JPH11233852A - Two-terminal type nonlinear element, manufacture thereof and liq. crystal display panel - Google Patents

Two-terminal type nonlinear element, manufacture thereof and liq. crystal display panel

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JPH11233852A
JPH11233852A JP10033303A JP3330398A JPH11233852A JP H11233852 A JPH11233852 A JP H11233852A JP 10033303 A JP10033303 A JP 10033303A JP 3330398 A JP3330398 A JP 3330398A JP H11233852 A JPH11233852 A JP H11233852A
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JP
Japan
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oxide film
film
nonlinear element
conductive film
heat treatment
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP10033303A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Inoue
孝 井上
Yasushi Takano
靖 高野
Hideaki Naono
秀昭 直野
Takumi Seki
▲たく▼巳 関
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Publication of JPH11233852A publication Critical patent/JPH11233852A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of eliminating the burning of a liq. crystal display panel by providing a method of reducing the voltage-current characteristic shift of a two-terminal type nonlinear element. SOLUTION: The two-terminal type nonlinear element comprises a first conductive film 22, oxide film 24 and second conductive film 26 laminated on a substrate 30. After forming the oxide film 24, and it is heat treated in a water vapor atmosphere at 220-300 deg.C to add water content to only the surface of the oxide film 24, thereby making the water content on the oxide film 24 surface more than that on the interface of the first conductive film 22 and oxide film 24. As the result, by the heat treatment of a second oxide film 24b, no water content passes, hence the film quality degradation can be avoided and the shift is reduced.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置等に
用いるスイッチング素子となる2端子型非線形素子に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a two-terminal non-linear element serving as a switching element used in a liquid crystal display device or the like.

【0002】[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、画素領域ごとに非線形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、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、
各画素領域ごとの液晶の配向状態を制御して、所定の情
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
たは薄膜ダイオード(TFD)などの2端子素子が用い
られているが、2端子素子を用いたスイッチング素子
は、クロスオーバー短絡の発生がなく、製造工程を短く
できるという点で優れている。
2. Description of the Related Art In an active matrix type liquid crystal display device, a liquid crystal is filled between an active matrix substrate in which a non-linear element is provided for each pixel area to form a matrix array and a counter substrate in which a color filter is provided. ,
The predetermined state is displayed by controlling the alignment state of the liquid crystal in each pixel region. Generally, a three-terminal element such as a thin film transistor (TFT) or a two-terminal element such as a thin-film diode (TFD) is used as a switching element. However, a switching element using a two-terminal element has no crossover short circuit. It is excellent in that the manufacturing process can be shortened.

【0003】2端子型非線形素子の特性変動を低減する
技術として、例えば国際公開された国際出願PCT/J
P94/00204(国際公開番号WO94/1860
0)が提案されている。この技術においては、2端子型
非線形素子の第1の導電膜を、タンタルに変えてタンタ
ルとタングステンなどの特定の元素との合金膜にしたた
め、電圧−電流の短期的な経時変化や対称性が改善され
たことから、残像が認識できないようになった。しかし
ながら、この技術によっても、表示パターンによっては
焼き付きが発生するという問題点があった。
As a technique for reducing the characteristic fluctuation of a two-terminal nonlinear element, for example, an internationally published PCT / J
P94 / 00204 (International Publication Number WO94 / 1860)
0) has been proposed. In this technique, since the first conductive film of the two-terminal nonlinear element is changed to tantalum and is made of an alloy film of tantalum and a specific element such as tungsten, short-term temporal change and symmetry of voltage-current can be reduced. The improvement has made it impossible to recognize afterimages. However, even with this technique, there is a problem that burn-in occurs depending on the display pattern.

【0004】ここで、“残像”とは、ある画像を数分表
示した後に異なる画像を表示したときに、以前に表示し
ていた画像が認識される現象のことである。また、“焼
き付き”とは、ある画素を数時間表示した後に異なる画
像を表示したときに、以前に表示していた画像が認識さ
れることである。
[0004] Here, "afterimage" is a phenomenon in which when a certain image is displayed for several minutes and then a different image is displayed, the previously displayed image is recognized. Further, "burn-in" means that when a certain pixel is displayed for several hours and then a different image is displayed, the previously displayed image is recognized.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、特
に、電圧−電流特性の特性変動が十分に小さい2端子型
非線形素子、およびこれを用いた、焼き付きのない高品
質の液晶表示パネルを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a two-terminal type non-linear element having sufficiently small fluctuations in voltage-current characteristics, and a high quality liquid crystal display panel using the same. To provide.

【0006】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2端子型非線形素子の製造方法を提供
することにある。
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a two-terminal nonlinear element having the above-mentioned excellent characteristics.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明に係る2端子型非
線形素子は、基板上に積層された、第1の導電膜、酸化
膜および第2の導電膜を含み、前記酸化膜が第1の導電
膜側から、水分を含む第1の酸化膜、水分を含まない第
2の酸化膜および水分を含む第3の酸化膜の構成になっ
ており、前記第3の酸化膜の水分含有量が前記第1の酸
化膜の水分含有量よりも多いことを特徴とする。
A two-terminal nonlinear element according to the present invention includes a first conductive film, an oxide film, and a second conductive film laminated on a substrate, wherein the oxide film is a first conductive film. From the conductive film side, a first oxide film containing moisture, a second oxide film containing no moisture, and a third oxide film containing moisture, wherein the moisture content of the third oxide film is Is larger than the water content of the first oxide film.

【0008】なお、本発明に係る2端子型非線形素子
は、第2の導電膜が金属に限定されず、ITO膜などの
透明導電膜を含む。
[0008] In the two-terminal nonlinear element according to the present invention, the second conductive film is not limited to a metal but includes a transparent conductive film such as an ITO film.

【0009】本発明においては、熱処理によって水分が
酸化膜の表面にだけ添加されるので、前記第2の酸化膜
中を水分や水酸化基が通って、結晶性を変動させなくな
るので、電圧−電流特性の変動が小さくなる。
In the present invention, since water is added only to the surface of the oxide film by the heat treatment, water and hydroxyl groups pass through the second oxide film so that the crystallinity does not fluctuate. Fluctuations in current characteristics are reduced.

【0010】前記第1の導電膜はタンタルまたはタンタ
ルの合金であることが好ましい。また、前記酸化膜は、
前記第1の導電膜に対する陽極酸化膜であることが好ま
しい。
The first conductive film is preferably made of tantalum or an alloy of tantalum. Further, the oxide film is
Preferably, the first conductive film is an anodic oxide film.

【0011】本発明に係る2端子型非線形素子の製造方
法は、(1)基板上に第1の導電膜を形成する工程と、
(2)前記第1の導電膜上に酸化膜を形成する工程と、
(3)前記第1の導電膜および前記酸化膜が形成された
前記基板を、水分を含む雰囲気中で220〜300℃で
熱処理する工程と、(4)前記酸化膜上に第2の導電膜
を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
The method for manufacturing a two-terminal nonlinear element according to the present invention includes: (1) a step of forming a first conductive film on a substrate;
(2) forming an oxide film on the first conductive film;
(3) a step of heat-treating the substrate on which the first conductive film and the oxide film are formed at 220 to 300 ° C. in an atmosphere containing moisture; and (4) a second conductive film on the oxide film. And forming a.

【0012】この製造方法によれば、前述した本発明に
係る2端子型非線形素子を、簡易な熱処理工程を施すこ
とにより得ることができる。
According to this manufacturing method, the above-described two-terminal nonlinear element according to the present invention can be obtained by performing a simple heat treatment step.

【0013】前記の熱処理においては、水分の濃度は処
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。このよう
に作製された2端子型非線形素子は、酸化膜が伝導帯の
エネルギー準位の異なる3つの酸化膜が接合された構成
を有する。
In the above heat treatment, the concentration of water is preferably 0.001 mol% or more based on the whole processing gas.
More preferably, it is 0.014 to 2 mol%. The two-terminal nonlinear element thus manufactured has a configuration in which three oxide films having different conduction band energy levels are joined.

【0014】前記酸化膜が前記第1の導電膜に対する陽
極酸化法で作製されると、前記第1の導電膜と前記酸化
膜との界面付近に水分または水酸基を含む第1の酸化膜
が形成される。さらに、前記熱処理によって、酸化膜の
表面に水分または水酸基が含まれて第3の酸化膜が形成
される。このとき、熱処理温度が300℃以下であるな
らば、前記熱処理工程で前記第1の酸化膜に水分または
水酸基が入ることはない。つまり、前記熱処理工程で前
記第2の酸化膜中を水分や水酸基が通過することはな
い。
When the oxide film is formed by anodic oxidation of the first conductive film, a first oxide film containing water or a hydroxyl group is formed near an interface between the first conductive film and the oxide film. Is done. Further, by the heat treatment, a third oxide film is formed with the surface of the oxide film containing moisture or a hydroxyl group. At this time, if the heat treatment temperature is 300 ° C. or less, moisture or a hydroxyl group does not enter the first oxide film in the heat treatment step. That is, moisture and hydroxyl groups do not pass through the second oxide film in the heat treatment step.

【0015】さらに、本発明の液晶表示パネルは、上述
した2端子型非線形素子をスイッチング素子として備え
たことを特徴とする。
Further, a liquid crystal display panel according to the present invention is characterized in that the above-described two-terminal type nonlinear element is provided as a switching element.

【0016】この液晶表示パネルによれば、焼き付きな
どが発生しにくいため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。
According to this liquid crystal display panel, high-quality images can be displayed since image sticking is unlikely to occur, and the liquid crystal display panel can be applied to a wide range of applications.

【0017】[0017]

【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。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0018】(2端子型非線形素子および液晶表示パネ
ル)図1は、本発明の2端子型非線形素子を用いた液晶
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。
(Two-Terminal Nonlinear Element and Liquid Crystal Display Panel) FIG. 1 is a plan view schematically showing one unit of a liquid crystal drive electrode using the two-terminal nonlinear element of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a portion along line AA ′ in FIG. 1.

【0019】2端子型非線形素子20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(第1の基板)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の導電膜22と、この第1の導
電膜22の表面に陽極酸化によって形成された酸化膜2
4と、この酸化膜24の表面に形成された第2の導電膜
26とから構成されている。そして、2端子型非線形素
子20の第1の導電膜22は信号線(走査線またはデー
タ線)12に接続され、第2の導電膜26は画素電極3
4に接続されている。
The two-terminal nonlinear element 20 includes an insulating and transparent substrate, for example, a substrate (first substrate) 30 made of glass, plastic, or the like;
An insulating film 31 formed on the surface of the first conductive film 22, a first conductive film 22 made of tantalum or a tantalum alloy, and an oxide film 2 formed on the surface of the first conductive film 22 by anodic oxidation
4 and a second conductive film 26 formed on the surface of the oxide film 24. The first conductive film 22 of the two-terminal nonlinear element 20 is connected to the signal line (scanning line or data line) 12, and the second conductive film 26 is connected to the pixel electrode 3.
4 is connected.

【0020】絶縁膜31は、たとえば酸化タンタルから
構成されている。絶縁膜31は、酸化膜24の堆積後に
行われる熱処理によって第1の導電膜22の剥離が生じ
ないこと、および基板30から第1の導電膜22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。
The insulating film 31 is made of, for example, tantalum oxide. The insulating film 31 has a purpose of preventing separation of the first conductive film 22 due to heat treatment performed after the deposition of the oxide film 24 and preventing diffusion of impurities from the substrate 30 to the first conductive film 22. Since it is formed, it is not always necessary if these do not matter.

【0021】第1の導電膜22は、タンタル単体、ある
いはタンタルを主成分とし、これに周期率表で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、ディスプロシウムなどを好ましく例示すること
ができる。特に、添加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。
The first conductive film 22 may be tantalum alone or an alloy film containing tantalum as a main component and containing an element belonging to Group 6, 7, or 8 in the periodic table.
Preferable examples of the element added to the alloy include tungsten, chromium, molybdenum, rhenium, yttrium, lanthanum, and dysprosium. In particular, tungsten is preferable as the additive element, and its content is preferably, for example, 0.1 to 6 atomic%.

【0022】酸化膜24は、化成液中で陽極酸化するこ
とによって形成され、その後水分を含む雰囲気中におい
て220〜300℃の温度で熱処理されることが望まし
い。
The oxide film 24 is preferably formed by anodic oxidation in a chemical conversion solution and then heat-treated at a temperature of 220 to 300 ° C. in an atmosphere containing moisture.

【0023】このように第1の導電膜22と酸化膜24
を形成し、220〜300℃の温度で熱処理を行った膜
の断面図を図7に示す。図7に示すように酸化膜24は
3層に分かれ、第1の酸化膜24aは過剰な酸素原子お
よび水素原子が含まれている層で陽極酸化膜を形成した
ときにできる層であり、第2の酸化膜24bは化学量論
的組成で構成されている酸化膜であり、第3の酸化膜2
4cは過剰な酸素原子および水素原子が含まれている層
である。
As described above, the first conductive film 22 and the oxide film 24
FIG. 7 shows a cross-sectional view of a film on which a heat treatment is performed at a temperature of 220 to 300 ° C. As shown in FIG. 7, the oxide film 24 is divided into three layers, and the first oxide film 24a is a layer formed by forming an anodic oxide film on a layer containing excess oxygen atoms and hydrogen atoms. The second oxide film 24b is an oxide film having a stoichiometric composition, and the third oxide film 2b
4c is a layer containing excess oxygen and hydrogen atoms.

【0024】220℃以上の水蒸気雰囲気中にて熱処理
を行うことで第3の酸化膜を形成し、300℃以下の水
蒸気雰囲気中にて熱処理を行うことで第2の酸化膜を通
過して酸素原子や水素原子が第1の酸化膜中に添加され
ることがなくなる。こうすることで、熱処理において第
2の酸化膜中を原子が移動することがなくなるので膜質
の劣化を防ぐことができる。その結果、完成した2端子
型非線形素子に交流電圧を印加しても電流値の変動が少
なくなる。
A third oxide film is formed by performing a heat treatment in a steam atmosphere of 220 ° C. or higher, and an oxygen is passed through the second oxide film by performing a heat treatment in a steam atmosphere of 300 ° C. or lower. No atoms or hydrogen atoms are added to the first oxide film. This prevents atoms from moving in the second oxide film in the heat treatment, so that deterioration of the film quality can be prevented. As a result, even when an AC voltage is applied to the completed two-terminal nonlinear element, the fluctuation of the current value is reduced.

【0025】つまり、220〜300℃の温度で熱処理
する理由は、酸化膜24の表面層にのみ水素原子および
酸素原子を添加して、第3の酸化膜24cを形成するた
めである。
That is, the reason for performing the heat treatment at a temperature of 220 to 300 ° C. is to form the third oxide film 24 c by adding hydrogen atoms and oxygen atoms only to the surface layer of the oxide film 24.

【0026】第2の導電膜26は特に限定されないが、
通常クロムやアルミニウムなどの金属によって構成され
る。また、画素電極34は、透過型の液晶表示パネルに
利用する場合にはITO膜等の透明導電膜から構成さ
れ、反射型の液晶表示パネルに利用する場合にはAlや
Agなどの反射率の大きな金属膜から構成される。
Although the second conductive film 26 is not particularly limited,
Usually made of metal such as chrome or aluminum. The pixel electrode 34 is formed of a transparent conductive film such as an ITO film when used for a transmissive liquid crystal display panel, and has a reflectance of Al or Ag when used for a reflective liquid crystal display panel. It is composed of a large metal film.

【0027】次に、2端子型非線形素子20を用いた液
晶表示パネルの一例について説明する。
Next, an example of a liquid crystal display panel using the two-terminal nonlinear element 20 will be described.

【0028】図3は、2端子型非線形素子20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100およびデータ信号駆動回路110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、走査線1
2は走査信号駆動回路100により、データ線14はデ
ータ信号駆動回路110により駆動される。そして、各
画素領域16において、走査線12と信号線14との間
に2端子型非線形素子20と液晶表示要素(液晶層)4
0とが直列に接続されている。なお、図3では、2端子
型非線形素子20が走査線12側に接続され、液晶表示
要素40がデータ線14側に接続されているが、これと
は逆に2端子型非線形素子20をデータ線14側に、液
晶表示要素40を走査線12側に設ける構成としてもよ
い。
FIG. 3 shows an example of an equivalent circuit of an active matrix type liquid crystal display panel using a two-terminal nonlinear element 20. The liquid crystal display panel 10 includes a scanning signal driving circuit 100 and a data signal driving circuit 110.
The liquid crystal display panel 10 is provided with signal lines, that is, a plurality of scanning lines 12 and a plurality of data lines 14.
2 is driven by the scanning signal driving circuit 100, and the data lines 14 are driven by the data signal driving circuit 110. Then, in each pixel region 16, the two-terminal nonlinear element 20 and the liquid crystal display element (liquid crystal layer) 4 are provided between the scanning line 12 and the signal line 14.
0 are connected in series. In FIG. 3, the two-terminal nonlinear element 20 is connected to the scanning line 12 side and the liquid crystal display element 40 is connected to the data line 14 side. The liquid crystal display element 40 may be provided on the scanning line 12 side on the line 14 side.

【0029】図4は、本実施の形態に係る液晶表示パネ
ルの構造の一例を摸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、すなわち第1の基板3
0と第2の基板32とが対向して設けられ、これらの基
板30、32間に液晶が封入されている。第1の基板3
0上には、前述のように、絶縁膜31が形成されてい
る。この絶縁膜31に表面には、信号線(走査線)12
が複数設けられている。そして、第2の基板32には、
走査線12に交差する方向にデータ線14が短冊状に複
数形成されている。さらに、画素電極34は2端子型非
線形素子20を介して走査線12に接続されている。
FIG. 4 is a perspective view schematically showing an example of the structure of the liquid crystal display panel according to the present embodiment. The liquid crystal display panel 10 has two substrates, that is, a first substrate 3
0 and a second substrate 32 are provided facing each other, and liquid crystal is sealed between these substrates 30 and 32. First substrate 3
On 0, the insulating film 31 is formed as described above. On the surface of the insulating film 31, signal lines (scanning lines) 12
Are provided. Then, on the second substrate 32,
A plurality of data lines 14 are formed in a strip shape in a direction intersecting the scanning lines 12. Further, the pixel electrode 34 is connected to the scanning line 12 via the two-terminal nonlinear element 20.

【0030】そして、走査線12と信号線14とに印加
された信号に基づいて、液晶表示要素40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。
Then, based on signals applied to the scanning lines 12 and the signal lines 14, the liquid crystal display element 40 is displayed,
The display operation is controlled by switching to a non-display state or an intermediate state. As a control method of the display operation, a generally used method can be applied.

【0031】図5および図6は、2端子型非線形素子を
用いた液晶駆動電極の1単位を模式的に示す平面図であ
り、図6は、図5におけるB−B’線に沿った部分を模
式的に示す断面図である。
FIGS. 5 and 6 are plan views schematically showing one unit of a liquid crystal drive electrode using a two-terminal type non-linear element. FIG. 6 is a view taken along a line BB 'in FIG. It is sectional drawing which shows typically.

【0032】この2端子型非線形素子40は、バック・
トゥ・バック(back−to−back)構造を有す
る点で前述した2端子型非線形素子20と異なる。つま
り、2端子型非線形素子40は、第1の2端子型非線形
素子40aと第2の2端子型非線形素子40bとを、極
性を反対にして直列に接続した構造を有する。
The two-terminal type nonlinear element 40 has a
It is different from the above-described two-terminal type nonlinear element 20 in having a back-to-back structure. That is, the two-terminal nonlinear element 40 has a structure in which the first two-terminal nonlinear element 40a and the second two-terminal nonlinear element 40b are connected in series with opposite polarities.

【0033】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(第1の基板)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の導電膜42と、この第1の導電膜42の表面
に陽極酸化によって形成された絶縁膜44、この絶縁膜
44の表面に形成され、相互に離間した2つの第2の導
電膜46a、46bとから構成されている。そして、第
1の2端子型非線形素子40aの第2の導電膜46aは
信号線(走査線またはデータ線)48に接続され、第2
の2端子型非線形素子40bの第2の導電膜46bは画
素電極45に接続されている。なお、絶縁膜44は、図
1および図2に示した2端子型非線形素子20の絶縁膜
24に比べて膜厚が小さく設定され、たとえば約半分程
度に形成されている。また、第1の導電膜42、酸化膜
44および第2の導電膜46a、46bなどの各構成要
素の具体的な特性、構成などは、前述の2端子型非線形
素子20の場合と同様であるので、記載を省略する。こ
のように、酸化膜44の膜厚が薄くなっても、酸化膜4
4形成後の220〜300℃での水蒸気雰囲気中の熱処
理で酸化膜中の構成は3層にわけられる。
More specifically, a substrate having insulating and transparent properties, for example, a substrate (first substrate) 30 made of glass, plastic or the like, an insulating film 31 formed on the surface of the substrate 30, a tantalum or A first conductive film 42 made of a tantalum alloy, an insulating film 44 formed on the surface of the first conductive film 42 by anodic oxidation, and two second conductive films formed on the surface of the insulating film 44 and separated from each other. Of the conductive films 46a and 46b. The second conductive film 46a of the first two-terminal nonlinear element 40a is connected to a signal line (scanning line or data line) 48,
The second conductive film 46b of the two-terminal non-linear element 40b is connected to the pixel electrode 45. The thickness of the insulating film 44 is set to be smaller than that of the insulating film 24 of the two-terminal nonlinear element 20 shown in FIGS. The specific characteristics and configuration of each component such as the first conductive film 42, the oxide film 44, and the second conductive films 46a and 46b are the same as those of the two-terminal nonlinear element 20 described above. Therefore, description is omitted. As described above, even if the thickness of the oxide film 44 becomes thin,
The structure in the oxide film is divided into three layers by a heat treatment in a steam atmosphere at 220 to 300 ° C. after the formation of 4.

【0034】(2端子型非線形素子の製造プロセス)次
に図2に示した2端子型非線形素子の製造方法について
説明する。
(Manufacturing Process of Two-Terminal Nonlinear Element) Next, a method of manufacturing the two-terminal nonlinear element shown in FIG. 2 will be described.

【0035】2端子型非線形素子20は、たとえば以下
のプロセスによって製造される。
The two-terminal type nonlinear element 20 is manufactured, for example, by the following process.

【0036】(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、例えば
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の導電膜22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。
(A) First, an insulating film 31 made of tantalum oxide is formed on a substrate 30. The insulating film 31 can be formed by, for example, a method of thermally oxidizing a tantalum film deposited by a sputtering method, or a sputtering or co-sputtering method using a target made of tantalum oxide. The insulating film 31 is provided to improve the adhesion of the first conductive film 22 and to prevent diffusion of impurities from the substrate 30.
It is formed with a thickness of about 50 to 200 nm.

【0037】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の導電膜22が形成され
る。第1の導電膜の膜厚は、2端子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もちいることができ
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
する事ができる。
Next, a first conductive film 22 made of tantalum or a tantalum alloy is formed on the insulating film 31. A suitable value is selected for the thickness of the first conductive film depending on the use of the two-terminal nonlinear element, and is usually 100 to 500 nm.
Degree. The first conductive film can be formed by a sputtering method or an electron beam evaporation method. As a method for forming the first conductive film made of a tantalum alloy, a sputtering method using a mixed target, a co-sputtering method, an electron beam evaporation method, or the like can be used. As the element contained in the tantalum alloy, an element belonging to Groups 6, 7, and 8 in the periodic table, preferably, the above-mentioned elements such as tungsten, chromium, molybdenum, and rhenium can be selected.

【0038】この第1の導電膜22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の導電膜22の形成
工程と同じ工程で信号線(走査線またはデータ線)12
が形成される。
The first conductive film 22 is patterned by commonly used photolithography and etching techniques. Then, the signal lines (scanning lines or data lines) 12 are formed in the same process as the formation process of the first conductive film 22.
Is formed.

【0039】(b)次いで、陽極酸化法を用いて第1の
導電膜22の表面を酸化させて、絶縁膜24を形成す
る。このとき、信号線12の表面も同時に酸化され絶縁
膜が形成される。絶縁膜24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。
(B) Next, the surface of the first conductive film 22 is oxidized using an anodic oxidation method to form an insulating film 24. At this time, the surface of the signal line 12 is simultaneously oxidized to form an insulating film. The preferred thickness of the insulating film 24 is selected depending on its use, and is, for example, about 20 to 70 nm.

【0040】陽極酸化に用いられる化成液は、特に限定
されないが、たとえば0.01〜0.1重量%のクエン
酸水溶液を用いることができる。
The chemical conversion solution used for the anodic oxidation is not particularly limited. For example, a citric acid aqueous solution of 0.01 to 0.1% by weight can be used.

【0041】(c)次いで、酸化膜24に水分を導入し
て構成を3層に分けるための熱処理を行う。この熱処理
は、水蒸気雰囲気中において、220〜300℃より好
ましくは260〜300℃の条件で10〜120分の定
温処理を行った後で、同じ雰囲気中で200℃以下ま
で、5〜300分の時間をかけて降温処理を行う。水蒸
気雰囲気中の水分濃度は、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。また、窒素やアルゴンなどの不活性
ガス中で300℃以上の熱処理をした後に、降温処理工
程で、熱処理炉内の温度が300℃以下になったところ
で、水蒸気雰囲気にしても同様の結果が得られる。
(C) Next, heat treatment is performed to introduce water into the oxide film 24 to divide the structure into three layers. This heat treatment is performed in a steam atmosphere at a constant temperature of 220 to 300 ° C., preferably 260 to 300 ° C. for 10 to 120 minutes, and then to 200 ° C. or lower in the same atmosphere for 5 to 300 minutes. The temperature is reduced over time. The water concentration in the steam atmosphere is preferably 0.001 mol% or more, more preferably 0.014 mol%, based on the entire processing gas.
~ 2 mol%. Further, after performing a heat treatment at 300 ° C. or more in an inert gas such as nitrogen or argon, in a temperature lowering process, when the temperature in the heat treatment furnace becomes 300 ° C. or less, a similar result is obtained even in a steam atmosphere. Can be

【0042】220℃以上の温度で熱処理することで酸
化膜24中に水分が添加され第3の酸化膜が形成され、
300℃以下の温度にすることで第1の酸化膜に水分が
添加されることが無くなり、電圧印加時の電流値変動が
小さくなった。さらに、熱処理温度を260℃以上にす
ることで、2端子型非線形素子の電圧−電流特性の急峻
性が大きくなった。
By performing heat treatment at a temperature of 220 ° C. or more, moisture is added to the oxide film 24 to form a third oxide film,
By setting the temperature to 300 ° C. or lower, water was not added to the first oxide film, and the current value fluctuation during voltage application was reduced. Further, by setting the heat treatment temperature to 260 ° C. or higher, the steepness of the voltage-current characteristics of the two-terminal nonlinear element was increased.

【0043】(d)次いで、クロム、アルミニウム、チ
タン、モリブデン、などの金属膜を例えばスパッタリン
グ法によって堆積させることにより、第2の導電膜26
が形成される。第2の導電膜は、例えば膜厚50〜30
0nm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。このとき、どのような方法で第2の導電膜を形
成するにしろ、酸化膜24中に第2の導電膜を構成する
元素が含まれることを二次イオン質量スペクトルで確認
している。次いで、透過型の液晶表示パネルではITO
膜を、反射型の液晶表示パネルではAl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34が形成さ
れる。
(D) Next, a metal film of chromium, aluminum, titanium, molybdenum, or the like is deposited by, for example, a sputtering method, so that the second conductive film 26 is formed.
Is formed. The second conductive film has a thickness of, for example, 50 to 30.
It is formed to a thickness of 0 nm and then patterned using commonly used photolithography and etching techniques. At this time, no matter what method is used to form the second conductive film, the secondary ion mass spectrum confirms that the oxide film 24 contains the elements constituting the second conductive film. Next, in the transmission type liquid crystal display panel, ITO is used.
In the reflection type liquid crystal display panel, an Al film is deposited to a thickness of 30 to 200 nm by a sputtering method or the like, and a pixel electrode 34 having a predetermined pattern is formed by using a commonly used photolithography and etching technique.

【0044】また、上記効果は、図1に示すようなクロ
ス型の2端子型非線形素子でも図5に示すようなバック
トゥバック型の素子でも同様であった。
The above-described effect is the same in the cross-type two-terminal nonlinear element as shown in FIG. 1 and in the back-to-back type element as shown in FIG.

【0045】[0045]

【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。
The present invention will be described in more detail with reference to specific examples and comparative examples of the present invention.

【0046】(実施例1)本実施例では、酸化膜の構成
が3層にわかれていること、および酸化膜24を形成後
の水蒸気雰囲気中の220〜300℃の熱処理では第3
の酸化膜にしか水分が添加されないことを熱脱離スペク
トルによって確認した。
(Embodiment 1) In this embodiment, the structure of the oxide film is divided into three layers, and the heat treatment at 220 to 300 ° C. in a steam atmosphere after the formation of the oxide film 24 is the third.
It was confirmed from the thermal desorption spectrum that water was only added to the oxide film of No. 1.

【0047】まず、熱脱離スペクトル(TDS)法によ
る測定について述べる。この測定は、図8に示す熱脱離
スペクトル測定装置500を使用して行った。
First, measurement by the thermal desorption spectrum (TDS) method will be described. This measurement was performed using a thermal desorption spectrum measuring apparatus 500 shown in FIG.

【0048】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、試料520の裏側か
ら赤外線ヒータ504で試料を加熱していき、試料52
0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。試料520の温
度制御は、制御性の問題から試料520の裏面側の熱電
対TC1を使用して行った。また、試料520の表面温
度を測定するために、試料520の表面側にも熱電対T
C2を設けた。試料520に使用した基板522および
532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2端子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。T
DSの測定には、基板として石英ガラスやシリコンウエ
ハーを用いている。これは、1000℃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2端子
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。
This thermal desorption spectrum measuring apparatus 500
The vacuum chamber 510 is provided with a quadrupole mass spectrometer 502 and an infrared heater 504. The sample is heated from the back side of the sample 520 by the infrared heater 504, and the sample 52 is heated.
The gas coming out from zero is measured by a quadrupole mass spectrometer 502 to obtain a thermal desorption spectrum. The temperature of the sample 520 was controlled using the thermocouple TC1 on the back surface side of the sample 520 due to the problem of controllability. In order to measure the surface temperature of the sample 520, a thermocouple T is also provided on the surface side of the sample 520.
C2 was provided. Since the substrates 522 and 532 used for the sample 520 had poor heat conduction and were as thick as 1.1 mm, a difference occurred between the temperatures of the thermocouples TC1 and TC2. However, the temperature in the actual two-terminal nonlinear element forming process is almost the same as the temperature in the thermocouple TC2. T
For the measurement of DS, quartz glass or a silicon wafer is used as a substrate. This is because the heat resistant temperature of the substrate was increased in order to perform measurement up to a high temperature of 1000 ° C.
It has been confirmed that the voltage-current characteristics of the two-terminal nonlinear element are the same even when the substrate is changed to ordinary alkali-free glass.

【0049】試料520は、本実施例で2種類用意し
た。おのおのの試料について以下に説明する。
Two types of samples 520 were prepared in this embodiment. Each sample is described below.

【0050】(試料1)測定に使用した試料1は、図9
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200nm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、五酸化タンタル膜526は前記タンタル膜
に対する陽極酸化法にて50Vで85nmの厚さにし
て、その後、窒素雰囲気中320℃で熱処理後、180
℃まで1.0℃/分の速度で水分雰囲気中で冷却し、そ
の後前記積層体を熱処理炉から取り出して熱脱離スペク
トル測定用の試料1とした。
(Sample 1) Sample 1 used for measurement is shown in FIG.
As shown in the figure, first, a quartz substrate 522 having a thickness of 1.1 mm
A 200 nm-thick tantalum film (containing 0.2 atomic% of tungsten) 524 is formed thereon by a sputtering method, and the tantalum pentoxide film 526 is formed to a thickness of 85 nm at 50 V by anodizing the tantalum film. After heat treatment at 320 ° C. in a nitrogen atmosphere,
After cooling to 1.0 ° C. in a moisture atmosphere at a rate of 1.0 ° C./min, the laminate was taken out of the heat treatment furnace to prepare Sample 1 for measuring thermal desorption spectrum.

【0051】(試料2)測定に使用した試料2は、図1
0に示すように、厚さ1.1mmのシリコンウエハー5
32上に、五酸化タンタル膜536をRFスパッタ法で
85nmの厚さに成膜して、その後、窒素雰囲気中32
0℃で熱処理後、180℃まで1.0℃/分の速度で水
分雰囲気中で冷却し、その後前記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試料とした。
(Sample 2) The sample 2 used for the measurement is shown in FIG.
0, a silicon wafer 5 having a thickness of 1.1 mm
32, a tantalum pentoxide film 536 is formed to a thickness of 85 nm by an RF sputtering method.
After heat treatment at 0 ° C., the sample was cooled to 180 ° C. at a rate of 1.0 ° C./min in a moisture atmosphere, and then the laminate was taken out of the heat treatment furnace and used as a sample for thermal desorption spectrum measurement.

【0052】この試料1、2を用いて熱脱離スペクトル
を測定した。試料1の結果を図11に、試料2の結果を
図12に記す。図11および図12において、横軸は温
度であって表面温度計測用の熱電対TC2の温度を示
し、縦軸は水に相当する(HO)におけるガスの計測
値の強度を示す。
Using these samples 1 and 2, the thermal desorption spectrum was measured. FIG. 11 shows the results of Sample 1 and FIG. 12 shows the results of Sample 2. 11 and 12, the horizontal axis indicates temperature and indicates the temperature of the thermocouple TC2 for measuring the surface temperature, and the vertical axis indicates the intensity of the measured value of the gas at (H 2 O) corresponding to water.

【0053】図11に示すスペクトルにおいては、ピー
クP1〜P3の3つのピークが得られている。試料1の
表面温度を求めると、ピークP1〜P3の熱電対TC2
による温度はそれぞれ約120、220、410℃であ
った。また、五酸化タンタル膜526の製造方法をRF
スパッタ法にして、85nmの厚さにする以外は同じ構
造に作ったサンプルでも図11と同様の熱脱離スペクト
ルが得られた。つまり、膜の製法が異なっても、構造が
同じであれば同じスペクトルが得られることになる。
In the spectrum shown in FIG. 11, three peaks P1 to P3 are obtained. When the surface temperature of the sample 1 is obtained, the thermocouple TC2 at the peaks P1 to P3
Were about 120, 220 and 410 ° C., respectively. Further, the manufacturing method of the tantalum pentoxide film 526 is changed to RF.
The same thermal desorption spectrum as that of FIG. 11 was obtained for a sample made to have the same structure except that the thickness was 85 nm by sputtering. In other words, the same spectrum can be obtained if the structure is the same even if the film manufacturing method is different.

【0054】図12に示すスペクトルにおいては、ピー
クP4,5の2つのピークが得られている。試料2の表
面温度を求めると、ピークP4,5の熱電対TC2によ
る温度はそれぞれ約120,300℃であった。
In the spectrum shown in FIG. 12, two peaks P4 and P5 are obtained. When the surface temperature of the sample 2 was determined, the temperatures of the peaks P4 and P5 by the thermocouple TC2 were about 120 and 300 ° C., respectively.

【0055】試料1から、P1は表面に吸着した水分で
あると考えると、タンタル膜の上に形成された五酸化タ
ンタル膜中には2つの水脱離領域があると想像できる。
また、P2とP3の間の温度では、水の脱離がほとんど
発生していないことから、P2は酸化膜の表面層からの
脱離で、P3は第1の導電膜との界面からの脱離で、そ
の間の酸化膜には水分を含んでいない層があると図11
の結果から推測される。
When it is considered from Sample 1 that P1 is moisture adsorbed on the surface, it can be imagined that there are two water desorption regions in the tantalum pentoxide film formed on the tantalum film.
At a temperature between P2 and P3, almost no water is desorbed, so P2 is desorbed from the surface layer of the oxide film, and P3 is desorbed from the interface with the first conductive film. If the oxide film in between has a layer that does not contain moisture,
Inferred from the results.

【0056】試料2から、P4は表面に吸着した水分で
あると考えると、シリコンウエハー上に形成された五酸
化タンタル膜中からは1つの水脱離領域しかないと想像
できる。この場合は、五酸化タンタル膜内での水分分布
は生じないと推測される。
When it is considered from Sample 2 that P4 is moisture adsorbed on the surface, it can be imagined that there is only one water desorption region from the tantalum pentoxide film formed on the silicon wafer. In this case, it is assumed that no water distribution occurs in the tantalum pentoxide film.

【0057】以上の結果から、五酸化タンタル膜の下に
金属があると、五酸化タンタル膜中の水分が2つに分離
し、表面層と第1の金属膜との界面にだけ存在するよう
になる。つまり、五酸化タンタル膜が形成された後に、
水分雰囲気中において300℃以上の温度で熱処理を行
うと、そこに添加された水分は2箇所に分離することに
なる。従って、熱処理温度を300℃以下にすれば第1
の導電膜との界面には水分が添加されずに、表面層だけ
に水分が添加されることになる。その結果、第3の酸化
膜の水分量は、第1の酸化膜より多くなる。
From the above results, if there is a metal under the tantalum pentoxide film, the moisture in the tantalum pentoxide film is separated into two and exists only at the interface between the surface layer and the first metal film. become. In other words, after the tantalum pentoxide film is formed,
When heat treatment is performed at a temperature of 300 ° C. or more in a water atmosphere, the water added thereto is separated into two parts. Therefore, if the heat treatment temperature is set to 300 ° C. or less, the first
No water is added to the interface with the conductive film, and water is added only to the surface layer. As a result, the moisture content of the third oxide film becomes larger than that of the first oxide film.

【0058】(実施例2)この実施例では、図1および図
2に示したクロス型構造の2端子型非線形素子を用い
て、電流が流れる方向によって素子抵抗がどのように変
化するかを調査した。具体的には、ガラス基板上にスパ
ッタリング法で膜厚100nmの酸化タンタル膜を堆積
し、さらに膜厚150nmのタンタル膜を堆積し、さら
にパターニングを行って第1の導電膜を形成した。つい
で、0.05重量%のクエン酸水溶液を化成液として用
い、電流密度0.04mA/cm2で電圧30Vに至るま
で定電流電解を行い、その後30Vに電圧を保持し2時
間放置してタンタル膜の陽極酸化を行った。その結果、
厚さ約55nmの酸化タンタル膜が形成された。さら
に、水蒸気雰囲気にしてさまざまな温度で30分の熱処
理を行った(熱処理A)。このときの水分濃度は処理ガ
ス全体に対して1.2モル%であった。さらに、膜厚1
00nmのクロム膜をスパッタリング法で堆積し、パタ
ーニングも行って第2の導電膜を形成した。さらに、窒
素雰囲気中で250℃,1時間の熱処理を行った(熱処
理B)。
(Embodiment 2) In this embodiment, using the cross-type two-terminal nonlinear element shown in FIGS. 1 and 2, how the element resistance changes depending on the direction in which current flows is investigated. did. Specifically, a 100-nm-thick tantalum oxide film was deposited over a glass substrate by a sputtering method, a 150-nm-thick tantalum film was further deposited, and further patterning was performed to form a first conductive film. Then, using a 0.05% by weight aqueous solution of citric acid as a chemical conversion solution, a constant current electrolysis was performed at a current density of 0.04 mA / cm 2 until the voltage reached 30 V, and then the voltage was maintained at 30 V and left for 2 hours for tantalum. Anodization of the film was performed. as a result,
A tantalum oxide film having a thickness of about 55 nm was formed. Further, a heat treatment was performed for 30 minutes at various temperatures in a steam atmosphere (heat treatment A). At this time, the water concentration was 1.2 mol% with respect to the whole processing gas. Furthermore, the film thickness 1
A second conductive film was formed by depositing a 00-nm chromium film by a sputtering method and performing patterning. Further, a heat treatment was performed at 250 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere (heat treatment B).

【0059】熱処理Aでの各温度に対して、作成された
2端子型非線形素子に4Vを印加したときの抵抗値がど
のように変化するかを図13に示す。図13において、
Ta(+)とは第1の導電膜側にプラスの直流電圧を印
加したときに流れる電流の抵抗値であり、Ta(−)は
その逆方向に流れる電流の抵抗値のことである。熱処理
温度が220〜300℃の範囲では、電圧印加の方向に
よって抵抗値が異なりまたTa(+)の抵抗値が大きく
なっていることがわかる。これは、第3の酸化膜の方
が、第1の酸化膜より酸素原子や水素原子を多く含んで
いることから説明できる。つまり、図14のような第3
の酸化膜24cの伝導帯のエネルギー準位が第1の酸化
膜24aより小さくなるようなバンド図になっていると
推測される。Ta(+)の方向に電圧を印加した場合、
酸化膜24と第2の導電膜26の間のエネルギー準位の
相違に、第3の酸化膜24cと第2の酸化膜24b間の
エネルギー準位の相違分が電気伝導に関与してくるの
で、ほぼ第1の導電膜22と酸化膜24との間のエネル
ギー準位の差で決まるTa(−)方向の電気伝導よりも
抵抗は大きくなる。
FIG. 13 shows how the resistance changes when 4 V is applied to the formed two-terminal nonlinear element at each temperature in the heat treatment A. In FIG.
Ta (+) is a resistance value of a current flowing when a positive DC voltage is applied to the first conductive film side, and Ta (−) is a resistance value of a current flowing in the opposite direction. It can be seen that when the heat treatment temperature is in the range of 220 to 300 ° C., the resistance value differs depending on the direction of voltage application, and the resistance value of Ta (+) increases. This can be explained by the fact that the third oxide film contains more oxygen atoms and hydrogen atoms than the first oxide film. That is, as shown in FIG.
It is presumed that the energy level of the conduction band of the oxide film 24c is smaller than that of the first oxide film 24a. When a voltage is applied in the direction of Ta (+),
The difference in the energy level between the oxide film 24 and the second conductive film 26 is related to the difference in the energy level between the third oxide film 24c and the second oxide film 24b. The resistance is larger than the electrical conduction in the Ta (−) direction, which is determined substantially by the difference in energy level between the first conductive film 22 and the oxide film 24.

【0060】熱処理温度が220℃より小さくなると、
図11の熱脱離スペクトルのP2温度よりも低いので、
酸化膜24中に水を添加することができず、第3の酸化
膜24cが形成されず、2端子型非線形素子の抵抗値が
低くなり液晶を駆動出来なくなってしまう。
When the heat treatment temperature is lower than 220 ° C.,
Since it is lower than the P2 temperature of the thermal desorption spectrum of FIG.
Water cannot be added to the oxide film 24, the third oxide film 24c is not formed, and the resistance of the two-terminal nonlinear element becomes low, so that the liquid crystal cannot be driven.

【0061】(実施例3)この実施例では、2端子型非
線形素子の抵抗値とシフト値の関係について述べる。
2端子型非線形素子で電流−電圧特性の経時変化を見る
ために、経時変化の指標であるシフト値を求めた。な
お、このシフト値は、1秒毎に極性を変えた矩形波の電
圧を2端子型非線形素子に印加したとき、下記式であら
わされる値ISで定義されるものである。このとき、印
加電圧は、電流が液晶表示パネルの1画素あたり1×1
-7A流れるように設定される。
(Embodiment 3) In this embodiment, the relationship between the resistance value and the shift value of a two-terminal nonlinear element will be described.
In order to observe the change over time in the current-voltage characteristics with a two-terminal nonlinear element, a shift value as an index of the change over time was obtained. Incidentally, the shift value, when applying a square wave voltage changes polarity every second in a two-terminal type non-linear element, is defined by the value I S represented by the following formula. At this time, the applied voltage is 1 × 1 per pixel of the liquid crystal display panel.
It is set so that 0 -7 A flows.

【0062】IS={(I100−I0)/I0}100 (%) この式において、I0は初期(1秒)の電流値の絶対値を
示し、I100は100秒後の電流値の絶対値を示す。な
お、実用上は、焼き付きを防止するために、シフト値は
−5〜+5%、より好ましくは−2〜+2%の範囲に含
まれることが望ましい。
I S = {(I 100 −I 0 ) / I 0 } 100 (%) In this equation, I 0 represents the absolute value of the initial (1 second) current value, and I 100 is the value after 100 seconds. Indicates the absolute value of the current value. In practice, the shift value is desirably in the range of -5 to + 5%, more preferably -2 to + 2%, in order to prevent image sticking.

【0063】図15は、横軸に2端子型非線形素子に4
Vの電圧を印加したときの抵抗値をとり、縦軸にシフト
値をプロットした。直線801は本発明の2端子型非線
形素子の抵抗値とシフト値の関係を示し、直線802は
陽極酸化膜形成後の熱処理を300℃を超える水蒸気雰
囲気中で行った場合の抵抗値とシフトの関係を示してい
る。構造は、図5および図6に示したバックトゥバック
型構造の2端子型非線形素子を用いた。具体的には、ガ
ラス基板上にスパッタリング法で膜厚100nmの酸化
タンタル膜を堆積し、さらに膜厚150nmのタンタル
膜(タングステン原子を0.2wt%含む)を堆積し、
さらにパターニングを行って第1の導電膜を形成した。
ついで、窒素雰囲気中で350℃、30分の熱処理を行
い、200℃以下まで窒素雰囲気に保ったまま降温した
(プレアニール)。ついで、0.05重量%のクエン酸
水溶液を化成液として用い、さまざまな電圧で陽極酸化
(15V前後)をして、タンタル膜の陽極酸化を行っ
た。さらに、直線801のデータは水蒸気雰囲気中で2
20〜300℃で30分の熱処理Aを行い、その後同じ
雰囲気で180℃まで冷却した。直線802のデータは
水蒸気雰囲気中で320℃以上で30分の別の熱処理A
を行い、その後同じ雰囲気で180℃まで冷却した。製
造プロセスではこの熱処理が異なっているだけである。
さらに、膜厚100nmのクロム膜をスパッタリング法
で堆積し、パターニングも行って第2の導電膜を形成し
た。さらに、窒素雰囲気中で250℃,1時間の熱処理
を行った(熱処理B)。
FIG. 15 shows that the two-terminal type nonlinear element has four axes on the horizontal axis.
The resistance value when a voltage of V was applied was taken, and the shift value was plotted on the vertical axis. A straight line 801 shows the relationship between the resistance value and the shift value of the two-terminal nonlinear element of the present invention, and a straight line 802 shows the relationship between the resistance value and the shift value when the heat treatment after forming the anodic oxide film is performed in a steam atmosphere exceeding 300 ° C. Shows the relationship. As the structure, a two-terminal nonlinear element having a back-to-back structure shown in FIGS. 5 and 6 was used. Specifically, a 100 nm-thick tantalum oxide film is deposited on a glass substrate by a sputtering method, and a 150 nm-thick tantalum film (containing 0.2 wt% of tungsten atoms) is further deposited.
Further, patterning was performed to form a first conductive film.
Subsequently, heat treatment was performed at 350 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere, and the temperature was lowered to 200 ° C. or less while maintaining the nitrogen atmosphere (pre-annealing). Next, using a 0.05% by weight aqueous citric acid solution as a chemical conversion solution, anodization (around 15 V) was performed at various voltages to anodize the tantalum film. Further, the data of the straight line 801 is 2 in a steam atmosphere.
Heat treatment A was performed at 20 to 300 ° C. for 30 minutes, and then cooled to 180 ° C. in the same atmosphere. The data of the straight line 802 shows another heat treatment A at 320 ° C. or more for 30 minutes in a steam atmosphere.
And then cooled to 180 ° C. in the same atmosphere. Only the heat treatment is different in the manufacturing process.
Further, a 100-nm-thick chromium film was deposited by a sputtering method, and was also patterned to form a second conductive film. Further, a heat treatment was performed at 250 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere (heat treatment B).

【0064】通常、2端子型非線形素子を用いて液晶パ
ネルを駆動する場合、2端子型非線形素子に4Vを印加
したときの抵抗値は、5×1011〜1×1013Ωにする
とよい。ここで、最適抵抗値が異なるのは、用いる液晶
の種類や液晶パネルの用途によって制限されるからであ
る。図15からわかるように、本発明で得られた直線8
01は上記抵抗値の範囲でシフト値が−2〜1%にな
り、特に工夫をしなくても液晶表示パネルの焼き付きが
目立たないようにすることができる。これに対して、直
線802は上記抵抗値の範囲でシフト値が1〜4%にな
り、駆動方法や液晶パネルの製造方法を工夫することに
よって焼き付きを目立たないレベルにすることができ
る。以上から酸化膜24形成後の熱処理Aの温度は、3
00℃以下にすることが望ましい。
Normally, when a liquid crystal panel is driven using a two-terminal nonlinear element, the resistance value when 4 V is applied to the two-terminal nonlinear element is preferably 5 × 10 11 to 1 × 10 13 Ω. Here, the reason why the optimum resistance value differs is that it is limited by the type of liquid crystal used and the application of the liquid crystal panel. As can be seen from FIG. 15, the straight line 8 obtained by the present invention
In the case of 01, the shift value becomes -2 to 1% in the above range of the resistance value, and it is possible to make the image sticking of the liquid crystal display panel inconspicuous without any special measures. On the other hand, the shift value of the straight line 802 is 1 to 4% in the above-described range of the resistance value, and the burn-in can be made inconspicuous by devising a driving method and a liquid crystal panel manufacturing method. From the above, the temperature of the heat treatment A after forming the oxide film 24 is 3
It is desirable that the temperature be not higher than 00 ° C.

【0065】(実施例4)この実施例では、陽極酸化膜
形成後の熱処理温度と2端子型非線形素子のβ値の関係
について述べる。2端子型非線形素子の電流−電圧特性
を実際に測定し、それをプールフレンケルプロットに
し、印加電圧が6Vと8Vのときの値から求めた傾きを
非線形係数(β値)とした。
(Embodiment 4) In this embodiment, the relationship between the heat treatment temperature after the formation of the anodic oxide film and the β value of the two-terminal nonlinear element will be described. The current-voltage characteristics of the two-terminal nonlinear element were actually measured and plotted as a Pool Frenkel plot, and the slope obtained from the values when the applied voltage was 6 V and 8 V was defined as the nonlinear coefficient (β value).

【0066】2端子型非線形素子は、実施例2で記した
製法で作製し、熱処理Aの処理温度をパラメータとし
た。横軸に熱処理Aの処理温度、縦軸にβ値としたのが
図16である。220℃以上の熱処理を行うと、β値が
大きくなり、さらに280℃以上の熱処理で大きくなる
ことがわかる。
The two-terminal type nonlinear element was manufactured by the manufacturing method described in Example 2, and the processing temperature of the heat treatment A was used as a parameter. FIG. 16 shows the processing temperature of the heat treatment A on the horizontal axis and the β value on the vertical axis. It is understood that the β value increases when the heat treatment is performed at 220 ° C. or higher, and further increases when the heat treatment is performed at 280 ° C. or higher.

【0067】(実施例5)液晶表示パネルの特性 さらに、本発明の2端子型非線形素子を用いて液晶表示
パネルを作製したところ、0〜50℃の温度範囲におい
て100以上のコントラストを得ることができ、かつ表
示ムラも焼き付きも認められなかった。
Example 5 Characteristics of Liquid Crystal Display Panel Further, when a liquid crystal display panel was produced using the two-terminal nonlinear element of the present invention, a contrast of 100 or more was obtained in a temperature range of 0 to 50 ° C. No display unevenness or image sticking was observed.

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

【図1】本発明の2端子型非線形素子を適用した液晶表
示パネルの要部を示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a main part of a liquid crystal display panel to which a two-terminal nonlinear element of the present invention is applied.

【図2】図1におけるA−A線に沿った断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA in FIG.

【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。
FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of the liquid crystal display panel of the present invention.

【図4】本発明の液晶表示パネルを示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a liquid crystal display panel of the present invention.

【図5】本発明の2端子型非線形素子を適用した液晶表
示パネルの要部を示す平面図である。
FIG. 5 is a plan view showing a main part of a liquid crystal display panel to which the two-terminal nonlinear element of the present invention is applied.

【図6】図5におけるB−B線に沿った断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along line BB in FIG. 5;

【図7】本発明の2端子型非線形素子の酸化膜に過剰に
含まれている元素を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing elements excessively contained in an oxide film of the two-terminal nonlinear element of the present invention.

【図8】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。
FIG. 8 is a diagram schematically showing an apparatus for obtaining a thermal desorption spectrum.

【図9】熱脱離スペクトルを求めるための試料を概略的
に示す図である。
FIG. 9 is a diagram schematically showing a sample for obtaining a thermal desorption spectrum.

【図10】熱脱離スペクトルを求めるための試料を概略
的に示す図である。
FIG. 10 is a diagram schematically showing a sample for obtaining a thermal desorption spectrum.

【図11】2端子型非線形素子の酸化膜について求めた
熱脱離スペクトルを示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a thermal desorption spectrum obtained for an oxide film of a two-terminal nonlinear element.

【図12】2端子型非線形素子の酸化膜について求めた
熱脱離スペクトルを示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a thermal desorption spectrum obtained for an oxide film of a two-terminal nonlinear element.

【図13】2端子型非線形素子の陽極酸化膜形成後の熱
処理温度と4V印加時の抵抗値の関係を示す図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a relationship between a heat treatment temperature after forming an anodic oxide film of a two-terminal nonlinear element and a resistance value when 4 V is applied.

【図14】2端子型非線形素子のバンド図である。FIG. 14 is a band diagram of a two-terminal nonlinear element.

【図15】2端子型非線形素子の4V印加時の抵抗値と
シフト値の関係を示す図である。
FIG. 15 is a diagram illustrating a relationship between a resistance value and a shift value when a voltage of 4 V is applied to a two-terminal nonlinear element.

【図16】2端子型非線形素子の陽極酸化膜形成後の熱
処理温度とβ値の関係を示す図である。
FIG. 16 is a diagram illustrating a relationship between a heat treatment temperature and a β value after forming an anodic oxide film of a two-terminal nonlinear element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 液晶表示パネル 12、48 走査線 14 データ線 16 画素領域 20 2端子型非線形素子 22、42、524 第1の導電膜 24、44、526、536 酸化膜 24a 第1の酸化膜 24b 第2の酸化膜 24c 第3の酸化膜 26、46 第2の導電膜 30 第1の基板 31 絶縁膜 32 第2の基板 34、45 画素電極 40 液晶素子 100 走査信号駆動回路 110 データ信号駆動回路 522 石英基板 532 シリコンウエハー DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Liquid crystal display panel 12, 48 Scan line 14 Data line 16 Pixel area 20 Two-terminal nonlinear element 22, 42, 524 First conductive film 24, 44, 526, 536 Oxide film 24a First oxide film 24b Second Oxide film 24c Third oxide film 26, 46 Second conductive film 30 First substrate 31 Insulating film 32 Second substrate 34, 45 Pixel electrode 40 Liquid crystal element 100 Scanning signal driving circuit 110 Data signal driving circuit 522 Quartz substrate 532 silicon wafer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関 ▲たく▼巳 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 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Seki ▲ Taku ▼ Mino 3-3-5 Yamato, Suwa City, Nagano Prefecture Inside Seiko Epson Corporation

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板上に積層された、第1の導電膜、酸化
膜および第2の導電膜を含み、前記酸化膜は、第1の導
電膜側から水分を含む第1の酸化膜、水分を含まない第
2の酸化膜および水分を含む第3の酸化膜の構成になっ
ている2端子型非線形素子において、 前記第3の酸化膜の水分含有量が前記第1の酸化膜の水
分含有量よりも多いことを特徴とする2端子型非線形素
子。
A first conductive film, an oxide film, and a second conductive film laminated on a substrate, wherein the oxide film includes a first oxide film containing moisture from a side of the first conductive film; In a two-terminal nonlinear element having a configuration of a second oxide film containing no moisture and a third oxide film containing moisture, the moisture content of the third oxide film is reduced by the moisture content of the first oxide film. A two-terminal nonlinear element characterized by having a higher content than the content.
【請求項2】請求項1記載の2端子型非線形素子におい
て、 前記第1の導電膜はタンタルまたはタンタルの合金から
なることを特徴とする2端子型非線形素子。
2. The two-terminal nonlinear element according to claim 1, wherein said first conductive film is made of tantalum or an alloy of tantalum.
【請求項3】請求項1または請求項2記載の2端子型非
線形素子において、 前記酸化膜は、前記第1の導電膜に対する陽極酸化膜で
あることを特徴とする2端子型非線形素子。
3. The two-terminal non-linear element according to claim 1, wherein the oxide film is an anodic oxide film for the first conductive film.
【請求項4】(1)基板上に第1の導電膜を形成する工
程と、(2)前記第1の導電膜上に酸化膜を形成する工
程と、(3)前記第1の導電膜および前記酸化膜が形成
された前記基板を、水分を含む雰囲気中で220〜30
0℃で熱処理する工程と、(4)前記酸化膜上に第2の
導電膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする2端
子型非線形素子の製造方法。
4. A process for forming a first conductive film on a substrate, a process for forming an oxide film on the first conductive film, and a process for forming an oxide film on the first conductive film. And the substrate on which the oxide film is formed is placed in an atmosphere containing moisture for 220 to 30 minutes.
A method for manufacturing a two-terminal nonlinear element, comprising: a heat treatment at 0 ° C .; and (4) a step of forming a second conductive film on the oxide film.
【請求項5】請求項1乃至請求項4のいずれかの請求項
に記載の2端子型非線形素子をスイッチング素子として
備えたことを特徴とする液晶表示装置。
5. A liquid crystal display device comprising the two-terminal nonlinear element according to claim 1 as a switching element.
JP10033303A 1998-02-16 1998-02-16 Two-terminal type nonlinear element, manufacture thereof and liq. crystal display panel Withdrawn JPH11233852A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6831728B2 (en) 1910-04-10 2004-12-14 Seiko Epson Corporation Method of manufacturing nonlinear element, method of manufacturing electrooptic device, electrooptic device, and electronic apparatus
JP2007017999A (en) * 2006-09-15 2007-01-25 Seiko Epson Corp Manufacturing method of digital-to-analog conversion circuit

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