JP2940477B2 - 誘電体薄膜と透明導電膜との積層膜および誘電体薄膜を用いた薄膜ｅｌ素子 - Google Patents
誘電体薄膜と透明導電膜との積層膜および誘電体薄膜を用いた薄膜ｅｌ素子Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B33/00—Electroluminescent light sources
- H05B33/12—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
- H01B3/02—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances
- H01B3/10—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances metallic oxides
-
- H—ELECTRICITY
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- H05B33/00—Electroluminescent light sources
- H05B33/10—Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of electroluminescent light sources
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B33/00—Electroluminescent light sources
- H05B33/12—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
- H05B33/22—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of auxiliary dielectric or reflective layers
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種電子素子、表
示素子、調光素子などに利用される高い性能を有する誘
電体薄膜およびこの誘電体薄膜を用いた薄膜ＥＬ（エレ
クトロルミネッセンス）素子に関するものである。
示素子、調光素子などに利用される高い性能を有する誘
電体薄膜およびこの誘電体薄膜を用いた薄膜ＥＬ（エレ
クトロルミネッセンス）素子に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】本出願人は、単層で比
誘電率が高く、かつ透明導電膜であるＩＴＯ（IndiumTi
n Oxide ）と積層しても絶縁耐圧が低下しない誘電体薄
膜として、タンタルと錫の複合酸化膜（ＴａＳｎＯ膜）
で構成したものを先に出願した（特願平７ー２５７２４
号）。この複合酸化膜は、比誘電率が約２０と大きく、
ＩＴＯ上に成膜しても高い絶縁耐圧を示すものである。
この複合酸化膜は、ＥＬ素子の誘電体薄膜として用いる
ことができる。
誘電率が高く、かつ透明導電膜であるＩＴＯ（IndiumTi
n Oxide ）と積層しても絶縁耐圧が低下しない誘電体薄
膜として、タンタルと錫の複合酸化膜（ＴａＳｎＯ膜）
で構成したものを先に出願した（特願平７ー２５７２４
号）。この複合酸化膜は、比誘電率が約２０と大きく、
ＩＴＯ上に成膜しても高い絶縁耐圧を示すものである。
この複合酸化膜は、ＥＬ素子の誘電体薄膜として用いる
ことができる。
【０００３】本発明者等は、このＴａＳｎＯ膜を薄膜Ｅ
Ｌ素子の誘電体膜として使用すべく、一元スパッタ装置
を用いてさらに検討を進めたところ、ＩＴＯの電気抵抗
上昇防止効果および誘電特性に改善の余地があることを
見い出した。本発明は上記問題に鑑みたもので、誘電特
性、およびＩＴＯと積層した場合の電気抵抗上昇防止効
果をさらに改善することを目的とする。
Ｌ素子の誘電体膜として使用すべく、一元スパッタ装置
を用いてさらに検討を進めたところ、ＩＴＯの電気抵抗
上昇防止効果および誘電特性に改善の余地があることを
見い出した。本発明は上記問題に鑑みたもので、誘電特
性、およびＩＴＯと積層した場合の電気抵抗上昇防止効
果をさらに改善することを目的とする。
【０００４】
【発明の概要】上記目的を達成するため、本発明の誘電
体薄膜は、タンタルと、インジウムおよび錫の少なくと
も１種と、酸素と、窒素のそれぞれの元素からなり、ア
モルファス状態の薄膜（以下、本発明の誘電体薄膜を、
錫を用いた場合を例にとりＴａＳｎＯＮ膜とする）であ
ることを特徴としている。
体薄膜は、タンタルと、インジウムおよび錫の少なくと
も１種と、酸素と、窒素のそれぞれの元素からなり、ア
モルファス状態の薄膜（以下、本発明の誘電体薄膜を、
錫を用いた場合を例にとりＴａＳｎＯＮ膜とする）であ
ることを特徴としている。
【０００５】タンタルと、インジウムおよび錫の少なく
とも１種と、酸素からなる先に出願した誘電体薄膜に対
し、さらに窒素を含ませることにより、誘電特性をさら
に向上させることができる。なお、アモルファス状態の
薄膜とすることで、結晶粒界が原因となるリークや特性
のばらつきを抑えることができる。
とも１種と、酸素からなる先に出願した誘電体薄膜に対
し、さらに窒素を含ませることにより、誘電特性をさら
に向上させることができる。なお、アモルファス状態の
薄膜とすることで、結晶粒界が原因となるリークや特性
のばらつきを抑えることができる。
【０００６】また、上記ＴａＳｎＯＮ膜をＩＴＯに接し
て形成し、誘電体薄膜と透明導電膜との積層膜とした場
合には、ＩＴＯの電気抵抗の上昇を一層効果的に防止す
ることができる。これは、窒素が酸化タンタルの酸素空
孔を補完し、酸化タンタルとＩＴＯ間の酸素拡散を防い
でいるからであると考えられる。ここで、ＴａＳｎＯＮ
膜に含まれる窒素の原子割合を、０．５ａｔ％以上５．
０ａｔ％以下、あるいはインジウムおよび錫の少なくと
も１種の元素に対する窒素の原子数の比を、０．１以上
２０．０以下とすれば、望ましい誘電特性を得ることが
できる。
て形成し、誘電体薄膜と透明導電膜との積層膜とした場
合には、ＩＴＯの電気抵抗の上昇を一層効果的に防止す
ることができる。これは、窒素が酸化タンタルの酸素空
孔を補完し、酸化タンタルとＩＴＯ間の酸素拡散を防い
でいるからであると考えられる。ここで、ＴａＳｎＯＮ
膜に含まれる窒素の原子割合を、０．５ａｔ％以上５．
０ａｔ％以下、あるいはインジウムおよび錫の少なくと
も１種の元素に対する窒素の原子数の比を、０．１以上
２０．０以下とすれば、望ましい誘電特性を得ることが
できる。
【０００７】本発明は、上記ＴａＳｎＯＮ膜を薄膜ＥＬ
素子の絶縁層に用いたことを特徴としている。この場
合、ＴａＳｎＯＮ膜による絶縁層が高い比誘電率をもつ
ので、発光層にかかる分圧を上げることができ、発光開
始電圧を下げることができる。また、ＴａＳｎＯＮ膜が
高い絶縁破壊電界強度を有するので、薄膜ＥＬ素子とし
ての絶縁破壊電界強度を高めることができる。
素子の絶縁層に用いたことを特徴としている。この場
合、ＴａＳｎＯＮ膜による絶縁層が高い比誘電率をもつ
ので、発光層にかかる分圧を上げることができ、発光開
始電圧を下げることができる。また、ＴａＳｎＯＮ膜が
高い絶縁破壊電界強度を有するので、薄膜ＥＬ素子とし
ての絶縁破壊電界強度を高めることができる。
【０００８】また、この薄膜ＥＬ素子における透明電極
をＩＴＯにて形成し、絶縁層としてのＴａＳｎＯＮ膜を
ＩＴＯに接して形成することにより、ＩＴＯでの電気抵
抗の上昇を防止することができる。ＴａＳｎＯＮ膜は発
光層の上にそのまま形成してもよく、また発光層とＴａ
ＳｎＯＮ膜との間にＳｉＮｘ膜又はＳｉＯＮ膜を介在さ
せてもよい。そのような膜を介在させた場合、発光開始
電圧の変化を抑制することができるという効果を有す
る。
をＩＴＯにて形成し、絶縁層としてのＴａＳｎＯＮ膜を
ＩＴＯに接して形成することにより、ＩＴＯでの電気抵
抗の上昇を防止することができる。ＴａＳｎＯＮ膜は発
光層の上にそのまま形成してもよく、また発光層とＴａ
ＳｎＯＮ膜との間にＳｉＮｘ膜又はＳｉＯＮ膜を介在さ
せてもよい。そのような膜を介在させた場合、発光開始
電圧の変化を抑制することができるという効果を有す
る。
【０００９】また、ＩＴＯの上にパッシベーション膜を
形成する場合、その膜をＴａＳｎＯＮ膜とすることがで
きる。この場合、ＴａＳｎＯＮ膜により防湿効果を得る
とともに、ＩＴＯの電気抵抗の上昇を防ぐことができ
る。上記した薄膜ＥＬ素子における誘電体薄膜は、酸化
タンタルと、酸化インジウムおよび酸化錫の少なくとも
１つをスパッタリングターゲットとして、アルゴンと酸
素と窒素を含む混合ガス雰囲気中でスパッタリングする
ことにより形成することができる。
形成する場合、その膜をＴａＳｎＯＮ膜とすることがで
きる。この場合、ＴａＳｎＯＮ膜により防湿効果を得る
とともに、ＩＴＯの電気抵抗の上昇を防ぐことができ
る。上記した薄膜ＥＬ素子における誘電体薄膜は、酸化
タンタルと、酸化インジウムおよび酸化錫の少なくとも
１つをスパッタリングターゲットとして、アルゴンと酸
素と窒素を含む混合ガス雰囲気中でスパッタリングする
ことにより形成することができる。
【００１０】この場合、スパッタリングターゲットとし
て、酸化タンタルと、酸化インジウムおよび酸化錫の少
なくとも１つを混合し、焼結して一体となした混合焼結
ターゲットを用いることにより、一元スパッタ装置を用
いて薄膜ＥＬ素子の製造を容易にすることができる。ま
た、スパッタリング時の混合ガス雰囲気の圧力を０．３
Ｐａ以下にすることにより高性能のＴａＳｎＯＮ膜を高
速に得ることができる。なお、その圧力が非常に低くな
ると、安定なプラズマを得ることが困難になるため、
０．０５Ｐａ以上の圧力とするのが好ましい。
て、酸化タンタルと、酸化インジウムおよび酸化錫の少
なくとも１つを混合し、焼結して一体となした混合焼結
ターゲットを用いることにより、一元スパッタ装置を用
いて薄膜ＥＬ素子の製造を容易にすることができる。ま
た、スパッタリング時の混合ガス雰囲気の圧力を０．３
Ｐａ以下にすることにより高性能のＴａＳｎＯＮ膜を高
速に得ることができる。なお、その圧力が非常に低くな
ると、安定なプラズマを得ることが困難になるため、
０．０５Ｐａ以上の圧力とするのが好ましい。
【００１１】また、ＴａＳｎＯＮ膜をＩＴＯの上に形成
することにより、ＩＴＯの電気抵抗の上昇を防ぐことが
できる。この場合、混合ガス中の窒素ガスの体積割合を
５％以上とすることにより、適正な窒素原子の量を含ま
せることができ、誘電特性に優れ、かつＩＴＯの抵抗上
昇を低減させることができる。さらに、酸素ガスの体積
割合を、窒素ガスの体積割合を超えないようにすること
により、ＩＴＯの電気抵抗の上昇を防ぐことができる。
但し、その混合ガス中の酸素ガスと窒素ガスの合計の体
積割合を５０％以上とすると、安定したプラズマ放電が
維持できないため、これらのガスの体積割合を５０％未
満とする必要がある。
することにより、ＩＴＯの電気抵抗の上昇を防ぐことが
できる。この場合、混合ガス中の窒素ガスの体積割合を
５％以上とすることにより、適正な窒素原子の量を含ま
せることができ、誘電特性に優れ、かつＩＴＯの抵抗上
昇を低減させることができる。さらに、酸素ガスの体積
割合を、窒素ガスの体積割合を超えないようにすること
により、ＩＴＯの電気抵抗の上昇を防ぐことができる。
但し、その混合ガス中の酸素ガスと窒素ガスの合計の体
積割合を５０％以上とすると、安定したプラズマ放電が
維持できないため、これらのガスの体積割合を５０％未
満とする必要がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。 （第１実施形態）図１は、誘電体薄膜の性能測定用のサ
ンプル１００の模式的な断面図である。無アルカリガラ
スからなる絶縁基板１上に、ＩＴＯからなる下部電極
２、絶縁層３、アルミニウム（Ａｌ）からなる上部電極
４を順次積層形成してサンプル１００を構成している。
について説明する。 （第１実施形態）図１は、誘電体薄膜の性能測定用のサ
ンプル１００の模式的な断面図である。無アルカリガラ
スからなる絶縁基板１上に、ＩＴＯからなる下部電極
２、絶縁層３、アルミニウム（Ａｌ）からなる上部電極
４を順次積層形成してサンプル１００を構成している。
【００１３】また、図２はＩＴＯの抵抗上昇を確認する
ためのサンプル２００の斜視図である。絶縁基板１上
に、ＩＴＯからなるストライプ状の電極５および絶縁層
３を成膜してサンプル２００を構成している。そして、
絶縁層３の種類による効果の確認を行うため、絶縁層３
として次の３種類の絶縁層ａ〜ｃを形成し、それらにつ
いて比較を行った。
ためのサンプル２００の斜視図である。絶縁基板１上
に、ＩＴＯからなるストライプ状の電極５および絶縁層
３を成膜してサンプル２００を構成している。そして、
絶縁層３の種類による効果の確認を行うため、絶縁層３
として次の３種類の絶縁層ａ〜ｃを形成し、それらにつ
いて比較を行った。
【００１４】絶縁層ａは、酸化タンタル誘電体膜（Ｔａ
2 Ｏ5 膜）である。このＴａ2 Ｏ5膜は次のようにして
形成される。ガラス基板１を３００℃に加熱・保持し、
成膜室内の圧力を１．０×１０-4Ｐａ以下に排気する。
その後、アルゴン（Ａｒ）＋３０％酸素（Ｏ2 ）よりな
る混合ガスを成膜室に導入し、ガスの圧力を０．２Ｐａ
に保持し、２ＫＷの高周波電力でスパッタリングを行
う。この時、スパッタターゲットは酸化タンタル（Ｔａ
2 Ｏ5 ）１００％の焼結ターゲットを用いる。形成した
膜の厚さは４００ｎｍである。
2 Ｏ5 膜）である。このＴａ2 Ｏ5膜は次のようにして
形成される。ガラス基板１を３００℃に加熱・保持し、
成膜室内の圧力を１．０×１０-4Ｐａ以下に排気する。
その後、アルゴン（Ａｒ）＋３０％酸素（Ｏ2 ）よりな
る混合ガスを成膜室に導入し、ガスの圧力を０．２Ｐａ
に保持し、２ＫＷの高周波電力でスパッタリングを行
う。この時、スパッタターゲットは酸化タンタル（Ｔａ
2 Ｏ5 ）１００％の焼結ターゲットを用いる。形成した
膜の厚さは４００ｎｍである。
【００１５】絶縁層ｂは、錫−タンタル−酸素からなる
誘電体膜（ＴａＳｎＯ膜）である。このＴａＳｎＯ膜は
次のようにして形成される。ガラス基板１を３００℃に
加熱・保持し、成膜室内の圧力を１．０×１０-4Ｐａ以
下に排気する。その後、アルゴン（Ａｒ）＋３０％酸素
（Ｏ2 ）よりなる混合ガスを成膜室に導入し、ガスの圧
力を０．２Ｐａに保持し、２ＫＷの高周波電力でスパッ
タリングを行う。この時、スパッタターゲットは酸化タ
ンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）中に１０ｍｏｌ％の酸化錫（Ｓｎ
Ｏ2 ）を混ぜた混合焼結ターゲットを用い、一元スパッ
タを行う。形成した膜の厚さは４００ｎｍである。
誘電体膜（ＴａＳｎＯ膜）である。このＴａＳｎＯ膜は
次のようにして形成される。ガラス基板１を３００℃に
加熱・保持し、成膜室内の圧力を１．０×１０-4Ｐａ以
下に排気する。その後、アルゴン（Ａｒ）＋３０％酸素
（Ｏ2 ）よりなる混合ガスを成膜室に導入し、ガスの圧
力を０．２Ｐａに保持し、２ＫＷの高周波電力でスパッ
タリングを行う。この時、スパッタターゲットは酸化タ
ンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）中に１０ｍｏｌ％の酸化錫（Ｓｎ
Ｏ2 ）を混ぜた混合焼結ターゲットを用い、一元スパッ
タを行う。形成した膜の厚さは４００ｎｍである。
【００１６】絶縁層ｃは、錫−タンタル−酸素−窒素か
らなる誘電体膜（ＴａＳｎＯＮ膜）である。このＴａＳ
ｎＯＮ膜を形成するためスパッタ雰囲気に窒素ガスを導
入する。具体的には次のようにして形成される。ガラス
基板１を３００℃に加熱・保持し、成膜室内の圧力を
１．０×１０-4Ｐａ以下に排気する。その後、アルゴン
（Ａｒ）＋２０％窒素（Ｎ2 ）＋５％酸素（Ｏ2 ）より
なる混合ガスを成膜室に導入し、ガスの圧力を０．２Ｐ
ａに保持し、２ＫＷの高周波電力でスパッタリングを行
う。この時、スパッタターゲットは酸化タンタル（Ｔａ
2 Ｏ5 ）中に１０ｍｏｌ％の酸化錫（ＳｎＯ2 ）を混ぜ
た混合焼結ターゲットを用い、一元スパッタを行う。形
成した膜の厚さは４００ｎｍである。このようにして得
られたＴａＳｎＯＮ膜は、Ｘ線回折の測定結果からアモ
ルファス状態であることがわかった。
らなる誘電体膜（ＴａＳｎＯＮ膜）である。このＴａＳ
ｎＯＮ膜を形成するためスパッタ雰囲気に窒素ガスを導
入する。具体的には次のようにして形成される。ガラス
基板１を３００℃に加熱・保持し、成膜室内の圧力を
１．０×１０-4Ｐａ以下に排気する。その後、アルゴン
（Ａｒ）＋２０％窒素（Ｎ2 ）＋５％酸素（Ｏ2 ）より
なる混合ガスを成膜室に導入し、ガスの圧力を０．２Ｐ
ａに保持し、２ＫＷの高周波電力でスパッタリングを行
う。この時、スパッタターゲットは酸化タンタル（Ｔａ
2 Ｏ5 ）中に１０ｍｏｌ％の酸化錫（ＳｎＯ2 ）を混ぜ
た混合焼結ターゲットを用い、一元スパッタを行う。形
成した膜の厚さは４００ｎｍである。このようにして得
られたＴａＳｎＯＮ膜は、Ｘ線回折の測定結果からアモ
ルファス状態であることがわかった。
【００１７】図３に、サンプル２００におけるＩＴＯの
両端の抵抗値を示す。この図３から分かるように、Ｔａ
2 Ｏ5 膜（絶縁層ａ）およびＴａＳｎＯ膜（絶縁層ｂ）
ではＩＴＯの抵抗が上昇しているが、窒素雰囲気中でス
パッタを行ったＴａＳｎＯＮ膜（絶縁膜ｃ）ではＩＴＯ
の抵抗上昇は見られない。窒素がＩＴＯの抵抗上昇防止
に役立つ理由としては、窒素が酸化タンタルの酸素空孔
を補完し、酸化タンタルとＩＴＯ間の酸素拡散を防いで
いるからであると考えられる。
両端の抵抗値を示す。この図３から分かるように、Ｔａ
2 Ｏ5 膜（絶縁層ａ）およびＴａＳｎＯ膜（絶縁層ｂ）
ではＩＴＯの抵抗が上昇しているが、窒素雰囲気中でス
パッタを行ったＴａＳｎＯＮ膜（絶縁膜ｃ）ではＩＴＯ
の抵抗上昇は見られない。窒素がＩＴＯの抵抗上昇防止
に役立つ理由としては、窒素が酸化タンタルの酸素空孔
を補完し、酸化タンタルとＩＴＯ間の酸素拡散を防いで
いるからであると考えられる。
【００１８】図４に、サンプル１００における誘電特性
を示す。ここでは、誘電体膜の性能比較として、誘電体
膜が絶縁破壊を起こす直前での単位面積あたりの蓄積電
荷量（以下、最大蓄積電荷量という）で比較する。最大
蓄積電荷量が大きいほど、高性能の誘電体膜であると言
うことができる。この測定は１ＫＨｚの正弦波を用いて
行い、Sawyer-Tower回路で電圧−蓄積電荷量特性を測定
する。
を示す。ここでは、誘電体膜の性能比較として、誘電体
膜が絶縁破壊を起こす直前での単位面積あたりの蓄積電
荷量（以下、最大蓄積電荷量という）で比較する。最大
蓄積電荷量が大きいほど、高性能の誘電体膜であると言
うことができる。この測定は１ＫＨｚの正弦波を用いて
行い、Sawyer-Tower回路で電圧−蓄積電荷量特性を測定
する。
【００１９】この図４より、ＴａＳｎＯ膜（絶縁層ｂ）
は従来のＴａ2 Ｏ5 膜（絶縁層ａ）と比較して高い性能
を示すが、窒素雰囲気中でスパッタを行ったＴａＳｎＯ
Ｎ膜（絶縁膜ｃ）はさらに高い性能を示していることが
分かる。ＴａＳｎＯを窒素含有雰囲気中でスパッタリン
グによってＴａＳｎＯＮ膜として成膜した場合は、図４
からわかるように膜の特性改善に極めて有効である。そ
の場合、測定に用いた複数のサンプル間で特性のばらつ
きも低減されていた。
は従来のＴａ2 Ｏ5 膜（絶縁層ａ）と比較して高い性能
を示すが、窒素雰囲気中でスパッタを行ったＴａＳｎＯ
Ｎ膜（絶縁膜ｃ）はさらに高い性能を示していることが
分かる。ＴａＳｎＯを窒素含有雰囲気中でスパッタリン
グによってＴａＳｎＯＮ膜として成膜した場合は、図４
からわかるように膜の特性改善に極めて有効である。そ
の場合、測定に用いた複数のサンプル間で特性のばらつ
きも低減されていた。
【００２０】また、図示していないが、酸化錫を添加し
ていない酸化タンタルを窒素を含んだ雰囲気中でスパッ
タリングを行ったものでは、特性のばらつきは低減され
るものの、性能の大幅な向上は見られなかった。なお、
Ｔａ2 Ｏ5 膜（絶縁層ａ）、ＴａＳｎＯ膜（絶縁層
ｂ）、ＴａＳｎＯＮ膜（絶縁膜ｃ）の最大蓄積電荷量
は、図４からそれぞれ約２．５、約４．５、約６．０
［μＣ／ｃｍ2 ］であり、酸化錫を添加していない酸化
タンタルを窒素を含んだ雰囲気中でスパッタリングを行
った場合には、図４中には示してないが約２．８［μＣ
／ｃｍ2 ］であった。
ていない酸化タンタルを窒素を含んだ雰囲気中でスパッ
タリングを行ったものでは、特性のばらつきは低減され
るものの、性能の大幅な向上は見られなかった。なお、
Ｔａ2 Ｏ5 膜（絶縁層ａ）、ＴａＳｎＯ膜（絶縁層
ｂ）、ＴａＳｎＯＮ膜（絶縁膜ｃ）の最大蓄積電荷量
は、図４からそれぞれ約２．５、約４．５、約６．０
［μＣ／ｃｍ2 ］であり、酸化錫を添加していない酸化
タンタルを窒素を含んだ雰囲気中でスパッタリングを行
った場合には、図４中には示してないが約２．８［μＣ
／ｃｍ2 ］であった。
【００２１】従って、Ｔａ2 Ｏ5 に窒素を入れた場合に
は、約０．３［μＣ／ｃｍ2 ］の向上効果があるのに対
し、ＴａＳｎＯに窒素を入れた場合には、約１．５［μ
Ｃ／ｃｍ2 ］の向上効果があり、錫と窒素の相乗効果に
より、誘電特性が一層向上していることが分かる。本実
施形態においては、タンタルと錫原子の総量を１００％
とした時、錫原子の総量、すなわち錫濃度を３．７ａｔ
％としている。この錫濃度は、先に出願した特願平７ー
２５７２４号に示すものと同様、５５ａｔ％以下、望ま
しくは０．４ａｔ％〜４５ａｔ％がよい。なお、混合焼
結ターゲットによる一元スパッタリングを行った場合、
錫濃度が、ターゲット中の錫濃度よりも約１割減少する
ので、混合焼結ターゲット中の錫濃度は０．５ａｔ％〜
５０ａｔ％であることが望ましい。
は、約０．３［μＣ／ｃｍ2 ］の向上効果があるのに対
し、ＴａＳｎＯに窒素を入れた場合には、約１．５［μ
Ｃ／ｃｍ2 ］の向上効果があり、錫と窒素の相乗効果に
より、誘電特性が一層向上していることが分かる。本実
施形態においては、タンタルと錫原子の総量を１００％
とした時、錫原子の総量、すなわち錫濃度を３．７ａｔ
％としている。この錫濃度は、先に出願した特願平７ー
２５７２４号に示すものと同様、５５ａｔ％以下、望ま
しくは０．４ａｔ％〜４５ａｔ％がよい。なお、混合焼
結ターゲットによる一元スパッタリングを行った場合、
錫濃度が、ターゲット中の錫濃度よりも約１割減少する
ので、混合焼結ターゲット中の錫濃度は０．５ａｔ％〜
５０ａｔ％であることが望ましい。
【００２２】図５に、スパッタリング時の雰囲気ガスの
圧力と、誘電特性および成膜レートとの関係を示す。雰
囲気ガスとしてはアルゴン（Ａｒ）＋２０％窒素（Ｎ
2 ）＋５％酸素（Ｏ2 ）よりなる混合ガスを用い、２Ｋ
Ｗの高周波電力でスパッタリングを行う。この時、スパ
ッタターゲットは酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）中に１０
ｍｏｌ％の酸化錫（ＳｎＯ2 ）を混ぜた混合焼結ターゲ
ットを用いる。なお、図中の矢印は、図中の特性が左右
の軸に対するものであることを示している。
圧力と、誘電特性および成膜レートとの関係を示す。雰
囲気ガスとしてはアルゴン（Ａｒ）＋２０％窒素（Ｎ
2 ）＋５％酸素（Ｏ2 ）よりなる混合ガスを用い、２Ｋ
Ｗの高周波電力でスパッタリングを行う。この時、スパ
ッタターゲットは酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）中に１０
ｍｏｌ％の酸化錫（ＳｎＯ2 ）を混ぜた混合焼結ターゲ
ットを用いる。なお、図中の矢印は、図中の特性が左右
の軸に対するものであることを示している。
【００２３】この図５のグラフから分かるように、低ガ
ス圧力下でスパッタリングを行うことによって、より高
性能のＴａＳｎＯ膜を高速に得ることができ、特に０．
３Ｐａ以下の圧力でスパッタリングを行う場合にその効
果が顕著にあらわれ、同時に誘電性能も高くなってい
る。なお、スパッタリング時の雰囲気ガスの圧力が非常
に低くなると、安定なプラズマを得ることが困難になる
ため、０．０５Ｐａ以上の圧力下でスパッタリングを行
うことがより好ましい。
ス圧力下でスパッタリングを行うことによって、より高
性能のＴａＳｎＯ膜を高速に得ることができ、特に０．
３Ｐａ以下の圧力でスパッタリングを行う場合にその効
果が顕著にあらわれ、同時に誘電性能も高くなってい
る。なお、スパッタリング時の雰囲気ガスの圧力が非常
に低くなると、安定なプラズマを得ることが困難になる
ため、０．０５Ｐａ以上の圧力下でスパッタリングを行
うことがより好ましい。
【００２４】図６に、ＴａＳｎＯＮ膜を形成する際のス
パッタガス中の窒素量と、ＩＴＯの抵抗変化およびＴａ
ＳｎＯＮ膜の最大蓄積電荷量との関係を示す。このグラ
フから分かるように、窒素が５％以上の時、ＩＴＯの抵
抗上昇が小さく、かつ誘電性能が高くなっている。な
お、スパッタガス中の酸素量が窒素量を超えた場合、十
分にＩＴＯの抵抗が下がらないことがあるため、酸素量
は窒素量を超えないように制御することが望ましい。ま
た、スパッタガス中のアルゴン分圧が低いと成膜レート
が下がり、安定な放電を長時間持続し得ないため、アル
ゴンの体積割合を５０％以上、より好ましくは６０％以
上にすべきである。これは特に、０．３Ｐａ以下の低圧
力下でのスパッタリングには顕著であり、アルゴン分圧
が十分でないと放電が停止してしまう恐れが大きい。ま
た、スパッタガス中に酸素を全く導入しない場合には、
酸素欠損が原因の膜の黒色化が見られる場合があるため
に、微量でも酸素をスパッタガス中に導入する必要があ
る。
パッタガス中の窒素量と、ＩＴＯの抵抗変化およびＴａ
ＳｎＯＮ膜の最大蓄積電荷量との関係を示す。このグラ
フから分かるように、窒素が５％以上の時、ＩＴＯの抵
抗上昇が小さく、かつ誘電性能が高くなっている。な
お、スパッタガス中の酸素量が窒素量を超えた場合、十
分にＩＴＯの抵抗が下がらないことがあるため、酸素量
は窒素量を超えないように制御することが望ましい。ま
た、スパッタガス中のアルゴン分圧が低いと成膜レート
が下がり、安定な放電を長時間持続し得ないため、アル
ゴンの体積割合を５０％以上、より好ましくは６０％以
上にすべきである。これは特に、０．３Ｐａ以下の低圧
力下でのスパッタリングには顕著であり、アルゴン分圧
が十分でないと放電が停止してしまう恐れが大きい。ま
た、スパッタガス中に酸素を全く導入しない場合には、
酸素欠損が原因の膜の黒色化が見られる場合があるため
に、微量でも酸素をスパッタガス中に導入する必要があ
る。
【００２５】次に、ＴａＳｎＯＮ膜の膜組成、特に膜中
の窒素濃度と誘電特性の関係を調査した結果について説
明する。調査用サンプルとしては、図１に示す性能測定
用サンプル１００を用いた。この場合、上記した絶縁層
１ｃと同様、ガラス基板１を３００℃に加熱・保持し、
酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）中に１０ｍｏｌ％の酸化錫
（ＳｎＯ2 ）を混ぜた混合焼結ターゲットを用い、アル
ゴン（Ａｒ）、酸素（Ｏ2 ）、窒素（Ｎ2 ）を調整した
混合ガスを成膜室に導入し、ガスの圧力を０．２Ｐａに
保持し、２ＫＷの高周波電力でスパッタリングして、Ｔ
ａＳｎＯＮ膜を形成した。
の窒素濃度と誘電特性の関係を調査した結果について説
明する。調査用サンプルとしては、図１に示す性能測定
用サンプル１００を用いた。この場合、上記した絶縁層
１ｃと同様、ガラス基板１を３００℃に加熱・保持し、
酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）中に１０ｍｏｌ％の酸化錫
（ＳｎＯ2 ）を混ぜた混合焼結ターゲットを用い、アル
ゴン（Ａｒ）、酸素（Ｏ2 ）、窒素（Ｎ2 ）を調整した
混合ガスを成膜室に導入し、ガスの圧力を０．２Ｐａに
保持し、２ＫＷの高周波電力でスパッタリングして、Ｔ
ａＳｎＯＮ膜を形成した。
【００２６】このとき、導入ガスは、アルゴン流量３０
ｓｃｃｍ、酸素流量５ｓｃｃｍを固定し、窒素流量を０
〜３０ｓｃｃｍまで５ｓｃｃｍ刻みで変化させ、（ア）
〜（キ）の７水準のサンプルを用意した。組成の分析
は、島津製作所製のＥＰＭＡ８７０５を用いて、タンタ
ル（Ｔａ）、錫（Ｓｎ）、酸素（Ｏ）、および窒素
（Ｎ）の各元素について、表１の条件で行った。
ｓｃｃｍ、酸素流量５ｓｃｃｍを固定し、窒素流量を０
〜３０ｓｃｃｍまで５ｓｃｃｍ刻みで変化させ、（ア）
〜（キ）の７水準のサンプルを用意した。組成の分析
は、島津製作所製のＥＰＭＡ８７０５を用いて、タンタ
ル（Ｔａ）、錫（Ｓｎ）、酸素（Ｏ）、および窒素
（Ｎ）の各元素について、表１の条件で行った。
【００２７】
【表１】
【００２８】なお、窒素流量が１５ｓｃｃｍ以下、特に
１０ｓｃｃｍ以下の場合、ＥＰＭＡでの窒素検出が困難
であるため、ＥＰＭＡより高感度であるＳＩＭＳを用い
て、窒素の分析調査を行った。ここで、ＳＩＭＳの分析
に当たっては、イオン注入試料を用いた定量化手法（例
えば、「Secondary Ion Mass Spectrometry 」著者 R.
G.Wilson, F.a.Stevie,C.W.Mageeのｐ３．１−１〜ｐ
３．１−２に記載）により、窒素の定量化を行った。定
量化のための標準試料としては、窒素を全く流さないガ
ス雰囲気中で成膜したサンプル（ア）に対し、窒素を加
速電圧１４０ＫｅＶでイオン注入して、総ドーズ量が
１．０×１０15／ｃｍ2 となるサンプルを用いた。
１０ｓｃｃｍ以下の場合、ＥＰＭＡでの窒素検出が困難
であるため、ＥＰＭＡより高感度であるＳＩＭＳを用い
て、窒素の分析調査を行った。ここで、ＳＩＭＳの分析
に当たっては、イオン注入試料を用いた定量化手法（例
えば、「Secondary Ion Mass Spectrometry 」著者 R.
G.Wilson, F.a.Stevie,C.W.Mageeのｐ３．１−１〜ｐ
３．１−２に記載）により、窒素の定量化を行った。定
量化のための標準試料としては、窒素を全く流さないガ
ス雰囲気中で成膜したサンプル（ア）に対し、窒素を加
速電圧１４０ＫｅＶでイオン注入して、総ドーズ量が
１．０×１０15／ｃｍ2 となるサンプルを用いた。
【００２９】なお、ＳＩＭＳの分析には、ＣＡＭＥＣＡ
社（仏）製のＩＭＳ−４Ｆを用い、表２の分析条件で、
上記（ア）〜（キ）の７サンプルを測定した。
社（仏）製のＩＭＳ−４Ｆを用い、表２の分析条件で、
上記（ア）〜（キ）の７サンプルを測定した。
【００３０】
【表２】
【００３１】このようにして分析調査した結果を図７に
示す。この図７に示す結果から、ＴａＳｎＯＮ膜に含ま
れる窒素原子の割合（ａｔ％）と性能指数（＝最大蓄積
電荷量）の関係は図８に示すようになる。この図におい
て、左から順に（ア）〜（キ）のサンプルがプロットさ
れており、ＴａＳｎＯＮ膜に含まれる窒素原子の割合が
０．５ａｔ％以上５．０ａｔ％以下のときに、極めて高
い性能指数を示していることが分かる。
示す。この図７に示す結果から、ＴａＳｎＯＮ膜に含ま
れる窒素原子の割合（ａｔ％）と性能指数（＝最大蓄積
電荷量）の関係は図８に示すようになる。この図におい
て、左から順に（ア）〜（キ）のサンプルがプロットさ
れており、ＴａＳｎＯＮ膜に含まれる窒素原子の割合が
０．５ａｔ％以上５．０ａｔ％以下のときに、極めて高
い性能指数を示していることが分かる。
【００３２】ここで、ＴａＳｎＯＮ膜に含まれる窒素原
子の割合が０．５ａｔ％より少ない場合は、窒素元素が
不足していて、望ましい誘電特性が得られず、また、窒
素原子の割合が５．０ａｔ％を超えると、錫（Ｓｎ）が
構造中に入りにくくなり、これにより誘電特性の向上効
果が小さくなるためと考えられる。また、図７に示す結
果から、ＴａＳｎＯＮ膜中の窒素（Ｎ）と錫（Ｓｎ）の
割合（Ｎ／Ｓｎ）と性能指数の関係は図９に示すように
なる。この図において、横軸は対数目盛りであり、左か
ら順に（ア）〜（キ）のサンプルがプロットされてい
る。
子の割合が０．５ａｔ％より少ない場合は、窒素元素が
不足していて、望ましい誘電特性が得られず、また、窒
素原子の割合が５．０ａｔ％を超えると、錫（Ｓｎ）が
構造中に入りにくくなり、これにより誘電特性の向上効
果が小さくなるためと考えられる。また、図７に示す結
果から、ＴａＳｎＯＮ膜中の窒素（Ｎ）と錫（Ｓｎ）の
割合（Ｎ／Ｓｎ）と性能指数の関係は図９に示すように
なる。この図において、横軸は対数目盛りであり、左か
ら順に（ア）〜（キ）のサンプルがプロットされてい
る。
【００３３】この図９に示す結果から分かるように、Ｎ
／Ｓｎを０．１以上２０．０以下とすれば、高い性能指
数を得ることができる。なお、上述したした実施形態で
は添加物として錫を用いるものについて説明したが、イ
ンジウム（Ｉｎ）を添加物として用いた場合、あるいは
錫およびインジウムを添加物として用いた場合でも同様
の効果を得ることができる。 （第２実施形態）図１０に、第１実施形態で示したＴａ
ＳｎＯＮ膜を薄膜ＥＬ素子の誘電体膜に用いた場合の模
式的な断面構成を示す。
／Ｓｎを０．１以上２０．０以下とすれば、高い性能指
数を得ることができる。なお、上述したした実施形態で
は添加物として錫を用いるものについて説明したが、イ
ンジウム（Ｉｎ）を添加物として用いた場合、あるいは
錫およびインジウムを添加物として用いた場合でも同様
の効果を得ることができる。 （第２実施形態）図１０に、第１実施形態で示したＴａ
ＳｎＯＮ膜を薄膜ＥＬ素子の誘電体膜に用いた場合の模
式的な断面構成を示す。
【００３４】薄膜ＥＬ素子３００は、無アルカリガラス
からなる絶縁基板１１上に、光学的に透明なＩＴＯから
なる第１透明電極（第１電極）１２、光学的に透明なＴ
ａＳｎＯＮからなる第１絶縁層１３、テルビウム（Ｔ
ｂ）が添加された硫化亜鉛（ＺｎＳ）からなる発光層１
４、光学的に透明なＴａＳｎＯＮからなる第２絶縁層１
５、光学的に透明なＩＴＯからなる第２透明電極（第２
電極）１６が順次積層形成されている。
からなる絶縁基板１１上に、光学的に透明なＩＴＯから
なる第１透明電極（第１電極）１２、光学的に透明なＴ
ａＳｎＯＮからなる第１絶縁層１３、テルビウム（Ｔ
ｂ）が添加された硫化亜鉛（ＺｎＳ）からなる発光層１
４、光学的に透明なＴａＳｎＯＮからなる第２絶縁層１
５、光学的に透明なＩＴＯからなる第２透明電極（第２
電極）１６が順次積層形成されている。
【００３５】この薄膜ＥＬ素子３００の製造方法につい
て説明する。まず、無アルカリガラス基板１１上に第１
電極１２を形成する。具体的には、ガラス基板を３５０
℃に加熱・保持し、スパッタガスとしてアルゴン（Ａ
ｒ）と酸素（Ｏ2 ）よりなる混合ガスを成膜室に導入
し、ガス圧力を０．４６Ｐａに保持し、３．２ＫＷのＤ
Ｃパワーでスパッタリングを行う。この時、スパッタリ
ングターゲットは酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）中に酸
化錫（ＳｎＯ2 ）を混ぜた混合焼結ターゲットを用い、
２００ｎｍの厚さに成膜する。
て説明する。まず、無アルカリガラス基板１１上に第１
電極１２を形成する。具体的には、ガラス基板を３５０
℃に加熱・保持し、スパッタガスとしてアルゴン（Ａ
ｒ）と酸素（Ｏ2 ）よりなる混合ガスを成膜室に導入
し、ガス圧力を０．４６Ｐａに保持し、３．２ＫＷのＤ
Ｃパワーでスパッタリングを行う。この時、スパッタリ
ングターゲットは酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）中に酸
化錫（ＳｎＯ2 ）を混ぜた混合焼結ターゲットを用い、
２００ｎｍの厚さに成膜する。
【００３６】その後、その膜をフォトリソグラフィ工程
によって所望の電極パターンに加工する。その際のエッ
チング液としては塩酸（ＨＣｌ）と塩化第二鉄（ＦｅＣ
ｌ3）を主成分とした溶液を用いる。この第１電極１２
上に、ＴａＳｎＯＮからなる第１絶縁層１３をスパッタ
法により形成する。
によって所望の電極パターンに加工する。その際のエッ
チング液としては塩酸（ＨＣｌ）と塩化第二鉄（ＦｅＣ
ｌ3）を主成分とした溶液を用いる。この第１電極１２
上に、ＴａＳｎＯＮからなる第１絶縁層１３をスパッタ
法により形成する。
【００３７】具体的には、薄膜ＥＬ素子３００ではガラ
ス基板を３００℃に加熱・保持し、成膜室内の圧力を
１．０×１０-4Ｐａ以下に排気する。その後、アルゴン
（Ａｒ）＋２０％窒素（Ｎ2 ）＋５％酸素（Ｏ2 ）より
なる混合ガスを成膜室に導入し、ガスの圧力を０．２Ｐ
ａに保持し、２ＫＷの高周波電力でスパッタリングを行
う。この時、スパッタターゲットは酸化タンタル（Ｔａ
2 Ｏ5 ）中に１０ｍｏｌ％の酸化錫（ＳｎＯ2 ）を混ぜ
た混合焼結ターゲットを用い、一元スパッタを行う。形
成した膜の厚さは４００ｎｍである。
ス基板を３００℃に加熱・保持し、成膜室内の圧力を
１．０×１０-4Ｐａ以下に排気する。その後、アルゴン
（Ａｒ）＋２０％窒素（Ｎ2 ）＋５％酸素（Ｏ2 ）より
なる混合ガスを成膜室に導入し、ガスの圧力を０．２Ｐ
ａに保持し、２ＫＷの高周波電力でスパッタリングを行
う。この時、スパッタターゲットは酸化タンタル（Ｔａ
2 Ｏ5 ）中に１０ｍｏｌ％の酸化錫（ＳｎＯ2 ）を混ぜ
た混合焼結ターゲットを用い、一元スパッタを行う。形
成した膜の厚さは４００ｎｍである。
【００３８】この第１絶縁層１３上に、硫化亜鉛（Ｚｎ
Ｓ）を母体材料として発光中心としてテルビウム（Ｔ
ｂ）を添加した硫化亜鉛：テルビウム（ＺｎＳ：Ｔｂ）
発光層１４をスパッタにより形成する。具体的には、ガ
ラス基板の温度を２５０℃に保持し、スパッタ装置内を
１．０×１０-4Ｐａ以下に排気する。その後アルゴン
（Ａｒ）およびヘリウム（Ｈｅ）からなる混合ガスを成
膜室に導入し、ガスの圧力を３．０Ｐａ、２．２ＫＷの
高周波電力でスパッタリングを行う。形成する膜の厚さ
は５００ｎｍである。その後、真空中で５００℃の熱処
理を行う。
Ｓ）を母体材料として発光中心としてテルビウム（Ｔ
ｂ）を添加した硫化亜鉛：テルビウム（ＺｎＳ：Ｔｂ）
発光層１４をスパッタにより形成する。具体的には、ガ
ラス基板の温度を２５０℃に保持し、スパッタ装置内を
１．０×１０-4Ｐａ以下に排気する。その後アルゴン
（Ａｒ）およびヘリウム（Ｈｅ）からなる混合ガスを成
膜室に導入し、ガスの圧力を３．０Ｐａ、２．２ＫＷの
高周波電力でスパッタリングを行う。形成する膜の厚さ
は５００ｎｍである。その後、真空中で５００℃の熱処
理を行う。
【００３９】この発光層１４上に、ＴａＳｎＯＮからな
る第２絶縁層１５を第１絶縁層１３と同一の方法で４０
０ｎｍ形成し、この第２絶縁層１５上にＩＴＯよりなる
第２透明電極１６を第１電極１２と同一の方法で２００
ｎｍ成膜する。上記のようにして製造された薄膜ＥＬ素
子３００に対し、絶縁層１３、１５を酸化窒化珪素（Ｓ
ｉＯＮ）にて形成した薄膜ＥＬ素子を作製して、両者の
性能比較を行った。
る第２絶縁層１５を第１絶縁層１３と同一の方法で４０
０ｎｍ形成し、この第２絶縁層１５上にＩＴＯよりなる
第２透明電極１６を第１電極１２と同一の方法で２００
ｎｍ成膜する。上記のようにして製造された薄膜ＥＬ素
子３００に対し、絶縁層１３、１５を酸化窒化珪素（Ｓ
ｉＯＮ）にて形成した薄膜ＥＬ素子を作製して、両者の
性能比較を行った。
【００４０】両薄膜ＥＬ素子について、１ＫＨｚの正弦
波電圧を印加して駆動した時の発光輝度特性を図１１に
示す。グラフ中の破線はＴａＳｎＯＮを絶縁層とした薄
膜ＥＬ素子３００の特性を示し、実線はＳｉＯＮを絶縁
層とした薄膜ＥＬ素子の特性を示す。この図から明らか
なように、ＴａＳｎＯＮを絶縁層とした薄膜ＥＬ素子
は、ＳｉＯＮを絶縁層とした薄膜ＥＬ素子と比較して駆
動電圧が低く、かつ発光輝度を高くすることができる。
また、ＴａＳｎＯＮを絶縁層とした薄膜ＥＬ素子を発光
開始電圧＋６０Ｖで連続発光耐久試験を行ったところ、
１０００時間発光後も画素全体が破壊するような大きな
破壊や伝播型の破壊は発生しなかった。
波電圧を印加して駆動した時の発光輝度特性を図１１に
示す。グラフ中の破線はＴａＳｎＯＮを絶縁層とした薄
膜ＥＬ素子３００の特性を示し、実線はＳｉＯＮを絶縁
層とした薄膜ＥＬ素子の特性を示す。この図から明らか
なように、ＴａＳｎＯＮを絶縁層とした薄膜ＥＬ素子
は、ＳｉＯＮを絶縁層とした薄膜ＥＬ素子と比較して駆
動電圧が低く、かつ発光輝度を高くすることができる。
また、ＴａＳｎＯＮを絶縁層とした薄膜ＥＬ素子を発光
開始電圧＋６０Ｖで連続発光耐久試験を行ったところ、
１０００時間発光後も画素全体が破壊するような大きな
破壊や伝播型の破壊は発生しなかった。
【００４１】また、一元ターゲットを用いたＴａＳｎＯ
Ｎ絶縁層の成膜方法は、特願平７ー２５７２４号に示す
多元スパッタ法による成膜方法よりも容易に大面積化が
可能であり、量産に向いている。 （第３実施形態）上記薄膜ＥＬ素子３００において、Ｔ
ａＳｎＯＮ絶縁層を他の誘電体膜と積層しても同様の効
果を得ることができる。この例を、図１２に薄膜ＥＬ素
子３１０として示す。この薄膜ＥＬ素子３１０は、発光
層１４の上に形成される絶縁層を、ＳｉＯＮ膜３１とＴ
ａＳｎＯＮ膜１５の積層構成としたものであり、ＳｉＯ
Ｎ膜３１以外の構成は薄膜ＥＬ素子３００と同じであ
る。なお、ＳｉＯＮ膜３１の膜厚は５０ｎｍである。
Ｎ絶縁層の成膜方法は、特願平７ー２５７２４号に示す
多元スパッタ法による成膜方法よりも容易に大面積化が
可能であり、量産に向いている。 （第３実施形態）上記薄膜ＥＬ素子３００において、Ｔ
ａＳｎＯＮ絶縁層を他の誘電体膜と積層しても同様の効
果を得ることができる。この例を、図１２に薄膜ＥＬ素
子３１０として示す。この薄膜ＥＬ素子３１０は、発光
層１４の上に形成される絶縁層を、ＳｉＯＮ膜３１とＴ
ａＳｎＯＮ膜１５の積層構成としたものであり、ＳｉＯ
Ｎ膜３１以外の構成は薄膜ＥＬ素子３００と同じであ
る。なお、ＳｉＯＮ膜３１の膜厚は５０ｎｍである。
【００４２】図１３に、薄膜ＥＬ素子３００と薄膜ＥＬ
素子３１０の連続発光前と連続発光後の発光輝度特性を
示す。このグラフを分かるように、薄膜ＥＬ素子３１０
は発光開始電圧の変化がなく、より安定している。な
お、連続発光試験後の素子の破壊点の数も、薄膜ＥＬ素
子３１０は、より少なかった。 （第４実施形態）図１４に、第２電極１６上に防湿用パ
ッシベーション膜３２を形成した薄膜ＥＬ素子３２０を
示す。そのパッシベーション膜３２は、ＴａＳｎＯＮに
て構成されている。このＴａＳｎＯＮ膜の成膜条件は、
ＴａＳｎＯＮ絶縁層１３、１５と同様である。
素子３１０の連続発光前と連続発光後の発光輝度特性を
示す。このグラフを分かるように、薄膜ＥＬ素子３１０
は発光開始電圧の変化がなく、より安定している。な
お、連続発光試験後の素子の破壊点の数も、薄膜ＥＬ素
子３１０は、より少なかった。 （第４実施形態）図１４に、第２電極１６上に防湿用パ
ッシベーション膜３２を形成した薄膜ＥＬ素子３２０を
示す。そのパッシベーション膜３２は、ＴａＳｎＯＮに
て構成されている。このＴａＳｎＯＮ膜の成膜条件は、
ＴａＳｎＯＮ絶縁層１３、１５と同様である。
【００４３】この場合、第１電極１２と第２電極１６は
ともにＩＴＯを用いているが、第１電極１２および第２
電極１６の電気抵抗の上昇は見られず、またＴａＳｎＯ
Ｎ膜３２は良好な防湿特性を示した。なお、このパッシ
ベーション膜３２は、第３実施形態に適用するもののみ
ならず、第２実施形態にも適用してもよい。 （その他の実施形態）薄膜ＥＬ素子は、発光層１４の両
側に絶縁層１３、１５を設けるものに限らず、片側のみ
に絶縁層を設けるものであってもよい。また、透明電極
１２、１６については、両方とも透明にするものに限ら
ず、光取り出し側の電極のみ透明電極とするようにして
もよい。
ともにＩＴＯを用いているが、第１電極１２および第２
電極１６の電気抵抗の上昇は見られず、またＴａＳｎＯ
Ｎ膜３２は良好な防湿特性を示した。なお、このパッシ
ベーション膜３２は、第３実施形態に適用するもののみ
ならず、第２実施形態にも適用してもよい。 （その他の実施形態）薄膜ＥＬ素子は、発光層１４の両
側に絶縁層１３、１５を設けるものに限らず、片側のみ
に絶縁層を設けるものであってもよい。また、透明電極
１２、１６については、両方とも透明にするものに限ら
ず、光取り出し側の電極のみ透明電極とするようにして
もよい。
【図１】本発明の第１実施形態として示した誘電体膜の
性能測定サンプルの断面図である。
性能測定サンプルの断面図である。
【図２】ＩＴＯの抵抗上昇を確認するためのサンプルの
斜視図ある。
斜視図ある。
【図３】Ｔａ2 Ｏ5 膜、ＴａＳｎＯ膜、ＴａＳｎＯＮ膜
におけるＩＴＯの電気抵抗値を比較した図である。
におけるＩＴＯの電気抵抗値を比較した図である。
【図４】Ｔａ2 Ｏ5 膜、ＴａＳｎＯ膜、ＴａＳｎＯＮ膜
における最大蓄積電荷量を比較した図である。
における最大蓄積電荷量を比較した図である。
【図５】スパッタガス圧と最大蓄積電荷量および成膜レ
ートの関係を示した図である。
ートの関係を示した図である。
【図６】窒素濃度とＩＴＯの電気抵抗値および最大蓄積
電荷量の関係を示した図である。
電荷量の関係を示した図である。
【図７】ＴａＳｎＯＮ膜の誘電特性の分析結果を示す図
表である。
表である。
【図８】ＴａＳｎＯＮ膜に含まれる窒素原子の割合（ａ
ｔ％）と性能指数の関係を示す図である。
ｔ％）と性能指数の関係を示す図である。
【図９】ＴａＳｎＯＮ膜中の窒素と錫の割合（Ｎ／Ｓ
ｎ）と性能指数の関係を示す図である。
ｎ）と性能指数の関係を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態を示す薄膜ＥＬ素子の
断面図である。
断面図である。
【図１１】ＴａＳｎＯＮを絶縁層とした薄膜ＥＬ素子と
ＳｉＯＮを絶縁層とした薄膜ＥＬ素子の発光輝度特性を
示す図である。
ＳｉＯＮを絶縁層とした薄膜ＥＬ素子の発光輝度特性を
示す図である。
【図１２】本発明の第３実施形態を示す薄膜ＥＬ素子の
断面図である。
断面図である。
【図１３】薄膜ＥＬ素子３００と薄膜ＥＬ素子３１０の
連続発光前と連続発光後の発光輝度特性を示す図であ
る。
連続発光前と連続発光後の発光輝度特性を示す図であ
る。
【図１４】本発明の第４実施形態を示す薄膜ＥＬ素子の
断面図である。
断面図である。
１…絶縁性基板、２…下部電極、３…絶縁層、４…上部
電極、５…電極、１１…絶縁性基板、１２…第１透明電
極、１３…第１絶縁層、１４…発光層、１５…第２絶縁
層、１６…第２透明電極、３１…ＳｉＯＮ膜、３２…パ
ッシベーション膜。
電極、５…電極、１１…絶縁性基板、１２…第１透明電
極、１３…第１絶縁層、１４…発光層、１５…第２絶縁
層、１６…第２透明電極、３１…ＳｉＯＮ膜、３２…パ
ッシベーション膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 服部 有 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 伊藤 信衛 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 服部 正 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 野田 浩司 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 藤川 久喜 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 時任 静士 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 多賀 康訓 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (56)参考文献 特開 平２−161629（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−5929（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−282979（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C01G 55/00 H05B 33/22 G11B 7/24
Claims (15)
- 【請求項１】 タンタルと、インジウムおよび錫の少な
くとも１種と、酸素と、窒素のそれぞれの元素からな
り、アモルファス状態の薄膜である誘電体薄膜が、酸化
インジウムと酸化錫からなる透明導電膜に接して形成さ
れていることを特徴とする誘電体薄膜と透明導電膜との
積層膜。 - 【請求項２】 前記誘電体薄膜における前記窒素の原子
割合が、０．５ａｔ％以上５．０ａｔ％以下であること
を特徴とする請求項１に記載の誘電体薄膜と透明導電膜
との積層膜。 - 【請求項３】 前記誘電体薄膜における前記インジウム
および錫の少なくとも１種の元素に対する前記窒素の原
子数の比が、０．１以上２０．０以下であることを特徴
とする請求項１又は２に記載の誘電体薄膜と透明導電膜
との積層膜。 - 【請求項４】 一対の電極間に、発光層と絶縁層を配設
した薄膜ＥＬ素子において、タンタルと、インジウムお
よび錫の少なくとも１種と、酸素と、窒素のそれぞれの
元素からなり、アモルファス状態の薄膜である誘電体薄
膜を用いたことを特徴とする薄膜ＥＬ素子。 - 【請求項５】 前記絶縁層の前記誘電体薄膜における前
記窒素の原子割合が、０．５ａｔ％以上５．０ａｔ％以
下であることを特徴とする請求項４に記載の薄膜ＥＬ素
子。 - 【請求項６】 前記絶縁層の前記誘電体薄膜における前
記インジウムおよび錫の少なくとも１種の元素に対する
前記窒素の原子数の比が、０．１以上２０．０以下であ
ることを特徴とする請求項４又は５に記載の薄膜ＥＬ素
子。 - 【請求項７】 前記発光層と前記誘電体薄膜との間に、
ＳｉＮｘ膜又はＳｉＯＮ膜が形成されていることを特徴
とする請求項４乃至６のいずれか１つに記載の薄膜ＥＬ
素子。 - 【請求項８】 前記一対の電極の少なくとも一方は、酸
化インジウムと酸化錫からなる透明導電膜であって、前
記誘電体薄膜は前記透明電極に接して形成されているこ
とを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１つに記載の
薄膜ＥＬ素子。 - 【請求項９】 前記透明導電膜の上に、タンタルと、イ
ンジウムおよび錫の 少なくとも１種と、酸素と、窒素の
それぞれの元素からなり、アモルファス状態の薄膜であ
る誘電体薄膜がパッシベーション膜として形成されてい
ることを特徴とする請求項８に記載の薄膜ＥＬ素子。 - 【請求項１０】 一対の電極間に発光層と絶縁層を配設
した薄膜ＥＬ素子の製造方法において、 前記絶縁層が、タンタルと、インジウムおよび錫の少な
くとも１種と、酸素と、窒素のそれぞれの元素からなる
アモルファス状態の誘電体薄膜であり、 この誘電体薄膜を、酸化タンタルと、酸化インジウムお
よび酸化錫の少なくとも１つをスパッタリングターゲッ
トとして、アルゴンと酸素と窒素を含む混合ガス雰囲気
中でスパッタリングして成膜することを特徴とする薄膜
ＥＬ素子の製造方法。 - 【請求項１１】 前記スパッタリングターゲットとし
て、酸化タンタルと、酸化インジウムおよび酸化錫の少
なくとも１つを混合し、焼結して一体となした混合焼結
ターゲットを用いることを特徴とする請求項１０に記載
の薄膜ＥＬ素子の製造方法。 - 【請求項１２】 前記スパッタリング時の混合ガス雰囲
気の圧力が０．３Ｐａ以下であることを特徴とする請求
項１０又は１１に記載の薄膜ＥＬ素子の製造方法。 - 【請求項１３】 前記一対の電極の少なくとも一方は、
酸化インジウムと酸化錫からなる透明導電膜であって、
前記誘電体薄膜を前記透明導電膜上に成膜することを特
徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１つに記載の薄
膜ＥＬ素子の製造方法。 - 【請求項１４】 前記混合ガス中の窒素ガスの体積割合
が５％以上であることを特徴とする請求項１３に記載の
薄膜ＥＬ素子の製造方法。 - 【請求項１５】 前記混合ガス中の酸素ガスと窒素ガス
の合計の体積割合が５０％未満で、かつ酸素ガスの体積
割合が、窒素ガスの体積割合を超えないことを特徴とす
る請求項１４に記載の薄膜ＥＬ素子の製造方法。
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|---|---|---|---|
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| DE19632277A DE19632277C2 (de) | 1995-08-11 | 1996-08-09 | Dielektrischer Dünnfilm, eine einen Dünnfilm aufweisende Elektrolumineszenzvorrichtung, die den gleichen verwendet, und Verfahren zur Herstellung der Elektrolumineszenzvorrichtung |
| US08/695,609 US5789860A (en) | 1995-08-11 | 1996-08-12 | Dielectric thin film composition and thin-film EL device using same |
| US09/126,101 US6036823A (en) | 1995-08-11 | 1998-07-30 | Dielectric thin film and thin-film EL device using same |
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| JP2005529450A (ja) * | 2001-12-24 | 2005-09-29 | サン−ゴバン グラス フランス | 透明表面電極とエレクトロルミネッセント発光素子を備えた多層エレメントの製造方法 |
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