JPS6348528A - マトリツクス型液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 艮穫分災 本発明は、少なくとも一方の基板にＭＩＭ素子を作成し
たマトリックス型液晶表示装置の製造方法に関する。

従】」［擢 近年、液晶表示装置の表示容量を増大させるために、非
線形抵抗素子と液晶表示装置とを組　・合せた、いわゆ
るアクティブマトリックス型の液晶表示素子が考案され
、Ｔ　Ｐ　Ｔ（Ｔｈｉｎ　ＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏ
ｒ）、バリスタ、Ｍ　Ｉ　Ｍ　（ＭｅｔａｌＩｎｓｕｌ
ａｔｏｒＭｅｔａｌ）素子などの種々の素子ニラいて検
討が進められている。

この中でも金属−絶縁体−金属の構造を有するＭＩＭ素
子は、素子構成が単純であり、製造工程数も比較的少な
いという利点がある。

ＭＩＭ素子における絶縁体層の形成方法としては、金属
薄膜を形成したのち、陽極酸化法、熱酸化法、プラズマ
酸化法、酸素イオンの打込み等の各種の酸化方法により
酸化膜とすることが知られているが、酸化膜が緻密であ
り大面積にわたって均一な特性を得やすいことから、陽
極酸化法がよく用いられている。

しかし、陽極酸化法により絶縁体層を形成したＭ　Ｉ　
Ｍ素子は、印加される電圧特性が変化するとＶ−１特性
が変化するという非対称性を有しており、液晶を交流駆
動するときに直流分が残って、液晶表示装置の寿命を著
しく損う欠点があった。この非対称性は絶縁体として用
いる酸化膜の不均一性や金属−酸化膜界面の不揃いにあ
ると考えられ製造プロセス的に解決することが困難なこ
とから、ＭＩＭ素子を逆方向に直列につないで、Ｖ−Ｉ
特性の非対称性を相殺することが提案されている。（特
開昭５８−７９２８１号公報）。

しかしながら、この場合は、１画素に対して２個のＭ　
Ｉ　Ｍ素子を結合させる必要があるため、１画素に１個
のＭＩＭ素子を結合させる場合と比較して工程数が多く
なり、歩留りが低下することは避けられなかった。

発明の目的 本発明の液晶表示装置の製造方法は、複数の表示画素を
有し、各表示画素にそれぞれ全屈−絶縁体−金属構造を
有する非線形抵抗素子（Ｍ　Ｉ　Ｍ素子）を結合したマ
トリックス型液晶表示装置の製造方法において、次の（
１）〜（４）の各工程を有することを特徴とする。

（１）基板上に第１の金属層をパターン形成する工程。

（２）　この金属層を陽極酸化して絶縁体層を形成する
工程。

（３）　この絶縁体層の上Ｍ部をエツチングにより除去
する工程。

（４）上層部をエツチング除去した絶縁体層上に、第２
の金属層をパターン形成してＭＩＭ素子を作成する工程
。

以下、添付図面に沿って本発明についてさらに詳細に説
明する。

第１図は、本発明の製造方法により製造されるＭＩＭ素
子を有する液晶表示装置の基板の構成例を示す一部断面
図である。表示画素電極１３およびデータ電極１５を形
成した基板１１上に、第１の金属層２１、絶縁体層２３
が形成され、さらにこの絶縁体層２３に接し、かつ表示
画素電極１３に電気的に導通する第２の金属層２５が形
成されている。第１の金属層２１、絶縁体層２３および
第２の金属層２５がＭＩＭ素子を構成し、データ電極１
５に供給される駆動電圧がＭＩＭ素子を介して表示画素
電極１３に印加される。このＭＩＭ素子基板上には配向
膜１７が形成さ九、さらにこの基板と対向電極を有する
対向基板との間に液晶が封入されて液晶表示装置が構成
される。

このようなＭＩＭ素子を各表示画素電極に形成するため
にはフォトリングラフイー工程のような微細バターニン
グ工程が必要となるが、この微細バターニング工程や液
晶表示装置の他の構成には、従来のものが用いら特に限
定もされないので、以下、ＭＩＭ素子の層構成について
、説明の便宜上簡略化して説明する。

まず、基板３１上に下部電極として第１の金属層２１を
真空蒸発法、スパッタリング法等の薄膜形成法により形
成する（第２Ａ図）。第１の金属層２１としては、Ｔａ
、ＡＩ、Ｏｒなどの金属が用いられ、また、その膜厚と
しては２００〜５０００人程度が適当である。

次に、陽極酸化法により、第１の金属層の表面を酸化し
て絶縁体層２３を形成する（第２Ｂ図）。

陽極酸化法としては常法をそのまま用いることができ、
後記のエツチング処理後に１００〜１０００人程度の絶
縁体層２３が残るように形成することが望ましい。絶縁
体層としては、 Ｔａ２Ｏ，、Ａ１．、○、、Ｃｒ、０３などを挙げるこ
とができる。

第３図は、第２Ｂ図の一部拡大図である。このように一
般に陽極酸化膜は、−様な構造を持つ膜ではなく、表面
の多孔性酸化膜２３ｂと内部の緻密な酸化膜２３ａとに
分かれていることが知られている０本発明者がこのよう
な陽極酸化膜の構造に着目して鋭意研究した結果、上記
の２層構造がＩ　−Ｖ特性の非対称性に関与しているこ
とを見出した。すなわち、正方向では金属−多孔性酸化
膜−緻密な酸化膜−金属といった経路で電流が流れるが
、負方向では逆に金属−緻密な酸化膜−多孔性酸化膜−
金屈といった経路で流れるため、伝導機構上１−Ｖ特性
が正負非対称となるのである。

そこで、本発明は、絶縁体層（即ち、陽極酸化膜）２３
の上層部である多孔性酸化膜２３をエツチングにより除
去することにより（第２Ｃ図）、正負どちらの方向でも
金属−緻密な酸化膜−金属の経路で電流が流れるように
し、正負対称なＩ−Ｖ特性をもつようにするものである
。

絶縁体層２３の上層部（即ち、多孔性酸化膜２３ｂ）の
エツチングは、絶縁体の種類に応じて稚々のエツチング
方法を採用できるが、ドライエツチングによることが好
適である。多孔性酸化膜２３ｂは、陽極酸化の初期に生
成し、以降は緻密な酸化膜２３ａの保護膜として作用す
るものである。そのため、大気中でエツチング処理を行
うと、エツチングにより露出した緻密な酸化。

膜２３ａの表面が再び保護膜としての多孔性酸化膜に変
化してしまい、この防止制御が問題となる。　　ドライ
エツチングは、プラズマエツチング装置、反応性イオン
エツチング装置、イオンビーム照射装置などを用いて真
空中で行うことができる。プラズマエツチングでは真空
にした反応容器内にエツチングガスを導入して、高周波
などによってプラズマを発生させ、活性となったイオン
または中性ラジカルにより多孔性酸化膜をエツチングす
る。エツチングガスは酸化膜の種類によって適宜選択さ
れ、例えば、ＡＱ２０．の場合にはＣＣｌ２４．ＢＣΩ
、／ＣＱ２などが、Ｔａ、Ｏ５の場合にはＳ　Ｆ　ｓ　
／　ＣＱ　２あるいはＣＣＱ４などが用いられる。この
エツチングの際に、酸化膜（絶縁体層２３）のエツチン
グ深さの制御が必要となるが、多孔性酸化１１１２３ｂ
と緻密な酸化膜２３ａとではエツチング速度が５〜１０
倍異なるため、多孔性酸化膜２３ｂのみを選択的にエツ
チングして除去することは容易である。

ついで、このようにして最終的に形成した絶縁体層２３
（２３ａ　）上に、第２の金属層２５を形成する（第２
Ｄ図）。第２の金属層２５としては、ＡＱ。

Ｎｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、Ａｕ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｍｏ
、Ａｇなどが用いられ、また、その膜厚は２００〜５０
００人程度が好適である。第２の金Ｆｉ７Ｃ層２５は、
真空蒸着、スパッタリング等の薄膜形成法により作成で
きる。

このとき、ドライエツチング終了後に一度大気中に取り
出してから第２の金属層の形成を行なうと、大気に曝さ
れたときに再び多孔性酸化膜が生じる。そこで、ドライ
エツチングと第２の金属層の形成は、真空雰囲気を破る
ことなく行なうことが望ましい。これはドライエツチン
グ処理室と金属膜形成室とを具え、この間に真空を破る
ことなく試料を移送させるインラインタイプの真空装置
などを用いることにより実現できる。

交訓Ｉ房丸果 本発明によれば、絶縁体層を陽極酸化法により形成した
のち、その上層部をエツチングして除去し、ついで、第
２の金属層を形成することにより、正負対称のＩ−Ｖ特
性をもつＭＩＭ素子が得られる。そこで、従来、ＭＩＭ
素子の非対称性に基因する液晶表示装置の寿命の短命化
を防止することができ、信頼性が高く大容積のマトリッ
クス型液晶表示装置を実現できる。

実施例Ｉ ＩＴＯ透明画素電極およびデータ電極を形成したガラス
基板上に、抵抗加熱式蒸着法によりＴ’ａを２０００人
蒸着１パターニングして第１の金属層を形成した。

ついで、このＴａ膜をクエン酸アンモニウム１％水溶液
で陽極酸化して２００人のＴａ２０５膜を形成した。

次に、エツチングガスとしてＳ　Ｆｓ／ｃ　Ｑ２混合ガ
スを用いてドライエツチングして上層の多孔性Ｔａ、Ｏ
，膜を除去した。

ドライエツチング後、真空状態を保ったまま、Ｎ　ｉ’
Ｃｒを１５００人真空蒸着し、Ｍ　Ｉ　Ｍ素子を作成し
た。

このＭ　Ｉ　Ｍ素子のＩ−Ｖ特性を測定したところ、正
負対称性を示した。

一方、上記のドライエツチングを行なわない以外は同様
にしてＭＩＭ素子を作成したところ、Ｉ−Ｖ特性は正負
非対称であった。

実施例２ 実施例１と同様にして、第１の金属層としてＡｆｌを３
０００　Ａ蒸若した。

このＡＱｉをホウ酸アンモニウム０．１％水溶液で陽極
酸化し、１５０人のＡＱ２０．膜を形成した。

次に、エツチングガスとしてＢＣＱ３／Ｃρ２混合ガス
を用いてドライ二ノチング後、真空を破ることなく　Ａ
　ｕを５００人真空蒸着してＭＩＭ素子を作成した。

このＭＩＭ素子のＩ−Ｖ特性を測定したところ、正負対
称であった。

一方、トライエツチングの代りに。

Ｈ，ＰＯ，／ＨＮＯ！／ＣＨ，Ｃ○○Ｈ系のエッチャン
トを用い、通常の条件で大気中でウェットエツチング処
理する以外は同様にＭ　Ｉ　Ｍ素子を作成したところＩ
−Ｖ特性は正負非対称であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の液晶表示素子のＭ　Ｉ　Ｍマトリッ
クス基板の構成例を示す一部断面図である。 第２Ａ図〜第２Ｄ図は本発明におけるＭ　Ｉ　Ｍ素子の
作成工程を説明する図である。 第３図は、第２Ｂ図の一部拡大図である。 １１．３１・・・基板　　　　　２１・・・第１の金属
層２３・・・絶縁体層 ２３ａ・・・緻密な酸化膜 ２３ｂ・・・多孔性酸化膜 ２５・・・第２の金属層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、複数の表示画素を有し、各表示画素にそれぞれ金属
   −絶縁体−金属構造を有する非線形抵抗素子（以下、Ｍ
   ＩＭ素子と呼ぶ）を結合したマトリックス型液晶表示装
   置の製造方法において、基板上に第１の金属層をパター
   ン形成し、該金属層を陽極酸化して絶縁体層を形成した
   後、該絶縁体層の上層部をエッチングし、ついで残存す
   る絶縁体層の上部に接して第２の金属層をパターン形成
   することによりＭＩＭ素子を作成することを特徴とする
   マトリックス型液晶表示装置の製造方法。