(57)【要約】【課題】  初期的な非線形が高く、かつ、常温通電および高温通電の前後において非線形性の不可逆的な変動が発生しない非線形素子の製造方法、非線形素子、電気光学装置、および電子機器を提供すること。【解決手段】  アクティブマトリクス型電気光学装置において、画素スイッチング素子として用いられる非線形素子１０の製造工程では、タンタルからなる下部電極１３の表面を陽極酸化して酸化膜１４を形成した後、上部電極１５を形成する前に、不活性雰囲気中での第１のアニール工程と、水素含有雰囲気中でのアニールにより水素原子を前記酸化膜中に導入する第２のアニール工程とを行う。その際、第１のアニール工程での最高アニール温度は３８０から４２０℃であり、第２のアニール工程での最高アニール温度は２８０から３２０℃である。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極を形成する下部電極形成工程と、前記下部電極の表面に陽極酸化を施して酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、前記酸化膜をアニールするアニール工程と、前記酸化膜の表面に上部電極を形成する上部電極形成工程とを有する非線形素子の製造方法において、
前記酸化膜形成工程では、アルコールを溶媒の主成分として含む化成液中で陽極酸化を行い、
前記アニール工程では、不活性雰囲気中での第１のアニール工程と、水素含有雰囲気中でのアニールにより水素原子を前記酸化膜中に導入する第２のアニール工程とを行い、前記第１のアニール工程での最高アニール温度が前記第２のアニール工程での最高アニール温度よりも高いことを特徴とする非線形素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１のアニール工程での最高アニール温度は、３８０℃から４２０℃であり、前記第２のアニール工程での最高アニール温度は、２８０℃から３２０℃であることを特徴とする請求項１に記載の非線形素子の製造方法。
【請求項３】
前記下部電極は、タンタル、タンタル合金、ニオブ、またはニオブ合金からなることを特徴とする請求項１または２に記載の非線形素子の製造方法。
【請求項４】
前記下部電極には、周期律表における６族あるいは７族の金属が１種類あるいは複数種類、添加されていることを特徴とする請求項３に記載の非線形素子の製造方法。
【請求項５】
前記化成液の溶媒の主成分がエチレングリコールであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の非線形素子の製造方法。
【請求項６】
前記第１のアニール工程は、窒素ガス雰囲気中で行い、前記第２のアニール工程は、水蒸気を含む雰囲気中で行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の非線形素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の方法で製造したことを特徴とする非線形素子。
【請求項８】
請求項７に記載の非線形素子と、該非線形素子を介して駆動される画素電極とを各画素に備えていることを特徴とする電気光学装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電気光学装置を備えていることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の電極の間に絶縁体を備えた非線形素子の製造方法、この方法で製造した非線形素子、この非線形素子を介して画素電極を駆動する電気光学装置、およびこの電気光学装置を備えた電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画素スイッチング素子として、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ：金属−絶縁体−金属）の積層構造を備えたダイオード型の非線形素子を画素毎に備えた液晶装置が市販されている。このようなＭＩＭ型の非線形素子は、従来、タンタル（Ｔａ）層からなる下部電極と、この下部電極の表面を陽極酸化してなるタンタル酸化膜、およびクロム膜などからなる上部電極がこの順に積層された構造を備えている。
【０００３】
また、下部電極の表面を陽極酸化する際、エチレングリコールを溶媒中に配合した化成液を用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
さらに、下部電極の表面を陽極酸化する際、エチレングリコールを溶媒中に配合した化成液を用い、かつ、陽極酸化後、水蒸気を含む雰囲気中で酸化膜にアニール処理を行い、酸化膜中に水素原子を導入するアニール工程を行うことが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平７−１０４３１８号公報
【特許文献２】特開平１０−２６８３６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１、２に記載の技術において、エチレングリコールを溶媒中に配合した化成液を用いる理由は、非線形素子の非線形性を向上させるためである。すなわち、非線形素子のＩＶ特性は、導電係数をαとし、非線形係数をβとしたとき、以下の式
Ｉ／Ｖ＝α・ｅｘｐ［β・Ｖ1/2］…（１）
α＝（ｎμｑ／ｄ）・ｅｘｐ［−φ／ｋＴ］…（２）
β＝（１／ｋＴ）・（ｑ3／πε1ε0ｄ）1/2…（３）
但し、ｎ：キャリア密度、μ：キャリアの移動度、ｑ：電子の電荷量、
ｄ：絶縁膜の厚さ、φ：トラップ深さ、ｋ：ボルツマン定数、
Ｔ：周囲温度、ε0：真空中の誘電率、ε1：絶縁膜の比誘電率
で表され、√Ｖとｌｎ（Ｉ／Ｖ）をプロットすると、図１２（ａ）に示すように、ほぼ直線のグラフが得られ、その傾きが上記βを示すことになる。ここで、β値は、非線形素子の非線形性の度合を示す値であり、その値が大きいほど、非線形性が高いことになる。図１２（ａ）において、実線Ｌ１１は、溶媒が水の化成液で陽極酸化を行った場合のデータであり、点線Ｌ１２は、溶媒が水＋エチレングリコール系の化成液で陽極酸化を行った場合のデータであり、溶媒が水＋エチレングリコール系の化成液で陽極酸化を行った場合の方が非線形性が高い。また、非線形素子の非線形性は絶縁膜の誘電率ε１が小さくなるほど大きくなり、また、この誘電率ε１が小さくなると非線形素子の静電容量も小さくなる。非線形性が高くなると、リーク電流が小さくなり、静電容量も小さくなるため、電圧の保持特性が向上することから、非線形素子を画素スイッチング素子として用いた電気光学装置（表示装置）では駆動特性も向上する。但し、かかる線形性は通電しても変動しないことが重要であり、通電により線形性が不可逆的に変化する「焼き付き」という現象が起こると、同一の電圧を印加しても表示した画像の諧調が変化することになるため、好ましくない。
【０００６】
また、特許文献２に記載の技術において、陽極酸化後、水蒸気を含む雰囲気中で酸化膜にアニール処理を行い、酸化膜中に水素原子を導入するのは、酸化膜中のダングリングボンドを水素原子によって消滅させて非線形性を向上させるためである。従って、かかるアニールを３２０℃で行った場合の非線形性を図１３（ａ）に実線Ｌ２１で示し、アニールを４００℃で行った場合の非線形性を図１３（ａ）に点線Ｌ２２で示すように、水蒸気を含む雰囲気中でのアニール処理は高温で行った方が酸化膜中に水素原子を多量に導入できるので、初期的には非線形性が向上するといえる。
【０００７】
しかしながら、アニールを３２０℃で行った場合の室温での連続印加前後での非線形性を図１３（ｂ）に実線Ｌ２３、点線２４で示し、アニールを４００℃で行った場合の室温通電前後での非線形性を図１３（ｃ）に実線Ｌ２５、点線Ｌ２６で示すように、アニール温度が４００℃と高い場合には、アニール温度が３２０℃と低い場合に比較して、室温通電により非線形性が不可逆的に低下、すなわち、素子抵抗が低下するという第１の問題点がある。このような傾向は、化成液の種類によらず、略同様な傾向を示す。
【０００８】
また、水溶媒で陽極酸化を行った場合の高温（６０℃）通電前後での非線形性を図１２（ｂ）に実線Ｌ１３、点線１４で示し、溶媒が水＋エチレングリコール系の化成液で陽極酸化を行った場合の高温（６０℃）通電前後での非線形性を図１２（ｃ）に実線Ｌ１５、点線Ｌ１６で示すように、溶媒が水＋エチレングリコール系の化成液で陽極酸化を行った場合には、高温通電前後で非線形性が不可逆的に上昇、すなわち、素子抵抗が増大するという第２の問題点がある。
【０００９】
このような不可逆的な変化（焼き付き現象）について、本願出願人が種々検討を行った結果、第１の問題点は、アニール温度が高い場合には、室温通電により、アニール工程で酸化膜に導入した水素原子が脱離するためであるとの知見を得た。また、第２の問題点について検討するにあたって、本願出願人が、水溶媒で陽極酸化を行った場合の皮膜と、溶媒が水＋エチレングリコール系の化成液で陽極酸化を行った場合の皮膜について、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析計）で皮膜内の元素分析を行ったところ、図１４（ａ）、（ｂ）に示す結果が得られ、溶媒が水＋エチレングリコール系の化成液で陽極酸化を行った場合には、酸化膜中に炭化水素（ＣＨ）が導入されるので、酸化膜のみかけの密度が低下した分、誘電率が減少し、初期的に非線形性が上昇する一方、高温通電中に炭化水素（ＣＨ）から水素が脱離し、この水素によって、非線形性が不可逆的に上昇するという新たな知見を得た。
【００１０】
ここに、本願出願人は、上記知見に基づいて上記問題点を解消することを提案するものであり、本発明の課題は、初期的な非線形性が高く、かつ、常温通電および高温通電の前後において非線形性の不可逆的な変動が発生しない非線形素子の製造方法、この方法で製造した非線形素子、この非線形素子を介して画素電極を駆動する電気光学装置、およびこの電気光学装置を備えた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明では、下部電極を形成する下部電極形成工程と、前記下部電極の表面に陽極酸化を施して酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、前記酸化膜をアニールするアニール工程と、前記酸化膜の表面に上部電極を形成する上部電極形成工程とを有する非線形素子の製造方法において、前記酸化膜形成工程では、アルコールを溶媒の主成分として含む化成液中で陽極酸化を行い、前記アニール工程では、不活性雰囲気中での第１のアニール工程と、水素含有雰囲気中でのアニールにより水素原子を前記酸化膜中に導入する第２のアニール工程とを行い、前記第１のアニール工程での最高アニール温度が前記第２のアニール工程での最高アニール温度よりも高いことを特徴とする。
【００１２】
本発明において、前記第１のアニール工程での最高アニール温度は、３８０から４２０℃であり、前記第２のアニール工程での最高アニール温度は、約２８０から３２０℃であることが好ましい。
【００１３】
本発明では、エチレングリコールなどのアルコールを溶媒中に配合した化成液を用いて陽極酸化を行うため、高い非線形性を得ることができる。また、第１のアニール工程において３８０から４２０℃という高い温度でアニールを行うため、この段階で、酸化膜中に導入された炭化水素（ＣＨ）から水素を脱離させることができる。従って、高温通電を行った際、炭化水素（ＣＨ）から水素の脱離が発生しないので、高温通電の前後での非線形性の不可逆的な変化を防止できる。また、第１のアニール工程で炭化水素（ＣＨ）から水素を脱離させた分、第２のアニール工程は、２８０から３２０℃という比較的低い温度で行うため、第２のアニール工程で導入される水素原子が少ない。それ故、室温通電の際、水素の脱離に起因する非線形性の不可逆的な変化を防止することができる。よって、本発明によれば、初期的な非線形が高く、かつ、常温通電および高温通電の前後において非線形性の不可逆的な変動が抑制された非線形素子を提供することができ、かかる非線形素子を画素スイッチング素子として用いた電気光学装置では、画像の諧調が経時変化することを回避でき、品位の高い画像を長期間にわたって表示することができる。また、アニール工程の条件を変えるだけであるため、工程数の増加がない。
【００１４】
本発明において、前記下部電極は、例えば、タンタル、タンタル合金、ニオブ、またはニオブ合金からなる。
【００１５】
本発明において、前記下部電極には、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、レニウム（Ｒｅ）など、周期律表における６族あるいは７族の金属が１種類あるいは複数種類添加されていることが好ましい。このような金属を添加すると、酸化膜内での酸素欠陥の生成量を低く抑えることができるので、非線形素子のドリフト現象（非線形性の可逆的な変化）を抑制できる。
【００１６】
本発明において、前記アルコールとしては各種のアルコールを用いることができ、この場合、沸点や安定性の面からすれば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコールなどの多価アルコールが好ましく、多価アルコールの中でも、溶質に対する溶解性などの面から前記化成液の溶媒の主成分がエチレングリコールであることが好ましい。
【００１７】
本発明において、前記第１のアニール工程は、例えば、窒素ガス雰囲気中で行い、前記第２のアニール工程は、水蒸気を含む雰囲気中で行うことが好ましい。
【００１８】
本発明に係る非線形素子は、電気光学装置において画素スイッチング素子として用いることができ、このような電気光学装置では、非線形素子と、該非線形素子を介して駆動される画素電極とを各画素に備えている。
【００１９】
本発明に係る電気光学装置は、例えば、携帯電話機やモバイルコンピュータなどといった電子機器に用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
［非線形素子］
（素子の構造）
図１は、本発明を適用した非線形素子の構造を模式的に示す拡大縦断面図である。図１に示す非線形素子１０（ＴＦＤ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｄｉｏｄｅ）素子）は、ガラス、石英、プラスチックなどで構成された基板１１の上に形成された下部電極１３と、この下部電極１３の表面を覆うように形成された酸化膜１４と、この酸化膜１４を覆うように形成された上部電極１５とを備えており、上部電極１５は、酸化膜１４を介して下部電極１３に対向している。ここで、基板１１と下部電極１３との間には、基板１１と下部電極１３との密着性を高めるための下地膜が形成されることがある。
【００２２】
本形態において、下部電極１３は、タンタル単体膜から構成されている。下部電極１３の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば１００〜１５０ｎｍ程度である。
【００２３】
酸化膜１４は、タンタルの酸化膜で構成され、かかる酸化膜１４は、後述するように、下部電極１４の表面を陽極酸化することにより形成することができる。本実施形態において、酸化膜１４は、下部電極１３の表面を全て覆うように構成され、下部電極１３の側端縁１３０上にも形成されている。ただし、酸化膜１４は下部電極１３の表面を全て覆う必要はなく、下部電極１３と上部電極１５とが対向する部分に形成されていれば、非線形素子１０を構成することができる。酸化膜１４の厚さは、通常２０〜４０ｎｍ程度であることが望ましい。
【００２４】
上部電極１５は、適宜の金属材料で構成することができるが、配線抵抗の低さ、特性の安定性などから、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）などで構成することが好ましい。このとき、酸化膜１４が下部電極１３の側端縁１３０（下部電極１３の側面の最下部）上にも形成されていれば、上部電極１５を酸化膜１４上から上記側端縁１３０の上方を経て下部電極１３の下地面（図示例では基板１１の表面）上に亘って連続して形成することができるので、上部電極１５と他の層（例えば、画素電極や他の配線など）との導電接続が容易になる。上部電極１５の厚さは特に限定されないが、１６０〜３００ｎｍ程度であることが好ましい。一般的には、厚くなるほど配線抵抗が低下するため、特に液晶表示装置を構成する場合の縦クロストークを防止する上で好ましいが、成膜時間やパターニング時間も増大するため、上記範囲内の厚さであることが望ましい。
【００２５】
（非線形素子の製造方法）
本発明を適用した非線形素子１０の製造方法を説明する。図２は、本発明を適用した非線形素子の製造方法を示す工程図である。
【００２６】
図２に示すように、非線形素子の製造工程Ｐ１では、まず、下部電極形成工程のステップＳ０１において、下部電極１３の材料を基板１１上にスパッタ法などによって成膜し、次に、ステップＳ０２において成膜された層をフォトリソグラフィ法などによってパターニングすることによって下部電極１３が形成される。スパッタ法は、ＲＦスパッタ装置やマグネトロンスパッタ装置などで行われる。より具体的には、チャンバー内に下部電極用の原料（タンタル）のターゲットを配置し、真空ポンプなどの排気装置でチャンバー内を減圧し、アルゴンなどの不活性ガスを導入した状態で、高周波電界を印加してプラズマを形成し、プラズマ中の正イオンをターゲットに加速衝突させ、その反動でターゲット材料を基板１１上に堆積させる。なお、下部電極１３の形成にあたっては、スパッタ法に限らず、真空蒸着法やＣＶＤ法などの他の成膜方法を用いて下部電極１３を形成しても構わない。
【００２７】
次に、酸化膜形成工程（ステップＳ０３）において陽極酸化法により下部電極１３の表面に酸化膜１４を形成する。この工程では、下部電極１３の表面に陽極酸化を施すことによって、タンタルの陽極酸化膜からなる酸化膜１４を形成する。
【００２８】
この陽極酸化法では、燐酸塩、クエン酸塩、芳香族カルボン酸塩などをアルコールを主成分として含む溶媒中に配合した化成液に基板を浸漬させ、化成液中において陰極板と対向させた状態で、通電パターン（図示せず）を介して下部電極１３と陰極板との間に電圧を印加する。上記の芳香族カルボン酸塩としては、サリチル酸アンモニウム、安息香酸アンモニウム、γ−レゾルシン酸アンモニウム、フタル酸水素アンモニウム、フタル酸ジアンモニウムなどを用いることができる。アルコールとしては各種のアルコールを用いることができ、沸点や安定性の面からすれば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコールなどの多価アルコールが好ましく、多価アルコールの中でも、溶質に対する溶解性などの面から化成液の溶媒の主成分がエチレングリコールであることが好ましい。また、溶媒については、全てアルコールであってもよいが、溶質に対する溶解性などの面から水とアルコールとを混合することが好ましい。その際、アルコール濃度は、非線形性の向上という観点から５０重量％以上が好ましく、溶質に対する溶解性などを考慮すると、５０〜８０重量％が好ましい。
【００２９】
また、陽極酸化の際、下部電極１３の表面が露出している当初は電流が流れ易いので、通常は、最初に定電流制御下で（或いは定電流源に接続して）電圧を印加し（定電流酸化過程）、陽極酸化が進行して下部電極１３の表面に或る程度の厚さの酸化膜が形成され、電圧が所定値まで上昇した時点で、定電圧制御下で（或いは低電圧源に接続して）、酸化処理を続ける（定電圧酸化過程）といった方法が採用されている。ここで、定電圧酸化過程には、膜密度を安定させるとともに、酸化膜１４の表面粗さを低減し、また、膜厚を制御するといった狙いがある。これによって酸化膜１４の膜質が良好になり、非線形素子１０の電気的特性が向上し、安定する。
【００３０】
次に、アニール工程（ステップＳ０４）において、酸化膜１４の膜質や絶縁性を向上させ、素子特性のばらつきを低減するとともに素子特性の経時的安定性を得るために、後述するアニール処理を１０〜１２０分程度行う。
【００３１】
この後、上部電極１５の形成工程（上部電極形成工程）を行う。すなわち、ステップＳ０５において基板１１の表面に、上部電極用導電膜としてクロム膜などをスパッタ法により成膜し、その後、ステップＳ０６においてその上にレジストを用いるフォトリソグラフィ法などによりマスクを形成し、このマスクを介してエッチングを行うことなどにより、パターニングを行い、上部電極１５を形成する。なお、上部電極用導電膜の形成にあたっては、スパッタ法に限らず、真空蒸着法などといった物理気相成膜法を用いてもよい。
【００３２】
（アニール工程の条件１）
図３は、本発明を適用した非線形素子の製造工程のうち、アニール工程の条件を示す説明図である。本形態の非線形素子の製造方法において、アニール工程（ステップＳ０４）では、不活性雰囲気中での第１のアニール工程（炭化水素分解アニール処理）と、水素含有雰囲気中でのアニールにより水素原子を酸化膜１４中に導入する第２のアニール工程（水素原子導入アニール処理）とを行う。ここで、第１のアニール工程での最高アニール温度を第２のアニール工程での最高アニール温度よりも高く設定する。例えば、第１のアニール工程での最高アニール温度を３８０から４２０℃とし、第２のアニール工程での最高アニール温度を２８０から３２０℃とする。また、第１のアニール工程は、例えば、窒素ガス雰囲気中で行い、第２のアニール工程は、水蒸気を含む雰囲気中、例えば、水蒸気を含む空気中、あるいは水蒸気を含む窒素ガス雰囲気中で行う。
【００３３】
より具体的には、例えば、図３に示すように、酸化膜形成工程を行った後、上部電極形成工程を行う前に、酸化膜形成工程を終えた基板１１をアニール処理室に設置し、アニール処理室を真空状態にし、かつ、期間ｔ０〜ｔ１で室温状態から温度Ｔ１、例えば、約３８０〜４２０℃まで昇温する。
【００３４】
次に、第１のアニール工程として、期間ｔ１〜ｔ２で温度Ｔ１を１０〜１２０分程度、保持するとともに、その間、アニール処理室内に窒素ガスを導入する。その結果、酸化膜１４内に含まれていたアルコール由来の炭化水素（ＣＨ）から水素が脱離する。
【００３５】
次に、アニール処理室を真空状態にした後、期間ｔ２〜ｔ３でアニール処理室内を温度Ｔ２、例えば、約２８０〜３２０℃まで下げる。
【００３６】
次に、第２のアニール工程として、期間ｔ３〜ｔ４で温度Ｔ２を１０〜１２０分程度、保持するとともに、その間、アニール処理室内に水蒸気を含む大気を導入する。その結果、大気中に含まれる水から分解された水素原子が酸化膜１４に導入される。
【００３７】
このようにして第２のアニール工程を行った後は、再び、アニール処理室を真空状態にし、かつ、期間ｔ４〜ｔ５でアニール処理室を室温に戻す。
【００３８】
（アニール工程の条件２）
図４は、本発明を適用した非線形素子の製造工程のうち、別のアニール工程の条件を示す説明図である。本形態の非線形素子の製造方法においては、図４に示すように、酸化膜形成工程を行った後、上部電極形成工程を行う前に、酸化膜形成工程を終えた基板１１をアニール処理室に設置し、アニール処理室を真空状態にし、かつ、期間ｔ０〜ｔ１で室温状態から温度Ｔ１、例えば、約３８０〜４２０℃まで昇温する。
【００３９】
次に、第１のアニール工程として、期間ｔ１〜ｔ２で温度Ｔ１を１０〜１２０分程度、保持するとともに、その間、アニール処理室内に窒素ガスを導入する。その結果、酸化膜１４内に含まれていたアルコール由来の炭化水素（ＣＨ）から水素が脱離する。
【００４０】
次に、アニール処理室を真空状態にした後、期間ｔ２〜ｔ４でアニール処理室内を室温に戻す。
【００４１】
その際、アニール処理室が温度Ｔ２になった時点で、アニール処理室内に水蒸気を含む大気を導入し、第２のアニール工程を行う。その結果、大気中に含まれる水から分解された水素原子が酸化膜１４に導入される。このような第２のアニール工程は、期間ｔ３〜ｔ４でアニール処理室が室温に戻るまで行われる。
【００４２】
（本形態の効果）
以上説明したように、本形態では、エチレングリコールなどのアルコールを溶媒中に配合した化成液を用いて陽極酸化を行うため、高い非線形性を得ることができる。また、第１のアニール工程において３８０から４２０℃という高い温度でアニールを行うため、この段階で、酸化膜中に導入された炭化水素（ＣＨ）から水素を脱離させることができる。従って、高温通電を行った際、炭化水素（ＣＨ）から水素の脱離が発生しないので、高温通電の前後での非線形性の不可逆的な変化を防止できる。さらに、第１のアニール工程で炭化水素（ＣＨ）から水素を脱離させた分、第２のアニール工程は、２８０から３２０℃という比較的低い温度で行うため、第２のアニール工程で導入される水素原子が少ない。それ故、室温通電の際、水素の脱離に起因する非線形性の不可逆的な変化を防止することができる。よって、本発明によれば、初期的な非線形が高く、かつ、常温通電および高温通電の前後において非線形性の不可逆的な変動が抑制された非線形素子１０を提供することができ、かかる非線形素子を画素スイッチング素子として用いた電気光学装置では、画像の諧調が経時変化することを回避でき、品位の高い画像を長期間にわたって表示することができる。また、アニール工程の条件を変えるだけであるため、工程数の増加がない。
【００４３】
（変形例）
上記形態では、下部電極１３をタンタル単体膜で構成し、このタンタル単体膜の表面に陽極酸化を施して酸化膜１４を形成したが、タンタル単体膜に代えて、下部電極１３をニオブ単体膜、あるいはニオブとタンタルの合金から構成し、このような金属膜の表面に陽極酸化を施して酸化膜１４を形成してもよい。
【００４４】
また、下部電極１３には、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、レニウム（Ｒｅ）など、周期律表における６族あるいは７族の金属が１種類あるいは複数種類、５ａｔｍ％以下の量で添加することが好ましい。このような金属を添加すると、酸化膜内での酸素欠陥の生成量を低く抑えることができるので、非線形素子１０に通電した際のドリフト現象（非線形性の可逆的な変化）を抑制できる。
【００４５】
［電気光学装置の構成］
（全体構成）
図５は、本発明が適用される電気光学装置（液晶装置）の電気的構成を示すブロック図である。図６は、電気光学装置の構成を模式的に示す断面図である。
【００４６】
図５に示すように、本形態の電気光学装置１００では、複数本の走査線５１が行（Ｘ）方向に延在して形成され、また、複数本のデータ線５２が列（Ｙ）方向に延在して形成されている。また、走査線５１とデータ線５２との各交差点に対応する位置に画素５３が形成され、これらの画素５３は、マトリクス状に配置されている。各画素５３では、液晶層５４と、図１〜図３を参照して説明した非線形素子１０（ＴＦＤ素子）とが直列接続しており、図５に示す例では、液晶層５４が走査線５１の側に、非線形素子１０がデータ線５２の側にそれぞれ接続されている。なお、液晶層５４がデータ線５２の側に、非線形素子１０が走査線５１の側にそれぞれ接続されることもある。また、各走査線５１は、走査線駆動回路５７によって駆動される一方、各データ線５２は、データ線駆動回路５８によって駆動される構成となっている。
【００４７】
このような電気光学装置１００は、具体的には、例えば、図６に示すように構成される。ここで、対向配置された一対の基板のうち、一方の基板は、前記の非線形素子１０や画素電極が形成される素子基板２０であり、他方の基板は、対向基板３０である。これらの基板のうち、素子基板２０の内側表面には、複数本のデータ線５２と、それらのデータ線５２に接続される複数の非線形素子１０と、それらの非線形素子１０と１対１に接続される画素電極２３とが形成されている。データ線５２は、図６において紙面に対して垂直方向に延在して形成される一方、非線形素子１０および画素電極２３は、ドットマトリクス状に配列している。そして、画素電極２３などの表面には、一軸配向処理、例えばラビング処理が施された配向膜２４が形成されている。
【００４８】
対向基板３０の内側表面には、カラーフィルタ３８が形成されており、「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」の３色の着色層を構成している。なお、これら３色の着色層の隙間には、ブラックマトリクス３９が形成されて、着色層の隙間からの入射光を遮蔽する構成となっている。カラーフィルタ３８およびブラックマトリクス３９の表面には平坦化膜３７が形成され、さらにその表面には、走査線５１として機能する対向電極３１が、データ線５２と直交する方向に形成されている。なお、平坦化膜３７は、カラーフィルタ３８およびブラックマトリクス３９の平滑性を高めて、対向電極３１の断線を防止する目的などのために設けられる。さらに、対向電極３１の表面には、ラビング処理が施された配向膜３４が形成されている。なお、配向膜２４、３４は、一般にポリイミド等から形成される。
【００４９】
素子基板２０と対向基板３０とは、スペーサ（図示省略）を含むシール材１０４によって一定の間隙を保って接合され、この間隙に、液晶１０５が封入された構成となっている。素子基板２０の外側表面には、配向膜２４へのラビング方向に対応した光軸を有する偏光板２１７などが貼着され、対向基板３０の外側表面には、配向膜３４へのラビング方向に対応した光軸を有する偏光板３１７などが貼着されている。なお、本形態の電気光学装置１００は、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）技術が適用されており、素子基板２０の表面に直接、液晶駆動用ＩＣチップ２６０が実装されている。
【００５０】
（画素の構成）
図７は、電気光学装置において、非線形素子を含む数画素分のレイアウトを示す平面図であり、図８は、各画素に形成された非線形素子の説明図である。
【００５１】
図７および図８に示すように、本形態の非線形素子１０は、第１の非線形素子１０ａおよび第２の非線形素子１０ｂからなり、素子基板２０の表面に形成された下地層２０１上において、下部電極１３と、この下部電極１３の表面に陽極酸化によって形成された酸化膜１４と、この表面に形成されて相互に離間した上部電極１５ａ、１５ｂとから構成されている。上部電極１５ａは、そのままデータ線５２となる金属層１５ｃと一体に形成されている一方、上部電極１５ｂは、画素電極２３に接続されている。なお、データ線５２は、下部電極１３と同時形成された金属層１３ａを備えている。下地層２０１は、例えば、厚さが５０〜２００ｎｍ程度のタンタル酸化膜などによって構成されている。
【００５２】
図１〜図３を参照して説明したように、本形態の非線形素子１０において、金属層１３ａおよび下部電極１３は、例えば、厚さが１００〜１５０ｎｍ程度のタンタル単体膜などによって形成され、酸化膜１４は、陽極酸化法によって金属層１３ａおよび下部電極１３の表面を酸化することによって形成された厚さが２０〜４０ｎｍの陽極酸化膜である。上部電極１５ａ、１５ｂは、例えばクロム等といった金属膜によって１６０〜３００ｎｍ程度の厚さに形成されている。
【００５３】
ここで、第１の非線形素子１０ａは、データ線５２の側からみると順番に、上部電極１５ａ／酸化膜１４／下部電極１３となって、金属（導電体）／絶縁体／金属（導電体）のサンドイッチ構造を採るため、ダイオードスイッチング特性を有することになる。一方、第２の非線形素子１０ｂは、データ線５２の側からみると順番に、下部電極１３／酸化膜１４／上部電極１５ｂとなって、第１の非線形素子１０ａとは、反対のダイオードスイッチング特性を有することになる。従って、非線形素子１０は、２つのダイオードを互いに逆向きに直列接続した形となっているため、１つのダイオードを用いる場合と比べると、電流−電圧の非線形特性が正負の双方向にわたって対称化されることになる。なお、このように非線形特性を厳密に対称化する必要がないのであれば、１つの非線形素子のみを用いても良い。
【００５４】
画素電極２３は、透過型として用いられる場合には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）などの導電性の透明膜から形成される一方、反射型として用いられる場合には、アルミニウムや銀などの反射率の大きな反射性金属膜から形成されることがある。なお、画素電極２３は、反射型であってもＩＴＯなどの透明性金属から形成される場合もある。この場合には、反射層としての反射性金属が形成された後、絶縁層を介して透明な画素電極２３が形成される。一方、半透過反射型として用いられる場合には、反射層を薄く形成して半透過反射膜とするか、あるいは、スリットが設けられる構成となる。素子基板２０自体は、例えば、石英やガラスなどの絶縁性を有するものが用いられる。なお、透過型として用いる場合には、透明であることも素子基板２０の要件となるが、反射型として用いる場合には、透明であることが要件にならない。また、素子基板２０の表面に下地層２０１が設けられる理由は、アニールにより、下部電極１３などが下地から剥離しないようにするとともに、下部電極１３、１３ａに不純物が拡散しないようにするためである。したがって、これが問題とならない場合には、下地層２０１は省略可能である。
【００５５】
（電気光学装置の製造方法）
図９は、本形態の電気光学装置１００の製造方法の一例を示す工程図である。図１０は、素子基板形成工程の一部を示す工程断面図である。
【００５６】
本形態において、電気光学装置１００を製造するにあたっては、図９に示す非線形素子形成工程Ｐ１〜シール材印刷工程Ｐ５からなる素子基板形成工程と、カラーフィルタ形成工程Ｐ６〜ラビング処理工程Ｐ１０からなる対向基板形成工程とは別々に行われる。また、これらの工程は、素子基板２０および対向基板３０を多数取りできる大型の元基板の状態で行われるが、以下の説明では、単品サイズおよび大型の元基板については区別せず、素子基板２０および対向基板３０と称する。
【００５７】
本形態では、大型の素子基板２０に対して、まず、能動素子形成工程Ｐ１を行うことにより、電気光学装置複数個分のデータ線５２および非線形素子１０を形成する。この能動素子形成工程Ｐ１では、まず、図１０に示す下地層形成工程（ａ）において、大型の素子基板２０の表面にタンタル酸化物を一様な厚さに成膜して下地層２０１を形成する。
【００５８】
次に、第１金属層形成工程（ｂ）において、例えば、タンタルなどをスパッタ法などによって一様な厚さで成膜し、さらにフォトリソグラフィ技術を用いてデータ線５２の金属層１３ａ、および非線形素子１０の下部電極１３を同時に形成する（図２に示す下部電極形成工程に相当する）。このとき、データ線５２の金属層１３ａと下部電極１３とはブリッジ部（図示せず）で繋がっている。また、この工程では、給電パターン（図示せず）も形成する。
【００５９】
次に、絶縁層形成工程（ｃ）においては、大型の素子基板２０を電解槽内で電解液に浸漬した状態で、素子基板２０に給電し、陽極酸化を行う（図２に示す酸化膜形成工程に相当する）。その際、データ線５２の金属層１３ａを介して下部電極１３に給電され、それらの表面には、酸化膜１４としての陽極酸化膜が形成される。
【００６０】
次に、アニール工程（ｄ）においては、素子基板２０を加熱炉内で加熱する（図２に示すアニール工程に相当する）。その結果、酸化膜１４内の転位や空孔などの欠陥密度が低減されるので、非線形素子１０の特性や信頼性などを向上することができる。
【００６１】
次に、第２金属層形成工程（ｅ）において、クロム膜などをスパッタ法等によって一様な厚さで成膜した後、フォトリソグラフィ技術を利用して、データ線５２の最上層としての金属層１５ｃ、第１の非線形素子１０ａの上部電極１５ａ、および第２の非線形素子１０ｂの上部電極１５ｂを形成する（図２に示す上部電極形成工程に相当する）。以上により、能動素子である非線形素子１０が素子基板２０の表面に必要な数だけ形成される。
【００６２】
次に、ブリッジ部除去及び下地層除去工程（ｆ）においては、例えば、ドライエッチングによりブリッジ部を大型の素子基板２０から除去する。これにより、第１非線形素子１０ａおよび第２非線形素子１０ｂの下部電極１３および酸化膜１４が、データ線５２から島状に分断される。なお、この工程では、ブリッジ部の他に、給電パターンのうち、大型の素子基板２００を切断した際に素子基板２０に残ってしまう不要な部分についても除去する。また、画素電極２３に相当する領域の下地層２０１を除去する。
【００６３】
次に、図９の画素電極形成工程Ｐ２が行われる。具体的には、電極形成工程（ｇ）において、画素電極２３を形成するためのＩＴＯをスパッタリング等によって一様な厚さで成膜し、さらに、フォトリソグラフィ技術により、１画素分の大きさに相当する所定形状の画素電極２３をその一部が上部電極１５ｂに重なるように形成する。これらの一連の工程により、図７および図８に示す非線形素子１０および画素電極２３が形成される。
【００６４】
しかる後には、図９の配向膜工程Ｐ３において、元基板２００の表面にポリイミド、ポリビニルアルコール等を一様な厚さに形成することによって配向膜２４を形成した後、ラビング処理工程Ｐ４において、配向膜２４に対してラビング処理その他の配向処理を行う。
【００６５】
次に、シール材印刷工程Ｐ５において、ディスペンサーやスクリーン印刷等によってシール材１０４を環状に塗布する。なお、シール材１０４の一部分には、液晶注入口を形成しておく。
【００６６】
以上の素子基板形成工程とは別に、対向基板形成工程（カラーフィルタ形成工程Ｐ６〜ラビング処理工程Ｐ１０）を行う。それには、まず、ガラス基板等といった透光性材料によって形成された大型の対向基板３０を用意した後、カラーフィルタ形成工程Ｐ６において、大型の対向基板３０の表面上にブラックマトリクス３９、およびカラーフィルタ３８を形成する。ここで、カラー表示が必要でない場合には、カラーフィルタ３８を形成する必要はない。
【００６７】
次に、平坦化層形成工程Ｐ７において、カラーフィルタ３８の上に平坦化膜３７を一様な厚さに形成して表面を平坦化する。
【００６８】
次に、対向電極形成工程Ｐ８において、ＩＴＯ膜等によりストライプ状の対向電極３１、すなわち、走査線５１を形成する。
【００６９】
次に、配向膜形成工程Ｐ９において、走査線５１等の上にポリイミド等によって一様な厚さの配向膜３４を形成した後、ラビング処理工程Ｐ１０において、配向膜３４に対してラビング処理等といった配向処理を施す。
【００７０】
その後、大型の素子基板２００と大型の対向基板３０とを位置合わせした上でシール材１０４を間に挟んで貼り合わせ（貼り合わせ工程Ｐ１１）、さらに紫外線硬化その他の方法でシール材１０４を硬化させる（シール材硬化工程Ｐ１２）。これにより、液晶装置複数個分を含んでいる空のパネル構造体が形成される。その後、空のパネル構造体を短冊状のパネル構造体に切断する（１次切断工程Ｐ１３）。この短冊状のパネル構造体の切断個所では、シール材１０４の途切れ部分からなる液晶注入口が外部に開口しているので、露出した液晶注入口からパネル構造体の内側に液晶を減圧注入した後（液晶注入工程Ｐ１４）、各液晶注入口に対して樹脂等の封止材を塗布して、各液晶注入口を封止する（注入口封止工程Ｐ１５）。なお、この工程により、パネル構造体に液晶が付着するので、液晶を注入し終えたパネル構造体を洗浄する（洗浄工程Ｐ１６）。その後、パネル構造体をさらに切断することにより、複数個の電気光学装置１００が切り出される（２次切断工程Ｐ１７）。しかる後に、電気光学装置１００に液晶駆動用ＩＣチップ２６０などを実装し、電気光学装置１００が完成する（実装工程Ｐ１８）。
【００７１】
（電子機器の実施形態）
図１１は、本発明に係る電気光学装置が搭載される電子機器の一例を示す携帯電話機の説明図である。図１１に示すように、携帯電話機９０は、複数の操作ボタン９１と、本発明を適用した電気光学装置１を有している。なお、本形態の電気光学装置は、携帯電話機の他、モバイル型のパーソナルコンピュータなどに用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明を適用した非線形素子の構造を模式的に示す拡大縦断面図である。
【図２】本発明を適用した非線形素子の製造方法を示す工程図である。
【図３】本発明を適用した非線形素子の製造工程のうち、アニール工程の条件を示す説明図である。
【図４】本発明を適用した非線形素子の製造工程のうち、別のアニール工程の条件を示す説明図である。
【図５】本発明が適用される電気光学装置（液晶装置）の電気的構成を示すブロック図である。
【図６】電気光学装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図７】電気光学装置において、非線形素子を含む数画素分のレイアウトを示す平面図である。
【図８】電気光学装置において、各画素に形成された非線形素子の説明図である。
【図９】本発明を適用した電気光学装置の製造方法の一例を示す工程図である。
【図１０】本発明を適用した電気光学装置の製造工程のうち、素子基板形成工程の一部を示す工程断面図である。
【図１１】本発明に係る液晶装置を用いた電子機器の一実施形態としての携帯電話機の説明図である。
【図１２】水系およびエチレングリコール系の化成液で陽極酸化を行った場合の非線形素子の非線形性を示すグラフである。
【図１３】アニール温度を変えた場合の非線形素子の非線形性を示すグラフである。
【図１４】水系およびエチレングリコール系の化成液で陽極酸化を行った酸化膜内の元素分析結果を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０、１０ａ、１０ｂ  非線形素子、１３  下部電極、１４  絶縁体、１５、１５ａ、１５ｂ  上部電極、２０  素子基板、２３  画素電極、３０対向基板、１００  電気光学装置
【図１】
2006210383.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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