JP2879747B2 - Ｍｉｍ素子 - Google Patents
Ｍｉｍ素子Info
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- JP2879747B2 JP2879747B2 JP4152790A JP4152790A JP2879747B2 JP 2879747 B2 JP2879747 B2 JP 2879747B2 JP 4152790 A JP4152790 A JP 4152790A JP 4152790 A JP4152790 A JP 4152790A JP 2879747 B2 JP2879747 B2 JP 2879747B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスイッチング素子、特に液晶表示用スイッチ
ング素子として有用なMIM（金属−絶縁膜−金属）素子
に関する。
ング素子として有用なMIM（金属−絶縁膜−金属）素子
に関する。
〔従来技術〕 薄膜２端子素子の代表的なものにMIM素子がある。従
来のMIM素子としては下部（金属）電極にTa、絶縁膜に
下部電極の陽極酸化によるTa2O5、及び上部（金属）電
極にCr単独又はCr/ITO積層体を用いたもの（特開昭62−
62333号）や、下部電極にITO、絶縁膜にプラズマCVD法
によるSiNx、及び上部電極にCrを用いたもの（特開昭61
−260219号、日経エレクトロニクス1987年１月12日号）
が知られている。これらMIM素子は特にアクティブマト
リックス方式の液晶表示用スイッチング素子として利用
されているが、前者のMIM素子の場合は、１）絶縁膜が
下部金属の陽極酸化により形成されるため、膜の物性、
ひいては素子特性の制御が容易でなく、従ってデバイス
設計上の自由度がせまい、２）液晶表示装置に用いる場
合は液晶を一定方向に配向するためのラビング処理が必
要であるため、膜や素子の機械的損傷を受けないよう
に、厚膜又は硬質の絶縁膜が要求されるが、陽極酸化膜
は軟質であり、しかも電流−電圧特性や駆動電圧の関係
上、膜厚を600Å程度以下に抑えなければならない、
３）陽極酸化膜の場合は極性の対称性を得るために300
〜500℃程度の熱処理が必要であり、このために基板の
材質が限定される、４）液晶表示装置に用いる場合、液
晶部容量CLCD/MIM素子容量CMIM＝10:1程度必要なので、
絶縁膜の誘電率は小さい方が加工に有利であるが、Ta2O
5のような陽極酸化膜は誘電率が高い（Ta2O5の場合は約
25）ので、高度な微細加工技術を要し、大面積に歩留り
良く作製するのが困難である等の欠点がある。
来のMIM素子としては下部（金属）電極にTa、絶縁膜に
下部電極の陽極酸化によるTa2O5、及び上部（金属）電
極にCr単独又はCr/ITO積層体を用いたもの（特開昭62−
62333号）や、下部電極にITO、絶縁膜にプラズマCVD法
によるSiNx、及び上部電極にCrを用いたもの（特開昭61
−260219号、日経エレクトロニクス1987年１月12日号）
が知られている。これらMIM素子は特にアクティブマト
リックス方式の液晶表示用スイッチング素子として利用
されているが、前者のMIM素子の場合は、１）絶縁膜が
下部金属の陽極酸化により形成されるため、膜の物性、
ひいては素子特性の制御が容易でなく、従ってデバイス
設計上の自由度がせまい、２）液晶表示装置に用いる場
合は液晶を一定方向に配向するためのラビング処理が必
要であるため、膜や素子の機械的損傷を受けないよう
に、厚膜又は硬質の絶縁膜が要求されるが、陽極酸化膜
は軟質であり、しかも電流−電圧特性や駆動電圧の関係
上、膜厚を600Å程度以下に抑えなければならない、
３）陽極酸化膜の場合は極性の対称性を得るために300
〜500℃程度の熱処理が必要であり、このために基板の
材質が限定される、４）液晶表示装置に用いる場合、液
晶部容量CLCD/MIM素子容量CMIM＝10:1程度必要なので、
絶縁膜の誘電率は小さい方が加工に有利であるが、Ta2O
5のような陽極酸化膜は誘電率が高い（Ta2O5の場合は約
25）ので、高度な微細加工技術を要し、大面積に歩留り
良く作製するのが困難である等の欠点がある。
一方、後者のMIM素子の場合は前記１）、２）及び
４）の欠点は解消されるものの成膜温度が約300℃と高
いため、前記３）と同様の欠点がある上、大面積化の
際、基板温度分布のため、膜厚、膜質が不均一になり易
く、従って薄膜デバイス用として不向きである。更に製
膜時に気相中で発生するダストにより、ピンホールが多
数発生するため素子歩留りが低下したり、或いは膜スト
レスが高いため剥離が生じ易く、やはり歩留り低下の原
因となる等の欠点がある。
４）の欠点は解消されるものの成膜温度が約300℃と高
いため、前記３）と同様の欠点がある上、大面積化の
際、基板温度分布のため、膜厚、膜質が不均一になり易
く、従って薄膜デバイス用として不向きである。更に製
膜時に気相中で発生するダストにより、ピンホールが多
数発生するため素子歩留りが低下したり、或いは膜スト
レスが高いため剥離が生じ易く、やはり歩留り低下の原
因となる等の欠点がある。
本発明の第一の目的は以上のような従来技術の欠点を
解消し、絶縁膜を硬質炭素膜で形成することにより、デ
バイス設計上の自由度が広く、機械的強度も高く、基板
材質に制約がなく、薄膜デバイス用として好適で、しか
も大面積化も容易なMIM素子を提供することである。
解消し、絶縁膜を硬質炭素膜で形成することにより、デ
バイス設計上の自由度が広く、機械的強度も高く、基板
材質に制約がなく、薄膜デバイス用として好適で、しか
も大面積化も容易なMIM素子を提供することである。
本発明の第二の目的は通常の硬質炭素膜の構成元素に
特定元素（ドーパント）を加えることにより、更に機械
的強度、硬度、安定性等の膜特性を向上したMIM素子を
提供することである。
特定元素（ドーパント）を加えることにより、更に機械
的強度、硬度、安定性等の膜特性を向上したMIM素子を
提供することである。
本発明は、下部電極と上部電極との間に絶縁膜を介在
させてなるMIM素子において、絶縁膜が周期律表第III族
元素、同第IV族元素（Siを除く）、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、カルコゲン系元素およびハロゲン原子よりなる群
から選ばれた少なくとも１種のドーパントを含む比誘電
率２〜６の硬質炭素膜であって、該硬質炭素膜の基本物
性が、比抵抗（ρ）が106〜1013Ωcm、光学的バンドギ
ャップ（Egopt）が、1.0〜3.0（eV）、膜中水素量
（CH）が10〜50（atm％）、SP3/SP2比が2/1〜4/1、ビッ
カース硬度（Ｈ）が9500kg・mm-2以下、屈折率（ｎ）が
1.9〜2.4、欠陥密度が1017〜1019cm-3であり、かつ該硬
質炭素膜中の前記ドーパントの存在量（atm％）が ドーパントがIII族元素の場合 0.001〜３、 ドーパントがIV族元素の場合（Siを除く）0.01〜17、 ドーパントがＶ族元素の場合 0.001〜３、 ドーパントがアルカリ金属元素の場合 0.001〜３、 ドーパントがアルカリ土類金属元素の場合 0.001〜
３、 ドーパントが窒素原子の場合 0.001〜３、 ドーパントが酸素原子の場合 0.001〜３、 ドーパントがカルコゲン系元素の場合 0.01〜17、 ドーパントがハロゲン元素の場合 0.1〜35、 であることを特徴とするMIM素子に関する。
させてなるMIM素子において、絶縁膜が周期律表第III族
元素、同第IV族元素（Siを除く）、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、カルコゲン系元素およびハロゲン原子よりなる群
から選ばれた少なくとも１種のドーパントを含む比誘電
率２〜６の硬質炭素膜であって、該硬質炭素膜の基本物
性が、比抵抗（ρ）が106〜1013Ωcm、光学的バンドギ
ャップ（Egopt）が、1.0〜3.0（eV）、膜中水素量
（CH）が10〜50（atm％）、SP3/SP2比が2/1〜4/1、ビッ
カース硬度（Ｈ）が9500kg・mm-2以下、屈折率（ｎ）が
1.9〜2.4、欠陥密度が1017〜1019cm-3であり、かつ該硬
質炭素膜中の前記ドーパントの存在量（atm％）が ドーパントがIII族元素の場合 0.001〜３、 ドーパントがIV族元素の場合（Siを除く）0.01〜17、 ドーパントがＶ族元素の場合 0.001〜３、 ドーパントがアルカリ金属元素の場合 0.001〜３、 ドーパントがアルカリ土類金属元素の場合 0.001〜
３、 ドーパントが窒素原子の場合 0.001〜３、 ドーパントが酸素原子の場合 0.001〜３、 ドーパントがカルコゲン系元素の場合 0.01〜17、 ドーパントがハロゲン元素の場合 0.1〜35、 であることを特徴とするMIM素子に関する。
このように本発明のMIM素子は絶縁膜に特徴があり、
この絶縁膜は前記特定の元素又は原子を含む硬質炭素膜
からなっている。
この絶縁膜は前記特定の元素又は原子を含む硬質炭素膜
からなっている。
本発明のMIM素子に用いられる硬質炭素膜自体は炭素
原子及び水素原子を主要な構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材料で構成され、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ている。本発明では硬
質炭素膜の構成元素としてその他に前記第III族元素等
の特定元素を含んでいる。
原子及び水素原子を主要な構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材料で構成され、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ている。本発明では硬
質炭素膜の構成元素としてその他に前記第III族元素等
の特定元素を含んでいる。
本発明において硬質炭素膜を形成するために有機化合
物ガス、特に炭化水素ガスと後述するような他の化合物
のガスとの混合系が用いられる。これら原料における相
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。
物ガス、特に炭化水素ガスと後述するような他の化合物
のガスとの混合系が用いられる。これら原料における相
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。
原料ガスとしては炭化水素ガスについては、例えばCH
4,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のす
べての炭化水素が使用可能である。
4,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のす
べての炭化水素が使用可能である。
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、炭素
となり得る化合物であれば使用可能である。
ケトン類、エーテル類、エステル類、CO、CO2等、炭素
となり得る化合物であれば使用可能である。
原料ガスとしては炭化水素ガス及び水素の他にドーパ
ントとして膜中に周期律表第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
ロゲン元素を含有させるために、これらの元素又は原子
を含む化合物（又は分子）（以下、これらを「他の化合
物」ということもある）のガスが用いられる。
ントとして膜中に周期律表第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
ロゲン元素を含有させるために、これらの元素又は原子
を含む化合物（又は分子）（以下、これらを「他の化合
物」ということもある）のガスが用いられる。
ここで周期律表第III族元素を含む化合物としては、
例えばＢ（OC2H5）3,B2H6,BCl3,BBr3,BF3,Al（Ｏ−ｉ−
C3H7）3,（CH3）3Al,（C2H5）3Al,（ｉ−C4H9）3Al,AlC
l3,Ga（Ｏ−ｉ−C3H7）3,（CH3）3Ga,（C2H5）3Ga,GaCl
3,GaBr3,（Ｏ−ｉ−C3H7）3In,（C2H5）3In等がある。
例えばＢ（OC2H5）3,B2H6,BCl3,BBr3,BF3,Al（Ｏ−ｉ−
C3H7）3,（CH3）3Al,（C2H5）3Al,（ｉ−C4H9）3Al,AlC
l3,Ga（Ｏ−ｉ−C3H7）3,（CH3）3Ga,（C2H5）3Ga,GaCl
3,GaBr3,（Ｏ−ｉ−C3H7）3In,（C2H5）3In等がある。
周期律表第IV族元素を含む化合物としては、例えばSi
3H6,（C2H5）3SiH,SiF4,SiH2Cl2,SiCl4,Si（OCH3）4,Si
（OC2H5）4,Si（OC3H7）4,GeCl4,GeH4,Ge（OC2H5）4,Ge
（C2H5）4,（CH3）4Sn,（C2H5）4Sn,SnCl4等がある。
3H6,（C2H5）3SiH,SiF4,SiH2Cl2,SiCl4,Si（OCH3）4,Si
（OC2H5）4,Si（OC3H7）4,GeCl4,GeH4,Ge（OC2H5）4,Ge
（C2H5）4,（CH3）4Sn,（C2H5）4Sn,SnCl4等がある。
周期律表第Ｖ族元素を含む化合物としては、例えばPH
3,PF3,PF5,PCl2F3,PCl3,PCl2F,PBr3,PO（OCH3）3,P（C2
H5）3,POCl3,AsH3,AsCl3,AsBr3,AsF3,AsF5,AsCl3,SbH3,
SbF3,SbCl3,Sb（OC2H5）３等がある。
3,PF3,PF5,PCl2F3,PCl3,PCl2F,PBr3,PO（OCH3）3,P（C2
H5）3,POCl3,AsH3,AsCl3,AsBr3,AsF3,AsF5,AsCl3,SbH3,
SbF3,SbCl3,Sb（OC2H5）３等がある。
アルカリ金属原子を含む化合物としては例えばLiO−
ｉ−C3H7,NaO−ｉ−C3H7,KO−ｉ−C3H7等がある。
ｉ−C3H7,NaO−ｉ−C3H7,KO−ｉ−C3H7等がある。
アルカリ土類金属原子を含む化合物としては例えばCa
（OC2H5）3,Mg（OC2H5）2,（C2H5）2Mg等がある。
（OC2H5）3,Mg（OC2H5）2,（C2H5）2Mg等がある。
窒素原子を含む化合物としては例えば窒素ガス、アン
モニア等の無機化合物、アミノ基、シアノ基等の官能基
を有する有機化合物及び窒素を含む複素環等がある。
モニア等の無機化合物、アミノ基、シアノ基等の官能基
を有する有機化合物及び窒素を含む複素環等がある。
酸素原子を含む化合物としては例えば酸素ガス、オゾ
ン、水（水蒸気）、過酸化水素、一酸化炭素、二酸化炭
素、亜酸化炭素、一酸化窒素、二酸化窒素、三酸化二窒
素、五酸化二窒素、三酸化窒素等の無機化合物、水酸
基、アルデヒド基、アシル基、ケトン基、ニトロ基、ニ
トロソ基、スルホン基、エーテル結合、エステル結合、
ペプチド結合、酸素を含む複素環等の官能基或いは結合
を有する有機化合物、更には金属アルコキシド等が挙げ
られる。
ン、水（水蒸気）、過酸化水素、一酸化炭素、二酸化炭
素、亜酸化炭素、一酸化窒素、二酸化窒素、三酸化二窒
素、五酸化二窒素、三酸化窒素等の無機化合物、水酸
基、アルデヒド基、アシル基、ケトン基、ニトロ基、ニ
トロソ基、スルホン基、エーテル結合、エステル結合、
ペプチド結合、酸素を含む複素環等の官能基或いは結合
を有する有機化合物、更には金属アルコキシド等が挙げ
られる。
カルコゲン系元素を含む化合物としては例えばH2S,
（CH3）（CH2）4S（CH2）4CH3,CH2＝CHCH2SCH2CH＝CH2,
C2H5SC2H5,C2H5SCH3,チオフェン、H2Se,（C2H5）2Se,H2
Te等がある。
（CH3）（CH2）4S（CH2）4CH3,CH2＝CHCH2SCH2CH＝CH2,
C2H5SC2H5,C2H5SCH3,チオフェン、H2Se,（C2H5）2Se,H2
Te等がある。
またハロゲン元素を含む化合物としては例えば弗素、
塩素、臭素、沃素、弗化水素、弗化塩素、弗化臭素、弗
化沃素、塩化水素、塩化臭素、塩化沃素、臭化水素、臭
化沃素、沃化水素等の無機化合物、ハロゲン化アルキ
ル、ハロゲン化アリール、ハロゲン化スチレン、ハロゲ
ン化ポリメチレン、ハロホルム等の有機化合物が用いら
れる。
塩素、臭素、沃素、弗化水素、弗化塩素、弗化臭素、弗
化沃素、塩化水素、塩化臭素、塩化沃素、臭化水素、臭
化沃素、沃化水素等の無機化合物、ハロゲン化アルキ
ル、ハロゲン化アリール、ハロゲン化スチレン、ハロゲ
ン化ポリメチレン、ハロホルム等の有機化合物が用いら
れる。
本発明の硬質炭素膜中に構成元素の一つとして含まれ
るドーパンドの量は次の第１表Ａに示すとおりである。
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。膜中に含まれる元素又は原子の量は原
料ガス中の化合物の流量比とは一致しない。膜中にとり
込まれる量はガス種、成膜条件等で異なるが、ほぼ50％
程度かそれ以下の量となっている。
るドーパンドの量は次の第１表Ａに示すとおりである。
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。膜中に含まれる元素又は原子の量は原
料ガス中の化合物の流量比とは一致しない。膜中にとり
込まれる量はガス種、成膜条件等で異なるが、ほぼ50％
程度かそれ以下の量となっている。
本発明におけるそれぞれの化合物の使用量は、炭素を
含む化合物に対して、次の第１表Ｂに示すとおりであ
る。
含む化合物に対して、次の第１表Ｂに示すとおりであ
る。
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最も好ましいが、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いても
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いてもよいし、さら
には、これらの組み合せにより形成されてもよい。
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最も好ましいが、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いても
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いてもよいし、さら
には、これらの組み合せにより形成されてもよい。
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、次の通りである。
ラズマCVD法の場合、次の通りである。
RF出力:0.1〜50W/cm2 圧 力:10-3〜10Torr 堆積温度：室温〜950℃ またこのような堆積条件により作成された膜物性は次
の第２表の通りである。
の第２表の通りである。
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よることが判ってい
る。
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よることが判ってい
る。
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２図及び第３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２図の如くガウス分布によっ
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比を知ることができる。又、
成膜においては、RF出力が小さく圧力が低い程、膜の比
抵抗値及び硬度が増加し、水素混合比が大きい程、屈折
率が増加して欠陥密度が減少、即ち良質な膜を得ること
ができる。
分光法による分析の結果、夫々、第２図及び第３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２図の如くガウス分布によっ
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比を知ることができる。又、
成膜においては、RF出力が小さく圧力が低い程、膜の比
抵抗値及び硬度が増加し、水素混合比が大きい程、屈折
率が増加して欠陥密度が減少、即ち良質な膜を得ること
ができる。
このように、MIM素子の絶縁膜を硬質炭素膜により形
成することにより、素子特性のバラツキが少なくなり、
機械的損傷に耐え得るMIM素子として得る。このMIM素子
を液晶表示用能動素子として使用する場合、液晶材料封
入時のラビング工程による損傷が少なく、歩留まりが向
上するものとなる。又、前述のようにLCDとMIM素子の電
気容量はCLCD:CMIM＝10:1程度必要であるが、絶縁膜の
比誘電率が小さい方が加工に有利である。本発明では硬
質炭素膜の比誘電率εｒ≒４程度と小さいのでそれ程微
細加工も必要とせずに高精度に形成でき、この点からも
歩留まりが向上する。
成することにより、素子特性のバラツキが少なくなり、
機械的損傷に耐え得るMIM素子として得る。このMIM素子
を液晶表示用能動素子として使用する場合、液晶材料封
入時のラビング工程による損傷が少なく、歩留まりが向
上するものとなる。又、前述のようにLCDとMIM素子の電
気容量はCLCD:CMIM＝10:1程度必要であるが、絶縁膜の
比誘電率が小さい方が加工に有利である。本発明では硬
質炭素膜の比誘電率εｒ≒４程度と小さいのでそれ程微
細加工も必要とせずに高精度に形成でき、この点からも
歩留まりが向上する。
本発明における硬質炭素膜の比誘電率は２〜６が好ま
しい。
しい。
この比誘電率は製膜時のRFパワー（投入電力）によっ
て制御できる。
て制御できる。
比誘電率とRFパワーとの関係を第12図に示す。
更にこの硬質炭素膜の構成元素の１つとして周期律表
第III族元素、同じく第Ｖ族元素、アルカリ金属元素、
アルカリ土類金属元素、窒素原子又は酸素原子を導入し
たものは硬質炭素膜の膜厚をノンドープのものに比べて
約２〜３倍に厚くすることができ、またこれにより素子
作製時のピンホールの発生を防止すると共に、素子の機
械的強度を飛躍的に向上することができる。更に窒素原
子又は酸素原子の場合は以下に述べるような周期率表第
IV族元素等の場合と同様な効果がある。
第III族元素、同じく第Ｖ族元素、アルカリ金属元素、
アルカリ土類金属元素、窒素原子又は酸素原子を導入し
たものは硬質炭素膜の膜厚をノンドープのものに比べて
約２〜３倍に厚くすることができ、またこれにより素子
作製時のピンホールの発生を防止すると共に、素子の機
械的強度を飛躍的に向上することができる。更に窒素原
子又は酸素原子の場合は以下に述べるような周期率表第
IV族元素等の場合と同様な効果がある。
同様に窒素原子、酸素原子、周期律表第IV族元素、カ
ルコゲン系元素又はハロゲン元素を導入したものは硬質
炭素膜の安定性が飛躍的に向上すると共に、膜の硬度も
改善されることと相まって高信頼性の素子が作製でき
る。これらの効果が得られるのは酸素原子、第IV族元素
及びカルコゲン系元素の場合は硬質炭素膜中に存在する
活性な２重結合を減少させるからであり、またハロゲン
元素の場合は１）水素に対する引抜き反応により原料ガ
スの分解を促進して膜中のダングリングボンドを減少さ
せる、２）成膜過程でハロゲン元素ＸがＣ−Ｈ結合中の
水素を引抜いてこれと置換し、Ｃ−Ｘ結合として膜中に
入り、結合エネルギーが増大する（Ｃ−Ｈ間及びＣ−Ｘ
間の結合エネルギーはＣ−Ｘ間の方が大きい）からであ
る。窒素原子は励起状態が高いため、気相反応中で原料
ガスの活性化に効果的であるためである。
ルコゲン系元素又はハロゲン元素を導入したものは硬質
炭素膜の安定性が飛躍的に向上すると共に、膜の硬度も
改善されることと相まって高信頼性の素子が作製でき
る。これらの効果が得られるのは酸素原子、第IV族元素
及びカルコゲン系元素の場合は硬質炭素膜中に存在する
活性な２重結合を減少させるからであり、またハロゲン
元素の場合は１）水素に対する引抜き反応により原料ガ
スの分解を促進して膜中のダングリングボンドを減少さ
せる、２）成膜過程でハロゲン元素ＸがＣ−Ｈ結合中の
水素を引抜いてこれと置換し、Ｃ−Ｘ結合として膜中に
入り、結合エネルギーが増大する（Ｃ−Ｈ間及びＣ−Ｘ
間の結合エネルギーはＣ−Ｘ間の方が大きい）からであ
る。窒素原子は励起状態が高いため、気相反応中で原料
ガスの活性化に効果的であるためである。
次に本発明のMIM素子を用いた液晶表示装置について
説明する。
説明する。
基板としてはガラス板、プラスチック板又はフレキシ
ブルなプラスチックフィルム等の透明絶縁板が使用され
る。このような透明基板を２枚用意し、各基板に画素電
極を設け、少なくとも一方の基板の画素電極の各々に少
くとも一個のMIM素子と共通電極配線とを設ける。この
場合、画素電極は基板上にITO,ZnO:Al,ZnO:Si,SnO2:Sb
のような透明電極材料を、スパッタリング、蒸着、CVD
等の方法で数百Åから１μｍ程度に堆積させパターニン
グすることにより形成される。次に前述のような透明電
極上に下部電極を形成する。下部電極はAl,Ni−Cr合金,
Mo,Cr,Ni,Ti,Zr,Nb,Au,Ag,Pt,Cuなどの高導電材料をス
パッタリング法、蒸着法、CVD法等により数百Å〜数千
Å程度の膜厚に堆積せしめ、これをフォトリソグラフィ
ー・エッチング工程により所定のパターンにパターン化
することにより形成される。
ブルなプラスチックフィルム等の透明絶縁板が使用され
る。このような透明基板を２枚用意し、各基板に画素電
極を設け、少なくとも一方の基板の画素電極の各々に少
くとも一個のMIM素子と共通電極配線とを設ける。この
場合、画素電極は基板上にITO,ZnO:Al,ZnO:Si,SnO2:Sb
のような透明電極材料を、スパッタリング、蒸着、CVD
等の方法で数百Åから１μｍ程度に堆積させパターニン
グすることにより形成される。次に前述のような透明電
極上に下部電極を形成する。下部電極はAl,Ni−Cr合金,
Mo,Cr,Ni,Ti,Zr,Nb,Au,Ag,Pt,Cuなどの高導電材料をス
パッタリング法、蒸着法、CVD法等により数百Å〜数千
Å程度の膜厚に堆積せしめ、これをフォトリソグラフィ
ー・エッチング工程により所定のパターンにパターン化
することにより形成される。
次に硬質炭素膜を前述の方法を用いて、100Åから１
μｍの膜厚に堆積させ、これをフォトリソグラフィー・
エッチング工程により所定のパターンにパターン化す
る。
μｍの膜厚に堆積させ、これをフォトリソグラフィー・
エッチング工程により所定のパターンにパターン化す
る。
続いて、上部電極として前記下部電極の場合と同様な
高導電材料を用い、これをスパッタリング法、蒸着法、
CVD法等により数百Åから数千Å堆積させ、これをフォ
トリソエッチングによりパターニングする。これにより
本発明のMIM素子を用いた液晶表示用基板が得られる。
高導電材料を用い、これをスパッタリング法、蒸着法、
CVD法等により数百Åから数千Å堆積させ、これをフォ
トリソエッチングによりパターニングする。これにより
本発明のMIM素子を用いた液晶表示用基板が得られる。
この場合、MIM素子の構成はこれに限られるものでは
なく、MIM素子の作成後、最上層に透明電極を設けたも
の、透明電極が上部又は下部電極を兼ねた構成のもの、
下部電極の側面にMIM素子を形成したもの等、種々の構
成が可能である。
なく、MIM素子の作成後、最上層に透明電極を設けたも
の、透明電極が上部又は下部電極を兼ねた構成のもの、
下部電極の側面にMIM素子を形成したもの等、種々の構
成が可能である。
前述のようにして得られた液晶表示用基板と対向して
共通透明電極を持つ透明基板にそれぞれ配向膜としてポ
リイミド等の配向層を設けラビング処理を行なう。
共通透明電極を持つ透明基板にそれぞれ配向膜としてポ
リイミド等の配向層を設けラビング処理を行なう。
次に各々の基板の各画素電極側を内側にして対向さ
せ、ギャップ材を介して貼合せ、更にこうして形成され
たセル内に液晶材料を封入することにより液晶表示装置
が得られる。
せ、ギャップ材を介して貼合せ、更にこうして形成され
たセル内に液晶材料を封入することにより液晶表示装置
が得られる。
以上の液晶表示装置は白黒表示のものについて説明し
たがこれに限られず、カラーフィルターをセルの内側又
は外側に設けたカラー液晶表示装置としてもよい。
たがこれに限られず、カラーフィルターをセルの内側又
は外側に設けたカラー液晶表示装置としてもよい。
ところで一般に、MIM素子の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特
性はその絶縁膜により異なるが、いま絶縁膜として硬質
炭素膜を用いた場合、プール・フレンケル型の伝導を示
し、次式で表わされる関係がある。
性はその絶縁膜により異なるが、いま絶縁膜として硬質
炭素膜を用いた場合、プール・フレンケル型の伝導を示
し、次式で表わされる関係がある。
上式中のαは比例定数で、βは非線形性を表わす係数
である。β＞ＯではＩはＶの増加とともに急激に増加す
る。すなわち、抵抗ＲはＶの増加により急激に低下す
る。この抵抗の変化はβが大きいほど変化が急激にな
る。また、αはMIM素子を形成する面積と、絶縁膜の膜
厚の逆数に比例するものである。
である。β＞ＯではＩはＶの増加とともに急激に増加す
る。すなわち、抵抗ＲはＶの増加により急激に低下す
る。この抵抗の変化はβが大きいほど変化が急激にな
る。また、αはMIM素子を形成する面積と、絶縁膜の膜
厚の逆数に比例するものである。
第３図及び第４図に夫々本発明MIM素子の典型的なＩ
−Ｖ特性及び素子構成を示す。第４図中、１は画素透明
電極、２は下部電極、３は硬質炭素膜、４は上部及び走
査電極である。
−Ｖ特性及び素子構成を示す。第４図中、１は画素透明
電極、２は下部電極、３は硬質炭素膜、４は上部及び走
査電極である。
以下に本発明を実施例によって説明する。
実施例１〜９ 一方の透明基板としてパイレックスガラス基板上にIT
O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
部電極を形成した。その上に絶縁膜として硬質炭素膜を
プラズマCVD法により900Å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。
O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
部電極を形成した。その上に絶縁膜として硬質炭素膜を
プラズマCVD法により900Å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。
圧 力:0.035Torr 原料ガス組成：第３表の通り トータル流量:20SCCM RFパワー :0.2w/cm2 つぎに、前記実施例１〜3,6,7,9で得られた硬質炭素
膜の物性を第４表に示す。
膜の物性を第４表に示す。
更に、各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を形成した。
厚に堆積後、パターン化して上部電極を形成した。
次に他方の透明基板（対向基板）としてパイレックス
基板上にITOをスパッタリング法により1000Å厚に堆積
後、ストライプ状にパターン化して共通画素電極を形成
した。
基板上にITOをスパッタリング法により1000Å厚に堆積
後、ストライプ状にパターン化して共通画素電極を形成
した。
次に両基板の上に配向膜としてポリイミド膜を形成し
ラビング処理を行なった。
ラビング処理を行なった。
次にこれらの基板を各画素電極側を内側にして対向さ
せ、５μｍ径のギャップ材を介して貼合わせ、更にこう
して形成されたセル内に市販の液晶材料を封入すること
により第５図に示すような液晶表示装置を作った。第５
図中、５は透明基板、６は画素電極、６′は共通画素電
極、７はMIM素子、８は共通電極又は共通配線、９は配
向膜、10はギャップ材、11は液晶材料である。
せ、５μｍ径のギャップ材を介して貼合わせ、更にこう
して形成されたセル内に市販の液晶材料を封入すること
により第５図に示すような液晶表示装置を作った。第５
図中、５は透明基板、６は画素電極、６′は共通画素電
極、７はMIM素子、８は共通電極又は共通配線、９は配
向膜、10はギャップ材、11は液晶材料である。
実施例10〜18 ガラス板上に蒸着法により1000Å厚のAl薄膜を形成
し、ついでエッチングによりパターニングして下部金属
電極とし、その上に夫々実施例１〜９と同様の方法によ
り800Å厚の硬質炭素膜を被覆し、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、更に各硬質炭素膜
上にE.B.蒸着法により1000Å厚のITO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を形成す
ることにより第６図のタイプのMIM素子を作った。第６
図中、12は透明基板、13は金属電極、14は透明電極、15
は硬質炭素絶縁膜である。
し、ついでエッチングによりパターニングして下部金属
電極とし、その上に夫々実施例１〜９と同様の方法によ
り800Å厚の硬質炭素膜を被覆し、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、更に各硬質炭素膜
上にE.B.蒸着法により1000Å厚のITO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を形成す
ることにより第６図のタイプのMIM素子を作った。第６
図中、12は透明基板、13は金属電極、14は透明電極、15
は硬質炭素絶縁膜である。
次に対向基板としてプラスチックフィルム上にスパッ
タリング法により、ITOを500Å厚に堆積後、ストライプ
状にパターン化して共通画素電極を形成した。引続きそ
の上に実施例１と同様にポリイミド膜を設け、ラビング
処理した。
タリング法により、ITOを500Å厚に堆積後、ストライプ
状にパターン化して共通画素電極を形成した。引続きそ
の上に実施例１と同様にポリイミド膜を設け、ラビング
処理した。
これら２枚の基板を実施例１〜９と同様にギャップ材
を介して貼合せた後、市販の液晶材料を封入することに
より液晶表示装置を作った。
を介して貼合せた後、市販の液晶材料を封入することに
より液晶表示装置を作った。
実施例19〜27 ガラス板上に夫々実施例１〜９と同様にして下部金属
電極及び絶縁膜として硬質炭素膜を形成した後、各硬質
炭素膜上に蒸着法によって500Å厚のPt膜を形成し、パ
ターニングを行なって補助電極を形成し、さらにその上
に実施例10〜18と同様にして上部透明画素電極を形成す
ることにより、第７図のタイプのMIM素子を作った。第
７図中、12は透明基板、13は金属電極、14は透明電極、
15は硬質炭素絶縁膜、16は補助電極である。
電極及び絶縁膜として硬質炭素膜を形成した後、各硬質
炭素膜上に蒸着法によって500Å厚のPt膜を形成し、パ
ターニングを行なって補助電極を形成し、さらにその上
に実施例10〜18と同様にして上部透明画素電極を形成す
ることにより、第７図のタイプのMIM素子を作った。第
７図中、12は透明基板、13は金属電極、14は透明電極、
15は硬質炭素絶縁膜、16は補助電極である。
次に対向基板としてパイレックス基板にITOをマグネ
トロンスパッタリング法により800Å厚に堆積後、スト
ライプ状にパターン化して共通画素電極を形成した。引
続きその上に実施例１〜９と同様にポリイミド膜を設
け、ラビング処理した後、これら２枚の基板を実施例１
〜９と同様にギャップ材を介して貼合せた後、市販の液
晶材料を封入することにより液晶表示装置を作った。
トロンスパッタリング法により800Å厚に堆積後、スト
ライプ状にパターン化して共通画素電極を形成した。引
続きその上に実施例１〜９と同様にポリイミド膜を設
け、ラビング処理した後、これら２枚の基板を実施例１
〜９と同様にギャップ材を介して貼合せた後、市販の液
晶材料を封入することにより液晶表示装置を作った。
実施例28〜36 第８図（ａ）に示すように透明基板17上に下部電極1
8、硬質炭素膜19を積層形成する。下部電極18の材料と
してはNiCrを使用し、膜厚は7000Åとした。硬質炭素膜
19は実施例１〜９と同じ材料で、膜厚は5000Åとした。
8、硬質炭素膜19を積層形成する。下部電極18の材料と
してはNiCrを使用し、膜厚は7000Åとした。硬質炭素膜
19は実施例１〜９と同じ材料で、膜厚は5000Åとした。
次に、同図（ｂ）に示すように硬質炭素膜19と下部電
極18とをドライエッチング法により順次エッチングし、
所定のパターンにパターン化する。これらの硬質炭素膜
19と下部電極18とを順次エッチングする処理は、同一チ
ャンバー中でガス種、圧力、放電パワー等を選択設定す
ることにより連続的に行なうことができる。
極18とをドライエッチング法により順次エッチングし、
所定のパターンにパターン化する。これらの硬質炭素膜
19と下部電極18とを順次エッチングする処理は、同一チ
ャンバー中でガス種、圧力、放電パワー等を選択設定す
ることにより連続的に行なうことができる。
更に、同図（ｃ）に示すようにパターン化された硬質
炭素膜19上面及び側面及び下部電極18側面を覆うように
第２の硬質炭素膜20を形成する。この第２の硬質炭素膜
20（組成は実施例１〜９と同じ）の膜厚は400Åとし
た。
炭素膜19上面及び側面及び下部電極18側面を覆うように
第２の硬質炭素膜20を形成する。この第２の硬質炭素膜
20（組成は実施例１〜９と同じ）の膜厚は400Åとし
た。
これらの硬質炭素膜19,20によりMIM素子の絶縁膜が構
成されるが、硬質炭素膜19,20が積層されている下部電
極18表面では膜厚が両者の和より厚くなり、段差部、既
ち下部電極８の側面箇所では硬質炭素膜20だけであり、
膜厚が薄くなるように構成されている。
成されるが、硬質炭素膜19,20が積層されている下部電
極18表面では膜厚が両者の和より厚くなり、段差部、既
ち下部電極８の側面箇所では硬質炭素膜20だけであり、
膜厚が薄くなるように構成されている。
更に、同図（ｄ）に示すように画素電極となる透明電
極21をE.B.蒸着法により形成し、所定のパターンニング
を行なう。透明電極21の材料としてはITOを用い、膜厚
は900Åとした。
極21をE.B.蒸着法により形成し、所定のパターンニング
を行なう。透明電極21の材料としてはITOを用い、膜厚
は900Åとした。
このような構成において、MIM素子として動作するの
は下部電極18側面の硬質炭素膜20の薄い個所、即ち下部
電極（金属）18−第２の硬質炭素膜（絶縁層）20−透明
電極（金属）21が横方向に積層された個所Ａである。な
おMIM素子の面積は下部電極18の段差部（膜厚）と透明
電極21のパターンとにより決定される。
は下部電極18側面の硬質炭素膜20の薄い個所、即ち下部
電極（金属）18−第２の硬質炭素膜（絶縁層）20−透明
電極（金属）21が横方向に積層された個所Ａである。な
おMIM素子の面積は下部電極18の段差部（膜厚）と透明
電極21のパターンとにより決定される。
このMIM素子の斜視図を第９図に示す。このようにし
て得られたMIM素子の基板上に実施例１〜９と同様にポ
リイミド膜を設け、ラビング処理した。
て得られたMIM素子の基板上に実施例１〜９と同様にポ
リイミド膜を設け、ラビング処理した。
次に対向基板としてプラスチックフィルム上にITOを
スパッタリング法により500Å厚に堆積後、ストライプ
状にパターン化して共通画素電極を形成した。引続きそ
の上に実施例１〜９と同様にポリイミド膜を設け、ラビ
ング処理した。
スパッタリング法により500Å厚に堆積後、ストライプ
状にパターン化して共通画素電極を形成した。引続きそ
の上に実施例１〜９と同様にポリイミド膜を設け、ラビ
ング処理した。
これら２枚の基板を実施例１〜９と同様にギャップ材
を介して貼合せた後、市販の液晶材料を封入することに
より液晶表示装置を作った。
を介して貼合せた後、市販の液晶材料を封入することに
より液晶表示装置を作った。
実施例37〜45 本実施例は第10図に示すように、概略的にはMIM素子
箇所用の上部電極22を独立して形成し、透明電極21との
電気的接続をとるようにしたものである。
箇所用の上部電極22を独立して形成し、透明電極21との
電気的接続をとるようにしたものである。
まず、基板17上に下部電極18、硬質炭素膜19を積層形
成する。これらの材料は実施例28〜36の場合と同様であ
り、またこれらの層は順次ドライエッチングして所定の
パターンにパターン化する。この場合、下部電極18のエ
ッチングに際しては段差部が断面テーパ形状となるよう
にエッチングする。このようなテーパ形状とすることに
より、次工程で形成する第２の硬質炭素膜20の段差部、
即ちテーパ面上での膜厚及びその均一性はいっそう制御
し易くなる。但し、硬質炭素膜20の膜厚は実施例28〜36
の場合と同様である。次に実施例28〜36と同様にして第
２の硬質炭素膜20を形成した後、本実施例では硬質炭素
膜20上の一部から基板17上にかけて所定パターンで上部
電極22を形成する。この上部電極22は下部電極18と同一
材料を用いて膜厚4000Åに形成した。
成する。これらの材料は実施例28〜36の場合と同様であ
り、またこれらの層は順次ドライエッチングして所定の
パターンにパターン化する。この場合、下部電極18のエ
ッチングに際しては段差部が断面テーパ形状となるよう
にエッチングする。このようなテーパ形状とすることに
より、次工程で形成する第２の硬質炭素膜20の段差部、
即ちテーパ面上での膜厚及びその均一性はいっそう制御
し易くなる。但し、硬質炭素膜20の膜厚は実施例28〜36
の場合と同様である。次に実施例28〜36と同様にして第
２の硬質炭素膜20を形成した後、本実施例では硬質炭素
膜20上の一部から基板17上にかけて所定パターンで上部
電極22を形成する。この上部電極22は下部電極18と同一
材料を用いて膜厚4000Åに形成した。
この後、画素電極となる透明電極21を形成し、一部が
上部電極22上にかかるようにパターン化する。この結
果、本実施例によれば、透明電極21と硬質炭素膜20とが
直接接触せず、透明電極21の形成時に硬質炭素膜表面の
変質に伴う接合状態の劣化が起こらず、素子特性がより
安定化する。
上部電極22上にかかるようにパターン化する。この結
果、本実施例によれば、透明電極21と硬質炭素膜20とが
直接接触せず、透明電極21の形成時に硬質炭素膜表面の
変質に伴う接合状態の劣化が起こらず、素子特性がより
安定化する。
このようにした得られたMIM素子基板上に実施例１〜
９と同様にポリイミド膜を設け、ラビング処理した。
９と同様にポリイミド膜を設け、ラビング処理した。
次に対向基板としてガラス基板上にスパッタリング法
によりITOを500Å厚に堆積後、ストライプ状にパターン
化して共通画素電極を形成した。引続きその上に実施例
１〜９と同様にポリイミド膜を設け、ラビリグ処理し
た。
によりITOを500Å厚に堆積後、ストライプ状にパターン
化して共通画素電極を形成した。引続きその上に実施例
１〜９と同様にポリイミド膜を設け、ラビリグ処理し
た。
これら２枚の基板を実施例１〜９と同様にギャップ材
を介して貼合せた後、市販の液晶材料を封入することに
より液晶表示装置を作った。
を介して貼合せた後、市販の液晶材料を封入することに
より液晶表示装置を作った。
実施例46〜54 一方の透明基板としてプラスチック基板上にITOをス
パッタリング法により1000Å厚に、堆積後、パターン化
して画素電極を形成した。その上にAlを蒸着法により10
00Å厚に堆積後、パターン化して下部共通電極を形成し
た。その上に絶縁膜として実施例１〜９と同様にして硬
質炭素膜をプラズマCVD法により600Å厚に堆積後、ドラ
イエッチングによりパターン化した。更にその上にCrを
2000Å厚に蒸着後、パターン化して上部電極とした。引
続きその上に実施例１〜９と同様にポリイミド膜を設
け、ラビング処理した。
パッタリング法により1000Å厚に、堆積後、パターン化
して画素電極を形成した。その上にAlを蒸着法により10
00Å厚に堆積後、パターン化して下部共通電極を形成し
た。その上に絶縁膜として実施例１〜９と同様にして硬
質炭素膜をプラズマCVD法により600Å厚に堆積後、ドラ
イエッチングによりパターン化した。更にその上にCrを
2000Å厚に蒸着後、パターン化して上部電極とした。引
続きその上に実施例１〜９と同様にポリイミド膜を設
け、ラビング処理した。
次に対向基板としてプラスチックフィルム上にITOを
スパッタリング法により500Å厚に堆積後、ストライプ
状にパターン化して共通画素電極を形成した。引続きそ
の上に実施例１〜９と同様にポリイミド膜を設け、ラビ
ング処理した後、その反対面にカラーフィルター23を取
り付けた。
スパッタリング法により500Å厚に堆積後、ストライプ
状にパターン化して共通画素電極を形成した。引続きそ
の上に実施例１〜９と同様にポリイミド膜を設け、ラビ
ング処理した後、その反対面にカラーフィルター23を取
り付けた。
これら２枚の基板を実施例１〜９と同様にギャップ材
を介して貼合せた後、市販の液晶材料を封入することに
より第11図に示すようなカラー液晶表示装置を作った。
を介して貼合せた後、市販の液晶材料を封入することに
より第11図に示すようなカラー液晶表示装置を作った。
本発明のMIM素子に用いられる硬質炭素膜は 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。
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） 比誘電率が低いので、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、このため特に信頼性の高い液晶表示用
スイッチング素子として好適である。
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） 比誘電率が低いので、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、このため特に信頼性の高い液晶表示用
スイッチング素子として好適である。
更にこの硬質炭素膜の構成元素の１つとして周期律表
第III族元素、同じく第Ｖ族元素、アルカリ金属元素、
アルカリ土類金属元素、窒素原子又は酸素原子を導入し
たものは硬質炭素膜の膜厚をノンドープのものに比べて
約２〜３倍に厚くすることができ、またこれにより素子
作製時のピンホールの発生防止をいっそう効果的にする
と共に、素子の機械的強度を飛躍的に向上することがで
きる。更に窒素原子又は酸素原子の場合は以下に述べる
ような周期律表第IV族元素等の場合と同様な効果があ
る。
第III族元素、同じく第Ｖ族元素、アルカリ金属元素、
アルカリ土類金属元素、窒素原子又は酸素原子を導入し
たものは硬質炭素膜の膜厚をノンドープのものに比べて
約２〜３倍に厚くすることができ、またこれにより素子
作製時のピンホールの発生防止をいっそう効果的にする
と共に、素子の機械的強度を飛躍的に向上することがで
きる。更に窒素原子又は酸素原子の場合は以下に述べる
ような周期律表第IV族元素等の場合と同様な効果があ
る。
周期律表第IV族元素、カルコゲン系元素又はハロゲン
元素を導入したものは硬質炭素膜の安定性が飛躍的に向
上すると共に、膜の硬度も改善されることとも相まって
高信頼性の素子が作製できる。
元素を導入したものは硬質炭素膜の安定性が飛躍的に向
上すると共に、膜の硬度も改善されることとも相まって
高信頼性の素子が作製できる。
なお、以上の効果が得られる理由は前述した通りであ
る。
る。
第１図及び第２図は夫々本発明のMIM素子に使用される
硬質炭素膜のIR及びラマンスペクトル図、第３図（ａ）
及び（ｂ）は夫々本発明MIM素子の曲型的なＩ−Ｖ特性
及び 特性図、第４図は本発明MIM素子の曲型的な構成図、第
５図は実施例１〜９で作った液晶表示装置の斜視図、第
６図は実施例10〜18で作ったMIM素子の断面図、第７図
は実施例19〜27で作ったMIM素子の断面図、第８図
（ａ）〜（ｄ）は実施例28〜36で作ったMIM素子の製造
工程図、第９図は同じく実施例28〜36で作ったMIM素子
の斜視図、第10図は実施例37〜45で作ったMIM素子の斜
視図、第11図は実施例46〜54で作ったカラー液晶表示装
置の斜視図、第12図は硬質炭素膜製膜時のRFパワー（投
入電力）と得られた硬質炭素膜の誘電率の関係を示すグ
ラフである。 １……画素透明電極、2,18……下部電極 3,15……硬質炭素絶縁膜 ４……上部兼走査電極、5,12,17……透明基板 ５′……プラスチックフィルム基板 ６……画素電極、６′……共通画素電極 ７……MIM素子 ８……共通電極又は共通配線 ９……配向膜、10……ギャップ材 11……液晶材料、13……金属電極 14……透明電極、16……補助電極 19……第一硬質炭素膜、20……第二硬質炭素膜 21……透明電極、22……上部電極 23……カラーフィルター
硬質炭素膜のIR及びラマンスペクトル図、第３図（ａ）
及び（ｂ）は夫々本発明MIM素子の曲型的なＩ−Ｖ特性
及び 特性図、第４図は本発明MIM素子の曲型的な構成図、第
５図は実施例１〜９で作った液晶表示装置の斜視図、第
６図は実施例10〜18で作ったMIM素子の断面図、第７図
は実施例19〜27で作ったMIM素子の断面図、第８図
（ａ）〜（ｄ）は実施例28〜36で作ったMIM素子の製造
工程図、第９図は同じく実施例28〜36で作ったMIM素子
の斜視図、第10図は実施例37〜45で作ったMIM素子の斜
視図、第11図は実施例46〜54で作ったカラー液晶表示装
置の斜視図、第12図は硬質炭素膜製膜時のRFパワー（投
入電力）と得られた硬質炭素膜の誘電率の関係を示すグ
ラフである。 １……画素透明電極、2,18……下部電極 3,15……硬質炭素絶縁膜 ４……上部兼走査電極、5,12,17……透明基板 ５′……プラスチックフィルム基板 ６……画素電極、６′……共通画素電極 ７……MIM素子 ８……共通電極又は共通配線 ９……配向膜、10……ギャップ材 11……液晶材料、13……金属電極 14……透明電極、16……補助電極 19……第一硬質炭素膜、20……第二硬質炭素膜 21……透明電極、22……上部電極 23……カラーフィルター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−40929（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−40930（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−50489（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/136 510
Claims (1)
- 【請求項１】下部電極と上部電極との間に絶縁膜を介在
させてなるMIM素子において、絶縁膜が周期律表第III族
元素、同第IV族元素（Siを除く）、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、カルコゲン系元素およびハロゲン原子よりなる群
から選ばれた少なくとも１種のドーパントを含む比誘電
率２〜６の硬質炭素膜であって、該硬質炭素膜の基本物
性が、比抵抗（ρ）が106〜1013Ωcm、光学的バンドギ
ャップ（Egopt）が、1.0〜3.0（eV）、膜中水素量
（CH）が10〜50（atm％）、SP3/SP2比が2/1〜4/1、ビッ
カース硬度（Ｈ）が9500kg・mm-2以下、屈折率（ｎ）が
1.9〜2.4、欠陥密度が1017〜1019cm-3であり、かつ該硬
質炭素膜中の前記ドーパントの存在量（atm％）が ドーパントがIII族元素の場合 0.001〜３、 ドーパントがIV族元素の場合（Siを除く） 0.01〜17、 ドーパントがＶ族元素の場合 0.001〜３、 ドーパントがアルカリ金属元素の場合 0.001〜３、 ドーパントがアルカリ土類金属元素の場合 0.001〜３、 ドーパントが窒素原子の場合 0.001〜３、 ドーパントが酸素原子の場合 0.001〜３、 ドーパントがカルコゲン系元素の場合 0.01〜17、 ドーパントがハロゲン元素の場合 0.1〜35、 であることを特徴とするMIM素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4152790A JP2879747B2 (ja) | 1989-02-23 | 1990-02-22 | Ｍｉｍ素子 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4467389 | 1989-02-23 | ||
| JP1-44673 | 1989-02-23 | ||
| JP4152790A JP2879747B2 (ja) | 1989-02-23 | 1990-02-22 | Ｍｉｍ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02289828A JPH02289828A (ja) | 1990-11-29 |
| JP2879747B2 true JP2879747B2 (ja) | 1999-04-05 |
Family
ID=26381167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4152790A Expired - Lifetime JP2879747B2 (ja) | 1989-02-23 | 1990-02-22 | Ｍｉｍ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2879747B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2733006B2 (ja) | 1993-07-27 | 1998-03-30 | 株式会社神戸製鋼所 | 半導体用電極及びその製造方法並びに半導体用電極膜形成用スパッタリングターゲット |
| JPH09105955A (ja) * | 1995-10-09 | 1997-04-22 | Ricoh Co Ltd | 液晶表示装置 |
-
1990
- 1990-02-22 JP JP4152790A patent/JP2879747B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02289828A (ja) | 1990-11-29 |
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