JP2994056B2 - Thin-film two-terminal element - Google Patents

Thin-film two-terminal element

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JP2994056B2
JP2994056B2 JP2150491A JP2150491A JP2994056B2 JP 2994056 B2 JP2994056 B2 JP 2994056B2 JP 2150491 A JP2150491 A JP 2150491A JP 2150491 A JP2150491 A JP 2150491A JP 2994056 B2 JP2994056 B2 JP 2994056B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【技術分野】本発明は薄膜二端子素子に関し、詳しく
は、OA機器用やTV用等のフラットパネルディスプレ
イなどに好適に使用しうるスイッチング素子、特に液晶
表示装置のスイッチング素子として有用な薄膜二端子素
子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin-film two-terminal element, and more particularly, to a thin-film two-terminal element which can be suitably used for a flat panel display for OA equipment or TV, and particularly useful as a switching element for a liquid crystal display. Related to the element.

【0002】[0002]

【従来技術】OA機器端末機や液晶TVには大面積液晶
パネル使用の要望が強く、そのため、アクティブ・マト
リックス方式では各画素ごとにスイッチを設け、電圧を
保持するように工夫されている。
2. Description of the Related Art There is a strong demand for use of a large-area liquid crystal panel in OA equipment terminals and liquid crystal TVs. For this reason, in the active matrix system, a switch is provided for each pixel to maintain a voltage.

【0003】ところで、前記スイッチの一つとしてMI
M(Metal Insulator Metal)素子、MSM素子(金属
−半導体−金属)が多く用いられている。これは薄膜二
端子素子がスイッチングに良好な非線形な電流−電圧特
性を示すためである。そして、従来からの薄膜二端子素
子は、ガラス板のような絶縁基板上に下部電極としてT
a,Al,Ti等の金属電極を設け、その上に前記金属
の酸化物又はSiOx,SiNx等からなる絶縁膜ある
いは半導体膜を設け、更にその上に、上部電極としてA
l,Cr等の金属電極を設けたものが知られている。
By the way, one of the switches is MI
M (Metal Insulator Metal) elements and MSM elements (metal-semiconductor-metal) are often used. This is because the thin-film two-terminal element exhibits a good nonlinear current-voltage characteristic for switching. The conventional thin-film two-terminal element is formed by forming a lower electrode on an insulating substrate such as a glass plate.
a, a metal electrode such as Al, Ti, etc., an oxide film of the metal or an insulating film or semiconductor film made of SiOx, SiNx or the like is provided thereon.
One provided with a metal electrode such as l, Cr or the like is known.

【0004】このような能動素子を使用すれば、走査線
数を大幅に増やすことや高コントラストを出すことが可
能である。しかし基板には厚板ガラスが使用されている
ため、ガラスでの吸収や散乱があり、表示が暗く、表示
が浮いて見えるなどの欠点があった。また同様な理由か
ら大容量化、軽量化、薄層化および低コスト化という傾
向とは相反するものであった。このような観点から基板
に高分子フィルムを用いることで、高コントラストでか
つ明瞭な表示が得られ、しかも大容量であるにも拘わら
ず、軽量で薄く、安価な液晶表示装置を提供しようとす
る技術が提案されている。
If such an active element is used, it is possible to greatly increase the number of scanning lines and to obtain high contrast. However, since thick glass is used for the substrate, there are drawbacks such as absorption and scattering by the glass, dark display, and floating display. For the same reason, the tendency to increase the capacity, reduce the weight, reduce the thickness, and reduce the cost was contrary to the tendency. From such a point of view, by using a polymer film for the substrate, it is possible to obtain a high-contrast and clear display, and to provide a lightweight, thin, and inexpensive liquid crystal display device despite its large capacity. Technology has been proposed.

【0005】しかし、高分子フィルム基板上に能動素子
を作製する際に、能動素子を形成する薄膜が基板からハ
クリすることがあり問題となることがわかった。この対
策として高分子フィルム上にバッファー層を形成する方
法が考えられる。対策の目的は異なるが、高分子フィル
ムにSiO2を被覆した例が特公平1−47769号に
開示されている。しかし、我々の実験によれば単に、S
iO2を被覆した高分子フィルムでは、薄膜二端子を作
製する際SiO2の剥離を生じることが、明らかとなっ
た。
However, it has been found that when an active element is manufactured on a polymer film substrate, a thin film forming the active element may be peeled off from the substrate, causing a problem. As a countermeasure, a method of forming a buffer layer on a polymer film can be considered. Although the purpose of the countermeasure is different, an example in which a polymer film is coated with SiO 2 is disclosed in Japanese Patent Publication No. 47767/94. However, according to our experiments, simply S
It has been clarified that the polymer film coated with iO 2 peels off SiO 2 when a thin film two-terminal is produced.

【0006】[0006]

【目的】本発明の目的は、従来技術における前述の欠点
を解消し、アクティブマトリックスLCD等に用いられ
る薄膜二端子素子の安価で歩留りのよい新しい構成を提
供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks in the prior art and to provide a new structure of a thin-film two-terminal element used for an active matrix LCD or the like at a low cost and a high yield.

【0007】[0007]

【構成】本発明は、高分子フィルム基板、SiOx(x
は1.1〜2.0)層、第1導体層、絶縁膜、第2導体
層の順で積層構成された薄膜二端子素子において、Si
Oxの組成が高分子フィルム基板側ではxが小さく第1
導体側ではxが大きいような分布をもつことを特徴とす
る薄膜二端子素子に関する。
The present invention relates to a polymer film substrate, SiOx (x
Are 1.1 to 2.0) layers, a first conductor layer, an insulating film, and a second conductor layer.
When the composition of Ox is small on the polymer film substrate side,
The present invention relates to a thin-film two-terminal element having a distribution such that x is large on the conductor side.

【0008】SiOx膜の酸素の比率について、xが
1.1より小さい場合は膜が着色し、また抵抗率が小さ
くなるため薄膜二端子素子の基板用として使用できな
い。一方、SiOx膜中のxが増大すると、SiOx膜
は高抵抗化し、かつ環境に対しても安定となる。また、
高分子フィルムとSiOxのxとの関係についてみる
と、xの増大とともに膜ストレスが大きくなり高分子フ
ィルムからはがれやすくなる。従って、SiOxの高分
子フィルムに対する密着性およびSiOxの絶縁性、安
定性を同時に満足するためには、高分子フィルム上では
SiOxのxがより小さく、第1導体下ではSiOxの
xがより大きくなるようなSiOx分布を持たせること
で解決される。
When the oxygen ratio of the SiOx film is less than 1.1, the film is colored and the resistivity is low, so that it cannot be used as a substrate for a thin film two-terminal device. On the other hand, when x in the SiOx film increases, the resistance of the SiOx film increases and the SiOx film becomes stable to the environment. Also,
Looking at the relationship between the polymer film and x of SiOx, the film stress increases as x increases, and the polymer film is easily peeled off. Therefore, in order to simultaneously satisfy the adhesion of SiOx to the polymer film and the insulating property and stability of SiOx, x of SiOx is smaller on the polymer film and x of SiOx is larger under the first conductor. This is solved by providing such a SiOx distribution.

【0009】本発明の薄膜二端子素子を作製するために
は、図1に示すように、まず、ポリエチレンテレフタレ
ート、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテ
ルサルフォン、ポリイミド、ポリエチレン、ポリメチル
メタクリレートなどの高分子フィルム面1に膜厚方向に
分布を有するSiOx(1.1<x<2.0)をスパッ
タ法、蒸着法、プラズマCVD法等により形成する。S
iOxの組成分布は、製膜時の酸素流量および/または
酸素分圧を変化させることで容易に達成される。また、
製膜速度等の他のパラメーターによってもSiOxの組
成分布を変化させることが可能である。
As shown in FIG. 1, first, a polymer such as polyethylene terephthalate, polycarbonate, polyarylate, polyether sulfone, polyimide, polyethylene, polymethyl methacrylate, etc. is prepared to produce the thin film two-terminal element of the present invention. SiOx (1.1 <x <2.0) having a distribution in the film thickness direction is formed on the film surface 1 by a sputtering method, an evaporation method, a plasma CVD method, or the like. S
The composition distribution of iOx can be easily achieved by changing the oxygen flow rate and / or the oxygen partial pressure during film formation. Also,
The composition distribution of SiOx can be changed by other parameters such as a film forming speed.

【0010】SiOxの組成の分布の例を図2に示す。
SiOxの組成の分布はSiOxの膜厚、高分子フィル
ムとSiOxとの密着力、第1導体(第1電極)とSi
Oxとの密着力、製膜パラメーターのx値制御性等によ
って図2の(a),(b),(c),(d)などの種々
の形が採用できる。製膜パラメーターを連続的に変化さ
せれば(a)となるが、それぞれの界面の密着力を確保
するためには、(b),(c),(d)のような形を採
用することができ、とくに高分子面上のSiOxと第1
電極下のSiOxとの密着性が不充分な場合は(b)や
(d)などのタイプが好ましい。SiOxの膜厚は、5
00Å以上2μm以下、好ましくは1000Å以上、
1.5μm以下である。
FIG. 2 shows an example of the distribution of the composition of SiOx.
The distribution of the composition of SiOx includes the thickness of SiOx, the adhesion between the polymer film and SiOx, the first conductor (first electrode) and Si.
Various forms such as those shown in FIGS. 2A, 2B, 2C, and 2D can be adopted depending on the adhesion to Ox, the controllability of the x value of the film formation parameter, and the like. If the film forming parameters are continuously changed, the result will be (a), but in order to secure the adhesion at each interface, it is necessary to adopt shapes such as (b), (c), and (d). In particular, SiOx on the polymer surface and the first
When the adhesion to SiOx under the electrode is insufficient, types such as (b) and (d) are preferable. The thickness of SiOx is 5
00 ° or more and 2 μm or less, preferably 1000 ° or more,
1.5 μm or less.

【0011】次に、前記SiOx膜2上に画素電極用透
明電極材料を、蒸着、スパッタリング等の方法で堆積
し、所定のパターンにパターニングし画素電極3を形成
する。さらに蒸着、スパッタリング等の方法で下部電極
用導体薄膜を堆積し、所定のパターンにパターニングし
第1導体層(下部電極)4を形成したのち、硬質炭素膜
等からなる絶縁膜をプラズマCVD法、イオンビーム法
等で被着し、これを所定のパターンにパターン化して絶
縁層5を形成する。次にその上に蒸着、スパッタリング
等の方法によりバスライン用導体薄膜を堆積し、所定の
パターンにパターニングし第2導体層(上部電極)6を
形成し、最後に下部電極4の不要部分を除去し、透明電
極パターンを露出させ、画素電極3とする。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
製後、最上層に透明電極を設けたもの、透明電極が上部
または下部電極を兼ねたもの、下部電極の側面にMIM
素子を形成したもの等、種々の変形が可能である。
Next, a transparent electrode material for a pixel electrode is deposited on the SiOx film 2 by a method such as evaporation or sputtering, and is patterned into a predetermined pattern to form a pixel electrode 3. Further, a conductor thin film for a lower electrode is deposited by a method such as evaporation or sputtering, and is patterned into a predetermined pattern to form a first conductor layer (lower electrode) 4. After that, an insulating film made of a hard carbon film or the like is formed by a plasma CVD method. The insulating layer 5 is formed by applying an ion beam method or the like and patterning this into a predetermined pattern. Next, a conductor thin film for a bus line is deposited thereon by a method such as vapor deposition or sputtering, and is patterned into a predetermined pattern to form a second conductor layer (upper electrode) 6. Finally, an unnecessary portion of the lower electrode 4 is removed. Then, the transparent electrode pattern is exposed to form a pixel electrode 3. The configuration of the MIM element is not limited to this. After the MIM element is manufactured, the transparent electrode is provided on the uppermost layer, the transparent electrode also serves as the upper or lower electrode, and the MIM element is provided on the side surface of the lower electrode.
Various modifications, such as those in which an element is formed, are possible.

【0012】本発明における電極3,4および6には、
例えばAl,Cr,Ni,NiCr,Pt,Ta,T
i,Mo,W,Cu,Au等の金属及びITO,In2
3,SnO2,ZnO等の透明導電体が使用され、これ
は蒸着法またはスパッタ法等により形成される。
The electrodes 3, 4 and 6 in the present invention include:
For example, Al, Cr, Ni, NiCr, Pt, Ta, T
Metals such as i, Mo, W, Cu, Au and ITO, In 2
A transparent conductor such as O 3 , SnO 2 , or ZnO is used, and is formed by a vapor deposition method, a sputtering method, or the like.

【0013】本発明における絶縁層を構成する材料は、
硬質炭素膜、SiNx,SiOx等を挙げることができ
るが、MIM素子の絶縁膜には硬質炭素膜(i−C膜)
が好ましい。この硬質炭素膜は炭素原子及び水素原子を
主要な組織形成元素とし非晶質及び微結晶質の少なくと
も一方を含む膜で、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。
The material constituting the insulating layer in the present invention is as follows:
Hard carbon film, SiNx, SiOx, etc. can be mentioned, but a hard carbon film (i-C film) is used as an insulating film of the MIM element.
Is preferred. This hard carbon film is a film containing at least one of amorphous and microcrystalline materials using carbon atoms and hydrogen atoms as main structure forming elements, and is also called a diamond-like carbon film, an amorphous diamond film, and a diamond thin film.

【0014】硬質炭素膜は、基板温度(成膜温度)が室
温から150℃程度で作製でき、良好な電流−電圧(I
−V)特性を示す。従って良好なMIM素子を製造で
き、また、成膜条件により膜特性を大きく変化できるた
め、基板の選択が広い範囲で可能であり、また素子特性
のコントロールも拡大でき、これらの点からLCDの設
計に有利であり、さらには、特性のばらつきの少ないM
IM素子を製造でき、かつ、この膜は硬質膜のため液晶
封入時のラビング工程による損傷が少なく、しかも誘電
率が低いためLCDに対してMIM素子の面積を大きく
できるので、それ程微細加工を必要とせず、従って歩留
りを向上できる。なお成膜温度については他の材料では
300℃程度の温度が必要であり、またTFTの場合で
もa−SiやPoly−Siは夫々300℃、900℃
の温度が必要であり、これらの材料はいずれも高分子フ
ィルム基板には適していない。
The hard carbon film can be formed at a substrate temperature (film formation temperature) of about room temperature to about 150 ° C. and has a good current-voltage (I
-V) characteristics. Therefore, a good MIM element can be manufactured, and the film characteristics can be largely changed depending on the film forming conditions, so that the substrate can be selected in a wide range, and the control of the element characteristics can be expanded. M
An IM device can be manufactured, and since this film is a hard film, there is little damage due to the rubbing process at the time of enclosing the liquid crystal, and since the dielectric constant is low, the area of the MIM device can be increased with respect to the LCD. Therefore, the yield can be improved. As for the film forming temperature, a temperature of about 300 ° C. is necessary for other materials, and even in the case of a TFT, a-Si and Poly-Si are 300 ° C. and 900 ° C., respectively.
, And none of these materials are suitable for polymer film substrates.

【0015】本発明における硬質炭素膜について詳しく
説明する。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。
The hard carbon film of the present invention will be described in detail. An organic compound gas, especially a hydrocarbon gas, is used to form a hard carbon film. The phase state of these raw materials does not necessarily need to be a gaseous phase at normal temperature and normal pressure, but may be used in a liquid phase or a solid phase as long as it can be vaporized through melting, evaporation, sublimation, etc. by heating or decompression. is there.

【0016】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等のオレフィン系炭化水素、アセチレン系
炭化水素、ジオレフィン系炭化水素、さらには芳香族炭
化水素などすベての炭化水素を少なくとも含むガスが使
用可能である。
The hydrocarbon gas as a raw material gas includes, for example, paraffinic hydrocarbons such as CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , C 4 H 10 , olefinic hydrocarbons such as C 2 H 4 , and acetylene. Gases containing at least all hydrocarbons such as hydrocarbons, diolefinic hydrocarbons, and aromatic hydrocarbons can be used.

【0017】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、少なくとも炭素元素を含む化合物であれば使
用可能である。
Furthermore, other than hydrocarbons, for example, alcohols, ketones, ethers, esters, CO,
Any compound containing at least a carbon element such as CO 2 can be used.

【0018】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、より大面積化、均一性向上、低温成膜の目的で、低
圧下で堆積を行なうため、磁界効果を利用する方法がさ
らに好ましい。また高温における熱分解によっても活性
種を形成できる。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、これらの組み合せにより形成されても
よい。
In the method of forming a hard carbon film from a raw material gas in the present invention, 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. 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. Active species can also be formed by thermal decomposition at high temperatures. 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. Alternatively, it may be formed by a combination of these.

【0019】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。 RF出力:0.1〜50W/cm2 圧 力:1/103〜10Torr 堆積温度:室温〜250℃
Deposition conditions for the hard carbon film thus produced
Is as follows in the case of the plasma CVD method. RF output: 0.1-50W / cmTwo  Pressure: 1/10Three~ 10 Torr Deposition temperature: room temperature ~ 250 ℃

【0020】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。
The raw material gas is decomposed into radicals and ions by the plasma state and reacts with each other, thereby forming an amorphous (amorphous) and microcrystalline (crystal size) comprising carbon atoms C and hydrogen atoms H on the substrate. Is several tens to several μm)
A hard carbon film containing at least one of these is deposited. Table 1 shows various properties of the hard carbon film.

【0021】[0021]

【表1】 [Table 1]

【0022】注)測定法; 比抵抗(ρ) :コプレナー型セルによるI−V特性より
求める。ヒ゛ッカ ース硬度(H):マイクロビッカース計による。 屈折率(n) :エリプソメーターによる。 欠陥密度 :ESRによる。 なお、誘電率は5以下と低い。
Note) Measuring method; Specific resistance (ρ): Determined from the IV characteristics of a coplanar cell. Pecker hardness (H): Measured by Micro Vickers meter. Refractive index (n): Based on ellipsometer. Defect density: by ESR. The dielectric constant is as low as 5 or less.

【0023】こうして形成される硬質炭素膜はラマン分
光法及びIR吸収法による分析の結果、夫々、図3及び
図4に示すように炭素原子にSP3の混成軌道とSP2
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、2800〜3150/cm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、図5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。
The hard carbon film thus formed was analyzed by Raman spectroscopy and IR absorption. As a result, as shown in FIG. 3 and FIG. 4, the carbon atom has a hybrid orbital of SP 3 and a hybrid orbital of SP 2 , respectively. It is clear that the formed interatomic bonds are mixed. The ratio between the SP 3 bond and the SP 2 bond can be roughly estimated by separating the peak of the IR spectrum. In the IR spectrum, spectrums of many modes are overlapped and measured at 2800 to 3150 / cm. The assignment of peaks corresponding to each wave number is clear, and peak separation is performed by Gaussian distribution as shown in FIG. And calculate the respective peak areas, and calculate the ratio to obtain SP 3 / SP 2
You can know.

【0024】また、X線及び電子線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 analysis, it is known that the film is in an amorphous state (aC: H) and / or an amorphous state containing fine crystal grains of about 50 ° to several μm.

【0025】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、かつ
比抵抗、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、比抵抗の増加には特に効果的である。
In general, in the case of the plasma CVD method suitable for mass production, the smaller the RF output, the higher the specific resistance and hardness of the film, and the lower the pressure, the longer the life of the active species. And uniformity over a large area can be achieved, and the specific resistance and hardness tend to increase. Furthermore, since the plasma density decreases at low pressure, the method utilizing the magnetic field confinement effect is particularly effective for increasing the specific resistance.

【0026】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
いために大面積に均一な膜が得られるという特徴をもっ
ている。
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., and is therefore most suitable for lowering the temperature of the MIM element manufacturing process. is there. Therefore, there is a feature that a degree of freedom in selecting a substrate material to be used is widened and a uniform film can be obtained over a large area because the substrate temperature can be easily controlled.

【0027】さらにこの硬質炭素膜が炭素原子及び水素
原子の他に、ドーパントとして周期律表第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構成元素として含んでもよい。
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律表第IV族元素等の場合と同様な
効果がある。
Further, this hard carbon film has a group III element of the periodic table as a dopant in addition to carbon atoms and hydrogen atoms.
It may contain 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 as constituent elements.
Group III element of the periodic table as one of the constituent elements, also V
The group in which a group element, an alkali metal element, an alkaline earth metal element, a nitrogen atom or an oxygen atom is introduced can increase the thickness of the hard carbon film to about two to three times as compared with the non-doped one. Accordingly, it is possible to prevent the occurrence of pinholes at the time of fabricating the device, and to dramatically improve the mechanical strength of the device. Further, in the case of a nitrogen atom or an oxygen atom, the same effect as in the case of a group IV element of the periodic table as described below is obtained.

【0028】同様に周期律表第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
ことも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、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。
In the same manner, the one in which a Group IV element of the periodic table, a chalcogen-based element or a halogen element is introduced significantly improves the stability of the hard carbon film and also improves the hardness of the film, which is highly reliable. A device having a characteristic can be manufactured. These effects are obtained because the group IV element and the chalcogen element reduce the active double bond existing in the hard carbon film, and in the case of the halogen element, 1) abstraction with respect to hydrogen. The reaction promotes the decomposition of the source gas and reduces dangling bonds in the film. 2) During the film formation process, the halogen element X extracts hydrogen in the C—H bond and replaces it, forming a C—X bond. After entering the film, the binding energy increases (the binding energy between CH and CX is C-
X is larger).

【0029】これらの元素を膜の構成元素とするために
は、原料ガスとしては炭化水素ガス及び水素の他に膜中
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。
In order to make these elements the constituent elements of the film, in addition to the hydrocarbon gas and hydrogen as the raw material gas, a group III element, a group IV element, and a group V element of the periodic table are contained in the film. element,
Alkali metal elements, alkaline earth metal elements, nitrogen atoms,
In order to contain an oxygen atom, a chalcogen element or a halogen element, a gas of a compound (or molecule) containing these elements or atoms (hereinafter, these may be referred to as “other compounds”) is used.

【0030】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,A
lCl3,Ga(O-i-C3H7)3,(CH3)3Ga,(C2H5)3Ga,GaCl3,Ga
Br3,(O-i-C3H7)3In,(C2H5)3In等がある。
The compound containing a Group III element of the periodic table includes, for example, B (OC 2 H 5 ) 3 , B 2 H 6 , BCl 3 , BBr 3 , BF 3 ,
Al (OiC 3 H 7 ) 3 , (CH 3 ) 3 Al, (C 2 H 5 ) 3 Al, (iC 4 H 9 ) 3 Al, A
lCl 3 , Ga (OiC 3 H 7 ) 3 , (CH 3 ) 3 Ga, (C 2 H 5 ) 3 Ga, GaCl 3 , Ga
Br 3, (OiC 3 H 7 ) 3 In, there is a (C 2 H 5) 3 In like.

【0031】周期律表第IV族元素を含む化合物として
は、例えばSi2H6,(C2H5)3SiH,SiF4,SiH2Cl2,SiC
l4,Si(OCH3)4,Si(OC2H5)4,Si(OC3H7)4,GeCl4,Ge
H4,Ge(OC2H5)4,Ge(C2H5)4,(CH3)4Sn,(C2H5)4Sn,SnCl
4等がある。
Examples of the compound containing a Group IV element of the periodic table include Si 2 H 6 , (C 2 H 5 ) 3 SiH, SiF 4 , SiH 2 Cl 2 and SiC
l 4 , Si (OCH 3 ) 4 , Si (OC 2 H 5 ) 4 , Si (OC 3 H 7 ) 4 , GeCl 4 , Ge
H 4, Ge (OC 2 H 5) 4, Ge (C 2 H 5) 4, (CH 3) 4 Sn, (C 2 H 5) 4 Sn, SnCl
There are 4 magnitudes.

【0032】周期律表第V族元素を含む化合物として
は、例えばPH3,PF3,PF5,PCl2F3,PCl3,PCl2F,PB
r3,PO(OCH3)3,P(C2H5)3,POCl3,AsH3,AsCl3,AsB
r3,AsF3,AsF5,AsCl3,SbH3,SbF3,SbCl3,Sb(OC2H5)
3等がある。
Examples of the compound containing a Group V element of the periodic table include PH 3 , PF 3 , PF 5 , PCl 2 F 3 , PCl 3 , PCl 2 F, PB
r 3 , PO (OCH 3 ) 3 , P (C 2 H 5 ) 3 , POCl 3 , AsH 3 , AsCl 3 , AsB
r 3, AsF 3, AsF 5 , AsCl 3, SbH 3, SbF 3, SbCl 3, Sb (OC 2 H 5)
There are three magnitudes.

【0033】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。
As the compound containing an alkali metal atom,
For example, there are LiO-iC 3 H 7 , NaO-iC 3 H 7 , KO-iC 3 H 7 and the like.

【0034】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。
Examples of the compound containing an alkaline earth metal atom include Ca (OC 2 H 5 ) 3 , Mg (OC 2 H 5 ) 2 and (C 2 H 5 ) 2 Mg.

【0035】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。
Examples of the compound containing a nitrogen atom include nitrogen gas, inorganic compounds such as ammonia, organic compounds having a functional group such as an amino group and a cyano group, and heterocycles containing nitrogen.

【0036】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。
Examples of the compound containing an oxygen atom include oxygen gas, ozone, water (steam), hydrogen peroxide, carbon monoxide, carbon dioxide, carbon suboxide, nitrogen monoxide, nitrogen dioxide, nitrous oxide, Inorganic compounds such as nitrous oxide and nitric oxide, hydroxyl group, aldehyde group, acyl group, ketone group,
An organic compound having a functional group or a bond such as a nitro group, a nitroso group, a sulfone group, an ether bond, an ester bond, a peptide bond, and a heterocyclic ring containing oxygen, and a metal alkoxide may be used.

【0037】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,(C2H
5)2Se,H2Te等がある。
As the compound containing a chalcogen element,
For example, H 2 S, (CH 3 ) (CH 2 ) 4 S (CH 2 ) 4 CH 3 , CH 2 = CHCH 2 SCH 2 CH
= CH 2, C 2 H 5 SC 2 H 5, C 2 H 5 SCH 3, thiophene, H 2 Se, (C 2 H
5 ) There are 2 Se, H 2 Te, etc.

【0038】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。
As the compound containing a halogen element,
For example, fluorine, chlorine, bromine, iodine, hydrogen fluoride, chlorine fluoride,
Bromine fluoride, iodine fluoride, hydrogen chloride, bromine chloride, iodine chloride,
Inorganic compounds such as hydrogen bromide, iodine bromide, and hydrogen iodide, and organic compounds such as alkyl halide, aryl halide, styrene halide, polymethylene halide, and haloform are used.

【0039】[0039]

【実施例】以下に本発明を実施例によって説明する。 実施例1 ポリアリレートフィルム上にSiターゲットを用い、A
rとO2混合ガスのスパッタリングによってSiOx膜
を4000Å作製した。SiOxはArとO2の流量比
を制御して、図2(a)の分布で作製した。次に、IT
Oをスパッタリング法により1000Å堆積しパターン
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i−C膜をプラズマCVD
法により850Å厚に堆積後、NiをEB蒸着法により
1000Å厚に堆積し、パターン化し、上部電極を形成
した。次にドライエッチングによりi−C膜をパターン
化し、さらに画素電極上の不要なAl膜をエッチングし
MIM素子を完成させた。この方法によると、良好な特
性を示すMIM素子が得られ、作製工程において、膜剥
離等の問題はなくなった。
The present invention will be described below with reference to examples. Example 1 Using a Si target on a polyarylate film,
The SiOx film was produced 4000Å by sputtering r and O 2 mixed gas. SiOx was produced with the distribution shown in FIG. 2A by controlling the flow ratio of Ar and O 2 . Next, IT
O was deposited at a thickness of 1000 ° by sputtering and patterned to form a pixel electrode. Next, MIM is used as an active element.
The device was provided as follows. First, Al was deposited to a thickness of 1000 ° by a vapor deposition method, and then patterned to form a lower electrode. An iC film is formed thereon as an insulating film by plasma CVD.
After depositing 850 mm thick by the EB method, Ni was deposited to a thickness of 1000 mm by the EB vapor deposition method and patterned to form an upper electrode. Next, the iC film was patterned by dry etching, and unnecessary Al films on the pixel electrodes were etched to complete the MIM element. According to this method, an MIM element exhibiting good characteristics was obtained, and the problem of film peeling or the like was eliminated in the manufacturing process.

【0040】実施例2 ポリエーテルサルフォンフィルム上にSiOのO2ガス
による反応性蒸着により、SiOx膜を4000Å作製
した。SiOxはO2分圧を制御して、図2(b)の分
布で作製した。次にITOをスパッタリング法により1
000Å堆積しパターン化して画素電極を形成した。次
に能動素子としMIM素子を次のようにして設けた。ま
ず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i−
C膜をプラズマCVD法により850Å厚に堆積後、N
iをEB蒸着法により1000Å厚に堆積し、パターン
化し、上部電極を形成した。次にドライエッチングによ
りi−C膜をパターン化し、さらに画素電極上の不要な
Al膜をエッチングしMIM素子を完成させた。この方
法によると、良好な特性を示すMIM素子が得られ、作
製工程において、膜剥離等の問題はなくなった。
Example 2 An SiOx film was formed on a polyether sulfone film by reactive evaporation using O 2 gas of 4000 ° to form an SiOx film at 4000 °. SiOx was produced with the distribution shown in FIG. 2B by controlling the partial pressure of O 2 . Next, ITO was sputtered by sputtering.
A pixel electrode was formed by depositing and patterning 000 °. Next, an MIM element was provided as an active element as follows. First, Al was deposited to a thickness of 1000 ° by a vapor deposition method, and then patterned to form a lower electrode. On top of this, i-
After depositing a C film to a thickness of 850 ° by a plasma CVD method,
i was deposited to a thickness of 1000 ° by EB evaporation and patterned to form an upper electrode. Next, the iC film was patterned by dry etching, and unnecessary Al films on the pixel electrodes were etched to complete the MIM element. According to this method, an MIM element exhibiting good characteristics was obtained, and the problem of film peeling or the like was eliminated in the manufacturing process.

【0041】[0041]

【効果】本発明によれば、高分子フィルム上に膜厚方向
に分布を持ったSiOx(xは1.1〜2.0)を形成
したのち、薄膜二端子素子を作製するため、高分子フィ
ルム上に直接素子を作製したときに見られたような薄膜
の剥離を生じない。またSiOxのxが分布を有するた
め、高分子フィルムとSiOxとの密着性が良好となり
かつSiOxのの絶縁性、耐環境性も確保された。この
ため、薄膜二端子素子を安価に歩留りよく提供すること
ができた。
According to the present invention, after forming SiOx (x is 1.1 to 2.0) having a distribution in the film thickness direction on a polymer film, a polymer thin film two-terminal element is manufactured. It does not peel off the thin film as observed when the device is directly formed on the film. In addition, since x of SiOx has a distribution, the adhesion between the polymer film and SiOx is improved, and the insulation and environmental resistance of SiOx are secured. For this reason, the thin-film two-terminal element could be provided at low cost and with good yield.

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

【図1】本発明の薄膜二端子素子の1例を示す斜視図で
ある。
FIG. 1 is a perspective view showing one example of a thin-film two-terminal element of the present invention.

【図2】SiOx層の組成分布の4つの態様を(a),
(b),(c),(d)に示す。いずれも横軸左端は高
分子フィルム面、右端は第1導体面であり、左端と右端
の間はSiOx層を意味する。縦軸はSiOxのxの値
を示す。
FIG. 2 shows four aspects of the composition distribution of the SiOx layer (a),
(B), (c) and (d) show. In each case, the left end of the horizontal axis is the polymer film surface, the right end is the first conductor surface, and the portion between the left end and the right end means the SiOx layer. The vertical axis indicates the value of x of SiOx.

【図3】本発明のMIM素子の絶縁層に使用した硬質炭
素膜をラマンスペクトル法で分光した分析結果を示すス
ペクトル図である。
FIG. 3 is a spectrum diagram showing a result of analyzing a hard carbon film used for an insulating layer of the MIM element of the present invention by a Raman spectrum method.

【図4】本発明のMIM素子の絶縁層に使用した硬質炭
素膜をIR吸収法で分析した分析結果を示すスペクトル
図である。
FIG. 4 is a spectrum diagram showing an analysis result obtained by analyzing a hard carbon film used for an insulating layer of the MIM element of the present invention by an IR absorption method.

【図5】本発明のMIM素子の絶縁層に使用した硬質炭
素膜のIRスペクトルのガウス分布を示す。
FIG. 5 shows a Gaussian distribution of an IR spectrum of a hard carbon film used for an insulating layer of the MIM element of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 高分子フィルム基板 2 SiOx層(膜) 3 画素電極 4 第1導体層(下部電極) 5 絶縁層 6 第2導体層(上部電極) Reference Signs List 1 polymer film substrate 2 SiOx layer (film) 3 pixel electrode 4 first conductor layer (lower electrode) 5 insulating layer 6 second conductor layer (upper electrode)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 裕治 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (72)発明者 高橋 正悦 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (72)発明者 亀山 健司 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/136 510 G02F 1/1333 505 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yuji Kimura 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Co., Ltd. (72) Masayoshi Takahashi 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Co., Ltd. (72) Inventor Kenji Kameyama 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Co., Ltd. (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G02F 1/136 510 G02F 1/1333 505

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 高分子フィルム基板、SiOx(xは
1.1〜2.0)層、第1導体層、絶縁膜、第2導体層
の順で積層構成された薄膜二端子素子において、SiO
xの組成が高分子フィルム基板側ではxが小さく第1導
体側ではxが大きいような分布をもつことを特徴とする
薄膜二端子素子。
1. A thin-film two-terminal device comprising a polymer film substrate, a SiOx (x is 1.1 to 2.0) layer, a first conductor layer, an insulating film, and a second conductor layer laminated in this order.
A thin-film two-terminal element, wherein x has a distribution such that x is small on the polymer film substrate side and x is large on the first conductor side.
【請求項2】 前記絶縁膜が硬質炭素膜である請求項1
記載の薄膜二端子素子。
2. The method according to claim 1, wherein the insulating film is a hard carbon film.
The thin-film two-terminal element as described in the above.
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