JPH04348090A - Thin film laminated device with substrate - Google Patents
Thin film laminated device with substrateInfo
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- JPH04348090A JPH04348090A JP3149902A JP14990291A JPH04348090A JP H04348090 A JPH04348090 A JP H04348090A JP 3149902 A JP3149902 A JP 3149902A JP 14990291 A JP14990291 A JP 14990291A JP H04348090 A JPH04348090 A JP H04348090A
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Abstract
Description
【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。また、近年液晶パネル
の軽量化、低コスト化が盛んに行なわれており、スイッ
チ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。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、膜ハガレ等の問題があった。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フォトリソグラフィー
の工程があり、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。薄膜積層デバイスを
微細パターン化する場合、基板の伸縮によってパターン
ずれを生じ、大面積を一括露光することが困難であった
。また、基板伸縮の異方性は、パターン形成をさらに困
難なものとした。一方、ガラス基板を100μ程度に薄
くして、軽量化を図った場合、薄膜積層デバイス作製プ
ロセスでガラス基板が容易に割れてしまう問題があった
。また、薄いガラス基板上に薄膜積層デバイスが作製さ
れたとしても、その後のデバイスの実装等で割れを生じ
る問題があった。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. Further, in recent years, there have been active efforts to reduce the weight and cost of liquid crystal panels, and the use of plastic for the substrates of switching elements is being considered. 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. Additionally, when manufacturing thin film laminated switching elements, there is a photolithography process in which plastic is immersed in a solution of acid, alkali, water, etc., and acid, alkali, water, etc. remain in the plastic, which can cause element deterioration. became. When finely patterning a thin film stacked device, expansion and contraction of the substrate causes pattern shift, making it difficult to expose a large area at once. Furthermore, the anisotropy of substrate expansion and contraction made pattern formation even more difficult. On the other hand, when the glass substrate is made thinner to about 100 μm to reduce its weight, there is a problem that the glass substrate easily breaks during the process of manufacturing a thin film laminated device. Further, even if a thin film laminated device is fabricated on a thin glass substrate, there is a problem in that cracks occur during subsequent device mounting.
【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、膜ハガレ、カール等がなく、信頼性の良好な薄膜
積層デバイスを提供することを目的としている。[Object] The 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, free of film peeling, curling, etc., and has good reliability.
【0004】0004
【構成】上記の目的を達成させるため、本発明者らは、
軽量、安価なプラスチック上にスイッチング素子を作製
することを検討し、研究を重ねた結果、素子作製プロセ
スにおけるプラスチック基板の変形がプラスチックフィ
ルムの場合ではカールが最大の問題であることが明らか
となった。プラスチックの変形やプラスチックフィルム
のカールの原因は、積層する薄膜の内部応力、プラスチ
ックの熱伸縮、酸、アルカリ、水による膨潤などである
ことを知見した。さらに、薄膜積層デバイスを上記基板
上で微細加工する場合、プラスチック基板の伸縮によっ
て、パターンずれおよび伸縮異方性を生じる問題があっ
た。これらプラスチック基板に薄膜積層デバイスを形成
する際の技術課題をまとめると、
1)プラスチック基板と薄膜積層デバイスとの密着性、
2)薄膜積層デバイス作製時のプラスチツクの変形(カ
ール)、
3)微細化工時のプラスチック基板の伸縮によるパター
ンずれ、
となる。これら技術課題を一種類のプラスチック基板の
使用によって解決することは非常に困難であった。その
結果、これらそれぞれの問題点の解決に適した材料を積
層した基板を用いて、その上に薄膜積層デバイスを作製
することが効果的であることを見出し、本発明を完成す
るに至った。すなわち、本発明は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、基板が多層構造であ
ることを特徴とする基板付薄膜積層デバイスに関する。
薄膜積層デバイスは硬質炭素膜を絶縁層とするMIM素
子であることが好ましい。また、多層構造を有する基板
の少なくとも一層はプラスチック層であることがより好
ましい。多層構造を有する基板の各層の組合せは、その
問題解決の目的によって多様であるが、一般的には薄膜
積層デバイスと接する部分を構成する基板の層は、薄膜
積層デバイスとの密着性、表面平滑性、構造等方性を確
保できる材料群が好ましい。具体的には、ガラス、ポリ
アリレート、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォ
ン、ポリメチルメタクリレートなどがある。薄膜積層デ
バイスと接しない部分を構成する基板の層は、基板の変
形やカールを小さくするために剛性の大きい材料群が好
ましい。具体的には、ガラス、ポリエチレンテレフタレ
ート、ポリイミドなどが使用できる。しかし、いずれの
層もガラスとなることは、軽量化という点で好ましくな
い。さらに場合によっては、上記層の間に接着層や、水
や酸素に対するバリヤ層を組み込むこともできる。バリ
ヤ層には、フッ素樹脂等が用いられる。以上のような層
構成を有する基板のなかでも効果的な層構成は、ガラス
とプラスチックによる組合せである。この組合せは、薄
膜積層デバイスをガラス面およびプラスチック面いずれ
の面に作製しても効果的である。薄膜積層デバイスの軽
量化を狙い、薄いガラス基板に薄膜積層デバイスを作製
する際、ガラスの裏面にプラスチックが存在することで
、ガラス基板が薄くても容易に割れることはない。また
、プラスチックの面に薄膜積層デバイスを形成した場合
でも、プラスチックの裏面に剛性の大きいガラスが存在
することで、プラスチック単独の基板にみられた基板変
形、カール、ハンドリングの困難さは無くなる。ハンド
リング、基板変形および軽量化を考慮するとガラスとプ
ラスチックの二層による基板の場合、その厚さは、ガラ
ス200μ以下、プラスチック300μ以下が好ましい
。三層以上の構成でもガラスとプラスチックの積層構造
が有効である。プラスチック/ガラス/プラスチックの
構成は耐衝撃性という点で有効である。ガラスとプラス
チックの積層構成を有する基板は、150μm程度のパ
イレックスガラスの片面ないしは両面にポリアリレート
、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォンなどのポ
リマー層をキャスティング法によって所定の厚さに形成
して作製させる。あるいは、エポキシ系接着剤を用いて
プラスチックとガラスを接着することも可能である。数
種類のプラスチックの層構成を有する基板は、溶剤によ
る接着、熱による接着、接着剤による接着等があり、プ
ラスチックの物性にあわせて適当な接着法を選ぶことに
よって作製される。また、軽量かつフレキシブルな基板
は図8に示すような方法によって作製できる。あらかじ
め、500μm以上の厚いガラス基板11上に薄膜積層
デバイス14を作製{図8の(a)}した後、薄膜積層
デバイス部をレジストあるいはポリマー13で被覆保護
し{図8の(b)}、ガラス基板裏面をエッチングある
いは研摩によって、ガラス基板部分を数μmの厚さにし
{図8の(c)}、それにプラスチック層をキャスティ
ングするあるいは接着剤によってプラスチック板(フィ
ルム)を接合し{図8の(d)}、最後にレジストある
いはポリマー13を溶剤等で除去して、ガラス1とプラ
スチック層12を積層した基板上に薄膜積層デバイス1
4が作製される{図8の(e)}。レジストあるいはポ
リマー13は薄膜積層デバイス14の保護と同時に(c
)の工程でガラスが薄くなったときに、薄膜積層デバイ
スが変形しないための補強部材の役目をする。この方法
はガラス基板に直接薄膜積層デバイスを作製できるため
基板の伸縮が小さいため、パターンずれが小さくなり、
併せて、フレキシビリティも確保できる。[Structure] In order to achieve the above object, the present inventors
As a result of repeated research and consideration of fabricating switching elements on lightweight, inexpensive plastic, it became clear that curling is the biggest problem when using plastic film due to the deformation of the plastic substrate during the element fabrication process. . We discovered that the causes of plastic deformation and plastic film curling are internal stress in laminated thin films, thermal expansion and contraction of plastic, and swelling due to acids, alkalis, and water. Furthermore, when a thin film laminated device is microfabricated on the above-mentioned substrate, there is a problem in that pattern shift and expansion/contraction anisotropy occur due to expansion and contraction of the plastic substrate. To summarize the technical issues when forming thin film laminated devices on these plastic substrates: 1) Adhesion between the plastic substrate and thin film laminated devices;
2) deformation (curl) of the plastic during the fabrication of thin film stacked devices; 3) pattern deviation due to expansion and contraction of the plastic substrate during microfabrication processing. It has been extremely difficult to solve these technical problems by using one type of plastic substrate. As a result, the present inventors found that it is effective to use a substrate laminated with materials suitable for solving each of these problems and to fabricate a thin film laminated device thereon, thereby completing the present invention. That is, the present invention relates to a thin film laminated device with a substrate and a thin film laminated device formed on the substrate, wherein the substrate has a multilayer structure. The thin film stacked device is preferably an MIM element having a hard carbon film as an insulating layer. Furthermore, it is more preferable that at least one layer of the substrate having a multilayer structure is a plastic layer. The combination of each layer of a multilayered substrate varies depending on the purpose of solving the problem, but in general, the layers of the substrate that make up the part in contact with the thin film stacked device have good adhesion to the thin film stacked device and surface smoothness. A material group that can ensure properties and structural isotropy is preferable. Specific examples include glass, polyarylate, polycarbonate, polyether sulfone, and polymethyl methacrylate. The layers of the substrate constituting the portions not in contact with the thin film stacked device are preferably made of materials with high rigidity in order to reduce deformation and curling of the substrate. Specifically, glass, polyethylene terephthalate, polyimide, etc. can be used. However, it is not preferable for both layers to be made of glass from the viewpoint of weight reduction. Additionally, adhesive layers or barrier layers against water and oxygen may optionally be incorporated between the layers. Fluororesin or the like is used for the barrier layer. Among the substrates having the above-mentioned layer structures, an effective layer structure is a combination of glass and plastic. This combination is effective whether the thin film laminated device is fabricated on either a glass surface or a plastic surface. When manufacturing thin film laminated devices on thin glass substrates with the aim of reducing the weight of thin film laminated devices, the presence of plastic on the back side of the glass prevents them from breaking easily even if the glass substrate is thin. Furthermore, even when a thin-film stacked device is formed on a plastic surface, the presence of highly rigid glass on the back side of the plastic eliminates the substrate deformation, curling, and handling difficulties that are seen with substrates made solely of plastic. In consideration of handling, substrate deformation, and weight reduction, in the case of a substrate made of two layers of glass and plastic, the thickness is preferably 200 μm or less for glass and 300 μm or less for plastic. A laminated structure of glass and plastic is also effective in a structure with three or more layers. The plastic/glass/plastic configuration is effective in terms of impact resistance. A substrate having a laminated structure of glass and plastic is produced by forming a polymer layer such as polyarylate, polycarbonate, polyether sulfone, etc. to a predetermined thickness on one or both sides of Pyrex glass having a thickness of about 150 μm by a casting method. Alternatively, it is also possible to bond plastic and glass using an epoxy adhesive. A substrate having a layered structure of several types of plastics can be bonded using solvents, heat, adhesives, etc., and is manufactured by selecting an appropriate bonding method depending on the physical properties of the plastic. Further, a lightweight and flexible substrate can be manufactured by a method as shown in FIG. After preparing the thin film laminated device 14 in advance on a thick glass substrate 11 of 500 μm or more {FIG. 8(a)}, the thin film laminated device portion is protected by coating with resist or polymer 13 {FIG. 8(b)}, The back surface of the glass substrate is etched or polished to make the glass substrate part several μm thick {Fig. 8(c)}, and a plastic layer is cast on it or a plastic plate (film) is bonded with adhesive {Fig. 8(c)}. (d)}.Finally, the resist or polymer 13 is removed using a solvent, etc., and the thin film laminated device 1 is placed on the substrate laminated with the glass 1 and the plastic layer 12.
4 is produced {FIG. 8(e)}. The resist or polymer 13 protects the thin film stacked device 14 (c
) It serves as a reinforcing member to prevent the thin film laminated device from deforming when the glass becomes thinner in the step ( ). This method allows thin film laminated devices to be fabricated directly on glass substrates, so the expansion and contraction of the substrate is small, resulting in smaller pattern deviations.
At the same time, flexibility can be ensured.
【0005】次に前記本発明の基板付薄膜積層デバイス
の製法について図1〜3を参照して詳細に説明する。ま
ず、多層構造たとえばガラス11およびポリアリレート
12よりなる基板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、ウエ
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4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素子の作製後、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、100〜8000Å、望ましくは200〜6000
Å、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。Next, a method for manufacturing the substrate-attached thin film laminated device of the present invention will be explained in detail with reference to FIGS. 1 to 3. First, a transparent electrode material for a pixel electrode is vapor-deposited on a multilayered substrate made of glass 11 and polyarylate 12.
It is deposited by a method such as sputtering and patterned into a predetermined pattern to form the 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. A thin film is coated and patterned into a predetermined pattern to form a second conductor 6 that will become a bus line.Finally, an unnecessary portion of the lower electrode is removed to expose a transparent electrode pattern to form a pixel electrode 4. In this case, the configuration of the MIM element is not limited to this, but after the MIM element is fabricated, a transparent electrode is provided on the top layer, a transparent electrode also serves as an upper or lower electrode, a side surface of the lower electrode, etc. 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.
It ranges from several thousand Å to several hundred to several thousand Å. The thickness of the hard carbon film is 100 to 8000 Å, preferably 200 to 6000 Å.
Å, more preferably in the range of 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
1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。Next, the material of the MIM element used in the present invention will be explained in more detail. The material of the first conductor 1 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.
【0007】次にバスラインとなる第2導体3の材料と
しては、Al,Cr,Ni,Mo,Pt,Ag,Ti,
Cu,Au,W,Ta,ITO,ZnO:Al,In2
O3,SnO2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lnI∝√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M
IM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,P
t,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4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 materials for the second conductor 3 that will become the bus line include Al, Cr, Ni, Mo, Pt, Ag, Ti,
Cu, Au, W, Ta, ITO, ZnO:Al, In2
Various conductors such as O3 and SnO2 are used, but I-V
Ni, because of its particularly excellent stability and reliability of properties,
Pt and Ag are preferred. In the MIM element using the hard carbon film 2 as an insulating film, the symmetry does not change even if the type of electrode is changed, and it can be seen from the relationship lnI∝√v that Poole-Frenkel type conduction is performed. Also, from this fact, this kind of M
It can be seen that in the case of an IM element, the upper electrode and 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, Ni, P
It was found that t,Ag is good. The current-voltage characteristics of the MIM element of the present invention are shown in FIG. 4, and are approximately expressed by the conduction equation shown below.
【0008】[0008]
【数1】[Math 1]
【0009】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 ε1:硬
質炭素の誘電率
ε2:真空誘電率
次に図3により液晶表示装置の作製法を述べる。まず、
絶縁基板1′上に共通電極4′用の透明導体、例えばI
TO,ZnO:Al,ZnO:Si,SnO2,In2
O3等をスパッタリング、蒸着等で数百Åから数μm堆
積させ、ストライプ状にパターニングして共通電極4′
とする。この共通電極4′を設けた基板1′と先にMI
M素子をマトリックス状に設けた基板1の各々の表面に
ポリイミドのような配向材8を付け、ラビング処理を行
ない、シール材を付け、ギャップ材9を入れてギャップ
を一定にし、液晶3を封入して液晶表示装置とする。こ
のようにして液晶表示装置が得られる。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: Film thickness of hard carbon (Å) k: Boltzmann constant T: Ambient temperature ε1: Dielectric constant of hard carbon ε2: Vacuum permittivity Next, the liquid crystal display is shown in Figure 3. The method for manufacturing the device will be described. first,
A transparent conductor for the common electrode 4', for example I
TO, ZnO:Al, ZnO:Si, SnO2, In2
O3 or the like is deposited to a thickness of several hundred Å to several μm by sputtering, vapor deposition, etc., and patterned into stripes to form the common electrode 4'.
shall be. The substrate 1' provided with this common electrode 4' and the MI
An alignment material 8 such as polyimide is applied to the surface of each substrate 1 on which M elements are provided in a matrix, a rubbing treatment is performed, a sealing material is applied, a gap material 9 is inserted to make the gap constant, and a liquid crystal 3 is sealed. and use it as a liquid crystal display device. In this way, a liquid crystal display device is obtained.
【0010】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、C2H2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, acetylene hydrocarbons such as C2H2, etc.
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.
【0011】[0011]
【表1】[Table 1]
【0012】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) Measurement method; Specific resistance (ρ): I-V using a coplanar cell
Determined from characteristics. Optical bandgap (Egopt): Obtain the absorption coefficient (α) from the spectral characteristics and determine from the relationship shown in Equation 2.
【数2】
膜中水素量〔C(H)〕:赤外吸収スペクトルから29
00/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。
ビッカース硬度(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。[Equation 2] Amount of hydrogen in the film [C(H)]: 29 from the infrared absorption spectrum
It is determined by integrating the peak near 00/cm 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 micro Vickers meter. Refractive index (n): By ellipsometer. Defect density: Based on ESR.
【0013】こうして形成される硬質炭素膜はIR吸収
法及びラマン分光法による分析の結果、夫々、図5,6
及び7に示すように炭素原子がSP3の混成軌道とSP
2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/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S
P3/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。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Ta2
O5,Al2O3,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(LCD)/C(MIM)=10:1程度必
要である)。また、素子急峻性は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LC
D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。The hard carbon film thus formed was analyzed by IR absorption method and Raman spectroscopy, and the results are shown in FIGS. 5 and 6, respectively.
and 7, the carbon atom has a hybrid orbital of SP3 and SP
It has become clear that there are interatomic bonds that form a hybrid orbital of 2. 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 wave number is clear, and the peak area is calculated by separating the peaks using a Gaussian distribution as shown in Figure 5. , if you find the ratio, S
You can know P3/SP2. Moreover, according to X-ray and electron diffraction analysis, it has been found that it is in an amorphous state (a-C:H) and/or an amorphous state containing microcrystalline grains of about 50 Å to several μm. 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,
A method using the magnetic field confinement effect is 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 Ta2, which is used in conventional MIM devices.
Since it is smaller than O5, Al2O3, and SiNx, when making an element with the same capacitance, the element size only needs to be larger, so microfabrication is not required and the yield is improved (due to the driving conditions, LCD The capacitance ratio of C(LCD)/C(MIM) = approximately 10:1 is required between C(LCD) and MIM element. Furthermore, since the element steepness is β∝1/√ε·√d, the smaller the dielectric constant ε, the greater the steepness, and the ratio between the on-current Ion and the off-current Ioff can be increased. Therefore, LC with lower duty ratio
D drive becomes possible 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, a low-cost, gradation (color), and high-density LCD can be realized.
【0014】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。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。Furthermore, this hard carbon film contains, in addition to carbon atoms and hydrogen atoms, Group III elements, Group IV elements, Group V elements of the periodic table, alkali metal elements, alkaline earth metal elements, and nitrogen atoms. , an oxygen element, a chalcogen-based element, or a halogen atom may be included as a constituent element. 1 of the constituent elements
Group III elements of the periodic table, as well as group V elements,
Those into which alkali metal elements, alkaline earth metal elements, nitrogen atoms, or oxygen atoms are introduced can make the hard carbon film about 2 to 3 times thicker than non-doped ones.
Moreover, 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. Similarly, devices incorporating Group IV elements of the periodic table, chalcogen elements, or halogen elements dramatically improve the stability of the hard carbon film and improve the hardness of the film, resulting in highly reliable elements. can be made. 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 the bond energy increases (the bond energy between C-H and C-X is
This is because the distance between X is larger. In order to use these elements as constituent elements of the film, in addition to hydrocarbon gas and hydrogen as raw material gases, it is necessary to add elements from periodic table I as dopants to the film.
In order to 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 atom, a chalcogen element, or a halogen element, these elements or atoms are added. Compounds (or molecules) containing (
Hereinafter, these gases may also be referred to as "other compounds").
【0015】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。周期律表第IV族元素を含む
化合物としては、例えばSi2H6,(C2H5)3S
iH,SiF4,SiH3Cl,SiCl4,Si(O
CH3)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,P
Cl2F3,PCl3,PCl2F,PBr3,PO(
OCH3)3,P(C2H5)3,POCl3,AsH
3,AsCl3,AsBr3,AsF3,AsF5,A
sCl3,SbH3,SbF3,SbCl3,Sb(O
C2H5)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LiO−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(OC2H
5)3,Mg(OC2H5)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,(CH3)(CH2)4S(CH2)4
CH3,CH2=CHCH2SCH2CH=CH2,C
2H5SC2H5,C2H5SCH3,チオフェン、H
2Se,(C2H5)2Se,H2Te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。Examples of compounds containing Group III elements of the periodic table include B(OC2H5)3, B2H6, B2H6, and
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. Examples of compounds containing Group IV elements of the periodic table include Si2H6, (C2H5)3S
iH, SiF4, SiH3Cl, SiCl4, Si(O
CH3)4,Si(OC2H5)4,Si(OC3H7
)4, GeCl4, GeH4, Ge(OC2H5)4,
Ge(C2H5)4, (CH3)4Sn, (C2H5)
4Sn, SnCl4, etc. Examples of compounds containing Group V elements of the periodic table include PH3, PF3, PF5, P
Cl2F3, PCl3, PCl2F, PBr3, PO(
OCH3)3, P(C2H5)3, POCl3, AsH
3, AsCl3, AsBr3, AsF3, AsF5, A
sCl3, SbH3, SbF3, SbCl3, Sb(O
C2H5)3 etc. Examples of compounds containing alkali metal atoms include LiO-i-C3H7, NaO-i-
There are C3H7, KO-i-C3H7, etc. Examples of compounds containing alkaline earth metal atoms include Ca(OC2H
5) 3, Mg(OC2H5)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,
Organic compounds having functional groups or bonds such as hydroxyl groups, aldehyde groups, acyl groups, ketone groups, nitro groups, nitroso groups, sulfone groups, ether bonds, ester bonds, peptide bonds, heterocycles containing oxygen, metal alkoxides, etc. can be mentioned. 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, and H2Te. Compounds containing halogen elements include, for example, fluorine, chlorine,
Bromine, iodine, hydrogen fluoride, carbon fluoride, chlorine fluoride, bromine fluoride, iodine fluoride, hydrogen chloride, bromine chloride, iodine chloride, hydrogen bromide, iodine bromide, hydrogen iodide, and other inorganic compounds, halogens Organic compounds such as alkyl halides, aryl halides, styrene halides, polymethylene halides, and haloform are used.
【0016】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6000Å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100〜6000Å、
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300〜4000Å、比抵抗率は10
7〜1011Ω・cmであることが一層好ましい。[0016] 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 10 6 to 10 13 Ω·cm, depending on the driving conditions. 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, it is desirable that the film thickness be 6000 Å or less, so the thickness of the hard carbon film should be 100 to 6000 Å,
More preferably, the specific resistance is 5×10 6 to 10 13 Ω·cm. The number of device defects due to pinholes in a hard carbon film increases as the film thickness decreases, and becomes especially noticeable below 300 Å (defect rate exceeds 1%);
Uniformity of in-plane distribution of film thickness (and therefore uniformity of device characteristics)
(The accuracy of film thickness control is limited to about 30 Å, and the variation in film thickness exceeds 10%). Therefore, it is more desirable that the film thickness is 300 Å or more. In addition, in order to make the hard carbon film less likely to peel off due to stress, and to lower the duty ratio (preferably 1/1000
(below), it is more desirable that the film thickness be 4000 Å or less. Taking these into consideration, the thickness of the hard carbon film is 300 to 4000 Å, and the specific resistivity is 10.
More preferably, it is 7 to 1011 Ω·cm.
【0017】[0017]
【実施例】本発明の実施例を説明するが、本発明はこれ
らに限定されるものではない。
実施例1
図1に示すように、120μm厚のガラス基板11の裏
面にポリアリレート12層を75μm厚にキャスティン
グ法によって形成した。次に、ガラス基板表面にITO
をスパッタリング法により約1000Å厚に堆積後、パ
ターン化して画素電極を形成した。次に、MIM素子を
次のようにして設けた。まず、Alを蒸着法により約1
000Å厚に堆積後パターン化して下部電極7を形成し
、その上に、絶縁層2として、硬質炭素膜をプラズマC
VD法により約1000Å厚に堆積させたのち、ドライ
エッチングによりパターン化した。この時の硬質炭素膜
の製膜条件は以下の通りである。
圧力 : 0.035 Torr
CH4流量 : 10 SCCMRFパワー
: 0.2 w/cm2 更にこの上にN
iをEB蒸着法により約1000Å厚に堆積後、パター
ン化して上部電極6を形成した。このとき、パターンず
れは生じなかった。また、全工程を通じ、基板の変形等
がなく、ハンドリングも容易であった。
実施例2
ガラス基板上にITOをスパッタリング法により約10
00Å厚に堆積後、パターン化して画素電極を形成した
。次に、MIM素子14を次のようにして設けた。まず
、Alを蒸着法により約1000Å厚に堆積後パターン
化して下部電極7を形成し、その上に、絶縁層2として
、硬質炭素膜をプラズマCVD法により約1000Å厚
に堆積させたのち、ドライエッチングによりパターン化
した。この時の硬質炭素膜の製膜条件は以下の通りであ
る。
圧力 : 0.035 Torr
CH4流量 : 10 SCCMRFパワー
: 0.2 w/cm2 更にこの上にN
iをEB蒸着法により約1000Å厚に堆積後、パター
ン化して上部電極6を形成した{図8の(a)}。次に
図8の(b)に示すようにMIM素子14上にレジスト
13をキャスティング法によって50μ厚に形成した。
次に、ガラス基板11裏面をフッ酸によって5μm程度
に薄層化した{図8の(c)}。次に薄層化したガラス
基板11裏面にポリアリレート層12をキャスティング
法によって100μ厚に形成した。次に、素子14上の
50μm厚のレジスト13をハクリ液により除去した。
こうして裏面にプラスチック層12を有する薄層ガラス
基板11上に、硬質炭素膜を絶縁体とするMIM素子1
4をパターンずれすることもなく作製できた。また、こ
の基板付MIM素子は軽量かつフレキシビリティーにす
ぐれたものであった。EXAMPLES Examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto. Example 1 As shown in FIG. 1, a 75 μm thick polyarylate 12 layer was formed on the back surface of a 120 μm thick glass substrate 11 by a casting method. Next, ITO was applied to the surface of the glass substrate.
was deposited to a thickness of about 1000 Å by sputtering, and then patterned to form a pixel electrode. Next, an MIM element was provided as follows. First, approximately 1% Al was deposited by vapor deposition.
After depositing to a thickness of 0.000 Å, a lower electrode 7 is formed by patterning, and a hard carbon film is deposited on top of it as an insulating layer 2 using plasma carbon.
After depositing the film to a thickness of about 1000 Å using the VD method, it was patterned using dry etching. The conditions for forming the hard carbon film at this time are as follows. Pressure: 0.035 Torr
CH4 flow rate: 10 SCCMRF power: 0.2 w/cm2 Furthermore, N on top of this
After depositing i to a thickness of about 1000 Å by EB evaporation, it was patterned to form the upper electrode 6. At this time, no pattern deviation occurred. In addition, there was no deformation of the substrate throughout the entire process, and it was easy to handle. Example 2 Approximately 10% of ITO was deposited on a glass substrate by sputtering method.
After depositing to a thickness of 0.00 Å, it was patterned to form a pixel electrode. Next, the MIM element 14 was provided as follows. First, Al was deposited to a thickness of about 1000 Å by vapor deposition and patterned to form the lower electrode 7. On top of this, a hard carbon film was deposited to a thickness of about 1000 Å by plasma CVD as an insulating layer 2, and then dried. Patterned by etching. The conditions for forming the hard carbon film at this time are as follows. Pressure: 0.035 Torr
CH4 flow rate: 10 SCCMRF power: 0.2 w/cm2 Furthermore, N on top of this
After depositing i to a thickness of about 1000 Å by EB evaporation, it was patterned to form the upper electrode 6 {FIG. 8(a)}. Next, as shown in FIG. 8(b), a resist 13 was formed to a thickness of 50 μm on the MIM element 14 by a casting method. Next, the back surface of the glass substrate 11 was thinned to about 5 μm with hydrofluoric acid {FIG. 8(c)}. Next, a polyarylate layer 12 having a thickness of 100 μm was formed on the back surface of the thinned glass substrate 11 by a casting method. Next, the 50 μm thick resist 13 on the element 14 was removed using a peeling solution. In this way, an MIM element 1 having a hard carbon film as an insulator is placed on a thin glass substrate 11 having a plastic layer 12 on the back surface.
4 could be manufactured without any pattern deviation. Moreover, this substrate-attached MIM device was lightweight and had excellent flexibility.
【0018】[0018]
【効果】本発明は、以上説明したように構成されている
から、本発明の薄膜積層デバイスは、基板の変形、カー
ル、パターンずれがなく、かつ低コスト、軽量化を達成
でき、さらに薄膜積層デバイスを絶縁層に硬質炭素膜を
用いたMIM型素子にすると、硬質炭素膜が、1)プラ
ズマCVD法等の気相合成法で作製されるため、製膜条
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
難く、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せ
ず、従って素子の大面積化に有利であり、さらに誘電率
が低いので素子の急峻性が高くIon/Ioff比がと
れるので、低デューティ比での駆動が可能である、等の
特長を有し、このため特に信頼性の高い液晶表示用スイ
ッチング素子として好適であって、産業上極めて有用で
ある。[Effects] Since the present invention is constructed as described above, the thin film laminated device of the present invention is free from substrate deformation, curling, and pattern shift, and can achieve low cost and weight reduction. When the device is an MIM type element using a hard carbon film as an insulating layer, the hard carbon film is manufactured by 1) a vapor phase synthesis method such as plasma CVD method, so the physical properties can be controlled over a wide range by changing the film forming conditions; Therefore, there is a large degree of freedom in device design. 2) Since the film can be made hard and thick, it is less susceptible to mechanical damage, and pinholes can be expected to be reduced by thickening the film. 3) Good quality even at low temperatures near room temperature. 4) Excellent uniformity in film thickness and film quality, making it suitable for thin film devices; 5) Low dielectric constant, making it suitable for advanced microfabrication technology It is advantageous for increasing the area of the device, and since the dielectric constant is low, the steepness of the device is high and the Ion/Ioff ratio can be maintained, so it can be driven at a low duty ratio. Therefore, it is suitable as a particularly reliable switching element for liquid crystal display, and is extremely useful industrially.
【図1】本発明の基板付薄膜積層デバイスの構造を示す
断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the 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により構成さ
れたMIM素子の要部説明図である。FIG. 2 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3】本発明の基板付薄膜積層デバイスを組込んだ液
晶表示装置の一部断面斜視図である。FIG. 3 is a partially sectional perspective view of a liquid crystal display device incorporating the substrate-attached thin film laminated device of the present invention.
【図4】aはMIM素子のI−V特性曲線、bはlnI
−√v特性曲線を示すグラフである。FIG. 4: a is the IV characteristic curve of the MIM device, b is lnI
It is a graph showing a −√v characteristic curve.
【図5】本発明のMIM素子の絶縁層に使用した硬質炭
素膜のIRスペクトルによるガウス分布を示す。FIG. 5 shows the Gaussian distribution according to the IR spectrum of the hard carbon film used as the insulating layer of the MIM device of the present invention.
【図6】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. 6 is a spectrum diagram showing the results of an IR absorption 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、ラマンスペクトル法で分析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 a Raman spectroscopy analysis of the hard carbon film used as the insulating layer of the MIM element of the present invention.
【図8】(a)〜(e)は、本発明の基板付薄膜積層デ
バイスの作製工程を示すものである。FIGS. 8(a) to 8(e) show steps for manufacturing a thin film laminated device with a substrate according to the present invention.
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 無機物質
2b 無機物質
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)
8 配向膜
9 ギャップ材
11 ガラス基板
12 プラスチック層
13 レジスト1 Plastic substrate 1' Plastic substrate 2 Hard carbon film 2a Inorganic substance 2b Inorganic substance 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) 8 Alignment film 9 Gap material 11 Glass substrate 12 Plastic layer 13 Resist
Claims (3)
デバイスにおいて、基板が多層構造であることを特徴と
する基板付薄膜積層デバイス。1. A thin film laminated device with a substrate, characterized in that the substrate has a multilayer structure.
絶縁層とするMIM素子である請求項1記載の基板付薄
膜積層デバイス。2. The thin film laminated device with a substrate according to claim 1, wherein the thin film laminated device is an MIM element having a hard carbon film as an insulating layer.
層はプラスチック層である請求項1または2記載の基板
付薄膜積層デバイス。3. The thin film laminated device with a substrate according to claim 1, wherein at least one layer of the substrate having a multilayer structure is a plastic layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3149902A JPH04348090A (en) | 1991-05-24 | 1991-05-24 | Thin film laminated device with substrate |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3149902A JPH04348090A (en) | 1991-05-24 | 1991-05-24 | Thin film laminated device with substrate |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04348090A true JPH04348090A (en) | 1992-12-03 |
Family
ID=15485104
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3149902A Pending JPH04348090A (en) | 1991-05-24 | 1991-05-24 | Thin film laminated device with substrate |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04348090A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI726384B (en) * | 2019-03-11 | 2021-05-01 | 日商東芝記憶體股份有限公司 | Substrate separation method, semiconductor memory device manufacturing method, and substrate separation device |
-
1991
- 1991-05-24 JP JP3149902A patent/JPH04348090A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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TWI726384B (en) * | 2019-03-11 | 2021-05-01 | 日商東芝記憶體股份有限公司 | Substrate separation method, semiconductor memory device manufacturing method, and substrate separation device |
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