JPH09185085A

JPH09185085A - 非線形抵抗素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09185085A
Application number: JP34307095A
Authority: JP
Inventors: Tomoji Yamagami; 智司山上
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1995-12-28
Publication date: 1997-07-15

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、膜厚が薄く、膜質のよい非線形抵
抗層を形成するとともに、かつ非線形抵抗層の表面汚染
がない非線形抵抗素子の構造及び製造方法を提供する。【解決手段】基板上の第１電極の上に、この第１電極
を覆って非線形抵抗層を形成し、更に前記非線形抵抗層
の上面に第２電極形成部分を除く部分に陽極酸化絶縁層
を形成するともに、陽極酸化されない金属層部分を第２
電極とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶等の表示装置
を駆動するスイッチング素子として用いられる非線形抵
抗素子及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータ等のＯＡ
機器のダウンサイジング化に伴い、高機能フラットディ
スプレイの要求が高まっている。フラットディスプレイ
として、液晶パネル、ＥＬパネル、プラズマパネルの研
究開発が進められている。特に、液晶パネルは、時計、
電卓からパーソナルコンピュータ、テレビ等の広い表示
装置として商品化されている。今後、マルチメディア化
が進むにつれて、高解像度、高コントラスト、フルカラ
ー、省電力駆動等の高機能化が要求されている。これら
の要求を満たす表示装置として、マトリクス状に配置し
た個々の画素にアクティブ素子を付加したアクティブマ
トリクス型液晶表示装置があげられる。アクティブ素子
として３端子の能動素子と２端子の非線形抵抗素子の２
種類について開発が精力的に進められている。２端子の
非線形抵抗素子は、ＴＦＴに代表される３端子能動素子
に比べ、製造工程に必要なマスク枚数が少なく、低価格
が期待できる。

【０００３】現在、２端子の非線形抵抗素子として、非
線形抵抗層に酸化タンタルを用いた素子（特公昭６１−
３２６７４号公報）、アモルファスシリコン及びシリコ
ン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化酸化膜を用い
た素子（特公平６−１７９５７号公報）、又は硫化亜鉛
を用いた素子（特開平６−３１３８９９号公報）が開発
されている。特に、硫化亜鉛を用いた素子は、Ｉ−Ｖ特
性の非線形性が大きいばかりでなく、硫化亜鉛中に不純
物をドーピングすることにより、Ｉ−Ｖ特性を制御する
ことが可能であるため、表示装置の電気光学的特性に応
じたＩ−Ｖ特性素子を設計することができ、その結果、
高コントラストの表示装置が提供できる等の特徴があ
る。

【０００４】図６に一般的な非線形抵抗素子の断面図を
示す。非線形抵抗素子は第１電極５２、非線形抵抗層５
３、第２電極５６が順次積層されて構成される。この非
線形抵抗素子のＩ−Ｖ特性は、式１に示すようにプール
フレンケルの関係式で記述される。

【０００５】

【数１】

【０００６】非線形抵抗素子のＩ−Ｖ特性の非線形性を
大きくするには、式１で示されるβ値を大きくしなけれ
ばならない。β値を大きくするには、非線形抵抗層の材
料が決まれば、非線形抵抗層の膜厚ｄを薄くすればよい
ことが分かる。つまり非線形抵抗層は、素子の信頼性が
確保できる最小限の膜厚に設計する必要がある。

【０００７】図６に示した構造の素子は、基板５１上に
第１電極５２のエッジ部及びテーパー部を覆って非線形
抵抗層５３が形成され、更に第２電極５６が積層してい
る構造であるため、非線形抵抗層５３の膜厚が薄い場合
には、エッジ部の電界集中による素子破壊や、エッジ部
やテーパー部の構造が原因となる非線形抵抗層の不均一
な膜厚、膜質による素子信頼性の低下が顕著となる。

【０００８】このエッジ部やテーパー部の構造が起因す
る問題を解決する提案が特開昭６３−１２２１０３号公
報に記載されている。この提案の素子構造を図７に示
す。図７の素子は、基板６１上に第１電極６２を覆って
非線形抵抗層６３を形成後、素子不良の原因となるテー
パー部及びエッジ部を絶縁膜６４で覆い、上面平坦部の
みに第２電極６６を積層する構造である。

【０００９】この構造により素子の信頼性の向上を図る
ものである。この素子構造の作製方法は、第１電極６２
に接して非線形抵抗層６３を形成後、非線形抵抗層６３
を覆って絶縁膜６４を成膜し、非線形抵抗層６３の上面
平坦部にフォトリソによりコンタクトホール６５を形成
後、第２電極６６を形成することによって作製される。
このプロセスにおいては、素子となる非線形抵抗層６３
の表面を一旦絶縁膜６４で覆った後、この絶縁膜６４の
一部を除去してコンタクトホール６５を形成するため、
非線形抵抗層の表面の汚染はさけられない。非線形抵抗
層の表面汚染は、素子のＩ−Ｖ特性の非対称性や経時変
化の原因となる。

【００１０】非線形抵抗層の表面汚染をさけるため、連
続成膜によって非線形抵抗素子を製造する方法が特開昭
６０−３０１８８号公報に開示されている。この非線形
抵抗素子の製造方法は、基板上に第１金属層（第一電
極）、絶縁層（非線形抵抗層）、及び第二金属層（第２
電極）を真空を保ったまま順次連続して形成し、その
後、第一金属層、絶縁層、第二金属層を所定形状にパタ
ーニングを行うことにより、素子を形成するものであ
る。しかしながら、上記非線形抵抗素子の製造方法によ
れば、前述したように非線形抵抗素子の構造上数十nmの
薄い非線形抵抗層が数百nmの厚い第一金属層と第二金属
層とで挟まれているため、第一金属層、非線形抵抗層及
び第二金属層を同時にエッチングして形成する場合、エ
ッチング条件の制御が難しく、エッチング条件によって
は素子側面にリーク電流が流れるという問題点が発生す
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の素子構造の問題を解決するものであり、非線形抵抗
層の膜厚を薄くして、非線形特性の大きい非線形抵抗素
子を得るものであり、かつ被線形抵抗層のエッジ部、テ
ーパー部を絶縁膜で被覆して素子破壊をなくし、信頼性
の向上を図るものである。また膜質のよい非線形抵抗層
を形成するとともに、非線形抵抗層の表面汚染がなく、
素子のＩ−Ｖ特性の非対称性や経時変化のない非線形抵
抗素子の構造及び製造方法を提供する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の非線
形抵抗素子は、基板上に形成した第１電極と、前記第１
電極を覆って形成した非線形抵抗層と、前記非線形抵抗
層の上面に形成された第２電極と、前記非線形抵抗層を
覆って前記第２電極形成部分を除く部分に陽極酸化によ
って形成した絶縁層とからなる構成であり、この構成に
より上記課題を解決する。

【００１３】また、請求項２の非線形抵抗素子の製造方
法の発明は、基板上に第１電極を形成し、前記第１電極
を覆って非線形抵抗層を形成し、前記非線形抵抗層を覆
って陽極酸化可能な金属層を形成し、前記金属層の上面
に第２電極形成部分に保護膜を形成し、前記金属層を陽
極酸化し、前記保護膜を除去して陽極酸化されない金属
部分を第２電極とするものであり、このことにより上記
課題を解決する。

【００１４】また、請求項３の発明は、前記製造方法に
おいて、保護膜として、レジストを使用するものであ
り、これにより上記課題を解決する。

【００１５】本発明の請求項１によれば、非線形抵抗層
の上面に第２電極を形成し、非線形抵抗層を覆って第２
電極形成部分を除く部分に陽極酸化による絶縁層を形成
するから、エッジ部やテーパー部の構造が原因となる素
子破壊をなくし、信頼性の低下を解消でき、また非線形
抵抗層の膜厚は、十分薄く形成することができ、非線形
抵抗素子として要求される特性を満足させることができ
る。

【００１６】また、請求項２の発明によれば、非線形抵
抗層を覆って陽極酸化可能な金属層を形成し、この金属
層の上面に第２電極形成部分に保護膜を形成した後、前
記金属層を陽極酸化するから、前記金属層は第２電極形
成部分を除いて全部を絶縁層とすることができ、かつ陽
極酸化されなかった金属層部分を第２電極とするから、
非線形抵抗層表面に窓開けする工程がなく、従って非線
形抵抗層表面の汚染を解消することができる。

【００１７】さらに、請求項３の発明によれば、保護膜
をレジストにより形成することができるので、工程を簡
略にすることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の非線形抵抗素子の作製プ
ロセスを図１に従って説明する。

【００１９】最初、図１（ａ）に示すように、ガラス、
プラスチック等の透明な絶縁性基板１１上に低抵抗金属
層よりなる第１電極１２を所定形状にパターニングを行
う。次に、図１（ｂ）に示すように、第１電極１２を覆
って非線形抵抗層１３を形成する。続いて陽極酸化可能
な金属層１４の形成を行う（図１（ｃ））。そして、図
１（ｄ）に示すように金属層１４の上面の第２電極１７
となる部分が陽極酸化されないように保護膜１５を形成
後、金属層１４の陽極酸化を行い、保護膜１５の下部を
除いて金属層１４を全部絶縁層１６とする。最後に、図
１（ｅ）に示すように、保護膜１５を除去して、陽極酸
化されなかった金属層部分を第２電極１７とすることに
より、本発明の非線形抵抗素子が完成する。

【００２０】更に製造方法について具体的に述べる。ガ
ラス基板１１上に第１電極としてスパッタによりＴａ又
はＡｌを約２００nmの膜厚に成膜後、第１電極１２を所
定の形状にパターニングする。

【００２１】続いてスパッタリング法により非線形抵抗
層１３の形成を行う。スパッタリングの方法としては、
ニッケルを混合した硫化亜鉛の焼成ターゲットを用い、
スパッタガスとしてアルゴンガス５０sccmと水素ガス５
sccmをそれぞれチャンバーに導入し、スパッタリングを
行い、非線形抵抗層１３であるニッケルを０．２wt％含
んだ硫化亜鉛膜を１００nmの厚さに成膜を行った。硫化
亜鉛膜の作製方法としては他に、ＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎＢｅａｍ）蒸着法、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶ
ａｐｏｕｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＢＥ（Ｍｏ
ｌｅｃｕｌａｒＢｅａｍＥｐｉｔａｘｙ）法によって
作製できる。

【００２２】非線形抵抗層に硫化亜鉛を用いることの特
徴としては、比誘電率がＴａ₂Ｏ₅の比誘電率より小さい
ため、Ｉ−Ｖ特性の急峻性が大きくできること、また不
純物をドープすることにより、Ｉ−Ｖ特性を制御するこ
と可能であるといった大きな特徴を持っている。不純物
としては、特にＮｉを硫化亜鉛中にドープすることによ
り、Ｉ−Ｖ特性の安定性が図れ、更にＮｉのドープ量に
よってＩ−Ｖ特性を変化させることができるといった大
きな特徴がある。硫化亜鉛中に含まれるＮｉの量として
は０．０１wt％〜２wt％の範囲でドープすることが可能
であり、駆動させる液晶表示モードによって最適な素子
のＩ−Ｖ特性が得られるようにＮｉのドープ量を決め
る。

【００２３】次に陽極酸化が可能な金属層１４の成膜を
行う。本例ではＴａをスパッタにより２００nmの厚さに
成膜を行った。金属層１４の膜厚は、陽極酸化により金
属層の膜厚方向全てを陽極酸化することが可能な範囲内
（約３００nm）に設定される。また、金属層は陽極酸化
後絶縁膜として十分信頼性を確保可能な厚さ（約１００
nm以上）に設定される。

【００２４】続いて、金属層１３の上面に第２電極１７
となる部分を陽極酸化しないように保護膜１５を６×６
μｍ程度に形成する。ここでは保護膜としてレジストを
用い、フォトリソグラフィー法によりパターン形成を行
う。

【００２５】そして、金属層１３を陽極酸化を行うこと
により、保護膜１５の下部を除いて膜厚方向に全部Ｔａ
₂Ｏ₅に変換して絶縁膜１４を形成する。陽極酸化は、溶
液として３wt％の酒石酸アンモニウムが用いられ、化成
電圧１３３Ｖで行う。溶液にはリン酸、シュウ酸、クエ
ン酸アンモニウムを用いることも可能である。その後、
剥離液でレジストの剥離を行い、露出した金属層部分を
第２電極１７とすることにより、非線形抵抗層素子を完
成する。

【００２６】（実施形態１）本発明の第１の実施形態と
して、反射型ホワイトテーラ型ゲストホスト液晶表示装
置に適用した場合について説明する。

【００２７】図２は、本発明に係る非線形抵抗素子を備
える非線形抵抗素子側基板を示す平面図であり、図３は
図２のＡ−Ｂ線による断面図を示す。素子側基板は、絶
縁性基板１１上に非線形抵抗素子の第１電極１２ととも
に走査電極配線２０が形成され、この第１電極１２及び
走査電極配線２０を覆って硫化亜鉛を主成分とする非線
形抵抗層１３と非線形抵抗層の平坦部上には第２電極１
７と、第２電極１７の部分以外の非線形抵抗層のテーパ
部を含む全部分を覆うように絶縁膜１６とが積層されて
いる。更に絶縁層１６上に第２電極１７に一部接してリ
ード電極２１をＡｌのスパッタリングにより形成する。

【００２８】更に感光性樹脂を用いて表面に凹凸２２と
リード電極２１と画素電極２５を接続するためのコンタ
クトホール２３を有する層間絶縁膜２４を形成後、画素
電極２５となるＡｌを２００nmの膜厚に形成し、所定の
形状にパターニングを行い、素子側基板が完成する。

【００２９】一方、対向側基板は、透明絶縁性基板２６
上にＩＴＯからなる対向電極２７が形成されている。こ
の対向電極２７は、前記画素電極２５と対向配置され
る。素子側基板と対向側基板との表面に配向膜を塗布後
配向処理を行い、素子側基板と対向側基板との間にホワ
イトテーラ型ゲストホスト液晶２８を封入し表示装置が
完成する。

【００３０】ここで、非線形抵抗層を薄膜形成装置によ
り形成した場合を示したが、Ｔａ又はＡｌ等の第１電極
の陽極酸化を行うことにより、非線形抵抗層の形成をし
てもよい。

【００３１】本発明の非線形素子の製造方法によれば、
第１電極のエッジ部及びテーパ部を非線形素子として使
うことなく、更に非線形抵抗層の表面の汚染の問題がな
いため、信頼性の高い非線形抵抗素子が提供できる。

【００３２】本表示装置においては、非線形抵抗層の膜
厚を薄くして非線形特性の大きい素子が得られ、また非
線形抵抗層の表面を絶縁層で覆うことにより絶縁耐圧の
向上が図れ、しかも非線形抵抗層の表面汚染がないた
め、安定な素子のＩ−Ｖ特性が得られ、信頼性の高い表
示装置が提供できる。

【００３３】（実施形態２）第２の実施形態として、透
過型液晶表示装置に用いた場合について説明する。

【００３４】図４は、本実施形態に係る非線形抵抗素子
を備える非線形抵抗素子側基板を示す平面図であり、図
５は図４のＣ−Ｄ線による断面図を示す。

【００３５】ガラス基板３１上に第１電極３２としてス
パッタによりＴａを約３００nmの膜厚に成膜後、走査電
極配線３０とともに第１電極３２を所定の形状にパター
ニングを行う。次に陽極酸化により第１電極３２の表面
に非線形抵抗層（Ｔａ₂Ｏ₅）３３を７０nmの膜厚に形成
する。続いて陽極酸化が可能な金属層としてＴａをスパ
ッタにより全面に形成を行い、前記実施形態１と同じ方
法により、第２電極３７となる部分の上に保護膜の形成
を行い、陽極酸化することにより第２電極３７の部分以
外にＴａ₂Ｏ₅の絶縁膜３６を形成する。保護膜をアセト
ンで剥離後、画素電極４１となる透明電極（ＩＴＯ）を
成膜後、所定の形状にパターニングを行い、素子側基板
が完成する。

【００３６】一方の対向基板は、透明絶縁性基板４６上
にＩＴＯからなる対向電極４７が形成される。この対向
電極４７は、前記画素電極４１と対向配設される。素子
側基板と対向側基板との表面に配向膜を塗布後配向処理
を行い、素子側基板と対向側基板との間に液晶４８を封
入し、偏光板を貼り付け表示装置が完成する。

【００３７】本表示装置においては、素子の絶縁耐圧の
向上が図れ、しかも非線形抵抗層の表面汚染がないた
め、安定な素子のＩ−Ｖ特性が得られ、信頼性の高い表
示装置が提供できる。

【００３８】

【発明の効果】本発明の非線形抵抗素子は、非線形抵抗
層の表面汚染することなく、しかも絶縁耐圧を落とす原
因となる素子のテーパ部やエッジ部を絶縁膜で覆うこと
によって高い信頼性の非線形抵抗素子を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る非線形抵抗素子の製造方法を説明
する工程図である。

【図２】本発明の実施形態１を説明する非線形抵抗素子
側基板の平面図である。

【図３】図２のＡ−Ｂ線断面図である。

【図４】本発明の実施形態２を説明する非線形抵抗素子
側基板の平面図である。

【図５】図４のＣ−Ｄ線断面図である。

【図６】従来例の非線形抵抗素子の断面図である。

【図７】他の従来例の非線形抵抗素子の断面図である。

【符号の説明】

１１絶縁性基板１２第１電極１３非線形抵抗層１４金属層１５保護膜１６絶縁層１７第２電極２０走査電極配線２１リード電極２２凹凸２３コンタクトホール２４層間絶縁膜２５画素電極２６透明絶縁性基板２７対向電極２８ホワイトテーラ型ゲストホスト液晶３０走査電極配線３１ガラス基板３２第１電極３３非線形抵抗層３６絶縁膜３７第２電極４１画素電極４６透明絶縁性基板４７対向電極４８液晶

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成した第１電極と、前記第１
電極を覆って形成した非線形抵抗層と、前記非線形抵抗
層の上面に形成された第２電極と、前記非線形抵抗層を
覆って前記第２電極形成部分を除く部分に陽極酸化によ
って形成した絶縁層と、からなることを特徴とする非線
形抵抗素子。
【請求項２】基板上に第１電極を形成し、前記第１電
極を覆って非線形抵抗層を形成し、前記非線形抵抗層を
覆って陽極酸化可能な金属層を形成し、前記金属層の上
面の第２電極形成部分に保護膜を形成し、前記金属層を
陽極酸化し、前記保護膜を除去して陽極酸化されない金
属部分を第２電極とすることを特徴とする非線形抵抗素
子の製造方法。
【請求項３】前記保護膜は、レジストよりなることを
特徴とする請求項２に記載の非線形抵抗素子の製造方
法。