JP2657695B2 - 絶縁膜とその製造方法 - Google Patents
絶縁膜とその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、五酸化タンタルを主体とする絶縁膜及びそ
の製法に係わり、特にエレクトロルミネセンス（EL）素
子、薄膜コンデンサなどの電子デバイスに好適な五酸化
タンタル絶縁膜に関する。
の製法に係わり、特にエレクトロルミネセンス（EL）素
子、薄膜コンデンサなどの電子デバイスに好適な五酸化
タンタル絶縁膜に関する。
従来、電子デバイスの絶縁膜としては、SiO2が代表的
なものであつた。しかし、近年における電子デバイスの
高性能化に伴い、さらに高性能な絶縁膜、具体的には、
電気絶縁性が良好で、高誘電率かつ耐電圧特性が良好な
絶縁膜が要求されている。このような動きの中でSiO2に
代わる材料として五酸化タンタル（Ta2O5）が注目を集
めている。Ta2O5はSiO2と比較し、高い誘電率を持ち（S
iO2:ε＝３〜4,Ta2O5:ε＝20〜27）また、化学的にも安
定な化合物であり、電子デバイス用の絶縁膜として期待
されているものである。
なものであつた。しかし、近年における電子デバイスの
高性能化に伴い、さらに高性能な絶縁膜、具体的には、
電気絶縁性が良好で、高誘電率かつ耐電圧特性が良好な
絶縁膜が要求されている。このような動きの中でSiO2に
代わる材料として五酸化タンタル（Ta2O5）が注目を集
めている。Ta2O5はSiO2と比較し、高い誘電率を持ち（S
iO2:ε＝３〜4,Ta2O5:ε＝20〜27）また、化学的にも安
定な化合物であり、電子デバイス用の絶縁膜として期待
されているものである。
これまでのTa2O5膜は、ジヤーナル オブ サイエン
ス テクノロジーA,第１巻３号（1985年）第1362頁〜第
1366頁（J.Voc.Sci Technol.A,Vol.No3（1985）pp1362
〜1366）に示されているような物理的成膜法であるスパ
ツタ法やジヤーナル オブ エレクトロケミエル ソサ
イアテイ,120巻，（1973年）,927頁（J.Electro−chem.
Soc.,120,（1973）,pp927）に示されているような化学
的成膜法であり、気相反応を利用するCVD法により作製
されている。
ス テクノロジーA,第１巻３号（1985年）第1362頁〜第
1366頁（J.Voc.Sci Technol.A,Vol.No3（1985）pp1362
〜1366）に示されているような物理的成膜法であるスパ
ツタ法やジヤーナル オブ エレクトロケミエル ソサ
イアテイ,120巻，（1973年）,927頁（J.Electro−chem.
Soc.,120,（1973）,pp927）に示されているような化学
的成膜法であり、気相反応を利用するCVD法により作製
されている。
一方、上記成膜法とは異なる液相法、マテリアル リ
サーチ ソサイアテイ シンポジウム プロシーデイン
グ,73巻（1986年）725頁〜730頁（Mat.Res.Symp.Proc.7
3，（1986）,pp725〜730）に示されているようなゾル・
ゲル法によるTa2O5膜の成膜もなされている。
サーチ ソサイアテイ シンポジウム プロシーデイン
グ,73巻（1986年）725頁〜730頁（Mat.Res.Symp.Proc.7
3，（1986）,pp725〜730）に示されているようなゾル・
ゲル法によるTa2O5膜の成膜もなされている。
しかし、上記従来技術のうち、スパツタ法は高真空下
での成膜法であり、酸素欠陥の多い膜が生成し化学量論
組成の膜が得られない、また、スパツタガスとして使用
されるアルゴンガスなどが膜中に残留しやすく、この酸
素欠陥部分や残留ガスが誘電率や耐電圧特性に悪影響を
及ぼし、膜の電気的特性が悪化するという欠点があっ
た。
での成膜法であり、酸素欠陥の多い膜が生成し化学量論
組成の膜が得られない、また、スパツタガスとして使用
されるアルゴンガスなどが膜中に残留しやすく、この酸
素欠陥部分や残留ガスが誘電率や耐電圧特性に悪影響を
及ぼし、膜の電気的特性が悪化するという欠点があっ
た。
CVD法では、原料物質であるタンタルハロゲン化物を
加水分解して五酸化タンタル膜を得るために、700〜100
0℃という高温が必要である。このため、形成される膜
は多結晶のβ−Ta2O5となり漏れ電流の多い膜となりや
すく、誘電体薄膜としては好ましくない。また、スパツ
タ法、CVD法とも大掛かりな真空装置が必要で大面積な
膜付けが困難であつた。一方、化学的成膜法としての液
相法、例えばゾル・ゲル法によつて得られたTa2O5膜が
知られているが膜の誘電率は12〜20と低いものであつ
た。
加水分解して五酸化タンタル膜を得るために、700〜100
0℃という高温が必要である。このため、形成される膜
は多結晶のβ−Ta2O5となり漏れ電流の多い膜となりや
すく、誘電体薄膜としては好ましくない。また、スパツ
タ法、CVD法とも大掛かりな真空装置が必要で大面積な
膜付けが困難であつた。一方、化学的成膜法としての液
相法、例えばゾル・ゲル法によつて得られたTa2O5膜が
知られているが膜の誘電率は12〜20と低いものであつ
た。
本発明の目的は、上述の物理的成膜法及び化学的成膜
法としてのCVD法（気相法）及び従来のゾル・ゲル法の
それぞれが持つ問題点を解決することにある。すなわ
ち、本発明は、液相法の一種であるゾル・ゲル法を用い
て、高温の熱処理を要することなく、化学量論組成で高
誘電率であり、かつ耐電圧特性にすぐれ、性能指数の高
いTa2O5を主体とする絶縁膜を提供し、簡便な装置によ
り大面積の膜付けを可能にすることを目的とする。
法としてのCVD法（気相法）及び従来のゾル・ゲル法の
それぞれが持つ問題点を解決することにある。すなわ
ち、本発明は、液相法の一種であるゾル・ゲル法を用い
て、高温の熱処理を要することなく、化学量論組成で高
誘電率であり、かつ耐電圧特性にすぐれ、性能指数の高
いTa2O5を主体とする絶縁膜を提供し、簡便な装置によ
り大面積の膜付けを可能にすることを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明では、少なくと
も、タンタルアルコキシド５〜18モル％、水82〜95モル
％、及び塩酸0.5〜4.0モル％を含有する溶液を、基板上
に塗布し、熱処理する工程を含むことを特徴とする絶縁
膜の製造方法としたものである。
も、タンタルアルコキシド５〜18モル％、水82〜95モル
％、及び塩酸0.5〜4.0モル％を含有する溶液を、基板上
に塗布し、熱処理する工程を含むことを特徴とする絶縁
膜の製造方法としたものである。
また、もう一つの目的を達成するために、本発明で
は、少なくとも、タンタルアルコキシド５〜18モル％、
水82〜95モル％、及び塩酸0.5〜4.0モル％を含有する溶
液を、基板上に塗布し、熱処理することにより得られた
ことを特徴とする五酸化タンタルを主体とする絶縁膜と
したものである。
は、少なくとも、タンタルアルコキシド５〜18モル％、
水82〜95モル％、及び塩酸0.5〜4.0モル％を含有する溶
液を、基板上に塗布し、熱処理することにより得られた
ことを特徴とする五酸化タンタルを主体とする絶縁膜と
したものである。
本発明の絶縁膜は、非晶質な透明緻密膜として得るこ
とができ、五酸化タンタルは組成TaxOy（ｘ＝2,y＝4.8
〜5.2）であり、化学量論組成に近い。また、それによ
り、比誘電率は28以上、耐電圧3.5MV/cm以上、性能指数
を8.0μc/cm2以上にできる。ここで性能指数（μc/c
m2）はεｏ×εｒ×EBD（εｏ＝真空の誘電率8.854×10
-12F/m、εｒ＝物質の比誘電率、EBD＝物質の耐電圧MV/
cm）で計算される値である。
とができ、五酸化タンタルは組成TaxOy（ｘ＝2,y＝4.8
〜5.2）であり、化学量論組成に近い。また、それによ
り、比誘電率は28以上、耐電圧3.5MV/cm以上、性能指数
を8.0μc/cm2以上にできる。ここで性能指数（μc/c
m2）はεｏ×εｒ×EBD（εｏ＝真空の誘電率8.854×10
-12F/m、εｒ＝物質の比誘電率、EBD＝物質の耐電圧MV/
cm）で計算される値である。
また、本発明の絶縁膜の製造方法は、原料物質として
用いたタンタルアルコキシドを部分的に加水分解する工
程により、タンタルアルコキシド５〜18％、水82〜95モ
ル％、塩酸0.5〜4.0モル％を含有するゾル溶液とし、こ
のゾル溶液を基板上に塗布し、熱処理をする工程を繰り
返すことによつて絶縁膜が製造できる。この時、膜の熱
処理温度は、600℃以下がよい。さらに、成膜時に使用
するゾル溶液にタンタル以外の金属アルコキシド、すな
わち、シリコン、チタン、アルミニウム、鉛、ストロン
チウム又はイツトリウムから選ばれた１種以上の金属ア
ルコキシドを含有させることにより、絶縁膜の性質を向
上させることができる。
用いたタンタルアルコキシドを部分的に加水分解する工
程により、タンタルアルコキシド５〜18％、水82〜95モ
ル％、塩酸0.5〜4.0モル％を含有するゾル溶液とし、こ
のゾル溶液を基板上に塗布し、熱処理をする工程を繰り
返すことによつて絶縁膜が製造できる。この時、膜の熱
処理温度は、600℃以下がよい。さらに、成膜時に使用
するゾル溶液にタンタル以外の金属アルコキシド、すな
わち、シリコン、チタン、アルミニウム、鉛、ストロン
チウム又はイツトリウムから選ばれた１種以上の金属ア
ルコキシドを含有させることにより、絶縁膜の性質を向
上させることができる。
上記絶縁膜を構成要素の一つとして用いて作製したエ
レクトロルミネセンス素子は、低電圧駆動が可能であ
り、また、薄膜コンデンサは高容量化することができ
る。
レクトロルミネセンス素子は、低電圧駆動が可能であ
り、また、薄膜コンデンサは高容量化することができ
る。
以下、本発明を更に詳細に説明する。
本発明に用いられるタンタルアルコキシドは、一般式
Ta（OR）５（R:アルキル基）で表わされる化合物であ
る。タンタルアルコキシドは、水の存在下、速やかに加
水分解して（RO）4TaOHで表わされるアルコキシ基の一
部が水酸基で置換された構造を持つ化合物を生成する。
このように部分的に加水分解して生成した中間体は、さ
らに他のタンタルアルコキシド分子と反応し、 なる縮合生成物となつて成長していく。本発明はこのよ
うな縮合生成物を膜状にして絶縁膜を得るものである。
Ta（OR）５（R:アルキル基）で表わされる化合物であ
る。タンタルアルコキシドは、水の存在下、速やかに加
水分解して（RO）4TaOHで表わされるアルコキシ基の一
部が水酸基で置換された構造を持つ化合物を生成する。
このように部分的に加水分解して生成した中間体は、さ
らに他のタンタルアルコキシド分子と反応し、 なる縮合生成物となつて成長していく。本発明はこのよ
うな縮合生成物を膜状にして絶縁膜を得るものである。
本発明においては、タンタルアルコキシドを適当な有
機溶媒、望ましくはアルコール類に溶解し、これにタン
タルアルコキシド５〜18mol％に対して、水82〜95mol％
の割合でやはり有機溶媒に希釈して添加する。この時、
必ず塩酸0.5〜4mol％を有機溶媒で希釈して、添加す
る。塩酸を添加するのは、タンタルアルコキシドの加水
分解反応を抑制し、縮合反応を進行させるためである。
ここで塩酸を添加しない場合は、タンタルアルコキシド
の水酸化物Ta（OH）５が生成する。
機溶媒、望ましくはアルコール類に溶解し、これにタン
タルアルコキシド５〜18mol％に対して、水82〜95mol％
の割合でやはり有機溶媒に希釈して添加する。この時、
必ず塩酸0.5〜4mol％を有機溶媒で希釈して、添加す
る。塩酸を添加するのは、タンタルアルコキシドの加水
分解反応を抑制し、縮合反応を進行させるためである。
ここで塩酸を添加しない場合は、タンタルアルコキシド
の水酸化物Ta（OH）５が生成する。
上記、タンタルアルコキシド、水及び塩酸の組成範囲
以外では、電子デバイス用のTa2O5膜として必要な透明
緻密膜を作製するのに必要な透明ゾル溶液が得られな
い。また、タンタルアルコキシドを溶解した溶媒と、水
及び塩酸を希釈した溶媒は異種のものであつても構わな
いが、望ましくは同種のものを用いるのがよい。
以外では、電子デバイス用のTa2O5膜として必要な透明
緻密膜を作製するのに必要な透明ゾル溶液が得られな
い。また、タンタルアルコキシドを溶解した溶媒と、水
及び塩酸を希釈した溶媒は異種のものであつても構わな
いが、望ましくは同種のものを用いるのがよい。
こうして作製したタンタルアルコキシドの反応溶液を
基板上、すなわち対象物上にコーテイングし乾燥させ
る。この時、コーテイング方法としては、スピンナー
法、デイツプ法などを用いることができる。このように
して得た膜を300〜600℃で熱処理する。この熱処理膜上
に再度コーテイングを施して乾燥し、熱処理する。この
工程を４回以上行つて得られた膜は非晶質かつ透明であ
り、比誘電率28以上、耐電圧3.5MV/cm以上、性能指数8.
0μc/cm2以上の特性を示す。
基板上、すなわち対象物上にコーテイングし乾燥させ
る。この時、コーテイング方法としては、スピンナー
法、デイツプ法などを用いることができる。このように
して得た膜を300〜600℃で熱処理する。この熱処理膜上
に再度コーテイングを施して乾燥し、熱処理する。この
工程を４回以上行つて得られた膜は非晶質かつ透明であ
り、比誘電率28以上、耐電圧3.5MV/cm以上、性能指数8.
0μc/cm2以上の特性を示す。
ここで熱処理の工程は、膜中に残存している有機基を
除去し、誘電率を向上させるために必要であり、300〜6
00℃の範囲の熱処理により実施することができる。600
℃以上の熱処理は、膜の結晶化を招き、膜の電気的特性
を悪化させる。
除去し、誘電率を向上させるために必要であり、300〜6
00℃の範囲の熱処理により実施することができる。600
℃以上の熱処理は、膜の結晶化を招き、膜の電気的特性
を悪化させる。
一方、コーテイング、熱処理の工程を繰り返すのは、
熱処理後、残留有機物の飛散により生じたピンホールを
埋め膜の緻密化を図り、耐電圧特性を向上させるためで
ある。これにより、従来スパツタ法やCVD法で得られて
いた比誘電率20〜27、耐電圧２〜3MV/cm、性能指数3.5
〜7.2μc/cm2を上回る高誘電率絶縁膜が得られる。
熱処理後、残留有機物の飛散により生じたピンホールを
埋め膜の緻密化を図り、耐電圧特性を向上させるためで
ある。これにより、従来スパツタ法やCVD法で得られて
いた比誘電率20〜27、耐電圧２〜3MV/cm、性能指数3.5
〜7.2μc/cm2を上回る高誘電率絶縁膜が得られる。
本発明の絶縁膜には、酸化タンタル以外にチタン、シ
リコン、アルミニウム、鉛、ストロンチウム、イツトリ
ウム等の金属酸化物を添加することができる。この場合
には、当該元素のアルコキシドを加えればよく、その添
加時期は膜形成の前であればよい。すなわち、２種以上
のアルコキシドを混ぜた後に有機溶媒に溶解してもよ
く、有機溶媒に溶解したアルコキシド同志を混ぜ合わせ
ても良く、どちらか一方または両方を加水分解した後に
混ぜ合わせても構わない。また、用いるアルコキシドの
持つアルコキシド基は同種であつても、異種であつても
構わない。
リコン、アルミニウム、鉛、ストロンチウム、イツトリ
ウム等の金属酸化物を添加することができる。この場合
には、当該元素のアルコキシドを加えればよく、その添
加時期は膜形成の前であればよい。すなわち、２種以上
のアルコキシドを混ぜた後に有機溶媒に溶解してもよ
く、有機溶媒に溶解したアルコキシド同志を混ぜ合わせ
ても良く、どちらか一方または両方を加水分解した後に
混ぜ合わせても構わない。また、用いるアルコキシドの
持つアルコキシド基は同種であつても、異種であつても
構わない。
このように、本発明を用いれば、２種以上の金属原子
の均一混合が可能であり、これにより比誘電率の向上あ
るいは耐電圧の向上が容易にでき、性能指数の向上が望
める。
の均一混合が可能であり、これにより比誘電率の向上あ
るいは耐電圧の向上が容易にでき、性能指数の向上が望
める。
本発明によれば、比誘電率28以上、耐電圧特性3.5MV/
cm以上、性能指数8.0μc/cm2以上の非晶質透明緻密膜が
得られる。また、大掛かりな真空装置を要しないため、
大面積の膜付けが容易に実現される。したがつて、本絶
縁膜を用いた各種高性能電子デバイス、具体的には低電
圧駆動エレクトロルミネセンス素子、高容量薄膜コンデ
ンサなどの用途に適している。
cm以上、性能指数8.0μc/cm2以上の非晶質透明緻密膜が
得られる。また、大掛かりな真空装置を要しないため、
大面積の膜付けが容易に実現される。したがつて、本絶
縁膜を用いた各種高性能電子デバイス、具体的には低電
圧駆動エレクトロルミネセンス素子、高容量薄膜コンデ
ンサなどの用途に適している。
以下、本発明を実施例を用いて説明するが、本発明は
これら実施例に限定されない。
これら実施例に限定されない。
実施例１ タンタルエトキシドの0.5mol％／エタノール溶液を
作製した。この溶液2mlに、水の0.5mol/エタノール溶
液8mlと塩酸0.1mol/のエタノール溶液2.5mlの混合溶
液にエタノール2mlを加えた溶液を、3ml/分の速度で滴
下し、ついで５時間撹拌した。このゾル溶液の組成は、
タンタルアルコキシド13mol％、水83.7mol％、塩酸3.3m
ol％である。この溶液をスピンナーを用いて、透明導電
膜（ITO）を蒸着したガラス基板上へコーテイングし、
室温乾燥した。ついで400℃で熱処理した後、さらにコ
ーテイング→熱処理の工程を３回繰り返し、合計４回コ
ーテイング→熱処理をくり返した。
作製した。この溶液2mlに、水の0.5mol/エタノール溶
液8mlと塩酸0.1mol/のエタノール溶液2.5mlの混合溶
液にエタノール2mlを加えた溶液を、3ml/分の速度で滴
下し、ついで５時間撹拌した。このゾル溶液の組成は、
タンタルアルコキシド13mol％、水83.7mol％、塩酸3.3m
ol％である。この溶液をスピンナーを用いて、透明導電
膜（ITO）を蒸着したガラス基板上へコーテイングし、
室温乾燥した。ついで400℃で熱処理した後、さらにコ
ーテイング→熱処理の工程を３回繰り返し、合計４回コ
ーテイング→熱処理をくり返した。
この膜の上に電気的特性を調べるためにアルミニウム
電極を真空蒸着し、第１図の素子を得た。ここで、１は
本発明により作製した酸化タンタル膜、２は透明導電膜
（ITO）、３はSiO2系ガラスである。４はAl電極であ
る。この五酸化タンタル膜の電気的性質は抵抗率５×10
13Ω・cm、比誘電率28.5、耐電圧3.5MV/cm、性能指数は
8.8μc/cm2であつた。
電極を真空蒸着し、第１図の素子を得た。ここで、１は
本発明により作製した酸化タンタル膜、２は透明導電膜
（ITO）、３はSiO2系ガラスである。４はAl電極であ
る。この五酸化タンタル膜の電気的性質は抵抗率５×10
13Ω・cm、比誘電率28.5、耐電圧3.5MV/cm、性能指数は
8.8μc/cm2であつた。
上述した膜の膜厚は2000Åであり、可視光の透過率は
85％であつた。また、400℃熱処理後の膜はＸ線的に非
晶質であつた。同様にして作製したSiO2ガラス上へコー
テイングした膜の実験では600℃を越えると結晶化し始
めることがわかつた。また、赤外線吸収スペクトルで
は、熱処理前の膜では、エトキシ基に対応する有機物の
吸収が観測されたが400℃熱処理後の膜では有機物の残
留は観察されなかつた。また、ESCAの解析結果では熱処
理後にカーボンのピークは認められなかつた。RBS（Rat
haford Back Scattering Spectroscopy）の分析結果に
よれば、五酸化タンタルの組成TaxOyにおいてｘ＝2,y＝
4.9と化学量論組成に近いことがわかつた。また、膜中
にアルゴン等の不純物気体も観測されなかつた。
85％であつた。また、400℃熱処理後の膜はＸ線的に非
晶質であつた。同様にして作製したSiO2ガラス上へコー
テイングした膜の実験では600℃を越えると結晶化し始
めることがわかつた。また、赤外線吸収スペクトルで
は、熱処理前の膜では、エトキシ基に対応する有機物の
吸収が観測されたが400℃熱処理後の膜では有機物の残
留は観察されなかつた。また、ESCAの解析結果では熱処
理後にカーボンのピークは認められなかつた。RBS（Rat
haford Back Scattering Spectroscopy）の分析結果に
よれば、五酸化タンタルの組成TaxOyにおいてｘ＝2,y＝
4.9と化学量論組成に近いことがわかつた。また、膜中
にアルゴン等の不純物気体も観測されなかつた。
一方、比較のために作製したスパツタ膜は膜中にアル
ゴンを含み、組成比もｘ＝2,y＝3.8と化学量論組成にず
れたものが得られるが、この膜の比誘電率は22とゾル・
ゲル法のものと比較し低いものであつた。また、組成比
が化学量論比ｘ＝2,y＝4.8〜5.2よりずれた膜はいずれ
も比誘電率が27より低いものであることがわかつた。
ゴンを含み、組成比もｘ＝2,y＝3.8と化学量論組成にず
れたものが得られるが、この膜の比誘電率は22とゾル・
ゲル法のものと比較し低いものであつた。また、組成比
が化学量論比ｘ＝2,y＝4.8〜5.2よりずれた膜はいずれ
も比誘電率が27より低いものであることがわかつた。
本発明により得られた絶縁膜は比誘電率、耐電圧特
性、性能指数とも、従来のスパツタ法で得られたもの
（比誘電率20〜27,耐電圧２〜3MV/cm,性能指数3.5〜7.2
μc/cm2）を凌駕する値を示し、電子デバイス用絶縁膜
として十分な性質を持つ。
性、性能指数とも、従来のスパツタ法で得られたもの
（比誘電率20〜27,耐電圧２〜3MV/cm,性能指数3.5〜7.2
μc/cm2）を凌駕する値を示し、電子デバイス用絶縁膜
として十分な性質を持つ。
実施例２ タンタルアルコキシドの0.5mol/エタノール溶液2ml
とシリコンエトキシドの0.5mol/エタノール溶液2mlと
を混合して溶液とした。この溶液に、水の0.5mol/エ
タノール溶液16mlと塩酸の0.1mol/エタノール溶液5ml
とにエタノール4mlを加えた溶液を、3ml/分の速度で滴
下し、ついで24時間撹拌した。第２図は本実施例を示す
製造工程図である。このようにして作製した溶液を用
い、実施例１で述べたものと同様な方法により、電気的
特性測定用試料を作製した。作製した膜は、Ta2O5単一
成分膜のものと比較して比誘電率は21と減少したが、耐
電圧は5MV/cm、性能指数は8.9μc/cm2と向上した。
とシリコンエトキシドの0.5mol/エタノール溶液2mlと
を混合して溶液とした。この溶液に、水の0.5mol/エ
タノール溶液16mlと塩酸の0.1mol/エタノール溶液5ml
とにエタノール4mlを加えた溶液を、3ml/分の速度で滴
下し、ついで24時間撹拌した。第２図は本実施例を示す
製造工程図である。このようにして作製した溶液を用
い、実施例１で述べたものと同様な方法により、電気的
特性測定用試料を作製した。作製した膜は、Ta2O5単一
成分膜のものと比較して比誘電率は21と減少したが、耐
電圧は5MV/cm、性能指数は8.9μc/cm2と向上した。
また、シリコンエトキシドの変わりにチタンイソプロ
ポキシドを用いて、同様に２成分混合膜を作製した。こ
の混合膜は、比誘電率32、耐電圧2.6MV/cm、性能指数7.
6μc/cm2という値を示した。
ポキシドを用いて、同様に２成分混合膜を作製した。こ
の混合膜は、比誘電率32、耐電圧2.6MV/cm、性能指数7.
6μc/cm2という値を示した。
このように、Ta2O5単一成分に各種金属酸化物成分を
添加することにより、Ta2O5膜の比誘電率、耐電圧特性
及び性能指数を自由にコントロールすることができる。
添加することにより、Ta2O5膜の比誘電率、耐電圧特性
及び性能指数を自由にコントロールすることができる。
実施例３ 透明導電膜付ガラス基板（34mm×34mm）の蒸着透明導
電膜にフオトエツチングを施し、2mm幅の透明導電膜付
ガラス基板とした。
電膜にフオトエツチングを施し、2mm幅の透明導電膜付
ガラス基板とした。
このガラス基板を用いて、第３図（ａ）（ｂ）に示す
エレクトロルミネセンス（EL）素子を作製した。第３−
ａ図は断面図で第３−ｂ図は平面図である。
エレクトロルミネセンス（EL）素子を作製した。第３−
ａ図は断面図で第３−ｂ図は平面図である。
上述した透明導電膜６のついたガラス基板５を実施例
１で作製した五酸化タンタルソル溶液に浸漬し室温乾燥
した後、400℃で熱処理を行つた。この工程を４回くり
返し、透明導電膜上にEL素子の第一絶縁層７となるTa2O
5膜を2000Å成膜した。次に発光層８としてMn0.5wt％含
むZnsを5000Å電子ビーム蒸着した後、2.6×10-4Pa,300
℃で１時間真空熱処理を行つた。さらに第二絶縁層９と
してBaTa2O6を2000Åスパツタ法で成膜した。上部電極1
0としてアルミニウムを2000Å抵抗加熱蒸着した後、電
極端子を取付け、EL用素子とした。
１で作製した五酸化タンタルソル溶液に浸漬し室温乾燥
した後、400℃で熱処理を行つた。この工程を４回くり
返し、透明導電膜上にEL素子の第一絶縁層７となるTa2O
5膜を2000Å成膜した。次に発光層８としてMn0.5wt％含
むZnsを5000Å電子ビーム蒸着した後、2.6×10-4Pa,300
℃で１時間真空熱処理を行つた。さらに第二絶縁層９と
してBaTa2O6を2000Åスパツタ法で成膜した。上部電極1
0としてアルミニウムを2000Å抵抗加熱蒸着した後、電
極端子を取付け、EL用素子とした。
第３−ｂ図のEL素子の平面図において、透明導電膜６
と上部電極10との交差した部分が画素に相当し、発光す
る。
と上部電極10との交差した部分が画素に相当し、発光す
る。
従来のEL素子では、第１の絶縁層および第２絶縁層
に、比誘電率12、耐電圧３〜5MV/cm程度のY2O3膜を使用
しているため、EL素子の駆動電圧は、約200Vと高電圧が
必要とされていた。本素子では第１絶縁層に比誘電率2
8、耐電圧3.5MV/cm、性能指数8.7μc/cm2のものを使用
したため、155Vでの低電圧駆動が可能となつた。
に、比誘電率12、耐電圧３〜5MV/cm程度のY2O3膜を使用
しているため、EL素子の駆動電圧は、約200Vと高電圧が
必要とされていた。本素子では第１絶縁層に比誘電率2
8、耐電圧3.5MV/cm、性能指数8.7μc/cm2のものを使用
したため、155Vでの低電圧駆動が可能となつた。
実施例４ 第４図に示すように基板11としてSi（Ｐ型、面指数
（100）、比抵抗1.2〜1.8Ω・cm）を用い、この基板上
に実施例２で作製したタンタルアルコキシドとシリコン
エトキシドの混合ゾル溶液をスピンコートした。つい
で、400℃で熱処理を施し、さらに混合ゾル溶液をスピ
ンコートした。この工程を４回くり返し、Ta2O5−SiO2
混合絶縁膜12を厚さ3000ÅでSi基板上へ成膜した。さら
に絶縁膜上へAl電極13を厚さ2000Åで真空蒸着した後、
基板の裏面へも同様にAl電極13を蒸着し、薄膜コンデン
サを作製した。
（100）、比抵抗1.2〜1.8Ω・cm）を用い、この基板上
に実施例２で作製したタンタルアルコキシドとシリコン
エトキシドの混合ゾル溶液をスピンコートした。つい
で、400℃で熱処理を施し、さらに混合ゾル溶液をスピ
ンコートした。この工程を４回くり返し、Ta2O5−SiO2
混合絶縁膜12を厚さ3000ÅでSi基板上へ成膜した。さら
に絶縁膜上へAl電極13を厚さ2000Åで真空蒸着した後、
基板の裏面へも同様にAl電極13を蒸着し、薄膜コンデン
サを作製した。
絶縁層の比誘電率は、28で、SiO2の値に比べ５倍程度
大きく、また耐電圧も3.5MV/cm、性能指数は8.7μc/cm2
と従来のTa2O5に比べ大きな値を持つている。本発明に
よる絶縁膜を用いると、単位面積当たりの静電容量が大
きく、耐電圧特性の良好な薄膜コンデンサを得ることが
できた。
大きく、また耐電圧も3.5MV/cm、性能指数は8.7μc/cm2
と従来のTa2O5に比べ大きな値を持つている。本発明に
よる絶縁膜を用いると、単位面積当たりの静電容量が大
きく、耐電圧特性の良好な薄膜コンデンサを得ることが
できた。
本発明によれば、液相法を用いて、高比誘電率（比誘
電率＞28）かつ耐電圧特性が良い（耐電圧＞3.5MV/cm）
すなわち性能指数の高い絶縁膜を得ることができ、スパ
ツタ法やCVD法では作製が難しい、EL素子や薄膜コンデ
ンサなどの電子デバイスの高性能化が可能となる。
電率＞28）かつ耐電圧特性が良い（耐電圧＞3.5MV/cm）
すなわち性能指数の高い絶縁膜を得ることができ、スパ
ツタ法やCVD法では作製が難しい、EL素子や薄膜コンデ
ンサなどの電子デバイスの高性能化が可能となる。
第１図は、実施例１で作製した電気的特性測定用素子の
断面図、第２図は、実施例２の混合絶縁膜作製手順を示
す製造工程図、第３−ａ図は、実施例３で作製したEL素
子の部分断面図、第３−ｂ図は同平面図、第４図は実施
例４で作製した薄膜コンデンサの断面構成図である。 １……非晶質五酸化タンタル膜、２……透明電極、３…
…ガラス、４……アルミニウム電極、５……ガラス基
板、６……透明電極、７……第１絶縁層、８……発光層
（ZnS:Mn）、９……第２絶縁層、10……上部電極（A
l）、11……Si基板、12……Ta2O5とSiO2の混合層、13…
…Al電極
断面図、第２図は、実施例２の混合絶縁膜作製手順を示
す製造工程図、第３−ａ図は、実施例３で作製したEL素
子の部分断面図、第３−ｂ図は同平面図、第４図は実施
例４で作製した薄膜コンデンサの断面構成図である。 １……非晶質五酸化タンタル膜、２……透明電極、３…
…ガラス、４……アルミニウム電極、５……ガラス基
板、６……透明電極、７……第１絶縁層、８……発光層
（ZnS:Mn）、９……第２絶縁層、10……上部電極（A
l）、11……Si基板、12……Ta2O5とSiO2の混合層、13…
…Al電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中沢 哲夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−177502（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−318009（ＪＰ，Ａ)
Claims (6)
- 【請求項１】少なくとも、タンタルアルコキシド５〜18
モル％、水82〜95モル％、及び塩酸0.5〜4.0モル％を含
有する溶液を、基板上に塗布し、熱処理する工程を含む
ことを特徴とする絶縁膜の製造方法。 - 【請求項２】請求項１記載の熱処理の温度が、600℃以
下であることを特徴とする絶縁膜の製造方法。 - 【請求項３】請求項１記載の絶縁膜の製造方法におい
て、前記溶液を基板上に塗布し、熱処理する工程を複数
回繰り返すことを特徴とする絶縁膜の製造方法。 - 【請求項４】少なくとも、タンタルアルコキシド５〜18
モル％、水82〜95モル％、及び塩酸0.5〜4.0モル％を含
有する溶液を、基板上に塗布し、熱処理することにより
得られたことを特徴とする五酸化タンタルを主体とする
絶縁膜。 - 【請求項５】請求項４記載の前記絶縁膜が五酸化タンタ
ル以外にシリコン、チタン、アルミニウム、鉛、ストロ
ンチウム、イットリウムから選ばれた１種以上の金属酸
化物を含むことを特徴とする絶縁膜。 - 【請求項６】請求項４または５に記載の絶縁膜を、構成
要素の一つとして含むことを特徴とする薄膜コンデン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1065986A JP2657695B2 (ja) | 1989-03-20 | 1989-03-20 | 絶縁膜とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1065986A JP2657695B2 (ja) | 1989-03-20 | 1989-03-20 | 絶縁膜とその製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9036914A Division JPH09199277A (ja) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02245743A JPH02245743A (ja) | 1990-10-01 |
| JP2657695B2 true JP2657695B2 (ja) | 1997-09-24 |
Family
ID=13302845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1065986A Expired - Fee Related JP2657695B2 (ja) | 1989-03-20 | 1989-03-20 | 絶縁膜とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2657695B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3047256B2 (ja) * | 1991-06-13 | 2000-05-29 | 株式会社豊田中央研究所 | 誘電体薄膜 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60177502A (ja) * | 1984-02-23 | 1985-09-11 | 日本電気株式会社 | 透明絶縁体 |
-
1989
- 1989-03-20 JP JP1065986A patent/JP2657695B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02245743A (ja) | 1990-10-01 |
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|---|---|---|---|
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