[发明专利]薄膜二端元件、其制造方法和液晶显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜二端元件、其制造方法和液晶显示元件，更详细地说，涉及能很好地用于OA装置、个人计算机、携带信息终端等的薄膜二端元件、其制造方法和具备该薄膜二端元件而构成的液晶显示装置。

背景技术

现在，作为在个人计算机等中使用的液晶显示装置，大多使用所谓的有源矩阵型液晶显示装置，在该装置中，为了显示分辨率高的图像，在玻璃基板等的透明绝缘性基板上并在每个像素中设置了TFT(薄膜晶体管)或MIM(金属-绝缘体-金属)等开关元件。

迄今为止，作为构成TFT的半导体层，使用了将利用等离子体CVD法形成的氢化非晶硅(a-Si：H)膜或利用减压CVD法(LPCVD法)等成膜的a-Si膜利用热处理的固相生长法或激光退火法进行再结晶化而得到的多晶硅(p-Si)等。

另一方面，作为构成MIM元件的非线性电阻膜，使用了通过对钽进行热氧化或阳极氧化得到的氧化钽膜(Ta₂O₅)或氧化铝(Al₂O₃)、氮化硅(SiNx)等。

此外，在近年来的多媒体社会的快速的进展中，随着不问场所、时间如何能进行信息的交接的携带型信息终端装置领域的发展，小型、轻量且在可移动性方面良好的液晶显示装置的重要性越来越明显。

但是，在上述的现有的液晶显示装置和开关元件中，存在以下的问题。

作为构成液晶显示装置的绝缘性基板，通常使用了无碱玻璃基板或石英基板等作为透明绝缘性基板，但在用这些基板来制造携带型信息终端装置等中所需要的薄型、轻量的显示装置方面存在极限。此外，从作为携带型信息终端装置的特征的可移动性来考虑，考虑到较多地遇到移动中的跌落、冲击等状况这一点，在使用耐碰撞性方面较差的玻璃基板的液晶显示装置中也存在问题。

与此不同，已进行了使用在薄型、轻量且耐冲击性方面良好的塑料基板作为绝缘性基板的单纯矩阵型液晶显示装置的开发(平型面板显示器，pp123-128，1994)。

但是，由于单纯矩阵型液晶显示装置的每个像素中没有开关元件，故不适合于高品位的图像的显示，只能用于寻呼机等简单的文字显示的用途。

此外，即使以高品位的显示为目的、打算将薄膜晶体管或薄膜二极管(TFT、MIM)等的开关元件安装在塑料基板上、特别是打算使用TFT的情况下，因为其制造工序变得复杂，此外，工艺温度必须约为300～400℃，故也存在难以实现的问题。

另一方面，因为作为薄膜二端元件的MIM元件是用电极夹住非线性电阻膜的简单的元件结构，制造工序的数目少、工艺温度可定为200℃以下，故可安装在塑料基板上。例如，在特开平6-214220号公报和特开平6-281960号公报中提出了使用了这样的MIM元件的有源矩阵型液晶显示装置。

但是，在打算在塑料基板上形成这些MIM元件的情况下，存在以下举出的问题。

首先，在使用塑料基板作为基板材料的情况下，存在从基板材料放出气体的问题。即，塑料基板与玻璃基板等相比，因为容易透过水蒸气等气体，故在制造液晶面板后，水蒸气等气体从外部透过，到达面板内的液晶层，发生显示的恶化等。

与此相对应，通常在制造液晶面板时，在与外部相接的面、即与元件制造面相反的一侧，设置了气体阻挡层。但是，虽然该气体阻挡层对于来自外部的气体妨碍其透过，但不能阻止来自塑料基板本身的气体放出。于是，从基板放出的气体在元件形成中、例如在基板上形成金属膜等时，被取入到膜中，这样就导致金属膜材料的变质等。其结果，在使用这样的金属作为电极布线时，发生布线电阻增加等的问题。

再有，作为其解决对策，可考虑在两面上设置气体阻挡层，但此时，产生基板成本上升等另外的问题。

此外，一般来说，为了使用金属布线的阳极氧化膜作为非线性电阻膜，大多使用Ta膜作为金属布线。但是，因为塑料基板与玻璃基板相比，基板的刚性较低，故在打算在塑料基板上形成Ta的金属布线的情况下，被成膜的金属膜的应力大，发生塑料基板的翘曲等或金属膜的剥离等，因此，也存在元件工艺的继续变得困难的问题。

在现有的薄膜二端元件中，因为第1电极、例如Ta膜兼作布线，故以Ta膜的膜厚约为300～500nm的膜厚进行了成膜。但是，此时Ta膜加到塑料基板上的全应力可用以下的(1)～(3)的公式来表示。

全应力：S＝σ·d  [N/m]                (1)