JPH08262497A - Liquid crystal display device and its production - Google Patents

Liquid crystal display device and its production

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JPH08262497A
JPH08262497A JP6721495A JP6721495A JPH08262497A JP H08262497 A JPH08262497 A JP H08262497A JP 6721495 A JP6721495 A JP 6721495A JP 6721495 A JP6721495 A JP 6721495A JP H08262497 A JPH08262497 A JP H08262497A
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JP
Japan
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liquid crystal
tantalum
oxide
display device
substrate
Prior art date
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JP6721495A
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Japanese (ja)
Inventor
Taku Nakamura
卓 中村
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

PURPOSE: To provide a hihg-grade liquid crystal display device with which a sufficient contrast ratio is stably assured and burning does not arise even when the device is operated over a long period of time. CONSTITUTION: A lower metal 2 consisting of tantalum and an insulating film 3 consisting of tantalum oxide are formed on a glass substrate 1 and upper metals 4a, 4b consisting of titanium are formed. Two nonlinear resistance element part 5a, 5b are formed with the lower metal 2 as a common conductor in correspondence to the upper metals 4a, 4b. Oxygen atoms migrate to the upper metal 4a, 4b side at the boundary of the upper meals 4a, 4b consisting of the tantalum oxide and numbers of oxygen atoms/numbers of tantalum atoms ratio of X<2.0 is resulted at the boundary as well in the heat process in a post stage if titanium and aluminum or aluminium smaller in the free energy for oxide formation than the free energy for oxide formation of Ta2 O5 are selected for the upper metals 4a, 4b. The influence that contaminated layers exert on the characteristics of the nonlinear resistance element parts 5a, 5b is lessened. The current-voltage characteristics are stabilized by attaining X<2.0.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、画素表示透明電極に下
部金属−絶縁体−上部金属構造からなる非線形抵抗素子
を備えた液晶表示装置およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display device having a non-linear resistance element having a lower metal-insulator-upper metal structure in a pixel display transparent electrode, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、液晶表示器を用いた表示装置は、
パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、さらに
は、オフィスオートメーション用の端末機器、テレビジ
ョン用画像表示などの大容量表示用途に使用されてきて
おり、より高画質が求められるようになってきている。
2. Description of the Related Art In recent years, a display device using a liquid crystal display has been
It has been used for large-capacity display applications such as personal computers, word processors, terminal devices for office automation, and image display for televisions, and higher image quality has been demanded.

【0003】また、このような液晶表示器のスイッチン
グアレイには各種有るが、構造が簡単で、製造が容易で
ある2端子の非線形抵抗素子、中でも、現在のところ実
用化されているものとして下部金属−絶縁体−上部金属
(MIM)型があり、たとえば特公昭55−16127
3号公報および特開昭62−62333号に記載されて
いる。
There are various types of switching arrays for such a liquid crystal display, but a two-terminal non-linear resistance element having a simple structure and easy to manufacture, among them, as a currently practically used lower part, There is a metal-insulator-top metal (MIM) type, for example, Japanese Examined Patent Publication No. 55-16127.
No. 3 and JP-A No. 62-62333.

【0004】そして、これら特公昭55−161273
号公報および特開昭62−62333号記載の構成は、
図1および図2に示すようになっている。
And, these Japanese Patent Publications No. 55-161273
The configurations described in Japanese Patent Laid-Open No. 62-62333 and Japanese Patent Laid-Open No. 62-62333 are as follows.
It is as shown in FIGS. 1 and 2.

【0005】これら図1および図2に示すように、ガラ
ス基板1上に、タンタル(Ta)がスパッタリング法や
真空蒸着などの薄膜形成法により成膜して写真食刻法に
よりパターニングして下部金属2が形成され、この下部
金属2上に陽極酸化法により化成した絶縁膜3が形成さ
れ、この絶縁膜3上にクロム(Cr)を薄膜形成して加
工した上部金属4a,4bが形成され、これら上部金属4a,
4bに対応して2つの非線形抵抗素子部(MIM素子)5
a,5bが形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, tantalum (Ta) is deposited on the glass substrate 1 by a thin film forming method such as a sputtering method or a vacuum deposition method, and is patterned by a photo-etching method to form a lower metal. 2 is formed, an insulating film 3 formed by anodic oxidation is formed on the lower metal 2, and upper metal 4a, 4b formed by forming a thin film of chromium (Cr) on the insulating film 3 is formed, These upper metal 4a,
Two non-linear resistance elements (MIM elements) corresponding to 4b 5
a and 5b are formed.

【0006】また、上部金属4aは配線6とともにガラス
基板1上に形成され、上部金属4bの一部の上には画素表
示透明電極7が形成され、アレイ基板8を形成してい
る。
The upper metal 4a is formed on the glass substrate 1 together with the wiring 6, and the pixel display transparent electrode 7 is formed on a part of the upper metal 4b to form an array substrate 8.

【0007】一方、ガラス基板11上には透明電極12が形
成され、対向基板13を形成している。
On the other hand, a transparent electrode 12 is formed on the glass substrate 11 to form a counter substrate 13.

【0008】そして、アレイ基板8および対向基板13を
対向させ、これらアレイ基板8および対向基板13間に
は、液晶組成物15が封入されている。
The array substrate 8 and the counter substrate 13 are opposed to each other, and the liquid crystal composition 15 is sealed between the array substrate 8 and the counter substrate 13.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにして作成した非線形抵抗素子部(MIM素子)5a,
5bの絶縁膜3および上部金属4a,4b近辺に不純物が侵入
しやすく、不純物により電流電圧特性が影響を受け、素
子特性が不安定になり、たとえばTFD−LCDとして
画像表示を長時間続けるとコントラスト比の経時変化や
焼き付きの問題を生じ高品位な表示が損なわれてしまう
おそれがある問題を有している。
However, the non-linear resistance element portion (MIM element) 5a thus created,
Impurities easily infiltrate the insulating film 3 of 5b and the upper metal 4a, 4b and the current-voltage characteristics are affected by the impurities, and the element characteristics become unstable. For example, when image display is continued for a long time as a TFD-LCD, the contrast There is a problem that a change in the ratio over time or a problem of image sticking may occur, and high-quality display may be impaired.

【0010】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
であり、長時間動作させた場合にも、電流電圧特性が安
定して実用的に十分なコントラスト比が安定して確保さ
れ、焼き付きの生じない高品位の液晶表示装置およびそ
の製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and even when operated for a long time, the current-voltage characteristic is stable, a practically sufficient contrast ratio is stably secured, and burn-in occurs. An object of the present invention is to provide a high-quality liquid crystal display device that does not occur and a method for manufacturing the same.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の液晶表示
装置は、透明絶縁基板上に形成された複数の画素表示透
明電極、これら複数の画素表示透明電極の各々に電気的
に接続された下部金属−絶縁体−上部金属構造の非線形
抵抗素子部を備えたアレイ基板と、このアレイ基板に対
向して配置された対向基板と、前記アレイ基板および対
向基板の間に挟持された液晶組成物とを備えた液晶表示
装置において、前記絶縁体は、酸化タンタルからなり、
前記上部金属は、酸化物の生成自由エネルギーが前記酸
化タンタルの生成自由エネルギーより小さい金属からな
り、酸素原子数/タンタル原子数比Xが、前記絶縁膜中
およびこの上部金属界面近傍にわたり、X<2.0であ
るものである。
According to another aspect of the present invention, there is provided a liquid crystal display device having a plurality of pixel display transparent electrodes formed on a transparent insulating substrate and electrically connected to each of the plurality of pixel display transparent electrodes. An array substrate having a non-linear resistance element part of a lower metal-insulator-upper metal structure, a counter substrate arranged to face the array substrate, and a liquid crystal composition sandwiched between the array substrate and the counter substrate. In the liquid crystal display device including, the insulator is made of tantalum oxide,
The upper metal is made of a metal whose free energy of formation of an oxide is smaller than that of tantalum oxide, and the oxygen atom number / tantalum atom number ratio X is X < It is 2.0.

【0012】請求項2記載の液晶表示装置の製造方法
は、透明絶縁基板上に形成された複数の画素表示透明電
極、これら複数の画素表示透明電極の各々に電気的に接
続された下部金属−絶縁体−上部金属構造の非線形抵抗
素子部を備えたアレイ基板と、このアレイ基板に対向し
て配置された対向基板と、前記アレイ基板および対向基
板の間に挟持された液晶組成物とを備えた液晶表示装置
の製造方法において、前記透明絶縁基板上にタンタルを
成膜する工程と、この成膜されたタンタルを酸化させて
酸化タンタルを形成する工程と、この酸化タンタル上
に、酸化物の生成自由エネルギーが前記酸化タンタルの
生成自由エネルギーより小さい金属を成膜する工程と、
これら工程の後に行なう熱処理工程とを具備したもので
ある。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a liquid crystal display device, wherein a plurality of pixel display transparent electrodes formed on a transparent insulating substrate, and a lower metal electrically connected to each of the plurality of pixel display transparent electrodes. Insulator-An array substrate provided with a non-linear resistance element part having an upper metal structure, a counter substrate arranged to face the array substrate, and a liquid crystal composition sandwiched between the array substrate and the counter substrate. In the method for manufacturing a liquid crystal display device, a step of forming a tantalum film on the transparent insulating substrate, a step of oxidizing the formed tantalum film to form tantalum oxide, and a step of forming an oxide film on the tantalum oxide film. Forming a metal film having a free energy of formation smaller than that of tantalum oxide;
A heat treatment step performed after these steps is provided.

【0013】[0013]

【作用】本発明は、絶縁体は酸化タンタルからなり、上
部金属は、酸化物の生成自由エネルギーが酸化タンタル
の生成自由エネルギーより小さい金属からなり、酸素原
子数/タンタル原子数比Xが、絶縁膜中およびこの上部
金属界面近傍にわたり、X<2.0であるため、Xが小
さいほど、絶縁膜中にタンタルの中間的酸化状態が増
え、不純物が非線形抵抗素子部の電流電圧特性に与える
影響が相対的に小さくなり、電流電圧特性の安定性が増
し、概ねX<2.0であれば、焼き付きは目に見えない
程度にでき、酸化物生成自由エネルギーが酸化タンタル
の酸化物生成自由エネルギーより小さいものを選択すれ
ば、後工程での熱プロセスにおいて、酸化タンタルの上
部金属界面で酸素原子が上部金属側へ移動し、界面でも
X<2.0となる。
According to the present invention, the insulator is made of tantalum oxide, the upper metal is made of a metal having a free energy of formation of an oxide smaller than that of tantalum oxide, and the ratio of the number of oxygen atoms / the number of tantalum atoms is X. Since X <2.0 in the film and near the upper metal interface, the intermediate oxidation state of tantalum increases in the insulating film as X decreases, and the influence of impurities on the current-voltage characteristics of the nonlinear resistance element section. Is relatively small, the stability of current-voltage characteristics is increased, and if X <2.0, the image sticking can be made invisible, and the free energy of oxide formation is the free energy of oxide formation of tantalum oxide. If a smaller one is selected, oxygen atoms move to the upper metal side at the upper metal interface of tantalum oxide in the subsequent thermal process, and X <2.0 at the interface.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明の一実施例のマトリクス型の液
晶表示装置を図面を参照して説明する。なお、従来例に
対応する部分には、同一符号を付して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A matrix type liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The parts corresponding to the conventional example will be described with the same reference numerals.

【0015】これら図1および図2に示すように、透明
絶縁基板としてのガラス基板1上に、タンタル(Ta)
の下部金属2が形成され、この下部金属2上に絶縁体と
しての絶縁膜3が形成され、この絶縁膜3を介した下部
金属2上にチタン(Ti)の上部金属4a,4bが形成さ
れ、これら上部金属4a,4bに対応し下部金属2を共通の
導体として2つの非線形抵抗素子部(MIM(Metal In
sulator Metal )素子)5a,5bが形成され、これら上面
に図示しない配向膜が形成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, tantalum (Ta) is formed on a glass substrate 1 as a transparent insulating substrate.
Lower metal 2 is formed, an insulating film 3 as an insulator is formed on the lower metal 2, and upper metal 4a, 4b of titanium (Ti) is formed on the lower metal 2 via the insulating film 3. , Two non-linear resistance element portions (MIM (Metal In
sulator metal) elements) 5a and 5b are formed, and an alignment film (not shown) is formed on the upper surfaces of these elements.

【0016】また、上部金属4aは配線6とともにガラス
基板1上に形成され、上部金属4bの一部の上にはITO
(Indium Tin Oxide)からなる画素表示透明電極7が形
成され、アレイ基板8を形成している。
The upper metal 4a is formed on the glass substrate 1 together with the wiring 6, and ITO is formed on a part of the upper metal 4b.
The pixel display transparent electrode 7 made of (Indium Tin Oxide) is formed, and the array substrate 8 is formed.

【0017】一方、ガラス基板11上にはITO(Indium
Tin Oxide)からなる薄膜の透明電極12が形成され、対
向基板13を形成している。
On the other hand, on the glass substrate 11, ITO (Indium
A thin film transparent electrode 12 made of Tin Oxide) is formed to form a counter substrate 13.

【0018】そして、アレイ基板8および対向基板13を
対向させ、これらアレイ基板8および対向基板13間に
は、液晶組成物15が封入されている。
The array substrate 8 and the counter substrate 13 are opposed to each other, and the liquid crystal composition 15 is sealed between the array substrate 8 and the counter substrate 13.

【0019】したがって、逆極性に直列接続された2個
の非線形抵抗素子部5a,5bを介して、配線6から画素表
示透明電極7に駆動電圧を供給される。
Therefore, the driving voltage is supplied from the wiring 6 to the pixel display transparent electrode 7 through the two non-linear resistance element portions 5a and 5b connected in series with opposite polarities.

【0020】次に、この液晶表示装置の製造方法を、図
3ないし図6を参照して説明する。
Next, a method of manufacturing this liquid crystal display device will be described with reference to FIGS.

【0021】まず、図3に示すように、板厚0.7mm
の一方のガラス基板1の対向面にSiO2 を保護する図
示しないアルカリ防御膜を形成し、このアルカリ防御膜
上に、スパッタリング法により、膜厚3000オングス
トロームのTa薄膜21を形成してパターニングする。な
お、このTa薄膜21のパターニングには、CF4 とO2
の混合ガスを用いたケミカルドライエッチング法を用い
る。
First, as shown in FIG. 3, the plate thickness is 0.7 mm.
An alkali protection film (not shown) that protects SiO 2 is formed on the opposite surface of one of the glass substrates 1, and a Ta thin film 21 having a thickness of 3000 Å is formed and patterned on the alkali protection film by a sputtering method. For patterning this Ta thin film 21, CF 4 and O 2 are used.
The chemical dry etching method using the mixed gas of is used.

【0022】次に、図4に示すように、所定形状にパタ
ーニングされたTa薄膜21の全面を酸化して、表面に膜
厚350から800オングストロームの均一なTa酸化
膜22を形成する。このTa酸化膜22の形成は、Ta薄膜
21を陽極とし、Ptメッキを施したTiメッシュを陰極
とし、1から8重量%のほう酸アンモニウム水溶液を電
解液とする陽極酸化法により形成する。具体的には陰陽
両極間に21〜48Vの電圧を印加して、膜厚350オ
ングストロームから800オングストロームの均一なT
a酸化膜22を形成する。
Next, as shown in FIG. 4, the entire surface of the Ta thin film 21 patterned into a predetermined shape is oxidized to form a uniform Ta oxide film 22 having a film thickness of 350 to 800 Å on the surface. This Ta oxide film 22 is formed by Ta thin film.
21 is used as an anode, a Pt-plated Ti mesh is used as a cathode, and a 1-8 wt% ammonium borate aqueous solution is used as an electrolytic solution to form an anodizing method. Specifically, by applying a voltage of 21 to 48 V between the positive and negative electrodes, a uniform T having a film thickness of 350 Å to 800 Å can be obtained.
The a oxide film 22 is formed.

【0023】さらに、図5に示すように、Ta酸化膜22
の形成された所定形状のTa薄膜21を再度パターニング
して、Ta薄膜21からなる下部金属2とその表面のTa
酸化膜22からなる絶縁膜3を備えた非線形抵抗膜23から
なる所定形状の素子部24を形成する。このパターニング
はTa薄膜21を所定形状にパターニングするときのエッ
チングと同一方法で行なう。
Further, as shown in FIG. 5, a Ta oxide film 22 is formed.
The Ta thin film 21 having a predetermined shape is patterned again, and the lower metal 2 made of the Ta thin film 21 and the Ta on the surface thereof are formed.
The element portion 24 having a predetermined shape is formed of the non-linear resistance film 23 having the insulating film 3 of the oxide film 22. This patterning is performed by the same method as the etching for patterning the Ta thin film 21 into a predetermined shape.

【0024】次に、10-4Torr以下の真空中で43
0℃の熱処理を行なう。なお、この熱処理は、室温から
430℃に達するまでの1時間の昇温過程、430℃±
10℃で1時間の恒温過程、430℃から室温まで5時
間の放熱冷却過程からなる。また、加熱装置は通常の電
気炉を用いた。
Next, in a vacuum of 10 -4 Torr or less, 43
Heat treatment at 0 ° C. is performed. In addition, this heat treatment is a temperature rising process from room temperature to 430 ° C. for 1 hour.
It consists of a constant temperature process at 10 ° C. for 1 hour and a radiation cooling process from 430 ° C. to room temperature for 5 hours. Moreover, the heating apparatus used the normal electric furnace.

【0025】さらに、膜厚1200オングストロームの
Ti薄膜25をスパッタリング法により形成する。
Further, a Ti thin film 25 having a thickness of 1200 Å is formed by the sputtering method.

【0026】その後、図6に示すように、素子部24の非
線形抵抗膜23上に所定間隔を離して2つの上部金属4a,
4bを形成すると同時に、配線6を形成する。そして、こ
のTi薄膜25からなる上部金属4a,4bのパターニング
は、EDTA9g、水400cc、アンモニア水3ml
の割合で混合したエッチング液により、室温に保って行
なう。
Thereafter, as shown in FIG. 6, two upper metal layers 4a, 4a,
At the same time as forming 4b, the wiring 6 is formed. Then, the patterning of the upper metal 4a, 4b made of the Ti thin film 25 is performed by using 9 g of EDTA, 400 cc of water, and 3 ml of ammonia water.
The temperature is kept at room temperature with the etching solution mixed in the ratio of.

【0027】そして、基板温度を180℃から220℃
に加熱した加熱スパッタリング法により、膜厚1000
オングストロームのITOからなる薄膜画素表示透明導
電膜を形成し、所定形状にパターニングすることによ
り、画素表示透明電極7を形成する。
Then, the substrate temperature is changed from 180 ° C to 220 ° C.
The film thickness of 1000
The thin film pixel display transparent conductive film made of angstrom ITO is formed and patterned into a predetermined shape to form the pixel display transparent electrode 7.

【0028】なお、ここで酸化タンタル(Ta2 5
の酸素原子数/タンタル原子数比Xは、化学量論的には
2.5であることが知られているが、陽極酸化法により
形成した場合は−O−Hや−C=OやO2 といった不純
物として酸素原子が酸化膜中に混入したり、サブオキサ
イドが形成されたりして、絶縁膜3中および上部金属4
a,4bの界面において、2.3から2.7程度となる。
なお、酸素原子とタンタル原子の比は、たとえばRBS
(ラザフォード後方散乱)法、ESCA、SIMS、A
ESなどの方法で測定できる。そして、研究の結果、X
が小さいほど、絶縁膜3中にタンタルの中間的酸化状態
(サブオキサイド)が増え、不純物が非線形抵抗素子部
5a,5bの電流電圧特性に与える影響が相対的に小さくな
り、非線形抵抗素子部5a,5bの電流電圧特性の安定性が
増し、概ねX<2.0であれば、16階調程度の階調表
示を行なう場合にも焼き付きは目に見えない程度にでき
ることが判った。
Here, tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) is used.
It is known that the ratio of the number of oxygen atoms / the number of tantalum atoms of X is 2.5 stoichiometrically, but when formed by the anodic oxidation method, -OH or -C = O or O. Oxygen atoms as impurities such as 2 are mixed in the oxide film, or suboxides are formed.
At the interface between a and 4b, it is about 2.3 to 2.7.
The ratio of oxygen atoms to tantalum atoms is, for example, RBS.
(Rutherford backscattering) method, ESCA, SIMS, A
It can be measured by a method such as ES. And as a result of the research, X
The smaller is the intermediate oxidation state (suboxide) of tantalum in the insulating film 3, the more impurities are in the nonlinear resistance element portion.
The influence on the current-voltage characteristics of 5a and 5b is relatively small, the stability of the current-voltage characteristics of the non-linear resistance element portions 5a and 5b is increased, and if approximately X <2.0, a gradation of about 16 gradations is obtained. It was found that the image sticking can be made invisible even when the key display is performed.

【0029】また、絶縁膜3中でX<2.0としても、
表面は陽極酸化工程と上部金属4a,4bの形成工程の間に
大気にさらされるなどして、汚染されやすく、非線形抵
抗素子部5a,5bを形成した後、上部金属4a,4bの界面で
X<2.0となってしまうことがある。汚染部分が非線
形抵抗素子部5a,5bの絶縁層として機能すると、信頼性
に悪影響を及ぼす。さらに、上部金属4a,4bとして、酸
化物生成自由エネルギーがTa2 5 の酸化物生成自由
エネルギーより小さいもの、たとえば、チタン(Ti)
やアルミニウム(Al)を選択すれば、後工程での熱プ
ロセスにおいて、酸化タンタルの上部金属4a,4bの界面
で酸素原子が上部金属4a,4b側へ移動し、界面でもX<
2.0となり、汚染層が非線形抵抗素子部5a,5bの特性
に与える影響を小さくできる。ところが、酸化物生成自
由エネルギーがTa2 5 の酸化物生成自由エネルギー
より大きい、たとえばCrやITOを上部金属とする
と、酸素は上部金属よりむしろTaと結合しやすく、界
面の汚染層を非線形抵抗素子部5a,5bの絶縁膜として機
能させてしまうことになり、電流電圧特性の安定性を著
しく損なう結果となる。
Even if X <2.0 in the insulating film 3,
The surface is easily contaminated by being exposed to the atmosphere between the anodic oxidation process and the formation process of the upper metal 4a, 4b, and after forming the nonlinear resistance element parts 5a, 5b, X is formed at the interface of the upper metal 4a, 4b. It may be <2.0. If the contaminated part functions as an insulating layer of the nonlinear resistance element parts 5a and 5b, the reliability is adversely affected. Further, as the upper metals 4a and 4b, those having a free energy of oxide formation smaller than that of Ta 2 O 5 , such as titanium (Ti).
If aluminum or aluminum (Al) is selected, oxygen atoms move to the upper metal 4a, 4b side at the interface of the upper metal 4a, 4b of tantalum oxide in the thermal process in the subsequent process, and X <
Since it is 2.0, the influence of the contaminated layer on the characteristics of the nonlinear resistance element portions 5a and 5b can be reduced. However, when the free energy of oxide formation is larger than the free energy of oxide formation of Ta 2 O 5 , for example, when Cr or ITO is the upper metal, oxygen is more likely to bond with Ta rather than the upper metal, and the contaminant layer at the interface has a nonlinear resistance. This causes the element portions 5a and 5b to function as an insulating film, resulting in a significant loss of stability of current-voltage characteristics.

【0030】したがって、上述のように得られたアレイ
基板8の上の非線形抵抗素子部5a,5bの絶縁膜3は膜中
および上部金属4a,4bとの界面近傍において、酸素原子
数/タンタル原子数比XをSIMS、AES、ESC
A、RBSにて求めたところ、X<2.0の条件を満た
すものであった。
Therefore, the insulating film 3 of the non-linear resistance element portions 5a and 5b on the array substrate 8 obtained as described above has the number of oxygen atoms / tantalum atoms in the film and near the interface with the upper metals 4a and 4b. Number ratio X is SIMS, AES, ESC
The results of A and RBS satisfy the condition of X <2.0.

【0031】なお、AESでは、1次電子ビーム条件
は、加速電圧5kV、試料電流0.05μmA、入射角
度60°とした。また、イオンビーム条件は、ラスター
範囲:2mm×2mm、イオン種Ar、加速電圧3kV
とした。この条件のもとで、503eV、179eVの
オージェ電子をそれぞれ酸素原子、タンタル原子に起因
するものとして原子数比Xを求めた。また、X線回折・
ESCAの分析によれば、酸化膜は膜中においてβ−T
aの微結晶粒、Taの中間的酸化状態(サブオキサイ
ド)および五酸化タンタル(Ta2 5 )の混合状態と
なっていることがわかった。さらに、熱酸化によって形
成されるタンタル酸化膜、通常の陽極酸化法により形成
されるタンタル酸化膜に比べて、Xが明らかに小さいこ
と、および、β−Ta微結晶粒が多い。また、界面にお
いては、β−Ta微結晶粒、Taの中間的酸化状態(サ
ブオキサイド)およびTiの混合状態となっておりTa
2 5は膜中に比較して割合がきわめて少なくなってい
る。
In the AES, the primary electron beam conditions were an acceleration voltage of 5 kV, a sample current of 0.05 μmA, and an incident angle of 60 °. The ion beam conditions are raster range: 2 mm × 2 mm, ion species Ar, accelerating voltage 3 kV.
And Under these conditions, the atomic number ratio X was determined by assuming that the 503 eV and 179 eV Auger electrons were caused by oxygen atoms and tantalum atoms, respectively. In addition, X-ray diffraction
According to the analysis of ESCA, the oxide film is β-T in the film.
It was found that the fine crystal grains of a, the intermediate oxidation state of Ta (suboxide) and tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) were mixed. Further, compared with a tantalum oxide film formed by thermal oxidation and a tantalum oxide film formed by a normal anodic oxidation method, X is apparently small and β-Ta fine crystal grains are large. At the interface, β-Ta fine crystal grains, an intermediate oxidation state of Ta (suboxide) and a mixed state of Ti are formed.
The proportion of 2 O 5 is extremely small as compared with that in the film.

【0032】そうして、液晶表示装置の製造は、アレイ
基板8の非線形抵抗素子部5a,5bおよび画素表示透明電
極7の形成された面、対向基板13との対向面にポリイミ
ド樹脂を塗布して焼成し、図示しない配向膜を形成す
る。そして、液晶組成物15の配向を規制するラビングを
行なう。
Thus, in manufacturing the liquid crystal display device, a polyimide resin is applied to the surface of the array substrate 8 on which the non-linear resistance element portions 5a and 5b and the pixel display transparent electrode 7 are formed and the surface opposite to the counter substrate 13. And baked to form an alignment film (not shown). Then, rubbing for controlling the alignment of the liquid crystal composition 15 is performed.

【0033】一方、ガラス基板11の対向面にも、透明電
極12を形成し、さらに、ポリイミド樹脂を塗布、焼成し
て図示しない配向膜を形成する。
On the other hand, the transparent electrode 12 is also formed on the opposite surface of the glass substrate 11, and a polyimide resin is applied and baked to form an alignment film (not shown).

【0034】そして、アレイ基板8に対して、約90°
ねじった方向にラビングする。
About 90 ° with respect to the array substrate 8.
Rub in the twisted direction.

【0035】次に、液晶組成物15の分子の長軸方向が2
種類のアレイ基板8および対向基板13間で約90°ねじ
れるように、5μmの間隔を保って接合し、アレイ基板
8および対向基板13間に液晶組成物15を注入し、液晶セ
ルを形成する。その後、この液晶セルの外面に、偏光軸
を約90°ねじった形で図示しない偏光板を配置して液
晶表示装置とする。
Next, the long axis direction of the molecules of the liquid crystal composition 15 is 2
A liquid crystal composition 15 is injected between the array substrate 8 and the counter substrate 13 so as to be twisted by about 90 ° between the array substrate 8 and the counter substrate 13 with a gap of 5 μm therebetween, and a liquid crystal cell is formed. After that, a polarizing plate (not shown) is arranged on the outer surface of the liquid crystal cell with the polarization axis twisted by about 90 ° to form a liquid crystal display device.

【0036】こうして得られた液晶表示装置は、長時間
動作させてもコントラスト比の劣化や焼き付きの発生が
視認されない、高画質で、信頼性、安定性の高いもので
あった。
The liquid crystal display device thus obtained had high image quality, high reliability, and high stability in which deterioration of the contrast ratio and the occurrence of image sticking were not visually recognized even when operated for a long time.

【0037】なお、非線形抵抗素子部5a,5b形成後の熱
処理は430℃としたが、液晶表示装置において階調表
示数が16程度であれば、300°以上の熱処理で十分
効果が得られる。一方、500℃以上ではガラス基板1
の種類によっては軟化点に近づくため、アレイ基板8に
反りや縮みが生じ、タンタル剥がれを招き歩留低下につ
ながるので好ましくない。
Although the heat treatment after forming the non-linear resistance element portions 5a and 5b was 430 ° C., if the number of gradations displayed is about 16 in the liquid crystal display device, a heat treatment of 300 ° or more is sufficient. On the other hand, above 500 ° C, the glass substrate 1
Depending on the type, since the softening point is approached, the array substrate 8 is warped or shrunk, which causes peeling of tantalum and lowers the yield, which is not preferable.

【0038】また、ITOパターニング後に200℃な
いし300℃で、1時間ないし3時間の熱処理を行なっ
ても良く、特性むらが防止でき歩留まりが向上する。一
方、200℃以下では効果が無く、300℃以上では素
子特性が著しくリーキーになり、コントラスト比が確保
できなくなる。なお、時間についても同様で、1時間未
満では効果が無く、3時間以上では素子特性がリーキー
になりコントラスト比が確保できなくなり好ましくな
い。
Further, after the ITO patterning, heat treatment may be performed at 200 ° C. to 300 ° C. for 1 hour to 3 hours to prevent characteristic unevenness and improve the yield. On the other hand, if the temperature is 200 ° C. or lower, there is no effect, and if the temperature is 300 ° C. or higher, the device characteristics become remarkably leaky and the contrast ratio cannot be secured. The same applies to the time, and if it is less than 1 hour, there is no effect, and if it is 3 hours or more, the element characteristics become leaky and the contrast ratio cannot be secured, which is not preferable.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明によれば、絶縁体は酸化タンタル
からなり、上部金属は、酸化物の生成自由エネルギーが
酸化タンタルの生成自由エネルギーより小さい金属から
なり、酸素原子数/タンタル原子数比Xが、絶縁膜中お
よびこの上部金属界面近傍にわたり、X<2.0である
ため、Xが小さいほど、絶縁膜中にタンタルの中間的酸
化状態が増え、不純物が非線形抵抗素子部の電流電圧特
性に与える影響が相対的に小さくなり、電流電圧特性の
安定性が増し、概ねX<2.0であれば、焼き付きは目
に見えない程度にでき、長時間動作後にもコントラスト
比が経時変化せず、焼き付きも視認されず高画質で信頼
性を高くできる。
According to the present invention, the insulator is made of tantalum oxide, and the upper metal is made of a metal whose free energy of formation of oxide is smaller than that of tantalum oxide. Since X is less than 2.0 in the insulating film and in the vicinity of the upper metal interface, the intermediate oxidation state of tantalum increases in the insulating film as X becomes smaller, and impurities become a current-voltage of the nonlinear resistance element section. The influence on the characteristics becomes relatively small, the stability of the current-voltage characteristic increases, and if X <2.0, the image sticking can be made invisible, and the contrast ratio changes with time even after a long time operation. Without the image sticking, the image quality is high and the reliability is high.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例のマトリクス型の液晶表示装
置を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a matrix type liquid crystal display device of one embodiment of the present invention.

【図2】同上液晶表示装置の構造を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing the structure of the above liquid crystal display device.

【図3】同上液晶表示装置の一製造工程を示す断面図で
ある。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing one manufacturing process of the above liquid crystal display device.

【図4】同上液晶表示装置の図3の次の製造工程を示す
断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the next manufacturing step of FIG. 3 of the liquid crystal display device.

【図5】同上液晶表示装置の図4の次の製造工程を示す
断面図である。
5 is a cross-sectional view showing the next manufacturing step of FIG. 4 of the liquid crystal display device.

【図6】同上液晶表示装置の図5の次の製造工程を示す
断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the next manufacturing step of FIG. 5 for the liquid crystal display device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 透明絶縁基板としてのガラス基板 2 下部金属 3 絶縁体としての絶縁膜 4a,4b 上部金属 5a,5b 非線形抵抗素子部 7 画素表示透明電極 8 アレイ基板 13 対向基板 15 液晶組成物 1 Glass substrate as transparent insulating substrate 2 Lower metal 3 Insulating film as insulator 4a, 4b Upper metal 5a, 5b Non-linear resistance element part 7 Pixel display transparent electrode 8 Array substrate 13 Counter substrate 15 Liquid crystal composition

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 透明絶縁基板上に形成された複数の画素
表示透明電極、これら複数の画素表示透明電極の各々に
電気的に接続された下部金属−絶縁体−上部金属構造の
非線形抵抗素子部を備えたアレイ基板と、このアレイ基
板に対向して配置された対向基板と、前記アレイ基板お
よび対向基板の間に挟持された液晶組成物とを備えた液
晶表示装置において、 前記絶縁体は、酸化タンタルからなり、 前記上部金属は、酸化物の生成自由エネルギーが前記酸
化タンタルの生成自由エネルギーより小さい金属からな
り、酸素原子数/タンタル原子数比Xが、前記絶縁膜中
およびこの上部金属界面近傍にわたり、X<2.0であ
ることを特徴とする液晶表示装置。
1. A plurality of pixel display transparent electrodes formed on a transparent insulating substrate, and a non-linear resistance element portion having a lower metal-insulator-upper metal structure electrically connected to each of the plurality of pixel display transparent electrodes. In a liquid crystal display device comprising an array substrate provided with, a counter substrate arranged to face the array substrate, and a liquid crystal composition sandwiched between the array substrate and the counter substrate, wherein the insulator is The upper metal is made of tantalum oxide, the free energy of formation of oxide is smaller than that of tantalum oxide, and the oxygen atom number / tantalum atom number ratio X is in the insulating film and at the upper metal interface. A liquid crystal display device, wherein X <2.0 over the vicinity.
【請求項2】 透明絶縁基板上に形成された複数の画素
表示透明電極、これら複数の画素表示透明電極の各々に
電気的に接続された下部金属−絶縁体−上部金属構造の
非線形抵抗素子部を備えたアレイ基板と、このアレイ基
板に対向して配置された対向基板と、前記アレイ基板お
よび対向基板の間に挟持された液晶組成物とを備えた液
晶表示装置の製造方法において、 前記透明絶縁基板上にタンタルを成膜する工程と、 この成膜されたタンタルを酸化させて酸化タンタルを形
成する工程と、 この酸化タンタル上に、酸化物の生成自由エネルギーが
前記酸化タンタルの生成自由エネルギーより小さい金属
を成膜する工程と、 これら工程の後に行なう熱処理工程とを具備したことを
特徴とする液晶表示装置の製造方法。
2. A plurality of pixel display transparent electrodes formed on a transparent insulating substrate, and a non-linear resistance element portion having a lower metal-insulator-upper metal structure electrically connected to each of the plurality of pixel display transparent electrodes. A method for manufacturing a liquid crystal display device, comprising: an array substrate having a substrate; a counter substrate arranged to face the array substrate; and a liquid crystal composition sandwiched between the array substrate and the counter substrate, wherein The step of forming a tantalum film on an insulating substrate, the step of oxidizing the formed tantalum film to form tantalum oxide, and the free energy of oxide formation on the tantalum oxide is the free energy of formation of the tantalum oxide. A method of manufacturing a liquid crystal display device, comprising: a step of forming a film of a smaller metal; and a heat treatment step performed after these steps.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007013193A (en) * 2006-07-31 2007-01-18 Ricoh Co Ltd Thin film diode

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