JPH0887035A

JPH0887035A - アクティブマトリクス基板および該アクティブマトリクス基板を用いた液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0887035A
Application number: JP24865094A
Authority: JP
Inventors: Yuuki Nakamura; 有希中村
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1994-09-16
Filing date: 1994-09-16
Publication date: 1996-04-02

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】薄膜二端子素子の電極を構成する導体と絶縁
体の剥離を防止した薄膜二端子素子、該薄膜二端子素子
を使用することにより、特性変化がなく、長期安定性や
信頼性の向上したアクティブマトリクス基板及び液晶表
示装置の提供及び該液晶表示装置における対向基板間で
の短絡を防止し、ラビング時の静電気による素子の絶縁
破壊や、機械的損傷を防ぎ、歩留まりを上げ生産性の向
上する。【構成】第一導体（下部電極）１と第二導体（上部電
極）４、およびこれら両導体間に介在する第一絶縁体２
を有する薄膜二端子素子をスイッチング素子として配設
したアクティブマトリクス基板において、少なくとも前
記薄膜二端子素子上に第二絶縁体３を有することを特徴
とするアクティブマトリクス基板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアクティブマトリクス基
板に関し、詳しくは、ワードプロセッサやパーソナルコ
ンピュータ、電子ブック等のフラットパネルディスプレ
イ等に好適に使用しうるアクティブマトリクス基板、特
に液晶表示装置のスイッチング素子として有用なアクテ
ィブマトリクス基板とアクティブマトリクス基板を用い
た液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来技術】近年、液晶表示装置は薄型軽量で、消費電
力が小さいという特色をもっていることから、ディスプ
レイとしての市場が急速に大きくなっている。特にＯＡ
機器やＴＶには大面積液晶ディスプレイ使用の要望が強
く、そのため、アクティブマトリクス方式では各画素ご
とにスイッチング素子を設け電圧を印加するよう工夫さ
れている。前記スイッチング素子の一つとして薄膜二端
子素子が多く使われている。これは薄膜二端子素子がス
イッチングに好適な非線形の電流−電圧特性を示すため
である。従来からの二端子素子はガラスなどの絶縁性基
板上に下部電極としてＡｌ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｃｒ等の金属
電極を設け、その上に前記金属の酸化物、窒化物などの
絶縁膜を設け、更にその上に上部電極としてＡｌ、Ｎ
ｉ、Ｃｒ等の金属電極を設けたＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉ
ｎｓｕｒａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）素子などが知られてい
る。ＭＩＭ素子は、アクティブマトリクス基板作製時に
第一導体と絶縁体の組合せによっては、所定の形状にパ
ターンを形成した第一導体上に、蒸着法、スパッタリン
グ法、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ、化学気相成長）法などを用いて絶縁体
を作製する際に、絶縁体の付着力が不足して、膜剥がれ
が起きることがある。あるいは液晶表示装置完成後に、
徐々に微視的な剥離が生じ経時的信頼性が劣る場合があ
る。ＭＩＭ素子を用いて、液晶表示装置の中間調表示を
行う場合には液晶への印加電圧はあるフレームの走査期
間内で時定数ＣLC・ＲON（液晶容量・ＭＩＭ素子のオン
抵抗）により充電され、これによって液晶が駆動され
る。また特に、絶縁膜に金属酸化物を用いたＭＩＭ素子
（特開昭５７−１９６５８９号、同６２−６２３３３号
等の公報に記載）の場合、絶縁膜は下部電極の陽極酸化
または熱酸化により形成されるため、工程が複雑であ
り、しかも高温熱処理を必要とし、また膜の制御性（膜
質及び膜厚の均一性及び再現性）に劣る上、基板が耐熱
材料に限られること、および、絶縁膜は物性が一定な金
属酸化物からなることなどから、素子の材料や特性を自
由に変えることが出来ず、設計上の自由度が狭いという
欠点が有る。これはアクティブマトリクス基板を用いた
液晶表示装置からの仕様を充分に満たすデバイスを設
計、作製することが困難で有ることを意味する。またこ
のように膜制御性が悪いと、素子特性としてのＩ−Ｖ特
性やＩ−Ｖ特性の対称性（プラスバイアス時とマイナス
バイアス時の電流比）のバラツキが大きくなるという問
題も生じる。その他、ＭＩＭ素子を液晶表示装置に使用
する場合液晶部容量／ＭＩＭ素子容量比は一般に１０以
上が望ましいが、金属酸化物の場合は誘電率が大きいこ
とから素子容量も大きくなり、従って素子容量を減少さ
せること即ち素子面積を小さくするための微細加工を必
要とする。またこの場合、液晶材料封入前のラビング工
程等で絶縁膜が機械的損傷を受けることにより、微細加
工とも相まって歩留まり低下を来すという問題も有る。
ツイストネマチック、スーパーツイストネマチック方式
の液晶表示装置は、電圧による液晶のネマチック相の複
屈折変化を利用する。通常のツイストネマチック液晶表
示装置では、あらかじめ表面に配向層を設け、綿、ナイ
ロン、テトロン製のラビング布などで配向処理を施した
上下の基板の周辺をシールし配向処理面を内側にして貼
りあわせた空セルを作製し、その注入口から液晶を注入
する。一般に液晶表示素子の基板間隔を保持するために
は、球形あるいは棒状のプラスチックまたはガラス製の
スペーサーを配向処理した後の基板上に散布したり、非
画素部に突起を設けるなどしている。従来技術ではアク
ティブマトリクス基板作製時に第一導体と絶縁体の組合
せによっては、所定の形状にパターンを形成した第一導
体上に、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、化学気
相成長）法などを用いて絶縁体を作製する際に、絶縁体
の付着力が不足して、膜剥がれが起きることがある。あ
るいは液晶表示装置完成後に、徐々に微視的な剥離が生
じ経時的信頼性が劣る場合がある。

【０００３】

【発明の目的】本発明は、薄膜二端子素子の電極を構成
する導体と絶縁体の剥離を防止した薄膜二端子素子の提
供、及び該薄膜二端子素子を使用することにより、特性
変化がなく、長期安定性や信頼性の向上したアクティブ
マトリクス基板及び液晶表示装置の提供を目的とする。
さらに液晶表示装置における対向基板間での短絡を防止
し、ラビング時の静電気による素子の絶縁破壊や、機械
的損傷を防ぎ、歩留まりを上げ生産性の向上を目的とす
る。

【０００４】

【発明の構成・動作】本発明は、第一導体（下部電極）
と第二導体（上部電極）の間に第一の絶縁体を有する薄
膜二端子素子を配設したアクティブマトリクス基板にお
いて、少なくとも上記素子部上に、第二の絶縁性薄膜を
有することにより、第一絶縁層の内部応力を第二絶縁層
で相殺または緩和することによって、前記目的を達成し
た。本発明の前記アクティブマトリクス基板の１例の製
造法及び構成を図１に基づいて説明する。ガラス、プラ
スチック板、プラスチックフィルム等の基板６上にＡ
ｌ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ、
Ｍｏ、Ｐｔ等の導電性薄膜を数十から数百ｎｍの厚さに
成膜し、所定のパターンにエッチングして第１導体（下
部電極）１とする。次に絶縁膜を数十から数百ｎｍの厚
さに製膜し所定のパターンにエッチングし、第一絶縁体
２を形成する。最後に上部電極３としてＡｌ、Ｔａ、Ｔ
ｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ、
Ｍｏ、Ｐｔ等の導電性薄膜を数十ｎｍから数百ｎｍの厚
さに成膜し、所定のパターンにエッチングし第二導体
（上部電極）４を形成する。引き続き表示用電極５とし
てＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）、Ｚｎ
Ｏ：Ａｌ、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂等の透明導電性薄膜を数
十から数百ｎｍの厚さに成膜し所定のパターンにエッチ
ングする。最後に第二絶縁体としてＡｌ、Ｔａ、Ｔｉ、
Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｍｏ、Ｐｔ等の金
属の酸化物、窒化物、炭化物やＳｉＮｘ、ＳｉＯｘ、Ｓ
ｉＣｘ、硬質炭素、ポリイミド、ポリエチレン、ポリス
チレン等の絶縁膜を数ｎｍから数百ｎｍの厚さに形成し
少なくとも下部電極と第一絶縁体が積層される部分を含
むパターンにエッチングし、本発明のアクティブマトリ
クス基板を作製することができる。各薄膜の形成方法と
してはスパッタリング、蒸着法、ＣＶＤ等の慣用の薄膜
の形成方法が採用できる。このようにして得られたアク
ティブマトリクス基板は、第一導体（下部電極）と第二
導体（上部電極）の間に絶縁体を有し、第二導体を表示
用電極に接続してなるアクティブマトリクス基板におい
て、第一導体と第一絶縁体の積層部に第二絶縁体が形成
されていることを特徴とする。また、本発明のアクティ
ブマトリクス基板の他の例としては、後記実施例２で作
製した図２に示すような構成のもの、および後記実施例
３で作製した図３に示すような構成のものが挙げられ
る。

【０００５】本発明のアクティブマトリクス基板の第一
及び第二絶縁体は、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘ、ＳｉＣｘ、Ａ
ｌ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ₅、硬質炭素、ポリイミド、ポリエチレ
ン、ポリスチレン等を、スパッタリング、蒸着法、陽極
酸化法、プラズマＣＶＤ、プラズマ重合法あるいは塗布
法等の方法により形成することが出来る。しかしなが
ら、前記アクティブマトリクス基板における第一絶縁体
は、比較的膜物性（ε、ρ）の制御が自由にできる硬質
炭素膜で形成されているのが有利である。絶縁体として
硬質炭素膜を用いることにより、素子特性制御範囲が広
く、加えて、他の絶縁体と比較して低温でしかも簡単な
工程で形成できる。すなわち、絶縁膜を構成する層とし
て硬質炭素膜を用いた場合この膜は１）プラズマＣＶＤ法等の気相合成法で作製されるた
め、成膜条件によって物性が広範囲に制御でき、従って
デバイス設計の自由度が大きい、２）硬質でしかも厚膜にできるため、機械的損傷を受け
がたく、また厚膜化によるピンホールの減少も期待でき
る、３）室温付近の低温においても良質な膜を形成できるの
で、基板材質に制約がない、４）膜厚、膜質の均一性に優れているため、薄膜デバイ
ス用として適している、５）誘電率が低いので、高度の微細加工技術を必要とせ
ず、したがって素子の大面積化に有利である、６）液晶駆動電圧のマージンが広がり多階調表示可能な
液晶表示装置を提供できる、等の特徴を有し、このような絶縁膜を用いた薄膜二端子
素子は液晶表示用スイッチング素子として好適である。

【０００６】図１および図２で表されたアクティブマト
リクス基板上の薄膜二端子素子の電流電圧特性（Ｉ−Ｖ
特性）を調べてみると、この特性は近似的に以下に示す
ような伝導式で表される。

【数１】Ｉ：電流Ｖ：印加電圧 κ：導電係数 β：プールフ
レンケル係数ｎ：キャリア密度 μ：キャリアモビリティｑ：電子
の電荷量 Φ：トラップ深さ ρ：比抵抗ｄ：絶縁膜の膜厚ｋ：ボルツマン定数Ｔ：雰囲気温度 ε：絶縁膜の比
誘電率

【０００７】次に本発明において絶縁膜として好適に用
いられる硬質炭素膜について詳しく説明する。この膜
は、炭素および水素原子を主要な組織形成元素として非
晶質及び微結晶の少なくとも一方を含む硬質炭素膜（ｉ
−Ｃ膜、ダイヤモンド状炭素膜、アモルファスダイヤモ
ンド膜、ダイヤモンド薄膜とも呼ばれる）からなってい
る。硬質炭素膜の一つの特徴は気相成長膜であるがため
に、後述するように、その諸物性が成膜条件によって広
範囲に制御できることである。従って、絶縁膜といって
もその抵抗値は半絶縁体から絶縁体までの領域をカバー
しており、この意味では本発明の薄膜二端子素子はＭＩ
Ｍ素子はもちろんのこと、それ以外でも例えば特開昭６
１−２６０２１９号公報で言うところのＭＳＩ素子（Ｍ
ｅｔａｌ−Ｓｅｍｉ−Ｉｎｓｕｒａｔｏｒ）やＳＩＳ
（半導体−絶縁体−半導体）であって、ここでの「半導
体」は不純物を高濃度にドープさせたものであるとして
も位置付けられるものである。なお、この硬質炭素膜中
には、さらに物性制御範囲を広げるために、構成元素の
一つとして少なくとも周期律表第III属元素を全構成元
素に対し５原子％以下、同じく第IV属元素を３５原子％
以下、同じく第Ｖ属元素を５原子％以下、アルカリ土類
金属元素を５原子％以下、アルカリ金属元素を５原子％
以下、窒素原子を５原子％以下、酸素原子を５原子％以
下、カルコゲン元素を３５原子％以下、またはハロゲン
元素を３５原子％以下の量で含有させても良い。これら
元素または原子の量は元素分析の常法、例えばオージェ
分析によって測定することができる。または、この量の
多少は原料ガスに含まれる他の化合物の量や成膜条件で
調節可能である。こうした硬質炭素膜を形成するために
は有機化合物ガス、特に炭化水素ガスが用いられる。こ
れら炭素原料における相状態は常温常圧において必ずし
も気相である必要はなく、加熱あるいは減圧等により溶
融、蒸発、昇華を経て気化しうるものであれば、液相で
も固相でも使用可能である。炭素原料ガスとしての炭化
水素ガスについては、例えばＣＨ₄、Ｃ₃Ｈ₈、Ｃ₄Ｈ₁₀等
のパラフィン系炭化水素、Ｃ₂Ｈ₄等のオレフィン系炭化
水素、ジオレフィン系炭化水素、アセチレン系炭化水
素、さらには芳香族炭化水素など全ての炭化水素を少な
くとも含むガスが使用可能である。本発明における原料
ガスからの硬質炭素膜の形成方法としては、成膜活性種
が、直流、低周波、高周波、あるいはマイクロ波等を用
いたプラズマ法により生成されるプラズマ状態を経て形
成される方法が好ましいが、より大面積化、均一性向上
および／または低温成膜の目的で低圧下で堆積を行わせ
しめるのには磁界効果を利用する方法がさらに好まし
い。また、高温における熱分解によっても活性種を形成
できる。その他にも、イオン化蒸着法、あるいはイオン
ビーム蒸着法等により生成されるイオン状態を経て形成
されても良いし、真空蒸着法、あるいはスパッタリング
法等により生成される中性粒子から形成されても良い
し、さらには、これらの組合せにより形成されても良
い。こうして作製される硬質炭素膜の堆積条件の一例は
プラズマＣＶＤの場合、概ね次の通りである。ＲＦ出力：０．０１〜５０Ｗ／ｃｍ² 圧力：１０^-3〜１０ｔｏｒｒ堆積温度：室温〜９５０℃で行うことができるが、好ま
しくは室温〜３００℃。このプラズマ状態により原料ガスがラジカルとイオンに
分解され反応することによって、基板上に炭素原子Ｃと
水素原子Ｈとからなるアモルファス（非晶質）及び微結
晶（結晶の大きさは数ｎｍから数百ｎｍ）の少なくとも
一方を含む硬質炭素膜が堆積する。硬質炭素膜の諸特性
を表１に示す。

【０００８】

【表１】注）測定法：比抵抗（ρ）：コプレナー型セルによるＩ−Ｖ特性より
求める。光学的バンドギャップ（Ｅｇｏｐｔ）：分光特性から吸
収係数（α）を求め

【数２】（αｈν）^1/2＝β（ｈν−Ｅｇｏｐｔ）の関係より決定する。膜中水素量〔Ｃ（Ｈ）〕：赤外吸収スペクトルから２９
００ｃｍ^-1付近のピークを積分し吸収断面積Ａをかけて
求める。すなわち、

【数３】〔Ｃ（Ｈ）〕＝Ａ・∫α（ν）／ν・ｄν ＳＰ³／ＳＰ²比：赤外吸収スペクトルをＳＰ³、ＳＰ²に
それぞれ帰属されるガウス関数に分解し、その面積比よ
り求める。ビッカース硬度（Ｈ）：マイクロビッカース計による。屈折率（ｎ）：エリプソメーターによる。欠陥密度：ＥＳＲによる。

【０００９】こうして形成される硬質炭素膜はＩＲ吸収
法およびラマン分光法による分析の結果、それぞれ図４
および図５に示すように炭素原子がＳＰ³の混成軌道と
ＳＰ²の混成軌道とを形成した原子間結合が混在してい
ることが明らかになっている。ＳＰ³結合とＳＰ²結合の
比率は、ＩＲスペクトルをピーク分離することで概ね推
定できる。ＩＲスペクトルには、２８００〜３１５０ｃ
ｍ^-1に多くのモードのスペクトルが重なって測定される
が、それぞれの波数に対応するピークの帰属は明らかに
なっており、図６に示したガウス分布によってピーク分
離を行い、それぞれのピーク面積を算出し、その比率を
求めればＳＰ³／ＳＰ²を知ることができる。また、前記
の硬質炭素膜は、Ｘ線及び電子線回折分析によればアモ
ルファス状態（ａ−Ｃ：Ｈ）および／または数ｎｍ〜数
百ｎｍ程度の微結晶粒を含むアモルファス状態にあるこ
とがわかる。一般に量産に適しているプラズマＣＶＤ法
の場合には、ＲＦ出力が小さいほど膜の比抵抗値及び硬
度が増加し、また低圧力なほど活性種の寿命が増加する
ために、基板温度の低温化、大面積での均一化が図ら
れ、かつ比抵抗、硬度が増加する傾向にある。さらに、
低圧力ではプラズマ密度が減少するため、磁場閉じ込め
効果を利用する方法は、比抵抗の増加には特に効果的で
ある。さらにまた、この方法（プラズマＣＶＤ法）は常
温〜１５０℃程度の比較的低い温度条件でも、同様に良
質の硬質炭素膜を形成できるという特徴を有しているた
め、薄膜二端子素子製造プロセスの低温化には最適であ
る。従って、使用する基板材料の選択自由度が広がり、
基板温度をコントロールしやすいために均一な膜が得ら
れるという特徴を持っている。硬質炭素膜の構造、物性
は表１に示したように、広範囲に制御可能であるため、
デバイス特性を自由に設計できる利点も有る。さらには
膜の誘電率も３〜５と従来のＭＩＭに使用されていたＴ
ａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＮｘなどと比較して小さいた
め、同じ電気容量を持った素子を作る場合、素子サイズ
が大きくても済むので、それほど微細加工を必要とせ
ず、歩留まりが向上する（駆動条件の関係からＬＣＤと
ＭＩＭの容量比はＣ_LCD／Ｃ_MIM＝１０：１程度必要であ
る）。さらに膜の硬度が高いため、液晶材料封入時のラ
ビング工程による素子の損傷が少なく、この点からも歩
留まりが向上する。

【００１０】液晶駆動用薄膜二端子素子として好適な硬
質炭素膜は、駆動条件から膜厚が１０〜８００ｎｍ、比
抵抗が１０⁶〜１０¹²Ω・ｃｍの範囲であることが有利
である。なお、駆動電圧と耐圧（絶縁破壊電圧）とのマ
ージンを考慮すると膜厚は２０ｎｍ以上であることが望
ましく、また、画素部と薄膜二端子素子の段差（セルギ
ャップ差）に起因する色ムラが実用上問題とならないよ
うにするには膜厚は６００ｎｍ以下であることが望まし
いことから、硬質炭素膜の膜厚は２０〜６００ｎｍ、比
抵抗は５×１０⁵〜１０¹²Ω・ｃｍであることがより好
ましい。硬質炭素膜のピンホールによる素子の欠陥数は
膜厚の減少にともなって増加し、３０ｎｍ以下では特に
顕著になること（欠陥数は１％を越える）、及び、膜厚
の面内均一性（ひいては素子特性の均一性）が確保でき
なくなる（膜厚制御の精度は３ｎｍ程度が限度で、膜厚
のバラツキが１０％を越える）ことから、膜厚は３０ｎ
ｍ以上であることがより望ましい。また、ストレスによ
る硬質炭素膜の剥離が起こりにくくするため、及び、よ
り低デューティ比（望ましくは１／１０００以下）で駆
動するために、膜厚は４００ｎｍ以下であることがより
好ましい。これらを総合して考慮すると、硬質炭素膜の
膜厚は３０〜４００ｎｍ、比抵抗は１０⁷〜１０¹¹Ω・
ｃｍであることが一層好ましい。

【００１１】本発明のアクティブ基板の第二絶縁体は第
一絶縁体にくらべ高絶縁性の薄膜がより好ましく、第二
導体、第一絶縁体、画素電極、基板等に良好な付着力を
示すものが好ましい。第二絶縁体を第一絶縁体と概ね同
じ構成元素を用いて作製することによって、フォトリソ
グラフィー法によって所定の形状に加工する際に、一つ
のレジストパターンで連続して、または同時にエッチン
グすることにより、工程数の低減を図り、生産性を向上
することを目的とする。また、画素電極部分を露出さ
せ、他の基板部分を可視光透過率が概ね５％以下、好ま
しくは２％以下の薄膜を第二絶縁体として用いることに
よって、高コントラストな液晶表示装置を作製すること
ができる。あるいは、第二絶縁体として透明な膜を用い
ることにより、前記のように画素上の第二絶縁体を除去
しなくても高い光透過率が得られ、工程の簡略化ができ
る。このアクティブマトリクス基板の第二絶縁体はＳｉ
Ｎｘ、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈ
ｏｒｓｉｌｉｃａｔｅｇｌａｓｓ）、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｔａ
₂Ｏ₅、硬質炭素、ポリイミド、ポリエチレン、ポリスチ
レン等を、スパッタリング、蒸着法、陽極酸化法、プラ
ズマＣＶＤ、プラズマ重合法あるいは塗布法等の方法に
より形成することが出来る。第二絶縁体は１）膜生成時に下地の変質、劣化等の影響が少ないこ
と、２）低温で形成できる、３）機械的強度が大きい、４）基板、金属電極、第一絶縁体に対する付着力が大き
い、５）高絶縁性（第一絶縁体と同等もしくはそれ以上）、などの特性が要求される。特にプラズマＣＶＤで作製し
た絶縁体膜の物性は、基板温度、原料ガス、ガス流量
比、生成圧力、ＲＦパワー、ＲＦ周波数、電極構造、反
応容器構造、排気速度、プラズマ発生方式などの成膜パ
ラメータに大きく依存し、電気抵抗、硬度、内部応力等
を制御することが可能である。プラズマＣＶＤの中でも
プラズマ重合法は、単量体ガスまたはその混合ガスをグ
ロー放電によって活性化しその重合膜を基板上に生成さ
せるものである。第二絶縁体は本発明の構成と作製方法
により、上記物質の中から選択される。特に画素電極上
に第二絶縁体を積層して用いる場合は、可視光透過率が
高いＳｉＯｘ、ＰＳＧ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ₃などが特に
好適に用いられる。

【００１２】以下、本発明の具体的実施態様を示す。１．第一導体（下部電極）と第二導体（上部電極）、
およびこれら両導体間に介在する第一絶縁体を有する薄
膜二端子素子をスイッチング素子として配設したアクテ
ィブマトリクス基板において、少なくとも前記薄膜二端
子素子上に第二絶縁体を有することを特徴とするアクテ
ィブマトリクス基板。２．前記１のアクティブマトリクス基板において、第
一導体と第一絶縁体の積層部に第二の絶縁体が形成され
ているアクティブマトリクス基板。３．前記１のアクティブマトリクス基板において、信
号電極の外部接続部を除く基板全体に、第二絶縁体が形
成されているアクティブマトリクス基板。

【００１３】４．前記１、２または３のアクティブマ
トリクス基板において、第一絶縁体、第二絶縁体あるい
は第一絶縁体と第二絶縁体の両方が硬質炭素膜で構成さ
れているアクティブマトリクス基板。５．前記１、２、３または４のアクティブマトリクス
基板において、第二絶縁体は第一絶縁体に比較して高絶
縁性のものであるアクティブマトリクス基板。６．前記１、２、３、４または５のアクティブマトリ
クス基板において、第一絶縁体の硬質炭素膜の膜厚が２
０〜６００ｎｍ、好ましくは３０〜４００ｎｍ、また比
抵抗が５×１０⁵〜１０¹²Ω・ｃｍ、好ましくは１０⁷〜
１０¹¹Ω・ｃｍであるアクティブマトリクス基板。７．前記４、５または６のアクティブマトリクス基板
において、硬質炭素膜がプラズマＣＶＤ法で形成された
ものであるアクティブマトリクス基板。８．前記１、２、３、４、５、６または７のアクティ
ブマトリクス基板において、画素電極を含む部分に形成
された第二絶縁体が無色透明であるアクティブマトリク
ス基板。

【００１４】９．前記１、２、３、４、５、６または
７のアクティブマトリクス基板において、第二絶縁体が
遮光性を有し、かつ画素電極を含む部分が露出している
アクティブマトリクス基板。１０．前記９のアクティブマトリクス基板において、第
二絶縁体の可視光透過率が概ね５％以下、好ましくは概
ね２％以下であるアクティブマトリクス基板。１１．前記１、２、３、４、５、６、７、８、９または
１０のアクティブマトリクス基板において、第二絶縁体
がプラズマ重合膜であるアクティブマトリクス基板。１２．前記１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０
または１１のアクティブマトリクス基板において、第一
絶縁体と第二絶縁体が同じ主要構成元素からなるもので
あるアクティブマトリクス基板。１３．対向基板間に液晶層を挾持してなる液晶表示装置
において、前記１、２、３、４、５、６、７、８、９、
１０、１１または１２のアクティブマトリクス基板を用
いたことを特徴とする液晶表示装置。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに具体的に
説明する。

【００１６】実施例１図１に示すようにパイレックスガラス基板上にアクティ
ブマトリクスを以下のようにして設けた。まずＴｉをス
パッタリング法により約５０ｎｍ厚に堆積後パターン化
して下部電極１を形成した。その後、第一絶縁体２とし
てプラズマＣＶＤを用いて、硬質炭素膜を１００ｎｍ堆
積した。これをドライエッチングによりパターン化し
た。続いてこの上にＣｒをスパッタリング法により約１
５０ｎｍ堆積し、下部電極と交差するパターンでエッチ
ングし上部電極４を形成し、続いてＩＴＯをスパッタリ
ング法で約５０ｎｍの厚さに堆積し、ウェットエッチン
グして、表示用電極５を形成した。最後にプラズマＣＶ
Ｄ法を用いてＳｉＮｘを約２００ｎｍ堆積し第一絶縁体
と同じパターンでエッチングしたところ、絶縁体の剥離
が全く無く、また信頼性の高いアクティブマトリクス基
板を作製することができた。同じ条件でガラス基板上に
堆積した第一、第二絶縁体の応力を表面粗さ計を用いて
基板の変形量から測定したところ、それぞれ約−１ＧＰ
ａと約０．５ＧＰａで応力は積層部でほぼ打ち消しあっ
ていることがわかった。

【００１７】実施例２図２に示すようにパイレックスガラス基板上にアクティ
ブマトリクスを以下のようにして設けた。最初にＩＴＯ
をスパッタリング法で約６０ｎｍの厚さに堆積し、ウェ
ットエッチングして、表示用電極５を形成した。次にＣ
ｒを蒸着法により約５０ｎｍ厚に堆積後パターン化して
下部電極１を形成した。その上に第一絶縁体２としてプ
ラズマＣＶＤを用いて、硬質炭素膜を１００ｎｍ堆積し
た。この時の硬質炭素膜の成膜条件は以下の通りであ
る。圧力：０．０５ＴｏｒｒＣＨ₄流量：５０ＳＣＣＭＲＦパワー：０．５Ｗ／ｃｍ² 続いてこの上にＮｉをスパッタリング法により約１２０
ｎｍ堆積し、下部電極と交差するパターンでエッチング
し上部電極４を形成し、最後に第二絶縁体３として、プ
ラズマ重合ポリエチレン膜を以下の成膜条件で１２０ｎ
ｍ堆積した。圧力：１ＴｏｒｒＣ₂Ｈ₄流量：５０ＳＣＣＭＲＦパワー：０．１Ｗ／ｃｍ² 最後にドライエッチング法により、第一、第二絶縁体を
同じパターンで同時にエッチングして、アクティブマト
リクス基板を作製した。本実施例では第二導体の上下に
絶縁体を形成しているために、第二導体の断線が少な
く、欠陥率が低いアクティブマトリクス基板を作製する
ことができた。

【００１８】実施例３上部電極４まで実施例２と同様に作製し、上部電極の外
部接続部をマスクし露出しないようにして、その他の基
板全面に透明で絶縁性の高いＳｉＯ₂膜を反応性スパッ
タリング法により、約５０ｎｍ堆積し、アクティブマト
リクス基板を作製した。本実施例では画素上の第二絶縁
層をエッチングする必要がないため、工程を短絡するこ
とができた。また、このアクティブマトリクス基板を用
いて、液晶表示装置を作製したところ、上下基板の配線
が短絡する確立が極めて低く、信頼性が非常に高いもの
であった。

【００１９】実施例４上部電極４まで実施例２と同様に作製し、黒色顔料を含
む感光性ポリイミドを約０．８μｍの膜厚にスピン塗布
し、図４のように画素電極が露出するようにフォトリソ
グラフィ法により第二絶縁体を形成し、アクティブマト
リクス基板を作製した。更にこの基板を用いて透過型液
晶表示装置を作製したところ、高コントラストな液晶表
示装置が得られた。

【００２０】実施例５パイレックスガラス上に６４０×４８０画素の実施例２
のスイッチング素子を形成したアクティブマトリクス基
板を用いて、ツイストネマティック方式の液晶表示装置
を作製したところ、長期にわたって絶縁体の剥離が無い
ため欠陥が少なく、表示性能の高い液晶表示装置であっ
た。

【００２１】

【作用効果】本発明のアクティブマトリクス基板は、長
期にわたって絶縁体及び上下電極の剥離が無いため欠陥
が少なく、また、該素子を使用することにより、表示性
能の高い液晶表示装置が提供された。１．請求項１および２少なくとも薄膜二端子素子上に、第二の絶縁性薄膜を有
することにより、第一絶縁層の内部応力を第二絶縁層で
相殺または緩和することによって、導体と絶縁体の剥離
を防止し、長期安定性や信頼性の向上したアクティブマ
トリクス基板が提供される。２．請求項３信号電極の外部接続部を除く基板全体に、第二絶縁体を
形成することにより、液晶表示装置における対向基板間
での短絡を防止し、生産性を向上させた。３．請求項４硬質炭素膜を用いることにより、素子特性制御の範囲が
広く、加えて、他の絶縁膜と比較して低温でしかも簡単
な工程で形成でき、また、膜制御性および機械的強度に
優れた低誘電率の絶縁膜を使用することにより、広範囲
のデバイス設計が可能となる。さらに液晶駆動電圧のマ
ージンが広がり多階調表示可能な液晶表示装置を提供す
ることができる。４．請求項５プラズマ重合法によると、単量体ガスまたはその混合ガ
スをグロー放電によって活性化しその重合膜を基板上に
生成させるものであり、またプラズマ重合膜を第二絶縁
体に用いることにより、無機薄膜と比較して柔らかい重
合膜が、後工程での素子の損傷を防止し、また、化学的
に安定な重合膜はイオン性不純物や汚染物質から素子を
保護し、歩留まりを向上させることができる。

【００２２】５．請求項６第二絶縁体として透明な膜を用いることにより、該アク
ティブマトリクス基板は画素上の第二絶縁体の除去する
ことなしに高い光透過率が得られ、その製造工程の簡略
化ができる。６．請求項７アクティブマトリクス基板の画素電極を除く部分に形成
された第二絶縁体の可視光透過率が、概ね５％以下、好
ましくは２％以下の薄膜を用いることによって、高コン
トラストな液晶表示装置を作製することができるアクテ
ィブマトリクス基板が提供される。７．請求項８前記各請求項のアクティブマトリクス基板を使用するこ
とにより、欠陥が少なく、かつ表示性能の高い液晶表示
装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のアクティブマトリクス基板の構成を
示す図である。（ａ）平面模式図（ｂ）断面模式図

【図２】実施例２のアクティブマトリクス基板の構成を
示す図である。（ａ）平面模式図（ｂ）断面模式図

【図３】実施例３のアクティブマトリクス基板の構成を
示す図である。（ａ）平面模式図（ｂ）断面模式図

【図４】本発明の絶縁体に使用した硬質炭素膜をラマン
分光法で分析した結果を示すスペクトル図である。

【図５】本発明の絶縁体に使用した硬質炭素膜をＩＲ吸
収法で分析した結果を示すスペクトル図である。

【図６】本発明の絶縁体に使用した硬質炭素膜をＩＲス
ペクトルのガウス分布を示す。

【符号の説明】

１下部電極２第一絶縁体３第二絶縁体４上部電極５画素電極６基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第一導体（下部電極）と第二導体（上部
電極）、およびこれら両導体間に介在する第一絶縁体を
有する薄膜二端子素子をスイッチング素子として配設し
たアクティブマトリクス基板において、少なくとも前記
薄膜二端子素子上に第二絶縁体を有することを特徴とす
るアクティブマトリクス基板。
【請求項２】請求項１記載のアクティブマトリクス基
板において、第一導体と第一絶縁体の積層部に第二の絶
縁体が形成されているアクティブマトリクス基板。
【請求項３】請求項１記載のアクティブマトリクス基
板において、信号電極の外部接続部を除く基板全体に、
第二絶縁体が形成されているアクティブマトリクス基
板。
【請求項４】請求項１、２または３記載のアクティブ
マトリクス基板において、第一絶縁体あるいは第一絶縁
体と第二絶縁体の両方が硬質炭素膜で構成されているア
クティブマトリクス基板。
【請求項５】請求項１、２、３または４記載のアクテ
ィブマトリクス基板において、第二絶縁体がプラズマ重
合膜であるアクティブマトリクス基板。
【請求項６】請求項１、２、３、４または５記載のア
クティブマトリクス基板において、画素電極を含む部分
に形成された第二絶縁体が無色透明であるアクティブマ
トリクス基板。
【請求項７】請求項１、２、３、４、５または６記載
のアクティブマトリクス基板において、第二絶縁体が遮
光性を有し、かつ画素電極を含む部分が露出しているア
クティブマトリクス基板。
【請求項８】対向基板間に液晶層を挾持してなる液晶
表示装置において、請求項１、２、３、４、５、６また
は７記載のアクティブマトリクス基板を用いたことを特
徴とする液晶表示装置。