二端非线性元件及其制造方法和液晶显示屏技术

提供一种时效变化小的ＭＩＭ型非线性元件、使用了这种元件的液晶显示屏、以及这种元件的制造方法。这种元件包括第１导电膜、绝缘膜及第２导电膜。在利用ＳＩＭＳ的元素分析中，氢光谱在峰值强度小１位的强度处，在深度方向上的厚度为１０ｎｍ以上。在热解吸分光谱中，氢光谱的峰值温度为３００℃以上。制造这种元件的方法包括形成第１导电膜、在３００℃以上进行热处理、形成绝缘膜及形成第２导电膜等工序。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于开关元件上的二端非线性元件、二端非线性元件的制造方法、以及使用了上述二端非线性元件的液晶显示屏。有源矩阵方式的液晶显示装置在有源矩阵基板(在每一个象素区上设置开关元件形成矩阵阵列)与例如放置了滤色片的相向基板之间填充液晶，控制每一个象素区的液晶的取向状态，显示给定的图象信息。作为开关元件，一般可以使用薄膜晶体管(FIF)等三端元件或使用金属-绝缘体-金属(MIM元件)型非线性元件(下面，称为“MIM元件”)等二端元件。而且，与使用了三端元件时相比，使用了二端元件的开关元件具有不产生交叉短路、能够简化制造工序的优点。在使用了MIM元件的液晶显示装置中，为了实现对比度高、且不能识别出显示不匀、余像及图象保留等现象的图象质量高的液晶显示屏，作为MIM元件的特性，满足下列条件是重要的(1)对于液晶显示屏的容量来说，MIM元件的容量足够小；(2)MIM元件电流-电压特性的时效变化足够小；(3)MIM元件电流-电压特性的对称性好；(4)MIM元件电流-电压特性的陡峭性足够大；(5)在较广的电压范围内，MIM元件的元件电阻足够一致(相同)。即，为了提高对比度，对于液晶显示屏的容量来说，MIM元件的容量必须足够小，而且，MIM元件电流-电压特性的陡峭性必须足够大。为了不能识别出显示不匀，在较广的电压范围内，MIM元件的元件电阻必须足够一致。为了不能识别出余象，MIM元件电流-电压特性的时效变化必须足够小。进而，为了不能识别出图象保留，MIM元件电流-电压特性的时效变化必须足够小，而且，MIM元件电流-电压特性的对称性必须好。在这里，所谓“余像”是在把某一图象显示了几分钟之后显示不同的图象时、可以识别出以前所显示图象的现象。还有，所谓“图象保留”是在把某一图象显示了几小时之后显示不同的图象时、可以识别出以前所显示图象的现象。进而，所谓“电流-电压特性的对称性好”是指在某一电压下，电流从第1导电膜向第2导电膜流动时与电流从第2导电膜向第1导电膜流动时，其电流绝对值之差足够小。作为公开了MIM元件技术的文献，例示如下。(a)例如，在特开昭52-149090号公报中，公开了由第1导电膜、绝缘膜以及第2导电膜构成的MIM元件，第1导电膜由钽构成，绝缘膜由对该第1导电膜进行阳极氧化后所形成的金属氧化膜构成；第2导电膜由在该绝缘膜表面上形成的铬构成。上述绝缘膜由于是对第1导电膜的表面进行阳极氧化而形成的，所以，形成为没有针孔且膜厚均匀。还有，在特开昭57-122478号公报中，公开了使用柠檬酸作为阳极氧化的形成液(电解液)的稀水溶液。在这些技术中，上述MIM元件特性中(2)～(5)各特性未必足够好。即，在电流-电压特性的时钟效变化、对称性、及陡峭性各方面不足够好，而且，在广阔的电压范围内元件电阻不足够一致。因此，在使用了这种MIM元件的液晶显示屏中，存在着在较广的温度范围内难以保持对比度高及易于产生显示不匀的问题。(b)在国际公开了的国际申请PCT/JP 94/00204(国际公开号W094/18600)中，公开了使用在钽中添加钨的合金膜作为MIM元件的第1导电膜的结构。在这种技术中，因为已把MIM元件的第1导电膜从钽变成为钽与钨等特定元素的合金膜，所以，与上述文献(a)的技术相比，上述特性(2)及(3)(即在MIM元件的电流-电压特性的时效变化及对称性方面)已有改善，因此，能够达到不能识别出余象那样的水平了。进而，在较广的温度范围内，能够将对比度保持得高了。但是，在这种技术中，在要求高温时对比度特性的所需的用途上，还存在着裕量不充分的问题。本专利技术的目的在于，提供上述MIM元件所需的特性(1)～(5)好、特别是电流-电压特性的陡峭性足够大、电流-电压特性的时效变化小、可靠性高的二端维线性元件，还提供使用了这种元件的图象质量高的液晶显示屏，其对比度高，没有显示不匀及图象保留。进而，本专利技术的其它目的在于，提供具有上述优异特性的二端非线性元件的制造方法。与本专利技术有关的二端非线性元件(下面，称为“MIM型非线性元件”)，包括在基板上层叠的第1导电膜、绝缘膜以及第2导电膜，在判用依据铯1次离子照射的2次离子质量分析法(二次离子质量学，SIMS)获得的元素分析中，在上述第1导电膜与上述绝缘膜的边界区内，在氢的光谱强度比峰值强度小一位处，在深度方向上的厚度为10nm以上。还有，与本专利技术有关的MIM型非线性元件，包括在基板上层叠的第1导电膜、绝缘膜以及第2导电膜，上述第1导电膜在热解吸分光谱(TDS)中，氢光谱的峰值温度为300℃以上。再者，与本专利技术有关的MIM型非线性元件的第2导电膜并不限定于金属，而是包括IIO等导电膜。这些MIM型非线性元件特别能够显著减小电流-电压曲线的时效变化，经过长时间，还能够保持高可靠性。未必清楚本专利技术的MIM型非线性元件达到这样工作效果的机理，但是，作为理由之一，可以考虑下列说明，即，在本专利技术的MIM非线性元件中，可以认为，绝缘膜包括三层，即相邻于第1导电膜的上半导体层；相邻于第2导电膜的下半导体层；以及位于上下半导体层之间、禁带宽度大于这两种半导体层的绝缘体层。而且，可以认为，电流-电压时效变化的原因之一为，由于施加了电压，使绝缘体层的微晶慢慢被破坏。在本专利技术MIM型非线性元件中，如上所述，有特定厚度、含有氢的半导体层存在于绝缘体层与导电膜(特别是第1导电膜)之间，借此，使施加到绝缘体层上的有效电压变小，可以认为，其结果是，使电流-电压特性的时效变化变小。与本专利技术有关的MIM型非线性元件的制造方法，包括下列工序(a)在基板上形成第1导电膜；(b)在惰性气体中，在300℃以上的温度下，对上述第1导电膜进行热处理；(c)借助于对上述第1导电膜进行阳极氧化，在上述第1导电膜表面上形成绝缘膜；以及(d)在上述绝缘膜的表面上，形成第2导电膜。根据这种制造方法，借助于施加简易的热处理工序，就能够获得与上述本专利技术有关的MIM型非线性元件。进而，本专利技术的液晶显示屏，包括上述MIM型非线性元件，具体地讲，包括第1基板、第2基板、以及液晶层，第1基板包括透明的基板、以给定的图形在该基板上配置的一种信号线、以给定的间距连接到该信号线上的本专利技术的MIM型非线性元件；以及连接到该MIM型非线性元件上的象素电极；第2基板包括在与上述象素电极相向位置上的另一种信号线；把液晶层封入到上述第1基板与上述第2基板之间。根据该液晶显示屏，可以待到显示对比度高、不产生图象保留从而图象质量高的图象，能够应用于广泛的用途中。附图说明图1为示出应用了本专利技术的MIM型非线性元件的液晶显示屏主要部分的平面图；图2为沿着图1中A-A线的剖面图；图3为示出本专利技术的MIM型非线性元件另一结构例的剖面图；图4为示出本专利技术的液晶显示屏等效电路的图；图5为示出本专利技术的液晶显示屏的斜轴侧投影图；图6为示出对与本专利技术实施例有关的MIM型非线性元件求出的SIMS光谱的图；图7为示出对与本专利技术比较例有关的MIM型非线性元件求出的SIMS光谱的图；图8为示出对与本专利技术实施例有关的MIM型非线性元件的第1导电膜求出的热解吸分光谱的图；图9为示出对与本专利技术比较例有关的MIM型非线性元件的第1导电膜求出的热解吸分光谱的图；图10为概略地示出用于求出热解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二端非线性元件，包括在基板上层叠的第一导电膜、绝缘膜以及第二导电膜，其特征在于： 在利用依据铯一次离子照射的二次离子质量分析法（二次离子质谱学，ＳＩＭＳ）获得的元素分析中，在所述第一导电膜与所述绝缘膜的边界区内，在氢的光谱强度比峰值强度小一位处，在深度方向上的厚度为１０ｎｍ以上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：井上孝，高野靖，直野秀昭，伊藤涉，浅川勉，宇敷武义，
申请(专利权)人：精工爱普生株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]