JPH11112059A

JPH11112059A - アクティブマトリクス基板およびその製造方法ならびに液晶表示パネル

Info

Publication number: JPH11112059A
Application number: JP9287856A
Authority: JP
Inventors: Takashi Inoue; 孝井上; Yasushi Takano; 靖高野; Hideaki Naono; 秀昭直野; Yasuto Obikawa; 靖人帯川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-10-03
Filing date: 1997-10-03
Publication date: 1999-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】電圧−電流特性の急峻性を示す非線形係数が
大きいＭＩＭ型非線形素子を含むアクティブマトリクス
基板およびこれを用いた高画質の液晶表示パネルを提供
し、さらに、前記ＭＩＭ型非線形素子の製造方法を提供
する。【解決手段】アクティブマトリクス基板は、基板３０
上に積層された、第１および第３の導電膜４２、第１お
よび第２の絶縁膜４４および第２および第４の導電膜４
６ａ，４６ｂを含み、前記絶縁膜４４に水が含まれる。
さらに、前記絶縁膜４４は、熱脱離スペクトルにおい
て、該絶縁膜中の水に由来するピークが２２０℃±５℃
の範囲にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング素子
に用いられる２端子型非線形素子を含むアクティブマト
リクス基板およびその製造方法ならびに液晶表示パネル
に関する。

【０００２】

【背景技術】アクティブマトリクス方式の液晶表示装置
は、画素領域毎にスイッチング素子を設けてマトリクス
アレイを形成したアクティブマトリクス基板と、たとえ
ばカラーフィルタを設けた対向基板との間に液晶を充填
しておき、各画素領域毎の液晶の配向状態を制御して、
所定の画像情報を表示するものである。スイッチング素
子としては、一般に、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端子素子が用いられている。そして、
２端子素子を用いたスイッチング素子は、３端子素子に
比べ、クロスオーバ短絡の発生がなく、製造工程を簡略
化できるという点で優れている。

【０００３】ＭＩＭ型非線形素子の非線形特性を向上さ
せるための技術として、たとえば特開昭６３−５００８
１号が提案されている。この技術においては、タンタル
薄膜を陽極酸化した後、窒素雰囲気中で４００〜６００
℃で熱処理することにより、非線形特性、特に電圧−電
流特性の急峻性が改善される。しかしながら、この技術
によっても十分な非線形特性が得られていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、特
に、電圧−電流特性の急峻性が充分に大きい２端子型非
線形素子を含むアクティブマトリクス基板、およびこれ
を用いた、コントラストが高く、表示ムラや焼付きのな
い高画質の液晶表示パネルを提供することにある。

【０００５】さらに、本発明の他の目的は、上述した優
れた特性を有するアクティブマトリクス基板の製造方法
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るアクティブ
マトリクス基板は、基板、この基板上に所定のパターン
で配設された信号線、この信号線に接続された２端子型
非線形素子、およびこの２端子型非線形素子に接続され
た画素電極を備え、前記２端子型非線形素子は、前記基
板上に積層された、第１の導電膜、第１の絶縁膜および
第２の導電膜を含む第１の２端子型非線形素子と、第３
の導電膜、第２の絶縁膜および第４の導電膜を含む第２
の２端子型非線形素子と、を含み、前記第１の導電膜と
前記第３の導電膜とは一体の導電膜からなり、前記第２
の導電膜と前記第４の導電膜とは分離され、前記第２の
導電膜は前記信号線に接続され、かつ前記信号線は段差
のない平坦な導電膜からなり、前記第４の導電膜は画素
電極に接続され、前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜
とは一体の絶縁膜からなり、該絶縁膜に水が含まれるこ
とを特徴とする。

【０００７】なお、本発明に係るアクティブマトリクス
基板を構成する２端子型非線形素子（以下、「ＭＩＭ型
非線形素子」という）は、第１のＭＩＭ型非線形素子と
第２のＭＩＭ型非線形素子とを極性を反対にして直列に
接続する、いわゆるバック・ツー・バック構造を有す
る。

【０００８】本発明に係るアクティブマトリクス基板の
ＭＩＭ型非線形素子においては、その第１および第２の
絶縁膜中に水が含まれることにより、電圧−電流特性の
急峻性を表す非線形係数（β値）が著しく改善される。

【０００９】また、本発明に係るアクティブマトリクス
基板においては、信号線は、第１のＭＩＭ型非線形素子
を構成する第２の導電膜と一体に形成され、基板の上に
段差のない状態で平坦な構造を有することから、精度の
高いパターニングが可能であると共に、対向基板とのギ
ップムラを大幅に少なくすることができ、その結果、ア
クティブマトリクス基板の信号線と対向基板の信号線と
のショートを確実に防止することができる。

【００１０】本発明において、前記第１および第２の絶
縁膜は、熱脱離スペクトルにおいて、該絶縁膜中の水に
由来するピークが２２０℃±５℃の範囲にあることが好
ましい。

【００１１】また、前記絶縁膜は、物理蒸着法、化学気
相成長法または熱酸化法によって形成されることが望ま
しい。

【００１２】前記第１および第３の導電膜は、タンタル
あるいはタンタル合金であることが好ましい。

【００１３】本発明に係るＭＩＭ型非線形素子の製造方
法は、（ａ）基板上に、第１および第３の導電膜を一体
的に形成する工程、（ｂ）前記第１および第３の導電膜
上に、物理蒸着法、化学気相成長法または熱酸化法で第
１および第２の絶縁膜を一体的に形成する工程、（ｃ）
前記第１および第３の導電膜および前記第１および第２
の絶縁膜が形成された前記基板を、水蒸気を含む雰囲気
中で第１の熱処理をすることによって、少なくとも前記
絶縁膜中に水を含ませる工程、および（ｄ）前記第１お
よび第２の絶縁膜上に、第２および第４の導電膜を分離
した状態で形成するとともに、前記信号線を形成する工
程、を含むことを特徴とする。

【００１４】この製造方法によれば、前述した本発明に
係るアクティブマトリクス基板を、簡易な工程により得
ることができる。そして、この製造方法においては、主
として以下の特徴点がある。

【００１５】（１）第１の特徴点としては、工程（ｂ）
において、第１および第２のＭＩＭ型非線形素子を構成
する第１および第２の絶縁膜は、一般的に用いられてい
る陽極酸化法によらず、スパッタ蒸着、真空蒸着および
イオン蒸着などの物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学気相成長
法（ＣＶＤ）または熱酸化法によって形成されているこ
とである。これらの方法によれば、陽極酸化法で必要と
される電極としての配線部分が不要となるだけでなく、
この配線部分と素子部分との分離工程が不要となる。そ
して、前記配線部分が不要となることから、第１のＭＩ
Ｍ型非線形素子を構成する第２の導電膜と同時に形成さ
れる信号線は、段差のない平坦な導電膜から構成するこ
とができる。その結果、前述したようなギャップムラの
少ない液晶表示パネルを構成することができる。

【００１６】（２）第２の特徴点としては、工程（ｃ）
において、絶縁膜が形成された後に、水蒸気を含む雰囲
気中で第１の熱処理を行うことによって前記絶縁膜中に
水を含ませることができる。絶縁膜中に水が含まれるこ
とによる作用効果については後述する。

【００１７】前記第１の熱処理においては、水蒸気の濃
度は処理ガス全体に対し、好ましくは０．００１モル％
以上、より好ましくは０．０１４〜２モル％である。そ
して、この第１の熱処理は（アニール処理Ａ）は、前記
第１および第３の導電膜（第１層目の導電膜）および前
記第１および第２の絶縁膜（第２層目の絶縁膜）が形成
された基板を不活性ガス中で熱処理する第２の熱処理
（アニール処理Ｂ）の後に、連続的にかつ降温工程とし
て行われることが望ましい。

【００１８】このように作製されたＭＩＭ型非線形素子
を含むアクティブマトリクス基板は、前記絶縁膜が、伝
導帯のエネルギー準位が異なる絶縁体が接合された構成
を有する。その結果、ＭＩＭ型非線形素子に低電圧を印
加したときの抵抗値が大きくなり、β値も大きくなる。
以下に、この点をさらに詳細に説明する。

【００１９】前記アニール処理Ａを含む工程で作製され
たＭＩＭ型非線形素子では、前記絶縁膜は、水が含まれ
る表面側（第２および第４の導電膜側）の第１の層と、
水がほとんど含まれない第１および第３の導電膜側の第
２の層とに分かれる構造を有する。このことは、絶縁膜
内で、伝導帯のエネルギー準位が異なることを意味す
る。つまり、水が含まれる第１の層は、その伝導帯のエ
ネルギー準位が水を含まない第２の層のそれより低い。
したがって、ＭＩＭ型非線形素子に低電圧（たとえば５
Ｖ以下）が印加されるときには、絶縁膜内の伝導帯のエ
ネルギー差を解消するために、素子の抵抗が大きくな
る。一方、ＭＩＭ型非線形素子に高電圧（たとえば１０
Ｖ以上）が印加されるときには、絶縁膜内のエネルギー
差は電気伝導にほとんど関与しないため、素子の抵抗は
あまり変化しない。そのため、ＭＩＭ型非線形素子の電
圧−電流特性の急峻性が大きくなる。このとき、素子の
抵抗値Ｒは、以下の式によって表すことができる。

【００２０】Ｒ＝１／αｅｘｐ（βＶｉ^1/2−Ｅｇ／κ
Ｔ）＋Ｖｓ／λｅｘｐ（ｑＶｓ／κＴ）ここで、α；室温においてＭＩＭ型非線形素子に電圧が
印加されないときの導電率 β；電圧−電流特性の急峻性Ｖｉ；絶縁膜に印加される電圧Ｅｇ；活性化エネルギー κ；ボルツマン定数Ｔ；絶対温度Ｖｓ；絶縁膜の第１の層と第２の層との界面に印加され
る電圧 λ；定数ｑ；電子の電荷上記式で、第１項は絶縁膜の伝導に関するプールフレン
ケル伝導に関する項であり、第２項は絶縁膜における伝
導帯のエネルギー準位の差に関する項である。つまり、
第２項は、絶縁膜を定性的にみると、第１の層をｎ型半
導体、第２の層をｐ型半導体としたときの、ｐｎ接合の
順方向伝導に起因する項である。

【００２１】そして、本発明においては、ＭＩＭ型非線
形素子はバック・ツー・バック構造を有するため、電圧
−電流特性の対象性が優れている。

【００２２】さらに、本発明の液晶表示パネルは、上述
したＭＩＭ型非線形素子を備えたことを特徴とし、より
具体的には、請求項１〜５のいずれかに記載のアクティ
ブマトリクス基板、前記アクティブマトリクス基板の画
素電極に対抗する位置に他方の信号線を備えた対向基
板、および前記アクティブマトリクス基板と前記対向基
板との間に封入された液晶層、を含むことを特徴とす
る。

【００２３】この液晶表示パネルによれば、コントラス
トが高く、焼付きなどが発生しにくく、したがって高品
質の画像表示が可能であり、幅広い用途に適用すること
ができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照しながら説明する。

【００２５】（アクティブマトリクス基板および液晶表
示パネル）図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる
アクティブマトリクス基板の液晶駆動電極の１単位を模
式的に示す平面図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ
線に沿った部分を模式的に示す断面図である。

【００２６】アクティブマトリクス基板１００を構成す
るＭＩＭ型非線形素子４０は、バック・ツー・バック
（ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ）構造を有する。つまり、
ＭＩＭ型非線形素子４０は、第１のＭＩＭ型非線形素子
４０ａと第２のＭＩＭ型非線形素子４０ｂとを、極性を
反対にして直列に接続した構造を有する。

【００２７】具体的には、絶縁性ならびに透明性を有す
る基板、たとえばガラス，プラスチックなどからなる基
板３０と、この基板３０の表面に形成された絶縁膜３１
と、タンタルあるいはタンタル合金からなる第１および
第３の導電膜（第１層目の導電膜）４２（４２ａ，４２
ｂ）と、この第１および第３の導電膜４２の表面にたと
えばスパッタリング法によって形成された第１および第
２の絶縁膜（第２層目の絶縁膜）４４（４４ａ，４４
ｂ）と、この絶縁膜４４の表面に形成され、相互に離間
した第２および第４の導電膜４６ａ，４６ｂとから構成
されている。

【００２８】すなわち、第１の導電膜４２ａ、第１の絶
縁膜４４ａおよび第２の導電膜４６ａから第１のＭＩＭ
型非線形素子４０ａが構成され、第３の導電膜４２ｂ、
第２の絶縁膜４４ｂおよび第４の導電膜４６ｂから第２
のＭＩＭ型非線形素子４０ｂが構成されている。そし
て、前記第１のＭＩＭ型非線形素子４０ａの第２の導電
膜４６ａは平坦な信号線（走査線またはデータ線）４８
に接続され、前記第２のＭＩＭ型非線形素子４０ｂの第
４の導電膜４６ｂは画素電極４５に接続されている。

【００２９】このようなバック・ツー・バック構造のＭ
ＩＭ型非線形素子は、図３に示すように、機能的には、
容量４２と、双方向非線形素子４４とを並列に接続した
回路と見なすことができる。バック・ツー・バック構造
のＭＩＭ型非線形素子４０は、電圧−電流特性の対称性
が、クロス型のＭＩＭ型非線形素子に比べて優れてい
る。電圧−電流特性の対称性がよいとは、ある電圧にお
いて、信号線たとえばデータ線から画素電極に電流を流
すときと、画素電極からデータ線に電流を流すときとの
電流の絶対値の差が十分に小さいことである。

【００３０】前記絶縁膜３１は、たとえば酸化タンタル
から構成されている。前記絶縁膜３１は、第２および第
４の導電膜４６ａ，４６ｂの堆積後に行われる熱処理よ
って第１および第３の導電膜４２の剥離が生じないこ
と、および基板３０からの第１および第３の導電膜４２
への不純物の拡散を防止することを目的として形成され
ているので、これらのことが問題にならない場合は必ず
しも必要でない。

【００３１】前記第１および第３の導電膜４２は、タン
タル単体、あるいはタンタルを主成分とし、これに周期
律表で６，７および８族に属する元素を含ませた合金膜
としてもよい。合金に添加される元素としては、たとえ
ばタングステン，クロム，モリブデン，レニウム，イッ
トリウム，ランタン，ディスプロリウムなどを好ましく
例示することができる。特に、前記元素としてはタング
ステンが好ましく、その含有割合はたとえば０．１〜６
原子％であることが好ましい。

【００３２】前記第１および第２の絶縁膜４４は、スパ
ッタ蒸着、真空蒸着およびイオン蒸着などの物理蒸着
法、化学気相成長法、あるいは熱酸化法などによって形
成されることが望ましく、特にスパッタ蒸着が望まし
い。

【００３３】そして、本発明において特徴的なことは、
前記第１および第２の絶縁膜４４に水が含まれ、かつ、
前記水は前記第２および第４の導電膜４６ａ，４６ｂ側
の表面から膜の深さ方向に減少する状態で含まれ、つま
り第１および第２の絶縁膜４４の表面側に高い濃度で含
まれていることが望ましい。

【００３４】より具体的には、本願発明者らによれば、
セシウム１次イオンの照射による２次イオン質量分析法
（ＳＩＭＳ）で得られる元素分析において、前記第１お
よび第２の絶縁膜４４に含まれる水に由来する水素のス
ペクトルは、前記絶縁膜の前記第２および第４の導電膜
４６ａ，４６ｂ側の表面近傍にピークを有し、かつこの
ピークは、たとえば、前記絶縁膜４４の前記第２および
第４の導電膜４６ａ，４６ｂ側の表面から３０ｎｍの範
囲に存在することが望ましいことが確認されている。こ
のように、絶縁膜４４の表面側に水が含まれることによ
り、電圧−電流特性の急峻性を表す非線形係数を格段に
向上させることができる。

【００３５】また、前記絶縁膜４４は、熱脱離スペクト
ルにおいて、この絶縁膜４４中に含まれる水に由来する
ピークが２２０℃±５℃の範囲にあることが望ましい。
熱脱離スペクトルの測定方法ついては、後に詳述する。

【００３６】前記第２および第４の導電膜４６ａ，４６
ｂは特に限定されないが、通常クロムによって構成され
る。また、前記画素電極３４は、ＩＴＯ膜等の透明導電
膜から構成される。

【００３７】また、第２および第４の導電膜および画素
電極は、同一の透明導電膜によって構成されてもよい。
このように第２および第４の導電膜および画素電極を単
一の膜で形成することにより、膜形成に要する製造工程
を少なくすることができる。

【００３８】次に、前記ＭＩＭ型非線形素子４０を用い
た液晶表示パネルの一例について説明する。

【００３９】図３は、前記ＭＩＭ型非線形素子４０を用
いたアクティブマトリクス方式の液晶表示パネルの等価
回路の一例を示す。この液晶表示パネル１０は、走査信
号駆動回路２００およびデータ信号駆動回路２１０を含
む。液晶表示パネル１０には、信号線、すなわち複数の
走査線１２および複数のデータ線１４が設けられ、前記
走査線１２は前記走査信号駆動回路２００により、前記
データ線１４は前記データ信号駆動回路２１０により駆
動される。そして、各画素領域１６において、走査線１
２とデータ線１４との間にＭＩＭ型非線形素子４０と液
晶表示要素（液晶層）４１とが直列に接続されている。
なお、図３では、ＭＩＭ型非線形素子４０が走査線１２
側に接続され、液晶表示要素４１がデータ線１４側に接
続されているが、これとは逆にＭＩＭ型非線形素子４０
をデータ線１４側に、液晶表示要素４１を走査線１２側
に設ける構成としてもよい。

【００４０】図４は、本実施の形態に係る液晶表示パネ
ルの構造の一例を模式的に示す斜視図である。この液晶
表示パネル１０は、２枚の基板、すなわちアクティブマ
トリクス基板１００と対向基板３００とが対向して設け
られ、これらの基板１００，３００間に液晶が封入され
ている。前記アクティブマトリクス基板１００は、前述
したように、基板３０上に、絶縁膜３１が形成されてい
る。この絶縁膜３１の表面には、一方の信号線（走査
線）１２が複数設けられている。そして、対向基板３０
０は、基板３２上に、前記走査線１２に交差するように
データ線１４が短冊状に複数形成されている。さらに、
画素電極４５はＭＩＭ型非線形素子４０を介して走査線
１２に接続されている。

【００４１】そして、走査線１２とデータ線１４とに印
加された信号に基づいて、液晶表示要素４１を表示状
態，非表示状態またはその中間状態に切り替えて表示動
作を制御する。表示動作の制御方法については、一般的
に用いられる方法を適用できる。

【００４２】（アクティブマトリクス基板の製造プロセ
ス）次に、たとえば図１および図２に示すアクティブマ
トリクス基板１００の製造方法について説明する。

【００４３】アクティブマトリクス基板１００は、たと
えば以下のプロセスによって製造される。

【００４４】（ａ）まず、基板３０上に酸化タンタルか
らなる絶縁膜３１が形成される。絶縁膜３１は、たとえ
ばスパッタリング法で堆積したタンタル膜を熱酸化する
方法、あるいは酸化タンタルからなるターゲットを用い
たスパッタリングやコスパッタリング法により形成する
ことができる。この絶縁膜３１は、第１および第３の導
電膜４２の密着性を向上させ、さらに基板３０からの不
純物の拡散を防止するために設けられるものであるの
で、たとえば５０〜２００ｎｍ程度の膜厚で形成され
る。

【００４５】次いで、絶縁膜３１上に、タンタルあるい
はタンタル合金からなる第１および第３の導電膜４２が
形成される。第１および第３の導電膜４２の膜厚は、Ｍ
ＩＭ型非線形素子の用途によって好適な値が選択され、
通常１００〜５００ｎｍ程度とされる。第１および第３
の導電膜は、スパッタリング法や電子ビーム蒸着法で形
成することができる。タンタル合金からなる第１および
第３の導電膜を形成する方法としては、混合ターゲット
を用いたスパッタリング法、コスパッタリング法あるい
は電子ビーム蒸着法などを用いることができる。タンタ
ル合金に含まれる元素としては、周期律表で６，７およ
び８族の元素、好ましくはタングステン、クロム、モリ
ブデン、レニウムなどの前述した元素を選択することが
できる。

【００４６】前記第１および第３の導電膜４２は、一般
に用いられているフォトリソグラフィおよびエッチング
技術によってパターニングされる。そして、第１および
第３の導電膜４２の形成工程では、絶縁膜を陽極酸化に
よって形成する方法と異なり、陽極酸化時に電極として
機能する導電膜を形成する必要がない。

【００４７】（ｂ）ついで、第１および第３の導電膜４
２上に、酸化タンタルからなる第１および第２の絶縁膜
４４が形成される。この絶縁膜４４は、たとえばスパッ
タリング法で堆積したタンタル膜を熱酸化する方法、あ
るいは酸化タンタルからなるターゲットを用いたスパッ
タリングやコスパッタリング法、電子ビーム蒸着などの
物理蒸着法、あるいは化学気相成長法などによって形成
することができる。前記絶縁膜４４は、その用途によっ
て好ましい膜厚が選択され、たとえば２０〜７０ｎｍ程
度とされる。

【００４８】（ｃ）次いで、第１および第２の絶縁膜４
４に水を導入するための熱処理を含むアニール工程につ
いて述べる。図５に、アニール工程の処理時間と温度と
の関係の一例を示す。この例のアニール工程は、主とし
て一定の温度（Ｔ２）を保って行われるアニール処理Ｂ
と、降温工程からなるアニール処理Ａとからなる。

【００４９】アニール処理Ｂにおいては、時間ｔ１〜ｔ
２の昇温工程と、時間ｔ２〜ｔ３の定温工程とからな
る。アニール処理Ｂは、不活性ガス、たとえばアルゴン
などの希ガスあるいは窒素ガスの雰囲気中において、温
度Ｔ２が３００℃以上、好ましくは３００〜４００℃の
条件下で行われる。定温熱処理に要する時間（ｔ２〜ｔ
３）は、第１および第３の導電膜の膜厚、アニール炉の
熱容量、ウエハーの処理枚数、ウエハーの基板ガラスの
厚さ、設定温度などによって左右されるが、たとえば１
０〜１２０分程度である。

【００５０】アニール処理Ａにおいては、水蒸気を含む
雰囲気中において、温度Ｔ２から温度Ｔ１まで低下する
ように行われる。温度Ｔ１は、水蒸気が絶縁膜４４に十
分に取り込まれるために、好ましくは２２０℃以下、よ
り好ましくは２００℃以下に設定される。アニール処理
Ａの処理時間（ｔ３〜ｔ４）は、好ましくは、１０秒以
上、より好ましくは２分以上、さらに好ましくは５〜３
００分である。

【００５１】また、アニール処理Ａの降温工程における
降温速度は、０．１℃／分ないし６０℃／分であること
が好ましく、より好ましくは０．５℃／分ないし４０℃
／分であり、さらに好ましくは０．５℃／分ないし１０
℃／分である。なお、降温時には、降温の途中で温度を
一定に保ってもよく、途中で若干温度を上げてもよく、
上記降温速度はこのような場合も含めた平均的な降温速
度である。

【００５２】アニール処理Ａにおいて用いられる、水蒸
気を含むガスとしては、空気、あるいはアルゴンなどの
希ガスや窒素ガスなどの不活性ガスの少なくとも一種を
用いることが好ましい。また、水蒸気の濃度は、水蒸気
を含むガス全体に対して、好ましくは０．００１モル％
以上、より好ましくは０．０１４〜２モル％である。

【００５３】このようなアニール処理Ａを含む熱処理を
行うことにより、前記絶縁膜４４の少なくとも表面近傍
に水を取り込むことができる。

【００５４】また、アニール処理Ａにおいて、酸化膜
（絶縁膜）中に取り込まれる水分量を基板内で均一にす
るために、水蒸気を含むガスをある一定の方向に流すよ
うにして、アニール炉内の温度分布を小さくすることが
効果的である。

【００５５】（ｄ）次いで、クロム，アルミニウム，チ
タン，モリブデンなどの金属膜をたとえばスパッタリン
グ法によって堆積させることにより、第２および第４の
導電膜４６ａ，４６ｂおよび配線膜４８が形成される。
第２および第４の導電膜４６ａ，４６ｂは、たとえば膜
厚５０〜３００ｎｍで形成され、その後通常使用されて
いるフォトリソグラフィおよびエッチング技術を用いて
パターニングされる。次いで、ＩＴＯ膜をスパッタリン
グ法などによって膜厚３０〜２００ｎｍで堆積させ、通
常用いられるフォトリソグラフィおよびエッチング技術
を用いて所定のパターンの画素電極４５が形成される。

【００５６】これらの工程、すなわち、第２および第４
の導電膜４６ａ，４６ｂ、配線膜４８および画素電極４
５を構成するＩＴＯ膜のスパッタリング工程では、前記
工程（ｃ）で絶縁膜４４に導入された水の脱離を防ぐた
めに、２００℃より低い温度で成膜が行われることが望
ましい。あるいは、２００℃以上でこのような成膜が行
われる場合には、絶縁膜４４中の水が同一深さの領域で
できるだけ等しい濃度となるように、基板温度を均一に
することが望ましい。基板温度を均一にするためには、
たとえば、基板に均一に輻射熱がかかるように、基板よ
り大きなヒータを用いる。ここで、「基板温度均一にす
る」とは、たとえば基板内の各点の温度を、好ましくは
±１０℃以内、より好ましくは±５℃以内に設定するこ
とである。

【００５７】なお、図示はしないが、第２および第４の
導電膜と画素電極とが同一のＩＴＯ膜等の透明導電膜に
よって形成されるＭＩＭ型非線形素子においては、第２
および第４の導電膜と画素電極とを同一工程において形
成できるため、製造プロセスをより簡略化することがで
きる。

【００５８】

【実施例】以下に、本発明の具体的な実施例および比較
例を挙げて、さらに詳細に説明する。

【００５９】（実施例１）この実施例では、バック・ツ
ー・バック構造のＭＩＭ型非線形素子を含むアクティブ
マトリクス基板を作成した。具体的には、ガラス基板上
にスパッタリング法で膜厚１５０ｎｍのタンタル膜
（０．２原子％のタングステンを含む）を堆積し、さら
にパターニングを行って第１および第３の導電膜を形成
した。次いで、酸化タンタルをターゲットとして用いた
スパッタリング法によって厚さ約３０ｎｍの酸化タンタ
ル膜（絶縁膜）を形成した。

【００６０】さらに、窒素雰囲気下において、３２０℃
で３０分間にわたって第２の熱処理（図５に示すアニー
ル処理Ｂ）を実施した。その後、第１の熱処理（図５に
示すアニール処理Ａ）を行った。具体的には、空気中
（水蒸気量；１．２モル％）において降温速度１℃／分
で１２０分間にわたって冷却を行い、基板温度を２００
℃程度まで低下させた。次いで、絶縁膜上にスパッタリ
ング法によりクロムを膜厚１００ｎｍで堆積させ、さら
にパターニングを行って第２および第４の導電膜ならび
に信号線（データ線）を形成し、実施例にかかるアクテ
ィブマトリクス基板を作成した。

【００６１】（比較例１）実施例１におけるアニール処
理を行わなかった他は、実施例１と同様にしてＭＩＭ型
非線形素子を含むアクティブマトリクス基板を作製し
た。

【００６２】次に、実施例１および比較例１のＭＩＭ型
非線形素子に関して行った実験例について述べる。

【００６３】（ａ）熱脱離スペクトル実施例１；絶縁膜について行った熱脱離スペクトル（Ｔ
ＤＳ）法による測定について述べる。この測定は、図６
に示す熱脱離スペクトル測定装置５００を使用して行っ
た。

【００６４】この熱脱離スペクトル測定装置５００は、
真空チャンバー５１０内に四重極質量分析計５０２と赤
外線ヒータ５０４とを備えており、サンプル５２０の裏
側から赤外線ヒータ５０４でサンプル５２０を加熱して
いき、サンプル５２０から出てくるガスを四重極質量分
析計５０２で計測して熱脱離スペクトルを得るものであ
る。サンプル５２０の温度制御は、制御性の問題からサ
ンプル５２０の裏面側の熱電対ＴＣ１を使用して行っ
た。また、サンプル５２０の表面温度を測定するため
に、サンプル５２０の表面側にも熱電対ＴＣ２を設け
た。サンプル５２０に使用した石英基板５２２は熱伝導
が悪くしかもその厚さも１．１ｍｍと厚いために、熱電
対ＴＣ１とＴＣ２との温度には差が生じた。しかし、実
際のＭＩＭ型非線形素子作成プロセスでの温度は、熱電
対ＴＣ２での温度とほぼ同じになる。ＴＤＳの測定に
は、基板として石英ガラスを用いている。これは、１０
００℃の高温まで測定を行うために、基板の耐熱温度を
高くしたことによる。なお、基板を通常の無アルカリガ
ラスに変えてもＭＩＭ型非線形素子の電圧−電流特性は
同じであることを確認している。

【００６５】測定に使用したサンプル５２０は、図７に
示すように、まず、厚さ１．１ｍｍの石英基板５２２上
にスパッタリング法により厚さ３００ｎｍのタンタル膜
（０．２原子％のタングステンを含む）５２４を形成
し、さらに、前述した条件でスパッタリングを行い、膜
厚約２５０ｎｍの絶縁膜５２６を形成した。さらに、前
述した条件でアニール処理Ｂおよびアニール処理Ａを行
い、絶縁膜５２６に水を取り込む工程を行った。このよ
うにして得られた積層体を熱処理炉から取り出して熱脱
離スペクトル測定用のサンプル５２０とした。

【００６６】このサンプル５２０を用いて熱脱離スペク
トルを測定した。その結果を図８に示す。図８におい
て、横軸は温度であって制御用の熱電対ＴＣ１の温度を
示し、縦軸は水に相当する質量１８（Ｈ₂Ｏ）における
ガスの計測値の強度を示す。図８に示すスペクトルにお
いては、ピークＰ１およびＰ２が得られている。上述の
ように熱電対ＴＣ１とＴＣ２の温度には差があるので、
サンプル５２０の表面温度を求めると、ピークＰ１の熱
電対ＴＣ２による温度は約１００℃であり、およびピー
クＰ２の熱電対ＴＣ２による温度は約２２０℃であっ
た。

【００６７】また、比較のために、アニール処理を行わ
なかった比較例１に相当するサンプルを作成し、その熱
脱離スペクトルを測定した、その結果を図９に示す。図
９のスペクトルにおいては、ピークＰ２が観察されなか
った。図８および図９から、ピークＰ１は、サンプルの
表面に物理吸着した水分に由来するものであると考えら
れる。

【００６８】次に、ピークＰ２の由来を特定するため
に、次のような実験を行った。すなわち、実施例１にお
いて行われるアニール処理Ａの処理ガスにおいて、水の
代わりに重水（Ｄ₂Ｏ）を用いた雰囲気中でアニール処
理Ａを行った他は実施例１の場合と同様にしてサンプル
を作成した。このサンプルをＴＤＳ法で重水のピークに
相当する質量数２０のスペクトルを測定すると、図８に
示すピークＰ２と同じ温度領域にピークが観察された。
以上のことから、図８のピークＰ２（ＴＣ２：２２０
℃）は、水蒸気を含む雰囲気中におけるアニール処理Ａ
によって絶縁膜に導入された水に由来することがわか
る。

【００６９】さらに、図８のピークＰ２（斜線で表す部
分）の領域における積分強度で水の分子数をもとめたと
ころ、２．４×１０¹⁴個／ｃｍ²であった。

【００７０】なお、絶縁膜の膜厚をかえた他は同様の方
法で作成されたＭＩＭ型非線形素子について熱脱離スペ
クトルを測定しても、ピークＰ２の積分強度は同じであ
ることを確認している。また、重水を含む雰囲気でアニ
ール処理Ａを行ったＭＩＭ型非線形素子と、水蒸気を含
む雰囲気でアニール処理Ａを行ったＭＩＭ型非線形素子
とでは、それらの電圧−電流特性が同じになることを確
認している。

【００７１】（ｂ）非線形係数（β値）実施例１および比較例１のＭＩＭ型非線形素子の電圧−
電流特性を求め、急峻性を表す非線形係数（β値）を算
出した。その結果、実施例１のサンプルについては、β
値は３．５であり、比較例１については、β値は、２．
７であった。このように、本発明のアニール処理Ａを行
い、絶縁膜に水を導入することにより、β値が著しく改
善されていることが確認された。

【００７２】さらに、実施例１のアクティブマトリクス
基板を用いて液晶表示パネルを作製したところ、０〜８
０℃の温度範囲で１００以上のコントラストを得ること
ができ、かつ表示ムラも認められなかった。

【００７３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるアクティブ
マトリクス基板を適用した液晶表示パネルの要部を示す
平面図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図３】本発明の液晶表示パネルの等価回路を示す図で
ある。

【図４】本発明の液晶表示パネルを模式的に示す斜視図
である。

【図５】本発明の製造方法における熱処理工程を示すた
めの、時間と温度との関係を示す図である。

【図６】熱脱離スペクトルを求めるための装置を概略的
に示す図である。

【図７】熱脱離スペクトルを求めるためのサンプルを概
略的に示す図である。

【図８】本発明の実施例１に係るアクティブマトリクス
基板のＭＩＭ型非線形素子の絶縁膜について求めた、水
の熱脱離スペクトルを示す図である。

【図９】比較例１に係るアクティブマトリクス基板のＭ
ＩＭ型非線形素子の絶縁膜について求めた、水の熱脱離
スペクトルを示す図である。

【符号の説明】

１０液晶表示パネル１２走査線１４データ線１６画素領域４０ＭＩＭ型非線形素子４２第１および第３の導電膜４４第１および第２の絶縁膜４６ａ第２の導電膜４６ｂ第４の導電膜４８信号線３０，３２基板４５画素電極４１液晶表示要素１００アクティブマトリクス基板２００走査信号駆動回路２１０データ信号駆動回路３００対向基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者帯川靖人長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板、この基板上に所定のパターンで配
設された信号線、この信号線に接続された２端子型非線
形素子、およびこの２端子型非線形素子に接続された画
素電極を備え、前記２端子型非線形素子は、前記基板上に積層された、
第１の導電膜、第１の絶縁膜および第２の導電膜を含む
第１の２端子型非線形素子と、第３の導電膜、第２の絶
縁膜および第４の導電膜を含む第２の２端子型非線形素
子と、を含み、前記第１の導電膜と前記第３の導電膜とは一体の導電膜
からなり、前記第２の導電膜と前記第４の導電膜とは分離され、前記第２の導電膜は前記信号線に接続され、かつ前記信
号線は段差のない平坦な導電膜からなり、前記第４の導電膜は画素電極に接続され、前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜とは一体の絶縁膜
からなり、該絶縁膜に水が含まれ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において、前記第１および第２の絶縁膜は、熱脱離スペクトルにお
いて、該絶縁膜中の水に由来するピークが２２０℃±５
℃の範囲にあることを特徴とするアクティブマトリクス
基板。
【請求項３】請求項１または２において、前記第１および第３の導電膜は、タンタルあるいはタン
タル合金であることを特徴とするアクティブマトリクス
基板。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記第１および第２の絶縁膜は、物理蒸着法、化学気相
成長法または熱酸化法によって形成されることを特徴と
するアクティブマトリクス基板。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記第１および第２の絶縁膜は、タンタルあるいはタン
タル合金の酸化膜であることを特徴とするアクティブマ
トリクス基板。
【請求項６】（ａ）基板上に、第１および第３の導電
膜を一体的に形成する工程、（ｂ）前記第１および第３の導電膜上に、物理蒸着法、
化学気相成長法または熱酸化法で第１および第２の絶縁
膜を一体的に形成する工程、（ｃ）前記第１および第３の導電膜および前記第１およ
び第２の絶縁膜が形成された前記基板を、水蒸気を含む
雰囲気中で第１の熱処理をすることによって、少なくと
も前記絶縁膜中に水を含ませる工程、および（ｄ）前記第１および第２の絶縁膜上に、第２および第
４の導電膜を分離した状態で形成するとともに、前記信
号線を形成する工程、を含むことを特徴とするアクティ
ブマトリクス基板の製造方法。
【請求項７】前記第１の熱処理は、水蒸気を含むガスが
一定方向に流れるように処理することを特徴とするアク
ティブマトリクス基板の製造方法。
【請求項８】請求項６または７において、前記第１および第３の導電膜は、タンタルあるいはタン
タル合金であることを特徴とするアクティブマトリクス
基板の製造方法。
【請求項９】請求項６ないし８のいずれかにおいて、前記第１および第２の絶縁膜は、タンタルあるいはタン
タル合金の酸化物からなることを特徴とするアクティブ
マトリクス基板の製造方法。
【請求項１０】請求項６ないし９のいずれかにおい
て、前記第１の熱処理は、空気および不活性ガスの少なくと
も１種からなる雰囲気中で行われることを特徴とするア
クティブマトリクス基板の製造方法。
【請求項１１】請求項６ないし１０のいずれかにおい
て、前記第１の熱処理は、水蒸気の濃度が処理ガス全体に対
し、０．００１モル％以上であることを特徴とするアク
ティブマトリクス基板の製造方法。
【請求項１２】請求項１１において、前記第１の熱処理は、水蒸気の濃度が処理ガス全体に対
し、０．０１４〜２モル％であることを特徴とするアク
ティブマトリクス基板の製造方法。
【請求項１３】請求項６ないし１２のいずれかにおい
て、前記第１の熱処理は、前記第１および第３の導電膜およ
び前記第１および第２の絶縁膜が形成された前記基板を
不活性ガス中で熱処理する第２の熱処理の後に行われる
ことを特徴とするアクティブマトリクス基板の製造方
法。
【請求項１４】請求項１〜５のいずれかに記載のアク
ティブマトリクス基板、前記アクティブマトリクス基板の画素電極に対向する位
置に信号線を備えた対向基板、および前記アクティブマ
トリクス基板と前記対向基板との間に封入された液晶
層、を含むことを特徴とする液晶表示パネル。