JP2543913B2 - 硬質炭素膜を用いたｍｉｍ素子の製造方法 - Google Patents
硬質炭素膜を用いたｍｉｍ素子の製造方法Info
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- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/136—Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit
- G02F1/1362—Active matrix addressed cells
- G02F1/1365—Active matrix addressed cells in which the switching element is a two-electrode device
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Description
【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は液晶表示装置（LCD）駆動用スイッチング素
子に用いるMIM素子の製造方法に関する。
子に用いるMIM素子の製造方法に関する。
従来、液晶表示装置あるいはコンピューター端末等の
ディスプレイ等の駆動用スイッチング素子として金属−
絶縁物−金属構造を有する素子、すなわちMIM素子が表
示容量を増大させることができるものとして期待されて
いる。このようなMIM素子において、最も重要な材料は
絶縁物材料であり、従来のMIM素子にあってはTa2O5,Al2
O3の金属酸化物やSiNXのようなアモルファス材料が絶縁
材料として使用されていた。
ディスプレイ等の駆動用スイッチング素子として金属−
絶縁物−金属構造を有する素子、すなわちMIM素子が表
示容量を増大させることができるものとして期待されて
いる。このようなMIM素子において、最も重要な材料は
絶縁物材料であり、従来のMIM素子にあってはTa2O5,Al2
O3の金属酸化物やSiNXのようなアモルファス材料が絶縁
材料として使用されていた。
しかしながら、金属酸化物を絶縁膜とした場合には抵
抗値が一定であり、しかも誘電率が大きいことから設計
および製造が困難となるものであった。また、アモルフ
ァス材料を絶縁膜とした場合には抵抗値の変化は大きい
ものの誘電率が大きく、さらにピンポール等の欠陥が存
在し、素子の安定性に欠ける問題点を有するものであっ
た。
抗値が一定であり、しかも誘電率が大きいことから設計
および製造が困難となるものであった。また、アモルフ
ァス材料を絶縁膜とした場合には抵抗値の変化は大きい
ものの誘電率が大きく、さらにピンポール等の欠陥が存
在し、素子の安定性に欠ける問題点を有するものであっ
た。
本発明はMIM素子のダイオード特性を変化させ、より
広い範囲での制御が可能であり、しかも金属と絶縁膜と
の密着力を増大させ、安定したMIM素子を提供すること
を目的とするものである。
広い範囲での制御が可能であり、しかも金属と絶縁膜と
の密着力を増大させ、安定したMIM素子を提供すること
を目的とするものである。
本発明では、MIM素子の絶縁膜として炭素原子および
水素原子を主な組織形成元素とする非晶質材料および微
細結晶材料の少なくとも一方を含む硬質炭素膜を用い、
これにより得られるMIM素子を熱処理することを特徴と
するものである。
水素原子を主な組織形成元素とする非晶質材料および微
細結晶材料の少なくとも一方を含む硬質炭素膜を用い、
これにより得られるMIM素子を熱処理することを特徴と
するものである。
なお、絶縁膜を金属で挟んだ素子にはその抵抗値から
MSI（metal−semi−insulator）と呼ばれる素子がある
が、このMSI素子はMIMと根本的差はなく、MIM素子と同
様に扱かってよい。
MSI（metal−semi−insulator）と呼ばれる素子がある
が、このMSI素子はMIMと根本的差はなく、MIM素子と同
様に扱かってよい。
一般に、MIM素子の電流−電圧特性はその絶縁膜によ
り異なるが、いま絶縁膜として硬質炭素膜を用いた場
合、プール・フレンケル型の伝導を示し、次式で表わさ
れる関係がある。
り異なるが、いま絶縁膜として硬質炭素膜を用いた場
合、プール・フレンケル型の伝導を示し、次式で表わさ
れる関係がある。
上式で、αは比例定数で、βは非線形性を表わす係数
である。β＝０ではＩはＶに比例し、抵抗値Ｒ（＝V/
I）は一定であり、通常の抵抗の特性を示す。β＞Ｏで
はＩはＶの増加とともに急激に増加する。すなわち、抵
抗ＲはＶの増加により急激に低下する。この抵抗の変化
はβが大きいほど変化が急激になる。また、αはMIM素
子を形成する面積と、絶縁膜と膜厚に比例するものであ
る。
である。β＝０ではＩはＶに比例し、抵抗値Ｒ（＝V/
I）は一定であり、通常の抵抗の特性を示す。β＞Ｏで
はＩはＶの増加とともに急激に増加する。すなわち、抵
抗ＲはＶの増加により急激に低下する。この抵抗の変化
はβが大きいほど変化が急激になる。また、αはMIM素
子を形成する面積と、絶縁膜と膜厚に比例するものであ
る。
以下にLCD駆動用のMIM素子の作成工程を示し、その特
性の制御性（β値の制御）のよいことを示す。
性の制御性（β値の制御）のよいことを示す。
第１図は本発明に係るMIM素子を一例を断面で示した
ものである。第１図において、１は透明基板、２は透明
電極、３は下部電極、４は絶縁膜、５は上部および補助
電極をそれぞれ示す。
ものである。第１図において、１は透明基板、２は透明
電極、３は下部電極、４は絶縁膜、５は上部および補助
電極をそれぞれ示す。
透明基板１にはガラス、プラスチックまたはフレキシ
ブルなプラスチック基板を用いる。そして、透明電極２
にはITO、ZnO:Al,ZnO:Si,SnO2:Sb等を用い、CVD法、マ
グネトロンスパッタ法、蒸着法等により数百Åから１μ
ｍ堆積させ、フォトリソエッチングによりパターニング
する。次に、下部電極３としてAl,Ni−Cr,Mo,Ta,Ti,Zr,
Nb,Au,Ag,Pt等の高導電材料をスパッタリング法、蒸着
法、CVD法等により数百Å〜数千Å堆積し、これをフォ
トリソエッチングによりパターニングする。
ブルなプラスチック基板を用いる。そして、透明電極２
にはITO、ZnO:Al,ZnO:Si,SnO2:Sb等を用い、CVD法、マ
グネトロンスパッタ法、蒸着法等により数百Åから１μ
ｍ堆積させ、フォトリソエッチングによりパターニング
する。次に、下部電極３としてAl,Ni−Cr,Mo,Ta,Ti,Zr,
Nb,Au,Ag,Pt等の高導電材料をスパッタリング法、蒸着
法、CVD法等により数百Å〜数千Å堆積し、これをフォ
トリソエッチングによりパターニングする。
次いで、絶縁膜４としての硬質炭素膜をCVD法やイオ
ンビーム法を用いて、数＋Åから１μｍ堆積させ、パタ
ーニングする。今、硬質炭素膜をプラズマCVD法により
作製する場合の具体例を説明すれば次のようである。ま
ず、真空装置内のRF給電側に基板を付け、炭化水素（CH
4,C2H6,C3H8,C4H10,C2H4等）と水素からなるガス雰囲気
中で平行平板電極に高周波電界（13.56MHz）を印加する
と、グロー放電が発生し、原料ガスはラジカルおよびイ
オンに分解され、基板１上に炭素原子と水素原子とから
なる硬質炭素膜が堆積する。この堆積条件を第１表に、
この時の膜物性およびMIM素子の非線形特性を第２表に
示す。
ンビーム法を用いて、数＋Åから１μｍ堆積させ、パタ
ーニングする。今、硬質炭素膜をプラズマCVD法により
作製する場合の具体例を説明すれば次のようである。ま
ず、真空装置内のRF給電側に基板を付け、炭化水素（CH
4,C2H6,C3H8,C4H10,C2H4等）と水素からなるガス雰囲気
中で平行平板電極に高周波電界（13.56MHz）を印加する
と、グロー放電が発生し、原料ガスはラジカルおよびイ
オンに分解され、基板１上に炭素原子と水素原子とから
なる硬質炭素膜が堆積する。この堆積条件を第１表に、
この時の膜物性およびMIM素子の非線形特性を第２表に
示す。
第１表 圧力:10-3〜10Torr 炭化水素／炭化水素＋水素:100〜１％ 基板温度：室温〜150℃ RFパワー:10〜200W 第２表 比抵抗:106〜1013Ωcm 誘電率：〜５ ビッカース硬度：〜10000Kg cm2 屈折率:1.9〜2.2 非線形性β:2〜９ 第２表の物性より、得られる硬質炭素膜は非晶質もし
くは微細結晶のいずれか一方か、もしくはこれらが混在
した組織を有するものである。
くは微細結晶のいずれか一方か、もしくはこれらが混在
した組織を有するものである。
続いて、上部および補助電極５として前記の下部電極
３に使用したと同様な高導電材料を用い、これをスパッ
タリング法、蒸着法、CVD法により数百Åから数μｍ堆
積させ、これをフォトリソエッチングによりパターニン
グする。これにより第１図のようなMIM素子が得られ
る。
３に使用したと同様な高導電材料を用い、これをスパッ
タリング法、蒸着法、CVD法により数百Åから数μｍ堆
積させ、これをフォトリソエッチングによりパターニン
グする。これにより第１図のようなMIM素子が得られ
る。
このようにして作製したMIM素子は熱処理工程に提供
する。熱処理としては通常の電気炉またはガス炉中にて
加熱する手段、もしくはランプアニール、レーザーアニ
ールのように瞬間的に加熱する手段等による。その熱処
理条件を第３表に示す。
する。熱処理としては通常の電気炉またはガス炉中にて
加熱する手段、もしくはランプアニール、レーザーアニ
ールのように瞬間的に加熱する手段等による。その熱処
理条件を第３表に示す。
第３表 温度:100〜150℃ 圧力:0.01〜760Torr 雰囲気:N2,Ar,He等 このような熱処理により、MIM素子の非線形性βは４
〜10に変化する。従って、熱処理条件を変えることによ
りβを制御することが可能であり、熱処理の工程を入れ
ることにより、より広い範囲での制御が可能となる。そ
れとともに、この熱処理により、ピンホール等の欠陥が
解消し、硬質炭素膜中の炭素原子の未結合手密度が減少
し、膜安定性が向上する。
〜10に変化する。従って、熱処理条件を変えることによ
りβを制御することが可能であり、熱処理の工程を入れ
ることにより、より広い範囲での制御が可能となる。そ
れとともに、この熱処理により、ピンホール等の欠陥が
解消し、硬質炭素膜中の炭素原子の未結合手密度が減少
し、膜安定性が向上する。
以下に実施例を示す。
実施例１ ガラス基板上にAlからなる下部電極を蒸着法により10
00Å堆積し、パターニングした。次に、絶縁膜としての
硬質炭素膜を膜厚500Å堆積し、パターニングした。そ
の作成条件は圧力0.035Torr,REパワー100W,CH4/CH4＋H2
＝100％,Ts＝30℃とした。上部電極材料としてはPtを用
い、E.B.蒸着により1000Å堆積し、パターニングした。
この素子のＩ−Ｖ特性をとったところ第２図に示すよう
な非線形特性を示し、βは≒4.8であった。この素子をN
2雰囲気中で、圧力0.1Torr,180℃で１時間熱処理したと
ころ、βは5.5となり、熱処理によりβの値が大きくな
った。また、Ｉ−Ｖ特性の安定性においても、熱処理を
しなかったものが経時的に一定電圧に対する電圧が減っ
たのに対し、熱処理したものは経時的変化は全く起こら
なかった。これらの結果を第４表にまとめて示す。
00Å堆積し、パターニングした。次に、絶縁膜としての
硬質炭素膜を膜厚500Å堆積し、パターニングした。そ
の作成条件は圧力0.035Torr,REパワー100W,CH4/CH4＋H2
＝100％,Ts＝30℃とした。上部電極材料としてはPtを用
い、E.B.蒸着により1000Å堆積し、パターニングした。
この素子のＩ−Ｖ特性をとったところ第２図に示すよう
な非線形特性を示し、βは≒4.8であった。この素子をN
2雰囲気中で、圧力0.1Torr,180℃で１時間熱処理したと
ころ、βは5.5となり、熱処理によりβの値が大きくな
った。また、Ｉ−Ｖ特性の安定性においても、熱処理を
しなかったものが経時的に一定電圧に対する電圧が減っ
たのに対し、熱処理したものは経時的変化は全く起こら
なかった。これらの結果を第４表にまとめて示す。
第４表 熱処理なし 熱処理あり 非線形性β 4.8 5.5 電流保持率（６ケ月） 52％ 100％ 実施例２ 下部電極:Al 1000Å，蒸着法 硬質炭素膜:CH4/CH4＋H2＝0.8 RFパワー ＝25W 圧力 ＝0.03Torr 膜厚 ＝500Å 上部電極:Mo,1000Å 上記のようにしてMIM素子を作成したところ、β≒5.6
となり、Ar雰囲気中360℃、圧力0.5Torr,1時間熱処理を
行ったところ、β＝6.2となり、また経時的電流変化も
起こらなかった。
となり、Ar雰囲気中360℃、圧力0.5Torr,1時間熱処理を
行ったところ、β＝6.2となり、また経時的電流変化も
起こらなかった。
以上のような本発明のMIM素子は絶縁膜として硬質炭
素膜を用い、これを熱処理するため、素子の非線形特性
βを変化させることが可能となり、MIM素子特性の制御
範囲が広がるという効果を有する。また、硬質炭素膜と
金属との密着力が増し、また膜ストレスが緩和すること
により、MIM素子の長期安定性が向上するという効果を
有する。
素膜を用い、これを熱処理するため、素子の非線形特性
βを変化させることが可能となり、MIM素子特性の制御
範囲が広がるという効果を有する。また、硬質炭素膜と
金属との密着力が増し、また膜ストレスが緩和すること
により、MIM素子の長期安定性が向上するという効果を
有する。
第１図は本発明に係るMIM素子の断面概略説明図であ
る。 第２図は実施例により得られた未熱処理のMIM素子にお
けるＩ−Ｖ特性図である。 １……透明基板、２……透明電極 ３……下部電極、４……絶縁膜 ５……上部および補助電極
る。 第２図は実施例により得られた未熱処理のMIM素子にお
けるＩ−Ｖ特性図である。 １……透明基板、２……透明電極 ３……下部電極、４……絶縁膜 ５……上部および補助電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−62333（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−241021（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−241726（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−174378（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】金属−絶縁膜−金属（MIM）素子の絶縁膜
として炭素原子および水素原子を主な組織形成元素とす
る非晶質材料および微細結晶材料の少なくとも一方を含
む硬質炭素膜を用いるMIM素子の製造に際し、MIM素子形
成後、素子全体を加熱する熱処理工程を有することを特
徴とする硬質炭素膜を用いたMIM素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25854387A JP2543913B2 (ja) | 1987-10-13 | 1987-10-13 | 硬質炭素膜を用いたｍｉｍ素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25854387A JP2543913B2 (ja) | 1987-10-13 | 1987-10-13 | 硬質炭素膜を用いたｍｉｍ素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01100519A JPH01100519A (ja) | 1989-04-18 |
| JP2543913B2 true JP2543913B2 (ja) | 1996-10-16 |
Family
ID=17321689
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25854387A Expired - Lifetime JP2543913B2 (ja) | 1987-10-13 | 1987-10-13 | 硬質炭素膜を用いたｍｉｍ素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2543913B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2799875B2 (ja) * | 1989-05-20 | 1998-09-21 | 株式会社リコー | 液晶表示装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6132674A (ja) * | 1984-07-25 | 1986-02-15 | Sony Corp | スチル画記録装置 |
| JPS6262333A (ja) * | 1985-09-13 | 1987-03-19 | Nec Corp | 薄膜二端子素子型アクテイブマトリツクス液晶表示装置の製造方法 |
| JPS6440929A (en) * | 1987-08-07 | 1989-02-13 | Nec Corp | Thin film two-terminal element type active matrix liquid crystal display device |
-
1987
- 1987-10-13 JP JP25854387A patent/JP2543913B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01100519A (ja) | 1989-04-18 |
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