JPH04223334A - 絶縁性薄膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩのトランジスタ
や、液晶表示素子や薄膜ＥＬ表示素子などの電子ディス
プレイの絶縁膜として用いることができる絶縁性薄膜に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、酸化タンタル薄膜はディスクリー
ト部品の誘電体材料として使われており、最近では、Ｌ
ＳＩの分野でＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜として
開発が進められており、さらには、液晶表示素子のゲー
ト絶縁膜や薄膜ＥＬ表示素子の絶縁膜としても用いられ
ている。

【０００３】酸化タンタル薄膜の形成方法には、スパッ
タリング法、ＣＶＤ法やＭＯＣＶＤ法など多くの方法が
用いられている。しかしながら、段差部分でのステップ
カバレッジが悪く積層膜間のショートが発生したり、製
膜時のパーティクルにより絶縁性薄膜にピンホールが発
生し絶縁性が低下することがある。ステップカバレッジ
が良くピンホールの少ない製膜方法として、導電性薄膜
の表面を酸化し酸化薄膜とする方法がある。液晶表示素
子のゲート絶縁膜の場合、導電性薄膜にタンタル金属薄
膜を用い、表面酸化の方法に陽極酸化法を用いることが
行なわれている。たとえば特開平１−２９１４４７号公
報に示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記のよ
うに、タンタル金属薄膜を陽極酸化した場合、耐熱性が
悪く、陽極酸化後の工程で熱工程が加わるとリーク電流
が極端に増加し（第３図参照）、絶縁性が悪くなるとい
う問題点を有していた。前出の特開平１−２９１４４７
号公報では、モリブデン金属の組成比が１５ないし４０
原子％のタンタル−モリブデン合金薄膜を形成すること
によりタンタル金属単体より抵抗率を下げることができ
ると述べられているが、リーク電流を低減することはで
きない。また、耐熱性についても改善できない。

【０００５】本発明はこのような課題を解決するもので
、初期のリーク電流の低減はもちろんのこと、熱工程を
経ても十分に低いリーク電流を維持できるような耐熱性
に優れた絶縁性薄膜を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、０．５　原子％以上４．５　原子％以下の
モリブデンが含まれるタンタル薄膜酸化してなるもので
ある。

【０００７】

【作用】本発明は前記した構成により、初期のリーク電
流の低減はもちろんのこと、熱工程を経ても十分に低い
リーク電流を維持できるような耐熱性の優れた絶縁性薄
膜を提供できる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面に基づ
いて説明する。まず、第１実施例について、図１に基づ
き説明する。図１において、１１は絶縁性基板、１２は
モリブデンを含むタンタル金属薄膜からなる下部電極、
１３はモリブデンを含むタンタル金属薄膜を表面酸化し
て得られた酸化タンタル薄膜からなる絶縁性薄膜、１４
は上部電極である。

【０００９】以下、実施例の内容を詳細に説明する。絶
縁性基板１１として、ガラス基板（たとえば、コーニン
グの７０５９）を用いた。その上に、下部電極１２とし
てモリブデン含有量が０．０　原子％から７．０　原子
％である６種類のタンタル薄膜をスパッタリング法によ
り２００　℃の基板温度で３００　ｎｍの厚みに形成し
た。下部電極１２の表面酸化には陽極酸化法を用いた。 陽極酸化は、０．１　規定の蓚酸水溶液中で１１０　Ｖ
で定電流化成を行ない、引続き１１０　Ｖで定電圧化成
を行なうことにより、約２００　ｎｍの膜厚の酸化タン
タル膜を形成し絶縁性薄膜１３とした。最後に、直径１
．５ｍｍ　のアルミニウム上部電極１４を電子ビーム蒸
着して試料を作成した。この試料を用いて電気特性を測
定した。

【００１０】図２にモリブデンの含有量（原子％）と電
界強度２ＭＶ／ｃｍ　時のリーク電流（Ａ／ｃｍ２　）
との関係を示す。図２より、モリブデンの含有量１．６
　原子％で最小値を示し、０．５　原子％以上４．５　
原子％以下であれば４．０　×１０−８Ａ／ｃｍ２　以
下のリーク電流に抑えることができる。

【００１１】図３は３００　℃の真空熱処理によるリー
ク電流の変化を示したものである。モリブデンを含まな
い場合、２ＭＶ／ｃｍ　時のリーク電流が初期値で２．
０　×１０−５Ａ／ｃｍ２　だったものが熱処理後に１
．０　×１０−１Ａ／ｃｍ２以上となり急激に特性が劣
化する。ところが、モリブデンの含有量１．６　原子％
の場合は、２ＭＶ／ｃｍ　時のリーク電流が初期値で６
．０　×１０−８Ａ　／ｃｍ２　だったものが熱処理後
に３．０　×１０−５Ａ／ｃｍ２　程度にしか劣化せず
、モリブデンを含まない場合の初期値と同等の低いリー
ク電流を維持できた。以上のように、初期のリーク電流
の低減はもちろんのこと、熱工程を経ても十分に低いリ
ーク電流を維持できるような耐熱性の優れた絶縁性薄膜
を形成することができた。

【００１２】次に第２実施例について、図４に基づき説
明する。図４は絶縁性薄膜のデバイス応用例である液晶
表示素子の薄膜トランジスタ部を示し、図において、２
１は絶縁性基板、２２はモリブデンを含むタンタル金属
薄膜からなるゲート電極、２３はモリブデンを含むタン
タル金属薄膜を表面酸化して得られた酸化タンタル薄膜
からなる一層目のゲート絶縁膜、２４は二層目のゲート
絶縁膜、２５は半導体層、２６はエッチングストッパー
層、２７はオーミックコンタクト層、２８はソース電極
、２９はドレイン電極である。

【００１３】以下、実施例の内容を詳細に説明する。絶
縁性基板２１として、ガラス基板（たとえば、コーニン
グの７０５９）を用いた。その上に、ゲート電極２２と
して２．０　原子％のモリブデンを含むタンタル薄膜を
スパッタリング法により２００　℃の基板温度で３００
　ｎｍの厚みに形成し、フッ酸と硝酸の混合液を用いて
所定のパターンにエッチングした。ゲート電極２２の表
面酸化には陽極酸化法を用いた。陽極酸化は、０．１　
規定の蓚酸水溶液中で１１０　Ｖで定電流化成を行ない
、引続き１１０　Ｖで定電圧化成を行なうことにより、
約２００　ｎｍの膜厚の酸化タンタル薄膜を形成し一層
目のゲート絶縁膜２３とした。二層目のゲート絶縁膜２
４としてプラズマＣＶＤ法により基板温度３５０　℃で
窒化シリコン膜を２００　ｎｍ、半導体層２５としてａ
−Ｓｉ膜を１００　ｎｍ、エッチングストッパー層２６
として窒化シリコン膜を２００　ｎｍの厚みで連続的に
製膜した。 そして、ａ−Ｓｉ膜の半導体層２５と窒化シリコン膜の
エッチングストッパー層２６をそれぞれ所定のパターン
に加工した。オーミックコンタクト層２７としてｎ＋　
　型ａ−Ｓｉ膜を３０ｎｍの厚みで形成した後、島状に
パターン形成した。その後、アルミニウム膜をスパッタ
リング法により７００　ｎｍの厚みで形成し、燐酸系の
エッチング液で所定のパターンにエッチングし、ソース
電極２７およびドレイン電極２８を形成した。以上のよ
うに構成された第２実施例において、良好なトランジス
タ特性を得ることができた。

【００１４】次に第３実施例について、図５に基づき説
明する。図５は絶縁性薄膜を薄膜ＥＬ表示素子に応用し
た場合を示し、図において、３１は絶縁性基板、３２は
透明電極である。この透明電極３２の上に第１誘電体層
３３、ＥＬ発光体層３４、本発明にかかる絶縁性薄膜を
用いた第２誘電体層３５、そして背面電極３６が形成さ
れている。

【００１５】以下、実施例の内容を詳細に説明する。絶
縁性基板３１として、ガラス基板（たとえば、コーニン
グの７０５９）を用いた。なお、この透光性を有する絶
縁性基板３１の大きさは２４０ｍｍ　×１８０ｍｍ　で
厚さ１．１ｍｍ　である。この絶縁性基板３１上に、直
流スパッタリング法により基板温度４００　℃、ガス圧
０．８Ｐａ　（アルゴン対酸素の分圧比４対１）で厚さ
６００　ｎｍのＩＴＯ膜を形成した。このときのＩＴＯ
膜の抵抗率は２．２　×１０−４Ω・ｃｍであった。そ
の後ＩＴＯ膜をフォトリソグラフィの技術によりストラ
イプ状に加工した。パターン間隔０．３ｍｍ　、パター
ン間隔０．２３ｍｍのパターンを形成した。このように
して、ストライプ状の透明電極３２を形成した。その上
にチタン酸ジルコン膜ストロンチウム［Ｓｒ（ＴｉＸ　
Ｚｒ１−Ｘ　）Ｏ３　］焼結体を基板温度４００　℃で
スパッタリングすることにより、厚さ３００　ｎｍの上
記組成式の酸化物誘電体膜を第１誘電体層３３として形
成した。さらに、その上に共蒸着法により、基板温度２
００　℃で厚さ５００　ｎｍのマンガン添加硫化亜鉛膜
からなるＥＬ発光体層３４を形成し、真空中４５０　℃
で１時間熱処理した。その上に基板温度２００　℃でス
パッタリングすることにより、モリブデンを１．６　原
子％含むタンタル薄膜を厚さ１２０　ｎｍで形成した。 このタンタル薄膜を全て陽極酸化することにより、厚さ
３００　ｎｍの酸化タンタル薄膜を形成し第２誘電体層
３５とした。陽極酸化は、０．１　規定のクエン酸水溶
液を用い５０℃の液温で１７０　Ｖで定電流化成を行な
い、引続き１７０　Ｖで定電圧化成を行なった。さらに
、その上に厚さ１５０　ｎｍのアルミニウム膜を真空蒸
着し、蒸着したアルミニウム膜をフォトリソグラフィ技
術によりストライプ状に加工し、背面電極３６とした。 このようにして作成した薄膜ＥＬ表示素子を、駆動電圧
２５０　Ｖで駆動したところ、ほとんど絶縁破壊するこ
ともなく良好な駆動を行なうことができた。

【００１６】以上のように本発明の実施例によれば、モ
リブデンをタンタル薄膜中に添加することにより、タン
タル薄膜の表面から少なくとも一部を酸化し得られる絶
縁性薄膜の特性を大幅に向上させることができる。たと
えば、初期のリーク電流の低減や熱工程を経ても十分に
低いリーク電流を維持できるような耐熱性の向上を図る
ことができる。しかも、電子デバイス製造過程による膜
特性の劣化を考慮すると、モリブデンの含有量が０．５
　原子％以上４．５　原子％以下が適量であることを確
認した。

【００１７】なお、実施例において表面酸化の方法に電
解質溶液中の陽極酸化法を用いたが、酸素プラズマ中で
のプラズマ陽極酸化でもよい。電解質溶液も実施例では
、蓚酸、燐酸、クエン酸を用いたが、これに限定される
ものではなく、硝酸、硫酸、ホウ酸などの酸の水溶液の
他ホウ酸アンモニウムなど中性の塩の溶液でもよい。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
０．５　原子％以上４．５　原子％以下のモリブデンが
含まれるタンタル薄膜の表面を酸化し絶縁性薄膜とする
ことにより、初期のリーク電流の低減はもちろんのこと
、熱工程を経ても十分に低いリーク電流を維持できるよ
うな耐熱性に優れた絶縁性薄膜を提供することができ、
その実用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における絶縁性薄膜の断面
図である。

【図２】モリブデンの含有量とリーク電流の関係を示す
グラフである。

【図３】真空熱処理によるリーク電流の変化を示すグラ
フである。

【図４】本発明の第２実施例において、絶縁性薄膜を液
晶表示素子に応用したときの薄膜トランジスタの断面図
である。

【図５】本発明の第３実施例において、絶縁性薄膜を薄
膜ＥＬ表示素子に応用した状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１１　　　　絶縁性基板 １２　　　　下部電極 １３　　　　絶縁性薄膜 １４　　　　上部電極 ２１　　　　絶縁性基板 ２２　　　　ゲート電極 ２３　　　　一層目のゲート絶縁膜 ２４　　　　二層目のゲート絶縁膜 ２５　　　　半導体層 ２６　　　　エッチングストッパー層 ２７　　　　オーミックコンタクト層 ２８　　　　ソース電極 ２９　　　　ドレイン電極 ３１　　　　絶縁性基板 ３２　　　　透明電極 ３３　　　　第１誘電体層 ３４　　　　ＥＬ発光体層 ３５　　　　第２誘電体層 ３６　　　　背面電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　０．５　原子％以上４．５　原子％以
   下のモリブデンが含まれるタンタル薄膜を酸化してなる
   ことを特徴とする絶縁性薄膜。