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JPH04330418A - Thin-film two-terminal element - Google Patents

Thin-film two-terminal element

Info

Publication number
JPH04330418A
JPH04330418A JP3021504A JP2150491A JPH04330418A JP H04330418 A JPH04330418 A JP H04330418A JP 3021504 A JP3021504 A JP 3021504A JP 2150491 A JP2150491 A JP 2150491A JP H04330418 A JPH04330418 A JP H04330418A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
siox
thin
substrate
polymer film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP3021504A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2994056B2 (en
Inventor
Katsuyuki Yamada
勝幸 山田
Hitoshi Kondo
均 近藤
Hidekazu Ota
英一 太田
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Publication of JPH04330418A publication Critical patent/JPH04330418A/en
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Publication of JP2994056B2 publication Critical patent/JP2994056B2/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent the peeling of thin films by forming an SiOx layer having a specific distribution in a film thickness direction on a high-polymer film, thin producing the thin-film two-terminal element. CONSTITUTION:The compsn. of the SiOx of the thin-film two-terminal element constituted by laminating a high-polymer film substrate 1, the SiOx, layer 2, a 1st conductor layer 4, an insulating film 5, and a 2nd conductor layer bin this order is constituted by distributing (x) in a 1.1 to 2.0 range in such a manner that the (x) is small on the high-polymer film substrate 1 side and increases on the 1st conductor layer 4 side. The film is colored and the resistivity decreases if the (x) is smaller than 1.1 relating to the ratio of the oxygen of the SiOx film 2 and, therefore, such substrate is not usable as the substrate for the thin-film two-terminal element, On the other hand, the resistance of the SiOx film 2 increases and the film becomes stable to environment if the (x) in the SiOx film 2 increases. Further, the film stress increases and the high- polymer film is liable to peel with an increase in the (x) in the relation between the high-polymer film and the SiOx.

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。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thin film two-terminal device, and more specifically, a thin film two-terminal device useful as a switching device suitably used in flat panel displays for office automation equipment, TVs, etc., and particularly useful as a switching device in liquid crystal display devices. Regarding elements.

【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 the use of large-area liquid crystal panels in office automation equipment terminals and liquid crystal TVs, and for this reason, in the active matrix system, a switch is provided for each pixel to maintain the 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Ta,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Al,Cr等の金属電極を設けたも
のが知られている。
By the way, as one of the above-mentioned switches, 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 nonlinear current-voltage characteristics that are good for switching. Conventional thin film two-terminal devices have a metal electrode such as Ta, Al, Ti, etc. as a lower electrode on an insulating substrate such as a glass plate, and an oxide of the metal, SiOx, SiNx, etc.
It is known that an insulating film or a semiconductor film made of a material such as the like is provided, and a metal electrode made of Al, Cr, etc. is provided thereon as an upper electrode.

【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。
By using such active elements, it is possible to significantly increase the number of scanning lines and achieve high contrast. However, since the substrate is made of thick glass, there are drawbacks such as absorption and scattering caused by the glass, making the display dark and floating. Furthermore, for similar reasons, it has been contrary to the trends toward larger capacity, lighter weight, thinner layers, and lower costs. From this point of view, by using a polymer film as a substrate, we aim to provide a liquid crystal display device that provides high contrast and clear display, and is lightweight, thin, and inexpensive despite its large capacity. A technique 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 producing an active element on a polymer film substrate, a problem arises in that the thin film forming the active element may peel off from the substrate. A possible countermeasure to this problem is to form a buffer layer on the polymer film. Although the objective of the countermeasure is different, an example in which a polymer film is coated with SiO2 is disclosed in Japanese Patent Publication No. 1-47769. However, according to our experiments, simply S
It has become clear that in a polymer film coated with iO2, peeling of SiO2 occurs when producing a thin film two terminal.

【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。
OBJECTS OF THE INVENTION It is an object of the present invention to overcome the above-mentioned drawbacks of the prior art and to provide a new structure of a thin film two-terminal element used in active matrix LCDs and the like, which is inexpensive and has 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。
[Structure] The present invention provides a polymer film substrate, SiOx(x
In a thin film two-terminal device having a laminated structure in the order of 1.1 to 2.0), a first conductor layer, an insulating film, and a second conductor layer, Si
The composition of Ox is smaller on the polymer film substrate side, and the first
The present invention relates to a thin film two-terminal device characterized by 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SiO
x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。
Regarding the oxygen ratio of the SiOx film, x is 1
.. If it is less than 1, the film will be colored and the resistivity will be low, so 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 SiOx film becomes high in resistance and stable against the environment. Also, looking at the relationship between x of the polymer film and SiOx, x
As the amount increases, the stress on the membrane increases, making it easier to peel off from the polymer film. Therefore, in order to simultaneously satisfy the adhesion of SiOx to the polymer film and the insulation and stability of SiOx, it is necessary to use SiOx on the polymer film.
This can be solved by providing an SiOx distribution in which x of x is smaller and x of SiOx is larger under the first conductor.

【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。
In order to produce the thin film two-terminal device of the present invention, as shown in FIG. SiOx (1.1<x<2.0) having a distribution in the film thickness direction is formed on the film surface 1 by sputtering, vapor deposition, plasma CVD, or the like. S
The iOx composition distribution can be easily achieved by changing the oxygen flow rate and/or oxygen partial pressure during film formation. Also,
It is also possible to change the composition distribution of SiOx by changing other parameters such as the film forming rate.

【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 SiOx composition. The distribution of the composition of SiOx depends on the thickness of the SiOx film, the adhesion between the polymer film and SiOx, the first conductor (first electrode) and the SiOx
Various shapes such as those shown in FIGS. 2(a), (b), (c), and (d) can be adopted depending on the adhesion strength with Ox, controllability of x value of film forming parameters, etc. If the film forming parameters are continuously changed, the result will be (a), but in order to ensure the adhesion of each interface, the shapes shown in (b), (c), and (d) should be adopted. In particular, SiOx on the polymer surface and the first
If the adhesion to the SiOx under the electrode is insufficient, types such as (b) and (d) are preferable. The film thickness of SiOx is 5
00 Å or more and 2 μm or less, preferably 1000 Å or more, 1
.. It is 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 vapor deposition or sputtering, and patterned into a predetermined pattern to form a pixel electrode 3. Furthermore, a conductor thin film for the lower electrode is deposited by a method such as vapor deposition or sputtering, and 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 deposited using a plasma CVD method. The insulating layer 5 is formed by depositing it by an ion beam method or the like and patterning it into a predetermined pattern. Next, a conductor thin film for the bus line is deposited thereon by a method such as vapor deposition or sputtering, and patterned into a predetermined pattern to form the second conductor layer (upper electrode) 6. Finally, unnecessary portions of the lower electrode 4 are removed. Then, the transparent electrode pattern is exposed and used as the pixel electrode 3. The configuration of the MIM element is not limited to this, and after the MIM element is manufactured, a transparent electrode is provided on the top layer, the transparent electrode also serves as the upper or lower electrode, and the MIM element is formed on the side of the lower electrode. Various modifications 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,Ti
,Mo,W,Cu,Au等の金属及びITO,In2O
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。
Electrodes 3, 4 and 6 in the present invention include:
For example, Al, Cr, Ni, NiCr, Pt, Ta, Ti
, Mo, W, Cu, Au and other metals and ITO, In2O
3. A transparent conductor such as SnO2 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
[0013] The materials constituting the insulating layer in the present invention are:
Examples include hard carbon films, SiNx, SiOx, etc., but hard carbon films (i-C films) are used as insulating films for MIM elements.
is preferred. This hard carbon film is a film containing carbon atoms and hydrogen atoms as main structure-forming elements and at least one of amorphous and microcrystalline materials, and is also called a diamond-like carbon film, an amorphous diamond film, or 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MI
M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3
00℃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。
[0014] A hard carbon film can be produced at a substrate temperature (film formation temperature) of about 150°C from room temperature, and has good current-voltage (I)
-V) characteristics. Therefore, it is possible to manufacture a good MIM element, and since the film properties can be changed greatly depending on the film forming conditions, it is possible to select a substrate from a wide range, and the control of the element properties can be expanded.From these points of view, LCD design Furthermore, MI with less variation in characteristics
It is possible to manufacture an M element, and since this film is a hard film, there is less damage caused by the rubbing process during liquid crystal encapsulation.Furthermore, since the dielectric constant is low, the area of the MIM element can be made larger than that of the LCD, so microfabrication is not necessary. Therefore, the yield can be improved. Regarding the film-forming temperature, 3.
For TFTs, a-Si and Poly-Si require temperatures of 300°C and 900°C, respectively, and these materials are not suitable for polymer film substrates. do not have.

【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 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.

【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。
[0016] Regarding the hydrocarbon gas as the raw material gas, for example, paraffin hydrocarbons such as CH4, C2H6, C3H8, C4H10, olefin hydrocarbons such as C2H4, acetylene hydrocarbons, diolefin hydrocarbons, and even aromatic hydrocarbons. Gases containing at least all hydrocarbons, such as group 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, in addition to hydrocarbons, for example, alcohols, ketones, ethers, esters, CO,
Any compound containing at least carbon element, such as CO2, 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, active species for film formation are formed through a plasma state generated by a plasma method using direct current, low frequency, high frequency, microwave, etc. However, since the deposition is performed under low pressure 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 ionic state generated by ionization vapor deposition, ion beam vapor deposition, etc., or may be formed from neutral particles generated by vacuum vapor deposition, sputtering, etc. However, it may also 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℃
An example of the deposition conditions for the hard carbon film produced in this manner is as follows in the case of plasma CVD method. RF output: 0.1 to 50 W/cm2 Pressure: 1/103 to 10 Torr Deposition temperature: Room temperature to 250°C

【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。
In this plasma state, the raw material gas is decomposed into radicals and ions and reacts, resulting in amorphous (amorphous) and microcrystalline (crystal size) consisting of carbon atoms C and hydrogen atoms H on the substrate. is several 10 Å to several μm
) is deposited. The properties of the hard carbon film are shown in Table 1.

【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): Obtained from the IV characteristics using a coplanar cell. Vickers hardness (H): Based on a micro Vickers meter. Refractive index (n): By ellipsometer. Defect density: Based on ESR. Note that 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
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/c
m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。
As a result of analysis by Raman spectroscopy and IR absorption method, the hard carbon film thus formed shows that carbon atoms have SP3 hybrid orbitals and SP2 hybrid orbitals, as shown in FIGS. 3 and 4, respectively.
It has become clear that there are interatomic bonds that form a hybrid orbital. The ratio of SP3 bonds to SP2 bonds can be approximately estimated by peak-separating the IR spectrum. IR spectrum includes 2800-3150/c
Although the spectra of many modes overlap in the measurement, the attribution of the peak corresponding to each wavenumber is clear, and the peak area is calculated by separating the peaks using a Gaussian distribution as shown in Figure 5. However, by finding the ratio, SP3/SP2 can be found.

【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。
[0024] Also, according to X-ray and electron diffraction analysis, it is in an amorphous state (a-C:H) and/or about 50 Å~
It is known that it is in an amorphous state containing microcrystalline grains of about 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 the case of the plasma CVD method, which is generally suitable for mass production, the lower the RF output, the higher the resistivity and hardness of the film, and the lower the pressure, the longer the life of the active species. It is possible to achieve uniformity over a large area, 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.

【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。
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 ideal for lowering the temperature of the MIM element manufacturing process. be. 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.

【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。
Furthermore, in addition to carbon atoms and hydrogen atoms, this hard carbon film contains elements of group III of the periodic table, elements of group IV, elements of group V of the periodic table, alkali metal elements,
It may also contain an alkaline earth metal element, a nitrogen atom, an oxygen atom, a chalcogen element, or a halogen atom as a constituent element. If a group III element of the periodic table, a group V element, an alkali metal element, an alkaline earth metal element, nitrogen atom, or oxygen atom is introduced as one of the constituent elements, the thickness of the hard carbon film is non-doped. It can be made about 2 to 3 times thicker than that of 100%, and this can prevent the occurrence of pinholes during device fabrication and 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 can be 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。
Similarly, in the case of introducing Group IV elements of the periodic table, chalcogen elements, or halogen elements, the stability of the hard carbon film is dramatically improved, and the hardness of the film is also improved, resulting in high reliability. It is possible to create a sexual element. 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)
The abstraction reaction for hydrogen promotes the decomposition of the source gas and reduces dangling bonds in the film, and 2) during the film formation process, the halogen element X extracts hydrogen from the C-H bond and replaces it, This is because it enters the film as an X bond and the bond energy increases (the bond energy between C-H and between C-X is larger for C-X).

【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 use these elements as constituent elements of the film, in addition to hydrocarbon gas and hydrogen, elements from group III, group IV, and group V of the periodic table should be added to the film as raw material gases. 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.

【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,B
Cl3,BBr3,BF3,Al(O−i−C3H7)
3,(CH3)3Al,(C2H5)3Al,(i−C
4H9)3Al,AlCl3,Ga(O−i−C3H7
)3,(CH3)3Ga,(C2H5)3Ga,GaC
l3,GaBr3,(O−i−C3H7)3In,(C
2H5)3In等がある。
Examples of compounds containing Group III elements of the periodic table include B(OC2H5)3, B2H6, B2H6,
Cl3, BBr3, BF3, Al(O-i-C3H7)
3, (CH3)3Al, (C2H5)3Al, (i-C
4H9)3Al,AlCl3,Ga(O-i-C3H7
)3, (CH3)3Ga, (C2H5)3Ga, GaC
l3, GaBr3, (O-i-C3H7)3In, (C
2H5)3In etc.

【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,SiF
4,SiH2Cl2,SiCl4,Si(OCH3)4
,Si(OC2H5)4,Si(OC3H7)4,Ge
Cl4,GeH4,Ge(OC2H5)4,Ge(C2
H5)4,(CH3)4Sn,(C2H5)4Sn,S
nCl4等がある。
Examples of compounds containing Group IV elements of the periodic table include Si2H6, (C2H5)3SiH, and SiF.
4, SiH2Cl2, SiCl4, Si(OCH3)4
,Si(OC2H5)4,Si(OC3H7)4,Ge
Cl4, GeH4, Ge(OC2H5)4, Ge(C2
H5)4, (CH3)4Sn, (C2H5)4Sn,S
There are nCl4, etc.

【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,PC
l3,PCl2F,PBr3,PO(OCH3)3,P
(C2H5)3,POCl3,AsH3,AsCl3,
AsBr3,AsF3,AsF5,AsCl3,SbH
3,SbF3,SbCl3,Sb(OC2H5)3等が
ある。
Compounds containing Group V elements of the periodic table include, for example, PH3, PF3, PF5, PCl2F3, PC
l3, PCl2F, PBr3, PO(OCH3)3, P
(C2H5)3, POCl3, AsH3, AsCl3,
AsBr3, AsF3, AsF5, AsCl3, SbH
3, SbF3, SbCl3, Sb(OC2H5)3, etc.

【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。
Compounds containing alkali metal atoms include:
For example, LiO-i-C3H7, NaO-i-C3H7,
There are KO-i-C3H7 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 compounds containing alkaline earth metal atoms include Ca(OC2H5)3, Mg(OC2H5)
2, (C2H5)2Mg, etc.

【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。
Compounds containing nitrogen atoms include, for example, nitrogen gas, inorganic compounds such as ammonia, organic compounds having functional groups such as amino groups and cyano groups, and nitrogen-containing heterocycles.

【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 compounds containing oxygen atoms include oxygen gas, ozone, water (steam), hydrogen peroxide, carbon monoxide, carbon dioxide, carbon suboxide, nitrogen monoxide, nitrogen dioxide, dinitrogen trioxide, and Inorganic compounds such as dinitrogen oxide and nitrogen trioxide; functional groups such as hydroxyl groups, aldehyde groups, acyl groups, ketone groups, nitro groups, nitroso groups, sulfone groups, ether bonds, ester bonds, peptide bonds, and heterocycles containing oxygen; Alternatively, organic compounds having bonds, metal alkoxides, etc. may be mentioned.

【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)4
CH3,CH2=CHCH2SCH2CH=CH2,C
2H5SC2H5,C2H5SCH3,チオフェン、H
2Se,(C2H5)2Se,H2Te等がある。
Compounds containing chalcogen elements include:
For example, H2S, (CH3) (CH2)4S (CH2)4
CH3,CH2=CHCH2SCH2CH=CH2,C
2H5SC2H5, C2H5SCH3, thiophene, H
There are 2Se, (C2H5)2Se, H2Te, 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。
[0038] Compounds containing halogen elements include:
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 halides, aryl halides, halogenated styrene, halogenated polymethylene, 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。
EXAMPLES The present invention will be explained below by way of examples. Example 1 Using a Si target on a polyarylate film, A
A SiOx film with a thickness of 4000 Å was fabricated by sputtering with a mixed gas of r and O2. SiOx was produced with the distribution shown in FIG. 2(a) by controlling the flow rate ratio of Ar and O2. Next, I.T.
O was deposited to a thickness of 1000 Å by sputtering and patterned to form a pixel electrode. Next, MIM as an active element
The device was provided as follows. First, Al was deposited to a thickness of 1000 Å by vapor deposition, and then patterned to form a lower electrode. On top of that, an i-C film is deposited as an insulating film by plasma CVD.
After depositing Ni to a thickness of 850 Å using the EB deposition method, Ni was deposited to a thickness of 1000 Å using the EB evaporation method and patterned to form an upper electrode. Next, the i-C film was patterned by dry etching, and unnecessary Al films on the pixel electrodes were further etched to complete the MIM element. According to this method, an MIM element exhibiting good characteristics was obtained, and problems such as film peeling were eliminated during 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 A SiOx film of 4000 Å was formed on a polyether sulfone film by reactive vapor deposition of SiO using O2 gas. SiOx was produced with the distribution shown in FIG. 2(b) by controlling the O2 partial pressure. Next, ITO was applied by sputtering method.
000 Å was deposited and patterned to form a pixel electrode. Next, an MIM element as an active element was provided as follows. First, Al was deposited to a thickness of 1000 Å by vapor deposition, and then patterned to form a lower electrode. On top of that, as an insulating film,
After depositing a C film to a thickness of 850 Å by plasma CVD, N
i was deposited to a thickness of 1000 Å by EB evaporation and patterned to form an upper electrode. Next, the i-C film was patterned by dry etching, and unnecessary Al films on the pixel electrodes were further etched to complete the MIM element. According to this method, an MIM element exhibiting good characteristics was obtained, and problems such as film peeling were eliminated during 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。
[Effect] According to the present invention, after forming SiOx (x is 1.1 to 2.0) with distribution in the film thickness direction on a polymer film, in order to fabricate a thin film two-terminal device, There is no peeling of the thin film, which occurs when devices are made directly on the film. Furthermore, since x in SiOx has a distribution, the adhesion between the polymer film and SiOx was good, and the insulation and environmental resistance of SiOx were also ensured. Therefore, it was possible to provide thin film two-terminal devices at low cost and with a high yield.

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

【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 an 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),
Shown in (b), (c), and (d). In both cases, the left end of the horizontal axis is the polymer film surface, the right end is the first conductor surface, and the space between the left end and the right end is the SiOx layer. The vertical axis indicates the x value of SiOx.

【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) 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)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[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。
Claim 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 in this order:
A thin film two-terminal element characterized in that the composition of 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 thin film two-terminal device according to claim 1, wherein the insulating film is a hard carbon film.
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