KR930011475B1

KR930011475B1 - 금속-절연체-금속형 구조를 갖는 다이오우드

Info

Publication number: KR930011475B1
Application number: KR1019870013926A
Authority: KR
Inventors: 아더 푸르스트 데비드; 조셉 비랜드 레온
Original assignee: 알 씨 에이 코오포레이숀; 글렌 에이취. 브루스틀
Priority date: 1986-12-08
Filing date: 1987-12-07
Publication date: 1993-12-08
Also published as: PT86306A; FI875296A; CN1009602B; EP0271291A2; JPH0638526B2; CN87107422A; FI91575B; EP0271291B1; JPS63160286A; DE3786001T2; FI875296A0; KR880008461A; DE3786001D1; FI91575C; EP0271291A3; PT86306B

Abstract

내용 없음.

Description

금속-절연체-금속형 구조를 갖는 다이오우드

제1도는 본 발명에 따른 금속-절연체-금속(MIM)형 구조를 갖는 다이오우드를 나타낸 도면.

제2도 내지 제4도는 금속-절연체-금속형을 갖는 다이오우드의 순차적인 제조방법을 나타내는 도면.

제5도 내지 제6도는 일정 전류에서 절연체 혼합물의 변화에 따른 금속-절연체-금속형 구조를 갖는 다이오우드의 전압을 나타내는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 금속-절연체-금속형 다이오우드 11 : 기판

12 : 제1전극 14 : 절연체

16 : 제2전극

본 발명은 금속-절연체-금속형(metal-insulator-metal) 다이오우드(이하 MIM 다이오우드 라함)에 관한 것으로서, 특히 고해상도 액정 디스플레이(LCD)의 요소인 픽셀(pixel)용 스위칭 소자로서 사용되는 다이오우드에 관한 것이다.

MIM 다이오우드와 같은 스위칭 소자는 복합형 디스플레이의 콘트라스트비(contrast ratio)를 개선하기 위해서 소위 ＂활성 매트릭스＂액정 디스플레이내의 픽셀과 직렬로 연결되어 있다. 상기 스위칭 소자가 구동전압에 의해 턴-온되면(도전 상태) 전류가 흘러 상기 픽셀내에 전하가 축적되나 상기 스위칭 소자가 턴-오프되어도(비도전 상태) 축적된 전하가 그대로 픽셀내에서 유지되어야 한다.

복합형 고레벨로 인하여 상기 스위칭 소자는 짧은 시간동안 에만(ON)이 된다. 축적전하가 일정하기 때문에 상기 스위칭 소자가 온일 경우에는 비교적 높은 전류가 흘러야 하므로 스위칭 소자는 낮은 온 저항을 갖게된다. 반대로, 스위칭 소자가 오프될 경우에는 상기 픽셀이 축적전하를 보유할 수 있도록 누설 전류가 낮아야 한다. 따라서, 오프 저항은 높아야 한다. 전류가 비선형적으로 전압과 함께 증가하는 비율은 상기 스위칭 소자 특성의 척도가 된다. 아울러, 상기 소자는 픽셀의 특성에 의한 전압제한 세트와 외부 구동 회로망 사이에서 동작해야 한다. 즉, 일정한 전압에서의 전류의 크기는 상기 픽셀에 적합하도록 산정해야 한다.

종래의 MIM 다이오우드는 예컨대 40-60nm의 얇은 절연체를 사용함으로써 높은 오프, 온저항(스위칭비)조건에 부합되지만, 낮은 오프 저항은 매우 소규모 소자를 형성하므로 부분적인 보상만 가능하였다. 그럼에도 불구하고, 이 소자의 작동 전압 범위는 적정 디스플레이에서 요구되는 특성의 규정보다 낮다. 예를 들면 콘트라스트 비는 다이오우드의 온도증가 및 제조 변화에 따라서 급격히 감쇄하게 된다. 또한 좀 더 두꺼운 절연체를 사용함으로써 상기 오프 저항의 증대는 소자의 스위칭 특성(비선형성)을 저하시킨다.

따라서 좀더 높은 동작 범위를 제공하고 온도 변화와 제조 변화에 따른 LCD 화상의 저하에 대해 충분한 내성을 갖도록 충분한 비선형성과 더불어 저전압에서 좀 더 높은 저항을 갖는 MIM 다이오우드가 바람직하다.

본 발명에 의한 다이오우드는 제1 및 제2전극과, 상기 전극들 사이에 배치되며 탄탈륨 산화물과 다른 산화 혼합물로 구성되는 절연체로 이루어지는데, 상기 절연체는 약 80nm 의 최대 두께를 갖는다.

제1도에서 기판(11)상에는 MIM 다이오우드(10)가 도시되어 있다. 약 200-500nm의 두께를 갖는 제1전극(12)이 기판(11)상에 적층되는데 상기 전극(12)은 도면의 평면과 수직이며 LCD의 어드레스 라인(도시생략)과 접촉하고 있다. 또 약 35-80nm의 두께를 갖는 절연체(14)가 제1전극(12)위에 적층되는데 상기 절연체의 두께가 약 35nm이하일 경우에는 핀홀이 다이오우드(10)에서 단락회로를 발생시킬 수 있으며 약 80nm이상일 때에는 비선형 MIM 다이오우드의 도전은 일어나지 않는다. 제2전극(16)은 제1전극(12)과 대향하고 있으며, 약 100-200nm의 두께를 갖는다. 또한 절연체(14)위에 적층되며 픽셀전극(도시 생략)과 접촉하도록 도면의 평면방향으로 연장되어 있다.

상기 기판(11)은 유리와 같은 절연물질로 구성되어 있으며, 상기 제1전극(12)은 약 10-50 Si원자 % 또는 약 40-70 Al원자%와 Ta의 혼합물과 같은 도체로 이루어진다. 상기 절연체(14)는 Ta₂O₅의 혼합물과 약 10-70평균 몰%를 갖는 다른 산화물로 이루어지는데, 상기 다른 산화물은 약 40-70평균 몰%를 갖는 Al₂O₃혹은 약 10-50평균 몰%를 갖는 SiO₂를 포함할 수 있다. 이와같은 제한은 순수 Ta₂O₅절연체와 비교했을 때 비저항의 유용한 변경의 발생에 대한 범위를 표시한다. ＂평균 몰%＂는 상기 절연체 전체에 대한 몰%를 의미하는데, 예컨대 상기 전극(12,14) 부근과 같은 어떤 위치에서도 몰%는 상이할 수 있다. 상기 제2전극(16)은 Al 또는 Cr과 같은 양호한 도체로 구성된다.

제2도에는 하나의 층(12a)이 Ta와 Si 또는 Ta와 Al의 무선주파수 상호-스퍼터링에 의한 특정 실시예도 의한 특정 실시예로 형성되어 있다. 약 2.3W/㎠의 전력 밀도와 약 15millitorr의 Ar압력이 이용된다. 상기 층(12a)은 제3도에 도시된 바와같이 CF₄및 O₂의 플라즈마를 이용하는 반응이온 에칭에 의해서 제1전극(12)으로 형성된다. 다음 절연체(14)가 0.01중량%시트르산 용액과 양극인(전극에 인가된 양극전압) 제1전극(12)을 이용하는 양극화(anodization)에 의해 형성되며, 제2전극(16)이 제1도의 다이오우드(10)를 형성하기 위해 증발 또는 스퍼터링등의 진공중착에 의해 형성된다. 그 후에 상기 다이오우드(10)가 안정하고 제현가능한 특성을 구비하도록 약 20분동안 약 250℃에서 풀림 처리(anneal)된다.

MIM 다이오우드의 전류(i)-전압(V)특성을 나타내는 방정식은 하기와 같다.

i=i₀exp

V(i₀와

는 상수)

는 상기 디바이스의 비선형성의 척도를 나타내는 것으로

의 값이 높을 수록 양호한 스위칭 특성을 갖는 다이오우드를 의미한다.

는 상기 절연체(14)의 고주파 유전체 상수의 평방근에 대한 역함수이며, 주어진

,i₀는 상기 LCD의 구동 스케일과 동작 전압을 결정한다. 다른 유용한 매개변수로는 ㎂/㎟의 측정 전류 밀도 j를 생성하는데 필요한 전압을 나타내는 V(j)가 있다. 제5도와 6도에는 각기 Si와 Al 혼합물에 대한 산화 혼합물의 유효 비저항의 일반적 특성이 되어 있는데 10㎂/㎟전류 밀도일 때의 전압 V(10)은 상기 제1전극(12)의 원자% 성분에 대한 함수로서 도시되어 있다. 이 그래프들은 비대칭 타킷(target)의 상호 스퍼터링에 의해 제공되는 상기 제1전극(12)의 측변 기울기를 갖는 샘플로 부터 형성된다. Ta₂O₅에 Si 또는 Al 산화물을 첨가하는 주요 이유는 동작 전압을 좀 더 높은 값에서 작동시키기 위함이다. 약 10V에 도달할 때까지의 V(10)의 값이 LCD의 최대 유효값이다. 예컨대, V(j=1) 또는 V(1)이 주어졌을 경우, 약 1pF의 캐패시턴스와 30-100㎛²의 디바이스 면적을 갖는 대표적인 픽셀에 있어서, V(1)은 높은 콘트라스트 및 고해상도의 디스플레이에 대한 최대 축적 가능 전압의 약 1-1.5배이며,

, i₀및 V(1)의 값은 MIM 다이오우드의 도전이 비대칭되기 때문에 두 도전방향의 평균값이다.

[실시예 1]

제1전극은 Ta과 약 29 Si원자%의 혼합물을 포함하며, 약 50nm의 두께를 갖는 절연체(14)가 형성되도록 약 30V의 전압하에서 약 3시간동안 묽은 시트르산내에서 양극화된다. 그 후, 제2전극(16)이

=4.7, i₀=9.0×10^-12(A/㎟) 및 V(1)=6.1V를 갖는 MIM 다이오우드를 형성하도록 증착에 의해 형성된다.

[실시예 2]

상기 제1전극(12)은 Ta과 약 36 Si원자%의 혼합물을 포함하며, 약 40nm의 두께를 갖는 절연체(14)가 형성되도록 약 24V의 전압하에서 약 3시간동안 양극화된다. 이 경우에는

=4.8, i₀=2.4×10^-10A/㎟ 및 V(1)=3V이다.

[실시예 3]

상기 제1전극(12)은 Ta과 약 58 Al원자%의 혼합물을 포함하며, 약 40nm의 두께를 갖는 절연체(14)가 형성되도록 약 24V의 전압하에서 약 3시간동안 양극화된다. 이 경우에는

=4.1, i₀=2.8×10^-10A/㎟ 및 V(1)=4V이다.

[비교실시예]

상기 제1전극(12)은 순수 Ta으로 형성되며, 약 50nm의 두께를 갖는 절연체(14)가 형성하도록 약 30V의 전압하에서 약 3시간동안 양극화된다. 이 경우에는

=3.68, i₀=9.3×10^-9A/㎟ 및 V(1)=1.6V이다.

이와같이 본 발명은 종래의 다이오우드에 비해서 좀 더 큰

및 V(1)과 낮은 i₀를 갖는 다이오우드를 제공함으로써 LCD를 구동하기에 적합한 다이오우드를 형성할 수 있게 되었다. 특히,

가 클수록 양호한 스위칭을 제공하며 아울러, 충분히 낮은 i₀값의 획득에 의해 적당한 전하 축적이 고전압에서도 가능하게 되었다.

따라서, 본 발명에 의한 MIM 다이오우드의 유전 상수는 종래의 MIM 다이오우드 보다 낮다는 것을 알 수 있으며, 이것은 기생 분기 캐패시턴스(parasitic shunt capacitance)를 저하시키므로 LCD를 구동시키기에 적합한 다이오우드를 제공할 수 있게 된다.

Claims

제1 및 제2전극(12,16)과, 상기 전극들 사이에 배치되며 Ta₂O₅와 다른 산화물의 혼합물로 구성된 절연체(14)를 포함하는 금속-절연체-금속형 다이오우드에 있어서, 상기 다른 산화물은 상기 절연체(14) 전체에 대하여 40-70평균 몰%를 갖는 Al₂O₃이거나 10-50평균 몰%를 갖는 SiO₂인 것을 특징으로 하는 다이오우드.
상기 절연체(14)는 35nm~80nm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 다이오우드.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1전극(12)은 Ta과, Si 또는 Al의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이오우드.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2전극(16)은 금속도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이오우드.
제3항에 있어서, 상기 제2전극(16)은 금속도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이오우드.
제1항, 제2항 또는 제5항에 있어서, 상기 제2전극(16)은 Al 또는 Cr을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이오우드.
제3항에 있어서, 상기 제2전극(16)은 Al 또는 Cr을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이오우드.
제4항에 있어서, 상기 제2전극(16)은 Al 또는 Cr을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이오우드.