JPH04298722A - Thin film laminated device with substrate and production thereof - Google Patents

Thin film laminated device with substrate and production thereof

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JPH04298722A
JPH04298722A JP3146961A JP14696191A JPH04298722A JP H04298722 A JPH04298722 A JP H04298722A JP 3146961 A JP3146961 A JP 3146961A JP 14696191 A JP14696191 A JP 14696191A JP H04298722 A JPH04298722 A JP H04298722A
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JP
Japan
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thin film
substrate
film
laminated device
sinx
Prior art date
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Pending
Application number
JP3146961A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Tanabe
誠 田辺
Katsuyuki Yamada
勝幸 山田
Hidekazu Ota
英一 太田
Hitoshi Kondo
均 近藤
Yuji Kimura
裕治 木村
Masayoshi Takahashi
高橋 正悦
Kenji Kameyama
健司 亀山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP3146961A priority Critical patent/JPH04298722A/en
Publication of JPH04298722A publication Critical patent/JPH04298722A/en
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K77/00Constructional details of devices covered by this subclass and not covered by groups H10K10/80, H10K30/80, H10K50/80 or H10K59/80
    • H10K77/10Substrates, e.g. flexible substrates
    • H10K77/111Flexible substrates

Abstract

PURPOSE:To eliminate the deformation, curling, etc., of a substrate and to reduce the cost and weight of the thin film laminated device by forming an SiNx layer having the stress to negate the deformation stress possessed by the thin film device body on at least one surface of the substrate. CONSTITUTION:The thin film 2b consisting of the SiNx (x is 0.5 to 1.2) is provided on at least one surface of the substrate 1 of the plastic substrate 1 and the thin film laminated device formed on this substrate. The thin film 2b is provided with a compsn. distribution in which x is small on the plastic substrate 1 side and large on the opposite side. In addition, the thin film 2b has the stress value which can nearly negate the stress value possessed by the thin film and the entire part of the thin film laminated device to be formed on the thin film. Further, the thin film 2b is formed on at least one surface of the substrate 1 by a CVD method in which the rf power value is set at an adequate value between 250 and 300w at the time of producing the thin film laminated device with the substrate.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【技術分野】本発明は、薄膜積層デバイスに関し、詳し
くは、OA機器用やTV用など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に関す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thin film laminated device, and more particularly to a switching element that can be suitably used in flat panel displays for office automation equipment, TVs, and the like.

【0002】0002

【従来技術】OA機器端末機や液晶TVには大面積液晶
パネルの使用の要望が強く、そのため、アクティブマト
リクス方式では各画素ごとにスイッチをもうけ、電圧を
保持するように工夫されている(特開昭61−2602
19、特開昭62−62333号)。また近年、液晶パ
ネルの軽量化、低コスト化が盛んに行われており、スイ
ッチイング素子の基板にプラスチックを用いることが検
討されている(特開平1−47769号)。しかし、プ
ラスチック上に、薄膜積層スイッチング素子を形成する
とプラスチック基板の変形やカールを生じ、膜はがれ等
の問題があった。また、薄膜積層スイッチング素子を作
製する際、酸、アルカリ、水等の溶液中にプラスチック
を浸漬する工程があり、プラスチック内に酸、アルカリ
、水等が残存し、素子劣化の原因となった。一方、プラ
スチックフィルム基板を用いた液晶表示装置の作製にお
いて、配向処理の際、プラスチック特有の配向方法を行
う必要があった。そこでSiO2層をプラスチックフィ
ルムの片面に形成することによって、ガラス基板と同様
の方法で配向処理ができることが知られている(特公平
1−47769号)。しかし、SiO2による膜では、
パッシベーション効果はあるが、プラスチック基板とそ
のコート膜との間に生ずるヤング率ミスマッチに起因す
る基板カール現象の問題解決にはならず、新たなコート
膜材料が必要である。本発明者等はこの点について研究
を進めた結果、その膜材料は内部応力を伸びの方向から
収縮の方向まで自在に変えられるものが望ましく、また
、該コート膜中で、膜の厚み方向において膜材料に組成
分布を持たせてパッシベーション効果を与えるのみなら
ず、基板カールに対するコート膜中応力の最適化をはか
ることが好ましいことを発見した。
[Prior Art] There is a strong demand for the use of large-area liquid crystal panels in office automation equipment terminals and liquid crystal TVs. Therefore, in the active matrix method, a switch is provided for each pixel to maintain the voltage (especially Kaisho 61-2602
19, Japanese Patent Publication No. 62-62333). Furthermore, in recent years, efforts have been made to reduce the weight and cost of liquid crystal panels, and the use of plastic for the substrates of switching elements is being considered (Japanese Patent Laid-Open No. 1-47769). However, when a thin film laminated switching element is formed on plastic, there are problems such as deformation and curling of the plastic substrate, and film peeling. In addition, when manufacturing a thin film laminated switching element, there is a step of immersing plastic in a solution of acid, alkali, water, etc., and acid, alkali, water, etc. remain in the plastic, causing element deterioration. On the other hand, in the production of a liquid crystal display device using a plastic film substrate, it is necessary to perform an alignment method unique to plastics during alignment treatment. Therefore, it is known that by forming a SiO2 layer on one side of a plastic film, alignment treatment can be performed in the same manner as for glass substrates (Japanese Patent Publication No. 1-47769). However, in a film made of SiO2,
Although it has a passivation effect, it does not solve the problem of substrate curling caused by Young's modulus mismatch between the plastic substrate and its coating film, and a new coating film material is required. As a result of our research on this point, the present inventors have found that it is desirable for the film material to be able to freely change the internal stress from the direction of elongation to the direction of contraction. We have discovered that it is preferable not only to provide a passivation effect by giving the film material a compositional distribution, but also to optimize the stress in the coating film against substrate curl.

【0003】0003

【目的】本発明は前記従来の課題を解決し、軽量、低コ
スト、膜はがれ、基板カール等の無い薄膜積層デバイス
を提供することを目的としている。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and provide a thin film laminated device that is lightweight, low cost, and free from film peeling, substrate curl, etc.

【0004】0004

【構成】本発明の第1はプラスチック基板と該基板上に
形成された薄膜積層デバイスにおいて、該基板の少なく
とも片面にSiNx(xは0.5〜1.2)からなる薄
膜を有することを特徴とする基板付薄膜積層デバイスに
関する。本発明の第2は、前記SiNx(xは0.5〜
1.2)からなる薄膜が、プラスチック基板側はxが小
さく、反対側はxが大きい組成分布を持たせたことを特
徴とする前記基板付薄膜積層デバイスに関する。本発明
の第3は、プラスチック基板と該基板上に形成された薄
膜積層デバイスにおいて、該基板の少なくとも片面にS
iNx(xは0.5〜1.2)からなる薄膜を設け、か
つ該薄膜は該基板とその上に形成されるべき薄膜積層デ
バイスの全体のもつ応力値をほぼ打消すことのできる応
力値を有することを特徴とする前記基板付薄膜積層デバ
イスに関する。本発明の第4は、前記基板付薄膜積層デ
バイスを製造するにあたり、該基板の少なくとも片面に
rfパワー値を250〜300Wの間の適切な値に設定
したCVD法によりSiNx(xは0.5〜1.2)の
薄膜を形成することを特徴とする前記基板付薄膜積層デ
バイスの製法に関する。
[Structure] The first aspect of the present invention is a plastic substrate and a thin film laminated device formed on the substrate, characterized in that the substrate has a thin film made of SiNx (x is 0.5 to 1.2) on at least one side. The present invention relates to a thin film laminated device with a substrate. The second aspect of the present invention is the SiNx (x is 0.5 to
1.2) The present invention relates to the substrate-attached thin film laminated device, characterized in that the thin film consisting of 1.2) has a composition distribution in which x is small on the plastic substrate side and x is large on the opposite side. A third aspect of the present invention is a plastic substrate and a thin film laminated device formed on the substrate.
A thin film made of iNx (x is 0.5 to 1.2) is provided, and the thin film has a stress value that can almost cancel out the stress value of the whole of the substrate and the thin film laminated device to be formed thereon. The present invention relates to the substrate-attached thin film laminated device characterized in that it has the following. A fourth aspect of the present invention is that, in manufacturing the thin film laminated device with a substrate, SiNx (x is 0.5 The present invention relates to a method for producing the thin film laminated device with a substrate, characterized in that the thin film of ~1.2) is formed.

【0005】プラスチック基板へのSiNx薄膜の形成
はその上に作製する薄膜積層デバイスの剥がれなどの問
題を解決するために重要である。プラスチック基板だけ
では、上部に堆積する薄膜の内部応力に応じたカールが
発生し、ハンドリングなどに問題を生じる。これを回避
する為プラスチック基板に適切な諸条件で製膜されたバ
ッファ層を形成することが必要である。本発明の薄膜積
層デバイスを作製するためには、まずポリエチレンテル
フタレート(PET)、ポリアリレート、ポリエーテル
サルフォン(PES)、ポリカーボネート、ポリエチレ
ン、ポリメチルメタクリレート、ポリイミドなどのプラ
スチック基板の少なくとも片面にSiNx(xは0.5
〜1.2)をスパッタ法、蒸着法、プラズマCVD法等
により形成する。この物質からなる薄膜、即ちSiNx
(xは0.5〜1.2)の薄膜は、本発明者等の研究の
結果プラスチック基板との密着性に優れ、かつ透浸度の
低い物質であることが分かった。この物質は酸化物系に
比ベて透浸度が低く、かつ製膜条件(CVD使用時のr
fパワー)を変えることによりエッチングレートが小さ
く緻密性に富んでいる膜が作れる。また、SiNx内部
応力のrfパワー依存性を示す図4で解るように、rf
パワー値を250から300W間で振ることにより応力
値を伸びの方向(図5の上向の矢印)から収縮の方向(
図5の下向の矢印)に任意な値で設定できるという利点
がある。このような利点を充分活用するには、図9に示
すように製膜条件を変えて膜組成を変化させることによ
り、カールを抑える方向に作用する応力分布をもたせる
ことがのぞましい。この膜は、蒸着、スパタリング、C
VD等の方法で形成される。前述のようにSiNxにお
けるxが0.5〜1.2の範囲の領域ではSiNx層の
密度が高く、したがってち密性に富み高いパッシベーシ
ョン効果が期待できる。さらに、内部応力を任意にふれ
ることによるSiNx層の上部に設けられるデバイス層
の作製条件の変更等によるデバイス層内部応力の変化に
対応できる。またSiNx層の応力は伸びの方向から収
縮の方向に設定できるので、基板両面にSiNx層を設
ける際に、デバイス内部応力は収縮的なのでデバイス側
SiNx層が伸び方向の応力を持つようにし、反対面の
SiNx層には収縮方向の応力を持つように作製でき基
板とデバイス全体の応力ミスマッチを押さえることがで
きるという利点がある。プラスチック基板の厚さは、5
0μm〜2mmのものを使用するが、500μm以下、
特に300μm以下が望ましい。このようにして少なく
とも片面にSiNx薄膜を形成したプラスチック基板の
上に、薄膜積層デバイスを形成する。薄膜積層デバイス
としては、金属−絶縁体−金属の層構成からなるMIM
(Metal−Insulator−Metal)素子
、特開昭61−275811号公報でいうところのMS
I(Metal−Semi−Insulator)素子
、半導体−絶縁体−半導体の層構成からなるSIS(S
emiconductor−Insulator−Se
miconductor)素子、特開昭64−7577
号公報に記載の金属−絶縁体−金属−絶縁体−金属の層
構成からなるMIMIM素子などがある。中でも、絶縁
体に硬質炭素膜を用いたMIM素子が液晶表示用スイッ
チング素子に有利である。硬質炭素膜を絶縁層に用いた
場合、プラスチック基板は大きくカールするので少なく
とも基板片面にその内部応力を打ち消すように働くSi
Nx薄膜を形成することにより対応する。具体的には、
RFパワーを変化させることにより、SINx層のSi
/N比を0.8から1.0に変化させ、屈折率を2.0
〜2.2とし、結果として応力分布をもたせ、かつ、コ
ート膜の黄ばみをもおさえることができる。Si/N比
はIR分光スペクトルから、また屈折率の分布はニュー
トリング干渉効果の観測から知ることができる。 次に本発明を利用した前記MIM素子の製法について詳
細に説明する。図1〜3に示すように少なくとも片面に
プラスチック基板との密着性に優れたSiNxからなる
膜(2bまた2a,2b)を数100〜数1000Åで
基板上に堆積する。この上に画素となる透明電極材料を
蒸着スパッタリング等の方法で堆積し、所定のパターン
に形成し画素電極4とする。次に、蒸着、スパッタリン
グ等の方法で下部電極用導体薄膜を形成し、ウェット又
はドライエッチングにより所定のパターンにパターニン
グして下部電極となる第1導体7とし、その上にプラズ
マCVD法、イオンビーム法等により硬質炭素膜2を被
覆後、ドライエッチング、ウエットエッチング又はレジ
ストを用いるリフトオフ法により所定のパターンにパタ
ーニングして絶縁膜とし、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被覆し、
所定のパターンにパターニングしてバスラインとなる第
2導体6を形成し、最後に下部電極の不必要部分を除去
し、透明電極パターンを露出させ、画素電極6とする。 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
の変形が可能である。ここで下部電極、上部電極及び透
明電極の厚さは通常、夫々数百〜数千Å、数百〜数千Å
、数百〜数千Åの範囲である。硬質炭素膜の厚さは、1
00〜8000Å、望ましくは200〜6000Å、さ
らに望ましくは300〜4000Åの範囲である。又プ
ラスチック基板の場合、いままでその耐熱性から能動素
子を用いたアクティブマトリックス装置の作製が非常に
困難であった。しかし硬質炭素膜は室温程度の基板温度
で良質な膜の作製が可能であり、プラスチック基板にお
いても作製が可能であり、非常に有効な画質向上手段で
ある。
Formation of a SiNx thin film on a plastic substrate is important in order to solve problems such as peeling of thin film laminated devices fabricated thereon. If only a plastic substrate is used, the thin film deposited on top of the substrate will curl due to the internal stress, causing problems in handling. In order to avoid this, it is necessary to form a buffer layer on a plastic substrate under appropriate conditions. In order to fabricate the thin film laminated device of the present invention, first, SiN (x is 0.5
~1.2) is formed by sputtering, vapor deposition, plasma CVD, or the like. A thin film made of this material, namely SiNx
As a result of research conducted by the present inventors, it was found that a thin film of (x is 0.5 to 1.2) is a material that has excellent adhesion to a plastic substrate and has low permeability. This material has a lower permeability than oxide-based materials, and the film forming conditions (r.
By changing the f power), a film with a small etching rate and high density can be produced. Furthermore, as can be seen in Figure 4, which shows the dependence of SiNx internal stress on rf power, rf
By varying the power value between 250 and 300 W, the stress value can be changed from the direction of elongation (upward arrow in Figure 5) to the direction of contraction (
There is an advantage that an arbitrary value can be set for the arrow (downward arrow in FIG. 5). In order to fully utilize these advantages, it is desirable to provide a stress distribution that acts in a direction that suppresses curling by changing the film forming conditions and changing the film composition as shown in FIG. This film can be formed by vapor deposition, sputtering, C
It is formed by a method such as VD. As mentioned above, in the region where x in SiNx is in the range of 0.5 to 1.2, the density of the SiNx layer is high, and therefore a high density and a high passivation effect can be expected. Furthermore, it is possible to cope with changes in the internal stress of the device layer due to changes in the manufacturing conditions of the device layer provided on the top of the SiNx layer, etc. by arbitrarily varying the internal stress. In addition, the stress in the SiNx layer can be set from the elongation direction to the contraction direction, so when providing SiNx layers on both sides of the substrate, the device internal stress is contractionary, so the device side SiNx layer should have stress in the elongation direction, and vice versa. The SiNx layer on the surface has the advantage that it can be made to have stress in the direction of contraction, thereby suppressing stress mismatch between the substrate and the entire device. The thickness of the plastic board is 5
Use 0 μm to 2 mm, but 500 μm or less,
In particular, a thickness of 300 μm or less is desirable. A thin film laminated device is formed on the plastic substrate on which the SiNx thin film is formed on at least one side in this manner. As a thin film stacked device, MIM consisting of a metal-insulator-metal layer structure is used.
(Metal-Insulator-Metal) element, MS as referred to in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-275811
I (Metal-Semi-Insulator) element, SIS (S
emiconductor-Insulator-Se
microconductor) element, JP-A-64-7577
There is a MIMIM element having a metal-insulator-metal-insulator-metal layer structure described in the above publication. Among these, an MIM element using a hard carbon film as an insulator is advantageous for a switching element for liquid crystal display. When a hard carbon film is used as an insulating layer, the plastic substrate curls significantly, so at least one side of the substrate is covered with Si, which acts to cancel out the internal stress.
This is handled by forming an Nx thin film. in particular,
By changing the RF power, the Si of the SINx layer
/N ratio was changed from 0.8 to 1.0, and the refractive index was changed to 2.0.
~2.2, resulting in a stress distribution and suppressing yellowing of the coat film. The Si/N ratio can be determined from the IR spectrum, and the refractive index distribution can be determined by observing the Neutling interference effect. Next, a method for manufacturing the MIM element using the present invention will be described in detail. As shown in FIGS. 1 to 3, a film (2b or 2a, 2b) made of SiNx with excellent adhesion to the plastic substrate is deposited on at least one side to a thickness of several hundred to several thousand angstroms. A transparent electrode material that will become a pixel is deposited thereon by a method such as vapor deposition sputtering and formed into a predetermined pattern to form a pixel electrode 4. Next, a conductor thin film for the lower electrode is formed by a method such as vapor deposition or sputtering, and patterned into a predetermined pattern by wet or dry etching to form the first conductor 7 that will become the lower electrode. After coating the hard carbon film 2 by a method such as a dry etching method, it is patterned into a predetermined pattern by dry etching, wet etching, or a lift-off method using a resist to form an insulating film, and then a bus line conductor is formed on the insulating film by a method such as vapor deposition or sputtering. coated with a thin film,
A second conductor 6 that will become a bus line is formed by patterning into a predetermined pattern, and finally, an unnecessary portion of the lower electrode is removed to expose a transparent electrode pattern to form a pixel electrode 6. In this case, the configuration of the MIM element is not limited to this, and after the MIM element is created, a transparent electrode is provided on the top layer, a transparent electrode also serves as an upper or lower electrode, and a side surface of the lower electrode. Various modifications are possible, such as one in which an MIM element is formed on the top. Here, the thickness of the lower electrode, upper electrode, and transparent electrode is usually several hundred to several thousand Å, and several hundred to several thousand Å, respectively.
, in the range of several hundred to several thousand Å. The thickness of the hard carbon film is 1
The thickness is in the range of 00 to 8000 Å, preferably 200 to 6000 Å, and more preferably 300 to 4000 Å. Furthermore, in the case of plastic substrates, it has been extremely difficult to fabricate active matrix devices using active elements due to their heat resistance. However, a hard carbon film can be produced at a substrate temperature of about room temperature, and can also be produced on a plastic substrate, making it a very effective means for improving image quality.

【0006】次に本発明で使用されるMIM素子の材料
について更に詳しく説明する。下部電極となる第1導体
7の材料としては、Al,Ta,Cr,W,Mo,Pt
,Ni,Ti,Cu,Au,W,ITO,ZnO:Al
,In2O3,SnO2等種々の導電体が使用される。 次にバスラインとなる第2導体6の材料としては、Al
,Cr,Ni,Mo,Pt,Ag,Ti,Cu,Au,
W,Ta,ITO,ZnO:Al,In2O3,SnO
2等種々の導電体が使用されるが、I−V特性の安定性
及び信頼性が特に優れている点からNi,Pt,Agが
好ましい。絶縁膜として硬質炭素膜2を用いたMIM素
子は電極の種類を変えても対称性が変化せず、またln
I∝√vの関係からプールフレンケル型の伝導をしてい
ることが判る。 またこの事からこの種のMIM素子の場合、上部電極と
下部電極との組合せをどのようにしてもよいことが判る
。しかし硬質炭素膜と電極との密着力や界面状態により
素子特性(I−V特性)の劣化及び変化が生じる。これ
らを考慮すると、Ni,Pt,Agが良いことがわかっ
た。本発明のMIM素子の電流−電圧特性は図5のよう
に示され、近似的には以下に示すような伝導式で表わさ
れる。
Next, the material of the MIM element used in the present invention will be explained in more detail. The material of the first conductor 7 serving as the lower electrode includes Al, Ta, Cr, W, Mo, and Pt.
, Ni, Ti, Cu, Au, W, ITO, ZnO:Al
, In2O3, SnO2, etc. are used. Next, the material for the second conductor 6, which will become the bus line, is Al.
, Cr, Ni, Mo, Pt, Ag, Ti, Cu, Au,
W, Ta, ITO, ZnO: Al, In2O3, SnO
Although various conductors such as No. 2 can be used, Ni, Pt, and Ag are preferred because they have particularly excellent stability and reliability of IV characteristics. In the MIM device using the hard carbon film 2 as an insulating film, the symmetry does not change even if the type of electrode is changed, and ln
From the relationship I∝√v, it can be seen that Poole-Frenkel type conduction is occurring. Further, from this fact, it can be seen that in the case of this type of MIM element, the upper electrode and the lower electrode may be combined in any manner. However, the device characteristics (IV characteristics) deteriorate and change depending on the adhesion between the hard carbon film and the electrode and the state of the interface. Considering these, it was found that Ni, Pt, and Ag are good. The current-voltage characteristics of the MIM element of the present invention are shown in FIG. 5, and are approximately expressed by the conduction equation shown below.

【0007】[0007]

【数1】[Math 1]

【0008】I:電流 V:印加電圧 κ:導電係数 
β:プールフレンケル係数 n:キャリヤ密度  μ:キャリヤモビリティ  q:
電子の電荷量 Φ:トラップ深さ  ρ:比抵抗  d:硬質炭素の膜
厚(Å)k:ボルツマン定数  T:雰囲気温度  ε
1:硬質炭素の誘電率 ε2:真空誘電率
I: Current V: Applied voltage κ: Conductivity coefficient
β: Poole-Frenkel coefficient n: Carrier density μ: Carrier mobility q:
Electron charge Φ: Trap depth ρ: Specific resistance d: Hard carbon film thickness (Å) k: Boltzmann constant T: Ambient temperature ε
1: Dielectric constant of hard carbon ε2: Vacuum dielectric constant

【0009】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。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。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。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。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〜350℃ 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。また、硬質炭素膜の
諸特性を表1に示す。
The hard carbon film in the present invention will be explained 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 have to be a gas phase at normal temperature and pressure; they can be used in either a liquid or solid phase as long as they can be vaporized through melting, evaporation, sublimation, etc. by heating or reduced pressure. be. Regarding the hydrocarbon gas as the raw material gas, for example, paraffinic hydrocarbons such as CH4, C2H6, C3H8, C4H10, acetylenic hydrocarbons such as C2H4,
Gases containing at least all hydrocarbons such as olefinic hydrocarbons, diolefinic hydrocarbons, and even aromatic hydrocarbons can be used. Furthermore, other than hydrocarbons, compounds containing at least the carbon element can be used, such as alcohols, ketones, ethers, esters, CO, and CO2. In the method of forming a hard carbon film from a raw material gas in the present invention, the film-forming active species is
It is preferable to use a plasma state generated by a plasma method using direct current, low frequency, high frequency, microwave, etc., but for the purpose of increasing the area, improving uniformity, and forming a film at a low temperature, A method using a magnetic field effect is more preferable. 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 vapor deposition method, an ion beam vapor deposition method, etc., or a vacuum vapor deposition method,
Alternatively, it may be formed from neutral particles produced by a sputtering method or the like, or may be formed from a combination of these. An example of the deposition conditions for the hard carbon film produced in this manner is as follows in the case of the plasma CVD method. RF output: 0.1 to 50 W/cm2 Pressure: 1/103 to 10 Torr Deposition temperature: Room temperature to 350°C Due to this plasma state, the raw material gas is decomposed into radicals and ions and reacts, thereby forming carbon atoms C on the substrate.
A hard carbon film containing at least one of amorphous (amorphous) and microcrystalline (crystal size is several tens of angstroms to several μm) is deposited. Further, Table 1 shows various properties of the hard carbon film.

【0010】0010

【表1】[Table 1]

【0011】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。 光学的バンドギャップ(Egopt):分光特性から吸
収係数(α)を求め、数2式の関係より決定。
Note) Measuring method: Specific resistance (ρ): Obtained from the IV characteristics using a coplanar cell. Optical bandgap (Egopt): Obtain the absorption coefficient (α) from the spectral characteristics and determine from the relationship shown in Equation 2.

【0012】0012

【数2】[Math 2]

【0013】膜中水素量〔C(H)〕:赤外吸収スペク
トルから2900/cm近のピークを積分し、吸収断面
積Aを掛けて求める。すなわち、 〔C(H)〕=A・∫α(v)/v・dvSP3/SP
2比:赤外吸収スペクトルを、SP3,SP2にそれぞ
れ帰属されるガウス関数に分解し、その面積比より求め
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。 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6及び図7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8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を
知ることができる。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50
Å〜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。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
。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。 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。さらには膜の比誘電率も2〜6と従
来のMIM素子に使用されていたTa2O5,Al2O
3,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C(L
CD)/C(MIM)=10:1程度必要である)。ま
た、素子急峻性β∝1/√ε・√dであるため、比誘電
率εが小さければ急峻性は大きくなり、オン電流Ion
とオフ電流Ioffとの比が大きくとれるようになる。 このためより低デューティ比でのLCD駆動が可能とな
り、高密度のLCDが実現できる。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。以上の点を顧みる
に、硬質炭素膜を使用することで、低コスト、階調性(
カラー化)、高密度LCDが実現できる。さらにこの硬
質炭素膜が炭素原子及び水素原子の他に、周期律表第I
II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、酸素元素
、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。同様に周期律表第I
V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。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、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。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,B
F3,Al(O−i−C3H7)3,(CH3)3Al
,(C2H5)3Al,(i−C4H9)3Al,Al
Cl3,Ga(O−i−C3H7)3,(CH3)3G
a,(C2H5)3Ga,GaCl3,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Si3H6,(C2H5)3SiH,SiF4,Si
H2Cl2,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PH3,PF3,PF5,PCl2F3,PCl
3,PCl2F,PBr3,PO(OCH3)3,P(
C2H5)3,POCl3,AsH3,AsCl3,A
sBr3,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L
iO−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(OC
2H5)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。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。カルコ
ゲン系元素を含む化合物としては、例えばH2S,(C
H3)(CH2)4S(CH2)4CH3,CH2=C
HCH2SCH2CH=CH2,C2H5SC2H5,
C2H5SCH3,チオフェン、H2Se,(C2H5
)2Se,H2Te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、弗化炭素、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。液晶駆動
MIM素子として好適な硬質炭素膜は、駆動条件から膜
厚が100〜8000Å、比抵抗が106〜1013Ω
・cmの範囲であることが有利である。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
薄膜二端子素子部の段差(セルギャップ差)に起因する
色むらが実用上問題とならないようにするには膜厚は6
000Å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〜
1013Ω・cmであることがより好ましい。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
ることがより望ましい。また、ストレスによる硬質炭素
膜の剥離が起こりにくくするため、及び、より低デュー
ティ比(望ましくは1/1000以下)で駆動するため
に、膜厚は4000Å以下であることがより望ましい。 これらを総合して考慮すると、硬質炭素膜の膜厚は30
0〜4000Å、比抵抗率は107〜1011Ω・cm
であることが一層好ましい。
Amount of hydrogen in the film [C(H)]: Obtained by integrating the peak near 2900/cm from the infrared absorption spectrum and multiplying it by the absorption cross section A. That is, [C(H)]=A・∫α(v)/v・dvSP3/SP
2 ratio: The infrared absorption spectrum is decomposed into Gaussian functions assigned to SP3 and SP2, respectively, and determined from the area ratio. Vickers hardness (H): Based on a micro Vickers meter. Refractive index (n): By ellipsometer. Defect density: Based on ESR. The hard carbon film thus formed was measured using Raman spectroscopy and IR spectroscopy.
As a result of analysis by an absorption method, it has been revealed that interatomic bonds in which carbon atoms form SP3 hybrid orbitals and SP2 hybrid orbitals coexist, as shown in FIGS. 6 and 7, respectively. The ratio of SP3 bonds to SP2 bonds can be approximately estimated by peak-separating the IR spectrum. In the IR spectrum, many mode spectra from 2800 to 3150/cm are measured to overlap, but the attribution of the peak corresponding to each wavenumber has been clarified, and peak separation can be performed using a Gaussian distribution as shown in Figure 8. SP3/SP2 can be found by calculating the area of each peak and finding the ratio. Also, according to X-ray and electron diffraction analysis, it is in an amorphous state (a-C:H) and/or about 50
It is known that it is in an amorphous state containing microcrystalline grains of about Å to several μm in size. In the case of the plasma CVD method, which is generally suitable for mass production, the lower the RF output, the higher the specific resistance and hardness of the film, and the lower the pressure, the longer the life of active species, so lowering the substrate temperature and increasing the The area can be made uniform, and the specific resistance and hardness tend to increase. Furthermore, since the plasma density decreases at low pressures, methods using magnetic field confinement effects are particularly effective in increasing resistivity. Furthermore, this method has the characteristic that it can form a hard carbon film of good quality even under relatively low temperature conditions of about room temperature to 150° C., so it is optimal for lowering the temperature of the MIM element manufacturing process. Therefore, the degree of freedom in selecting the substrate material to be used is increased, and the substrate temperature can be easily controlled, so that a uniform film can be obtained over a large area. Furthermore, as shown in Table 1, the structure and physical properties of the hard carbon film can be controlled over a wide range, so there is an advantage that device characteristics can be designed freely. Furthermore, the dielectric constant of the film is 2 to 6, which is the amount of Ta2O5 and Al2O used in conventional MIM devices.
3. It is smaller than SiNx, so if you want to make an element with the same capacitance, the element size will only need to be larger.
It does not require much microfabrication, and the yield improves (Due to the driving conditions, the capacitance ratio of the LCD and MIM element is C(L
(CD)/C(MIM) = approximately 10:1 is required). Also, since the element steepness β∝1/√ε・√d, the smaller the dielectric constant ε, the greater the steepness, and the on-current Ion
The ratio of the off current Ioff to the off current Ioff can be increased. Therefore, it becomes possible to drive the LCD at a lower duty ratio, and a high-density LCD can be realized. Furthermore, since the film has high hardness, there is less damage caused by the rubbing process during encapsulation of the liquid crystal material, which also improves the yield. Considering the above points, by using a hard carbon film, it is possible to achieve low cost and gradation (
Colorization) and high-density LCDs can be realized. Furthermore, this hard carbon film contains carbon atoms, hydrogen atoms, and
It may contain a group II element, a group IV element, a group V element, an alkali metal element, an alkaline earth metal element, a nitrogen atom, an oxygen element, a chalcogen element, or a halogen atom as a constituent element. Periodic table III as one of the constituent elements
Group elements, also Group V elements, alkali metal elements, alkaline earth metal elements, nitrogen atoms, or oxygen atoms introduced, have a hard carbon film thickness of about 2 to 30% compared to non-doped ones.
It is possible to increase the thickness by three times, thereby preventing the occurrence of pinholes during device fabrication, and dramatically improving 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 can be obtained. Similarly, periodic table I
When group V elements, chalcogen elements, or halogen elements are introduced, the stability of the hard carbon film is dramatically improved, and the hardness of the film is also improved, making it possible to produce highly reliable elements. These effects can be obtained because Group IV elements and chalcogen elements reduce the active double bonds present in the hard carbon film, and in the case of halogen elements, 1) abstraction for hydrogen The reaction promotes the decomposition of the raw material gas and reduces dangling bonds in the film, and 2) during the film formation process, the halogen element X pulls out hydrogen in the C-H bond and replaces it, forming a C-X bond. enters the film and increases the bond energy (C-H and C-
This is because the bond energy between X is larger between C and X). In order to use these elements as constituent elements of the film, in addition to hydrocarbon gas and hydrogen as raw material gases, group III elements, group IV elements, and group V elements of the periodic table must be added as dopants to the film. In order to contain elements, alkali metal elements, alkaline earth metal elements, nitrogen atoms, oxygen atoms, chalcogen elements, or halogen elements, compounds (or molecules) containing these elements or atoms (hereinafter referred to as "other gases (sometimes referred to as "compounds") are used. Here, as a compound containing a group III element of the periodic table, for example, B
(OC2H5)3,B2H6,BCl3,BBr3,B
F3, Al(O-i-C3H7)3, (CH3)3Al
, (C2H5)3Al, (i-C4H9)3Al, Al
Cl3, Ga(O-i-C3H7)3, (CH3)3G
a, (C2H5)3Ga, GaCl3, GaBr3, (
Examples include O-i-C3H7)3In and (C2H5)3In. Examples of compounds containing Group IV elements of the periodic table include Si3H6, (C2H5)3SiH, SiF4, Si
H2Cl2, SiCl4, Si(OCH3)4, Si(
OC2H5)4, Si(OC3H7)4, GeCl4,
GeH4, Ge(OC2H5)4, Ge(C2H5)4
, (CH3)4Sn, (C2H5)4Sn, SnCl4
etc. Compounds containing Group V elements of the periodic table include:
For example, PH3, PF3, PF5, PCl2F3, PCl
3, PCl2F, PBr3, PO(OCH3)3, P(
C2H5)3, POCl3, AsH3, AsCl3, A
sBr3, AsF3, AsF5, AsCl3, SbH3
, SbF3, SbCl3, Sb(OC2H5)3, etc. As a compound containing an alkali metal atom, for example, L
iO-i-C3H7, NaO-i-C3H7, KO-i
-C3H7 etc. Examples of compounds containing alkaline earth metal atoms include Ca(OC2H5)3, Mg(OC
2H5)2, (C2H5)2Mg, etc. Examples of compounds containing nitrogen atoms include nitrogen gas, inorganic compounds such as ammonia, organic compounds having functional groups such as amino groups and cyano groups, and nitrogen-containing heterocycles. Examples of compounds containing oxygen atoms include oxygen gas, ozone, water (steam), hydrogen peroxide, carbon monoxide, carbon dioxide, suboxide, nitrogen monoxide, nitrogen dioxide, dinitrogen trioxide, and dinitrogen pentoxide. , inorganic compounds such as nitrogen trioxide, hydroxyl groups, aldehyde groups, acyl groups, ketone groups, nitro groups, nitroso groups, sulfone groups, ether bonds, ester bonds, peptide bonds,
Examples include organic compounds having a functional group or bond such as a heterocycle containing oxygen, and metal alkoxides. Examples of compounds containing chalcogen elements include H2S, (C
H3)(CH2)4S(CH2)4CH3,CH2=C
HCH2SCH2CH=CH2, C2H5SC2H5,
C2H5SCH3, thiophene, H2Se, (C2H5
)2Se, H2Te, etc. Examples of compounds containing halogen elements include fluorine, chlorine, bromine, iodine, hydrogen fluoride, carbon fluoride, chlorine fluoride, bromine fluoride, iodine fluoride, hydrogen chloride, bromine chloride, iodine chloride, and hydrogen bromide. , inorganic compounds such as iodine bromide and hydrogen iodide, and organic compounds such as alkyl halides, aryl halides, halogenated styrene, halogenated polymethylene, and haloform. A hard carbon film suitable as a liquid crystal driving MIM element has a film thickness of 100 to 8000 Å and a specific resistance of 106 to 1013 Ω depending on the driving conditions.
Advantageously in the cm range. In addition, considering the margin between drive voltage and withstand voltage (dielectric breakdown voltage), it is desirable that the film thickness be 200 Å or more, and color unevenness due to the step difference (cell gap difference) between the pixel part and the thin film two-terminal element part should be avoided. In order to prevent this from becoming a practical problem, the film thickness should be 6.
Since it is desirable that the thickness is 000 Å or less, the thickness of the hard carbon film is 200 to 6000 Å, and the specific resistance is 5 × 10 6 to
More preferably, it is 1013 Ω·cm. The number of device defects due to pinholes in hard carbon films increases as the film thickness decreases, and becomes especially noticeable below 300 Å (
The defect rate exceeds 1%), and the uniformity of the in-plane distribution of film thickness (and thus the uniformity of device characteristics) cannot be ensured (
The accuracy of film thickness control is limited to about 30 Å, and the variation in film thickness exceeds 10%), so it is more desirable that the film thickness is 300 Å or more. Further, in order to prevent the hard carbon film from peeling off due to stress and to drive at a lower duty ratio (preferably 1/1000 or less), the film thickness is more preferably 4000 Å or less. Taking all of these into consideration, the thickness of the hard carbon film is 30
0~4000Å, specific resistivity 107~1011Ω・cm
It is more preferable that

【0014】[0014]

【実施例】実施例1 図2に示されるように、ポリアリレート基板の両面にr
fプラズマCVD法によりSiNx膜を2000Å堆積
した。素子を製膜したさいに基板に対して絶縁層のスト
レスが収縮の方向にあったので、基板上面(素子と接す
る側)にはSiNx膜(2b)をやや伸び方向なストレ
ス状態で製膜し、基板下面にはSiNx膜(2a)を収
縮の方向にストレス値を振って製膜した。実際の製膜の
際にはrfパワーを変化させ(1.5〜3W/cm2)
、最適な値でSiNx膜を成長させ、前記のストレス値
を満足させ、基板カールに対処した。この上に図3に示
すMIM素子を以下のように作製した。まずITOをス
パッタリング法により700Å厚に堆積後、パターン化
して画素電極4を形成した。次にAlを蒸着法により6
00Å厚に堆積後、パターン化して下部導体7を形成し
た。その上に絶縁膜2として硬質炭素膜をプラズマCV
D法により1100Å堆積させ、続いてNiをEB蒸着
法により、1000Å厚に堆積後、エッチングによりパ
ターン化して上部導体(走査電極を兼ねる)6を形成し
た。最後にドライエッチングにより硬質炭素膜をパター
ン化した。この時の硬質炭素膜の炭素膜の製膜条件は以
下のとおりである。 圧力      :0.035 TorrCH4流量 
:10 sccm RFパワー:0.2 W/cm2 実施例2 図2に示されるように、ポリアレート基板の両面に下記
の条件でスパッタ法によりSiNx膜を2000Å堆積
した。 ターゲット  :Si3N4の焼結体 スパッタガス:N2/Ar(比率5〜20vol%)圧
力        :5×1/104〜5×1/102
TorrRFパワー  :2〜8W/cm2   これにより基板カールに対処し、図3に示すMIM
素子を実施例1と同様に作製した。 実施例3 図2に示されるように、ポリアクリレート基板の両面に
RFプラズマCVD法により膜厚方向に対し傾斜分布を
持ったSiNx膜を2000Å堆積した。素子を製膜し
た際には、基板に対してデバイス層による応力は収縮の
方向にある。図9(縦軸は厚みの方向におけるXの変化
を示す)に示されるように、まず上部デバイス層との界
面近傍ではコート膜の応力を収縮の方向に振りパッシベ
ーション効果を持たせ、下部基板近傍にはコート膜の応
力を伸びの方向に振り、コート膜全体としては下部基板
に対して応力が低くなるようにし、基板との密着性を向
上させた。最適な値でSiNx膜を成長させ、前記のス
トレス値を満足させ、基板カールに対処した。この上に
図3に示すMIM素子を以下のように作製した。まずI
TOをスパッタリング法により700Å厚に堆積後、パ
ターン化して画素電極4を形成した。次にAlを蒸着法
により600Å厚に堆積後、パターン化して下部導体7
を形成した。その上に絶縁膜2として硬質炭素膜をプラ
ズマCVD法により1100Å堆積させ、続いてNiを
EB蒸着法により、1000Å厚に堆積後、エッチング
によりパターン化して上部導体(走査電極を兼ねる)6
を形成した。最後にドライエッチングにより硬質炭素膜
をパターン化した。この時の硬質炭素膜の炭素膜の製膜
条件は以下のとおりである。 圧力      :0.035 TorrCH4流量 
:10 sccm RFパワー:0.2 W/cm2                          
                         
        (以下余白)
[Example] Example 1 As shown in Fig. 2, r
A SiNx film was deposited to a thickness of 2000 Å using the f-plasma CVD method. When the device was formed, the stress of the insulating layer against the substrate was in the direction of contraction, so the SiNx film (2b) was formed on the top surface of the substrate (the side in contact with the device) with stress in the direction of expansion. A SiNx film (2a) was formed on the lower surface of the substrate by changing the stress value in the direction of contraction. During actual film formation, the RF power was changed (1.5 to 3 W/cm2).
, the SiNx film was grown at the optimum value to satisfy the above stress value and to deal with substrate curl. On top of this, the MIM element shown in FIG. 3 was fabricated as follows. First, ITO was deposited to a thickness of 700 Å by sputtering, and then patterned to form the pixel electrode 4. Next, Al was applied to 6
After depositing to a thickness of 0.00 Å, the lower conductor 7 was formed by patterning. On top of that, a hard carbon film is applied as an insulating film 2 by plasma CV.
A thickness of 1100 Å was deposited by the D method, and then Ni was deposited to a thickness of 1000 Å by the EB evaporation method, and then patterned by etching to form an upper conductor (also serving as a scanning electrode) 6. Finally, the hard carbon film was patterned by dry etching. The conditions for forming the hard carbon film at this time are as follows. Pressure: 0.035 Torr CH4 flow rate
:10 sccm RF power: 0.2 W/cm2 Example 2 As shown in FIG. 2, a 2000 Å SiNx film was deposited on both sides of a polyarylate substrate by sputtering under the following conditions. Target: Si3N4 sintered body Sputtering gas: N2/Ar (ratio 5 to 20 vol%) Pressure: 5 x 1/104 to 5 x 1/102
TorrRF power: 2 to 8 W/cm2 This will deal with substrate curl and
A device was produced in the same manner as in Example 1. Example 3 As shown in FIG. 2, a 2000 Å SiNx film having a gradient distribution in the film thickness direction was deposited on both sides of a polyacrylate substrate by RF plasma CVD. When an element is formed into a film, the stress caused by the device layer on the substrate is in the direction of contraction. As shown in Figure 9 (the vertical axis shows the change in The stress of the coat film was distributed in the direction of elongation, so that the stress of the coat film as a whole was lowered with respect to the lower substrate, and the adhesion to the substrate was improved. The SiNx film was grown at an optimal value to satisfy the above stress value and to deal with substrate curl. On top of this, the MIM element shown in FIG. 3 was fabricated as follows. First I
After depositing TO to a thickness of 700 Å by sputtering, it was patterned to form the pixel electrode 4. Next, Al was deposited to a thickness of 600 Å by vapor deposition, and then patterned to form the lower conductor 7.
was formed. A hard carbon film with a thickness of 1100 Å is deposited thereon as an insulating film 2 by plasma CVD, and then Ni is deposited with a thickness of 1000 Å by EB evaporation, and patterned by etching to form an upper conductor (also serving as a scanning electrode) 6.
was formed. Finally, the hard carbon film was patterned by dry etching. The conditions for forming the hard carbon film at this time are as follows. Pressure: 0.035 Torr CH4 flow rate
:10 sccm RF power: 0.2 W/cm2

(Margin below)

【0015】[0015]

【効果】本発明の基板および薄膜積層デバイスは、その
変形応力を打消す応力を有するSiNx層を少なくとも
基板の片面に形成したために、基板の変形、カール等が
なく、かつ低コスト、軽量化を達成できる。また、薄膜
積層デバイスを、絶縁層に硬質炭素膜を用いたMIM素
子にした場合は次のような特徴を有する。 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
受けにくく、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
としないため、素子の大面積化に有利である。 6)  さらに誘電率がひくいため、素子の急峻性が大
きくとれ、より高デューティの駆動が可能である。 従って、このような絶縁層を用いたMIM素子は液晶表
示用スイッチング素子として好適である。
[Effects] The substrate and thin film laminated device of the present invention have a SiNx layer having a stress that cancels the deformation stress formed on at least one side of the substrate, so there is no deformation or curling of the substrate, and the cost and weight can be reduced. It can be achieved. Further, when the thin film stacked device is made into an MIM element using a hard carbon film as an insulating layer, it has the following characteristics. 1) Since it is produced by a vapor phase synthesis method such as a plasma CVD method, its physical properties can be controlled over a wide range depending on the film formation conditions, and therefore there is a large degree of freedom in device design. 2) Since it is hard and can be made into a thick film, it is less susceptible to mechanical damage, and it is expected that pinholes will be reduced by making the film thicker. 3) Since high-quality films can be formed even at low temperatures near room temperature, there are no restrictions on the substrate material. 4) Excellent uniformity in film thickness and film quality, making it suitable for thin film devices. 5) Since the dielectric constant is low, advanced microfabrication technology is not required, which is advantageous for increasing the area of the device. 6) Furthermore, since the dielectric constant is low, the steepness of the element can be increased, and higher duty driving is possible. Therefore, an MIM element using such an insulating layer is suitable as a switching element for liquid crystal display.

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

【図1】本発明の基板付薄膜積層デバイスの一具体的構
造を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a specific structure of a thin film laminated device with a substrate according to the present invention.

【図2】本発明の基板付薄膜積層デバイスの他の具体的
構造を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing another specific structure of the substrate-attached thin film laminated device of the present invention.

【図3】本発明の基板付薄膜積層デバイスにより構成さ
れたMIM素子の要部説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a main part of an MIM element configured by a thin film laminated device with a substrate according to the present invention.

【図4】横軸はCVD法におけるrfパワー(W)を、
縦軸はCVD法により製膜されたSiNxのストレス(
arb.unit)であり、rfパワーをほぼ1.5〜
3W/cm2の間で変化させるとSiNx膜のストレス
が伸びの方向から収縮の方向にわたって変化することを
示すグラフである。
[Figure 4] The horizontal axis represents the rf power (W) in the CVD method.
The vertical axis represents the stress (
arb. unit), and the rf power is approximately 1.5 ~
It is a graph showing that the stress of the SiNx film changes from the direction of elongation to the direction of contraction when the stress is varied between 3 W/cm2.

【図5】a,bはそれぞれMIM素子のI−V特性曲線
、lnI−√v特性曲線を示すグラフである。
5A and 5B are graphs showing an IV characteristic curve and an lnI-√v characteristic curve, respectively, of the MIM element; FIG.

【図6】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. 6 is a spectrum diagram showing the results of Raman spectroscopy analysis of the hard carbon film used as the insulating layer of the MIM element of the present invention.

【図7】本発明のMIM素子の絶縁層に使用した硬質炭
素膜をIR吸収法で分光した分析結果を示すスペクトル
図である。
FIG. 7 is a spectrum diagram showing the results of spectroscopic analysis of the hard carbon film used for the insulating layer of the MIM element of the present invention using an IR absorption method.

【図8】本発明のMIM素子の絶縁層に使用した硬質炭
素膜のIRスペクトルのガラス分布を示す。
FIG. 8 shows the glass distribution of the IR spectrum of the hard carbon film used as the insulating layer of the MIM device of the present invention.

【図9】SiNxのxの変化に対応する伸びと収縮の関
係(実線)、Si/N比との関係(破線)、屈折率との
関係(点線)を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between elongation and contraction (solid line), the relationship with Si/N ratio (dashed line), and the relationship with refractive index (dotted line) corresponding to changes in x of SiNx.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1    プラスチック基板 1’  プラスチック基板 2    硬質炭素膜 2a  SiNx層 2b  SiNx層 3    液晶 4    画素電極 4’  共通電極 5    能動素子(MIM素子) 6    第2導体(バスライン)(上部電極)7  
  第1導体(下部電極)
1 Plastic substrate 1' Plastic substrate 2 Hard carbon film 2a SiNx layer 2b SiNx layer 3 Liquid crystal 4 Pixel electrode 4' Common electrode 5 Active element (MIM element) 6 Second conductor (bus line) (upper electrode) 7
First conductor (lower electrode)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  プラスチック基板と該基板上に形成さ
れた薄膜積層デバイスにおいて、該基板の少なくとも片
面にSiNx(xは0.5〜1.2)からなる薄膜を有
することを特徴とする基板付薄膜積層デバイス。
1. A plastic substrate and a thin film laminated device formed on the substrate, characterized in that the substrate has a thin film made of SiNx (x is 0.5 to 1.2) on at least one side of the substrate. Thin film stacked device.
【請求項2】  該SiNx(xは0.5〜1.2)か
らなる薄膜が、プラスチック基板側はxが小さく、反対
側はxが大きい組成分布を持たせたことを特徴とする請
求項1記載の基板付薄膜積層デバイス。
2. A claim characterized in that the thin film made of SiNx (x is 0.5 to 1.2) has a composition distribution in which x is small on the plastic substrate side and x is large on the opposite side. 1. The thin film laminated device with a substrate according to 1.
【請求項3】  プラスチック基板と該基板上に形成さ
れた薄膜積層デバイスにおいて、該基板の少なくとも片
面にSiNx(xは0.5〜1.2)からなる薄膜を設
け、かつ該薄膜は該基板とその上に形成されるべき薄膜
積層デバイスの全体のもつ応力値をほぼ打消すことので
きる応力値を有することを特徴とする請求項1または2
記載の基板付薄膜積層デバイス。
3. In a plastic substrate and a thin film laminated device formed on the substrate, a thin film made of SiNx (x is 0.5 to 1.2) is provided on at least one side of the substrate, and the thin film is formed on the substrate. and a stress value that can substantially cancel out the stress value of the entire thin film laminated device to be formed thereon.
A thin film laminated device with a substrate as described above.
【請求項4】  請求項1,2または3記載の基板付薄
膜積層デバイスを製造するにあたり、該基板の少なくと
も片面にrfパワー値を250〜300Wの間の適切な
値に設定したCVD法によりSiNx(xは0.5〜1
.2)の薄膜を形成することを特徴とする請求項1,2
または3記載の基板付薄膜積層デバイスの製法。
4. In manufacturing the substrate-attached thin film laminated device according to claim 1, 2 or 3, SiN (x is 0.5 to 1
.. Claims 1 and 2 characterized in that the thin film of 2) is formed.
Or the method for manufacturing a thin film laminated device with a substrate according to 3.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011165654A (en) * 2010-02-09 2011-08-25 Samsung Mobile Display Co Ltd Organic light-emitting device
US9142804B2 (en) 2010-02-09 2015-09-22 Samsung Display Co., Ltd. Organic light-emitting device including barrier layer and method of manufacturing the same

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