DE69430602T2

DE69430602T2 - Nicht-lineare Vorrichtung mit zwei Elektroden

Info

Publication number: DE69430602T2
Application number: DE69430602T
Authority: DE
Inventors: Fukuyama; Yoshihisa Ishimoto; Masahiro Kishida; Masakazu Matoba; Takeshi Seike; Toshiyuki Yoshimizu
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-02-03
Filing date: 1994-02-03
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2014-02-04
Also published as: KR0147867B1; EP0610082A2; US5442224A; EP0610082B1; TW300963B; EP0610082A3; DE69430602D1; JP3034155B2; JPH0749508A; KR940020807A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine nicht lineare Einrichtung mit zwei Anschlüssen (nicht lineare Zweitor-Einrichtung). Eine derartige Einrichtung kann z. B. in einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung als ein Schaltelement verwendet werden.

2. Beschreibung des verwandten Sachstandes

In den vergangenen Jahren sind Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen häufig in verschiedenen Gebieten verwendet worden, beispielsweise einem audiovisuellen (AV) Gebiet und einem Büroautomatisierungs-(OA-)Gebiet. Insbesondere sind Produkte des unteren Endes mit verwundenen nematischen (twisted nematic, TN) oder super-verwundenen nematischen (super twistes nematic, STN) Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen des passiven Typs ausgerüstet, und Produkte mit einer hohen Qualität sind mit Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen eines Typs mit einer aktiven Matrix ausgerüstet, die Dünnfilmtransistoren (TFTs) verwenden, die nicht lineare Einrichtungen mit drei Anschlüssen (drei Toren) sind.
Die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einer aktiven Matrix ist wegen ihrer Charakteristiken einer Farbwidergabe, der Einsparung von Platz, des leichten Gewichts und der niedrigen Leistung einer Kathodenstrahlröhre (CRT) überlegen. Als Folge derartiger Charakteristiken haben sich Anwendungen davon schnell entwickelt. Für den Fall einer Verwendung der TFTs als Schaltelemente werden jedoch sechs- bis achtmal oder mehr Herstellungsprozesse eines Dünnfilms und eines Photolithographieprozesses zum Bilden der TFTs benötigt, sodass die Herstellungskosten ansteigen. Andererseits ist die Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung, die nicht lineare Einrichtungen mit zwei Anschlüssen (zwei Toren) für die Schaltelemente verwendet, der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die TFTs verwendet, hinsichtlich ihrer Einsparungen der Kosten überlegen, und einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung eines passiven Typs hinsichtlich ihrer Anzeigequalität überlegen. Somit hat sich die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die nicht lineare Zweitor- Einrichtungen verwendet, schnell entwickelt.
Für die voranstehend erwähnte, nicht lineare Zweitor- Einrichtung sind herkömmlicherweise nicht lineare Zweitor- Einrichtungen eines Schottky-Diodentyps, eines Varistor-Typs und eines MIM-(Metall-Isolator-Metall-)Typs bekannt gewesen. In den vergangenen Jahren sind häufig nicht lineare Zweitor- Einrichtungen eines D²R-(doppelte Diode plus Rücksetzung-)Typ und eines organischen ferroelektrischen Dünnfilm-Typs untersucht worden. Jedoch sind nur die MIM und D²R nicht-linearen Zweitor-Einrichtungen in der praktischen Verwendung. Die MIM nicht lineare Zweitor-Einrichtung (nachstehend als die "MIM- Einrichtung" bezeichnet) umfasst obere und untere Elektroden, zwischen denen ein Isolator angeordnet ist. Zum Beispiel wird die MIM-Einrichtung, die in der japanischen Patentveröffentlichung Nrs. 61-32673 und 61-32674 und dem USP Nr. 4,413,883 offenbart ist, erläutert. Die untere Elektrode ist aus einem dünnen Ta-Film auf einem Substrat oder einem Basisbeschichtungsfilm, der darauf gebildet ist, gebildet. Der Isolator wird durch die Eloxierung der Oberfläche der unteren Elektrode gebildet. In diesem Fall ist der Isolator eine Ta&sub2;O&sub5;-Schicht. Die obere Elektrode aus Ta, Cr, Ti oder Al ist darauf gebildet. Die MIM-Einrichtung kann unter Verwendung von weniger als einem Drittel der Prozesse, die zum Herstellen des TFT benötigt werden, hergestellt werden. Deshalb werden die MIM- Einrichtungen hauptsächlich in der Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung verwendet, die die nicht-linearen Zweitor- Einrichtungen verwendet.
Die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die die MIM- Einrichtungen verwendet, umfasst ein Substrat einer aktiven Matrix, auf dem die MIM-Einrichtungen und Pixelelektroden gebildet sind, und ein Gegensubstrat, auf dem die Verdrahtung eines ITO transparenten leitenden Films oder dergleichen ist, ist in einer Streifenform so gebildet, dass er die Verdrahtung, die auf dem Substrat mit der aktiven Matrix vorgesehen ist, rechtwinklig kreuzt. Die zwei Substrate sind mittels Druck und Wärme aneinander angebracht, wodurch eine Flüssigkristallzelle hergestellt wird.
Die Flüssigkristallzelle wird wie folgt hergestellt:
Zunächst wird ein Orientierungsfilm, der aus einem organischen Polymer eines Polyimid-Typs gebildet ist, jeweils auf das Substrat mit der aktiven Matrix und das Gegensubstrat aufgeschichtet und dann einer Reibbehandlung ausgesetzt, um so Flüssigkristallmoleküle auszurichten. Sukzessive wird ein Abdichtungsmittel auf ein Substrat aufgeschichtet und ein Abstandsstück wird auf das andere Substrat verteilt. Die zwei Substrate in diesem Zustand werden aneinander angebracht und unter Wärme gedrückt. Danach wird ein flüssiger Kristall zwischen die Substrate eingespritzt und die sich ergebenden Substrate werden abgedichtet. Auf diese Weise wird die Flüssigkristallzelle hergestellt.
Um eine Anzeige mit einer hohen Qualität zu verwirklichen, ist es erforderlich, dass die MIM-Einrichtung eine symmetrische Kurve einer Strom-Spannungs-Charakteristik aufweist, während eine positive Spannung und eine negative Spannung an die untere Elektrode angelegt werden. Ferner sollte die MIM- Einrichtungskapazität kleiner als die Flüssigkristallkapazität sein. Die asymmetrische Kurve der Strom-Spannungs- Charakteristik bewirkt das Auftreten eines Restbilds auf der Anzeige. Es gibt ein Problem bezüglich Nebensprechen für den Fall, dass die MIM-Einrichtungskapazität in Bezug auf die Flüssigkristallkapazität nicht klein genug ist.
Um das Restbild und das Nebensprechen zu verhindern, sind verschiedene Techniken untersucht worden. Zum Beispiel wird gewöhnlicherweise ein Isolator durch Eloxieren einer unteren Elektrode gebildet. Wie in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 46-17267 beschrieben, ist eine Eloxierung ein herkömmlicherweise feststehendes Verfahren. Ein Isolator mit einem hohen Durchsatz und einer überlegenen Produktivität kann durch die Eloxierung erhalten werden. Ferner ist eine Technik studiert worden, bei der der Widerstand der Verdrahtung verringert wird, um eine Anzeigevorrichtung mit einer größeren Größe und einer hohen Qualität zu erhalten. Zum Beispiel wird ein dünner Ta-Film, der für die Verdrahtung verwendet wird, mit Stickstoff dotiert, um so den spezifischen Widerstand zu verringern.
Während die Flüssigkristallzelle gebildet wird, werden jedoch das Substrat mit der aktiven Matrix und das Gegensubstrat aneinander durch eine Wärmebehandlung mit einer relativ hohen Temperatur (ungefähr in dem Bereich von 150 bis 200ºC) angebracht und gedrückt. Wie in Fig. 34 gezeigt, nimmt die Nicht- Linearität der MIM-Einrichtung allmählich ab, wenn die Zeit für die Wärmebehandlung zunimmt. Die Verschlechterung der Nicht-Linearität der MIM-Einrichtung kann insbesondere für den Fall stark beobachtet werden, wenn ein Dünnfilm aus Ta mit einer β-Struktur (nachstehend als ein "β-Ta-Film" bezeichnet) als eine untere Elektrode verwendet wird.
Der β-Ta-Film ist herkömmlicherweise in verschiedenen Gebieten verwendet worden. Der β-Ta-Film wird durch eine Aufstäubung (Sputtern) ist einer Atmosphäre eines Ar-(Argon-)Gases unter Verwendung eines reinen Ta-Targets mit einer Reinheit von 99, 99% aufgebracht. Das heißt, der β-Ta-Film wird durch ein reaktives Aufstäubungsverfahren unter Verwendung eines Targetstücks aufgebracht. Für den Fall einer Verwendung des β-Ta- Films für die untere Elektrode der MIM-Einrichtung ist die Nicht-Linearität der MIM-Einrichtung zufriedenstellend, unmittelbar nachdem die MIM-Einrichtung gebildet ist; da jedoch das Substrat mit der aktiven Matrix, wo die MIM-Einrichtung gebildet wird, wie voranstehend beschrieben thermisch behandelt wird, verschlechtert sich ihre Nicht-Linearität stark nach der Bildung der MIM-Einrichtung. Demzufolge sollte die Temperatur für die Wärmebehandlung verkleinert werden. Jedoch werden das Substrat mit der aktiven Matrix und das Gegensubstrat mittels Wärme und Druck bei einer niedrigen Temperatur nicht in einer zufriedenstellenden Weise aneinander angebracht, wodurch sich die Zuverlässigkeit der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung verringert.
Im Gegensatz dazu wird der spezifische Widerstand des dünnen Ta-Films herkömmlicherweise durch Dotieren von Stickstoff in den Ta-Dünnfilm verringert, was die Verschlechterung der Nicht-Linearität der MIM-Einrichtung verhindern kann. Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die MIM-Einrichtung mit einem dünnen Ta-Film, der mit Stickstoff dotiert wurde und durch das reaktive Aufstäubungsverfahren unter Verwendung eines Targetstücks in einer Atmosphäre eines (Ar + N&sub2;) Gases aufgebracht wurde, hergestellt, und die Nicht-Linearität der MIM- Einrichtung untersucht. Fig. 35 zeigt die Änderung der Nicht- Linearität der MIM-Einrichtung für den Fall, dass der mit Stickstoff dotierte dünne Ta-Film mit verschiedenen Arten des Flussratenverhältnisses eines N&sub2; Gases aufgebracht wurde.
Aus Fig. 35 lässt sich entnehmen, dass dann, wenn die Dichte des Stickstoffgases kleiner wird (d. h. die Stickstoffmenge in dem dünnen Ta-Film kleiner wird) die Nicht-Linearität der MIM- Einrichtung im Allgemeinen kleiner wird. Wenn die Dichte des Stickstoffgases groß ist (d. h. die Stickstoffmenge groß ist), kann im Gegensatz dazu die Verschlechterung der Nicht- Linearität der MIM-Einrichtung verhindert werden. Für den Fall eines hohen Flussratenverhältnisses des N&sub2; Gases gibt es jedoch ein Problem dahingehend, dass die Nicht-Linearität der MIM- Einrichtung nicht gleichförmig und deshalb bei hoher Temperatur nicht stabil ist.
Als einer der Faktoren, der die Nicht-Linearität der MIM- Einrichtung instabil macht, wird die nicht gleichmäßige Dicke des Isolators angesehen.
Die nicht gleichmäßige Dicke des Isolators wird folgendermaßen verursacht:
Zum Beispiel wird in einem reaktiven Aufstäubungsverfahren (Sputter-Verfahren) in einer Atmosphäre eines (Ar + N&sub2;) Gases Stickstoff in einem N&sub2; Gas in den dünnen Ta-Film aufgenommen, der aufgebracht wird. Somit ist es wichtig, dass ein N&sub2; Gas gleichförmig in eine Aufstäubungskammer eingeführt wird. Jedoch haben die Studien der Erfinder gezeigt, dass dann, wenn das Flussratenverhältnis des N&sub2; Gases zu dem Ar Gas mehr als ungefähr 4% ist, die Anzahl von Stickstoffatomen, die in den Ta-Film aufgenommen werden, nicht gleichförmig ist, was es extrem schwierig macht, die Anzahl der Stickstoffatome in dem dünnen Ta-Film gleichförmig zu regulieren. Als Folge davon ist die Dicke des Isolators, der durch Eloxieren des mit Stickstoff dotierten Ta-Film gebildet wird, nicht gleichförmig.
Tabelle 1 zeigt die Beziehungen des Strömungsverhältnisses des N&sub2; Gases in einer Atmosphäre eines (Ar + N&sub2;) Gases, die Nicht- Linearität der MIM-Einrichtung unter Verwendung eines dünnen Ta-Films und den Widerstandswert des dünnen Ta-Films für den Fall einer Bildung des mit Stickstoff dotierten dünnen Ta- Films durch ein reaktives Aufstäubungsverfahren. Wie sich der Tabelle 1 entnehmen lässt, ist die Stickstoffmenge in dem dünnen Ta-Film nicht gleichförmig, wenn das Strömungsratenverhältnis des N&sub2; Gases mehr als ungefähr 4% ist, sodass der Widerstandswert nicht gleichförmig ist. Wenn in diesem Fall der dünne Ta-Film eloxiert wird, wird ein Isolator mit einer nicht gleichförmigen Dicke gebildet, weil der Widerstandswert des dünnen Ta-Films nicht gleichförmig ist. [Tabelle 1]
In einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die MIM-Einrichtungen verwendet, trägt die Stickstoffmenge in dem dünnen Ta- Film zu den Charakteristiken der MIM-Einrichtung, insbesondere zu der thermischen Stabilität der Nicht-Linearität davon, bei. Ferner hilft, wie in Fig. 16 gezeigt, die Stickstoffmenge in dem dünnen Ta-Film zur Verbesserung der Temperaturabhängigkeit des Kontrasts. Eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die einen dünnen Ta-Film verwendet, der unter der Bedingung gebildet ist, dass das Strömungsratenverhältnis des N&sub2; Gases 2,9 Vol% (eine gestrichelte Linie) ist, weist einen veränderten Kontrast kleiner als derjenige einer Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung auf, die einen Ta-Film verwendet, der unter der Bedingung gebildet ist, dass das Strömungsratenverhältnis des N&sub2; Gases 4,3 Vol% (eine strichpunktierte Linie) ist. Wenn jedoch die Menge des dotierten Stickstoffs erhöht wird, wird die Stickstoffmenge, die in dem dünnen Ta-Film enthalten ist, kleiner.
Die EP-A-0 338 986, auf der der Oberbegriff des Anspruchs 1 basiert, offenbart eine nicht lineare Zweitor-Einrichtung, umfassend eine untere Elektrode eines mit Stickstoff dotierten dünnen Ta-Films, die auf einem Substrat gebildet ist; einen Oxidfilm, der durch Eloxieren einer Oberfläche der unteren Elektrode gebildet ist; und eine obere Elektrode in einem dünnen Metallfilm, der auf dem eloxierten Oxidfilm gebildet ist. Die EP-A-388 986 offenbart auch ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Zweitor-Einrichtung.
Die GB-A-2 091 468 offenbart ein Schaltelement für eine Flüssigkristallanzeige. Das Element besteht aus zwei MIM nicht- linearen Einrichtungen, die verbunden sind, um eine im Wesentlichen symmetrische Spannungs-Strom-Charakteristik zu erzeugen.
Die JP-A-2 257 123 offenbart eine nicht lineare Zweitor-MIM- Einrichtung. Eine metallische Schicht ist auf ein Sustrat in einer Atmosphäre, die Stickstoff enthält, aufgestäubt (gesputtert), und die metallische Schicht wird thermisch oxidiert, um eine Metall-Nitrid-/Metall-Oxid-Schicht zu bilden. Die MIM- Einrichtung wird auf der Metall-Nitrid-/Metall-Oxid-Schicht aufwachsen gelassen.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung wie beansprucht stellt eine nicht lineare Zweitor-Einrichtung bereit, die umfasst:
eine untere Elektrode, die auf einem Substrat gebildet ist, wobei die untere Elektrode aus einem dünnen Ta-Film besteht, der mit Stickstoff dotiert ist;
einen Oxidfilm, der durch ein Eloxieren einer Oberfläche der unteren Elektrode gebildet ist; und
eine obere Elektrode, die auf dem Oxidfilm, der durch ein Eloxieren erhalten wird, gebildet ist, wobei die obere Elektrode aus einem Metalldünnfilm besteht;
dadurch gekennzeichnet, dass der Ta-Film abwechselnd abgeschiedene erste Abschnitte und zweite Abschnitte umfasst, wobei die ersten Abschnitte einen unterschiedlichen Stickstoffgehalt von dem Stickstoffgehalt der zweiten Abschnitte aufweisen.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden die ersten Abschnitte und die zweiten Abschnitte in einer Dickenrichtung des dünnen Ta-Films abwechselnd abgeschieden bzw. aufgebracht.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Verhältnis eines Spitzenwerts eines Profils der Intensität einer ¹&sup4;N&spplus;-Emission hinsichtlich der Intensität einer ¹&sup8;¹Ta&spplus;-Emission in den ersten Abschnitten zu demjenigen in den zweiten Abschnitten im Wesentlichen in dem Bereich von 1 : 1,54 bis 1 : 1,71.
In noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Verhältnis der Intensität einer Röntgenstrahlbeugung von (110) zu der Intensität einer Röntgenstrahlbeugung von (002) des dünnen Ta-Films im Wesentlichen 1 : 0,248.
In noch einer anderen Ausführungsform wird der dünne Ta-Film durch ein reaktives Sputtern (Aufstäuben) unter Verwendung von zwei oder mehreren Ta-Targetstücken mit einer Reinheit von 99, 99% in einem Mischgas aus Argongas und Stickstoffgas gebildet; das Verhältnis einer Flussrate bzw. Strömungsrate des Stickstoffgases zu einer Flussrate des Mischgases ist im Wesentlichen 3% bis 7%; und die zwei oder mehreren Stücke des Ta-Targets werden in Reihe in einer Richtung ausgerichtet, wo das Substrat befördert wird.
In noch einer anderen Ausführungsform ist ein spezifischer Widerstand des dünnen Ta-Films im Wesentlichen in einem Bereich von 90 uΩcm bis 165 uΩcm.
In noch einer anderen Ausführungsform liegt der spezifische Widerstand des dünnen Ta-Films im Wesentlichen in einem Bereich von 105 uΩcm bis 150 uΩcm.
In noch einer anderen Ausführungsform wird der dünne Ta-Film durch ein Sputtern (Aufstäuben) unter Verwendung von zwei oder mehreren Stücken eines gesinterten TaN-Targets in einem Mischgas aus Argongas und Stickstoffgas gebildet; das Verhältnis einer Strömungsrate des Stickstoffgases zu einer Strömungsrate des Mischgases beträgt im Wesentlichen 4% oder weniger; und die zwei oder mehreren Stücke des gesinterten TaN-Targets werden in Reihe in einer Richtung ausgerichtet, wo das Substrat befördert wird.
In noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung enthält jedes der zwei oder mehreren Stücke des gesinterten TaN- Targets Stickstoff in einer Menge von 5 Mol-% oder weniger.
In noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der dünne Ta-Film mit einer Sputter-Leistung von 4 W/cm² für eine Einheitsfläche des gesinterten TaN-Targets gebildet.
In noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung liegt ein spezifischer Widerstand des dünnen Ta-Films im Wesentlichen in einem Bereich von 80 uΩcm bis 165 uΩcm.
In einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung liegt der spezifische Widerstand des dünnen Ta-Films im Wesentlichen in einem Bereich von 95 uΩcm bis 150 uΩcm.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, stellt ein Verfahren zum Herstellen einer nicht- linearen Zweitor-Einrichtung mit einer unteren Elektrode, einer isolierenden Schicht und einer oberen Elektrode bereit, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Abscheiden bzw. Aufbringen eines dünnen Ta-Films, der mit Stickstoff dotiert ist, auf einem Substrat und Strukturieren des Ta-Films, um die untere Elektrode zu bilden;
Bilden eines Oxidfilms durch ein Eloxieren der unteren Elektrode; und
Bilden der oberen Elektrode auf dem Oxidfilm, der durch ein Eloxieren erhalten wird;
dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Bilden der unteren Elektrode umfasst:
Abscheiden des Ta-Films, der mit Stickstoff dotiert ist, durch ein reaktives Sputtern unter Verwendung erster und zweiter Stücke eines Targets aus TaN in entweder einem Argongas, einem Kryptongas, einem Mischgas aus Argongas und Stickstoffgas oder einem Mischgas aus Kryptongas und Stickstoffgas oder unter Verwendung erster und zweiter Stücke eines Targets Ta in entweder einem Mischgas aus Argongas und Stickstoff oder einem Mischgas aus Kryptongas und Stickstoffgas, während das Substrat in einer gewünschten Richtung befördert wird, wobei die Stücke des Ta- oder TaN-Targets in einer Reihe in einer Richtung parallel zu der Richtung einer Bewegung des Substrats ausgerichtet sind; wobei die ersten und zweiten Stücke des Ta- oder TaN-Targets so angeordnet sind, dass der Ta-Film abwechselnd abgeschiedene erste und zweite Abschnitte umfasst, wobei die ersten Abschnitte einen unterschiedlichen Stickstoffgehalt von dem Stickstoffgehalt der zweiten Abschnitte aufweisen.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Target aus Ta ein reines Ta-Target mit einer Reinheit von 99, 99% und das Verhältnis einer Strömungsrate von Stickstoffgas zu einer Strömungsrate des Mischgases liegt im Wesentlichen in dem Bereich von 3% bis 7%.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Target aus Ta ein gesintertes TaN-Target, und das Verhältnis einer Strömungsrate von Stickstoffgas zu einer Strömungsrate des Mischgases beträgt im Wesentlichen 4% oder weniger.
In einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung beträgt der Betrag von Stickstoff, der in dem gesinterten TaN-Target enthalten ist, 5 Mol-% oder weniger.
In einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung wird der dünne Ta-Film bei einer Sputter-Leistung von 4 W/cm² für eine Einheitsfläche des gesinterten TaN-Targets abgeschieden.
In einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung wird der dünne Ta-Film durch Verwenden einer In-Line-Sputter-Vorrichtung abgeschieden.
In noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der dünne Ta-Film durch Verwenden einer Dreh-Sputter-Vorrichtung abgeschieden.
In noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der Schritt zum Bilden des eloxierten Oxidfilms in einer Lösung, die eine Ammoniumgruppe enthält, ausgeführt.
Somit ermöglicht die hier beschriebene Erfindung die Vorteile (1) einer Bereitstellung von nicht-linearen Zweitor-Einrichtungen eines MIM-Typs mit einer gleichförmigen und thermisch stabilen Nicht-Linearität, und (2) einer Bereitstellung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung unter Verwendung der MIM- Einrichtungen als Schaltelemente, bei denen ein Restbild auf einer Anzeige nicht auftritt.
Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich Durchschnittsfachleuten näher beim Lesen und Verstehen der folgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht, die ein Substrat mit einer aktiven Matrix zeigt, auf dem nicht lineare Zweitor-Einrichtungen eines MIM-Typs (nachstehend als "MIM-Einrichtungen" bezeichnet) eines Beispiels 1 der vorliegenden Erfindung als Schaltelemente gebildet sind;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang einer Schnittlinie A- A' der Fig. 1;
Fig. 3 ein Diagramm, das ein Profil einer ¹&sup4;N&spplus; Sekundärionenemission von einem dünnen Ta-Film (Strömungsratenverhältnis von N&sub2; Gas zu (Ar + N&sub2;) Gas: 4,3%) (Verteilung von Stickstoff in dem dünnen Ta-Film in der Dickenrichtung des dünnen Ta-Films) eines Beispiels 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 ein Diagramm, das ein Profil einer ¹&sup4;N&spplus; Sekundärionenemission von einem herkömmlichen dünnen Ta-Film (Strömungsratenverhältnis von N&sub2;: 5%) zeigt;
Fig. 5 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Nicht- Linearität einer MIM-Einrichtung des Beispiels 1 der vorliegenden Erfindung und dem Strömungsratenverhältnis eines N&sub2;- Gases zeigt;
Fig. 6 ein Diagramm, das ein Profil der Intensität einer Röntgenstrahlbeugung eines dünnen Ta-Films (Strömungsratenverhältnis des N&sub2;-Gases: 4,3%) des Beispiels 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 7 ein Diagramm, das ein Profil der Intensität einer Röntgenstrahlbeugung eines dünnen Ta-Films (Strömungsratenverhältnis des N&sub2;-Gases: 8,3%) des Beispiels 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 8 ein Diagramm, das eine Strom-Spannungs-Charakteristik einer MIM-Einrichtung (Strömungsratenverhältnis von N&sub2;-Gas zu (Ar - N&sub2;)Gas: 4,3%) des Beispiels 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 9 ein Diagramm, das eine elektrooptische Charakteristik (Tastverhältnis 1/480, 70 Hz) einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung unter Verwendung einer MIM-Einrichtung (Strömungsratenverhältnis von N&sub2;-Gas zu (Ar - N&sub2;) Gas: 4,3%) des Beispiels 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines Substrats mit einer aktiven Matrix, auf dem nicht lineare Zweitor-Einrichtungen des Beispiels 2 gebildet sind;
Fig. 11 eine Querschnittsansicht einer Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung, die ein Substrat mit einer aktiven Matrix der Fig. 10 umfasst;
Fig. 12 ein Diagramm, das eine Strom-Spannungs-Charakteristik einer MIM-Einrichtung des Beispiels 2 zeigt;
Fig. 13 ein Diagramm, das eine Strom-Spannungs-Charakteristik einer MIM-Einrichtung des Beispiels 2 und einer MIM- Einrichtung eines Vergleichsbeispiels zeigt;
Fig. 14 eine Poole-Frenkel Darstellung einer MIM-Einrichtung des Beispiels 2 und einer MIM-Einrichtung eines Vergleichsbeispiels;
Fig. 15 ein Diagramm, das die Temperaturabhängigkeit des Kontrastverhältnisses einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die MIM-Einrichtung des Beispiels 2 umfasst, und einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die MIM-Einrichtungen des Vergleichsbeispiels umfasst, zeigt;
Fig. 16 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Stickstoffmenge in einem gesinterten TaN und der Nicht-Linearität B einer MIM-Einrichtung, die durch Verwenden des gesinterten TaN als ein Target gebildet wird, zeigt;
Fig. 17 ein Diagramm, das die Sputter-Leistung und den spezifischen Widerstand eines Ta-Films in einem β-Phasen-Aufbau zeigt, der gebildet ist, ohne mit Stickstoff dotiert zu sein;
Fig. 18 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Sputter- Leistung, der Leitfähigkeit und der Nicht-Linearität einer MIM-Einrichtung zeigt, die durch Verwenden eines β-Ta-Films gebildet ist, der ohne mit Stickstoff dotiert zu sein gebildet ist;
Fig. 19 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Sputter- Leistung und der Leitfähigkeit einer MIM-Einrichtung zeigt, die mit einem Ta-Film durch Sputtern unter Verwendung von gesintertem TaN als ein Target gebildet ist;
Fig. 20 eine Querschnittsansicht einer Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung, die nicht lineare Zweitor-Einrichtungen des Beispiels 3 der vorliegenden Erfindung umfasst;
Fig. 21 eine Draufsicht auf eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung der Fig. 20;
Fig. 22 eine Querschnittsansicht eines Substrats mit einer aktiven Matrix einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung der Fig. 21 entlang einer Schnittlinie A-A';
Fig. 23A eine schematische Vorderansicht einer In-Line- Sputter-Vorrichtung;
Fig. 23B eine schematische Draufsicht auf eine Dreh-Sputter- Vorrichtung;
Fig. 24 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Strömungsratenverhältnis eines N&sub2;-Gases zu einem (Ar + N&sub2;)Gas und die Nicht-Linearität B einer nicht-linearen Zweitor-Einrichtung des Beispiels 3 zeigt;
Fig. 25A bis 25D Diagramme, die eine Unebenheit in einem spezifischen Schichtwiderstand eines dünnen Ta-Films in dem Beispiel 3 und jedem der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 zeigen;
Fig. 26 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Sputter- Leistung für eine Einheitsfläche und der Leitfähigkeit 1 nA einer nicht-linearen Zweitor-Einrichtung des Beispiels 3 zeigt;
Fig. 27 ein Diagramm, das die Temperaturabhängigkeit des Kontrastverhältnisses einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zeigt, die nicht lineare Zweitor-Einrichtungen des Beispiels 3 aufweist;
Fig. 28 eine Draufsicht auf ein Substrat mit einer aktiven Matrix einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die nicht- lineare Zweitor-Einrichtungen des Beispiels 4 der vorliegenden Erfindung umfasst;
Fig. 29 eine Querschnittsansicht einer Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung der Fig. 28;
Fig. 30 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Strömungsratenverhältnis von N&sub2;-Gas zu (Ar + N&sub2;) Gas und dem spezifischen Widerstand eines dünnen Ta-Films, der durch ein reaktives Sputtern unter Verwendung von drei Stücken eines Ta- Targets gebildet ist, zeigt;
Fig. 31 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Stickstoffmenge, die in gesintertem TaN enthalten ist, und dem spezifischen Widerstand eines dünnen Ta-Films, der unter Verwendung von gesintertem TaN als ein Target gebildet ist, zeigt;
Fig. 32 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Strömungsratenverhältnis des N&sub2;-Gases zu (Ar + N&sub2;) Gas und den spezifischen Widerstand eines dünnen Ta-Films, der durch ein reaktives Sputtern unter Verwendung von drei Stücken eines Ta- Targets gebildet ist, zeigt;
Fig. 33 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Stickstoffmenge, die in gesintertem TaN enthalten ist, und dem spezifischen Widerstand eines Ta-Films, der durch ein reaktives Sputtern unter Verwendung von gesintertem TaN als ein Target gebildet ist, zeigt;
Fig. 34 ein Diagramm, das die Nicht-Linearität einer herkömmlichen MIM-Einrichtung zeigt, die durch Verwendung des β-Ta- Films gebildet ist, wobei die Nicht-Linearität für jede Stufe gezeigt ist;
Fig. 35 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Nicht- Linearität einer herkömmlichen MIM-Einrichtung und dem Strömungsratenverhältnis von N&sub2;-Gas zu (Ar + N&sub2;)Gas zeigt, während ein dünner Ta-Film gebildet wird; und
Fig. 36 ein Diagramm, das die Temperaturabhängigkeit des Kontrastverhältnisses einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zeigt, die herkömmliche MIM-Einrichtungen umfasst.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Beispiel 1

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf ein Substrat mit einer aktiven Matrix, auf dem nicht lineare Zweitor-Einrichtungen eines MIM-Typs (nachstehend als "MIM-Einrichtungen" bezeichnet) als ein erstes Beispiel der vorliegenden Erfindung gebildet sind. Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Schnittlinie A-A' in Fig. 1. In diesem Beispiel werden die MIM-Einrichtungen als Schaltelemente der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung verwendet. Zusätzlich zeigt Fig. 1 das Substrat mit der aktiven Matrix für 1 Pixel.
Der Aufbau des Substrats mit der aktiven Matrix wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Das Substrat mit der aktiven Matrix umfasst ein Substrat 6, das aus Glas oder dergleichen gebildet ist. Ein Basisbeschichtungsisolator 7 ist auf dem Glassubstrat 6 vorgesehen und eine Vielzahl von Signalleitungen 1 (wie in Fig. 1 gezeigt), die aus einem dünnen Ta-Film gebildet sind, sind darauf parallel vorgesehen. Ferner werden untere Elektroden 2, die sich von den Signalleitungen 1 verzweigen, auf dem Basisbeschichtungsisolator 7 gebildet. Isolatoren 3 werden auf den Signalleitungen 1 und den unteren Elektroden 2 durch Eloxieren von Oberflächen der Signalleitungen 1 und der unteren Elektroden 2 gebildet. Die oberen Elektroden 4, die aus einem Ta-, Cr-, Ti-, Al-Film oder dergleichen gebildet sind, werden auf den Isolatoren 3 gebildet. Die MIM- Einrichtung umfasst eine untere Elektrode 2, eine obere Elektrode 4 und einen Isolator 3, der dazwischen eingebettet ist. Die obere Elektrode 4 ist elektrisch mit einer entsprechenden einen der Pixelelektroden 5, die aus einem ITO transparenten leitenden Film oder dergleichen gebildet sind, verbunden. Ferner weist der dünne Ta-Film, der für die Signalleitung 1 und die untere Elektrode 2 verwendet wird, einen Aufbau auf, bei dem Abschnitte mit einer geringeren Stickstoffmenge (nachstehend als "schlechte Abschnitte" bezeichnet) und Abschnitte mit einer großen Stickstoffmenge (nachstehend als "reiche Abschnitte" bezeichnet) abwechselnd in der Dickenrichtung des dünnen Ta-Film abgeschieden bzw. aufgebracht sind.
Das Substrat mit der aktiven Matrix, das in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, wird wie folgt hergestellt, und zwar unter der Bedingung, dass eine Flüssigkristallzelle einen reflektiven monochromatischen TN-Flüssigkristallmodus mit 160 · 160 Punkten und einem Abstand von 0,25 mm aufweist; die Breite jeder Signalleitung 1 30 um beträgt; die Größe der MIM-Einrichtung 5 um · 5 um beträgt; und das Verhältnis der MIM-Kapazität zu der Flüssigkristallkapazität ungefähr 1 : 10 ist.
Zunächst wird der Basisbeschichtungsisolator 7 aus Ta&sub2;O&sub5; oder dergleichen auf dem Glassubstrat 6 durch Sputtern oder dergleichen so gebildet, dass er eine Dicke von 500 nm (5000 Anström) aufweist. Nicht-Alkali-Glas, Borosilikat-Glas und Soda-Glas können für das Glassubstrat 6 verwendet werden. In diesem Beispiel wird #7059 Fusion Pilex Glas (hergestellt von Corning Japan Co., Ltd.) für das Glassubstrat 6 verwendet. Der Basisbeschichtungsisolator 7 kann weggelassen werden; jedoch kann verhindert werden, dass Dünnfilme, die auf dem Basisbeschichtungsisolator 7 gebildet sind, von dem Substrat 6 verunreinigt werden, wodurch weiter hervorragende Charakteristiken der MIM-Einrichtung erhalten werden können.
Danach wird der dünne Ta-Film auf dem Glassubstrat 6 durch ein reaktives Sputtern so aufgebracht, dass er eine Dicke von 300 nm (3000 Angström) aufweist. In dem reaktiven Sputtern werden drei Stücke eines Targets aus Ta mit einer Reinheit von 99,99 % in Reihe in der Richtung ausgerichtet, in der das Glassubstrat 6 befördert wird. Ferner werden Argon-(Ar)Gas und Stickstoff-(N&sub2;)Gas für das reaktive Gas verwendet. Die Stickstoffmenge, die in dem abgeschiedenen dünnen Ta-Film enthalten ist, kann in Abhängigkeit von dem Strömungsratenverhältnis von N&sub2;- Gas zu (Ar + N&sub2;)Gas verändert werden. In diesem Beispiel wird das Strömungsratenverhältnis von N&sub2;-Gas zu (Ar + N&sub2;) Gas so eingestellt, dass das Strömungsratenverhältnis auf 2,2%, 2,9%, 3,6%, 4,1%, 4,3%, 5,7% und 8,3% für ein Sputtern eingestellt wird. Ferner können die Dicken der armen und reichen Abschnitte durch geeignetes Einstellen von Intervallen zwischen den Stücken des Ta-Targets und Bedingungen wie der Sputter-Leistung und der Beförderungsrate des Glassubstrats 6 verändert werden. In diesem Beispiel wird ein Sputtern unter den Bedingungen ausgeführt, dass jedes Targetstück eine Größe von 127 mm · 406 mm (5 Inch · 16 Inch) aufweist; jedes Intervall zwischen den Stücken des Targets 10 cm beträgt; die Sputter- Leistung 4,5 kW (Strom: 8,5 A, Spannung: 530 V) beträgt; die Beförderungsrate des Substrats 460 mm/min beträgt; die Temperatur 100ºC beträgt; und die Sputter-Rate 200 mm/min ist.
Der so erhaltene dünne Ta-Film wird durch ein SIMS (Sekundärionen-Massenspektrometrie) analysiert. Fig. 3 zeigt ein Profil einer Sekundärionen-Emission von dem Ta-Dünnfilm. In diesem Beispiel wird die Intensität einer ¹&sup4;N&spplus; Emission bezüglich der Intensität einer ¹&sup8;¹Ta&spplus; Emission aufgetragen. Wie in Fig. 3 gezeigt, weist der dünne Ta-Film einen Aufbau auf, bei dem die armen Abschnitte und die reichen Abschnitte alternierend in der Dickenrichtung des dünnen Ta-Films abgeschieden sind, wobei Abschnitte in der Nähe einer Oberfläche davon ausgeschlossen sind. Andererseits wird ein dünner Ta-Film, der gleichförmig Stickstoff enthält, durch das herkömmliche reaktive Sputtern unter Verwendung eines einzelnen Stücks eines Ta-Targets erhalten, wie in Fig. 4 gezeigt.
Der dünne Ta-Film, der so erhalten wird, wird durch eine Photolithographie in eine gewünschte Form strukturiert, wodurch die Signalleitungen 1 und unteren Elektroden 2 gebildet werden. Dann werden die freigelegten Abschnitte der Signalleitungen 1 und der unteren Elektroden 2 außer den Anschlussabschnitten (Torabschnitten), die mit der externen Ansteuerschaltung verbunden werden sollen, in 1 Gewichtsprozent von Ammoniumtartrat eloxiert, wodurch ein eloxierter Oxidfilm 3 (Isolator 3) gebildet wird. In diesem Beispiel wird die Eloxierung unter den Bedingungen ausgeführt, dass die Temperatur eines Elektrolyts, d. h. 1 Gewichtsprozent von Ammoniumtartrat, eine Spannung und ein Strom ungefähr 25ºC, 27 V bzw. 0,7 mA sind, wodurch der aus Ta&sub2;O&sub2; gebildete eloxierte Oxidfilm 3 mit einer Dicke von 60 nm (600 Angström) gebildet wird.
Nach Bilden des eloxierten Oxidfilms 3 wird ein Metalldünnfilm über dem Substrat 6 durch Sputtern oder dergleichen abgeschieden. Der abgeschiedene Metalldünnfilm wird durch die Photolithographie in eine gewünschte Form strukturiert, wodurch die oberen Elektroden 4 gebildet werden. Im Allgemeinen umfassen Beispiele von Materialien für die obere Elektrode 4 Ta, Cr, Ti, Al oder dergleichen. In diesem Beispiel wird ein Ti-Film so abgeschieden, dass er eine Dicke von 400 nm (4000 Angström) aufweist, und strukturiert, um die oberen Elektroden 4 zu bilden. Jede der oberen Elektroden 4 weist eine rechteckförmige Gestalt mit einer Länge von 20 um und einer Breite von 5 um auf.
Ferner wird ein transparenter gleitender Film, der aus ITO oder dergleichen gebildet ist, über dem sich ergebenden Substrat 6 abgeschieden und strukturiert, um die Pixelelektroden 5 zu bilden. In dieser Weise wird das Substrat mit der aktiven Matrix hergestellt.
Das Substrat mit der aktiven Matrix und ein Gegensubstrat werden aneinander angebracht, wodurch eine Flüssigkristallzelle gebildet wird. Eine Vielzahl von Streifen des transparenten leitenden Films wird auf dem Gegensubstrat gebildet, sodass die jeweiligen Streifen die Signalleitungen 1 unter rechten Winkeln kreuzen, wenn das Gegensubstrat an dem Substrat mit der aktiven Matrix angebracht ist. In diesem Beispiel werden die Streifen bei einem Abstand von 0,25 nm gebildet. Wenn in diesem Herstellungsprozess des Gegensubstrats eine Farbfilterschicht auf dem Gegensubstrat gebildet wird, kann eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung erhalten werden, die eine Farbe anzeigen kann.
Die Flüssigkristallzelle wie voranstehend erwähnt, wird wie folgt hergestellt:
Zunächst wird ein Orientierungsfilm auf einer Stirnfläche jeweils des Substrats mit der aktiven Matrix und dem Gegensubstrat bei einer Temperatur von ungefähr 200ºC gebildet. Dann werden beide Substrate mit den Orientierungsfilmen in einer vorangeordneten Richtung gerieben bzw. geschliffen, um Flüssigkristall-Molekülausrichtungen zu erhalten.
Als nächstes wird ein Abdichtungsmittel auf ein Substrat aufgeschichtet und ein Abstandsstück wird gleichförmig auf dem anderen Substrat verteilt; und die sich ergebenden Substrate werden aneinander angebracht, sodass ihre Stirnflächen mit Verdrahtungen aufeinander zu gerichtet sind. Die Substrate werden so angeordnet, dass die Flüssigkristallmoleküle eine 90º-Verbindung bilden werden, die von einem Substrat zu dem anderen Substrat geht. In diesem Fall sollten die Streifen des transparenten leitenden Films, der auf dem Gegensubstrat gebildet ist, und die Signalleitungen 1, die auf dem Substrat mit der aktiven Matrix gebildet sind, einander unter rechten Winkeln kreuzen. Die angebrachten Substrate werden bei einer Temperatur von ungefähr 150 bis 200ºC erwärmt, um das Abdichtungsmittel auszuhärten, während das Substrat gedrückt wird. Danach wird ein Flüssigkristall zwischen die Substrate injiziert und dann werden die sich ergebenden Substrate abgedichtet. In dieser Weise wird die Flüssigkristallzelle hergestellt.
Zusätzlich wird ein transmittierender Polarisierer mit einem Transmissionsvermögen von 44,5% und einem Polarisationsgrad von 96,5% auf der vorderen Stirnfläche der Flüssigkristallzelle vorgesehen; und ein reflektierender Polarisierer, der durch Bilden einer Al-Reflexionsplatte auf dem gleichen Polarisierer gebildet wird wie derjenige, der auf der vorderen Stirnfläche vorgesehen ist, wird auf der Rückseite davon vorgesehen. In dieser Weise wird eine elektrooptische Charakteristik zu der Flüssigkristallzelle hinzugefügt, wodurch eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung fertiggestellt wird.
Fig. 5 und Tabelle 2 zeigen die Nicht-Linearität der MIM- Einrichtung, die in der voranstehend beschriebenen Weise erhalten wird. Tabelle 2 zeigt auch als ein Vergleichsbeispiel die Nicht-Linearität der MIM-Einrichtung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die durch die gleiche Vorgehensweise wie in diesem Beispiel erhalten wird, mit dem Unterschied, dass die unteren Elektroden, die aus einem dünnen Ta-Film gebildet sind, durch das herkömmliche reaktive Sputtern unter Verwendung eines einzelnen Stücks eines Ta-Targets gebildet werden. Die Nicht-Linearität der MIM-Einrichtung des Vergleichsbeispiels ist wie in Fig. 35 gezeigt. In dem Vergleichsbeispiel wird ein Sputtern unter der Bedingung ausgeführt, dass das Strömungsratenverhältnis von N&sub2;-Gas zu (Ar + N&sub2;) Gas auf 0%, 3,8%, 7,4%, 10,7%, 13,8%, 16,7%, 20,0 % 25,0% und 33,3% eingestellt wird. Analysen der Erfinder der vorliegenden Erfindung zeigen, dass Stickstoff in dem dünnen Ta-Film mit einer Menge von 5% mehr in Bezug auf das Strömungsratenverhältnis von N&sub2;-Gas in dem Vergleichsbeispiel enthalten ist. [Tabelle 2]
Erster Zustand: der Zustand, nachdem eine MIM-Einrichtung hergestellt ist
Zweiter Zustand: der Zustand, wenn eine Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung fertiggestellt ist
In der Tabelle 2 stellt der erste Zustand einen Zustand unmittelbar nach Herstellung der MIM-Einrichtung dar und der zweite Zustand stellt einen Zustand dar, bei dem die Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung fertiggestellt ist.
Wie sich der Fig. 35 und der Tabelle 2 entnehmen lässt, wird die Nicht-Linearität der MIM-Einrichtung des Vergleichsbeispiels nicht zufriedenstellend für den Fall, dass das Strömungsratenverhältnis von N&sub2;-Gas zu (Ar + N&sub2;)Gas niedrig ist (d. h. die Stickstoffmenge, die in dem dünnen Ta-Film enthalten ist, ist klein). In diesem Fall wird die Verschlechterung der Nicht-Linearität verursacht, weil ein β-Phasen-Aufbau und ein α-Phasen-Aufbau gleichzeitig in dem dünnen Ta-Film vorhanden sind oder die α-Phasen den Ta-Dünnfilm monopolisieren. Im Gegensatz dazu ist die Nicht-Linearität der MIM-Einrichtung für den Fall eines hohen Strömungsratenverhältnisses von N&sub2;-Gas relativ zufriedenstellend. Jedoch weicht die Nicht-Linearität stark in jeweilige MIM-Einrichtungen ab und keine MIM- Einrichtung mit einer gleichförmigen Nicht-Linearität wird erhalten. In diesem Fall wird der durch Sputtern abgeschiedene Film ein dünner TaN-Film. Für den Fall, dass das Strömungsratenverhältnis des N&sub2;-Gases 0% ist, wird ferner ein dünner Ta- Film eines β-Phasen-Aufbaus (nachstehend als ein "β-Ta" bezeichnet) gebildet und die Nicht-Linearität der MIM- Einrichtung, die durch Verwendung eines derartigen dünnen Ta- Films hergestellt wird, ist hervorragend. Jedoch wird die Nicht-Linearität stark nach der Herstellung der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung durch die Wärmebehandlung (zweiter Zustand) verschlechtert, im Vergleich mit der Nicht-Linearität, wenn die MIM-Einrichtung hergestellt wird (erster Zustand).
Andererseits weist die MIM-Einrichtung dieses Beispiels eine hervorragende Nicht-Linearität und thermische Stabilität auf, wie in Fig. 5 und Tabelle 2 gezeigt. Ferner wird eine gleichförmige Nicht-Linearität zwischen den MIM-Einrichtungen erhalten. Insbesondere ist die Nicht-Linearität der MIM-Einrichtung so gut wie oder besser als diejenige der MIM-Einrichtung, die durch Verwenden des dünnen β-Ta-Films als die untere Elektrode hergestellt wird, für den Fall, dass der dünne Ta-Film durch Einstellen des Strömungsratenverhältnisses des N&sub2;-Gases zu dem (Ar + N&sub2;)Gas in dem Bereich von 3% bis 7% abgeschieden wird. In diesem Fall verschlechtert sich die Nicht-Linearität als Folge der Wärmebehandlung nicht, und eine hervorragende Nicht- Linearität wird sogar in dem zweiten Zustand erhalten. Ferner werden MIM-Einrichtungen mit der besten Nicht-Linearität und der thermischen Stabilität für den Fall erhalten, dass das Strömungsratenverhältnis von N&sub2;-Gas zu (Ar + N&sub2;)Gas in dem Bereich von 4,3% bis 5,7% ist.
Die Fig. 6 und 7 zeigen die Ergebnisse der Röntgenstrahluntersuchung der dünnen Ta-Filme, die unter den Bedingungen erhalten werden, dass die Strömungsrate von N&sub2;-Gas zu (Ar + N&sub2;)Gas 4,3 % bzw. 8,3% ist. In diesen Figuren stellt die Spitze von (110) des Profils einen Ta-Aufbau einer α-Phase dar (nachstehend als eine "α-Ta" bezeichnet), und die Spitze von (002) des Profils stellt das β-Ta dar. Wie in Fig. 6 gezeigt, beträgt das Verhältnis der Röntgenstrahlintensität von (110) zu der Röntgenstrahlintensität von (002) 1 : 0,248 für den Fall, dass das Strömungsratenverhältnis von N&sub2;-Gas 4,3% ist. Ferner, wie in Fig. 7 gezeigt, beträgt das Verhältnis der Röntgenstrahlenintensität von (110) zu der Röntgenstrahlintensität (002) 1 : 0,064 für den Fall, dass das Strömungsratenverhältnis von N&sub2;- Gas 8,3% beträgt.
Wie in dem Ergebnis der Untersuchung durch eine SIMS in Fig. 3 gezeigt, liegt das Verhältnis der Spitzenintensität des ¹&sup4;N&spplus;, das von dem armen Abschnitt emittiert wird, zu derjenigen des reichen Abschnitts in dem Bereich von 1 : 1,54 bis 1 : 1,71, für den Fall, dass der dünne Ta-Film unter der Bedingung abeschieden wird, dass das Strömungsratenverhältnis von N&sub2;-Gas zu (Ar + N&sub2;)Gas 4,3% ist.
Fig. 8 zeigt eine Spannungs-Strom-Charakteristik der MIM- Einrichtung dieses Beispiels. Wie sich der Fig. 8 entnehmen lässt, kann die Symmetrie von Stromkurven einer negativen angelegten Spannung und einer positiven angelegten Spannung auch in der MIM-Einrichtung dieses Beispiels erhalten werden.
Fig. 9 zeigt eine elektro-optische Charakteristik (die Kontrastverhältnisabhängigkeit des Vorspannungsverhältnisses) in der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die die MIM-Einrichtungen als Schaltelemente verwendet. Wie sich der Fig. 9 entnehmen lässt, weist die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung das Kontrastverhältnis von 20 für den Fall des Vorspannungsverhältnisses von 1/8 und 1/13 auf. Ferner weist die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung hervorragende Charakteristiken wie die Reaktionsrate (= τr + τd) von 70 ms und den Betrachtungs- bzw. Sichtwinkel von 40º in der Aufwärts- und Abwärts-Richtung und von 100º oder mehr in der Rechts- und Links-Richtung (Co ≥ 2) auf. Ferner kann eine hervorragende Anzeige für den Fall eines Anzeigens eines binären Bilds erhalten werden, da ein Restbild nicht auftritt, wie dies das größte Problem in einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung unter Verwendung von nicht- linearen Zweitor-Einrichtungen als Schalteinrichtungen ist. Dies liegt daran, weil die voranstehend erwähnte Nicht- Linearität der Spannungs-Strom-Charakteristik hervorragend ist.
In diesem Beispiel wird ein Sputtern in einer Atmosphäre eine (Ar + N&sub2;) Gases unter Verwendung von drei Stücken eines Ta-Targets ausgeführt, sodass der abgeschiedene dünne Ta-Film einen Aufbau aufweist, bei dem die armen Abschnitte und reichen Abschnitte abwechselnd in der Dickenrichtung des dünnen Ta-Films abgeschieden sind; jedoch kann ein anderes Verfahren verwendet werden, um den dünnen Ta-Film mit einem derartigen Aufbau zu erhalten. Zum Beispiel werden mehrere Stücke eines gesinterten TaN-Targets, das eine kleine Menge Stickstoff enthält, und eines gesinterten TaN-Targets, das eine große Menge Stickstoff enthält, abwechselnd in einer Reihe angeordnet und dann gesputtert, wodurch ein dünner Ta-Film mit der gleichen abwechselnden Struktur wie diejenige dieses Beispiels erhalten werden kann.
Da wie voranstehend erwähnt die untere Elektrode der nicht- linearen Zweitor-Einrichtung den Aufbau aufweist, bei dem die armen Abschnitte (die eine kleine Menge Stickstoff enthalten) und die reichen Abschnitte (die eine große Stickstoffmenge enthalten) abwechselnd aufgebracht werden, weist die nicht- lineare Zweitor-Einrichtung dieses Beispiels eine anfängliche Nicht-Linearität auf, die so gut oder besser wie diejenige der nicht-linearen Zweitor-Einrichtung ist, die einen dünnen β-Ta- Film für die untere Elektrode verwendet, und eine hervorragende thermische Stabilität nahezu derjenigen der nicht-linearen Zweitor-Einrichtung, die den TaN-Film verwendet. Ferner ist die Nicht-Linearität unter den nicht-linearen Zweitor- Einrichtungen gleichförmig. Ferner ist die nicht lineare Zweitor-Einrichtung dieses Beispiels in der Strom-Spannungs- Charakteristik hervorragend. Wenn demzufolge die nicht- linearen Zweitor-Einrichtungen als Schaltelemente in einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung verwendet werden, wird ein Auftreten des Restbilds stark reduziert, wodurch eine Anzeige mit einen hohen Kontrast und einer hohen Qualität erhalten wird.

Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel)

Ein zweites Beispiel wird nun beschrieben.
In diesem Beispiel wird ein dünner Ta-Film durch Sputtern unter Verwendung eines gesinterten TaN-Targets aufgebracht, unterschiedlich zu einem reaktiven Sputtern in einer Atmosphäre eines (Ar + N&sub2;)Gases, bei dem drei Stücke eines reinen Ta-Targets wie im Beispiel 1 verwendet werden.
Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Substrats mit einer aktiven Matrix, die nicht lineare Zweitor-Einrichtungen eines MIM-Typs (nachstehend als eine "MIM-Einrichtung" bezeichnet) trägt, für den Fall, dass die MIM-Einrichtungen als Schalteinrichtungen einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung verwendet werden. Fig. 11 zeigt eine Querschnittsansicht der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die das Substrat mit der aktiven Matrix der Fig. 10 umfasst.
Der Aufbau des Substrats mit der aktiven Matrix wird unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11 beschrieben. Das Substrat mit der aktiven Matrix umfasst ein Substrat 15, welches aus Glas oder dergleichen gebildet ist. Ein Basisbeschichtungsisolator 16 ist auf dem Glassubstrat 15 gebildet und eine Vielzahl von Signalleitungen 11, die aus Ta gebildet sind, sind darauf parallel vorgesehen. Ferner werden untere Elektroden 12, die von den Signalleitungen 11 abgezweigt sind, auf dem Basisbeschichtungsisolator 16 gebildet. Auf den Signalleitungen 11 und den unteren Elektroden 12 werden Isolatoren gebildet. Die Isolatoren werden durch Eloxieren der freigelegten Abschnitte der Signalleitungen 11 und der unteren Elektroden 12 erhalten. Die oberen Elektroden 13 aus Ta, Cr, Ti, Al oder dergleichen werden auf den Isolatoren gebildet. Die MIM-Einrichtung umfasst eine untere Elektrode 12, eine obere Elektrode 13 und einen Isolator, der dazwischen eingebettet ist. Die obere Elektrode 13 ist elektrisch mit der entsprechenden einen der Pixelelektroden 14 verbunden, die aus einem ITO transparenten leitenden Film oder dergleichen gebildet sind.
Das Substrat mit der aktiven Matrix, das in Fig. 10 gezeigt ist, wird unter den Bedingungen hergestellt, dass eine Flüssigkristallzelle einen reflektierenden monochromatischen TN- Flüssigkristallmodus mit 640 · 480 Punkten und einem Abstand von 0, 3 mm aufweist; die Breite jeder Signalleitung 11 40 um beträgt; die Größe der MIM-Einrichtung 6 um · 5 um ist; und das Verhältnis der MIM-Kapazität der Flüssigkristallkapazität ungefähr 1 : 10 ist.
Zunächst wird der Basisbeschichtungsisolator 16, der aus Ta&sub2;O&sub5; oder dergleichen gebildet ist, auf dem Glassubstrat 15 durch Sputtern oder dergleichen abgeschieden, sodass er eine Dicke von 500 nm (5000 Angström) aufweist. Beispiele von Materialien für das Glassubstrat 15 umfassen ein Nicht-Alkali-Glas, ein Borosilikat-Glas und ein Soda-Kalk-Glas. In diesem Beispiel wird ein #7059 Fusion Pilex Glas (hergestellt von Corning Japan Co., Ltd.) für das Glassubstrat 15 verwendet. Der Basisbeschichtungsisolator 16 kann weggelassen werden. Jedoch kann verhindert werden, dass Dünnfilme, die auf dem Basisbeschichtungsisolator 16 gebildet sind, durch das Glassubstrat 15 verunreinigt werden, wodurch eine weiter hervorragende Einrichtungscharakteristik erhalten wird.
Danach wird der dünne Ta-Film auf dem Glassubstrat 15 so abgeschieden, dass er eine Dicke von 300 nm (3000 Angström) aufweist, und zwar durch ein DC-(Gleichstrom-)Sputtern. In diesem Beispiel wird gesintertes TaN, welches 5 Mol-% Stickstoff enthält, als ein Target verwendet. Ferner wird die DC-Aufstäubung (das DC-Sputtern), die in einer Atmosphäre eines Argon- (Ar)Gases unter der Bedingung ausgeführt, dass der Gasdruck 4 · 10&supmin;¹ Pa ist; die DC-Leistung 2,6 kW ist; die Temperatur und die Zeit zum Erwärmen des Substrats 100ºC bzw. 180 Sekunden sind; die Beförderungsrate des Substrats 100 mm/min ist; und das Intervall zwischen dem Substrat und dem Target 77 mm ist.
Der so erhaltene dünne Ta-Film wird durch eine Photolithographie in eine gewünschte Form strukturiert, wodurch die Signalleitung 11 und die untere Elektrode 12 gebildet werden. Dann werden Oberflächen der Signalleitung 11 und der unteren Elektrode 12 mit Ausnahme von Anschluss- bzw. Torabschnitten, die mit der externen Ansteuerschaltung verbunden werden sollen, in 1 Gewichtsprozent eines Ammoniumtartrat als ein Elektrolyt eloxiert, wodurch der eloxierte Oxidfilm gebildet wird. In diesem Beispiel wird die Eloxierung unter den Bedingungen ausgeführt, dass die Temperatur des Elektrolyts ungefähr 25ºC beträgt; die Spannung ungefähr 27 V beträgt; und der Strom 0,7 mA ist, wodurch der eloxierte Oxidfilm aus Ta&sub2;O&sub5; mit einer Dicke von 60 nm (600 Angström) erhalten wird.
Nach der Eloxierung wird ein Metalldünnfilm über dem Glassubstrat 15 durch Sputtern oder dergleichen abgeschieden. Das sich ergebende Substrat 15 wird durch die Photolithographie in eine gewünschte Form strukturiert, wodurch die obere Elektrode 13 gebildet wird. In dieser Weise wird die MIM-Einrichtung hergestellt. Im Allgemeinen umfassen Beispiele von Materialien für die obere Elektrode 13 Ta, Cr, Ti, Al und dergleichen. In diesem Beispiel wird der Ti-Film abgeschieden, sodass er eine Dicke von 400 nm (4000 Angström) aufweist, und strukturiert, um die oberen Elektroden 13 zu bilden. Jede obere Elektrode 13 weist eine rechteckförmige Gestalt mit einer Länge von 20 um und einer Breite von 6 um auf.
Ferner wird ein transparenter leitender Film aus ITO oder dergleichen über dem sich ergebenden Substrat 15 gebildet und durch ein alt bekanntes Verfahren strukturiert, um die Pixelelektroden 14 zu bilden. In dieser Weise wird das Substrat mit der aktiven Matrix hergestellt.
Das Substrat mit der aktiven Matrix und ein Gegensubstrat werden aneinander angebracht, wodurch eine Flüssigkristallzelle gebildet wird. Eine Vielzahl von Streifen aus einem transparenten leitenden Film werden auf dem Gegensubstrat 21 gebildet, sodass jeweilige Streifen die Signalleitungen 11 auf dem Substrat 15 mit der aktiven Matrix unter rechten Winkeln kreuzen. Die Streifen dienen als Gegenelektroden 18. In diesem Beispiel werden die Streifen des transparenten leitenden Films mit einer Dicke von 100 nm (1000 Angström) bei einem Abstand von 0,3 mm gebildet. Wenn bei dieser Herstellung des Gegensubstrats eine Farbfilterschicht auf dem Gegensubstrat gebildet wird, kann eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung erhalten werden, die Farbe anzeigen kann.
Die Flüssigkristallzelle, die das Gegensubstrat und das Gegensubstrat umfasst, wird wie folgt hergestellt:
Zunächst wird ein Orientierungsfilm 19 auf einer Oberfläche jeweils des Substrats mit der aktiven Matrix und dem Gegensubstrat bei einer Temperatur von ungefähr 200ºC gebildet. Dann werden beide Orientierungsfilme 19 in einer vorangeordneten Richtung gerieben oder geschliffen. In diesem Beispiel wird die Orientierungsbehandlung unter der Bedingung ausgeführt, dass der Verwindungswinkel von Flüssigkristallmolekülen 90ºC ist.
Dann wird auf ein Substrat ein mit Wärme aushärtendes Abdichtungsmittel aufgeschichtet und ein Abstandsstück wird gleichförmig auf dem anderen Substrat verteilt; und die sich ergebenden Substrate werden aneinander angebracht, sodass ihre Stirnflächen, die die Verdrahtung tragen, aufeinander zu gerichtet sind. Das Substrat mit der aktiven Matrix und das Gegensubstrat werden so angeordnet, dass die Reibrichtungen der Orientierungsfilme 19 relativ zueinander 90º sind und die Flüssigkristallmoleküle eine 90º-Verwindung bilden werden, die von einem Substrat zu dem anderen Substrat geht. In diesem Fall sollten sich die Verdrahtungen des Substrats mit der aktiven Matrix und der Gegenelektroden 18 auf dem Gegensubstrat kreuzen. Die angebrachten Substrate werden bei einer Temperatur von ungefähr 150ºC bis 200ºC erwärmt, um das Abdichtungsmittel auszuhärten, während die Substrate gedrückt werden. Danach wird ein Flüssigkristall zwischen die Substrate injiiert und dann werden die sich ergebenden Substrate abgedichtet. In dieser Weise wird die Flüssigkristallzelle hergestellt.
Zusätzlich wird ein transmittierender Polarisierer 22 mit einem Transmissionsvermögen von 44,5% und einem Polarisationsgrad von 96, 5% auf der vorderen Stirnfläche der Flüssigkristallzelle vorgesehen; und ein reflektierender Polarisierer 23, der durch Bilden einer Al-Reflexionsplatte auf dem gleichen Polarisierer wie der Polarisierer 22 erhalten wird, wird auf der Rückseite davon vorgesehen. In dieser Weise wird eine elektrooptische Charakteristik zu der Flüssigkristallzelle hinzugefügt, wodurch eine Flüssigkristall-Anzeigevorichtung fertiggestellt wird.
Fig. 12 zeigt eine Strom-Spannungs-Charakteristik der MIM- Einrichtung dieses Beispiels. In Fig. 12 wird eine positive Spannung für den Fall erhalten, dass ein Strom von der unteren Elektrode 12 zu der oberen Elektrode 13 fließt. Ferner zeigt Fig. 13 die Strom-Spannungs-Charakteristik als eine Kurve 24. Fig. 13 zeigt auch, als Vergleichsbeispiele 1 und 2, zwei Typen von Strom-Spannungs-Charakteristiken der MIM-Einrichtung, die in der gleichen Weise wie in diesem Beispiel erhalten werden, mit Ausnahme davon, dass ein dünner Ta-Film durch ein reaktives Sputtern in einer Atmosphäre eines (Ar + N&sub2;) Gases aufgebracht wird. Das Strömungsratenverhältnis von N&sub2;-Gas zu (Ar + N&sub2;)Gas wird auf 2,9 Vol-% bzw. 4,3 Vol-% in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 eingestellt. Die Strom-Spannungs- Charakteristik der Vergleichsbeispiele 1 und 2 werden jeweils als Kurven 25 und 26 in Fig. 13 dargestellt.
Ein Strom, der in dem Isolator fließt, der zwischen die untere Elektrode und die obere Elektrode eingebettet ist, oder ein Strom, der durch Schnittflächen zwischen den Elektroden und dem Isolator in der MIM-Einrichtung fließt, wird nun beschrieben. Der Strom wird durch einen Poole-Frenkel-Strom dargestellt, wie mit der folgenden Formel (1) gezeigt:
ln(I/V) = lnA + B V ... (1)
wobei I und V einen Strom bzw. eine Spannung darstellen; Koeffizienten A und B die Leitfähigkeit und die Nicht-Linearität der MIM-Einrichtung darstellen. In diesem Fall wird, wenn A erhöht wird, der Widerstand der MIM-Einrichtung verringert; und wenn B erhöht wird, dann wird das Verhältnis einer EIN- Spannung zu einer AUS-Spannung (VON/VOFF) in der Nähe der Schwellenspannung erhöht, wodurch es möglich wird, eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einem hohen Kontrast zu erhalten.
Fig. 14 zeigt einen Poole-Frenkel-Plot der MIM-Einrichtung, bezüglich der Kurven 24, 25 und 26. Die Linien 27, 28 und 29 sind die Poole-Frenkel-Plots der MIM-Einrichtung dieses Beispiels (Kurve 24), des Vergleichsbeispiels 1 (Kurve 25) bzw. des Vergleichsbeispiel 2 (Kurve 26). Eine Y-Unterbrechung stellt die Leitfähigkeit der MIM-Einrichtung (lnA) dar und ein Gradient der Linie stellt die Nicht-Linearität der MIM- Einrichtung dar. Fig. 14 zeigt auch Werte der Koeffizienten A und B der MIM-Einrichtung dieses Beispiels und der Vergleichsbeispiele 1 und 2.
Wie sich der Fig. 14 entnehmen lässt, weist die MIM- Einrichtung dieses Beispiels, die einen dünnen Ta-Film verwendet, der durch Sputtern unter Verwendung eines gesinterten TaN als ein Target abgeschieden wird, einen kleineren Koeffizienten A und einen größeren Koeffizienten B im Vergleich mit den MIM-Einrichtungen der Vergleichsbeispiele 1 und 2, die einen dünnen Ta-Film verwenden, der durch ein reaktives Sputtern in einer Atmosphäre eines (Ar + N&sub2;)Gases abgeschieden wird, auf. Das heißt, die MIM-Einrichtung dieses Beispiels weist eine kleinere Leitfähigkeit und deshalb einen größeren Widerstand auf, was zu einem geringeren Leckstrom führt. Ferner kann eine hervorragende Nicht-Linearität erhalten werden.
Da ferner in diesem Beispiel der dünne Ta-Film durch ein DC- Sputtern unter Verwendung eines gesinterten TaN als ein Target abgeschieden wird, wird Stickstoff in den dünnen Ta-Film dotiert. Infolge dessen kann die Verschlechterung von Charakteristiken der MIM-Einrichtung, verursacht durch die Wärmebehandlung während der Herstellung der Flüssigkristallzelle, verhindert werden.
Fig. 15 zeigt die elektro-optische Charakteristik (Temperaturabhängigkeit des Kontrastverhältnisses) einer Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung mit den MIM-Einrichtungen dieses Beispiels zusammen mit denjenigen von Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen der Vergleichsbeispiele 1, 2 und 3. In den Vergleichsbeispielen 1, 2 und 3 werden jeweilige dünne Ta-Filme, die durch das reaktive Sputtern in einer Atmosphäre eines (Ar + N&sub2;) Gases abgeschieden werden, als untere Elektroden verwendet, wobei das Strömungsratenverhältnis von N&sub2;-Gas zu (Ar + N&sub2;) Gas 2,9 Vol-%, 4,3 Vol-% bzw. 2,2 Vol-% ist (hierbei stellen eine gestrichelte Linie, eine strichpunktierte Linie und eine gestrichelte Linie mit zwei Punkten jeweils die Kontrastverhältnisse von Vergleichsbeispielen 1, 2 und 3 dar.
Wie sich der Fig. 15 entnehmen lässt, wird in den Vergleichsbeispielen 1, 2 und 3 das Kontrastverhältnis erhöht, wenn die Temperatur die Raumtemperatur übersteigt. Das heißt, die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die die MIM-Einrichtung dieses Beispiels verwendet, weist gegenüber Temperaturänderungen eine stabile Anzeigecharakteristik auf.
Wenn jedoch das Strömungsratenverhältnis von N&sub2;-Gas zu (Ar + N&sub2;) Gas so groß wie 6 Vol-% in Vergleichsbeispielen 1, 2 und 3 ist, kann die Nicht-Linearität der MIM-Einrichtung hervorragend sein. Sogar bei einer hohen Temperatur wird als Folge der Verschlechterung der Nicht-Linearität der MIM-Einrichtung das Kontrastverhältnis nicht verringert. Wenn jedoch das Strömungsratenverhältnis von N&sub2;-Gas erhöht wird, ist die Stickstoffmenge, die in den Ta-Film übernommen wird, nicht gleichförmig, was zu einem großen Unterschied in der Nicht- Linearität der MIM-Einrichtungen führt. Infolge dessen kann eine gleichförmige Anzeige nicht erhalten werden.
In diesem Beispiel wird gesintertes TaN, welches 5 Mol-% Stickstoff enthält, als ein Target verwendet; jedoch ist die Stickstoffmenge nicht darauf beschränkt. Irgendein gesintertes TaN kann als ein Target zum Bilden des dünnen Ta-Filtns verwendet werden, vorausgesetzt, dass gesintertes TaN die Stickstoffmenge enthalten kann, die benötigt wird, um die Nicht- Linearität so gut oder besser als diejenige der MIM- Einrichtung, die einen β-Ta-Film dotiert mit keinem Stickstoff verwendet, zu erhalten.
Fig. 16 zeigt die Beziehung zwischen der Stickstoffmenge in einem gesinterten TaN, welches als ein Target verwendet wird, und der Nicht-Linearität der MIM-Einrichtung, die den dünnen Ta-Film aufweist, der durch Verwenden von gesintertem TaN als ein Target erhalten wird. Wie sich aus Fig. 16 entnehmen lässt, ist die Nicht-Linearität der MIM-Einrichtung, die durch Verwendung eines einzelnen Stücks aus einem gesinterten TaN- Target erhalten wird, das Stickstoff im Bereich von 4 bis 7 Mol-% enthält, so gut oder besser wie diejenige der MIM- Einrichtung, die den β-Ta-Film, dotiert mit keinem Stickstoff, verwendet; jedoch ist die Nicht-Linearität der MIM- Einrichtung, die durch Verwendung eines einzelnen Stücks eines gesinterten TaN-Targets erhalten wird, das Stickstoff außerhalb des Bereichs enthält, nichts so gut wie diejenige der MIM-Einrichtung, die den β-Ta-Film verwendet.
Fig. 17 zeigt eine Änderung eines spezifischen Widerstands p des β-Ta-Films, der mit keinem Stickstoff dotiert ist. Fig. 18 zeigt Poole-Frenkel-Charakteristiken, d. h. die Leitfähigkeit 1 nA und die Nicht-Linearität B der MIM-Einrichtung, die den β- Ta-Film verwendet, der mit keinem Stickstoff dotiert ist, über der Sputter-Leistung.
Wie sich den Fig. 17 und 18 entnehmen lässt, werden der spezifische Widerstand p des Ta-Films, der durch Sputtern erhalten wird, die Leitfähigkeit 1 nA und die Nicht-Linearität der MIM- Einrichtung durch eine Änderung der Sputter-Leistung verändert. Derartige Veränderungen werden wie folgt verursacht: Wenn die Sputter-Rate durch eine erhöhte Sputter-Leistung höher wird, werden Intervalle in einem Ta-Gitter in dem abgeschiedenen Ta-Film während der Bildung des Ta-Films vergrößert und freie Elektronen neigen dazu, sich zu bewegen, was es für den Strom einfach macht, zu fließen.
In diesem Beispiel wird die Sputter-Leistung auf 2,6 kW eingestellt. Wenn jedoch die Sputter-Leistung auf 1,7 kW verringert wird, wie in Tabelle 3 gezeigt, wird der Widerstand der MIM- Einrichtung erhöht und die Nicht-Linearität B davon wird verkleinert. Somit wird durch die Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung kein Kontrast realisiert. Wie voranstehend erwähnt, wird eine höhere Sputter-Leistung bevorzugt. [Tabelle 3]
Fig. 19 zeigt den Zusammenhang zwischen der Sputter-Leistung in einem DC-Sputter-Vorgang unter Verwendung eines einzelnen Stücks eines TaN gesinterten Targets und dem Koeffizienten lnA, der die Leitfähigkeit der MIM-Einrichtung darstellt. Wenn der Koeffizient 1 nA einen Wert in dem Bereich von -32 bis -28 ist, weist die MIM-Einrichtung allgemein eine hervorragende Charakteristik auf. Fig. 19 zeigt, dass die Sputter-Leistung 3 in dem Bereich von 2,2 kW bis 3,2 kW eingestellt werden sollte, damit die MIM-Einrichtung dieses Beispiels die Leitfähigkeit in dem Voranstehend erwähnten Bereich aufweist. Demzufolge wird bevorzugt, dass in diesem Beispiel der dünne Ta-Film mit einer hohen Sputter-Rate abgeschieden wird, indem die Sputter-Leistung in dem Bereich von 2,2 kW bis 3,2 kW eingestellt wird, sodass die Schwierigkeit in dem Stromfluss als Folge des gleichförmigen und feinen Aufbaus von Ta verhindert werden kann. Ferner kann der dünne Ta-Film, der so erhalten wird, gleichförmig Stickstoff enthalten, weil kein N&sub2;-Gas verwendet wird, im Unterschied zum Beispiel 1, das das reaktive Sputtern verwendet.
Wie voranstehend beschrieben, wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eine geeignete Stickstoffmenge gleichförmig in den dünnen Ta-Film dotiert, der für die unteren Elektroden der nicht-linearen Zweitor-Einrichtung verwendet wird. Demzufolge werden nicht lineare Zweitor-Einrichtungen, die eine Nicht-Linearität so gut oder besser wie diejenige der MIM-Einrichtung aufweisen, die den dünnen β-Ta-Film unmittelbar nach der Herstellung davon verwendet, erhalten werden. Ferner kann eine MIM-Einrichtung mit einer hervorragenden thermischen Stabilität erhalten werden. Ferner werden nicht lineare Zweitor-Einrichtungen mit einer gleichförmigen Nicht-Linearität erhalten, und zwar im Vergleich mit nicht-linearen Zweitor- Einrichtungen, die den dünnen Ta-Film aufweisen, der durch das reaktive Sputtern unter Verwendung eines einzelnen Stücks eines Ta-Targets erhalten wird. Ferner ist in einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die die nicht-linearen Zweitor- Anzeigeeinrichtungen dieses Beispiels als Schalteinrichtungen verwendet, das Kontrastverhältnis unabhängig von der Temperatur, und eine Anzeige mit einem hohen Kontrast und einer hohen Qualität kann erhalten werden.

Beispiel 3

Ein weiteres Beispiel der vorliegenden Erfindung wird beschrieben.
In diesem Beispiel wird ein dünner Ta-Film durch ein reaktives Sputtern unter Verwendung eines gesinterten TaN-Targets, das 5 Mol-% Stickstoff oder weniger enthält, in einer Atmosphäre eines (Ar + N&sub2;)Gases, in dem das Strömungsratenverhältnis von N&sub2;- Gas 4% oder kleiner ist, gebildet, wodurch eine untere Elektrode einer nicht-linearen Zweitor-Einrichtung gebildet wird.
Fig. 20 ist eine Querschnittsansicht einer Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung, die die nicht-linearen Zweitor- Einrichtungen eines MIM-Typs (nachstehend als "MIM-Einrichtungen" bezeichnet) dieses Beispiels als Schaltelemente verwendet. Fig. 21 ist eine Draufsicht auf ein Substrat mit einer aktiven Matrix, das die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zeigt. Fig. 22 ist eine Querschnittsansicht der Fig. 21 entlang der Schnittlinie A-A'. Die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung umfasst das Substrat 50 mit der aktiven Matrix, ein Gegensubstrat 51 und eine Flüssigkristallschicht 40, die dazwischen eingebettet ist.
Der Aufbau des Substrats 50 mit der aktiven Matrix wird unter Bezugnahme auf Fig. 22 beschrieben. Das Substrat 50 mit der aktiven Matrix umfasst ein Glassubstrat 36. Ein Basisbeschichtungsisolator 37 wird fast überall auf dem Glassubstrat 36 abgeschieden. Auf dem Basisbeschichtungsfilm 37 werden eine Vielzahl von Signalleitungen 31 aus Ta und eine Vielzahl von unteren Elektroden 32, die von den Signalleitungen 31 verzweigt sind, gebildet. Isolatoren 33 werden über den Signalleitungen 31 und den unteren Elektroden 32 abgeschieden und obere Elektroden 34 aus Ta, Ti, Cr, Al oder dergleichen werden darauf gebildet. Die MIM-Einrichtung umfasst eine untere Elektrode 32, eine obere Elektrode 34 und einen Isolator 33, der dazwischen eingebettet ist. Die obere Elektrode 34 ist elektrisch mit der entsprechenden der Pixelelektroden 35 aus einem ITO transparenten leitenden Film oder dergleichen verbunden.
Das Substrat mit der aktiven Matrix wird wie folgt unter den Bedingungen gebildet, dass eine Flüssigkristallzelle einen reflektiven monochromatischen TN-Flüssigkristallmodus mit 640 · 480 Punkten und einem Abstand von 0,3 mm aufweist; die Breite jeder Signalleitung 31 40 um beträgt, die Größe des MIM- Elements 6 um · 5 um ist; und das Verhältnis der MIM- Elementkapazität zu der Flüssigkristall-Kapazität ungefähr 1 : 10 ist.
Zunächst wird der Basisbeschichtungsisolator 37 aus Ta&sub2;O&sub5; auf dem Glassubstrat 36 durch Sputtern abgeschieden, sodass er eine Dicke von 500 nm (5000 Angström) aufweist. Glas ohne Alkali, Borsilikat-Glas und Soda-Kalk-Glas können für das Glassubstrat 36 verwendet werden. In diesem Beispiel wird ein #7059 Fusion Pilex Glas (hergestellt von Corning Japan Co., Ltd.) verwendet. Ferner kann der Basisbeschichtungsisolator 37 weggelassen werden; jedoch kann verhindert werden, dass die Dünnfilme, die auf dem Basisbeschichtungsisolator 37 gebildet sind, von dem Glassubstrat 36 verunreinigt werden, wodurch weiter hervorragende Charakteristiken der MIM-Einrichtung erhalten werden.
Danach wird ein dünner Ta-Film auf den Basisbeschichtungsisolator 37 durch einen Sputter-Vorgang abgeschieden, sodass er eine Dicke von 300 nm (3000 Angström) aufweist. In diesem Beispiel wird der Sputtervorgang in einer In-Line-Sputter- Vorrichtung (wie in Fig. 23A gezeigt) unter Verwendung von drei Stücken eines gesinterten TaN-Targets, das 3 Mol-% Stickstoff enthält, in einer Atmosphäre eines (Ar + N&sub2;)Gases ausgeführt. Ar-Gas und N&sub2;-Gas werden in einer Kammer 54 jeweils der Sputter-Vorrichtung eingeführt. N&sub2;-Gas wird in einem Tank 35 aufgenommen und die Strömungsrate davon wird durch ein Ventil 53a eingestellt, sodass das Strömungsratenverhältnis von N&sub2;-Gas zu (Ar + N&sub2;)Gas 2% ist, wenn N&sub2;-Gas in die Kammer 54 von dem Tank 53 eingeleitet wird. Zusätzlich wird in diesem Beispiel ein Sputter-Vorgang unter der Bedingung eines Gasdrucks in der Kammer 54 von 0,4 Pa; einer DC-Leistung von 5,3 W/cm²; einer Temperatur und der Zeit zum Erwärmen des Substrats von 100ºC und 180 Sekunden; einer Beförderungsrate des Substrats von 100 mm/min. und einem Intervall zwischen dem Substrat und dem Target 52 von 77 mm ausgeführt. In diesem Fall liegt die Sputter- Rate ungefähr in dem Bereich von 30 bis 60 nm/min (300 bis 600 Angström/min).
Der dünne Ta-Film, der so abgeschieden wird, wird durch eine Photolithographie in eine gewünschte Form strukturiert, um die Signalleistung 1 und die untere Elektrode 2 der MIM- Einrichtung zu bilden.
Zusätzlich kann ein dünner Ta-Film durch eine Dreh-Sputter- Vorrichtung, die in Fig. 23B gezeigt ist, anstelle der In- Line-Sputter-Vorrichtung gebildet werden. Für den Fall einer Verwendung der Dreh-Sputter-Vorrichtung wird ein Sputter- Vorgang unter der Bedingung ausgeführt, dass der Sputter-Druck in dem Bereich von 9,3 · 10&supmin;² bis 1,3 Pa ist; die DC-Leistung 5 W/cm² beträgt; die Temperatur zum Erwärmen des Substrats 240ºC beträgt; die Drehrate 160 s/Zeit ist; und ein Intervall zwischen dem Target 52 und dem Substrat 200 mm ist. In der Dreh- Sputter-Vorrichtung werden vier Stücke eines Targets 52 innerhalb und außerhalb des Drehgebiets des Substrats vorgesehen, wie in Fig. 23B gezeigt; jedoch können ein oder mehrere Stücke eines Targets 52 nur innerhalb oder außerhalb des Drehgebiets vorgesehen werden.
Danach wird ein freigelegter Abschnitt jeweils der Signalleitung 31 und der unteren Elektrode 32 mit Ausnahme eines Torabschnitts (Anschlussabschnitts) davon, der mit der externen Ansteuerschaltung verbunden werden soll, in 1 Gewichtsprozent einer Ammoniumtartrat-Lösung als ein Elektrolyt eloxiert, wodurch ein eloxierter Oxidfilm gebildet wird. In diesem Beispiel wird die Eloxierung unter den Bedingungen ausgeführt, dass die Temperatur des Elektrolyts ungefähr 25ºC ist; die Spannung ungefähr 27 V ist; und der Strom ungefähr 0,7 mA ist, wodurch ein eloxierter Oxidfilm aus Ta&sub2;O&sub5; mit einer Dicke von 60 nm (600 Angström) gebildet wird.
Als Nächstes wird ein Metalldünnfilm über dem Glassubstrat 36 durch ein Sputtern abgeschieden und dann durch die Photolithographie oder dergleichen in eine gewünschte Form strukturiert, um die obere Elektrode 34 zu bilden. Beispiele von Materialien für die obere Elektrode 34 umfassen Ta, Ti, Cr und Al. In diesem Beispiel wird ein Dünnfilm aus Ti mit einer Dicke von 400 nm (4000 Angström) in eine gewünschte Form strukturiert, um die oberen Elektroden 34 zu bilden. Jede Elektrode weist eine rechteckförmige Gestalt mit einer Länge von 20 um und einer Breite von 6 um auf.
Nach dem Herstellungsprozess der oberen Elektroden 34 wird ein transparenter leitender Film aus ITO oder dergleichen auf dem Glassubstrat 36 abgeschieden und dann strukturiert (mit einem Muster versehen), um die Pixelelektroden 35 zu bilden. In dieser Weise wird das Substrat 50 mit der aktiven Matrix fertiggestellt.
Das Gegensubstrat 51 wird wie folgt hergestellt.
Das Gegensubstrat umfasst auch ein Glassubstrat 41. Eine Vielzahl von Streifen eines transparenten leitenden Films aus ITO werden bei einem Abstand von 0,3 mm auf dem Glassubstrat 41 so gebildet, dass jeweilige Streifen die Signalleitungen 31 auf dem Substrat 50 mit der aktiven Matrix unter rechten Winkeln kreuzen. Die Streifen dienen als Gegenelektroden 38. Die Dicke jedes Streifens beträgt 100 nm (1000 Angström). Wenn eine Farbfilterschicht auf dem Gegensubstrat 51 gebildet ist, kann eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung erhalten werden, die Farbe anzeigen kann. Zusätzlich kann das Substrat 50 mit der aktiven Matrix und das Gegensubstrat 51 in der umgekehrten Reihenfolge, im Vergleich mit dem voranstehend erwähnten Herstellungsprozess, erzeugt werden.
Ein Orientierungsfilm 39 wird über einer Oberfläche jeweils des Substrats 50 mit der aktiven Matrix und des Gegensubstrats 51, das Verdrahtungen trägt, bei der Temperatur von ungefähr 200ºC abgeschieden. Danach werden beide Substrate mit den Orientierungsfilmen 39 in einer vorher angeordneten Richtung gerieben bzw. geschliffen, um so Flüssigkristallmolekül-Ausrichtungen zu erhalten.
Als Nächstes wird ein mit Wärme aushärtendes Abdichtungsmittel über eines der Substrate 50 und 51 geschichtet und ein Abstandsstück wird gleichförmig auf das andere Substrat verteilt. Die sich ergebenden Substrate werden aneinander angebracht, sodass die Orientierungsfilme aufeinander zu gerichtet sind, und werden dann bei einer Temperatur von ungefähr 150 bis 200ºC erwärmt, um so das Abdichtungsmittel auszuhärten, während die Substrate gedrückt werden. Die Substrate sind so angeordnet, dass die Flüssigkristallmoleküle eine 90º-Verwindung bilden werden, die von einem Substrat zu dem andere Substrat geht.
Ein Flüssigkristall wird zwischen die angebrachten Substrate eingespritzt, und die sich ergebenden Substrate werden abgedichtet. In dieser Weise wird die Flüssigkristallzelle fertiggestellt.
Ein transmittierender Polarisierer 42 mit einem Transmissionsvermögen von 44,5% und dem Polarisationsgrad von 96,5% ist auf der vorderen Stirnfläche der Flüssigkristallzelle vorgesehen; und ein Reflexionspolarisierer 43, der durch Bereitstellen einer Al-Reflexionsplatte auf dem gleichen transmittierenden Polarisierer wie der transmittierende Polarisierer 42 erhalten wird, ist auf einer Rückseite vorgesehen, wodurch eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung fertiggestellt wird.
Wie sich der Fig. 24 entnehmen lässt, sollten für den Fall, dass ein dünner Ta-Film durch das reaktive Sputtern gebildet wird, das Strömungsratenverhältnis eines N&sub2;-Gases zu (Ar + N&sub2;)Gas ferner in dem Bereich von 3 bis 7% sein, um den gleichen Grad der Nicht-Linearität der MIM-Einrichtung wie derjenige der MIM-Einrichtung, die den β-Ta-Film für die untere Elektrode verwendet, zu erhalten. In diesem Beispiel kann Stickstoff sowohl aus einem gesinterten TaN-Target als auch einem N&sub2;-Gas in eine Atmosphäre eines (Ar + N&sub2;)Gases erhalten werden. Somit kann eine ausreichende Menge Stickstoff in den dünnen Ta-Film übernommen werden, um so die Verschlechterung der Nicht-Linearität der MIM-Einrichtung, verursacht durch die Wärmebehandlung während einer Herstellung der Flüssigkristallzelle, zu verhindern. Ferner kann ein gesintertes TaN-Target, das eine kleinere Menge Stickstoff enthält, in diesem Beispiel verwendet werden, sodass Intervalle in einem Ta-Gitter des abgeschiedenen dünnen Ta-Films vergrößert werden. Deshalb kann die Nicht- Linearität der nicht-linearen Zweitor-Einrichtung so hervorragend oder hervorragender als diejenige der MIM-Einrichtung, die den β-Ta-Film für die unteren Elektroden verwendet, erhalten werden.
In diesem Beispiel wird ein Sputtern unter Verwendung von mehreren Stücken eines TaN-Targets in der Sputter-Vorrichtung ausgeführt, die in den Fig. 23A und 23B gezeigt ist. Durch Verwenden von mehreren Stücken eines TaN-Targets weist ein Substrat, auf dem der dünne Ta-Film abgeschieden ist, abwechselnd Bereiche, an denen das Substrat auf Stücke eines TaN- Targets 52 hin gerichtet ist, und Bereiche, an denen das Substrat nicht auf Stücke eines TaN-Targets 52 hin gerichtet ist, auf. Demzufolge weist der dünne Ta-Film den gleichen Aufbau wie derjenige des Beispiels 1 (s. Fig. 3) auf, bei dem die armen Abschnitte (die eine kleine Stickstoffmenge enthalten) und die reichen Abschnitte (die eine große Stickstoffmenge enthalten) abwechselnd von der Seite eines Glassubstrats 36 abgeschieden sind. Ein Isolator, der durch die Eloxierung des dünnen Ta-Films gebildet wird, kann einen derartigen Aufbau zu einem gewissen Grad aufweisen. Das heißt, der Isolator weist ebenfalls die armen Abschnitte und reichen Abschnitte alternierend darin abgeschnitten auf. Aufgrund der reichen Abschnitte, die in dem Isolator existieren, kann die Nicht- Linearität der MIM-Einrichtung leicht thermisch stabilisiert werden; und als Folge der armen Abschnitte, die in dem Isolator existieren, kann der Strom leicht fließen. Ferner weist die MIM-Einrichtung eine zufriedenstellende symmetrische Kurve einer Strom-Spannungs-Charakteristik, wie in Fig. 8 gezeigt (bei der der reaktive Sputter-Vorgang unter Verwendung von drei Stücken eines Targets ausgeführt wird) auf.
Fig. 25A zeigt die Ungleichförmigkeit in dem spezifischen Schichtwiderstand des dünnen Ta-Films dieses Beispiels. Der dünne Ta-Film wird unter den Bedingungen gebildet, dass die Stickstoffmenge, die in dem gesinterten TaN-Target enthalten ist, 3 Mol-% ist und das Strömungsratenverhältnis von N&sub2;-Gas zu (Ar + N&sub2;)Gas 2% ist. Fig. 25B zeigt ein Vergleichsbeispiel 3, bei dem ein dünner Ta-Film durch Sputtern unter Verwendung eines gesinterten TaN-Targets, welches 5 Mol-% Stickstoff enthält, in einer Atmosphäre eines Ar-Gases gebildet wird. Die Fig. 25C und 25D zeigen Vergleichsbeispiele 4 bzw. 5. In dem Vergleichsbeispiel 4 wird ein dünner Ta-Film durch ein reaktives Sputtern unter Verwendung eines Ta-Targets mit der Reinheit von 99, 99% in einer Atmosphäre eines (Ar + N&sub2;)Gases, in dem das Strömungsratenverhältnis eines N&sub2;-Gases 2,9% beträgt, gebildet. In dem Vergleichsbeispiel 5 wird ein dünner Ta-Film in der gleichen Weise wie im Vergleichsbeispiel 4 abgeschieden, außer dass das Strömungsratenverhältnis des N&sub2;-Gases zu dem (Ar + N&sub2;)Gas 4,3% ist.
Wie sich den Fig. 25A bis 25D entnehmen lässt, weisen die dünnen Ta-Filme, die in diesem Beispiel erhalten werden, im Vergleich mit den dünnen Ta-Filmen in den Vergleichsbeispielen 3, 4 und 5, einen gleichförmigeren spezifischen Schichtwiderstand auf. Die dünnen Ta-Filme wie diejenigen dieses Beispiels werden eloxiert, wodurch Isolatoren mit einer gleichförmigen Dicke gebildet werden. Demzufolge wird die Unebenheit der Nicht- Linearität der MIM-Einrichtung in diesem Beispiel stark verkleinert.
Fig. 26 zeigt die Beziehung zwischen der Sputter-Leistung für eine Einheitsfläche und dem Koeffizienten der Leitfähigkeit (lnA). Wie sich der Fig. 26 entnehmen lässt, wenn lnA kleiner als -32 ist, dann wird die symmetrische Kurve einer Strom- Spannungs-Charakteristik nicht erhalten, was im Hinblick auf die Charakteristik der MIM-Einrichtung nicht bevorzugt ist. Somit wird bevorzugt, dass die Sputter-Leistung auf 4 W/cm² oder mehr eingestellt wird. Wenn jedoch 1 nA zu groß gemacht wird, dann wird die Sputter-Leistung zu groß, sodass die Sputter-Vorrichtung beschädigt werden wird. Da andererseits der Koeffizient B die Nicht-Linearität der MIM-Einrichtung dieses Beispiels darstellt, kann im Gegensatz dazu ein größeres Spannungsverhältnis (VEIN/VAVS) in der Nähe der Schwellenspannung erhalten werden, indem B größer eingestellt wird, wodurch ein hoher Kontrast einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung realisiert werden kann.
Die Tabelle 4 zeigt die Nicht-Linearität der MIM-Einrichtung dieses Beispiels und das Kontrastverhältnis einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die die MIM-Einrichtungen dieses Beispiels verwendet. In diesem Beispiel wird ein Sputtern unter Verwendung eines gesinterten TaN-Targets in einer Atmosphäre eines (Ar + N&sub2;)Gases ausgeführt, um einen Ta-Dünnfilm zu bilden. Ferner wird in dem Beispiel 3-1 eine In-Line-Sputter- Vorrichtung als eine Sputter-Vorrichtung verwendet; und in dem Beispiel 3-2 wird eine Dreh-Sputter-Vorrichtung verwendet. Im Vergleichsbeispiel 6 wird ein Sputtern unter Verwendung eines gesinterten TaN-Targets in einer Atmosphäre eines Ar-Gases ausgeführt; in den Vergleichsbeispielen 7 und 8 wird ein Sputtern unter Verwendung eines Ta-Targets in einer Atmosphäre eines (Ar + N&sub2;)Gases ausgeführt; und in dem Vergleichsbeispiel 9 wird ein Sputtern unter Verwendung eines reinen Ta-Targets in einer Atmosphäre eines Ar-Gases zum Bilden eines β-Ta-Films ausgeführt. [Tabelle 4]
Wie sich der Tabelle 4 entnehmen lässt, weist die MIM-Einrichtung dieses Beispiels eine Leitfähigkeit (1 nA) auf, die kleiner als diejenige von irgendwelchen anderen Vergleichsbeispielen 6 bis 9 ist. Das heißt, die MIM-Einrichtung dieses Beispiels weist einen kleinen Leckstrom auf. Ferner ist der Wert des Koeffizienten B, der die Nicht-linearität der MIM- Einrichtung dieses Beispiels darstellt, nahe zu demjenigen der MIM-Einrichtung des Vergleichsbeispiels 9. Deshalb weist die MIM-Einrichtung dieses Beispiels eine Nicht-Linearität auf, die so gut wie diejenige der MIM-Einrichtung ist, die einen Isolator umfasst, der durch die Eloxierung des β-Ta-Films erhalten wird.
Fig. 27 zeigt die Temperaturabhängigkeit des Kontrastverhältnisses in einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die die MIM-Einrichtungen dieses Beispiels verwendet, in einer durchgezogenen Linie. Ferner stellt eine gestrichelte Linie mit zwei Punkten, eine gestrichelte Linie und eine strichpunktierte Linie das Kontrastverhältnis der MIM-Einrichtungen von Vergleichsbeispielen 6, 7 bzw. 8 dar. Wie sich der Fig. 27 entnehmen lässt, ist das Kontrastverhältnis dieses Beispiels unabhängig von einem schlechten Einfluss durch eine Temperatur und ist deshalb hervorragend.
In diesem Beispiel werden Stücke aus einem gesinterten TaN- Target, das 3 Mol-% Stickstoff enthält, verwendet. Jedoch ist die Stickstoffmenge in dem gesinterten TaN-Target nicht auf 3 Mol-% beschränkt. Es wird bevorzugt, dass die Stickstoffmenge in dem gesinterten TaN-Target 5 Mol-% oder weniger ist, und 3 Mol-% oder weniger ist mehr bevorzugt. Ferner wird N&sub2;-Gas in die Kammer 54 eingeleitet, sodass das Strömungsratenverhältnis von N&sub2;-Gas zu (Ar + N&sub2;)Gas 2% ist. Jedoch ist das Strömungsverhältnis des von N&sub2;-Gases zu dem (Ar + N&sub2;)Gas nicht auf 2% beschränkt. Es wird bevorzugt, dass das Strömungsratenverhältnis des von N&sub2;-Gases 4% oder weniger ist, und 2% oder weniger ist mehr bevorzugt.
Gemäß dieses Beispiels kann ein dünner Ta-Film durch Verwendung von Stickstoff, das in einem gesinterten TaN-Target und in einem von (Ar + N&sub2;)Gas enthalten ist, gebildet werden. Obwohl das Strömungsratenverhältnis des (Ar + N&sub2;)Gases unterhalb des Bereichs eingestellt wird, mit dem die Strömungsrate des von N&sub2;- Gases nicht geregelt werden kann, kann somit eine ausreichende Stickstoffmenge in den abgeschiedenen dünnen Ta-Film aufgenommen werden, um so die Ungleichmäßigkeit in der Nicht- Linearität der MIM-Einrichtung zu verkleinern. Ferner ist es möglich eine ausreichende Stickstoffmenge zu erhalten, um so die Verschlechterung der Nicht-Linearität der MIM-Einrichtung als Folge der Wärmebehandlung zu verhindern. Demzufolge können MIM-Einrichtungen, deren Nicht-Linearität weniger ungleichmäßig und thermisch stabiler ist, in zuverlässigerer Weise erhalten werden. Da in diesem Beispiel ferner ein Sputtern durch Verwendung eines gesinterten TaN-Targets in einer Atmosphäre eines (Ar + N&sub2;)Gases ausgeführt wird, können Intervalle in dem Ta- Gitter des aufgebrachten dünnen Ta-Films vergrößert werden, und zwar im Vergleich mit einem Beispiel 2, bei dem ein Sputtern unter Verwendung eines gesinterten TaN als ein Target in einer Atmosphäre eines Ar-Gases ausgeführt wird. Als Folge davon kann der Strom leicht in dem Isolator fließen, der durch die Eloxierung des Ta-Dünnfilms gebildet wird. Ferner kann in einer Flüssigkristall-Vorrichtung, die die MIM-Einrichtungen dieses Beispiels als Schaltelemente verwendet, eine Anzeige mit einem hohen Kontrast und einer hohen Qualität, unabhängig von der Temperatur, erhalten werden.

Beispiel 4

Ein weiteres Beispiel der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, wird beschrieben.
In diesem Beispiel werden MIM-Einrichtungen, die eine gleichförmige und thermisch stabile Nicht-Linearität aufweisen, gebildet. Wenn derartige MIM-Einrichtungen als Schaltelemente in einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung verwendet werden, kann ein Auftreten eines Restbilds auf einer Anzeige verhindert werden.
Fig. 28 ist eine Draufsicht, die ein Substrat mit einer aktiven Matrix zeigt, auf dem die MIM-Einrichtungen gebildet werden. Fig. 29 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Schnittlinie A-A'. Fig. 28 zeigt das Substrat mit der aktiven Matrix für einen Pixel.
Der Aufbau des Substrats mit der aktiven Matrix wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 28 und 29 beschrieben. Das Substrat mit der aktiven Matrix umfasst ein Glassubstrat 66. Ein Basisbeschichtungsisolator 67 wird fast über dem gesamten Glassubstrat 66 abgeschieden. Auf dem Basisbeschichtungsisolator 67 werden eine Vielzahl von Signalleitungen 61 aus Ta und eine Vielzahl von unteren Elektroden 62, die von den Signalleitungen 61 verzweigt sind, gebildet. Isolatoren 63 sind über den Signalleitungen 61 und den unteren Elektroden 62 gebildet und obere Elektroden 64 aus Ta, Ti, Cr, Al oder dergleichen sind darauf gebildet. Die MIM-Einrichtung umfasst eine untere Elektrode 62, eine obere Elektrode 64 und einen Isolator 63, der dazwischen angeordnet ist. Die obere Elektrode 64 ist elektrisch mit der entsprechenden einen der Pixelelektroden 65 eines ITO transparenten leitenden Films oder dergleichen verbunden.
Das Substrat mit der aktiven Matrix wird wie folgt unter den Bedingungen hergestellt, dass eine Flüssigkristallzelle einen reflektiven monochromatischen TN-Flüssigkristall-Modus mit 640 x 480 Punkten und einem Abstand von 0,3 mm aufweist; die Breite jeder Signalleitung 61 40 um beträgt; die Größe der MIM- Einrichtung 6 um · 5 um beträgt; und das Verhältnis der MIM- Einrichtungskapazität zu der Flüssigkristall-Kapazität ungefähr 1 : 10 ist.
Zunächst wird der Basisbeschichtungsisolator 67 aus Ta&sub2;O&sub5; auf dem Glassubstrat 66 durch Sputtern aufgebracht, sodass er eine Dicke von 500 nm (5000 Angström) aufweist. Nicht-Alkali-Glas, Borosilikat-Glas und Soda-Kalk-Glas kann für das Glassubstrat 66 verwendet werden. In diesem Beispiel wird ein #7059 Fusion Pilex Glas (hergestellt von Corning Japan, Co., Ltd.) verwendet. Ferner kann der Basisbeschichtungsisolator 67 weggelassen werden; jedoch kann verhindert werden, dass Dünnfilme, die auf dem Basisbeschichtungsfilm 67 gebildet sind, von dem Glassubstrat 66 verunreinigt werden, wodurch weiter hervorragende Charakteristiken einer nicht-linearen Zweitor-Einrichtung eines MIM-Typs (nachstehend als eine "MIM-Einrichtung" bezeichnet) erhalten werden.
Danach wird der dünne Ta-Film auf dem Glassubstrat 66 durch ein reaktives Sputtern abgeschieden, sodass er eine Dicke von 300 bis 350 nm (3000 bis 3500 Angström) aufweist. In diesem Fall sind drei Stücke eines Targets aus Ta mit einer Reinheit von 99, 99% in einer Reihe in der Richtung ausgerichtet, in der das Substrat 66 befördert wird. Ferner wird ein Argon-(Ar)Gas und ein Stickstoff-(Nz)Gas als ein reaktives Gas verwendet. Das Strömungsratenverhältnis von N&sub2;-Gases zu dem (Ar + N&sub2;)Gas wird für ein Sputtern auf 2,2%, 2,9%, 3,6%, 4,3 und 8,3% eingestellt. Ferner können die Dicken von armen Abschnitten (die eine kleine Stickstoffmenge enthalten) und reichen Abschnitten (die eine große Stickstoffmenge enthalten) des dünnen Ta-Films durch geeignetes Einstellen von Intervallen zwischen den drei Stücken des Ta-Targets und von Bedingungen zum Sputtern, wie der Sputter-Leistung und der Beförderungsrate des Glassubstrats 66, verändert werden. In diesem Beispiel wird ein Sputtern unter den Bedingungen ausgeführt, dass jedes Target eine Größe von 127 mm · 406 mm (5 Inch · 16 Inch) aufweist; jedes Intervall zwischen den Targetstücken 10 cm beträgt; die Sputter-Leistung beträgt 3,5 bis 4,5 kW (Strom: 8,5 A, Spannung: 410 bis 530 V) ist, die Beförderungsrate des Substrats 460 mm/min ist; und die Temperatur zum Erwärmen des Substrats 100º C ist.
Als Nächstes wird der abgeschiedene dünne Ta-Film in eine gewünschte Form durch eine Photolithographie strukturiert, um so die Signalleitung 61 und die untere Elektrode 62 zu bilden. Danach wird ein freigelegter Abschnitt jeweils der Signalleitung 61 und der unteren Elektrode 62, ausschließlich eines Anschlussabschnitts (Torabschnitts) davon, der mit der externen Ansteuerschaltung verbunden werden soll, in einem 1 Gewichtsprozent Ammoniumtartrat eloxiert, wodurch ein eloxierter Oxidfilm gebildet wird. In diesem Beispiel wird die Eloxierung unter den Bedingungen ausgeführt, dass die Temperatur eines Elektrolyts, d. h. 1 Gewichtsprozent eines Ammoniumtartrats, eine Spannung und ein Strom ungefähr 25ºC, 27 V bzw. 0,7 mA sind, wodurch der eloxierte Oxidfilm aus Ta&sub2;O&sub5; mit einer Dicke von 60 nm (600 Angström) erhalten wird.
Beispiele des Elektrolyts umfassen eine Zitronensäure, eine phosphorhaltige Säure und Ammoniumborat sowie Ammoniumtartrat. Tabelle 5 zeigt die symmetrische Kurve einer Strom-Spannungs- Charakteristik der MIM-Einrichtung mit dem Isolator, der durch die Eloxierung unter Verwendung von derartigen Elektrolyten gebildet ist. Wie sich der Tabelle 5 entnehmen lässt, weist die MIM-Einrichtung mit dem eloxierten Oxidfilm, der in einer Lösung gebildet ist, die eine Ammoniumgruppe enthält, d. h. Ammoniumborat oder Ammoniumtartrat, eine hervorragende Strom- Spannungs-Charakteristikkurve auf. Die beste Strom-Spannungs- Charakteristik-Kurve kann durch Verwenden von 1 Gewichtsprozent Ammoniumtartrat erhalten werden, was auf die Beispiele 1 bis 3 angewendet kann. Das heißt, eine hervorragende Strom- Spannungs-Charakteristik-Kurve kann durch Verwenden von 1 Gewichtsprozent Ammoniumtartrat in den voranstehend erwähnten Beispielen 1 bis 3 erhalten werden. [Tabelle 5]
Als Nächstes wird ein Metalldünnfilm über dem Glassubstrat 66, das den eloxierten Oxidfilm trägt, abgeschieden und dann mit einem Muster versehen, um die obere Elektrode 64 zu bilden. Beispiele von Materialien für die obere Elektrode 64 umfassen Ta, Ti, Cr und Al. In diesem Beispiel wird ein Dünnfilm aus Ti gesputter, sodass er eine Dicke von 4000 Angström aufweist und wird dann durch die Photolithographie in eine gewünschte Form strukturiert, um die oberen Elektroden 64 zu bilden. Jede obere Elektrode 64 weist eine rechteckförmige Form mit einer Länge von 20 um und einer Breite von 6 um auf. In dieser Weise wird die MIM-Einrichtung, die eine untere Elektrode 62, eine obere Elektrode 64 und einen eloxierten Oxidfilm 63 als den Isolator, der dazwischen angeordnet ist, umfasst, fertiggestellt.
Ferner wird ein transparenter leitender Film aus ITO über dem Glassubstrat 66 abgeschieden und dann strukturiert, um die Pixelelektrode 65 zu bilden. In dieser Weise wird das Substrat mit der aktiven Matrix fertiggestellt.
Das Substrat mit der aktiven Matrix wird an einem Gegensubstrat angebracht, das eine Flüssigkristallzelle bildet. Das Gegensubstrat umfasst auch ein Substrat, auf dem eine Vielzahl von Streifen eines transparenten leitenden Films gebildet sind, sodass jeweilige Streifen die Signalleitungen 61, die auf dem Substrat mit der aktiven Matrix gebildet sind, unter rechten Winkeln kreuzen. Die Streifen des transparenten leitenden Films arbeiten als Gegenelektroden. In diesem Beispiel werden die Streifen mit einer Dicke von 100 nm (1000 Angström) bei einem Abstand von 0,3 mm gebildet. Wenn zusätzlich eine Farbfilterschicht auf dem Gegensubstrat gebildet wird, kann eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung erhalten werden, die eine Farbe anzeigen kann.
Die voranstehend erwähnte Zelle wird wie folgt hergestellt:
Zunächst wird ein Orientierungsfilm auf einer Oberfläche jeweils des Substrats mit der aktiven Matrix und dem Gegensubstrat bei einer Temperatur von ungefähr 200ºC aufgebracht. Dann werden beide Substrate mit den Orientierungsfilmen in einer vorangeordneten Richtung gerieben bzw. geschliffen, um so Flüssigkristall-Ausrichtungen zu erhalten.
Als Nächstes wird ein Abdichtungsmittel auf ein Substrat geschichtet und ein Abstandsstück wird gleichförmig auf dem anderen Substrat verteilt. In diesem Beispiel wird ein mit Wärme aushärtendes Mittel als das Abdichtungsmittel verwendet. Die sich ergebenden Substrate werden aneinander angebracht, sodass jeweilige Oberflächen davon mit Verdrahtungen aufeinander zu gerichtet sind und dann bei einer Temperatur von ungefähr 150 bis 200ºC erwärmt werden, um das Abdichtungsmittel auszuhärten, während die Substrate gedrückt werden. Ein Flüssigkristall wird zwischen die Substrate eingespritzt und die sich ergebenden Substrate werden abgedichtet. Die Substrate werden so angeordnet, dass die Flüssigkristallmoleküle eine 90º- Verbindung bilden werden, die von einem Substrat zu dem anderen Substrat geht. In dieser Weise wird die Flüssigkristallzelle hergestellt.
Ein transmittierender Polarisierer mit einem Transmissionsvermögen von 44,5% und einem Polarisationsgrad von 96,5% ist auf einer vorderen Stirnfläche der Flüssigkristallzelle vorgesehen; und ein reflektierender Polarisierer, der durch Bereitstellen einer Al-Reflexionsplatte auf dem gleichen Polarisierer wie der transmittierende Polarisierer erhalten wird, ist auf einer Rückseite davon vorgesehen, wodurch eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung hergestellt wird.
Fig. 30 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Strömungsratenverhältnis eines N&sub2;-Gases und einem spezifischen Widerstand des dünnen Ta-Films zeigt, der durch das reaktive Sputtern in einer Atmosphäre eines (Ar + N&sub2;)Gases in der gleichen Weise wie der obige gebildet wird. Fig. 30 zeigt auch die Beziehung zwischen einem spezifischen Widerstand eines dünnen Ta-Films und der Beleuchtungsauswertung einer Flüssigkristallzelle, die die MIM-Einrichtungen verwendet, die durch Verwendung des dünnen Ta-Films erhalten wird. Wie sich der Fig. 30 entnehmen lässt, tritt ein Restbild auf einer Anzeige der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die die MIM-Einrichtungen verwendet, auf, wenn der spezifische Widerstand des dünnen Ta- Films auf 90 uΩcm oder weniger eingestellt ist (in diesem Fall beträgt ein spezifischer Schichtwiderstand 2,73 Ω/ oder weniger). Ferner ist die Nicht-Linearität der MIM-Einrichtung durch eine Wärme verschlechtert, wenn der spezifische Widerstand auf 165 uΩcm oder weniger (spezifischer Schichtwiderstand: 5,00 Ω/ oder mehr) eingestellt ist. Wie mit einer gestrichelten Linie in Fig. 30 gezeigt kann eine stabile Nicht- Linearität der MIM-Einrichtung erhalten werden, wenn der spezifische Widerstand in dem Bereich von 105 uΩcm bis 150 uΩcm (spezifischer Schichtwiderstand: in dem Bereich von 3,18 Ω/bis 4,55 Ω/) ist. Demzufolge kann die Verschlechterung der Nicht-Linearität, verursacht durch Wärme, und das Auftreten des Restbildes durch Einstellen des spezifischen Widerstands in dem Bereich von 90 uΩcm bis 165 uΩcm (spezifischer Schichtwiderstand: in dem Bereich von 2,73 uΩcm bis 5,00 Ω/) und weiter bevorzugt in dem Bereich von 105 uΩcm bis 150 uΩcm (spezifischer Schichtwiderstand: in dem Bereich 3,18 Ω/ bis 4,55 Ω/) verhindert werden. Für den Fall, dass das Strömungsratenverhältnis des N&sub2;-Gases zu dem (Ar + N&sub2;) Gas 8,3% ist, wird zusätzlich der spezifische Widerstand des dünnen Ta-Films ungefähr 82,5 uΩcm (spezifischer Schichtwiderstand: 2,48 Ω/). In diesem Fall wird das Auftreten des Restbilds auf der Anzeige häufig beobachtet.
In diesem Beispiel wird der dünne Ta-Film durch das reaktive Sputtern unter Verwendung von drei Stücken eines Targets mit der Reinheit von 99,99% abgeschieden, um die Signalleitung 61 und die untere Elektrode 62 zu bilden; jedoch wird der dünne Ta-Film durch Sputtern unter Verwendung eines gesinterten TaN als ein Target abgeschieden. Nachstehend wird ein modifiziertes Beispiel dieses Beispiels, bei dem der dünne Ta-Film durch Verwendung von gesintertem TaN als ein Target abgeschieden wird, beschrieben.
Das Substrat mit der aktiven Matrix des modifizierten Beispiels wird wie folgt hergestellt:
Zunächst wird der Basisbeschichtungsisolator 67 auf dem Glassubstrat 66 abgeschieden und ein dünner Ta-Film wird darauf abgeschieden, so dass er eine Dicke im Bereich von 300 bis 350 nm (3000 bis 3500 Angström) aufweist. In diesem Fall wird gesintertes TaN, das 3 Mol-%, 5 Mol-% und 15 Mol-% Stickstoff enthält, als ein Sputter-Target verwendet. Nur ein Ar-Gas wird als Sputter-Gas verwendet. Ein Sputtern wird in einer In-Line- Sputter-Vorrichtung unter den Bedingungen, dass der Gasdruck, die DC-Leistung (die Sputter-Leistung für eine Einheitsfläche jedes Targets), die Temperatur und die Zeit zum Erwärmen des Substrats, die Beförderungsrate des Substrats und jedes Intervall zwischen dem Substrat und dem Target 0,4 Pa, 5,3 W/cm², 100ºC, 180 Sekunden, 100 mm/min bzw. 77 mm sind, ausgeführt. In diesem Fall beträgt die Sputter-Rate ungefähr 30 bis 60 nm/min (300 bis 600 Angström/min).
Fig. 31 zeigt die Beziehung zwischen einem spezifischen Widerstand des dünnen Ta-Films und der Stickstoffmenge, die in einem gesinterten TaN als ein Target enthalten ist, zusammen mit der Beleuchtungsauswertung der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die die MIM-Einrichtungen verwendet, die durch Verwenden des Ta-Dünnfilms erhalten werden. Die Stickstoffmenge in dem gesinterten TaN wird bei 0 Mol-%, 3 Mol-%, 7 Mol-% und 15 Mol--% verändert.
Wie sich der Fig. 31 entnehmen lässt, tritt ein Restbild auf einer Anzeige der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung auf, wenn der spezifische Widerstand des dünnen Ta-Films auf 70 uΩcm oder weniger (spezifischer Schichtwiderstand: 2,12 Ω/ oder weniger) eingestellt wird. Ferner tritt die Verschlechterung der Nicht-Linearität der MIM-Einrichtung, verursacht durch Wärme, auf, wenn der spezifische Widerstand auf 165 uΩcm oder mehr (spezifischer Schichtwiderstand: 5,00 Ω/ oder mehr) eingestellt wird. Wie mit einer gestrichelten Linie in Fig. 30 gezeigt, kann eine stabile Nicht-Linearität der MIM-Einrichtung erhalten werden, wenn der spezifische Widerstand in dem Bereich von 85 uΩcm bis 150 uΩcm (spezifischer Schichtwiderstand: in dem Bereich von 2,58 Ω/ bis 4,55 Ω/) eingestellt wird. Demzufolge kann die Verschlechterung der Nicht- Linearität, verursacht durch Wärme, und das Auftreten des Restbilds verhindert werden, indem der spezifische Widerstand in dem Bereich von 70 uΩcm bis 165 uΩcm (spezifischer Schichtwiderstand: in dem Bereich von 2,12 Ω/ bis 5,00 Ω/) und mehr bevorzugt in dem Bereich von 85 uΩcm bis 150 uΩcm (spezifischer Schichtwiderstand: 2,58 Ω/ bis 4,55 Ω/) eingestellt wird.
Wie sich den Fig. 30 und 31 entnehmen lässt, ist der spezifische Widerstand des dünnen Ta-Films, der das Auftreten des Restbildes und die Verschlechterung der Nicht-Linearität der MIM-Einrichtung als Folge von Wärme verursacht, geringfügig unterschiedlich zwischen dem Fall, wenn das reaktive Sputtern unter Verwendung von N&sub2;-Gas ausgeführt wird, und dem Fall, bei dem das Sputtern unter Verwendung eines gesinterten TaN als ein Target ausgeführt wird. Dies liegt daran, dass die Sputter-Bedingungen und die Intervalle in dem Ta-Gitter des abgeschiedenen dünnen Ta-Films geringfügig unterschiedlich zwischen den zwei Typen von Sputter-Vorgängen sind.
In diesem Beispiel und einem modifizierten Beispiel davon werden die unteren Elektroden durch das reaktive Sputtern unter Verwendung eines N&sub2;-Gases oder durch Sputtern unter Verwendung eines gesinterten TaN als ein Target gebildet; jedoch kann der dünne Ta-Film durch das reaktive Sputtern unter Verwendung eines gesinterten TaN als ein Target in einer Atmosphäre eines (Ar + N&sub2;)Gases gebildet werden.
Fig. 32 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Strömungsratenverhältnis von N&sub2;-Gas zu (Ar + N&sub2;)Gas und dem spezifischen Widerstand eines dünnen Ta-Films, der durch das reaktive Sputtern unter Verwendung eines gesinterten TaN als ein Target in einer Atmosphäre eines (Ar + N&sub2;)Gases erhalten wird. Die Stickstoffmenge, die in dem gesinterten TaN enthalten ist, wird bei 3 Mol-% und 5 Mol-% verändert. Fig. 33 zeigt den Zusammenhang zwischen der Stickstoffmenge, die in dem gesinterten TaN enthalten ist, und dem spezifischen Widerstand des dünnen Ta-Films, der in der gleichen Weise wie in Fig. 32 gebildet ist. In dem Fall der Fig. 33 wird das Strömungsratenverhältnis von N&sub2;-Gas zu (Ar + N&sub2;)Gas auf 2% und 4% eingestellt. Ferner zeigen die Fig. 32 und 33 auch die Beleuchtungsauswertung der Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung, die die MIM-Einrichtungen verwendet, die durch Verwenden des Ta-Dünnfilms erhalten werden.
Wie sich den Fig. 32 und 33 entnehmen lässt, wird für den Fall einer Bildung des dünnen Ta-Films durch das reaktive Sputtern unter Verwendung eines gesinterten TaN in einer Atmosphäre eines (Ar + N&sub2;)Gases bevorzugt, dass der spezifische Widerstand des dünnen Ta-Films in dem Bereich von 80 uΩcm bis 165 uΩcm (spezifischer Schichtwiderstand: 2,42 Ω/ bis 5,00 Ω/) eingestellt ist, um die Verschlechterung der Nicht-Linearität der MIM-Einrichtung und das Auftreten des Restbilds zu verhindern. Ferner kann eine stabilere Nicht-Linearität der MIM- Einrichtung erhalten werden, indem der spezifische Widerstand in dem Bereich von 95 uΩcm bis 150 uΩcm (spezifischer Schichtwiderstand: 2,88 Ω/ bis 4,55 Ω/) eingestellt wird.
Wenn in Übereinstimmung mit diesem Beispiel der spezifische Widerstand der unteren Elektrode, die eine nicht lineare Zweitor-Einrichtung bildet, in dem voranstehen erwähnten Bereich eingestellt wird, kann das Auftreten des Restbilds in einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung verhindert werden, die die nicht lineare Zweitor-Einrichtung verwendet. Ferner kann die thermische Verschlechterung der Nicht-Linearität der nicht- linearen Zweitor-Einrichtung verhindert werden.
Da ein dünner Ta-Film dieses Beispiels durch irgendeinen der reaktiven Sputter-Vorgänge unter Verwendung von drei Stücken eines TaN-Targets mit einer Reinheit von 99, 99% wie im Beispiel 1, dem Sputter-Vorgang unter Verwendung eines gesinterten TaN-Targets im Beispiel 2 und dem reaktiven Sputter- Vorgang unter Verwendung eines TaN-Targets in einer Atmosphäre eines (Ar + N&sub2;)Gases im Beispiel 3 gebildet wird, kann ein Ta- Film mit einer gleichförmigen Dicke erhalten werden, wie in den Beispielen 1 bis 3 erwähnt, wobei das Beispiel 2 ein Vergleichsbeispiel ist. Demzufolge ist auch die Dicke eines Isolators, der durch die Eloxierung des dünnen Ta-Films gebildet wird, gleichförmig, wodurch die Ungleichförmigkeit in der Nicht-Linearität unter den nicht-linearen Zweitor- Einrichtungen stark verkleinert wird. Ferner kann eine hervorragende symmetrische Kurve einer Strom-Spannungs- Charakteristik durch die Eloxierung in einem 1 Gewichtsprozent Ammoniumtartrat erhalten werden. In einer Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung, die die MIM-Einrichtungen umfasst, kann eine Anzeige mit einem hohen Kontrast und einer hohen Qualität erhalten werden, und zwar ohne irgendeine Temperaturabhängigkeit des Kontrastverhältnisses.
Zusätzlich wird in den voranstehend erwähnten Beispielen Kryptongas für ein Sputtern anstelle von Ar-Gas verwendet. In diesem Fall können die gleichen Effekte erhalten werden.
Wie voranstehend erwähnt weist in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, eine untere Elektrode einer nicht-linearen Zweitor-Einrichtung einen Aufbau auf, bei dem Ta-arme Abschnitte (die eine kleine Stickstoffmenge enthalten) und Ta-reiche Abschnitte (die eine große Stickstoffmenge enthalten) abwechselnd abgeschieden werden. Der Aufbau des Ta-armen Abschnitts ist nahezu demjenigen eines dünnen β- Ta-Films und der Aufbau des Ta-reichen Abschnitts ist nahezu demjenigen eines TaN-Films. Demzufolge weist eine MIM- Einrichtung mit einem Isolator, der durch die Eloxierung eines derartigen dünnen Ta-Films erhalten wird, eine Nicht- Linearität auf, die so hervorragend wie diejenige einer MIM- Einrichtung mit einem Isolator, der durch die Eloxierung des β- Ta-Dünnfilms erhalten wird, ist. Ferner wird Stickstoff in den Ta-Dünnfilm aufgenommen, wodurch die Nicht-Linearität der MIM- Einrichtung thermisch stabil wird. Ein derartiger dünner Ta- Film wird durch ein reaktives Sputter-Verfahren unter Verwendung eines N&sub2;-Gases und einer Vielzahl von Stücken eines Targets (in der Praxis drei bis vier Stücke eines Targets), die in einer Reihe ausgerichtet sind, erhalten.
Wenn ein dünner Ta-Film durch die Kombination der voranstehend erwähnten zwei Sputter-Verfahren unter Verwendung eines gesinterten TaN-Targets und N&sub2;-Gas gebildet wird, kann eine ausreichende Stickstoffmenge zum Erhalten einer hervorragenden und thermisch stabilen Nicht-Linearität in den dünnen Ta-Film aufgenommen werden, obwohl die Stickstoffmenge, die in dem gesinterten TaN enthalten ist, verringert wird. Als Folge davon können Intervalle in einem Ta-Gitter in dem Aufbau des dünnen Ta-Films vergrößert werden, wodurch der Strom leichter fließen kann. Da ferner das Strömungsratenverhältnis von N&sub2;-Gas verkleinert werden kann, ist es möglich, dass die Strömungsrate von N&sub2;-Gas, das in eine Kammer eingeleitet wird, strikt geregelt werden kann, wodurch ein gleichförmiger Ta-Dünnfilm erhalten wird.
Wenn der spezifische Widerstand des dünnen Ta-Films in dem voranstehend erwähnten Bereich eingestellt wird, dann kann ferner die Verschlechterung der Nicht-Linearität der MIM- Einrichtung und das Auftreten eines Restbilds verhindert werden.
Ferner kann eine Kurve mit einer größeren Symmetrie einer Strom-Spannungs-Charakteristik durch die Eloxierung in einer Lösung, die die Ammoniumgruppe enthält, erhalten werden.
In den Beispielen 1, 3 und 4 werden drei Stücke eines Targets verwendet. Es sei darauf hingewiesen, dass die Anzahl von Stücken des Targets nicht auf drei beschränkt ist. Vorausgesetzt, dass zwei oder mehrere Stücke des Targets verwendet werden, können die gleichen Effekte wie in dem Beispiel 1, 3 und 4 erhalten werden.
Verschiedene andere Modifikationen werden Durchschnittsfachleuten in dem technischen Gebiet offensichtlich sein und können von diesen leicht durchgeführt werden, ohne von dem Umfang dieser Erfindung abzuweichen, so wie er durch die hier angehängten Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Nichtlineare Zweitor-Einrichtung mit:

einer unteren Elektrode (2, 32, 62), die auf einem Substrat gebildet ist, wobei die untere Elektrode aus einem dünnen Ta-Film, dotiert mit Stickstoff, besteht;

einem Oxidfilm (3, 33, 63), der durch ein Eloxieren einer Oberfläche der unteren Elektrode gebildet ist; und

einer oberen Elektrode (4, 34, 64), die auf dem Oxidfilm, der durch ein Eloxieren erhalten wird, gebildet ist, wobei die obere Elektrode aus einem Metalldünnfilm besteht;

dadurch gekennzeichnet, dass der Ta-Film abwechselnd abgeschiedene erste Abschnitte und zweite Abschnitte umfasst, wobei die ersten Abschnitte einen unterschiedlichen Stickstoffgehalt von dem Stickstoffgehalt der zweiten Abschnitte aufweisen.

2. Nichtlineare Zweitor-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Abschnitte und die zweiten Abschnitte in einer Dickenrichtung des dünnen Ta-Films abwechselnd abgeschieden sind.

3. Nichtlineare Zweitor-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spitzenwert eines Profils der Intensität einer ¹&sup4;N&spplus;-Emission hinsichtlich der Intensität 1 einer ¹&sup8;¹Ta&spplus;-Emission in den ersten Abschnitten zu jenen in den zweiten Abschnitten im Wesentlichen in dem Bereich von 1 : 1,54 bis 1 : 1,71 liegt.

4. Nichtlineare Zweitor-Einrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Intensität einer Röntgenstrahlbeugung von (110) zu der Intensität einer Röntgenstrahlbeugung von (002) des dünnen Ta-Films im Wesentlichen 1 : 0,248 beträgt.

5. Nichtlineare Zweitor-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dünne Ta-Film durch ein reaktives Sputtern unter Verwendung zweier oder mehrerer Stücke eines Ta-Targets mit einer Reinheit von 99,99% in einem Mischgas aus Argongas und Stickstoffgas gebildet wird; das Verhältnis einer Strömungsrate des Stickstoffgases zu einer Strömungsrate des Mischgases im Wesentlichen 3% bis 7% beträgt; und die beiden oder mehreren Stücke des Ta- Targets in Reihe in einer Richtung ausgerichtet sind, wo das Substrat befördert wird.

6. Nichtlineare Zweitor-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein spezifischer Widerstand des dünnen Ta-Films im Wesentlichen in einem Bereich von 90 uΩcm bis 165 uΩcm liegt.

7. Nichtlineare Zweitor-Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der spezifische Widerstand des dünnen Ta-Films im Wesentlichen in einem Bereich von 105 uΩcm bis 150 uΩcm liegt.

8. Nichtlineare Zweitor-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dünne Ta-Film durch ein Sputtern unter Verwendung zweier oder mehrerer Stücke eines gesinterten TaN-Targets in einem Mischgas aus Argongas und Stickstoffgas gebildet ist; das Verhältnis einer Strömungsrate des Stickstoffgases zu einer Strömungsrate des Mischgases im Wesentlichen 4% oder weniger beträgt; und die zwei oder mehreren Stücke des gesinterten TaN-Targets in Reihe in einer Richtung ausgerichtet sind, wo das Substrat befördert wird.

9. Nichtlineare Zweitor-Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei oder mehreren Stücke des gesinterten TaN-Targets Stickstoff in einer Menge von 5 Mol--% oder weniger enthalten.

10. Nichtlineare Zweitor-Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der dünne Ta-Film mit einer Sputter- Leistung von 4 W/cm² für eine Einheitsfläche des gesinterten TaN-Targets gebildet wird.

11. Nichtlineare Zweitor-Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein spezifischer Widerstand des dünnen Ta-Films im Wesentlichen in einem Bereich von 80 uΩcm bis 165 uΩcm liegt.

12. Nichtlineare Zweitor-Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der spezifische Widerstand des dünnen Ta-Films im Wesentlichen in einem Bereich von 95 uΩcm bis 150 uΩcm liegt.

13. Verfahren zum Herstellen einer nichtlinearen Zweitor- Einrichtung mit einer unteren Elektrode (2, 32, 62), einer isolierenden Schicht (3, 33, 63) und einer oberen Elektrode (4, 34, 64), wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

Abscheiden eines dünnen Ta-Films, der mit Stickstoff dotiert ist, auf einem Substrat (6, 36, 66) und Strukturieren des Ta-Films, um die untere Elektrode (2, 32, 62) zu bilden;

Bilden eines Oxidfilms durch ein Eloxieren der unteren Elektrode; und

Bilden der oberen Elektrode auf dem Oxidfilm, der durch ein Eloxieren erhalten wird;

dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt eines Bildens der unteren Elektrode umfasst:

Abscheiden des Ta-Films, der mit Stickstoff dotiert ist, durch ein reaktives Sputtern unter Verwendung erster und zweiter Stücke eines Targets aus TaN in entweder einem Argongas, einem Kryptongas, einem Mischgas aus Argongas und Stickstoffgas oder einem Mischgas aus Kryptongas und Stickstoffgas, oder unter Verwendung erster und zweiter Stücke eines Targets aus Ta in entweder einem Mischgas aus Argongas und Stickstoff oder einem Mischgas aus Kryptongas und Stickstoffgas, während das Substrat in einer gewünschten Richtung befördert wird, wobei die Stücke des Ta- oder TaN-Targets in Reihe in einer Richtung parallel zu der Richtung einer Bewegung des Substrats ausgerichtet sind;

obei die ersten und zweiten Stücke des Ta- oder TaN- Targets so angeordnet sind, dass der Ta-Film abwechselnd abgeschiedene erste und zweite Abschnitte umfasst, wobei die ersten Abschnitte einen unterschiedlichen Stickstoffgehalt von dem Stickstoffgehalt der zweiten Abschnitte aufweisen.

14. Verfahren zum Herstellen einer nichtlinearen Zweitor- Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Target aus Ta ein reines Ta-Target mit einer Reinheit von 99, 99% ist und das Verhältnis einer Strömungsrate von Stickstoffgas zu einer Strömungsrate des Mischgases im Wesentlichen in dem Bereich von 3% bis 7% liegt.

15. Verfahren zum Herstellen einer nichtlinearen Zweitor- Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Target aus Ta ein gesintertes TaN-Target ist und das Verhältnis einer Strömungsrate von Stickstoffgas zu einer Strömungsrate des Mischgases im Wesentlichen 4% oder weniger beträgt.

16. Verfahren zum Herstellen einer nichtlinearen Zweitor- Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag von Stickstoff, der in dem gesinterten TaN- Target enthalten ist, 5 Mol-% oder weniger beträgt.

17. Verfahren zum Herstellen einer nichtlinearen Zweitor- Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der dünne Ta-Film bei einer Sputter-Leistung von 4 W/cm² für eine Einheitsfläche des gesinterten TaN-Targets abgeschieden wird.

18. Verfahren zum Herstellen einer nichtlinearen Zweitor- Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der dünne Ta-Film durch ein Verwenden einer In-Line- Sputtervorrichtung abgeschieden wird.

19. Verfahren zum Herstellen einer nichtlinearen Zweitor- Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der dünne Ta-Film durch Verwenden einer Dreh-Sputtervorrichtung abgeschieden wird.

20. Verfahren zum Herstellen einer nichtlinearen Zweitor- Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt eines Bildens des eloxierten Oxidfilms in einer Lösung, die eine Ammoniumgruppe enthält, ausgeführt wird.