｍ以下にする。特に、８５μΩ
ｃｍ以上１５０μΩｃｍ以下とするのが好ましい。

【００３１】また、アルゴンガス又はクリプトンガスに
窒素ガスを少量混合してなる反応ガスを用いたリアクテ
ィブ方式スパッタリング法と、ＴａＮ焼結体ターゲット
を使用したスパッタリング法とを組み合わせて下部電極
を形成するとき、下部電極の比抵抗を８０μΩｃｍ以上
１６５μΩｃｍ以下にする。特に、９５μΩｃｍ以上１
５０μΩｃｍ以下とするのが好ましい。

【００３２】更に、上述した各２端子非線形素子におい
て、陽極酸化膜は、アンモニア基を含む溶液による陽極
酸化法により形成することができる。また、この２端子
非線形素子は、基板上に島状構造からなる配置法を用い
て形成することができる。

【００３３】

【作用】本発明にあっては、２端子非線形素子の下部電
極を、窒素含有量の少ないＴａ部および窒素含有量の多
いＴａ部を交互に有する構造とすることができる。この
構造により、窒素含有量の少ないＴａ部と窒素含有量の
多いＴａ部とで挙動が異なり、β−Ｔａ薄膜に近い良好
な初期非線形性とＴａＮに近い優れた熱安定性とを有す
ることとなる。このような下部電極は、複数枚（実用的
には３〜４枚）のターゲットを直列に配置したリアクテ
ィブ方式スパッタリング法により作製することができ
る。

【００３４】また、２端子非線形素子の下部電極を、４
ｍｏｌ％以上７ｍｏｌ％以下で窒素を含有するＴａＮ焼
結体ターゲットを使用して形成する場合、得られた下部
電極は、β−Ｔａのもつ良好な非線形性の初期特性と、
低濃度で窒素を含有するα相とβ相とが混在する構造の
Ｔａ（αβ−Ｔａ）のもつ良好な非線形性の熱安定性と
を具備する。また、下部電極が窒素を含有するので下部
電極の結晶構造が均一で緻密なものとなるものの、抵抗
係数１ｎＡが−２８〜−３２の範囲となるスパッタパワ
ー条件で下部電極を成膜すると、スパッタレートが通常
の１．３〜１．９倍の高スパッタレートとなり、均一で
緻密な結晶構造であっても結晶格子間隔の広い結晶構造
を有するものとなり、得られた２端子非線形素子は電流
が流れ易くなる。

【００３５】より電流を流れ易くするには、以下のよう
にすることがよい。即ち、窒素を含有する雰囲気ガスを
使用し、かつＴａＮ焼結体ターゲットを用いたリアクテ
ィブ方式スパッタリング法により下部電極を形成する。
この場合には、雰囲気ガス中にも窒素を有するので、Ｔ
ａＮ焼結体ターゲットの含有窒素量を少量とすることが
でき、Ｔａ薄膜の結晶構造をＴａ格子間の距離が広くな
った状態にすることが可能となり、電流が流れ易くな
る。加えて、窒素のアルゴンに対するガス流量比を４％
付近より低くすることができ、これにより窒素ガスをス
パッタ装置のチャンバー内に均一に流すことが可能とな
り、スパッタ装置での均一化制御の精細な制御を行うこ
とができる。また、ＴａＮ焼結体ターゲットに含有され
ている窒素と、スパッタガスとしてのアルゴンに混合さ
れた窒素ガスとの存在により、熱処理に対する２端子非
線形素子の非線形性の低下を防止することが可能な窒素
を下部電極中に十分なレベルで取り込むことができる。

【００３６】更に、残像および熱劣化の発生を防止する
には、以下のようにすることがよい。即ち、下部電極
は、その比抵抗が７０μΩｃｍ以上１６５μΩｃｍ以下
とするのがよい。この場合において、アルゴンガス又は
クリプトンガスに窒素ガスを少量混合してなる反応ガス
を用いたリアクティブ方式スパッタリング法により下部
電極を形成するとき、下部電極の比抵抗は９０μΩｃｍ
以上１６５μΩｃｍ以下とする。より好ましくは、１０
５μΩｃｍ以上１５０μΩｃｍ以下とする。

【００３７】また、ＴａＮ焼結体ターゲットを使用して
下部電極を形成するとき、下部電極の比抵抗は７０μΩ
ｃｍ以上１６５μΩｃｍ以下とする。より好ましくは、
８５μΩｃｍ以上１５０μΩｃｍ以下とする。

【００３８】また、アルゴンガス又はクリプトンガスに
窒素ガスを少量混合してなる反応ガスを用いたリアクテ
ィブ方式スパッタリング法と、ＴａＮ焼結体ターゲット
を使用したスパッタリング法とを組み合わせるとき、下
部電極の比抵抗は８０μΩｃｍ以上１６５μΩｃｍ以下
とする。より好ましくは、９５μΩｃｍ以上１５０μΩ
ｃｍ以下とする。

【００３９】更に、陽極酸化膜は、アンモニア基を含む
溶液による陽極酸化法により形成することができる。こ
のようにした場合には、２端子非線形素子のＩ−Ｖ特性
の正負対称性が向上することとなる。

【００４０】また、２端子非線形素子は、基板上に島状
構造からなる配置法を用いて形成することができる。こ
のようにした場合には、２端子非線形素子をバラツキな
く均一に形成することが可能となる。

【００４１】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００４２】（実施例１）図１に、本発明の一実施例で
ある２端子非線形素子を、液晶表示装置のスイッチング
素子であるＭＩＭ素子として形成した場合の素子側基板
の平面図を示し、図２に図１のＡ−Ａ’線断面図を示
す。

【００４３】この素子側基板においては、ベースコート
絶縁膜７が形成された基板６の上に、Ｔａ薄膜からなる
信号配線１および信号配線１から分岐された下部電極２
が形成されており、信号配線１および下部電極２の上を
覆うように、陽極酸化絶縁膜３が形成されている。その
上には、Ｔａ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌなどからなる上部電極
４が形成されてＭＩＭ素子となっており、ＩＴＯ透明導
電膜などからなる画素電極５と電気的に接続されてい
る。信号配線１および下部電極２は、窒素含有量の少な
いＴａ部（ｐｏｏｒ部）および窒素含有量の多いＴａ部
（ｒｉｃｈ部）を交互に有する構造となっている。

【００４４】この素子側基板は、例えば以下のようにし
て作製することができる。尚、この実施例では、液晶セ
ルの仕様を１６０×１６０ドット、０．２５ピッチの反
射型モノクロＴＮ液晶モードとし、信号配線１の幅を３
０μｍ、ＭＩＭ素子サイズを５μｍ×５μｍとし、ＭＩ
Ｍ容量と液晶の容量との比がほぼ１：１０である条件を
設定した。

【００４５】まず、ガラス基板６上に、スパッタリング
法などによりＴａ₂Ｏ₅などからなる厚み５０００オング
ストロームのベースコート絶縁膜７を形成する。ガラス
基板６としては、例えば、無アルカリガラス、ホウケイ
酸ガラスまたはソーダガラスなどからなるガラス基板を
用いることができる。この実施例では、コーニングジャ
パン製＃７０５９フュージョンパイレックスガラスを用
いた。ここで、ベースコート絶縁膜７の形成は省略する
こともできるが、形成されている場合には基板からの汚
染などを防ぐことができ、さらに良好な特性を得ること
ができる。

【００４６】この状態のガラス基板６上に、リアクティ
ブ方式スパッタリング法により、信号配線１および下部
電極２となるＴａ薄膜を厚み３０００オングストローム
に形成する。この時、Ｔａターゲットとしては純度９
９．９９％のＴａを３枚使用し、これらを基板の流れる
方向に対して直列に配置しておく。また、反応ガスとし
てはアルゴンと窒素とを使用し、アルゴンガスと窒素ガ
スとの総流量に対して窒素ガス濃度を調節することによ
り、窒素含有量を変化させることができる。ここでは、
窒素ガス濃度を２．２％、２．９％、３．６％、４．１
％、４．３％、５．７％および８．３％となるように調
節してスパッタリングを行った。また、Ｔａターゲット
同士の間隔、スパッタパワーおよび搬送速度などの条件
を適宜調節して、ｐｏｏｒ部およびｒｉｃｈ部の厚みを
調節することもできる。この実施例では、ターゲット同
士の間隔１０ｃｍ（ターゲットサイズ５ｉｎｃｈ×１６
ｉｎｃｈ）、スパッタパワー４．５ｋｗ（電流８．５
Ａ、電圧５３０Ｖ）、搬送速度４６０ｍｍ／ｍｉｎとし
てスパッタリングを行った。

【００４７】上記のような方法で形成された本実施例の
Ｔａ薄膜は、例えば図３に示すように、ｐｏｏｒ部およ
びｒｉｃｈ部が交互に有する構造となっている。なお、
Ｔａターゲット１枚を用いた従来のリアクティブ方式ス
パッタリング法では、図４に示すような均一なＴａ薄膜
が形成される。

【００４８】次に、図３に示した構造のＴａ薄膜を、フ
ォトリソグラフィー法により所定の形状にパターニング
して、信号配線１および下部電極２とする。その後、１
％シュ石酸アンモニウム溶液を電解液として用い、信号
配線１および下部電極２における外部駆動回路との接続
を行う端子部分を除いた表面を陽極酸化して、陽極酸化
膜３を形成する。この実施例では、電解液の液温約２５
℃、化成電圧約２７Ｖ、電流０．７ｍＡの条件で陽極酸
化を行い、厚み６００オングストロームのＴａ₂Ｏ₅から
なる陽極酸化膜３を得た。

【００４９】次に、この状態の基板全面にスパッタリン
グ法などにより上部電極４となる金属薄膜を形成し、こ
れをフォトリソグラフィー法により所定の形状にパター
ニングして、上部電極４とする。一般に、上部電極とな
る金属としてはＴａ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌなどが知られて
いるが、この実施例ではＴｉを用いて厚み４０００オン
グストロームに積層し、長さ２０μｍ、幅５μｍの長方
形の形状にパターニングして上部電極４を形成した。

【００５０】次に、ＩＴＯなどからなる透明導電膜を積
層し、これをパターニングして画素電極５を形成して、
素子側基板とする。

【００５１】次に、この素子側基板と貼り合わされて液
晶セルを構成する対向側基板を、以下のように作製す
る。即ち、ベースとなる基板上に、ＩＴＯなどからなる
ストライプ状の透明導電膜を複数並列に形成する。この
実施例では、０．２５ピッチで透明導電膜を形成してい
る。この対向側基板において、カラーフィルター層を併
せて形成すると、カラー表示を行うこともできる。

【００５２】上記のようにして得られた素子側基板と対
向側基板とから液晶セルを作製する工程は、以下のよう
にして行うことができる。

【００５３】まず、素子側基板および対向基板の上に配
向膜を形成する。この時の処理温度は、約２００℃であ
る。そして、この配向膜にラビング処理を行う。この実
施例では、９０度ねじれとなるように配向処理を行っ
た。

【００５４】その後、一方の基板にシール剤を塗布し、
他方の基板にスペーサーを散布し、両基板の配線が形成
された側を対向させて貼り合わせる。このとき、対向側
基板の透明導電膜と素子側基板に形成された信号配線１
とが直交するように、両基板を貼り合わせる。かかる貼
り合わせの後、加熱圧着する。この時の処理温度は、約
１５０〜２００℃である。その後、両基板の間隙に液晶
を注入して封止することにより、液晶セルを作製する。

【００５５】さらに、液晶セルの前面に、単体透過率４
４．５％、偏光度９６．５％の透過偏光板を配置し、液
晶セルの背面に、同じ偏光板にＡｌ反射板を設けた反射
偏光板を配置して、電気光学特性を付与する。これによ
り液晶表示装置が得られる。図５および表２は、本実施
例のＭＩＭ素子の非線形性を示す。表２には、本実施例
のＭＩＭ素子の非線形性に併せて、比較例が示されてい
る。その比較例は、１枚ターゲットを用いたリアクティ
ブ方式スパッタリング法によりＴａ薄膜からなる下部電
極を形成した以外は、実施例と同様にして液晶表示装置
を作製した場合であり、その比較例のＭＩＭ素子の非線
形性は前記図３４に示したとおりである。なお、比較例
においては、アルゴンガスと窒素ガスとの総流量に対す
る窒素ガス濃度を、０％、３．８％、７．４％、１０．
７％、１３．８％、１６．７％、２０．０％、２５．０
％および３３．３％となるように調節してスパッタリン
グを行っている。尚、本願出願人の解析によれば、１枚
ターゲットを用いたリアクティブ方式スパッタリング法
による比較例の場合には、窒素ガス濃度に対して５％増
しの含有量で、窒素がＴａ薄膜に含有されることが判っ
ている。

【００５６】

【表２】

【００５７】比較例のＭＩＭ素子においては、図３４お
よび表２の比較例から理解されるように、窒素ガスが低
濃度の場合、つまりＴａ薄膜中の窒素含有量が少ない場
合には、ＭＩＭ素子の非線形性が不良であった。その理
由は、Ｔａ薄膜はα相とβ相とが混在した構造となって
いるか、または多分にα相化された構造となっていると
考えられる。一方、窒素ガスが高濃度の場合には、ＭＩ
Ｍ素子の非線形性は比較的良好であるが、素子間のバラ
ツキが大きくなって均一な素子が得られなかった。その
理由は、Ｔａ薄膜がＴａＮとなっていると考えられる。
また、窒素ガス濃度が０％の場合には、β−Ｔａが形成
されてＭＩＭ素子の非線形性も良好であったが、図３４
に示すように、ＭＩＭ素子形成時（初期）の非線形性に
比べて、熱処理後（後期）の非線形性が著しく低下し
た。

【００５８】これに対して、本実施例のＭＩＭ素子にお
いては、図５および表２の実施例から理解されるよう
に、良好な非線形性と熱安定性を有している。また、素
子間での特性のバラツキも見られなかった。特に、アル
ゴンガスと窒素ガスとの総流量に対する窒素ガス濃度を
３〜７％に調節してＴａ薄膜からなる下部電極を形成し
た場合には、β−Ｔａと同程度以上の良好な非線形性を
有しており、熱処理による非線形性の低下が無く、液晶
表示装置完成時にも良好な非線形性が得られた。さら
に、窒素ガス濃度が４．３％から５．７％の場合に、最
も良好な非線形性および熱安定性が得られた。

【００５９】図６に、窒素ガス濃度を４．３％として下
部電極を形成した場合のＸ線解析プロファイルを示し、
図７に窒素ガス濃度を８．３％として下部電極を形成し
た場合のＸ線解析プロファイルを示す。ここで、結晶格
子ミラー指数（１１０）のピークはα相構造のＴａ（α
−Ｔａ）を示し、結晶格子ミラー指数（２００）のピー
クはβ−Ｔａを示す。図６より理解されるように、窒素
ガス濃度を本発明の範囲内の４．３％とした場合には、
（１１０）のＸ線強度：（２００）のＸ線強度＝１：
０．２４８となる。一方、図７より理解されるように、
窒素ガス濃度を本発明の範囲外の８．３％とした場合に
は、（１１０）のＸ線強度：（２００）のＸ線強度＝
１：０．０６４となった。また、窒素ガス濃度を本発明
の範囲内の４．３％として下部電極を形成した場合に
は、図３に示すように、ｐｏｏｒ部の¹⁴Ｎ⁺２次イオン
強度比：ｒｉｃｈ部の¹⁴Ｎ⁺２次イオン強度比＝１：
１．５４〜１．７１倍となった。

【００６０】図８に、本実施例のＭＩＭ素子の電圧−電
流特性を示す。この図から理解されるように、本実施例
のＭＩＭ素子においては、電圧−電流特性の正負対称性
も良好である。

【００６１】図９に、このＭＩＭ素子をスイッチング素
子として用いた液晶表示装置について、電気光学特性
（コントラスト比のバイアス比依存性）を測定した結果
を示す。上記図９より理解されるように、この液晶表示
装置は、コントラスト２０を有する。また、応答速度τ
r＋τd＝７０ｍｓｅｃ、視野角＝上下方向４０度・左右
方向１００度以上（但しＣｏ≧２）の良好な特性を有す
る。さらに、２値表示では、２端子非線形素子をスイッ
チング素子として用いた液晶表示装置の最大の課題であ
る残像の問題が生じず、良好な表示が得られた。これ
は、上述したようにＭＩＭ素子の電圧−電流特性の正負
対称性が良好であるためと考えられる。

【００６２】尚、上記実施例においては、下部電極をｐ
ｏｏｒ部とｒｉｃｈ部とが交互に存在する構造とするた
めに、３枚のＴａターゲットを用いて、窒素ガスを流入
しながらスパッタリングを行ったが、その他の方法を用
いてもよい。例えば、窒素ドープ量を異ならせた焼結体
ＴａＮターゲットを用いて、窒素ドープ量の少ないター
ゲットと多いターゲットとを交互に配置してスパッタリ
ングを行うこともできる。

【００６３】以上の説明から明らかなように、本実施例
１によれば、２端子非線形素子の下部電極が、窒素含有
量の少ないＴａ部（ｐｏｏｒ部）および窒素含有量の多
いＴａ部（ｒｉｃｈ部）を交互に有する構造となってい
るので、β−Ｔａ薄膜に近いもしくはそれ以上の良好な
初期非線形性を有し、またＴａＮに近い優れた熱安定性
を有しており、また素子間でのバラツキも生じにくい。
さらに、この２端子非線形素子は、電圧−電流特性の正
負対称性にも優れている。この２端子非線形素子を、液
晶表示装置のスイッチング素子として用いることによ
り、残像が少なく、高コントラストで高品位な表示を得
ることができる。

【００６４】（実施例２）次に、本発明の他の実施例に
ついて説明する。

【００６５】本実施例２は、窒素ガスを使用せずにＴａ
Ｎ焼結体ターゲットを用いてスパッタリングを行う場合
である。

【００６６】図１０に本実施例である２端子非線形素子
を液晶表示装置のスイッチング素子として形成した場合
の素子側基板の斜視図を示し、図１１に図１０の素子側
基板を用いて作製した液晶表示装置の断面図を示す。こ
の素子側基板においては、ベースコート絶縁膜１６が形
成されたガラス基板１５の上に、Ｔａ薄膜からなる信号
配線１１および信号配線１１から分岐された下部電極１
２が形成されており、信号配線１１および下部電極１２
の上を覆うように、陽極酸化絶縁膜が形成されている。
その上には、Ｔａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌなどからなる上部
電極１３が形成されてＭＩＭ素子となっており、ＩＴＯ
透明導電膜などからなる画素電極１４と電気的に接続さ
れている。

【００６７】このような構成の素子側基板は、例えば以
下のようにして作製することができる。尚、この実施例
では、液晶セルの仕様を６４０×４８０ドット、０．３
ｍｍピッチの反射型モノクロＴＮ液晶モードとし、さら
に信号配線の幅を４０μｍ、ＭＩＭ素子サイズを６×５
μｍとし、ＭＩＭ素子の容量と液晶の容量との比がほぼ
１：１０となるように条件を設定した。

【００６８】まず、ガラス基板１５上にスパッタリング
法などによりＴａ₂Ｏ₅などからなる厚み５０００オング
ストロームのベースコート絶縁膜１６を形成する。ガラ
ス基板１５としては、例えば無アルカリガラス、ホウケ
イ酸ガラス、またはソーダライムガラスなどからなるガ
ラス基板を用いることができる。この実施例では、コー
ニング社製＃７０５９のフュージョンパイレックスガラ
スを用いた。ベースコート絶縁膜１６の形成は省略する
こともできるが、形成している場合にはその上に形成す
る薄膜へのガラス基板１５からの汚染などを防ぐことが
でき、さらに良好な特性を得ることができる。

【００６９】次に、この状態のガラス基板１５の上に、
ＴａＮ焼結体ターゲットを用いたＤＣスパッタリング法
により、信号配線１１および下部電極１２となるＴａ薄
膜を厚み３０００オングストロームに形成する。このス
パッタリングのとき、ＴａＮターゲットとしては、窒素
濃度を５ｍｏｌ％含有する焼結体ターゲットを使用し
た。また、スパッタ条件としては、反応ガスにアルゴン
を使用し、ガス圧を４×１０^-1Ｐａ、設定するＤＣパワ
ーを２．６ｋＷ、基板加熱温度１００℃、基板加熱時間
１８０秒、搬送速度毎分１００ｍｍ、基板とターゲット
との距離を７７ｍｍとした。

【００７０】次に、上記のようにして形成したＴａ薄膜
を、フォトリソグラフィー法により所定の形状にパター
ニングして、信号配線１１及び下部電極１２とする。

【００７１】その後、１％酒石酸アンモニウム溶液を電
解液として用い、信号配線１１及び下部電極１２の外部
駆動回路との接続を行う端子部分を除いた表面を陽極酸
化して、陽極酸化膜を形成する。この実施例では、電解
液の液温を約２５℃、化成電圧を約２７Ｖ、化成電流を
０．７ｍＡとした条件で陽極酸化を行い、厚み６００オ
ングストロームのＴａ₂Ｏ₅からなる陽極酸化膜を得た。

【００７２】次に、この状態の基板全面にスパッタリン
グ法などにより上部電極１３となる金属薄膜を、例えば
厚み４０００オングストロームで形成し、これをフォト
リソグラフィー法などにより長さ２０μｍ、幅６μｍの
形状にパターニングして上部電極１３とする。上記陽極
酸化膜を間に挟む上部電極１３と下部電極１２との間で
ＭＩＭ素子１７が形成される。上部電極１３には、一般
にＴａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌなどが用いられるが、この実
施例ではＴｉを用いた。

【００７３】さらに、ＩＴＯなどからなる透明導電膜を
積層し、これをパターニングして画素電極１４を形成し
て素子側基板とする。

【００７４】この素子側基板は、対向基板と貼り合わさ
れて、液晶セルを構成する。対向側基板２１には素子側
基板１５に形成された信号配線１１に直交する状態でＩ
ＴＯなどからなる透明導電膜がストライプ状に形成され
た対向側電極１８が設けられる。この実施例では、厚み
１０００オングストローム、０．３ｍｍピッチの透明導
電膜を形成した。なお、更にカラーフィルタ層を併せて
形成しておくと、カラー表示を行うことも可能である。

【００７５】上記のようにして得られた素子側基板と、
対向側基板とから液晶セルを作製する工程は、以下のよ
うにして行うことができる。

【００７６】まず、素子側基板及び対向側基板の上に配
向膜１９を形成する。この時の処理温度は、約２００℃
とした。その後、この配向膜１９にラビング処理を行
う。この実施例では９０度ねじれとなるように配向処理
を行った。

【００７７】次に、一方の基板に熱硬化性シール剤を塗
布し、他方の基板にスペーサを散布し、両基板の配線が
形成された側を対向させて貼り合わせ、加熱圧着する。
この時の処理温度は約１５０〜２００℃である。その
後、両基板の間隙に液晶を注入して封止することによ
り、液晶セルとする。

【００７８】更に、液晶セルの前面に、単体透過率４
４．５％、偏光度９６．５％の透過型偏光板２２を配置
する。また、液晶セルの背面に、同一の偏光板にＡｌ反
射板を設けた反射板付偏光板２３を配置して電気光学特
性を付与する。これにより、液晶表示装置が得られる。

【００７９】図１２に、このようにして作製された本実
施例のＭＩＭ素子の電流−電圧特性を示す。この図にお
いて下部電極１２から上部電極１３に電流が流れる場合
を正の電圧とした。また、本実施例のＭＩＭ素子の電流
−電圧特性を、図１３に曲線２４として示す。この図１
３には、アルゴンと窒素との混合ガスを用いてスパッタ
リングして得られたＴａ成膜を下部電極とし、以後実施
例と同様のプロセスにより作製した２種類のＭＩＭ素子
の電流−電圧特性を、比較例１、２として併せて示して
いる。図１３において、曲線２５は比較例１であり、ア
ルゴンと窒素との混合ガス中の窒素濃度が２．９ｖｏｌ
％の場合の特性を示す。曲線２６は比較例２であり、同
窒素濃度が４．３ｖｏｌ％の場合の特性を示す。

【００８０】ところで、ＭＩＭ素子においては、下部電
極と上部電極との間の絶縁膜を流れる電流は、下記１式
に示すプールフレンケル（Ｐｏｏｌｅ−Ｆｒｅｎｋｅ
ｌ）電流に従って表される。

【００８１】ｌｎ（Ｉ／Ｖ）＝ｌｎＡ＋Ｂ√（Ｖ）…（１）この式において、Ｉは電流、Ｖは電圧であり、係数Ａは
ＭＩＭ素子の電気伝導度を示す係数であり、係数Ａが大
きい程ＭＩＭ素子の抵抗が小さくなる。また、係数Ｂは
ＭＩＭ素子の抵抗の非線形性を示し、係数Ｂが大きい
程、閾値電圧付近の電圧比Ｖ_ON／Ｖ_OFFが大きくとれて
液晶表示装置の高コントラスト化が可能となる。

【００８２】図１４に、上記曲線２４、２５、２６に関
するＭＩＭ素子のプールフレンケルプロットを示す。こ
の図において直線２７は本実施例（曲線２４）の場合の
プロット結果を示し、直線２８は比較例１（曲線２５）
の場合のプロット結果を、直線２９は比較例２（曲線２
６）の場合のプロット結果を示す。なお、係数Ａは直線
のＹ切片により表され、係数Ｂは直線の傾きにより表さ
れるため、それぞれの係数値を求めると図１４に示す通
りとなった。

【００８３】この図１４から理解されるように、ＴａＮ
焼結体ターゲットを用いた本実施例（直線２７）におい
ては、アルゴンと窒素との混合ガスを用いた比較例１、
２（直線２８、２９）と比べて係数Ａ、Ｂがともに大き
くなっている。よって、実施例のＭＩＭ素子においては
リーク電流が小さく、非線形性が良好であることがわか
る。また、本実施例の場合は、ＴａＮ焼結体ターゲット
を用いるのでＴａ中に窒素がドープされ、その結果とし
て液晶セル作製上の熱履歴によるＭＩＭ素子の特性劣化
を防止できる。

【００８４】図１５に、実施例の２端子非線形素子をも
つ液晶表示装置の電気光学特性（コントラスト比の温度
依存性）を測定した結果を、比較例１、２、３と併せて
示す。比較例１はアルゴンと窒素との混合ガス中の窒素
濃度を２．９ｖｏｌ％でスパッタリングを行ったＴａを
下部電極に用いた場合の液晶表示装置の電気光学特性で
あり、比較例２は同窒素濃度を４．３ｖｏｌ％でスパッ
タリングを行ったＴａを下部電極に用いた場合の液晶表
示装置の電気光学特性であり、比較例３は同窒素濃度を
２．２ｖｏｌ％でスパッタリングを行ったＴａを下部電
極に用いた場合の液晶表示装置の電気光学特性である。

【００８５】この図１５より理解されるように、アルゴ
ンと窒素との混合ガスを用いたリアクティブ方式により
成膜したＴａを下部電極に用いる比較例１、２、３の場
合、いずれも室温以上の高温度側でコントラスト比がダ
ウンしている。一方、本実施例の液晶表示装置では、こ
のような現象がほとんど見られず、温度に対して安定な
表示特性となっている。

【００８６】但し、上記リアクティブ方式による場合で
も、窒素ガスの混合比を６ｖｏｌ％程度まで大きくする
と、ＭＩＭ素子の非線形性は良好になり、高温度側での
コントラスト比の低下はみられなくなる。しかし、窒素
ガスが高濃度になってくると、成膜面内のＴａ中にドー
プされる窒素量にバラツキが生じ、ＭＩＭ素子間のバラ
ツキが大きくなって均一な表示が得られなくなる。

【００８７】なお、上記実施例では窒素濃度を５ｍｏｌ
％含有するＴａＮ焼結体ターゲットを使用しているが、
本発明はこれに限らず、窒素がドープされないβ−Ｔａ
の場合のＭＩＭ素子と同等以上の非線形性が得られる範
囲内の窒素濃度を含有するＴａＮ焼結体ターゲットを使
用することができる。

【００８８】図１６は、本発明で使用することができる
ＴａＮ焼結体ターゲットの窒素濃度の範囲を示す。この
図に示すように、窒素含有量が４〜７ｍｏｌ％の範囲に
あるＴａＮ焼結体ターゲットを使用できる。この範囲に
限定する理由は、ターゲット中の窒素含有量が４〜７ｍ
ｏｌ％の範囲を越えると、窒素がドープされないβ−Ｔ
ａの場合のＭＩＭ素子よりも非線形性が劣るからであ
る。

【００８９】図１７に窒素をドープしないβ−Ｔａのス
パッタパワー（ｋＷ）に対するＴａの比抵抗ρ（μΩｃ
ｍ）の変化を示す。また、図１８に同様のβ−Ｔａのス
パッタパワーに対するＭＩＭ素子のプールフレンケル特
性、すなわち電気伝導度ｌｎＡおよび非線形性Ｂの変化
を示す。

【００９０】これら両図から理解されるように、スパッ
タパワー条件によりＴａ膜の比抵抗が変化し、またＭＩ
Ｍ素子の電気伝導度および非線形性が変化する。この変
化は、スパッタパワーを上げてスパッタレートを高くす
ると、成膜時にＴａ格子間の距離が広くなり、自由電子
が移動し易くなって電流が流れ易くなることにより起こ
ると考えられる。

【００９１】上記実施例ではスパッタパワーを２．６ｋ
ｗとしたが、表３に示すようにスパッタパワーを１．７
ｋｗに落とすと、素子抵抗が上がり、非線形性Ｂも低下
して、液晶表示装置とした場合、全くコントラストが取
れなくなった。よって、このことより、スパッタパワー
は高い方が好ましいことが理解される。

【００９２】

【表３】

【００９３】図１９にＴａＮ焼結体ターゲットを用いた
ＤＣ（Direct Current）スパッタリング法において、Ｍ
ＩＭ素子の電気伝導度を表す係数ｌｎＡとスパッタパワ
ーとの関係を示す。一般的には、ＭＩＭ素子として良好
な特性を示す範囲は、すなわちプールフランケル電流で
示される係数ｌｎＡが−２８以下−３２以上の範囲であ
り、この範囲を満足するようにスパッタパワー条件とし
ては２．２ｋＷ以上３．２ｋＷ以下が該当する。よっ
て、本発明にあっては、２．２ｋＷ以上３．２ｋＷ以下
の高スパッタレートで成膜するとよい。このようにした
場合には、リアクティブ方式とは異なり窒素ガスを使用
しないので、窒素含有量の不均一を生じにくくでき、ま
た形成されたＴａ成膜が均一で緻密な結晶構造を持つが
故に電流が流れにくくなるのを防止することが可能とな
る。

【００９４】以上の説明から明かなように、本実施例２
によれば、２端子非線形素子の下部電極が、均一に適量
の窒素がＴａに混合されているので、β−Ｔａ薄膜に近
いもしくはそれ以上の良好な初期非線形性を有してお
り、熱安定性にも優れている。また、アルゴンと窒素と
の混合ガスによるリアクティブ方式でのＴａ薄膜に比べ
ても、素子特性のバラツキを鑑みた成膜均一性に優れ
る。さらに表示特性でもコントラストの温度依存性がみ
られず、高コントラストで高品位な表示を得ることがで
きる。

【００９５】（実施例３）本発明の更に他の実施例につ
いて説明する。

【００９６】本実施例３は、アルゴンガスと窒素ガスと
の総流量に対する窒素ガス濃度を４％以下に調整したガ
ス雰囲気中で、５ｍｏｌ％以下で窒素を含有するＴａＮ
焼結体ターゲットを用いたスパッタリング法により、２
端子非線形素子の下部電極を形成し、より確実に電流を
流れ易くする場合である。

【００９７】図２０は、本実施例の２端子非線形素子を
適用した液晶表示装置を示す断面図であり、図２１はそ
の液晶表示装置を構成する素子側基板の平面図を示し、
図２２は図２１のＡ−Ａ’線による断面図を示す。この
液晶表示装置は、液晶層４０を挟んで対向配設された素
子側基板５０と対向基板５１とを備える。

【００９８】上記素子側基板５０は、ベースコート絶縁
膜３７が形成されたガラス基板３６の上に、Ｔａ薄膜か
らなる信号配線３１と、信号配線３１から分岐された下
部電極３２とが形成されており、信号配線３１及び下部
電極３２の上を覆うように、陽極酸化絶縁膜３３が形成
されている。その上にはＴａ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｌなどか
らなる上部電極３４が形成されている。これら下部電極
３２、陽極酸化絶縁膜３３及び上部電極３４によりＭＩ
Ｍ素子が構成されており、上部電極３４はＩＴＯ透明導
電膜などからなる画素電極３５と電気的に接続されてい
る。

【００９９】このような構成の素子側基板は、例えば以
下のようにして作製することができる。尚、この実施例
では、液晶セルの仕様を６４０×４８０ドット、０.３
ｍｍピッチの反射型モノクロＴＮ液晶モードとし、更
に、信号配線の幅を４０μｍ、ＭＩＭ素子サイズを６×
５μｍとし、ＭＩＭ素子の容量と液晶の容量との比がほ
ぼ１：１０となるように条件を設定した。

【０１００】まず、ガラス基板３６の上にスパッタリン
グ法などによりＴａ₂Ｏ₅などからなる厚み５０００オン
グストロームのベースコート絶縁膜３７を形成する。ガ
ラス基板３６としては、例えば無アルカリガラス、ホウ
ケイ酸ガラス、またはソーダライムガラスなどからなる
ガラス基板を用いることができる。この実施例では、コ
ーニング社製＃７０５９のフィージョンパイレックスガ
ラスを用いた。また、上記ベースコート絶縁膜３７は省
略することもできるが、形成している場合にはその上に
形成する薄膜へのガラス基板３６からの汚染などを防ぐ
ことができ、更に良好な特性を得ることができる。

【０１０１】次に、この上に、スパッタリング法により
信号配線３１及び下部電極３２となるＴａ薄膜を厚み３
０００オングストロームに形成する。この時、スパッタ
リング装置として、図２３（ａ）に示すインライン（直
線搬送）スパッタ装置を使用した。また、条件として
は、窒素を３ｍｏｌ％含有するＴａＮ焼結体ターゲット
５２を３個使用し、また、反応ガスとしてアルゴンと窒
素とを使用した。アルゴンガスはチャンバ５４内に図示
しない手段にて導入し、一方の窒素ガスは、タンク５３
内に貯留されていたものを流量調節弁５３ａにより、ア
ルゴンガスと窒素ガスとの総流量に対して窒素ガス濃度
が２％となるように流量調節してチャンバ５４内に図示
しない手段にて導入した。他の条件としては、チャンバ
５４内のガス圧を０.４Ｐａとし、設定するＤＣパワー
を５.３Ｗ／ｃｍ²、基板の加熱温度を１００℃、基板の
加熱時間を１８０秒、基板の搬送速度を１００ｍｍ／ｍ
ｉｎ、基板とターゲット５２の距離を７７ｍｍとした。

【０１０２】以上の条件でスパッタリングを行った場
合、スパッタレートは３００〜６００オングストローム
／ｍｉｎ程度となった。

【０１０３】次に、上記のようにして形成したＴａ薄膜
を、フォトリソグラフィー法により所定の形状にパター
ンニングして、信号配線１及び下部電極２とする。な
お、上記直線搬送スパッタ装置に代えて、図２３（ｂ）
に示す回転方式スパッタ装置を使用してＴａ薄膜を形成
することができる。この回転方式スパッタ装置による場
合のスパッタ条件の１例としては、スパッタ圧を７×１
０^-4〜１０×１０^−３Ｔｏｒｒとなし、設定するＤＣパ
ワーを５Ｗ／ｃｍ^２、基板の加熱温度を２４０℃、回転
速度を１６０秒／回、基板とターゲット５２との距離を
２００ｍｍとなして行うことができる。また、回転方式
スパッタ装置においては、図示のように基板の回転域の
内側にターゲット５２を４個、外側に４個設けている
が、内側にだけ、又は外側にだけターゲット５２を設け
るようにしてもよく、その個数としては、単数でも複数
でもよい。

【０１０４】その後、１％シュ石酸アンモニウム溶液を
電解液として用い、信号配線３１及び下部電極３２の端
子部分を除いた表面を陽極酸化して、陽極酸化膜を形成
する。この端子部分は外部駆動回路と接続を行う箇所で
ある。この実施例では、電解液の液温度を約２５℃、化
成電圧を約２７Ｖ、化成電流を約０.７ｍＡとした条件
で陽極酸化を行い、厚み６００オングストロームのＴａ
₂Ｏ₅からなる陽極酸化膜を得た。

【０１０５】次に、この状態にある基板の上に、スパッ
タリング法などにより上部電極３４となる金属薄膜を、
例えば厚み４０００オングストロームで形成し、これを
フォトリソグラフィー法などにより長さ２０μｍ、幅６
μｍの形状にパターンニングして上部電極３４とする。
上部電極３４には、一般にＴａ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｌなど
が用いられるが、この実施例ではＴｉを用いた。

【０１０６】次に、ＩＴＯなどからなる透明導電膜を積
層し、これをパターンニングして画素電極３５を形成し
て素子側基板５０とする。

【０１０７】次に、対向基板５１を作製する。詳細に
は、ガラス基板４１上に、前記信号配線３１と交差する
状態でＩＴＯなどからなる透明導電膜をストライプ状に
形成した対向側電極３８を設ける。この実施例では、厚
み１０００オングストローム、０.３ｍｍピッチの透明
導電膜を形成した。尚、更にカラーフィルタ層を併せて
形成しておくと、カラー表示を行うことも可能である。
なお、素子側基板５０と対向基板５１との作製順序は、
上記とは逆でもよく、或は予め作製したものを使用して
もよい。

【０１０８】次に、素子側基板５０及び対向基板５１の
上に、配向膜３９を形成する。この時の処理温度は約２
００℃とした。その後、この配向膜３９にラビング処理
を行う。この実施例では９０度ねじれとなるように配向
処理を行った。

【０１０９】次に、一方の基板に熱硬化性シール剤を塗
布し、他方の基板にスペーサを散布し、両基板の配線が
形成された側を対向させて貼り合わせ、加熱圧着する。
この時の処理温度は約１５０〜２００℃とした。

【０１１０】その後、両基板の隙間液晶を注入して封止
し、液晶セルを得る。

【０１１１】次に、作製された液晶セルの前面に、単体
での透過率が４４.５％、偏光度が９６.５％の透過型偏
光板４２を配置し、また液晶セルの背面に、同一の偏光
板にＡ１反射板を設けた反射板付き偏光板４３を配置す
る。これにより本実施例の液晶表示装置が作製される。

【０１１２】したがって、このようにして作製された液
晶表示装置においては、窒素を含有するＴａＮ焼結体タ
ーゲットを用いてスパッタリングを行うので、窒素のア
ルゴンに対するガス流量比を、流量制御が困難となる４
％付近より低くすることができ、これにより窒素ガスを
スパッタチャンバー内に均一に流すことが可能となり、
スパッタ装置での均一化制御の精細な制御を行うことが
できる。よって、絶縁層の膜厚ムラを防止でき、ＭＩＭ
素子の非線形性のバラツキを極めて小さくすることがで
きる。

【０１１３】また、ＴａＮ焼結体ターゲットに含有され
ている窒素と、スパッタガスとしてのアルゴンに混合さ
れた窒素ガスとにより、熱処理に対するＭＩＭ素子の非
線形性の低下を防止することが可能な窒素をＴａ薄膜中
に十分に取り込むことができる。このため、図２４に示
す非線形性Ｂを大きくできる窒素量となるように、Ｔａ
薄膜中に窒素をドープできるため、液晶セル作製上の熱
履歴によるＭＩＭ素子の特性劣化を防止することができ
る。更には、ＴａＮ焼結体ターゲットの含有窒素量が少
量としてもよいので、Ｔａ格子間の距離が広くなり、電
流が流れ易くなる。つまり、β−Ｔａ薄膜に近い、それ
以上の良好な素子特性が得られる。

【０１１４】更に、図２３（ａ）、（ｂ）に示すスパッ
タ装置を用いる場合には、基板がターゲット５２と対向
する部分と非対向部分とを交互に通過するため、Ｔａ薄
膜の構造は、図３に示すように、窒素含有量が少ないＴ
ａ部（ｐｏｏｒ部）と窒素含有量が多いＴａ部（ｒｉｃ
ｈ部）とが、交互に存在する状態とすることができる。
ｐｏｏｒ部とｒｉｃｈ部とでは挙動が異なり、ｒｉｃｈ
部で熱安定性が得られ、ｐｏｏｒ部で電流を流れ易くで
きる。また、作製されたＭＩＭ素子の電圧−電流特性
は、図８に示した状態となり電圧−電流特性の対称性も
良好である。

【０１１５】図２５は、本実施例で作製した下部電極
（Ｔａ薄膜）の面抵抗のバラツキを示す。この図２５に
おいて、（ａ）は窒素３ｍｏｌ％を含有した焼結ターゲ
ット、アルゴンガスに窒素ガス濃度２％に調整した本実
施例の場合である。また、（ｂ）は窒素濃度５％を含有
した焼結ターゲットにアルゴンガスのみをスパッタガス
として使用した比較例３の場合、（ｃ）は純度９９.９
９％のＴａをターゲットとして、アルゴンガスに窒素ガ
ス２.９％に調整した比較例４の場合、（ｄ）は純度９
９.９９％のＴａをターゲットとして、アルゴンガスに
窒素ガス４.３％に調整した比較例５の場合である。

【０１１６】この図から理解されるように、本実施例で
は比較例３、４、５と比較して均一な膜厚が作成されて
おりバラツキの少ない素子特性が得られる。

【０１１７】図２６は単位面積当りのスパッタパワーと
電気伝導係数ｌｎＡとの関係を示す。この図より理解さ
れるように、ｌｎＡは−３２より小さい場合には、素子
の双方向性がなくなり、特性上好ましくない。この為、
スパッタパワーは、４Ｗ／ｃｍ²以上とするのがよい。
但し、ｌｎＡを大きくし過ぎると、スパッタパワーが大
きくなり、スパッタ装置への負担が大きくなるので好ま
しくない。また、係数ＢはＭＩＭ素子の抵抗の非線形性
を示すため、係数Ｂを大きくすることによりしきい値電
圧付近の電圧比（Ｖｏｎ／Ｖｏｆｆ）を大きくとれ、こ
れにより液晶表示装置の高コントラスト化が可能とな
る。

【０１１８】表４は、本実施例の液晶表示装置における
ＭＩＭ素子と比較例６〜９のＭＩＭ素子とにおける素子
特性及びコントラスト比を示す。なお、実施例１は直線
搬送スパッタ装置により素子を作製した場合であり、実
施例２は回転方式スパッタ装置により素子を作製した場
合である。また、比較例６はＴａＮ焼結ターゲットを使
用しアルゴンガスのみ使用した場合、比較例７と８はア
ルゴンガスと窒素との混合ガスと純粋なＴａターゲット
を使用した場合、比較例９はＴａＮ焼結ターゲットを使
用せず、かつ、アルゴンガスのみ使用した場合である。

【０１１９】

【表４】

【０１２０】この表４より理解されるように、ＴａＮ焼
結ターゲットを用いて、かつ、スパッタガスにアルゴン
と窒素の混合ガスを用いた本実施例１、２の場合は、ア
ルゴンガスと窒素との混合ガスと純粋なＴａターゲット
を使用した比較例７，８と比べて、係数Ａ、Ｂとも良好
な特性が得られている。また、ＴａＮ焼結ターゲットを
使用せず、かつ、アルゴンガスのみ使用した比較例９よ
りも、係数Ａ、Ｂとも良好な特性が得られている。よっ
て実施例１、２のＭＩＭ素子においては、リーク電流が
小さく、非線形性が良好である。なお、前述した図３５
における実線は実施例１の場合であり、二点鎖線は比較
例６の場合、破線は比較例７の場合、一点鎖線は比較例
８の場合である。この図３５からも、本発明による場合
には、温度による悪影響を余り受けず、コントラスト比
が良好であることが理解される。なお、上記実施例で
は、窒素を３ｍｏｌ％含有するＴａＮ焼結体ターゲット
２２を使用しているが、本発明はこれに限らず、窒素を
５ｍｏｌ％以下で含有するＴａＮ焼結体ターゲットを使
用することができる。より好ましくは、窒素量は３ｍｏ
ｌ％以下がよい。また、上記実施例ではアルゴンガスと
窒素ガスとの総流量に対して窒素ガス濃度が２％となる
ように窒素ガスをチャンバ２４内に導入しているが、本
発明はこれに限らず、総流量に対して窒素ガス濃度が４
％以下となるように窒素ガスを導入してもよい。より好
ましくは、窒素ガス濃度は２％以下であるのがよい。

【０１２１】以上詳述したように、本実施例３によれ
ば、ＴａＮ焼結体ターゲットに含有されている窒素と、
スパッタガスとしてのアルゴンに混合された窒素ガスと
により、２端子非線形素子の下部電極を形成できるた
め、電流を流れ易くするのをより確実にすることが可能
となる。加えて、素子特性のバラツキを抑え、成膜均一
性に優れており、さらに熱安定性と非線形性とを両立さ
せて２端子非線形素子を提供することが可能となる。ま
た、表示特性でもコントラストの温度依存性がみられ
ず、高コントラストで高品位な表示を得ることができ
る。

【０１２２】（実施例４）本発明の更に他の実施例につ
いて説明する。

【０１２３】本実施例４は、熱安定性と非線型性とを両
立させ、かつ、電流を流れ易くし、しかも残像および熱
劣化の発生を防止する場合である。そのために、Ｐｏｏ
ｌｅ−Ｆｒｅｎｋｅｌ電流効果が得られるようにし、ま
た残像を防止すべく、Ｉ−Ｖ特性の対称性をよくし、更
にＩ−Ｖ特性の熱劣化がないようにする。

【０１２４】図２７に本発明の１実施例である２端子非
線型素子を液晶表示装置のスイッチング素子として形成
した場合の素子側基板の平面図を示し、図２８に図２７
のＡ−Ａ′の断面図を示す。

【０１２５】この素子側基板においては、ベースコート
絶縁膜６７が形成されたガラス基板６６の上に、Ｔａ薄
膜からなる信号配線６１及び信号配線６１から分岐され
た下部電極６２が形成されており、信号配線６１、下部
電極６２の上を覆うように陽極酸化絶縁膜６３が形成さ
れている。その上にはＴａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌなどから
なる上部電極６４が形成されていて、ＭＩＭ素子となっ
ており、ＩＴＯ透明導電膜などからなる画素電極６５と
電気的に接続されている。

【０１２６】このような構成の素子側基板は、例えば以
下のようにして作ることができる。尚、この実施例では
液晶セルの仕様を６４０×４８０ドット、０．３ミリピ
ッチの反射型モノクロＴＮ液晶モードとし、更に、信号
配線の幅を４０μｍ、ＭＩＭ素子サイズを６×５μｍと
し、ＭＩＭ素子の容量と液晶の容量との比がほぼ１：１
０となるように条件を設定した。

【０１２７】まず、ガラス基板６６の上に、スパッタリ
ング法などによりＴａ₂Ｏ₅ などからなる厚み５０００
オングストロームのベースコート絶縁膜６７を形成す
る。ガラス基板６６としては、例えば無アルカリガラ
ス、ホウケイ酸ガラス又はソーダライムガラスなどから
なるガラス基板を用いることができる。この実施例では
コーニング社製＃７０５９のフュージョンパイレックス
ガラスを用いた。ベースコート絶縁膜６７は省略するこ
ともできるが、形成している場合には、その上に形成す
る薄膜へのガラス基板６６からの汚染などを防ぐことが
でき、更に良好な特性を得ることができる。

【０１２８】次に、この状態のガラス基板６６上に信号
配線６１及び下部電極６２となるＴａ薄膜を、例えばリ
アクティブ方式スパッタリング法により厚み３０００〜
３５００オングストロームに形成する。このとき、Ｔａ
ターゲットとしては純度９９．９９％のＴａを３枚使用
し、これらを基板の流れる方向に対して直列に配置して
おく。また、反応ガスとしては、アルゴンと窒素とを使
用し、アルゴンガスと窒素ガスとの総流量に対して窒素
ガス濃度を２．２％、２．９％、３．６％、４．３％、
８．３％となるように調整してスパッタリングを行っ
た。また、Ｔａターゲット同士の間隔、スパッタパワー
および搬送速度などの条件を適宜調整して窒素含有量の
少ないＴａ部（ｐｏｏｒ部）および窒素含有量の多いＴ
ａ部（ｒｉｃｈ部）の厚みを調整することもできる。こ
の実施例ではターゲット同士の間隔を１０ｃｍ、ターゲ
ットサイズを５インチ×１６インチ、スパッタパワーを
３．５ｋＷ〜４．５ｋＷ（電流８．５Ａ、電圧４１０Ｖ
〜５３０Ｖ）、搬送速度を４６０ｍｍ／ｍｉｎとしてス
パッタリングを行った。

【０１２９】次に、上記のようにして形成したＴａ薄膜
をフォトリソグラフィー法により所定の形状パターンニ
ングして信号配線６１及び下部電極６２とする。

【０１３０】その後、１％シュ石酸アンモニウム溶液を
電解液として用い、信号配線６１及び下部電極６２の外
部駆動回路との接続を行う端子部分を除いた表面を陽極
酸化して陽極酸化膜を形成する。この実施例では電解液
の液温度を約２５℃、化成電圧を約２７Ｖ、化成電流を
約０．７ｍＡとした条件で陽極酸化を行い、厚み６００
オングストロームのＴａ₂Ｏ₅からなる陽極酸化膜を得
た。なお、電解液としては、他にクエン酸、リン酸、ホ
ウ酸アンモニウムなどが知られているが、種々検討した
結果、アンモニウム基を有するホウ酸アンモニウム並び
に酒石酸アンモニウムを使用した場合、表５に示すよう
に、ＭＩＭ素子のＩ−Ｖ特性の正負対称性が良好である
ことがわかった。尚、好ましくは、実施例で示した１ｗ
ｔ％の酒石酸アンモニウムが最も対称性の良いＩ−Ｖ特
性が得られる。このことは、上述した各実施例において
適用することができ、その場合にもＭＩＭ素子における
Ｉ−Ｖ特性の正負対称性を良好にすることが可能であ
る。

【０１３１】

【表５】

【０１３２】次に、この状態の基板前面にスパッタリン
グ法などにより、上部電極６４となる金属薄膜を、例え
ば厚み４０００オングストロームで形成し、これをフォ
トリソグラフィー法などにより、長さ２０μｍ、幅６μ
ｍの形状にパターンニングして上部電極６４とする。

【０１３３】上記陽極酸化膜を間に挟む上部電極６４と
下部電極６２との間でＭＩＭ素子が形成される。上部電
極６４には、一般にＴａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌなどが用い
られるが、この実施例ではＴｉを用いた。

【０１３４】更に、ＩＴＯなどからなる透明導電膜を積
層し、これをパターンニングして画素電極５を形成して
素子側基板とする。

【０１３５】この素子側基板は、対向基板と貼り合わせ
て液晶セルを構成する。対向側基板には、素子側基板６
６に形成された信号配線６１に直交する状態でＩＴＯな
どからなる透明導電膜がストライプ状に形成された対向
側電極が設けられる。この実施例では厚み１０００オン
グストローム、０．３ｍｍピッチの透明導電膜を形成し
た。尚、更にカラーフィルタ層を併せて形成しておく
と、カラー表示を行うことも可能である。

【０１３６】上記のようにして得られた素子側基板と、
対向側基板とから液晶セルを作製する工程は、以下のよ
うにして行うことができる。

【０１３７】まず、素子側基板及び対向側基板の上に配
向膜を形成する。このときの処理温度は約２００℃とし
た。その後、この配向膜にラビング処理を行う。この実
施例では９０度ねじれになるように配向処理を行った。

【０１３８】次に、一方の基板に熱硬化性シール剤を塗
布し、他方の基板にスペーサを散布し、両側基板の配線
が形成された側を対向させて貼り合わせ加熱圧着する。
このときの処理温度は約１５０〜２００℃である。その
後、両基板の隙間に液晶を注入して封止することによ
り、液晶セルとする。

【０１３９】更に、液晶セルの前面に、単体透過率４
４．５％、偏光度９６．５％の透過型偏光板を配置す
る。また、液晶セルの背面に、同一の偏光板にＡｌ反射
板を設けた反射板付き偏光板を配置して電気光学特性を
付与する。

【０１４０】図２９は、上述のように窒素ガス濃度を変
化させてリアクティブ方式スパッタリング法により成膜
されたＴａ薄膜の窒素濃度と比抵抗との関係をグラフ化
した図であり、併せてこの液晶セルを点灯評価したとき
の表示特性を示している。

【０１４１】この図２９より理解されるように、下部電
極の比抵抗を一点鎖線にて示すように９０μΩｃｍ以上
１６５μΩｃｍ以下（又は面抵抗を２．７３Ω／口以上
５．００Ω／口以下）とすることにより、液晶セルを点
灯しても熱劣化および残像が発生するのを防止できる。
更には、破線にて示すように１０５μΩｃｍ以上１５０
μΩｃｍ以下（又は面抵抗を３．１８Ω／口以上４．５
５Ω／口以下）にすることにより、より安定した領域を
確保することができ好ましい。なお、窒素ガス濃度が
８．３％の場合には、比抵抗が８２．５μΩｃｍ（又は
面抵抗が２．４８Ω／口）前後の値を示しており、表示
としては残像の発生が顕著であった。

【０１４２】なお、上記実施例では信号配線６１及び下
部電極６２となるＴａ薄膜の形成にリアクティブ方式ス
パッタリング法を使用しているが、ＴａＮ焼結体ターゲ
ット方式スパッタリング法を用いることができる。この
ＴａＮ焼結体ターゲット方式スパッタリング法において
は、ベースコート膜形成ガラス基板６６上に、信号配線
６１および下部電極６２となるＴａ薄膜を厚み３０００
〜３５００オングストロームに形成する。このとき、Ｔ
ａＮ焼結体ターゲットとしては窒素ガス濃度を３ｍｏｌ
％、５ｍｏｌ％、７ｍｏｌ％、１５ｍｏｌ％含有する焼
結体ターゲットを使用してスパッタリングを行った。ま
た、雰囲気ガスは窒素ガスを含まないＡｒからなるもの
を使用した。

【０１４３】スパッタリング方法としては各種の方法が
知られているが、本実施例としてはインライン（直線搬
送）スパッタ方法を用いた。インラインスパッタ方式と
しての条件は、ガス圧を０．４Ｐａ、設定するＤＣパワ
ーを５．３Ｗ／ｃｍ² （ターゲット単位面積当りのスパ
ッタパワー）、基板加熱温度を１００℃、基板加熱時間
を１８０秒、基板搬送速度を１００ｍｍ／ｍｉｎ、基板
とターゲットとの距離を７７ｍｍとした。

【０１４４】この条件下でスパッタリングを行った場
合、スパッタレートは３００〜６００オングストローム
／ｍｉｎ程度であった。

【０１４５】図３０は、ＴａＮ焼結体ターゲット中の窒
素濃度と成膜されたＴａ薄膜の比抵抗との関係をグラフ
化した図であり、併せてこの液晶セルを点灯評価したと
きの表示特性を示している。なお、この図において、Ｔ
ａＮ焼結体ターゲット中の窒素濃度を０ｍｏｌ％、３ｍ
ｏｌ％、５ｍｏｌ％、７ｍｏｌ％、１５ｍｏｌ％と変え
ている。

【０１４６】この図より理解されるように、下部電極の
比抵抗を一点鎖線にて示すように７０μΩｃｍ以上１６
５μΩｃｍ以下（又は面抵抗を２．１２Ω／口以上５．
００Ω／口以下）とすることにより、液晶セルを点灯し
ても熱劣化および残像が発生するのを防止できる。更に
は、破線にて示すように８５μΩｃｍ以上１５０μΩｃ
ｍ以下（又は面抵抗を２．５８Ω／口以上４．５５Ω／
口以下）にすることにより、より安定した領域を確保す
ることができ好ましい。また、窒素ガス濃度を１５ｍｏ
ｌ％にした場合には、比抵抗が７５．９μΩｃｍ（面抵
抗２．３Ω／口）前後の値を示し、表示に残像が発生し
不均一な表示を示した。

【０１４７】なお、上記実施例では、リアクティブ方式
スパッタリング法により、又はＴａＮ焼結体ターゲット
方式スパッタリング法により下部電極を形成している
が、本発明はこれに限らず、リアクティブ方式スパッタ
リング法とＴａＮ焼結体ターゲット方式スパッタリング
法を合わせた製造方法を採用することができる。

【０１４８】図３１は、この製造方法による場合おい
て、チャンバに導入する窒素ガス濃度と得られた下部電
極の比抵抗との間の関係を示しており、ＴａＮ焼結体タ
ーゲット中の窒素ガス濃度を３ｍｏｌ％と５ｍｏｌ％と
で変えている。また、図３５は、この製造方法による場
合おいて、ＴａＮ焼結体ターゲット中の窒素ガス濃度と
得られた下部電極の比抵抗との間の関係を示しており、
チャンバに導入した窒素ガス濃度を２％と４％とで変え
ている。

【０１４９】これら両図より理解されるように、リアク
ティブ方式スパッタリング法とＴａＮ焼結体ターゲット
方式スパッタリング法とを組み合わせた製造方法による
場合には、８０μΩｃｍ以上１６５μΩｃｍ以下（又は
面抵抗を２．４２Ω／口以上５．００Ω／口以下）にす
るのがよく、特に９５μΩｃｍ以上１５０μΩｃｍ以下
（又は面抵抗を２．８８Ω／口以上４．５５Ω／口以
下）にするのが好ましい。

【０１５０】以上詳述したように、本実施例４によれ
ば、２端子非線型素子を構成する下部電極の比抵抗の領
域を上述の範囲とすることにより、残像および熱劣化の
発生を防止することができることに加えて、素子特性の
熱安定性及びバラツキを抑えることができ、成膜均一性
に優れた下部電極を得ることが可能となる。更に、２端
子非線型素子は、電流−電圧特性の正負対称性にも優れ
ているので、表示特性においてもコントラストの温度依
存性が見られず、高コントラストで高品位な表示を得る
ことができる。

【０１５１】また、本実施例４においては、リアクティ
ブ方式スパッタリング法において用いるアルゴンガスの
代わりにクリプトンガスを使用することができ、その場
合においても同様な効果が得られることはもちろんであ
る。

【０１５２】上述した各実施例において明言していない
が、本発明においては、例えば代表して図１に示すよう
に、ＭＩＭ素子等の２端子非線形素子を信号配線１から
分岐し、かつ、画素電極５から独立した島状構造とする
配置法を採用している。この配置法を採用した場合に
は、２端子非線形素子の形状をバラツキなく均一にして
２端子非線形素子を形成することが可能となる。

【０１５３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明による場合
には、バラツキのない優れた非線形性を有し、２端子非
線形素子形成後の熱処理による非線形性の低下を防ぐこ
とができる、熱安定性と非線形性とを両立させた２端子
非線形素子を提供することができる。また、上述の熱安
定性と非線形性とを両立させると共に、電流を流れ易く
できる２端子非線形素子を提供することができる。更
に、上述の熱安定性と非線形性とを両立させ、かつ、電
流が流れ易く、しかも残像および熱劣化の発生を抑制す
ることができる２端子非線形素子を提供することができ
る。加えて、電解液として、アンモニウム基を有する溶
液を使用することにより、２端子非線形素子のＩ−Ｖ特
性の正負対称性を良好にすることができる。また、島状
構造とする配置法を採用した場合には、２端子非線形素
子の形状をバラツキなく均一にして２端子非線形素子を
形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のＭＩＭ素子を示す平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ’線断面図である。

【図３】実施例のＴａ薄膜（窒素ガス濃度４．３％）¹⁴
Ｎ⁺２次イオンプロファイル（Ｔａ薄膜中の窒素の深さ
方向分布）を示す図である。

【図４】従来のＴａ薄膜（窒素ガス濃度５％）の¹⁴Ｎ⁺
２次イオンプロファイル（Ｔａ薄膜中の窒素の深さ方向
分布）を示す図である。

【図５】実施例のＭＩＭ素子について、窒素ガス濃度に
対する非線形性の関係を示す図である。

【図６】実施例のＴａ薄膜（窒素ガス濃度４．３％）の
Ｘ線強度プロファイルを示す図である。

【図７】実施例のＴａ薄膜（窒素ガス濃度８．３％）の
Ｘ線強度プロファイルを示す図である。

【図８】実施例のＭＩＭ素子（窒素ガス濃度４．３％）
の電圧−電流特性図である。

【図９】実施例のＭＩＭ素子（窒素ガス濃度４．３％）
を用いた液晶表示装置の電気光学特性（１／４８０Ｄｕ
ｔｙ７０Ｈｚ）を示す図である。である。

【図１０】ＭＩＭ方式の２端子非線形素子を液晶表示装
置のスイッチング素子として形成した素子側基板を示す
斜視図である。

【図１１】図１０の素子側基板を用いて作製した液晶表
示装置を示す断面図である。

【図１２】本実施例により得られたＭＩＭ素子の電流−
電圧特性を示す図である。

【図１３】本実施例により得られたＭＩＭ素子と比較例
のＭＩＭ素子との電流−電圧特性を示す図である。

【図１４】本実施例により得られたＭＩＭ素子と比較例
のＭＩＭ素子とのプールフレンケルプロットを示す図で
ある。

【図１５】実施例及び比較例のＭＩＭ素子を用いた液晶
表示装置の表示コントラスト比の温度依存性を示す図で
ある。

【図１６】ＴａＮ焼結体ターゲットを用いたスパッタリ
ングにより成膜したＴａ中の窒素濃度と、そのＴａを下
部電極に使用して作製したＭＩＭ素子の非線形性Ｂとの
関係を示す図である。

【図１７】窒素ノンドープでスパッタリングして成膜し
たＴａの比抵抗とスパッタ時のパワーとの関係を示す図
である。

【図１８】窒素ノンドープでスパッタリングして成膜し
たＴａを使用して作製したＭＩＭ素子の電気伝導度ｌｎ
Ａないしは非線形性Ｂとスパッタ時のパワーとの関係を
示す図である。

【図１９】ＴａＮ焼結体ターゲットを用いたスパッタリ
ングにより成膜したＴａを下部電極に使用して作製した
ＭＩＭ素子の電気伝導度ｌｎＡとＴａスパッタ時のパワ
ーとの関係を示す図である。

【図２０】本発明に係る液晶表示装置を示す断面図であ
る。

【図２１】本発明に係る液晶表示装置を構成する素子側
基板を示す平面図である。

【図２２】図２１のＡ−Ａ’線による断面図である。

【図２３】（ａ）は直線搬送スパッタ装置を示す模式正
面図、（ｂ）は回転方式スパッタ装置を示す模式平面図
である。

【図２４】窒素ガス濃度と非線形性Ｂとの関係を示す図
である。

【図２５】本実施例の下部電極（Ｔａ薄膜）の面抵抗の
バラツキを、比較例１、２、３と併せて示す図である。

【図２６】単位面積当りのスパッタパワーと電気伝導係
数ｌｎＡとの関係を示す図である。

【図２７】本発明に係る液晶表示装置を構成する素子側
基板を示す平面図である。

【図２８】本発明に係る液晶表示装置を示す断面図であ
る。

【図２９】リアクティブ方式スパッタリング法により成
膜されたＴａ薄膜の窒素濃度と比抵抗との関係をグラフ
化した図であり、併せてこの液晶セルを点灯評価したと
きの表示特性を示している。

【図３０】ＴａＮ焼結体ターゲット中の窒素濃度と成膜
されたＴａ薄膜の比抵抗との関係をグラフ化した図であ
り、併せてこの液晶セルを点灯評価したときの表示特性
を示している。

【図３１】リアクティブ方式スパッタリング法とＴａＮ
焼結体ターゲット方式スパッタリング法を合わせた製造
方法による場合おいて、チャンバに導入する窒素ガス濃
度と得られた下部電極の比抵抗との間の関係を示した図
である。

【図３２】リアクティブ方式スパッタリング法とＴａＮ
焼結体ターゲット方式スパッタリング法を合わせた製造
方法による場合おいて、ＴａＮ焼結体ターゲット中の窒
素ガス濃度と得られた下部電極の比抵抗との間の関係を
示した図である。

【図３３】従来のＭＩＭ素子（β−Ｔａ）の各工程毎の
非線形性を示す図である。

【図３４】従来のＭＩＭ素子の窒素ガス濃度に対する非
線形性の関係を示す図である。

【図３５】温度とコントラスト比との関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１信号配線２下部電極３陽極酸化膜４上部電極５画素電極６ガラス基板７ベースコート絶縁膜１１信号配線１２下部電極１３上部電極１４画素電極１５素子側基板１６ベースコート絶縁膜１７ＭＩＭ素子１８対向側電極１９配向膜２０液晶層２１対向側基板２２表側偏光板２３裏側偏光板２４本実施例のＩ−Ｖ特性２５比較例（窒素２．９ｖｏｌ％、ドープＴａ）のＩ
−Ｖ特性２６比較例（窒素４．３ｖｏｌ％、ドープＴａ）のＩ
−Ｖ特性２７本実施例のプールフレンケルプロット２８比較例（窒素２．９ｖｏｌ％、ドープＴａ）のプ
ールフレンケルプロット２９比較例（窒素４．３ｖｏｌ％、ドープＴａ）のプ
ールフレンケルプロット３１信号配線３２下部電極３３陽極酸化絶縁膜３４上部電極３５画素電極３６ガラス基板３７ベースコート絶縁膜３８対向側電極３９配向膜４２偏光板４３反射板付き偏光板５０素子側基板５１対向基板５２ターゲット５３タンク５３ａ流量調節弁５４チャンバ６１信号配線６２下部電極６３陽極酸化絶縁膜６４上部電極６５画素電極６６ガラス基板６７ベースコート絶縁膜

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【手続補正書】

【提出日】平成６年４月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】この２端子非線形素子において以下のよう
にすることができる。即ち、前記窒素含有量の少ないＴ
ａ部における¹⁴Ｎ⁺の¹⁸¹Ｔａ⁺に対する２次イオン強度
比：前記窒素含有量の多いＴａ層における¹⁴Ｎ⁺の¹⁸¹Ｔ
ａ⁺に対する２次イオン強度比＝１：１．５４〜１．７
１近傍であり、該下部電極における窒素を含有するＴａ
相構造の結晶格子ミラー指数（１１０）のＸ線強度：結
晶格子ミラー指数（００２）のＸ線強度＝１：０．２４
８近傍であるようにすることができる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５９】図６に、窒素ガス濃度を４．３％として下
部電極を形成した場合のＸ線解析プロファイルを示し、
図７に窒素ガス濃度を８．３％として下部電極を形成し
た場合のＸ線解析プロファイルを示す。ここで、結晶格
子ミラー指数（１１０）のピークはα相構造のＴａ（α
−Ｔａ）を示し、結晶格子ミラー指数（００２）のピー
クはβ−Ｔａを示す。図６より理解されるように、窒素
ガス濃度を本発明の範囲内の４．３％とした場合には、
（１１０）のＸ線強度：（００２）のＸ線強度＝１：
０．２４８となる。一方、図７より理解されるように、
窒素ガス濃度を本発明の範囲外の８．３％とした場合に
は、（１１０）のＸ線強度：（００２）のＸ線強度＝
１：０．０６４となった。また、窒素ガス濃度を本発明
の範囲内の４．３％として下部電極を形成した場合に
は、図３に示すように、ｐｏｏｒ部の¹⁴Ｎ⁺２次イオン
強度比：ｒｉｃｈ部の¹⁴Ｎ⁺２次イオン強度比＝１：
１．５４〜１．７１倍となった。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１１９】

【表４】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

【手続補正７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２６】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石本佳久大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者清家武士大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者的場正和大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒素をドープしたＴａ薄膜からなる下部
電極と金属薄膜からなる上部電極との間に、該下部電極
を陽極酸化して陽極酸化膜が形成され、該下部電極が基
板上に形成された構成となっている２端子非線形素子に
おいて、該下部電極が、窒素含有量の少ないＴａ部および窒素含
有量の多いＴａ部を交互に有する２端子非線形素子。
【請求項２】前記窒素含有量の少ないＴａ部における
¹⁴Ｎ⁺の¹⁸¹Ｔａ⁺に対する２次イオン強度比：前記窒素
含有量の多いＴａ層における¹⁴Ｎ⁺の¹⁸¹Ｔａ⁺に対する
２次イオン強度比＝１：１．５４〜１．７１近傍であ
り、該下部電極における窒素を含有するＴａ相構造の結
晶格子ミラー指数（１１０）のＸ線強度：結晶格子ミラ
ー指数（２００）のＸ線強度＝１：０．２４８近傍であ
る請求項１に記載の２端子非線形素子。
【請求項３】前記下部電極が、３枚以上のターゲット
を直列に配置したリアクティブ方式スパッタリング法を
用い、アルゴンガスと窒素ガスとの総流量に対する窒素
ガス濃度が３％以上７％以下となるように窒素ガス流量
を調整しながら、基板を連続搬送した状態で形成された
ものである請求項１または２に記載の２端子非線形素
子。
【請求項４】窒素をドープしたＴａ薄膜からなる下部
電極と金属薄膜からなる上部電極との間に、該下部電極
を陽極酸化して陽極酸化膜が形成され、該下部電極が基
板上に形成された構成となっている２端子非線形素子に
おいて、該下部電極が、窒素含有量が４ｍｏｌ％以上７ｍｏｌ％
以下のＴａＮ焼結体ターゲットを使用して形成されてい
る２端子非線形素子。
【請求項５】前記下部電極が、ＤＣスパッタリング法
を使用して、前記上部電極と該下部電極との間を流れる
プールフレンケル電流で示される抵抗係数１ｎＡが−２
８以下−３２以上の範囲となるスパッタパワー条件で成
膜された請求項４に記載の２端子非線形素子。
【請求項６】前記下部電極が、スパッタパワーを２．
２ｋＷ以上３．２ｋＷ以下とし、また前記基板の加熱温
度を１００℃、基板の加熱時間を１８０秒、基板の搬送
速度を１００ｍｍ／ｍｉｎ、基板と前記ＴａＮ焼結体タ
ーゲットとの間の距離を７７ｍｍ、スパッタガス圧を
０．４０Ｐａとしたスパッタ条件によって成膜された請
求項５に記載の２端子非線形素子。
【請求項７】窒素をドープしたＴａ薄膜からなる下部
電極と金属薄膜からなる上部電極との間に、該下部電極
を陽極酸化して陽極酸化膜が形成され、該下部電極が基
板上に形成された構成となっている２端子非線形素子に
おいて、該下部電極が、アルゴンガスと窒素ガスとの総流量に対
する窒素ガス濃度を４％以下に調整したガス雰囲気中
で、５ｍｏｌ％以下で窒素を含有するＴａＮ焼結体ター
ゲットを用いたスパッタリング法で形成されている２端
子非線形素子。
【請求項８】前記下部電極が、前記ＴａＮ焼結体ター
ゲットの単位面積当りスパッタパワーを４Ｗ／ｃｍ²以
上として形成されている請求項７記載の２端子非線形素
子。
【請求項９】前記下部電極が、複数のターゲットを用
いた直線搬送方式スパッタリング法、又は、単数若しく
は複数のターゲットを用いた回転搬送方式スパッタリン
グ法により形成されている請求項７記載の２端子非線形
素子。
【請求項１０】窒素をドープしたＴａ薄膜からなる下
部電極と金属薄膜からなる上部電極との間に、該下部電
極を陽極酸化して陽極酸化膜が形成され、該下部電極が
基板上に形成された構成となっている２端子非線形素子
において、該下部電極の比抵抗が７０μΩｃｍ以上１６５μΩｃｍ
以下である２端子非線形素子。
【請求項１１】前記下部電極が、アルゴンガス又はク
リプトンガスに窒素ガスを混合してなる反応ガスを用い
たリアクティブ方式スパッタリング法により形成され、
該下部電極の比抵抗が９０μΩｃｍ以上１６５μΩｃｍ
以下である請求項１０に記載の２端子非線形素子。
【請求項１２】前記下部電極の比抵抗が１０５μΩｃ
ｍ以上１５０μΩｃｍ以下である請求項１１に記載の２
端子非線形素子。
【請求項１３】前記下部電極が、ＴａＮ焼結体ターゲ
ットを使用して形成され、該下部電極の比抵抗が７０μ
Ωｃｍ以上１６５μΩｃｍ以下である請求項１０に記載
の２端子非線形素子。
【請求項１４】前記下部電極の比抵抗が８５μΩｃｍ
以上１５０μΩｃｍ以下である請求項１３に記載の２端
子非線形素子。
【請求項１５】前記下部電極が、アルゴンガス又はク
リプトンガスに窒素ガスを混合してなる反応ガスを用い
たリアクティブ方式スパッタリング法と、ＴａＮ焼結体
ターゲットを使用するスパッタリング法とを組み合わせ
て形成され、該下部電極の比抵抗が８０μΩｃｍ以上１
６５μΩｃｍ以下である請求項１０に記載の２端子非線
形素子。
【請求項１６】前記下部電極の比抵抗が９５μΩｃｍ
以上１５０μΩｃｍ以下である請求項１５に記載の２端
子非線形素子。
【請求項１７】前記陽極酸化膜が、アンモニア基を含
む溶液による陽極酸化法により形成されている請求項１
乃至１６に記載の２端子非線形素子。
【請求項１８】前記基板上に、島状構造からなる配置
法を用いて形成されている請求項１乃至１７に記載の２
端子非線形素子。