JP2816172B2 - MIM element - Google Patents

MIM element

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JP2816172B2
JP2816172B2 JP1092110A JP9211089A JP2816172B2 JP 2816172 B2 JP2816172 B2 JP 2816172B2 JP 1092110 A JP1092110 A JP 1092110A JP 9211089 A JP9211089 A JP 9211089A JP 2816172 B2 JP2816172 B2 JP 2816172B2
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裕治 木村
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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OA用、TV用等の高容量フラットパネルディス
プレーに応用可能なMIM(金属−絶縁膜−導体)型スイ
ッチング素子、特に液晶駆動用スイッチング素子に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a MIM (metal-insulating film-conductor) type switching element applicable to a high-capacity flat panel display for OA, TV, etc., particularly for driving a liquid crystal. It relates to a switching element.

〔技術技術〕[Technology]

従来、MIM素子としては絶縁膜が陽極酸化膜からなる
ものや気相合成法(例えばプラズマCVD法)により形成
されるSiNx又はSiOxからなるものが知られている。
Conventionally, as a MIM element, an element in which an insulating film is formed of an anodic oxide film or an element formed of SiNx or SiOx formed by a gas phase synthesis method (for example, a plasma CVD method) is known.

これらの絶縁膜を用いた、特に液晶表示スイッチング
素子として好適なMIM素子の概略図を示すと、第1図
(a)(b)の通りである。(a)は斜視図、(b)は
断面図で、また1は基板、2は下部電極(透明電極)、
3は絶縁膜(例えばSiNx)、4は上部電極である。第1
図(b)より明らかなように下部電極2の断面形状が四
角形の外形を有しているため、気相合成法(例えばプラ
ズマCVD法)等で形成される絶縁膜3は2のサイド部分
では上面部に比べて膜厚が薄くなる、あるいは不均一に
なる等の欠点がある。したがって電圧印加時、特に長時
間連続印加時には、その部分で特性不良あるいは短絡が
生じやすくなる。また下部電極2は角部を有するため、
そこで電界の集中が起こり、上記と同様の欠点を生じ
る。
FIGS. 1 (a) and 1 (b) show schematic diagrams of MIM elements using these insulating films and particularly suitable as liquid crystal display switching elements. (A) is a perspective view, (b) is a cross-sectional view, 1 is a substrate, 2 is a lower electrode (transparent electrode),
Reference numeral 3 denotes an insulating film (for example, SiNx), and reference numeral 4 denotes an upper electrode. First
As is clear from FIG. 2B, since the cross-sectional shape of the lower electrode 2 has a rectangular outer shape, the insulating film 3 formed by a gas phase synthesis method (for example, a plasma CVD method) or the like is not There are drawbacks such as a thinner or non-uniform film thickness as compared to the upper surface. Therefore, when a voltage is applied, particularly when the voltage is continuously applied for a long time, a characteristic failure or a short circuit is likely to occur in that portion. Also, since the lower electrode 2 has a corner,
The concentration of the electric field then occurs, causing the same drawbacks as above.

以上は、従来のMIM素子における導体の構造上の欠点
であるが、絶縁膜についての材料上の欠点もある。
Although the above is a structural defect of the conductor in the conventional MIM element, there is also a material defect of the insulating film.

即ち絶縁膜が陽極酸化膜からなるMIM素子の場合は
(1)絶縁膜が下部金属の陽極酸化膜に限られるため、
その物性値の制御、ひいてはMIM素子特性の制御を任意
に行うことは不可能である、(2)300〜500℃程度の熱
処理が必要であるため、用いる基板材質が耐熱性の高い
ものに限定される、(3)比誘電率が高いため、液晶表
示装置のスイッチング素子として用いる場合、MIM容量
/液晶容量<1/10という制約から素子面積を小さくする
必要があり、高度な微細加工が要求される等の欠点を有
している。
That is, in the case of a MIM element in which the insulating film is formed of an anodic oxide film, (1) the insulating film is limited to the anodic oxide film of the lower metal,
It is impossible to arbitrarily control the physical property values and, consequently, control the MIM element characteristics. (2) Since a heat treatment at about 300 to 500 ° C. is required, the substrate material used is limited to one having high heat resistance. (3) Since the dielectric constant is high, when used as a switching element of a liquid crystal display device, the element area needs to be reduced due to the constraint of MIM capacitance / liquid crystal capacitance <1/10, and advanced fine processing is required. It has drawbacks such as

一方、SiNx、SiOx等の絶縁膜(又は半絶縁膜)を用い
たものは気相合成法により形成されるため、前記(1)
のような欠点はなく、物性制御が広範に行えるという長
所を有している。しかし成膜温度が300℃程度と高く、
基板材質が限られる、あるいは大面積に均一な特性の膜
を形成することが困難である等の問題がある上、ダスト
等によるピンホールが発生しやすく、歩留りが低下する
という問題を有している。
On the other hand, those using an insulating film (or a semi-insulating film) such as SiNx or SiOx are formed by a vapor phase synthesis method.
There is no such disadvantage as described above, and there is an advantage that property control can be performed in a wide range. However, the deposition temperature is as high as 300 ° C,
In addition to the problem that the material of the substrate is limited or that it is difficult to form a film having uniform characteristics over a large area, there is a problem that pinholes are easily generated by dust and the like, and the yield is reduced. I have.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

本発明の第一の目的は従来のMIM素子における導体の
構造上の欠点を解消し、長時間安定に動作するMIM素子
を提供することである。
A first object of the present invention is to provide a MIM element that can operate stably for a long period of time by eliminating a structural defect of a conductor in a conventional MIM element.

本発明の第二の目的は従来のMIM素子における絶縁膜
の材料上の欠点を解消し、特に液晶表示装置に用いて好
適な、低コストで且つ高信頼性のMIM素子を提供するこ
とである。
A second object of the present invention is to provide a low-cost and high-reliability MIM element which solves the problem of the material of the insulating film in the conventional MIM element and is particularly suitable for use in a liquid crystal display device. .

〔発明の構成・動作〕[Configuration and operation of the invention]

本発明のMIM素子は下部電極と上部電極間に絶縁膜を
介在させたMIM素子において、下部電極の断面形状が角
のない連続した曲線状であることを特徴とするものであ
る。
The MIM element of the present invention is characterized in that, in the MIM element in which an insulating film is interposed between a lower electrode and an upper electrode, the cross-sectional shape of the lower electrode is a continuous curve having no corners.

以下に本発明のMIM素子の製造方法の一例を第2図に
基づいて説明する。
Hereinafter, an example of a method for manufacturing a MIM element according to the present invention will be described with reference to FIG.

まずガラス、プラスチック板、プラスチックフィルム
等の透明基板1上に下部電極用薄膜2′としてAl,Ta,T
i,Cr,Ni,Cu,Au,Ag,W,Mo,Pt,ITO,ZnO:Al,In2O3,SnO2等の
導電性薄膜をスパッタリング、蒸着等の方法により、数
百〜数千Åの厚さに成膜し、その上にフォトレジスト5
を、断面形状が角のない連続した曲線状、例えばほぼ半
円状又は半楕円状になるように数百Å〜数μmの厚さ
(最高部の高さ)に形成する[第2図(a)]。このよ
うな形状を形成するには、ポジレジストの場合、感度の
高いレジストを用いる、あるいは現像液の溶解能力を高
めればよい。なおレジストの断面形状としては、図示し
たものに限らず、比較的傾斜のゆるやかなテーパ状であ
ってもよい。
First, Al, Ta, T is formed on a transparent substrate 1 such as glass, plastic plate or plastic film as a thin film 2 'for a lower electrode.
i, Cr, Ni, Cu, Au, Ag, W, Mo, Pt, ITO, ZnO: Al, In 2 O 3, sputtering a conductive thin film of SnO 2 or the like, by a method such as vapor deposition, several hundreds to several thousands成膜 and a photoresist 5
Is formed in a thickness (height of the highest part) of several hundreds of m to several μm so that the cross-sectional shape becomes a continuous curved shape having no corners, for example, a substantially semicircular shape or a semielliptical shape [FIG. a)]. In order to form such a shape, in the case of a positive resist, a highly sensitive resist may be used or the dissolving ability of a developer may be increased. The cross-sectional shape of the resist is not limited to the illustrated one, but may be a tapered shape having a relatively gentle inclination.

次に反応性イオンエッチング法(RIE)、イオンビー
ムエッチング法等のドライエッチング法等によりエッチ
ングし、下部電極2を形成する[第2図(b)]。この
際、下部電極2を図示のようにほぼ半円状又は半楕円状
にするためには、例えばRIEの場合、異方性エッチング
を行ない、且つレジストとの選択比が小さいような条
件、即ちガス圧力を低く、且つRF電力を高くして行なえ
ばよい。
Next, the lower electrode 2 is formed by etching using a dry etching method such as a reactive ion etching method (RIE) or an ion beam etching method (FIG. 2B). At this time, in order to make the lower electrode 2 substantially semi-circular or semi-elliptical as shown in the figure, for example, in the case of RIE, anisotropic etching is performed, and the condition that the selectivity with the resist is small, that is, What is necessary is just to perform by making gas pressure low and RF power high.

次いで絶縁膜3としてSiNx膜、硬質炭素膜等をプラズ
マCVD法、イオンビーム法、スパッタリング法等によっ
て数百〜数千Åの厚さに成膜した後、ウェットエッチン
グ法、ドライエッチング法あるいはリフトオフ法によ
り、所定のパターンにパターンニングする[第2図
(c)]。最後に上部電極4としてPt,Ni,Ag,Au,Cu,Cr,
Ti,Au,W,Mo,Ta,ITO,ZnO:Al,In2O3,SnO2等の導電性薄膜
をスパッタリング、蒸着等の方法により数百〜数千Åの
厚さに成膜し、所定のパターンにエッチングする[第2
図(d)]。このようにして作製されたMIM素子は下部
電極のサイドがゆるやかな曲面を有するため、絶縁膜が
気相合成法で形成される際に膜厚、物性が比較的均一な
ものとなり、また角を有していないので電圧印加時に電
界が集中することもない。したがって長時間安定に動作
するものとなり、本発明の第一の目的を達成することが
できる。
Next, a SiNx film, a hard carbon film, or the like is formed as the insulating film 3 to a thickness of several hundred to several thousand square meters by a plasma CVD method, an ion beam method, a sputtering method, or the like, and then a wet etching method, a dry etching method, or a lift-off method. To pattern a predetermined pattern [FIG. 2 (c)]. Finally, Pt, Ni, Ag, Au, Cu, Cr,
Ti, Au, W, Mo, Ta, ITO, ZnO: Al, by forming a conductive thin film such as In 2 O 3, SnO 2 sputtering, to a thickness of several hundreds to several thousands Å by a method such as vapor deposition, Etch to a predetermined pattern [Second
Figure (d)]. Since the MIM element manufactured in this manner has a gentle curved surface on the side of the lower electrode, when the insulating film is formed by a vapor phase synthesis method, the film thickness and physical properties become relatively uniform, and the corners are formed. Since it does not have an electric field, the electric field does not concentrate when a voltage is applied. Therefore, it operates stably for a long time, and the first object of the present invention can be achieved.

一方、本発明の第二の目的である従来の絶縁膜の材料
上の種々の問題を解決するためには絶縁膜として硬質炭
素膜を用いることが好ましい。
On the other hand, it is preferable to use a hard carbon film as the insulating film in order to solve various problems in the material of the conventional insulating film, which is the second object of the present invention.

この絶縁膜は炭素原子及び水素原子を主要な組織形成
元素として非晶質及び微結晶質の少くとも一方を含む硬
質炭素膜(i−C膜、ダイヤモンド状炭素膜、アモルフ
ァスダイヤモンド膜、ダイヤモンド薄膜とも呼ばれ
る。)からなっている。硬質炭素膜の一つの特徴は気相
成長膜であるため、後述するようにその諸物性が成膜条
件によって広範囲に制御できることにある。従って、絶
縁膜といってもその抵抗値は半絶縁体から絶縁体領域ま
でをカバーしており、この意味では本発明のMIM素子は
特開昭61-275819号で示されるMSI素子(Metel-Semi-Ins
ulator)としても位置付けられるものである。
This insulating film is composed of a hard carbon film (i-C film, diamond-like carbon film, amorphous diamond film, diamond thin film, etc.) containing at least one of amorphous and microcrystalline materials using carbon atoms and hydrogen atoms as main structure forming elements. Called.) One of the characteristics of the hard carbon film is that it is a vapor-grown film, so that its physical properties can be controlled over a wide range by film formation conditions as described later. Therefore, the resistance value of the insulating film covers from the semi-insulator to the insulator region, and in this sense, the MIM element of the present invention is an MSI element (Metel- Semi-Ins
ulator).

このような硬質炭素膜を形成するためには有機化合物
ガス、特に炭化水素ガスが用いられる。この原料におけ
る相状態は常温常圧において必ずしも気相である必要は
なく、加熱或は減圧等により溶融、蒸発、昇華等を経て
気化し得るものであれば、液相でも固相でも使用可能で
ある。
To form such a hard carbon film, an organic compound gas, particularly a hydrocarbon gas, is used. The phase state of this raw material does not necessarily need to be a gas phase at normal temperature and normal pressure, and any material that can be vaporized through melting, evaporation, sublimation, etc. by heating or decompression can be used in a liquid phase or a solid phase. is there.

原料ガスとしての炭化水素ガスについては例えばCH4,
C2H6,C3H8,C4H10等のパラフィン系炭化水素、C2H4等の
アセチレン系炭化水素、オレフィン系炭化水素、ジオレ
フィン系炭化水素、さらには芳香族炭化水素などすべて
の炭化水素を含むガスが使用できる。
For example, CH 4 ,
Paraffin hydrocarbons such as C 2 H 6 , C 3 H 8 , C 4 H 10 , acetylene hydrocarbons such as C 2 H 4 , olefin hydrocarbons, diolefin hydrocarbons, and aromatic hydrocarbons Gases containing all hydrocarbons can be used.

さらに、炭化水素以外でも、例えば、アルコール類、
ケトン類、エーテル類、エステル類、CO,CO2等の炭素元
素を含む化合物であれば使用できる。
Further, other than hydrocarbons, for example, alcohols,
Any compound containing a carbon element such as ketones, ethers, esters, and CO and CO 2 can be used.

本発明における原料ガスからの硬質炭素膜の形成方法
としては、成膜活性種が、直流、低周波、高周波、或い
はマイクロ波等を用いたプラズマ法により生成されるプ
ラズマ状態を経て形成される方法が好ましいが、大面積
化、均一性向上、低温成膜の目的で、低圧下で堆積を行
うため、磁界効果を利用する方法がさらに好ましい。
As a method for forming a hard carbon film from a source gas in the present invention, a method in which a film forming active species is formed through a plasma state generated by a plasma method using a direct current, a low frequency, a high frequency, or a microwave or the like However, a method using a magnetic field effect is more preferable because deposition is performed at a low pressure for the purpose of increasing the area, improving uniformity, and forming a film at a low temperature.

またこの活性種は高温熱分解によっても形成できる。
その他にも、イオン化蒸着法、或いはイオンビーム蒸着
法等により生成されるイオン状態を経て形成されてもよ
いし、真空蒸着法、或いはスパッタリング法等により生
成される中性粒子から形成されてもよいし、さらには、
これらの組み合わせにより形成されてもよい。
The active species can also be formed by high-temperature pyrolysis.
In addition, it may be formed through an ion state generated by an ionization evaporation method, an ion beam evaporation method, or the like, or may be formed from neutral particles generated by a vacuum evaporation method, a sputtering method, or the like. And, furthermore,
It may be formed by a combination of these.

こうして作製される硬質炭素膜の堆積条件の一例はプ
ラズマCVD法の場合、概ね次の通りである。
An example of the deposition conditions of the hard carbon film thus produced is generally as follows in the case of the plasma CVD method.

R F 出力:0.1〜50W/cm2 圧 力:10-3〜10Torr 堆積温度:室温〜950℃ このプラズマ状態により原料ガスがラジカルとイオン
とに分解され反応することによって、基板上に炭素原子
Cと水素原子Hとからなるアモルファス(非晶質)及び
微結晶質(結晶の大きさは数10Å〜数μm)の少くとも
一方を含む硬質炭素膜が堆積する。なお、硬質炭素膜の
諸特性を表−1に示す。
RF output: 0.1 to 50 W / cm 2 Pressure: 10 -3 to 10 Torr Deposition temperature: room temperature to 950 ° C. The raw material gas is decomposed into radicals and ions by this plasma state and reacts with it to form carbon atoms C on the substrate. A hard carbon film containing at least one of amorphous (amorphous) composed of hydrogen atoms H and microcrystalline (crystal size is several tens to several μm) is deposited. Table 1 shows various properties of the hard carbon film.

こうして形成される硬質炭素膜はIR吸収法及びラマン
分光法による分析の結果、夫々、第3図及び第4図に示
すように炭素原子がSP3の混成軌道とSP2の混成軌道とを
形成した原子間結合が混在していることが明らかになっ
ている。SP3結合とSP2結合との比率は、IRスペクトルを
ピーク分離することで概ね推定できる。IRスペクトルに
は、2800〜3150cm-1に多くのモードのスペクトルが重な
って測定されるが、夫々の波数に対応するピークの帰属
は明らかになっており、第5図のようにガウス分布によ
ってピーク分離を行ない、夫々のピーク面積を算出し、
その比率を求めればSP3/SP2を知ることができる。
As a result of analysis by the IR absorption method and the Raman spectroscopy, the hard carbon film thus formed shows that carbon atoms form hybrid orbitals of SP 3 and SP 2 as shown in FIGS. 3 and 4, respectively. It is clear that the interatomic bonds are mixed. The ratio between SP 3 and SP 2 bonds can be roughly estimated by separating peaks in the IR spectrum. In the IR spectrum, spectra of many modes are overlapped and measured at 2800 to 3150 cm -1 , but the assignment of peaks corresponding to each wave number is clear, and as shown in FIG. Separate and calculate each peak area,
By calculating the ratio, SP 3 / SP 2 can be known.

またX線及び電子回折分析によればアモルファス状態
(a−C:H)、及び/又は約50Å〜数μm程度の微結晶
粒を含むアモルファス状態にあることが判っている。
According to X-ray and electron diffraction analyses, it is known that it is in an amorphous state (a-C: H) and / or an amorphous state containing fine crystal grains of about 50 ° to several μm.

一般に量産に適しているプラズマCVD法の場合にはRF
出力が小さいほど膜の比抵抗値および硬度が増加し、低
圧力なほど活性種の寿命が増加するために基板温度の低
温化、大面積での均一化が図れ、且つ比抵抗及び硬度が
増加する傾向にある。更に、低圧力ではプラズマ密度が
減少するため、磁場閉じ込め効果を利用する方法は膜質
の向上には特に効果的である。
In the case of plasma CVD which is generally suitable for mass production, RF
The lower the output, the higher the specific resistance and hardness of the film, and the lower the pressure, the longer the life of the active species. Therefore, the substrate temperature can be lowered, the uniformity over a large area can be achieved, and the specific resistance and hardness increase. Tend to. Furthermore, since the plasma density decreases at low pressure, the method using the magnetic field confinement effect is particularly effective for improving the film quality.

さらに、この方法は常温〜150℃程度の比較的低い温
度条件でも同様に良質の硬質炭素膜を形成できるという
特徴を有しているためMIM素子製造プロセスの低温化に
は最適である。従って使用する基板材料の選択自由度が
広がり、基板温度をコントロールし易くするために、大
面積に均一な膜が得られる、という特徴を持っている。
また硬質炭素膜の構造、物性は表−1に示したように、
広範囲に制御可能であるため、デバイス特性を自由に設
計できる利点もある。さらには、膜の誘電率も3〜5と
従来のMIM素子に使用されていたTa2O5,Al2O3,SiNxと比
較して小さいため、同じ電気容量を持った素子を作る場
合、素子サイズが大きくてすむので、それほど微細加工
を必要とせず、歩留りが向上する(駆動条件の関係から
LCDとMIM素子の容量比はCLCD:CMIM=10:1程度必要であ
る。
Further, this method has a feature that a high-quality hard carbon film can be similarly formed even at a relatively low temperature condition of about room temperature to about 150 ° C., so that it is most suitable for lowering the MIM element manufacturing process. Therefore, there is a feature that the degree of freedom in selecting a substrate material to be used is widened and a uniform film can be obtained over a large area in order to easily control the substrate temperature.
Also, the structure and physical properties of the hard carbon film are as shown in Table 1,
Since control is possible over a wide range, there is an advantage that device characteristics can be freely designed. Furthermore, since the dielectric constant of the film is 3-5, which is smaller than Ta 2 O 5 , Al 2 O 3 , and SiNx used for the conventional MIM element, when making an element having the same electric capacity, Since the element size can be large, fine processing is not so required, and the yield is improved.
The capacitance ratio between the LCD and the MIM element needs to be about C LCD : C MIM = 10: 1.

さらに、膜の硬度が高いため、液晶材料封入時のラビ
ング工程による損傷が少なく、この点からも歩留りが向
上する。
Further, since the hardness of the film is high, the damage due to the rubbing step at the time of enclosing the liquid crystal material is small, and the yield is improved from this point as well.

以上のような硬質炭素膜にはさらに必要に応じて物性
制御範囲を広げるために、不純物として周期律表第III
族元素、同第IV族元素、同第V族元素、アルカリ金属元
素、アルカリ土類金属元素、窒素原子、酸素原子、カル
コゲン系元素又はハロゲン原子をドープ含有させること
ができる。この不純物ドープにより素子の安定性及びデ
バイス設計の自由度はいっそう増大する。これら不純物
の量は通常、周期律表第III族元素については全構成原
子に対し5原子%以下、同じく第IV族元素の量は35原子
%以下、同じく第V族元素の量は5原子%以下、アルカ
リ金属元素の量は5原子%以下、アルカリ土類金属元素
の量は5原子%以下、窒素元子の量は5原子%以下、酸
素原子の量は5原子%以下、カルコゲン系元素の量は35
原子%以下、またハロゲン元素の量は35原子%以下であ
る。なおこれら元素又は原子の量は元素分析の常法、例
えばオージェ分析によって測定することができる。また
この量は原料ガスに含まれる他の化合物の量や成膜条件
等で調節可能である。
In the hard carbon film as described above, in order to further expand the property control range as necessary, as an impurity in the periodic table III.
A group element, a group IV element, a group V element, an alkali metal element, an alkaline earth metal element, a nitrogen atom, an oxygen atom, a chalcogen element, or a halogen atom can be contained. This impurity doping further increases the stability of the device and the degree of freedom in device design. Usually, the amount of these impurities is 5 atomic% or less based on all the constituent atoms of the group III element of the periodic table, the amount of the group IV element is 35 atomic% or less, and the amount of the group V element is 5 atomic%. Hereinafter, the amount of the alkali metal element is 5 atom% or less, the amount of the alkaline earth metal element is 5 atom% or less, the amount of nitrogen element is 5 atom% or less, the amount of oxygen atom is 5 atom% or less, chalcogen element. The amount is 35
Atomic% or less, and the amount of halogen element is 35 atomic% or less. The amounts of these elements or atoms can be measured by a conventional method of elemental analysis, for example, Auger analysis. Also, this amount can be adjusted by the amount of other compounds contained in the source gas, film forming conditions, and the like.

なお絶縁膜の膜厚等の範囲は、液晶駆動用MIM素子と
して好適な硬質炭素膜として、駆動条件から膜厚が100
〜8000Å、比抵抗が106〜1013Ωcmの範囲であることが
望ましい。なお駆動電圧と耐圧(絶縁破壊電圧)とのマ
ージンを考慮すると膜厚は200Å以上であることが望ま
しく、また、画素部とMIM素子部間の段差(セルギャッ
プ)に起因する色ムラが実用上問題とならないようにす
るには膜厚は6000Å以下であることが望ましいことか
ら、硬質炭素膜の膜厚は200〜6000Å、比抵抗は5×106
〜1012Ωcmであることが更に望ましい。また硬質炭素膜
のピンホールによる素子の欠陥数は膜厚の減少にともな
って増加し、300Å以下では特に顕著になること(欠陥
率は1%を越える)、及び膜厚の面内分布の均一性(ひ
いては素子特性の均一性)が確保できなくなる(膜厚制
御の精度は30Å程度が限度で、膜厚のバラツキが10%を
越える)ことから、膜厚は300Å以上であることがいっ
そう望ましい。また、ストレスによる硬質炭素膜の剥離
を起こり難くするため、及び更に低デューティ比(望ま
しくは1/1000以下)で駆動するために、膜厚は4000Å以
下であることがいっそう望ましい。従って硬質炭素膜の
膜厚は300〜4000Å、比抵抗は107〜1011Ωcmであること
が更に好ましい。
Note that the range of the thickness of the insulating film and the like is 100 mm as a hard carbon film suitable for a liquid crystal driving MIM element, depending on driving conditions.
It is desirable that the specific resistance is in the range of Å to 8000Å and the specific resistance is in the range of 10 6 to 10 13 Ωcm. Considering the margin between the driving voltage and the withstand voltage (dielectric breakdown voltage), the film thickness is desirably 200 mm or more, and color unevenness due to a step (cell gap) between the pixel portion and the MIM element portion is practically impossible. In order not to cause a problem, it is desirable that the film thickness be 6000 mm or less. Therefore, the thickness of the hard carbon film is 200 to 6000 mm, and the specific resistance is 5 × 10 6.
More preferably, it is about 10 12 Ωcm. In addition, the number of defects in the element due to pinholes in the hard carbon film increases as the film thickness decreases, and becomes particularly remarkable at 300 ° or less (the defect rate exceeds 1%), and the in-plane distribution of the film thickness is uniform. (Thus, the accuracy of film thickness control is limited to about 30 mm, and the variation in film thickness exceeds 10%), so that the film thickness is more preferably 300 mm or more. . Further, in order to make the hard carbon film hardly exfoliated due to stress and to drive at a low duty ratio (preferably 1/1000 or less), the film thickness is more preferably 4000 ° or less. Therefore, it is more preferable that the hard carbon film has a thickness of 300 to 4000 ° and a specific resistance of 10 7 to 10 11 Ωcm.

以下に本発明を実施例によって説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.

実施例1 第6図に示すように透明基板としてパイレックスガラ
ス基板上にITOをスパッタリング法により1000Å厚に堆
積後、パターン化して画素電極6を形成した。次に能動
素子としてMIM素子を次のようにして設けた。まず基板
の画素電極上にAlを蒸着法により1000Å厚に堆積後、パ
ターン化して下部電極2を形成した。この時のレジスト
膜厚は最高部で5000Åとした。エッチングは、平行平板
型RIEによりCCl4ガスを用い、圧力0.02Torr、RFパワー
0.3W/cm2で行った。
Example 1 As shown in FIG. 6, ITO was deposited to a thickness of 1000 mm on a Pyrex glass substrate as a transparent substrate by a sputtering method, and then patterned to form a pixel electrode 6. Next, a MIM element was provided as an active element as follows. First, Al was deposited on the pixel electrode of the substrate to a thickness of 1000 mm by a vapor deposition method, and then patterned to form the lower electrode 2. At this time, the resist film thickness was set to 5000 mm at the highest part. Etching was performed using parallel plate RIE with CCl 4 gas at a pressure of 0.02 Torr and RF power.
The test was performed at 0.3 W / cm 2 .

その上に絶縁膜として硬質炭素膜2をプラズマCVD法
により800Å厚に堆積後、ドライエッチングによりパタ
ーン化した。この時の成膜条件は以下の通りである。
A hard carbon film 2 was deposited thereon as an insulating film to a thickness of 800 mm by a plasma CVD method, and then patterned by dry etching. The film forming conditions at this time are as follows.

圧 力: 0.035Torr CH4流量: 20SCCM RFパワー: 0.2W/cm2 更にこの硬質炭素絶縁膜上にNiを蒸着法により1000Å
厚に堆積後、パターン化して上部電極4を形成した。
Pressure: 0.035 Torr CH 4 Flow rate: 20 SCCM RF power: 0.2 W / cm 2 Further, Ni is deposited on this hard carbon insulating film by a vapor deposition method at 1000 Å.
After the thick deposition, the upper electrode 4 was formed by patterning.

実施例2 第7図に示すようなMIM素子を次のようにして作製し
た。まずガラス板上に蒸着法により1000Å厚のAl薄膜を
形成し、パターニングして下部金属電極2とした。
Example 2 A MIM device as shown in FIG. 7 was manufactured as follows. First, an Al thin film having a thickness of 1000 mm was formed on a glass plate by a vapor deposition method, and was patterned to obtain a lower metal electrode 2.

この時のレジスト膜厚及びエッチング条件はエッチン
グガスとしてCCl4+O2を用いた他は実施例1と同じとし
た。
At this time, the resist film thickness and the etching conditions were the same as those in Example 1 except that CCl 4 + O 2 was used as an etching gas.

次にその上に600Å厚の硬質炭素膜3を被覆し、ドラ
イエッチングによってパターニングして絶縁膜とし、更
に硬質炭素膜上にE.B.蒸着法により1000Å厚のITO膜を
被覆し、エッチングによりパターニングして上部透明画
素電極4を形成した。なお硬質炭素膜の成膜条件は以下
の通りである。
Next, a hard carbon film 3 having a thickness of 600 mm is coated thereon, and is patterned by dry etching to form an insulating film. An ITO film having a thickness of 1000 mm is further coated on the hard carbon film by an EB vapor deposition method, and is patterned by etching. The upper transparent pixel electrode 4 was formed. The conditions for forming the hard carbon film are as follows.

圧 力: 0.05Torr CH4流量: 10SCCM RFパワー: 0.1W/cm2 〔発明の作用効果〕 本発明のMIM素子は絶縁膜をはさむ下部電極及び上部
電極のうち下部電極が角のない連続した曲線の外形を持
つ断面形状を有しているので、信頼性が高く、長時間安
定に動作する上、電極断線による欠陥も大幅に減少する
という効果がある。
Pressure: 0.05 Torr CH 4 Flow rate: 10 SCCM RF power: 0.1 W / cm 2 [Effects of the Invention] The MIM element of the present invention has a continuous curve with no corners between the lower electrode and the upper electrode sandwiching the insulating film. With such a cross-sectional shape having the outer shape, there is an effect that reliability is high, stable operation is performed for a long time, and defects due to electrode disconnection are greatly reduced.

また絶縁膜に硬質炭素膜を用いた場合はこの膜は 1)プラズマCVD法等の気相合成法で作製されるため、
成膜条件によって物性が広範に制御でき、従ってデバイ
ス設計上の自由度が大きい、 2)硬質でしかも厚膜にできるため、機械的損傷を受け
難く、また厚膜化によるピンホールの減少も期待でき
る、 3)室温付近の低温においても良質な膜を形成できるの
で、基板材質に制約がない、 4)膜厚、膜質の均一性に優れているため、薄膜デバイ
ス用として適している、 5)誘電率が低いので、高度の微細加工技術を必要とせ
ず、従って素子の大面積化に有利である、 等の特長を有し、従ってこのような絶縁膜を用いたMI
M素子は液晶表示用スイッチング素子として好適であ
る。
When a hard carbon film is used as the insulating film, this film is manufactured by 1) a gas phase synthesis method such as a plasma CVD method.
Physical properties can be controlled in a wide range depending on the film formation conditions, so that there is a large degree of freedom in device design. 2) Since it is hard and thick, it is hard to be damaged by mechanical damage. 3) Because there is no restriction on the material of the substrate, since a good quality film can be formed even at a low temperature around room temperature, 4) It is suitable for thin film devices because of its excellent uniformity of film thickness and film quality. Since the dielectric constant is low, it does not require advanced microfabrication technology, and is therefore advantageous for increasing the area of the device.
The M element is suitable as a switching element for a liquid crystal display.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図(a)及び(b)は夫々従来の好適なMIM素子の
斜視図及び断面図、第2図は本発明のMIM素子の一例の
製造工程の説明図、第3図及び第4図は夫々本発明のMI
M素子に用いられる硬質炭素膜系絶縁膜のIRスペクトル
及びラマンスペクトルを示し、第5図は前記硬質炭素膜
のガウス分布を示し、第6図及び第7図は夫々実施例1
及び2で作製したMIM素子の斜視図である。 1……基板、2……下部電極(透明電極) 3……絶縁膜、4……上部電極 5……レジスト、6……画素電極
1 (a) and 1 (b) are a perspective view and a sectional view of a conventional preferred MIM element, respectively. FIG. 2 is an explanatory view of a manufacturing process of an example of the MIM element of the present invention. Are the MIs of the present invention, respectively.
FIG. 5 shows an IR spectrum and a Raman spectrum of a hard carbon film based insulating film used for the M element. FIG. 5 shows a Gaussian distribution of the hard carbon film. FIGS. 6 and 7 show Example 1 respectively.
FIG. 3 is a perspective view of the MIM element manufactured in FIGS. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Lower electrode (transparent electrode) 3 ... Insulating film, 4 ... Upper electrode 5 ... Resist, 6 ... Pixel electrode

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】下部電極と上部電極間に絶縁膜を介在させ
たMIM素子において、下部電極の断面形状が角のない連
続した曲線状であることを特徴とするMIM素子。
1. A MIM device in which an insulating film is interposed between a lower electrode and an upper electrode, wherein the cross-sectional shape of the lower electrode is a continuous curved shape having no corners.
【請求項2】絶縁膜が硬質炭素膜からなることを特徴と
する請求項1のMIM素子。
2. The MIM device according to claim 1, wherein the insulating film is made of a hard carbon film.
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