JPH09258263A

JPH09258263A - 液晶表示装置およびその製造方法

Info

Publication number: JPH09258263A
Application number: JP6503196A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Fujikawa; 陽介藤川; Yoshihisa Ishimoto; 佳久石本; Toshiyuki Yoshimizu; 敏幸吉水
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-03-21
Filing date: 1996-03-21
Publication date: 1997-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】下部電極のエッチング端を使用しないＭＩＭ
素子において、不可避的に発生する付加容量を最小限に
し、かつパターニングしやすい形状のＭＩＭ素子を実現
する。【解決手段】信号配線５から分岐した部分または一部
を下部電極５ａとして、そのエッチング端の近傍の上方
にのみ第２の絶縁体２４を設ける。第２の絶縁体２４は
コンタクトスリット２５を形成しており、コンタクトス
リット２５に対応する位置の下部電極５ａ、非線形な電
圧−電流特性を有する第１の絶縁体８および上部電極６
がＭＩＭ素子として機能する。これにより、付加的な容
量が形成されてしまう部分の面積を幾何学的に最小限に
抑える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に関す
るもので、特に２端子非線形素子の製造方法に使用され
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置はその低消費電力、
薄型、軽量である特徴から、パーソナルコンピュータ
ー、ワードプロセッサ、オフィスオートメーション用の
端末表示装置、テレビジョンなどの表示用途に使用され
てきており、より大容量表示、高画質が求められてい
る。

【０００３】従来の液晶表示装置は、ＴＮ（Twisted Ne
matic）方式あるいはＳＴＮ（SuperTwisted Nematic）
方式の電圧平均化法による単純マトリクス駆動を行って
いたが、この方式では走査線の増加によってコントラス
ト比が十分に得られなくなるため、大容量表示に適さな
い。

【０００４】そこで、表示画面を構成している個々の画
素にスイッチング素子を設けたアクティブ駆動が開発さ
れている。上記スイッチング素子としては、薄膜トラン
ジスタや２端子非線形素子が用いられているが、構造が
簡単で、製造コストの面で有利な２端子非線形素子を用
いた液晶表示装置が有望視されており、金属−絶縁体−
金属（Metal-Insulator-Metal，以降ＭＩＭと呼称す
る。）構造を有するものは実用化がなされている。

【０００５】このＭＩＭ素子は、入力信号の電圧が小さ
い時に高抵抗となる特性を持ち、また入力信号の電圧が
液晶を駆動させるために十分に大きい時には低抵抗とな
るいわゆるPoole-Frenkel則に従った電圧−電流特性を
示す。

【０００６】ＭＩＭ素子を形成した液晶表示装置は、こ
のような非線形電流−電圧特性をＯＮ／ＯＦＦのスイッ
チングに応用したものである。

【０００７】図１０は、従来のＭＩＭ素子を用いた液晶
表示装置１の平面図である。図中ではＭＩＭ素子が形成
されている基板（素子側基板）２が紙面の向こう側にあ
り、対向側電極が形成されている基板（対向側基板）３
が紙面手前側にあるように示されている。この液晶表示
装置１は、４８０ドット（Ｈ）×３２０ドット（Ｖ）の
いわゆるＨ−ＶＧＡの画素配列を持ち、反射型でモノク
ロ表示を行う。

【０００８】図１１は、液晶表示装置１の表示領域内の
任意の位置Ａにおける素子側基板２に形成されている１
画素を示す平面図である。図１２は、素子側基板２に向
かい合わせられる対向側基板３の平面図である。図１３
は、図１１のＢ−Ｂ’線に沿った液晶表示装置１の断面
図である。

【０００９】１つの画素は、ガラス基板２の表面２ａ上
に形成された画素電極７、信号配線５、およびＭＩＭ素
子４から構成される。

【００１０】信号配線５の各々は、素子側基板端に形成
された素子側端子１５に接続される。また、信号配線に
直交する向きになるように、対向側基板３の表面３ａ上
にストライプ状に形成された対向側電極９は、対向側基
板端に形成された対向側端子１６に接続されている。液
晶表示装置１を駆動させるときは、上記の素子側端子１
５と対向側端子１６の間に信号波形を印加して行う。

【００１１】また、図１１の斜線部で示されるＭＩＭ素
子４は、後述するように、ＭＩＭ素子４の容量と液晶の
容量とが適正な容量比となるように設計する必要があ
る。一般的な目安としては、液晶の容量／素子の容量が
１０前後となるように設計される。

【００１２】ＭＩＭ素子４を構成する材料に関しては、
例えば下部電極としてタンタル（Ｔａ）、上部電極とし
てチタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）あるいはクロ
ム（Ｃｒ）が用いられ、絶縁体には酸化タンタル（Ｔａ
Ｏ_x）が用いられる。

【００１３】素子側基板を作製する方法の例を、図１４
に従って説明する。図１４は、ＭＩＭ素子４の断面を示
している。

【００１４】まず、ガラス基板２の表面２ａ上にタンタ
ル（Ｔａ）薄膜をスパッタリング法によって堆積し、こ
れをフォトリソグラフィー法によってパターニングする
ことにより信号配線５および下部電極５ａを形成する
（図１４（ａ））。

【００１５】次に、例えば陽極酸化法によってＴａ薄膜
上に酸化タンタル（ＴａＯ_x）からなる絶縁体８を形成
する（図１４（ｂ））。

【００１６】次に、上部電極６として例えばチタン（Ｔ
ｉ）をＴａ同様に、基板上に薄膜形成し、上部電極６の
パターンを形成する（図１４（ｃ））。

【００１７】さらに透明導電材、例えばＩＴＯ（Indium
Tin Oxide）を薄膜形成し、フォトリソグラフィー法に
よって画素電極７を形成する（図１４（ｄ））。

【００１８】ＭＩＭ素子４が各画素に設けられたガラス
基板（素子側基板）２は、液晶分子１４の配向制御のた
めに、ポリイミド膜などの配向膜１０の形成とラビング
処理が行われる。

【００１９】また、基板表面３ａに対向側電極９が形成
された対向側基板３にも同様に配向膜１１を形成し、素
子側基板のラビング方向と例えば９０°ねじった方向に
ラビング処理が行われる。

【００２０】上記素子側基板２と対向側基板３は、配向
膜が向かい合わせになり、かつ１０μｍ前後の間隔を保
持するようにシール材１７を介して貼り合わせられ、液
晶が注入・封止され液晶セルを構成する。

【００２１】そして、この液晶セルの外側表面に偏光軸
を９０°ねじった形で偏光板１２および１３を配置する
ことによって液晶表示装置１が構成される。ここで偏光
板１２としては反射板付きのものが用いられる。

【００２２】なお、偏光板１２として、透過タイプの偏
光板を貼り付け、バックライトを使用すれば透過型の液
晶表示装置になるのはいうまでも無い。もちろん対向側
基板３にマイクロカラーフィルターを形成すれば、カラ
ー表示を行うことも可能である。

【００２３】ところで、上述したような反射型液晶表示
装置１は、外部からの入射光を反射させて表示を行うも
のである。したがって、バックライトが不用となり、消
費電力が低くかつ薄型軽量化が可能となるために、例え
ば携帯情報端末のディスプレイとして期待されている。
特にこのディスプレイとしては、高解像度・大容量で、
ぺ一パーホワイトと呼ばれる明るい反射型液晶表示装置
が適している。

【００２４】しかしながら、このような反射型液晶表示
装置１では、入射光が偏光板１３で吸収されてしまうた
めに、通常、反射率は５０％以下となってしまい、明る
さについては十分な明るさとは言えない。

【００２５】このような問題に対して、偏光板を用いず
に全ての入射光を有効に利用する表示モードの液晶表示
装置が提案されている。このような液晶表示装置として
は、例えば相転移型ゲスト・ホスト方式の液晶表示装置
が挙げられる。

【００２６】図１５は、相転移型ゲスト・ホスト（Ｇ
Ｈ）方式の液晶表示装置の素子側基板２の平面図であ
る。また、図１６はその対向側基板３の平面図であり、
図１７は図１５中Ｃ−Ｃ’における断面図である。

【００２７】なお、この液晶表示装置の基本的な平面図
は図１０と同じであり、Ｈ−ＶＧＡの画素配列を有すの
で省略する。しかし、図１６に示すように、この液晶表
示装置では、カラー表示を行わせるために、対向側基板
３にシアン１８ａとレッド１８ｂのマイクロカラーフィ
ルターが交互に設けてある。したがって、素子側端子の
数は、４８０本の２倍の数を必要とするので、９６０本
設けている。

【００２８】この液晶表示装置では、画素電極７は反射
板の機能を兼ねており、輝度およびコントラスト比を向
上させるために、凹凸（図１５中において実線で示され
た大小の円）を形成した有機絶縁層１９の上面に形成さ
れ、高反射率を有する拡散反射面となっている。すなわ
ち、図１０に示す従来の反射型液晶表示装置では液晶セ
ルの外側表面に形成されていた反射板を、このゲスト・
ホスト方式の液晶表示装置では液晶セル内部に形成して
いる。この画素電極兼反射板の材料としては、例えばア
ルミニウム（Ａｌ）が用いられる。

【００２９】また、ＭＩＭ素子４の上部電極６と画素電
極７との電気的接続は、有機絶縁層１９に設けたスルー
ホール２０を通じて行う。

【００３０】表示のＯＮ／０ＦＦは、画素電極７と対向
側電極９との間に印加される電圧によって、２色性色素
を含んだゲストホスト液晶の配向状態を制御することに
よって行う。２色性色素の分子（図１７の２１）は液晶
分子（図１７の２２）に沿って配向する性質を有してい
る。したがって、電圧印加時には、液晶分子および２色
性色素の分子が基板表面に対してほぽ垂直方向に配列す
るので、対向側基板方向から入射した光は、２色性色素
に吸収されずに液晶層を通過して、反射板を兼ねた画素
電極７で反射して再度液晶層１を通過して出射する。ま
た電圧無印加時には、液晶分子および２色性色素の分子
が不規則に配列しているので、入射した光は２色性色素
に吸収され、遮断される。このようにして、入射光の反
射による明るい表示（白表示）と、入射光の遮断による
暗い表示（黒表示）が行われる為、偏光板が不要であり
明るい表示が得られる。

【００３１】このような相転移型の液晶表示装置であっ
ても、基本的な等価回路は図１０に示した液晶表示装置
と同一である。このため、液晶とＭＩＭ素子との容量比
は、適切な値（約１０）になるように設計される。

【００３２】図１８（ａ）はこうしたＭＩＭ素子を用い
た液晶表示装置の１画素の等価回路図である。ＭＩＭ素
子は、非線形抵抗（Ｒ_MIM）と容量（Ｃ_MIM）の並列回路
で表記される。また液晶は抵抗（Ｒ_LC）と容量（Ｃ_LC）
の並列回路である。

【００３３】図１８（ｂ）から（ｅ）は基本的な駆動信
号波形および液晶に印加される電圧の時間変化を示した
ものである。

【００３４】例えば、走査線（対向側電極）には周期Ｔ
毎に振幅Ｖｐの選択波形がＴ_ONの長さの期間印加され
（図１８（ｂ））、信号配線（下部電極）には液晶の表
示状態を決定するデータ信号が印加される（図１８
（ｃ））。実際に印加される電圧は、（ｂ）と（ｃ）と
の合成になるので（ｄ）のような波形となる。

【００３５】一般には、液晶の信頼性を保持するため
に、交互に極性を反転させ交流駆動を行う。

【００３６】いま、ある走査線（対向側電極）に選択波
形が印加された時を考える。このとき、選択された画素
に加わる電圧（Ｖ_P±Ｖ_D）は、容量分割されＭＩＭ素子
に印加される電圧Ｖ_MIMは、Ｖ_MIM＝Ｃ_LC／（Ｃ_LC＋Ｃ_MIM）・（Ｖ_P±Ｖ_D）である。

【００３７】ここで、ＭＩＭ素子の容量Ｃ_MIMを十分小
さく、つまりＣ_MIM＜＜Ｃ_LCとしておけば、ほとんどの
電圧はＭＩＭ素子に印加されることになる。このとき、
ＭＩＭ素子は電圧が高いときに低抵抗となる非線形性の
電圧−電流特性を有しているのでＯＮ状態となり、表示
状態に対応した電荷が液晶の容量Ｃ_LCに書き込まれる。

【００３８】このような選択時間（Ｔ_ON）が終了して選
択波形が立ち下がるとき、液晶に印加される電圧Ｖ_LCは
Ｃ_LCとＣ_MIMの容量結合により、以下に示す△Ｖだけ急
減し、次に選択されるまでＭＩＭ素子のＯＦＦ抵抗を介
して放電し続ける。

【００３９】 △Ｖ＝Ｃ_MIM／（Ｃ_LC＋Ｃ_MIM）・（Ｖ_P±Ｖ_D）以後も同様の信号の繰り返すことにより表示を行うが、
液晶の容量Ｃ_LCとＭＩＭ素子の容量Ｃ_MIMの比Ｃ_LC／Ｃ
_MIMはできるだけ大きいほうが望ましい。なぜならば、
この比の値が小さいと、選択時にＭＩＭ素子へ十分な電
圧が加わらないので不完全なＯＮ状態になる。あるいは
選択波形が立ち下がる時、液晶に加わる電圧の急減（△
Ｖ）が大きくなるので、液晶に印加される実効電圧が低
下する等の問題が生じるからである。したがって、良好
な表示を行うためには、目安としてＣ_LC／Ｃ_MIMは１０
前後を確保することが望ましいとされている。

【００４０】また、画素毎に素子と液晶の容量比が異な
ると表示ムラとなるため、ＭＩＭ素子の容量がばらつく
ことも避けねばならない。非線形性を有する薄い絶縁体
を、陽極酸化法で形成した場合は、膜厚の仕上がりが良
好な絶縁体が得られるので、ＭＩＭ素子の容量のばらつ
きは実質的に素子の面積の仕上がりに左右されることに
なる。このため、表示ムラを防ぐためには、寸法の均一
な素子を作ることが重要である。

【００４１】図１９は、液晶の容量／ＭＩＭ素子の容量
の比と、液晶表示装置のコントラスト比との関係を示し
た図である。図１９には例として、相転移型のＧＨモ一
ドを利用した反射型液晶表示装置を測定した結果を示
す。容量比は、画素の電極面積（すなわち液晶の容量）
は一定として故意に素子の寸法面積を変えた液晶表示装
置を作製し、値を５．９８、７．８２、１０．８４、１
２．８８および２１．６８とした。

【００４２】コントラスト比は、液晶と素子との容量比
が１０前後で飽和し、容量比が小さくなると低下する傾
向を示す。特に容量比が８に満たないとコントラストの
低下が大きくなるため、容量比は８以上、好ましくは１
０を確保するのが望ましい。

【００４３】また容量比が小さい程、駆動電圧を高くし
ないと素子が充分ＯＮにならないため、駆動ＬＳＩの耐
圧や消費電力を考慮すると低い駆動電圧が望まれる。し
たがって、液晶と素子との容量比は大きいことが好まし
い。

【００４４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、前記ＭＩＭ素
子４の絶縁体８の厚さは４０〜７０ｎｍ程度であるた
め、電気的耐圧が低く、工程中で生じる静電気によって
容易に絶縁破壊され得る。この結果、ＭＩＭ素子の上下
電極が短絡し、ＭＩＭ素子がスイッチング素子として機
能しなくなった画素は、画面上に点欠陥として現れるた
めに表示品位を落とし、液晶表示装置を製造する上で歩
留まりが悪化する。

【００４５】特に、携帯情報端末などに使用される液晶
表示装置には、高解像度で大容量表示のものが必要とさ
れるため、画素数すなわち素子の数は必然的に多くな
る。加えてカラー表示を行う場合には、モノクロ表示の
画素配列数と同じ画素の表示であっても、マイクロカラ
ーフィルターを設ける分だけ、さらに素子の数は増加す
る。

【００４６】また、マイクロカラーフィルターを形成し
た場合は、点欠陥部分は着色して見え、より点欠陥が目
立ち見苦しくなる。したがって、点欠陥の抑制は重要な
課題となっている。

【００４７】このため、静電気対策として工程中の湿度
管理、作業者にアースを設けたり、イオナイザーなど、
液晶表示装置製造下での環境の制御が行われているが、
完全こＭＩＭ素子の絶縁破壊を防止することはできてい
ない。

【００４８】そこで、ＭＩＭ素子の耐圧性そのものを改
善する試みも検討されている。絶縁体８の膜厚を厚くし
て電気的耐圧を向上させることはできるが、スイッチン
グ素子としての特性が悪くなり、電圧−電流特性の急峻
性が悪くなってしまうので、素子の構造的な面から検討
が行われている。

【００４９】一般にＭＩＭ素子においては、下部電極パ
ターンのエッチング端上に位置する絶縁体には電界が集
中し易いため、あるいは絶縁体の形成時のステップカバ
レッジ性の悪さのために絶縁破壊が引き起こされ易い。
従来の構造のＭＩＭ素子においては、下部電極の平垣部
上に位置する絶縁体だけでなく、必然的にエッチング端
上に位置する絶縁体もＭＩＭ素子の絶縁体として使用さ
れるため、ＭＩＭ素子自体の絶縁破壊が引き起こされ易
くなっている。

【００５０】そこで、絶縁破壊され易い下部電極のエッ
チング端部の絶縁体を、さらに絶縁性を有する中間層で
覆うことが提案されている。これは、下部電極の平坦部
上の絶縁体のみをＭＩＭ素子の絶縁体として使用するこ
とにより、素子の絶縁破壊を低減するものである。この
ようなＭＩＭ素子は、例えば特開平１−２７００２７
号、特開平３−１６０４２０号、特開平４−３６７８２
７号および特開平５−１１９３５３号に記載されてい
る。

【００５１】このような中間絶縁層を備えたＭＩＭ素子
は、一般的には、下部電極を形成する工程と、非線形性
を有する絶縁体（第１の絶縁体）を形成する工程と、中
間絶縁層（第２の絶縁体）を形成する工程と、上部電極
を形成する工程とを経て作製され、中間絶縁層の一部に
設けられた孔伏の開口部（コンタクトホール）を介し
て、上部電極と非線形性を有する絶縁体および下部電極
とが接続された、いわゆるトップコンタクト構造がとら
れる。

【００５２】図２０（ａ）はこのような中間絶縁層にコ
ンタクトホールを設けて形成したＭＩＭ素子の平面図で
ある。また、図２０（ｂ）から（ｄ）は、図２０（ａ）
のＤ−Ｄ’線に沿った素子側基板の断面図である。この
断面は、素子の形成方法により種々の層構造をとるが、
いずれの場合でも下部電極５ａのエッチング端を素子と
して使用していないことが特徴である。

【００５３】例えば、図２０（ｂ）の素子は、以下の工
程で形成することができる。

【００５４】まず、素子側基板２の表面に下部電極５ａ
を形成した後、下部電極５ａの表面を陽極酸化し、非線
形を有する絶縁体８を成膜する。

【００５５】次に中間絶縁層２４を基板２の表面に成膜
し、コンタクトホールとなる開口部分２３を開ける。ー
般には中間絶縁層２４としては金属酸化物あるいは窒化
物が用いられることが多い。ただし、中間絶縁層２４
は、低温で成膜する必要がある。先に成膜した絶縁体８
が、中間絶縁層２４を成膜するための熱プロセスにおい
て高温にさらされると、ＭＩＭ素子の特性が悪化してし
まうからである。

【００５６】このコンタクトホールを開けた状態で上部
電極６を形成してＭＩＭ素子を構成し、次いで画素電極
７を形成して、これを上部電極６に接続する。したがっ
て、ＭＩＭ素子は、下部電極５ａ−絶縁体８−上部電極
６からなり、素子の面積はコンタクトホール２３の面積
となる。

【００５７】ここで、中間絶縁層２４を成膜する際の熱
によるＭＩＭ素子の特性の劣化を避けるために、絶縁体
８と中間絶縁層２４とを形成する順番を変えることもで
きる。例えば図２０（ｃ）に示すＭＩＭ素子は、以下の
工程で形成することができる。

【００５８】まず、素子側基板２の表面に下部電極５ａ
を形成した後、中間絶縁層２４を成膜し、コンタクトホ
ールとなる開口部２３を開ける。次に、非線形性を示す
絶縁体８を基板２の表面にスパッタリング法などにより
成膜し、所定の形状にパターニングする。さらに、上部
電極６および画素電極７を、上述した中間絶縁層２４の
形成に先立って絶縁体８を形成する場合と同様にして形
成する。

【００５９】このようにして得られる図２０（ｃ）に示
すＭＩＭ素子においても、素子の面積はコンタクトホー
ル２３の面積となる。

【００６０】ただし、絶縁体８をスパッタリング法を用
いて成膜した場合は、ピンホールが生じ易く、また膜厚
の均一性が劣るために素子の容量がばらつくという問題
がある。したがって、図２０（ｃ）に図示するＭＩＭ素
子の形成工程において、非線形性を有する絶縁体８を他
の方法で成膜することにより、膜厚の均一性を図ること
もできる。例えば、スパッタリング法に代えて、陽極酸
化法あるいは熱酸化法を用いることができる。この場
合、絶縁体８はコンタクトホール２３に対応する下部電
極５ａの部分の表面のみに成膜されるので、ＭＩＭ素子
の断面は、図２０（ｄ）に示す構造を取る。

【００６１】このように、コンタクトホールを利用した
構造のＭＩＭ素子は、絶縁破壊されやすい下部電極のエ
ッチング端を素子として使わないので、絶縁破壊の確率
を抑制することができ、それ故に欠陥対策として行われ
る。しかし、このようなＭＩＭ素子でも場合によっては
問題が生じる。

【００６２】既述したように、携帯情報端末に使われる
液晶表示装置は小型画面でありながら大容量表示を求め
られる為、必然的に画素ピッチが小さくなる。したがっ
て、１画素の液晶の容量が小さくなる。

【００６３】前述したように、液晶とＭＩＭ素子との容
量比は１０前後を確保する必要があるので、必然的にＭ
ＩＭ素子の寸法（容量）を小さくする必要がある。場合
によっては数μｍの寸法が要求され、露光上の限界に近
付くこともある。

【００６４】ここで、このような小さい寸法が素子とし
て要求された、コンタクトホールを用いた構造のＭＩＭ
素子を考える。

【００６５】従来、コンタクトホールを設計する場合に
は、下部電極・コンタクトホールおよび上部電極のパタ
ーンの重ね合わせずれやエッチングによる線幅の細りを
考慮して、コンタクトホールの寸法（すなわち素子の寸
法）よりも下部電極および上部電極の線幅を太くした露
光マスクを作製する。

【００６６】前述したように液晶と素子の容量比が重要
であると述べた通り、素子の寸法（容量）が大きくなる
ことは避けねばならない。しかし、従来の構造のＭＩＭ
素子の場合、下部電極５ａ−絶縁体８−上部電極６で構
成される素子の容量とは別に、図２０（ａ）に図示した
斜線部分Ｅに付加容量が生じてしまう。この付加容量
は、コンタクトホールを設ける場合、不可避的に発生し
０にすることはできない。

【００６７】この容量体の構造は、図２０（ｂ）や図２
０（ｃ）の素子断面であれば、下部電極５ａ−絶縁体８
−中間絶縁層２４−上部電極６から構成され、図２０
（ｄ）の素子断面であれば下部電極５ａ−中間絶縁層２
４−上部電極６からなる。

【００６８】この容量体はダイオードとして機能はしな
いが、本来の素子容量Ｃ_MIMに並列に接続された容量体
（Ｃ_add）であり、結果的に素子の容量を大きくしてし
まう（図１８（ａ）の等価回路において破線で示してい
る）。したがって、液晶と素子との容量比が小さくなり
不具合である。

【００６９】具体的に液晶と素子との容量比の低下を計
算してみる。例として、以下の数値を用いる。

【００７０】素子の構造：：図２０（ａ）下部電極の仕上がり線幅：１０μｍ上部電極の仕上がり線幅：１０μｍスルーホール（素子）の仕上がり面積：４μｍ×４μｍ絶縁体８（Ｔａ₂Ｏ₅）の膜厚（ｄ_Ta205）および比誘電率（ε_Ta205）：６０ｎｍ、２０中間絶縁層（Ｓｉ₃Ｎ₄）の膜厚（ｄ_Si3N4）および比誘電率（ε_Si3N4）：３００ｎｍ、８上記の数値を用いると本来のＭＩＭ素子の面積
（Ｓ_MIM）は１６μｍ²、付加の容量体の面積（斜線部
Ｅ、Ｓ_add）は１０×１０−１６＝８４μｍ²となる。

【００７１】容量Ｃは、面積Ｓおよび比誘電率ε膜厚の
逆数１／ｄに比例するので、Ｃ_addとＣ_MIMとの関係は算
出でき、Ｃ_add＝Ｃ_MIM×(ε_Si3N4Ｓ_add／ｄ_Si3N4)／(ε_Ta205Ｓ_MIM／ｄ_Ta205) ≒Ｃ_MIM×０．４２となる。

【００７２】すなわち付加の容量Ｃ_addは本来の素子の
容量Ｃ_MIMの約４２％となる。したがって、液晶と素子
との容量比は、当初設定した値Ｃ_LC／Ｃ_MIM＝１０が、
実質的に１０／（１＋０．４２）≒７．０４まで小さく
なってしまうことが判る。画素ピッチが小さくＣ_LC／Ｃ
_MIMの容量比が１０に満たないような場合には、益々こ
のような付加容量の存在が問題となる。

【００７３】この結果、任意の素子（画素）に選択波形
が印加されても十分にＯＮ状態にならず、コントラスト
比が小さくなってしまうので問題である。

【００７４】加えて、コンタクトホールの寸法が小さい
ために、パターンがきれず、接続不良が生じ、素子の形
成そのものが困難になる問題もある。

【００７５】本発明はこのような現状に鑑みてなされた
ものであり、中間絶縁層を用いた構造のＭＩＭ素子の形
成において不可避的に発生する素子への付加容量を最小
限にし、かつパターニングしやすい形状としたＭＩＭ素
子を実現し、点欠陥を抑制した液晶表示装置を提供する
ことを目的とする。

【００７６】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、一対の基板と、該一対の基板の間に挟まれた液晶層
とを備えており、該一対の基板の少なくとも一方の該液
晶層側の表面にはマトリクス状に配置された複数の画素
電極のそれぞれと該複数の信号配線のうちの対応する１
つに接続された２端子非線形素子が形成されている液晶
表示装置であって、該２端子非線形素子は、該対応する
信号配線に接続された下部電極と、該下部電極を覆うよ
うに形成された非線形性を有する絶縁体と、対応する画
素電極に接続された上部電極とを有しており、該絶縁体
は、非線形性を有する第１の絶縁体と、該下部電極のエ
ッチング端を覆うように形成されており、該上部電極を
該第１の絶縁体に電気的に接続するためのスリットを有
している第２の絶縁体とで構成され、それにより該２端
子非線形素子のサイズが該第２の絶縁体の該スリットの
開口幅および該上部電極の線幅によって決定され、その
ことにより上記目的を達成する。

【００７７】前記２端子非線形素子の前記上部電極は、
前記対応する信号配線の一部であり、該対応する信号配
線の直上に該２端子非線形素子が形成されてもよい。

【００７８】前記下部電極、前記第１の絶縁体および前
記上部電極から形成される容量体の容量Ｃ_MIMと、該下
部電極、前記第２の絶縁体（あるいは該第２の絶縁体と
該第１の絶縁体との積層体）および上部電極から形成さ
れる容量体Ｃ_addとの関係が、Ｃ_add≦Ｃ_MIM×０．２５
であると好ましい。

【００７９】前記２端子非線形素子の前記第２の絶縁体
は、金属窒化物、金属酸化物および有機絶縁膜のいずれ
か１つでよいが、これらの積層物であってもかまわな
い。

【００８０】本発明の液晶表示装置の製造方法は、
（ａ）信号配線に接続された下部電極を形成する工程
と、（ｂ）スリットを有する中間絶縁層を該下部電極
の上面に形成する工程であって、該中間絶縁層は直線状
にエッチングされた該下部電極の両端を覆うように形成
され、該スリットを該下部電極の上面に、かつ直線状に
形成された下部電極に平行な方向に設ける工程と、
（ｃ）非線形性を有する絶縁体を少なくとも下部電極
の表面を陽極酸化することにより形成する工程と、
（ｄ）上部電極を該中間絶縁層の該スリットと交差す
る向きに直線状に形成する工程とを包含しており、その
ことにより上記目的を達成する。

【００８１】前記液晶表示装置の製造方法において、前
記中間絶縁層を窒化ケイ素から形成し、前記下部電極の
表面を陽極酸化する際の化成電圧を２０Ｖ以上３５Ｖ以
下とすると好ましい。

【００８２】また、本発明の液晶表示装置の製造方法
は、（ａ）信号配線に接続された下部電極を形成する
工程と、（ｂ）少なくとも該下部電極の表面上に、陽
極酸化法により非線形性を有する絶縁体を形成する工程
と、（ｃ）スリットを有する中間絶縁層を該下部電極
の上面に形成する工程であって、該中間絶縁層は、上記
絶縁体の非線形性に影響を与えないような温度で形成さ
れ、直線状にエッチングされた該下部電極の両端を覆う
ように配置され、該スリットを該下部電極の上面にかつ
直線状に形成された下部電極に平行な方向に設ける工程
と、（ｄ）上部電極を、該中間絶縁層の該スリットを
交差する向きに直線状に形成する工程とを包含してもよ
い。

【００８３】また、前記工程（ｃ）における中間絶縁層
の成膜温度は、約２５０℃以下で行うと好ましい。

【００８４】以下作用について説明する。

【００８５】本発明の液晶表示装置では、下部電極のエ
ッチング端を素子として使用しない素子構造において、
必然的に生じ、かつ液晶とＭＩＭ素子との容量比を減少
させてしまう付加容量を最小限に抑えた構造のＭＩＭ素
子を得られるので、素子サイズが小さくても適正な容量
比を確保しやすく、接続不良の少ないＭＩＭ素子を得る
ことができる。

【００８６】したがって、大容量表示で画素ピッチの小
さい液晶表示装置であっても、点欠陥対策としての素子
構造をとることが可能となり、点欠陥を抑えた液晶表示
装置を提供することができる。

【００８７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の液晶表示装置を図
面を参照しながら説明する。

【００８８】（実施例１）図１は、本発明の液晶表示装
置の実施例１における素子側基板２の平面図であり、１
画素周辺に相当する。本実施例の液晶表示装置は、図１
に示すような構成の素子側基板２と、図１２に示すよう
な構成の対向側基板とを有しており、両基板を貼り合わ
せた状態での平面図は、図１０と同一であるので説明を
省略する。

【００８９】図２は、図１のＭＩＭ素子４近傍部の平面
図である。なお、見やすくするために画素電極７は省略
している。図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、図１のＥ
−Ｅ’線およびＦ−Ｆ’線に沿った断面図である。

【００９０】本実施例の素子側基板２の表面には、マト
リクス状に配置された画素電極７、各画素電極７に対し
て設けられたＭＩＭ素子４、および互いに平行に配置さ
れた複数の信号配線５が形成されている。各信号配線５
は、対応する１列の画素電極７にＭＩＭ素子４を介して
電気的に接続されている。ＭＩＭ素子４は、下部電極５
ａ、非線形性を有する第１の絶縁体８および上部電極６
からなる２端子素子である。下部電極５ａのエッチング
端の上方には第２の絶縁体２４が設けられており、この
ＭＩＭ素子４は下部電極５ａのエッチング端を素子とし
て使用していない。ここで、図１に示す下部電極５ａの
３つの端部のうちで信号配線５に対向する端部を単に先
端と呼び、残りの２つの端部、つまり信号配線５に平行
な方向における両端部をエッチング端と呼ぶことにす
る。

【００９１】第２の絶縁体２４は、下部電極５ａが信号
配線５から張り出している方向（図１におけるＦ−Ｆ’
線に沿った方向）に平行になるように、かつ下部電極５
ａのエッチング端の上方にストライプ状に形成され、そ
れにより図２に示すように下部電極５ａのエッチング端
に挟まれる領域の上方にスリット２５を形成している。

【００９２】上部電極６は、ストライプ状に形成した第
２の絶縁体２４に直交する向き（図１におけるＥ−Ｅ’
線に沿った方向）に直線状に形成される。

【００９３】したがって、本実施例では、ＭＩＭ素子４
として機能するのは図１中の斜線で示した部分であり、
この部分の面積は、第２の絶縁体２４であるストライプ
間の距離（つまり、スリット２５の幅）と上部電極６の
線幅とで決定されることになる。

【００９４】以下、本実施例における素子側基板２の製
造工程を図４に従って説明する。図４は、図１のＥ−
Ｅ’線に沿った断面図を示している。

【００９５】まず、ガラス基板２の表面２ａに、信号配
線５および下部電極５ａとなる金属薄膜、例えばＴａ薄
膜を形成し、所定の形状にパターニングずる（図４
（ａ））。本実施例では、ガラス基板２としてコーニン
グ社製＃７０５９のフュージョンパイレックスガラスを
用いた。また、図示してはいないが、Ｔａ薄膜を形成す
る前にガラス基板２の表面２ａ上に、五酸化タンタルな
どの絶縁性を有するベースコート膜を形成しても良い。
ベースコート膜は省略することもできるが、ガラス基板
からの不純物による汚染を防止でき、良好な素子特性を
得ることができる。

【００９６】Ｔａ薄膜は、窒素を約２〜１０ｍｏｌ％含
有するＴａの焼結体ターゲットを使用したＤＣスパッタ
リング法により、３００ｎｍの厚さを有するように堆積
し、これをＣＦ₄とＯ₂を用いたドライエッチング法を用
いて所定の形状にパターニングした。

【００９７】なお、本発明によれば、上述したようにＭ
ＩＭ素子４の容量Ｃ_MIMは下部電極５ａの線幅に左右さ
れず、第２絶縁体２４のスリット２５の幅と、上部電極
６の線幅とによって決定される。したがって、本実施例
のようにエッチング精度の高いドライエッチング法を用
いる必要は必ずしもない。弗硝酸などを用いたウエット
エッチング法によってＴａ薄膜のパターニングを行って
もよい。この場合には、処理速度が向上するのでスルー
プットを考える上で好ましい。

【００９８】次に、基板２の表面２ａに、中間絶縁層と
なる第２の絶縁体２４を成膜し、下部電極５ａのエッチ
ング端周辺部の上方に中間絶縁層２４が残るように、下
部電極５ａの張り出し方向に平行にストライプ状にパタ
ーニングし、スリット２５を設ける（図４（ｂ））。本
実施例では、第２の絶縁体２４として、Ｐ−ＣＶＤ法で
窒化ケイ素膜を３５０℃で厚み３００ｎｍで形成し、緩
衝弗酸を用いたウエットエッチング法により所定の形状
にパターニングした。絶縁体２４のパターニングは、ウ
エットエッチング法でなくドライエッチング法を用いて
も良い。

【００９９】次に、第１の絶縁体８を、陽極酸化法を用
いて、第２の絶縁体２４に覆われていない下部電極５ａ
上に形成した（図４（ｃ））。本実施例では、陽極酸化
に用いる電解液として１％酒石酸アンモニウム溶液を用
い、温度を２５℃、化成電流を陽極酸化される部分の面
積に対し０.１８ｍＡ／ｃｍ²として陽極酸化を行った。

【０１００】ここで、ＭＩＭ素子の絶縁膜として用いる
陽極酸化膜を形成する際の化成電圧とＭＩＭ素子の欠陥
について説明する。

【０１０１】ＭＩＭ素子として使われる陽極酸化膜の膜
厚は、一般的には４０〜７０ｎｍである。この厚さは、
上述した陽極酸化条件下では、約２０〜３７Ｖの化成電
圧を印加しながら陽極酸化を行うことにより得られる陽
極酸化膜の厚さである。本実施例では、化成電圧を３１
Ｖとして陽極酸化を行い、厚み約６０ｎｍの陽極酸化膜
を得た。

【０１０２】ここで、陽極酸化膜（絶縁体８）の厚みは
化成電圧に比例する。一般には、絶縁体８の膜厚が厚い
ほうが電気的耐圧は高くなるので、静電気による絶縁破
壊を受けにくくなり、ＭＩＭ素子の欠陥の発生を抑制す
ることができるという点で好ましい。しかし、一般的に
素子の電圧−電流特性のしきい値付近の急峻性は、絶縁
体８の膜厚の値に逆比例するため、絶縁体８の膜厚を厚
くすると急峻性が悪化するので、好ましくない。

【０１０３】しかしながら、本願発明者は、本実施例に
おけるＭＩＭ素子の構造では、陽極酸化により絶縁体を
形成する際の化成電圧が低くても、ＭＩＭ素子の欠陥の
発生を抑制できることを見いだした。

【０１０４】表１に、本願発明者の実験により得られた
化成電圧を変えた場合の点欠陥発生数の分布を示す。こ
こで使用した液晶表示装置は、図１６〜図１８に図示し
た画素（素子）数が４８０×ＣＲ×３２０のカラー表示
を行う液晶セルであり、１パネル毎にショート欠陥の発
生数をカウントした。また比較のために、図１１に示す
ような従来のＭＩＭ素子の構造を採用し、絶縁体を形成
するための陽極酸化を３５Ｖで実施したパネルについて
の欠陥の発生数も、併せて記載する。

【０１０５】

【表１】

【０１０６】表１に示すように、従来のＭＩＭ素子の構
造を採用した場合、１パネルあたりの点欠陥の数が５個
以下のパネルの存在割合は約５４％であった。これに対
して、本実施例のＭＩＭ素子の構造では、パネルあたり
の点欠陥数が５個以下であるパネルの存在割合を９０％
前後にまで高めることができ、良好な結果を得た。

【０１０７】特に表１から、本実施例のＭＩＭ素子の構
造では化成電圧が低いほど欠陥の発生数が少なく、化成
電圧は３５Ｖ以下、好ましくは３１Ｖとして陽極酸化を
実施することが好ましいことがわかる。

【０１０８】また、３５Ｖ以下の化成電圧をかけて陽極
酸化を行うことにより得られる絶縁体８は上述した陽極
酸化条件下では約６５ｎｍ以下となり、この程度の厚さ
であればＭＩＭ素子の電圧−電流特性のしきい値付近の
急峻性を悪化させることがない。このため、本実施例の
ＭＩＭ素子では、素子特性を悪化させることなく、素子
の絶縁破壊に対処することができる。

【０１０９】このようにして下部電極５ａの表面を陽極
酸化することにより絶縁体８を形成後、基板２の表面２
ａ上に、例えばＴｉからなる薄膜を形成し、これをパタ
ーニングして上部電極６を得る（図４（ｄ））。こうし
て、下部電極５ａ、第１の絶縁体８および上部電極６か
らなる２端子非線形素子としてのＭＩＭ素子４が得られ
る。

【０１１０】このＭＩＭ素子４では、上述したようにコ
ンタクトスリット２５を介して第１の絶縁体８に下部電
極５ａと上部電極６とを接続させている。このため、従
来のＭＩＭ素子の構造で問題となっていた不可避的に発
生する付加の容量Ｃ_addを形成する部分の面積を、図２
にＧで示すように幾何学的に最小とすることができる。

【０１１１】本実施例のＭＩＭ素子に関して、具体的に
素子容量および付加容量を計算する。従来のコンタクト
ホールを有する構造のＭＩＭ素子と比較するために、素
子容量（面積Ｓ_MIMは４μｍ×４μｍ）は同一として、
既述した定数を用い以下の数値とする。

【０１１２】素子の構造：図３（ａ）下部電極の仕上がり線幅：１０μｍ上部電極の仕上がり線幅：４μｍスリットの仕上がり幅：４μｍ絶縁体８（Ｔａ₂Ｏ₅）の膜厚（ｄ_Ta205）および比誘電率（ε_Ta205）：６０ｎｍ、２０中間絶縁層（Ｓｉ₃Ｎ₄）の膜厚（ｄ_Si3N4）および比誘電率（ε_Si3N4）：３００ｎｍ、８上記の数値を用いると本来のＭＩＭ素子の面積
（Ｓ_MIM）は１６μｍ²、付加の容量体の面積（斜線部
Ｇ、Ｓ_add）は、４×３＋４×３＝２４μｍ²となるの
で、Ｃ_add ＝Ｃ_MIM×（ε_Si3N4・Ｓ_add／ｄ_Si3N4）／（ε_Ta205・Ｓ_MIM／ｄ_Ta205） ≒ Ｃ_MIM×０．１２０となる。

【０１１３】すなわち付加の容量は本来の素子の容量Ｃ
_MIMの約１２％となる。したがって、液晶と素子の容量
比は、当初設定した値Ｃ_LC／Ｃ_MIM＝１０が、１０／
（１＋０．１２）≒８．９となり、液晶表示装置のコン
トラスト比の低下を最小限に抑えることができる。

【０１１４】前述したように、液晶と素子との容量比は
８まで許容することができるので、Ｃ_addはＣ_MIMの２５
％まで許容できる（１０／（１＋０．２５）＝８）。

【０１１５】したがってこの場合には、Ｃ_add≦Ｃ_MIM×
０．２５である限り、下部電極と中間絶縁層の重ね合わ
せマージンを大きくしたり、上部電極の線幅を太くする
ことが可能であるため、ＭＩＭ素子をより作り易くする
ことができる。

【０１１６】加えて、第２の絶縁体２４の形状をストラ
イプ状にし、上部電極との接続部分をスリットとしてい
るので、パターニングが行い易く接続不良が無い構造と
することができる。また、本実施例では第２の絶縁体２
４の形状を２本のストライプで形成したが、図５（ａ）
から（ｃ）に図示した形状でコンタクトスリットを設け
ても良い。例えば、第２の絶縁体２４として窒化ケイ素
を用いた場合には、フォトリソ工程で使用するレジスト
材との密着性が弱く、パターニングの際にレジストがず
れたり剥がれたりするので、ＭＩＭ素子のサイズがばら
つき易い。そこで、パターンずれが起きないようにする
為に、図５（ａ）あるいは（ｂ）のように、ストライプ
の一方を結んで互いに補強する形にしても良い。

【０１１７】また上部電極６は、絶縁体２４のエッチン
グ端の部分の段差で断線する恐れがあるので、少なくと
も上部電極６のパターンより広い面積に絶縁体２４を形
成しても良い。例えば、図５（ｃ）に示すように、画素
全体に絶縁体２４を形成しスリットのみを下部電極上に
設けても構わない。

【０１１８】また、コンタクトスリットとしたことによ
り以下の効果も得られる。これを図２１および図２２を
用いて説明する。

【０１１９】通常、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）や
ＭＩＭ素子などのアクティブ素子を用いた液晶表示装置
では、素子を作り込むために露光精度を確保できるステ
ッパー露光装置を用いることが多い。

【０１２０】ステッパー露光の概略を図２１に示す。干
渉フィルターを通して超高圧水銀灯から集光されたｇ線
およびｈ線は、必要な露光範囲に光が照射されるように
レチクルブラインド２６を通り、光学ミラー２７でコン
デンサレンズ２８に導光され、必要なパターンが描画さ
れているレチクル２９と投影レンズ３０とを通して、レ
ジストが塗布されているガラス基板３１に達する。

【０１２１】同一基板に複数のパターンを露光する場合
には、基板３１を逐次移動させて繰り返して露光する。

【０１２２】さて、露光する際は、出射した光線は、複
数の光学ミラーやレンズを用いた光学系を通して基板に
達するので、調整不良や異常がある場合には基板３１に
投影されたパターン像がひずんでしまうことがある。例
えばポジのレジストとマスクとを用いた場合には、図２
２（ａ）に図示するように画素領域の中央Ｋと周囲Ｌに
位置する素子の寸法が異なり、中央の素子の線幅が太く
仕上がり、周囲の素子の線幅が細く仕上がることがあ
る。従来のＭＩＭ素子の構造の場合では、下部電極５ａ
の線幅の細りと上部電極６の細りが相乗して素子の面積
を小さくさせ、結果として点灯ムラとなるので特に問題
になりやすい。

【０１２３】また、同様な現象はコンタクトホール型の
構造の素子でも発生する恐れがある（図２２（ｂ））。
この場合、周囲のコンタクトホールの面積（素子の面
積）が大きくなるので、やはり点灯ムラが発生する。

【０１２４】ところが、このような素子の仕上がりのば
らつきは非常に小さく工程途中の検査によって発見する
のは困難で、点灯検査によってはじめて判明することも
ある。

【０１２５】しかしながら、本実施例のＭＩＭ素子のよ
うに、スリットを介して上部電極６と非線形性を有する
絶縁体８とを接続し、絶縁体８と下部電極５ａとを接続
する構成では、上述したような素子面積のばらつきを緩
和する効果がある。すなわち、露光を行う際、素子面積
を決定する第２の絶縁体２４のスリット２５の幅の仕上
がり特性と、上部電極６の線幅の仕上がり特性とは逆で
ある。したがって、スリット２５の幅が設計値よりも大
きくなれば、上部電極６の線幅は設計値よりも小さくな
る。幅が広くなったスリット２５を介して線幅が細くな
った上部電極６が第１の絶縁体８と接続されるので、画
素領域の最終的に形成されるＭＩＭ素子の中央と周囲と
で素子面積の差が緩和されるからである。したがって、
露光時の投影異常を原因とする素子面積のばらつきを抑
制することができる。

【０１２６】こうして下部電極５ａ、絶縁体２４、絶縁
体８および上部電極６を形成した後に画素電極７として
例えばＩＴ０を所定の形状にパターニングし１画素を形
成する。

【０１２７】この後、配向膜（図示せず）を形成し、そ
れにラビング処理を行った素子側基板に、対向側電極お
よび配向膜を形成し、配向膜にラビング処理を行った対
向側基板を貼り合わせ、さらに両基板間に液晶材料を封
入することにより液晶層を形成する。以上で液晶セルが
完成する。この液晶セルの両面に偏光板を貼り付けるこ
とによって液晶表示装置が得られる。

【０１２８】（実施例２）実施例１では、第２の絶縁体
２４をパターニングしてスリット２５を形成した後に、
スリット２５に対応する位置の下部電極５ａの表面を陽
極酸化を実施して第１の絶縁体８を形成したが、第２の
絶縁体２４および第１の絶縁体８を形成する順序を逆に
しても、スリットを用いた構造のＭＩＭ素子を作製する
ことができる。

【０１２９】図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、第１の
絶縁体８をまず形成してから第２の絶縁体２４を形成し
た場合の素子側基板のＥ−Ｅ’線およびＦ−Ｆ’線に沿
った断面図である。本実施例では、実施例１とは異な
り、下部電極５ａのエッチング端が、第２の絶縁体２４
だけでなく、第１の絶縁体８および第２の絶縁体２４の
２層の絶縁体で覆われている。

【０１３０】図６の素子側基板の製造工程を、図７を参
照しながら説明する。

【０１３１】まず、ガラス基板２の表面２ａに、信号配
線５および下部電極５ａとなる金属薄膜、例えばＴａを
成膜し、所定の形状にパターニングする（図７
（ａ））。本実施例では、ガラス基板２として、実施例
１と同様に、コーニング社製＃７０５９のフュージョン
パイレックスガラスを用いた。

【０１３２】また、図示してはいないが、Ｔａを成膜す
る前にガラス基板表面に五酸化タンタルなどの絶縁性を
有するベースコート膜を形成しても良い。

【０１３３】Ｔａ薄膜は、窒素を約２〜１０ｍｏｌ％含
有するＴａの焼結体ターゲットを使用したＤＣスパッタ
リング法により厚み３００ｎｍで形成し、ＣＦ₄とＯ₂を
用いたドライエッチング法を用いて所定の形状にパター
ニングした。

【０１３４】なお、ＭＩＭ素子の容量Ｃ_MIMは下部電極
５ａの線幅に左右されないので、エッチングは精度が高
いドライエッチング法を用いる必要は必ずしもない。弗
硝酸などを用いたウエットエッチング法を用いてもよ
い。ウェットエッチング法は処理速度を向上させること
ができるので、スループットを考える上で好ましい。

【０１３５】次に、第１の絶縁体８を、下部電極５ａの
表面を陽極酸化することにより形成した（図７
（ｂ））。本実施例では、陽極酸化に用いる電解液とし
て１％酒石酸アンモニウム溶液を用い、温度を２５℃、
化成電流を陽極酸化される面積に対し０.１８ｍＡ／ｃ
ｍ²とし、化成電圧を３１Ｖとして陽極酸化を行い、厚
み約６０ｎｍの陽極酸化膜を得た。

【０１３６】次に、中間絶縁層となる第２の絶縁体２４
を成膜し、下部電極５ａのエッチング端周辺部の絶縁体
８上に、下部電極５ａの張り出し方向に平行にストライ
プ状にパターニングし、スリット状のコンタクト部分２
５を設ける（図７（ｃ））。第２の絶縁体２４の成膜
は、第１の絶縁体８がＭＩＭ素子の絶縁膜として機能す
ることができる程度の温度下で行われる。本願発明者の
実験では、本実施例のような構造のＭＩＭ素子では、第
１の絶縁体８であるＴａ₂Ｏ₅薄膜が２５０℃以上の温度
にさらされると、ＭＩＭ素子の特性、特に非線形性が、
実用上使いものにならなくなる程度まで落ちてしまうこ
とがわかっている。このため、下部電極５ａのエッチン
グ端を保護するための第２の絶縁体２４の形成に先立っ
て第１の絶縁体８を形成する場合には、第２の絶縁体２
４の成膜温度は第１の絶縁体８の機能を損なわない程度
の温度（本実施例のように第１の絶縁体８がＴａ₂Ｏ₅か
ら形成されるときには約２５０℃以下）にしなければな
らない。なお、第２の絶縁体２４の成膜は、温度さえ上
述したように設定されていさえすれば、どのような方法
を用いてもよい。

【０１３７】本実施例では、第２の絶縁体２４としてス
パッタリング法で二酸化ケイ素からなる膜を２００℃で
形成し、緩衝弗酸を用いたウエットエッチング法により
所定形状にパターニングした。絶縁体２４のパターニン
グは、ウエットエッチング法に代えてドライエッチング
法を用いても良い。

【０１３８】また、下部電極５ａのエッチング端は、絶
縁体８と絶縁体２４とで２重に保護されるので、絶縁体
２４をピンホールの生じやすいスパッタリング法を用い
て成膜することができる。

【０１３９】こうしてパターニングして絶縁体２４を形
成した後に、例えばＴｉ薄膜を基板２の表面２ａ上に形
成し、これをパターニングして上部電極６を得る（図７
（ｄ））。このようにして、下部電極５ａ、第１の絶縁
体８および上部電極６からなる２端子非線形素子として
のＭＩＭ素子が得られる。

【０１４０】本実施例のＭＩＭ素子４では、実施例１と
同様に、スリット２５を介して上部電極６と第１の絶縁
体８とを接続している。このため、不可避的に発生する
付加容量Ｃ_addとなる部分の面積が幾何学的に最小とな
る。具体的に、素子容量および付加容量を計算するため
に、下記の条件を用いる。

【０１４１】素子の構造：図６（ａ）下部電極の仕上がり線幅：１０μｍ上部電極の仕上がり線幅：４μｍスリットの仕上がり幅：４μｍ絶縁体８（Ｔａ₂Ｏ₅）の膜厚（ｄ_Ta205）および比誘電率（ε_Ta205）：６０ｎｍ、２０中間絶縁層２４（ＳｉＯ₂）の膜厚（ｄ_SiO2）および比誘電率（εＳｉＯ₂）：２００ｎｍ、４上記の数値を用いると本来のＭＩＭ素子の面積
（Ｓ_MIM）は１６μｍ²、付加の容量体の面積（斜線部
Ｅ、Ｓ_add））は、４×３＋４×３＝２４μｍ²となり、
付加容量Ｃ_addは五酸化タンタルと二酸化ケイ素の２重
構造であることに注意すれば、Ｃ_add＝Ｃ_MIM×（（Ｓ_add・ε_Ta205・ε_SiO2）／（ε_SiO2・ｄ_Ta205＋ε_Ta205 ・ｄ_SiO2）｝／｛（ε_Ta205・Ｓ_MIM）／ｄ_Ta205） ≒ Ｃ_MIM×０．０８４９となる。

【０１４２】すなわち、付加の容量は本来の素子容量Ｃ
_MIMの約８％で済み、もともと１０で設計した液晶と素
子の容量比は、１０／（１＋０．０８）≒９．３の減少
で済む。

【０１４３】上部電極の仕上がり幅＝１０μｍ、コンタ
クトホールの仕上がり面積を４μｍ×４μｍとした従来
のＭＩＭ素子では、上式のＳ_add＝８４μｍ²で計算すれ
ばよいので、Ｃ_add≒Ｃ_MIM×０．２９７である。すなわち、もともと液晶と素子の容量比が１０
で設計したものが、１０／（１＋０．３０）≒７．７と
容量比の低下が大きくなってしまうものが、本実施例の
ＭＩＭ素子では、７．７から９．３に改善できる。

【０１４４】本実施例においても、実施例１と同様に、
Ｃ_add≦Ｃ_MIM×０．２５である限り、下部電極５ａと中
間絶縁層２４との重ね合わせマージンを大きくしたり、
上部電極６の線幅を太くして、より素子の形成を容易に
しても構わない。

【０１４５】また、本実施例では第２の絶縁体２４の形
状を２本のストライプで形成したが、図５（ａ）から
（ｃ）に図示した形状でスリットを設けて、絶縁体２４
のパターニング精度や断線を改善することも可能であ
る。

【０１４６】このようにして上部電極６を形成した後
に、基板２の表面２ａ上に、例えばＩＴＯ等の透明導電
膜を形成し、所定の形状にパターニングして、マトリク
ス状に配置された複数の画素電極７を形成する（図７
（ｅ））。

【０１４７】この後、配向膜（図示せず）を形成し、こ
れにラビング処理を行った素子側基板に、対向側電極お
よび配向膜を形成し、配向膜にラビング処理を行った対
向側基板を貼り合わせ、さらに両基板間に液晶材料を封
入することにより液晶層を形成する。これで液晶セルが
完成する。この液晶セルの両面に偏光板を貼り付けるこ
とによって、液晶表示装置が得られる。

【０１４８】以上説明したように、本実施例の液晶表示
装置においても、上記実施例１と同様に、スリットを介
して上部電極と非線形な電圧−電流特性を有する第１の
絶縁体とを接続しているので、付加的な容量体となる部
分の面積を幾何学的に最小にすることができる。したが
って、付加容量が発生することに起因して液晶と素子と
の容量比が設計値から減少するのを防ぐことができる。
また、ＭＩＭ素子の寸法はスリットの幅と上部電極の線
幅とによって決定され、しかも露光の際の仕上がり特性
はスリットと上部電極とでは逆なので、ＭＩＭ素子の面
積が設計値よりも減少する程度を緩和することができ
る。さらに、同様の理由で、露光の際の投影異常により
同一基板上においてＭＩＭ素子の寸法にばらつきが生じ
るのも緩和することができ、その結果、液晶表示装置の
点灯ムラを抑えることができる。

【０１４９】（実施例３）図８は、実施例３における素
子側基板の平面図である。また、図９（ａ）、（ｂ）
は、それぞれ、図８のＨ−Ｈ’線およびＩ−Ｉ’線に沿
った素子側基板の断面図である。

【０１５０】上記実施例１および２では、ＭＩＭ素子４
の下部電極５ａとして、信号配線５から張り出させた分
岐部分を用いた。しかしながら、下部電極のエッチング
端を使用しない構造の素子を形成する際には、下部電極
の線幅は、パターンの重なり誤差やエッチングの仕上が
りを見込んで、あらかじめ太くしておく必要がある。し
たがって、信号配線５の線幅と下部電極５ａの線幅がほ
ぼ同等であれば、もはや信号配線の分岐部を下部電極と
して用いる必要はなくなり、信号配線５の一部を下部電
極とすることができる。

【０１５１】結果として、ＭＩＭ素子を作るために表示
部のスペースの一部を割く必要は無くなる。このため各
画素電極７の面積を大きくすることができ、開口率を向
上させることができる。したがって、反射型液晶表示装
置の場合では明るい表示が得られる。また透過型液晶表
示装置の場合では、バックライトの輝度を下げることが
可能となり、消費電力を少なくすることができる。

【０１５２】図８は、信号配線５の一部をＭＩＭ素子４
の下部電極として用いた場合の素子側基板の平面図であ
る。図８に示すように、本実施例では分岐部分５ａを設
けず、ＭＩＭ素子４を信号配線５の直上に設けている。
絶縁体２４は、信号配線５と平行になるように、信号配
線５のエッチング端近傍の上方にストライプ状に形成さ
れている。また、上部電極６は、信号配線５に直交する
向きに（すなわち絶縁体２４のストライプと直交する方
向）形成されており、上部電極６の一端に画素電極７が
接続されている。

【０１５３】この素子側基板は、実施例１と同一の工程
で得られる（図示せず）。

【０１５４】まず、ガラス基板２の表面２ａに信号配線
５となる金属薄膜、例えばＴａ薄膜を形成し、所定の形
状にパターニングする。本実施例では、ガラス基板２と
してコーニング社製＃７０５９のフュージョンパイレッ
クスガラスを用いた。また、図示してはいないが、Ｔａ
を成膜する前にガラス基板表面に五酸化タンタルなどの
絶縁成を有するベースコート膜を形成しても良い。

【０１５５】Ｔａ薄膜は、窒素を２〜１０ｍｏｌ％含有
するＴａの焼結体ターゲットを使用したＤＣスパッタリ
ング法により厚み３００ｎｍに形成し、ＣＦ₄と０₂を用
いたドライエッチング法を用いて所定の形状にパターニ
ングし、これにより信号配線５を得た。

【０１５６】また、実施例１および２で述べたように、
本実施例においても必ずしも精度が高いドライエッチン
グ法を用いなくてもよい。弗硝酸などを用いたウエット
エッチング法でもよい。ウェットエッチング法は処理速
度を向上させるので、スループットを考えると好まし
い。

【０１５７】次に、中間絶縁層となる第２の絶縁体２４
を成膜し、素子を形成する近傍の信号配線５のエッチン
グ端周辺部の上方に、ストライプ状にパターニングし、
スリット状のコンタクト部分２５を設ける。

【０１５８】本実施例では、第２の絶縁体２４としてＰ
−ＣＶＤ法で窒化ケイ素を３５０℃で厚み３００ｎｍで
成膜し、緩衝弗酸を用いたウエットエッチング法により
所定の形法にパターニングした。絶縁体２４のパターニ
ングは、ウエットエッチング法でなくドライエッチング
法を用いても良い。

【０１５９】次に、第１の絶縁体８を陽極酸化法を用い
て第２の絶縁体２４に覆われていない信号配線５上に形
成した。本実施例では、陽極酸化に用いる電解液として
１％酒石酸アンモニウム溶液を用い、温度を２５℃、化
成電流を陽極酸化される面積に対し０.１８ｍＡ／ｃｍ²
とし、化成電圧を３１Ｖとして陽極酸化を行い、厚み約
６０ｎｍの陽極酸化膜を得た。

【０１６０】こうして陽極酸化を実施した後に、上部電
極６を例えばＴｉで形成し、信号配線５（下部電極を兼
ねている）、第１の絶縁体８および上部電極６からなる
２端子非線形素子が得られる。

【０１６１】本実施例のＭＩＭ素子４においても、コン
タクトスリット２５を介して第１の絶縁体８に下部電極
５ａと上部電極６とが接続されている。したがって、不
可避的に発生する付加の容量Ｃ_addとなる部分の面積は
幾何学的に最小となり、図８に示す領域Ｊとなる。すな
わち、本実施例のＭＩＭ素子では、従来のコンタクトホ
ールを介して上部電極と絶縁体とが接続されている構造
と比較して付加容量が小さく、液晶表示装置のコントラ
スト比を落とし、駆動電圧を高くする原因となる液晶と
素子との容量比の低下を最小限に抑えることができる。

【０１６２】加えて、第２の絶縁体２４の形状をストラ
イプ状にし、それによりスリットを形成しているので、
パターニング時の膜残り等による接続不良が無い構造と
することができる。

【０１６３】また、本実施例では第２の絶縁体２４の形
状を２本のストライプで形成したが、図５（ａ）から
（ｃ）に図示した形状に準じてコンタクトスリットを設
けても良い。

【０１６４】こうして上部電極６を形成した後に、基板
２の表面２ａに、例えばＩＴＯ等の透明導電膜を形成
し、これをパターニングして、マトリクス状に配置され
た画素電極７を形成する。

【０１６５】この後、配向膜（図示せず）を形成し、こ
れにラビング処理を行った素子側基板に、対向側電極お
よび配向膜を形成し、配向膜にラビング処理を行った対
向側基板を貼り合わせ、さらに両基板間に液晶材料を封
入することにより、液晶層を形成する。以上で液晶セル
が完成する。この液晶セルの両面に偏光板を貼り付ける
ことによって液晶表示装置が得られる。

【０１６６】本実施例では、上記実施例１と同様に、第
２の絶縁体（中間絶縁層）２４を形成した後に、第１の
絶縁体８を形成するための陽極酸化を実施したが、プロ
セスの順番を変え、実施例２と同様に、陽極酸化により
第１の絶縁体８を形成した後に第２の絶縁体（中間絶縁
層）２４を形成してもよい。この場合には、信号配線の
一部を利用した下部電極のエッチング端を、第１の絶縁
体８および第２の絶縁体２４で二重に保護することがで
きる。なお、この場合には、第２の絶縁体２４を形成す
る温度は、上記実施例２で述べたように、第１の絶縁体
８の機能を損なわない程度の温度に設定する必要があ
る。

【０１６７】なお、実施例１、２および３とも、ＴＮモ
ードの液晶表示装置を例として説明したが、反射板をセ
ル内に作った相転移型のＧＨモードの液晶表示装置にお
いても同じように、本発明の２端子非線形素子を形成す
ることができる。さらに、２端子非線形素子を用いた、
他の光学モード、例えば１枚偏光板方式や高分子分散型
の液晶表示装置にも適用できることはいうまでもない。

【０１６８】また、第２の絶縁体（中間絶縁層）２４の
材料として金属酸化物や金属窒化物を挙げたが、誘電率
が小さく電気的耐圧のある材料でありさえすればよく、
上記材科には限定されない。例えば絶縁性を有する有機
材料であっても構わない。また、実施例では中間絶縁層
として単層の絶縁体膜を用いたが、単層である必要は必
ずしもない。例えば、下地との密着性の優れた材料（絶
縁性は劣っていてもよい）と耐圧の優れた絶縁体との積
層物であってもよい。

【０１６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液晶表示
装置は、コンタクトスリットを介して、下部電極、非線
形な電圧−電流特性を有する絶縁体、および上部電極を
接続し、絶縁破壊の生じやすい下部電極のエッチング端
の上方は素子として使用しない。このため、点欠陥を抑
制することができる。

【０１７０】また、コンタクトスリットを用いることに
より、ＭＩＭ素子に不可避的に付加される容量を最小限
にすることができる。したがって、液晶と素子との容量
比を支障なく表示を行うことができる程度の値に確保し
やすくなる。また、コンタクトホールを介して絶縁体と
上部電極とを接続する構造のＭＩＭ素子において生じや
すい膜残り等の接続不良も抑制することができる。

【０１７１】さらに、信号配線の一部を下部電極とし
て、信号配線の直上にＭＩＭ素子を形成することができ
る。これにより液晶表示装置の輝度を上げることができ
る。

【０１７２】加えて、露光時の投影像のひずみによる素
子面積のばらつきが、コンタクトスリットを用いること
により、コンタクトスリットの幅と上部電極の線幅が相
互に補正して仕上がるので、点灯ムラを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の実施例１における素
子側基板の平面図である。

【図２】図１の素子側基板におけるＭＩＭ素子近傍を
示す平面図である。

【図３】実施例１における素子側基板の断面図であ
り、（ａ）は図１のＥ−Ｅ’線に沿った断面図、（ｂ）
はＦ−Ｆ’線に沿った断面図である。

【図４】図１の素子側基板の製造工程を示す断面図で
ある。

【図５】（ａ）から（ｃ）は、いずれも、本発明の液
晶表示装置の変形例を示す平面図である。

【図６】本発明の液晶表示装置の実施例２における素
子側基板の断面図である。

【図７】図６の素子側基板の製造工程を示す断面図で
ある。

【図８】本発明の液晶表示装置の実施例３における素
子側基板の平面図である。

【図９】実施例３における素子側基板の断面図であ
り、（ａ）は図８のＨ−Ｈ’線に沿った断面図、（ｂ）
はＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。

【図１０】液晶表示装置の平面図である。

【図１１】従来のＭＩＭ素子が形成された素子側基板
の平面図である。

【図１２】対向側基板の平面図である。

【図１３】従来のＭＩＭ素子が形成された液晶表示装
置の断面図である。

【図１４】図１１の素子側基板の製造工程を示す断面
図である。

【図１５】ＭＩＭ素子をスイッチング素子として用い
た反射型カラー液晶表示装置の素子側基板の平面図であ
る。

【図１６】反射型カラー液晶表示装置の対向側基板の
平面図である。

【図１７】反射型カラー液晶表示装置の断面図であ
る。

【図１８】（ａ）はＭＩＭ素子の等価回路を示す図で
あり、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ素子側端子および
対向側端子に印加される波形例であり、（ｄ）は（ｂ）
と（ｃ）とによって得られる駆動波形、（ｅ）は（ｄ）
の駆動波形によって液晶に加わる電圧の時間変化を示す
図である。

【図１９】液晶／素子の容量比とコントラスト比との
関係を示すグラフである。

【図２０】（ａ）は従来のコンタクトホール型ＭＩＭ
素子を形成した素子側基板の平面図であり、（ｂ）から
（ｄ）は（ａ）のＤ−Ｄ’線に沿った断面図である。

【図２１】ステッパー露光の概略図である。

【図２２】ＭＩＭ素子の寸法仕上がりの分布例を示す
図である。

【符号の説明】

２素子側基板２ａ表面４ＭＩＭ素子５信号配線５ａ下部電極６上部電極７画素電極８第１の絶縁体９対向電極２４第２の絶縁体２５コンタクトスリット

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【手続補正書】

【提出日】平成８年５月１７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７０】素子の構造：：図２０（ｄ）下部電極の仕上がり線幅：１０μｍ上部電極の仕上がり線幅：１０μｍスルーホール（素子）の仕上がり面積：４μｍ×４μｍ絶縁体８（Ｔａ₂Ｏ₅）の膜厚（ｄ_Ta205）および比誘電率（ε_Ta205）：６０ｎｍ、２０中間絶縁層（Ｓｉ₃Ｎ₄）の膜厚（ｄ_Si3N4）および比誘電率（ε_Si3N4）：３００ｎｍ、８上記の数値を用いると本来のＭＩＭ素子の面積
（Ｓ_MIM）は１６μｍ²、付加の容量体の面積（斜線部
Ｅ、Ｓ_add）は１０×１０−１６＝８４μｍ²となる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１０】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２２】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板と、該一対の基板の間に挟ま
れた液晶層とを備えており、該一対の基板の少なくとも
一方の該液晶層側の表面にはマトリクス状に配置された
複数の画素電極と、複数の信号配線と、該複数の画素電
極のそれぞれと該複数の信号配線のうちの対応する１つ
に接続された２端子非線形素子とが形成されている液晶
表示装置であって、該２端子非線形素子は、該対応する信号配線に接続され
た下部電極と、該下部電極を覆うように形成された非線
形性を有する絶縁体と、対応する画素電極に接続された
上部電極とを有しており、該絶縁体は、非線形性を示す第１の絶縁体と、該下部電
極のエッチング端を覆うように形成されており、該上部
電極を該第１の絶縁体に電気的に接続するためのスリッ
トを有している第２の絶縁体とで構成され、それにより
該２端子非線形素子のサイズが該第２の絶縁体の該スリ
ットの開口幅および該上部電極の線幅によって決定され
る、液晶表示装置。
【請求項２】前記２端子非線形素子の前記下部電極
は、前記対応する信号配線の一部であり、該対応する信
号配線の直上に該２端子非線形素子が形成されている、
請求項１に記載の２端子非線形素子。
【請求項３】前記２端子非線形素子の前記第２の絶縁
体は、金属窒化物、金属酸化物および有機絶縁膜のいず
れか１つあるいは積層物からなる膜である、請求項１ま
たは２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】一対の基板と、該一対の基板の間に挟ま
れた液晶層とを備えており、該一対の基板の少なくとも
一方の該液晶層側の表面にはマトリクス状に配置された
複数の画素電極と、複数の信号配線と、該複数の画素電
極のそれぞれと該複数の信号配線のうちの対応する１つ
とに接続された２端子非線形素子とが形成されている液
晶表示素子の製造方法であって、該２端子非線形素子を
形成する工程が、（ａ）該対応する信号配線に接続された下部電極を形
成する工程と、（ｂ）スリットを有する中間層絶縁層を該下部電極の
上に形成する工程であって、該中間層絶縁層は直線状に
エッチングされた該下部電極の両端を覆うように形成さ
れ、該スリットを該下部電極の上面に、かつ直線状に形
成された該下部電極に平行な方向に設ける工程と、（ｃ）非線形性を有する絶縁体を少なくとも該下部電
極の表面を陽極酸化することにより形成する工程と、（ｄ）上部電極を該中間絶縁層の該スリットと交差す
る向きに直線状に形成する工程と、を包含する、液晶表
示装置の製造方法。
【請求項５】前記中間絶縁層を窒化ケイ素から形成
し、前記下部電極の表面を陽極酸化する際の化成電圧を
２０Ｖ以上３５Ｖ以下とする、請求項４に記載の液晶表
示装置の製造方法。
【請求項６】前記下部電極、前記非線形性を有する絶
縁体および前記上部電極から形成される容量体の容量Ｃ
_MIMと、該下部電極、前記中間絶縁層および該上部電極
から形成される容量体の容量Ｃ_addとの関係が、Ｃ_add≦０．２５×Ｃ_MIM である、請求項４または５に記載の液晶表示装置の製造
方法。
【請求項７】一対の基板と、該一対の基板の間に挟ま
れた液晶層とを備えており、該一対の基板の少なくとも
一方の該液晶層側表面にはマトリクス状に配置された複
数の画素電極と、複数の信号配線と、該複数の画素電極
のそれぞれと該複数の信号配線のうちの対応する１つと
に接続された２端子非線形素子とが形成されている液晶
表示装置の製造方法であって、該２端子非線形素子の製
造工程は、（ａ）該対応する信号配線に接続された下部電極を形
成する工程と、（ｂ）少なくとも該下部電極の表面上に、陽極酸化法
により非線形性を有する絶縁体を形成する工程と、（ｃ）スリットを有する中間絶縁層を該下部電極の上
面に形成する工程であって、該中間絶縁層は、該絶縁体
の非線形性に影響を与えないような温度で形成され、直
線状にエッチングされた該下部電極の両端を覆うように
配置され、該スリットを該下部電極の上面にかつ直線状
に形成された該下部電極に平行な方向に設ける工程と、（ｄ）上部電極を、該中間絶縁層の該スリットと交差
する向きに直線状に形成する工程と、を包含する液晶表
示装置の製造方法。
【請求項８】前記下部電極、前記非線形性を有する絶
縁体および前記上部電極から形成される容量体の容量Ｃ
_MIMと、該下部電極、前記絶縁体と前記中間絶縁層、お
よび該上部電極から形成される容量体の容量Ｃ_addとの
関係が、Ｃ_add≦０．２５×Ｃ_MIM である、請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項９】前記中間絶縁層として、金属窒化物、金
属酸化物および有機絶縁膜のいずれか１つ、もしくはこ
れらの積層物を形成する、請求項４、６、７および８の
いずれか１つに記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項１０】前記中間絶縁層は約２５０℃以下で形
成される、請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法。