JPS62183579A - Mimスイツチング素子 - Google Patents
Mimスイツチング素子Info
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- JPS62183579A JPS62183579A JP61025591A JP2559186A JPS62183579A JP S62183579 A JPS62183579 A JP S62183579A JP 61025591 A JP61025591 A JP 61025591A JP 2559186 A JP2559186 A JP 2559186A JP S62183579 A JPS62183579 A JP S62183579A
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Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、液晶表示素子(以後LCDと略す)およびエ
レクトロクロミック表示素子(以後ECDと略す)など
に代表される各種表示素子をマトリクス駆動する際に用
いられるアクティブ素子のうち、導体薄膜、絶縁体薄膜
および導体薄膜を積み重ねた三層構造から成るMIM構
造を有するスイッチング素子に関し、さらに詳しくは絶
縁体薄膜に関するものである。
レクトロクロミック表示素子(以後ECDと略す)など
に代表される各種表示素子をマトリクス駆動する際に用
いられるアクティブ素子のうち、導体薄膜、絶縁体薄膜
および導体薄膜を積み重ねた三層構造から成るMIM構
造を有するスイッチング素子に関し、さらに詳しくは絶
縁体薄膜に関するものである。
これまでLCDは各種情報機器端末などの表示部に使用
されているが、その表示容量が比較的小さいために応用
範囲が限定されていた。近年、この表示容量を増大させ
るための手段として非線形素子を用いることが検討され
ており、その中の1つとして導体薄膜、絶縁体薄膜およ
び導体薄膜の三層構造からなるMIMスイッチング素子
が注目されている。またECDにおいても同様に、非線
形素子を用いたマトリクス駆動による表示容量の増大が
検討されている。MIMアクティブスイッチング素子と
しては、下部導体薄膜としてタンタル薄膜を、絶縁体薄
膜として前記タンタル薄膜の表面層を溶液中にて陽極酸
化して得られるタンタル酸化物薄膜を、上部導体薄膜と
してタンタル、クロムなどの金属薄膜を用いるのが一般
的であり、以下にその代表例を第2図を用いて説明する
。第2図(alは従来MIM素子の正面図であり、第2
図(b)は従来素子の断面図であり、いずれも1画素分
に相当する範囲を示している。まず、〃ラスなどの基板
20上にタンタル薄膜を蒸着法あるいはスバッタリング
法などにより膜厚0.1μm程度全面形成した後、50
0℃の炉中で熱酸化処理を行ないタンタル酸化物層21
に変換する。このタンタル酸化物層21は後工程のクン
タル薄膜パターンエツチング処理時にガラス基板20が
エッチャントによりアタックされるのを防ぐ役目を有し
ており、このタンタル酸化物層21を省略して後工程の
タンタル薄膜のパターンエツチングを行なおうとしても
、ガラス基板20表面が荒れてファインパターンが得ら
れない。なお、この際のエッチャントとしては、フッ酸
:硝酸:水=1:10:10を用いている。上記のよう
な理由からガラス基板20上にタンタル酸化物層21を
形成した後、再度タンタル薄膜を全面に膜厚0.3μm
程度形成し、上記エッチャントを用いて線巾20μm程
度にパターン化されたタンタル薄膜22を形成する。
されているが、その表示容量が比較的小さいために応用
範囲が限定されていた。近年、この表示容量を増大させ
るための手段として非線形素子を用いることが検討され
ており、その中の1つとして導体薄膜、絶縁体薄膜およ
び導体薄膜の三層構造からなるMIMスイッチング素子
が注目されている。またECDにおいても同様に、非線
形素子を用いたマトリクス駆動による表示容量の増大が
検討されている。MIMアクティブスイッチング素子と
しては、下部導体薄膜としてタンタル薄膜を、絶縁体薄
膜として前記タンタル薄膜の表面層を溶液中にて陽極酸
化して得られるタンタル酸化物薄膜を、上部導体薄膜と
してタンタル、クロムなどの金属薄膜を用いるのが一般
的であり、以下にその代表例を第2図を用いて説明する
。第2図(alは従来MIM素子の正面図であり、第2
図(b)は従来素子の断面図であり、いずれも1画素分
に相当する範囲を示している。まず、〃ラスなどの基板
20上にタンタル薄膜を蒸着法あるいはスバッタリング
法などにより膜厚0.1μm程度全面形成した後、50
0℃の炉中で熱酸化処理を行ないタンタル酸化物層21
に変換する。このタンタル酸化物層21は後工程のクン
タル薄膜パターンエツチング処理時にガラス基板20が
エッチャントによりアタックされるのを防ぐ役目を有し
ており、このタンタル酸化物層21を省略して後工程の
タンタル薄膜のパターンエツチングを行なおうとしても
、ガラス基板20表面が荒れてファインパターンが得ら
れない。なお、この際のエッチャントとしては、フッ酸
:硝酸:水=1:10:10を用いている。上記のよう
な理由からガラス基板20上にタンタル酸化物層21を
形成した後、再度タンタル薄膜を全面に膜厚0.3μm
程度形成し、上記エッチャントを用いて線巾20μm程
度にパターン化されたタンタル薄膜22を形成する。
なお、第2図(a)から明らかなようにこのタンタル薄
膜22パターンはところどころに4μm巾程度の突起形
状221を有しており、最終的にはこの部分にMIMス
イッチング素子が形成される。
膜22パターンはところどころに4μm巾程度の突起形
状221を有しており、最終的にはこの部分にMIMス
イッチング素子が形成される。
ついでガラス基板20最外周部における電極取り出し部
に相当するタンタル薄膜以外はすべてその表面をシーウ
酸水溶液中での陽極酸化処理により膜厚0.05μm程
度のメンタル酸化物層26に変換する。突起形状221
部のタンタル酸化物層26の1部が絶縁体薄膜として機
能する。ついでMIM構造の上部導体薄膜としてクロム
などの金属電極24を4μm巾にバター/形成した後、
透明導電膜により画素電極25を1部金属電極24とコ
ンタクトするようにパターン化してMIM構造スイッチ
ング素子を成す。この時上部導体薄膜としての金属電極
24は必ずしも金属材料である必要はなく画素電極25
材料と同一の透明導電膜であってもよい。
に相当するタンタル薄膜以外はすべてその表面をシーウ
酸水溶液中での陽極酸化処理により膜厚0.05μm程
度のメンタル酸化物層26に変換する。突起形状221
部のタンタル酸化物層26の1部が絶縁体薄膜として機
能する。ついでMIM構造の上部導体薄膜としてクロム
などの金属電極24を4μm巾にバター/形成した後、
透明導電膜により画素電極25を1部金属電極24とコ
ンタクトするようにパターン化してMIM構造スイッチ
ング素子を成す。この時上部導体薄膜としての金属電極
24は必ずしも金属材料である必要はなく画素電極25
材料と同一の透明導電膜であってもよい。
以上のようにして構成されたMIM素子は外部からの電
圧印加に対して非線形な電流特性を示し、これを用いて
スイッチング動作を行なわゼることができる。表示素子
としてLCDを例にとると、LCを点灯させる電圧■。
圧印加に対して非線形な電流特性を示し、これを用いて
スイッチング動作を行なわゼることができる。表示素子
としてLCDを例にとると、LCを点灯させる電圧■。
Nがタンタル薄膜と対向電極(図中省略、対向電極が設
けられた対向基板と第2図に示した基板間に液晶物質を
挾持してパネルをなす)間に印加されると、この時には
MIM素子側の実効抵抗が低く、LC側の抵抗が高いの
で印加電圧の大部分は画素電極と対向電極間にかかりL
CがON状態となる。一方、LCを点灯させない電圧■
。2Fを印加した場合には、MIM素子側の実効抵抗が
LC側より高くなるため画素電極と対向電極間にはほと
んど電圧が印加されずLCはOFF状態を保つ。このよ
うに外部からの印加電圧をコントロールすることにより
LCのON、OFFを任意に制御することができるため
、従来に比して表示容量の大巾な増大が図られる。
けられた対向基板と第2図に示した基板間に液晶物質を
挾持してパネルをなす)間に印加されると、この時には
MIM素子側の実効抵抗が低く、LC側の抵抗が高いの
で印加電圧の大部分は画素電極と対向電極間にかかりL
CがON状態となる。一方、LCを点灯させない電圧■
。2Fを印加した場合には、MIM素子側の実効抵抗が
LC側より高くなるため画素電極と対向電極間にはほと
んど電圧が印加されずLCはOFF状態を保つ。このよ
うに外部からの印加電圧をコントロールすることにより
LCのON、OFFを任意に制御することができるため
、従来に比して表示容量の大巾な増大が図られる。
絶縁体薄膜としてタンタル酸化物層を用いる従来MIM
素子によりLCDパネルを駆動する場合を想定すると良
好な表示特性、高デー−ティー比を得るためにはMIM
素子の静電容量CMfMはLCの静電容量CLeより充
分小さくなければならない。
素子によりLCDパネルを駆動する場合を想定すると良
好な表示特性、高デー−ティー比を得るためにはMIM
素子の静電容量CMfMはLCの静電容量CLeより充
分小さくなければならない。
ここでCM□つは周知のごと(次式で与えられる。
CMrM =εo・εrlIS/d
上式中εrは絶縁体薄膜固有の値を持ちタンタル酸化物
層の場合には23〜25となる。式中可変パラメーター
としてはdおよびSが挙げられるがMIM構造において
dはむやみに大きくすることはできないためCMIMを
小さくする方向へのdの寄与は小さく、結果的にSを極
力小さくすることでCMIMを小さくしているのが現状
である。この場合においても充分な表示特性を得るため
にはMIM素子面積はLC駆動用画素電極面積の1万分
の1以下でなければならないとされており、この事はL
Cパネルの1ドツトの大きさを400μm角とした時に
はMIM素子寸法は4μm角以下が必要となることを示
しており、この寸法の素子をパネル全体に、例えば10
cm角全面に作成することは、アライメント精度、エツ
チング精度などを考慮すると非常に困難な事であり、で
きれば特性を維持したまま素子寸法を大きくできること
が望ましい。また、絶縁体薄膜材料をεrのより小さな
物質に変更することによるSの増加も考えられているが
、膜厚0.05μm以下の超薄膜状態でかつピンホール
フリー状態を広範囲に再現性良く形成する手段がないた
め従来方法のタンタル酸化物層に代わる材料を検討する
ことすらできないというのが現状である。本発明は以上
の点を鑑みてなされたものであり、絶縁体薄膜としてε
rの小さな有機薄膜を用いることにより上記LCD駆動
条件を満足しつつ、かつ素子寸法の大きなMIM素子を
提供するものであり、この際有機薄膜形成法としてプラ
ズマ重合法を用いることにより0.05μm以下におい
ても充分なピンホールフリー特性を広範囲に再現性良く
得ることができる。本発明の他の目的は、より大きなM
IM素子を形成した時にスイッチング素子自体が目立つ
のを防ぎ、かつ開口率を上げるためにすべて透明体で構
成したMIM素子を提供するものである。
層の場合には23〜25となる。式中可変パラメーター
としてはdおよびSが挙げられるがMIM構造において
dはむやみに大きくすることはできないためCMIMを
小さくする方向へのdの寄与は小さく、結果的にSを極
力小さくすることでCMIMを小さくしているのが現状
である。この場合においても充分な表示特性を得るため
にはMIM素子面積はLC駆動用画素電極面積の1万分
の1以下でなければならないとされており、この事はL
Cパネルの1ドツトの大きさを400μm角とした時に
はMIM素子寸法は4μm角以下が必要となることを示
しており、この寸法の素子をパネル全体に、例えば10
cm角全面に作成することは、アライメント精度、エツ
チング精度などを考慮すると非常に困難な事であり、で
きれば特性を維持したまま素子寸法を大きくできること
が望ましい。また、絶縁体薄膜材料をεrのより小さな
物質に変更することによるSの増加も考えられているが
、膜厚0.05μm以下の超薄膜状態でかつピンホール
フリー状態を広範囲に再現性良く形成する手段がないた
め従来方法のタンタル酸化物層に代わる材料を検討する
ことすらできないというのが現状である。本発明は以上
の点を鑑みてなされたものであり、絶縁体薄膜としてε
rの小さな有機薄膜を用いることにより上記LCD駆動
条件を満足しつつ、かつ素子寸法の大きなMIM素子を
提供するものであり、この際有機薄膜形成法としてプラ
ズマ重合法を用いることにより0.05μm以下におい
ても充分なピンホールフリー特性を広範囲に再現性良く
得ることができる。本発明の他の目的は、より大きなM
IM素子を形成した時にスイッチング素子自体が目立つ
のを防ぎ、かつ開口率を上げるためにすべて透明体で構
成したMIM素子を提供するものである。
上記目的は本発明によれば、各種メタル層もしくは透明
導電膜からなる2つの導体薄膜にはさまれた絶縁体薄膜
がプラズマ重合法を用いて作成された有機薄膜であるこ
とを特徴とするMIMスイッチング素子を提供すること
で達成され、以下に実施例を図面に基づいて詳細に述べ
る。
導電膜からなる2つの導体薄膜にはさまれた絶縁体薄膜
がプラズマ重合法を用いて作成された有機薄膜であるこ
とを特徴とするMIMスイッチング素子を提供すること
で達成され、以下に実施例を図面に基づいて詳細に述べ
る。
〔実施例1〕
第1図に示すように、ガラス基板10上に下部導体薄膜
として突起形状111部の巾が4μmにパターン化され
た銅薄膜11を形成した後、銅薄膜11の電極取り出し
部を除いた部分に絶縁体薄膜としてプラズマ重合アセト
ニトリル薄膜12を形成した。その際、アセトニトリル
流量=8゜C輻、基板温度:100℃、装置圧カニ 0
.5 TorrRF電カニ100W、処理時間:10分
と重合条件を設定することにより膜厚0.05μmのプ
ラズマ重合アセトニトリル薄膜12を得た。このプラズ
マ重合アセトニトリル薄膜12の比誘電率は測定の結果
3〜5の値を示し、良好な整流性、ピンホールフリー性
を示した。ついで上部導体薄膜として巾4μmのクロム
薄膜16、画素電極14として透明導電膜を順次形成し
て素子面積16μ扉のMIM素子を構成し、通常の組み
立て工程に従ってプラズマ重合アセトニトリル薄膜12
を用いたMIM素子を具備したLCDパネルを作成した
。
として突起形状111部の巾が4μmにパターン化され
た銅薄膜11を形成した後、銅薄膜11の電極取り出し
部を除いた部分に絶縁体薄膜としてプラズマ重合アセト
ニトリル薄膜12を形成した。その際、アセトニトリル
流量=8゜C輻、基板温度:100℃、装置圧カニ 0
.5 TorrRF電カニ100W、処理時間:10分
と重合条件を設定することにより膜厚0.05μmのプ
ラズマ重合アセトニトリル薄膜12を得た。このプラズ
マ重合アセトニトリル薄膜12の比誘電率は測定の結果
3〜5の値を示し、良好な整流性、ピンホールフリー性
を示した。ついで上部導体薄膜として巾4μmのクロム
薄膜16、画素電極14として透明導電膜を順次形成し
て素子面積16μ扉のMIM素子を構成し、通常の組み
立て工程に従ってプラズマ重合アセトニトリル薄膜12
を用いたMIM素子を具備したLCDパネルを作成した
。
このLCDパネルは従来パネルに比して応答が早く、良
好な表示特性を示した。これはcMIMが従来の115
〜178に低減したことによる液晶層充電時間の短縮に
起因するものと考えられる。なお、本実施例では下部導
体薄膜として銅薄膜を、上部導体薄膜としてクロム薄膜
を用いたが、他の任意の金属膜が使用可能であり基板に
悪影響を及ぼさないエッチャントを選択することにより
、従来構造で必要とされていたタンタル酸化物層を省略
することが可能である。
好な表示特性を示した。これはcMIMが従来の115
〜178に低減したことによる液晶層充電時間の短縮に
起因するものと考えられる。なお、本実施例では下部導
体薄膜として銅薄膜を、上部導体薄膜としてクロム薄膜
を用いたが、他の任意の金属膜が使用可能であり基板に
悪影響を及ぼさないエッチャントを選択することにより
、従来構造で必要とされていたタンタル酸化物層を省略
することが可能である。
〔実施例2〕
基本的構成は実施例1と同様であるが下部導体薄膜およ
び上部導体薄膜のパターン寸法を変えてMIM累子面子
面積来の16μm’から64μ醪にしたことが異なる。
び上部導体薄膜のパターン寸法を変えてMIM累子面子
面積来の16μm’から64μ醪にしたことが異なる。
このようにして作成したLCDパネルは従来パネルと遜
色のない基本表示特性を示し、かつMIM素子寸法が倍
になったことによりアライメント精度およびエツチング
精度に対する制限も従来に比して大巾に緩和され、この
ため特別高価な露光装置などを使用しな(ても従来装置
によって10cm角パネルの製造が充分可能となり大型
低価格パネルが実現できた。
色のない基本表示特性を示し、かつMIM素子寸法が倍
になったことによりアライメント精度およびエツチング
精度に対する制限も従来に比して大巾に緩和され、この
ため特別高価な露光装置などを使用しな(ても従来装置
によって10cm角パネルの製造が充分可能となり大型
低価格パネルが実現できた。
〔実施例3〕
基本的構成は実施例2と同一であるが下部および上部導
体薄膜を金属膜から透明導電膜に変えたことが異なり、
透明導電膜、プラズマ重合アセトニ) IJル薄膜、透
明導電膜のMIM構造がすべて透明体で構成されたスイ
ッチング素子を作成した。
体薄膜を金属膜から透明導電膜に変えたことが異なり、
透明導電膜、プラズマ重合アセトニ) IJル薄膜、透
明導電膜のMIM構造がすべて透明体で構成されたスイ
ッチング素子を作成した。
上記構成で作成したLCDパネルは特性的には従来と同
程度かもしくはそれ以上の特性を示した。
程度かもしくはそれ以上の特性を示した。
これは透明導電膜の比抵抗が2 X 10−’オーム・
センチメートルと従来タンタル薄膜の約172に低下し
たことによると思われ大型パネル化に対して有効な方法
といえる。さらにMIM素子がすべて透明体で構成され
ているため素子寸法が太き(なっても外観的にはほとん
ど識別されず表示特性上非常に好ましい構造である。
センチメートルと従来タンタル薄膜の約172に低下し
たことによると思われ大型パネル化に対して有効な方法
といえる。さらにMIM素子がすべて透明体で構成され
ているため素子寸法が太き(なっても外観的にはほとん
ど識別されず表示特性上非常に好ましい構造である。
実施例1〜3においては絶縁体薄膜としてプラズマ重合
アセトニトリル薄膜を用いて説明してきたが、同様の特
性は他にプラズマ重合法によるエチレン薄膜、プロピレ
ン薄膜、アセチレン薄膜、フッ化ビニリデン薄膜、スチ
レン薄膜、ベンゼン薄膜、ビニルカルバゾール薄膜など
で得られており、材料によりV−I特性が若干具なるた
め用途に応じた選択が必要となるが、本発明の絶縁性有
機薄膜として充分に使用可能である。
アセトニトリル薄膜を用いて説明してきたが、同様の特
性は他にプラズマ重合法によるエチレン薄膜、プロピレ
ン薄膜、アセチレン薄膜、フッ化ビニリデン薄膜、スチ
レン薄膜、ベンゼン薄膜、ビニルカルバゾール薄膜など
で得られており、材料によりV−I特性が若干具なるた
め用途に応じた選択が必要となるが、本発明の絶縁性有
機薄膜として充分に使用可能である。
以上述べてきたように本発明によるプラズマ重合有機薄
膜を絶縁性薄膜として使用することにより0.05μm
以下の膜厚での広範囲にわたるピンホールフIJ−1か
つ比誘電率の低い膜が比較的容易に得られるため、MI
M素子特性の向上、大型パネル作成、工程簡略化および
信頼性増大などに多大の効果がある。また、すべて透明
体でMIM構成することにより表示外観品質が改善され
る。
膜を絶縁性薄膜として使用することにより0.05μm
以下の膜厚での広範囲にわたるピンホールフIJ−1か
つ比誘電率の低い膜が比較的容易に得られるため、MI
M素子特性の向上、大型パネル作成、工程簡略化および
信頼性増大などに多大の効果がある。また、すべて透明
体でMIM構成することにより表示外観品質が改善され
る。
第1図は本発明によるMIM素子の一実施例を示す断面
図、第2図は従来MIM素子を示し、第2図(alは正
面図、第2図(blは断面図である。 10・・・・・・基板、11・・・・・・銅薄膜、12
・・・・・・プラズマ重合6アセトニトリル薄膜、16
・・・・・・クロム薄膜、14・・・・・・画素電極、
111・・・・・・突起形状。
図、第2図は従来MIM素子を示し、第2図(alは正
面図、第2図(blは断面図である。 10・・・・・・基板、11・・・・・・銅薄膜、12
・・・・・・プラズマ重合6アセトニトリル薄膜、16
・・・・・・クロム薄膜、14・・・・・・画素電極、
111・・・・・・突起形状。
Claims (1)
- 基板表面に導体薄膜、絶縁体薄膜および導体薄膜を順次
積層した三層構造からなるMIMスイッチング素子にお
いて、絶縁体薄膜としてプラズマ重合法により形成され
る絶縁性有機薄膜を用いたことを特徴とするMIMスイ
ッチング素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61025591A JPH077851B2 (ja) | 1986-02-07 | 1986-02-07 | Mimスイツチング素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61025591A JPH077851B2 (ja) | 1986-02-07 | 1986-02-07 | Mimスイツチング素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62183579A true JPS62183579A (ja) | 1987-08-11 |
JPH077851B2 JPH077851B2 (ja) | 1995-01-30 |
Family
ID=12170151
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61025591A Expired - Fee Related JPH077851B2 (ja) | 1986-02-07 | 1986-02-07 | Mimスイツチング素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH077851B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5485294A (en) * | 1987-12-18 | 1996-01-16 | Seiko Epson Corporation | Process for producing MIM elements by electrolytic polymerization |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7626198B2 (en) | 2005-03-22 | 2009-12-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Nonlinear element, element substrate including the nonlinear element, and display device |
-
1986
- 1986-02-07 JP JP61025591A patent/JPH077851B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5485294A (en) * | 1987-12-18 | 1996-01-16 | Seiko Epson Corporation | Process for producing MIM elements by electrolytic polymerization |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH077851B2 (ja) | 1995-01-30 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |