JPH03138809A - 絶縁性超薄膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はエレクトロニクス・デバイスなどに用いられる
絶縁性超薄膜であって、二つの絶縁性無機薄膜のあいだ
に厚さｔｏｏｏÅ以下の耐熱性高分子単分子膜または累
積膜が挿入されてなることを特徴とする絶縁性超薄膜に
関する。

［従来の技術および発明が解決しようとする課題］ 絶縁性超薄膜としては無機物の薄膜が一般的であるが、
厚さが１０００Å以下になると良好な絶縁性をうろこと
は難しい。一方、ＬＢ膜は、厚さが１０００Å以下でも
良好な絶縁性をうろことができる。しかしこのことは、
金属アルミニウム蒸着面上では容易であるが、ＡｕやＡ
ｇなどの上では極めて難しい。本発明者は、先にこれら
金属とＬＢ膜のあいだに金属酸化物膜を挿入することに
よって良好な絶縁性がえら゛れることを提案した（特開
平１−１８８５０３号公報）。しかしながら、このばあ
いでも上部金属の蒸着をゆっくりするなどの工夫をしな
いと歩留まりよく良好な絶縁性をうろことができなかっ
た。

［課題を解決するための手段］ 本発明は前記問題点を解決するためになされたものであ
り、二つの絶縁性無機薄膜のあいだに厚さ１０００Å以
下の耐熱性高分子単分子膜または累積膜を挿入すること
を特徴としている。すなわち、本発明においては１つの
絶縁性無機薄膜の上に厚さ１０００Å以下の耐熱性高分
子単分子膜または累積膜が形成され、さらにそのうえに
他の絶縁性無機薄膜が形成される。こうして、本発明の
絶縁性超薄膜は少なくとも３層構造を有しているが、も
ちろんそれぞれの層が複数の層からなっていてもよい。

［実施例コ 本発明の絶縁性超薄膜は、前述したように、少なくとも
３層構造からなっている。第１の絶縁性無機薄膜は、抵
抗率が１０８Ω・（至）以上、好ましくは１０”Ω・０
ｍ以上、さらに好ましくは１０１２Ω・０ｍ以上であり
、膜厚が１０〜１０００人、好ましくは２０〜５００人
の絶縁性の膜であるかぎりとくに限定はない。具体的に
は、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、チ
ッ化ケイ素やこれら混合物などの薄膜があげられるが、
このうち酸化ケイ素や酸化アルミニウムの薄膜は、耐熱
性高分子単分子膜の累積が良好に行なえ、シランカップ
リング剤の表面処理を有効に使うことができるので好適
に用いることができる。

製造方法としては、蒸着法、スパッタ法、分子線エピタ
キシ法（ＭＢＥ）、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）
　、塗布法などの方法が採用されうる。

金属アルミニウムは、その表面に酸化アルミニウムの薄
膜が存在するが、このようなばあいは酸化アルミニウム
をそのまま第１の絶縁性無機薄膜として用いることがで
きる。もちろん、電解酸化された酸化アルミニウムの薄
膜を第１の絶縁性無機薄膜として用いることも可能であ
る。

また、酸化ケイ素や酸化アルミニウムを用いるばあいに
はＬＢ膜の累積前に、シランカップリング剤などの表面
処理剤で表面処理することがＬＢ膜の累積性や物性を向
上させるために有効である。

次に、耐熱性高分子単分子膜または累積膜（ＬＢ膜）に
ついて説明する。

かかる膜としては、特開昭６３−２１８７２８号公報や
特開昭８３−３０２４号公報に記載されている、５員環
または６員環を含む耐熱性高分子膜または累積膜から適
宜選んだものを用いることができる。すなわち、５日環
または６員環構造を形成する前駆体構造を有する両性高
分子化合物を用い、ｌ、Ｂ膜として累積したのち環構造
を形成させた膜である。なお、前記公報に記載されてい
る構造の耐熱性高分子であれば他の前駆体から誘導され
たものであっても良い。累積数としては３〜２００程度
が好ましい。これを超えると、コスト的にも物性的にも
メリットがなく、従来の方法によって作られた無機薄膜
でも良好な物性をうろことができる。

第２の絶縁性無機薄膜は、耐熱性高分子単分子膜または
累積膜上に形成されるが、第１の絶縁性無機薄膜と同じ
ものを使うことができる。

ただ、耐熱性高分子単分子膜または累積膜上に形成され
る際にできるだけ耐熱性高分子単分子膜または累積膜に
ダメージを与えないように形成しなければならず、具体
的には基板温度が高くならないように形成？Ｈ度を低く
したり、形成速度を遅くしたりする必要がある。

膜厚も１０〜１０００人、好ましくは２０〜５００人で
ある。膜厚が１０００人を超えると、すなわち第１と第
２の絶縁性無機物あわせて２０００人を超えると、物性
が無機物の物性により支配され１（１００Ａ以下の耐熱
性高分子膜をサンドイッチする意味がなくなってしまう
。

通常、本発明の絶縁性超薄膜は基板上に設けられるが、
そのような基板の例としては金属基板や、絶縁性の基板
の上に金属を蒸着した基板や、Ｓｌ、　ＧａＡｓ、、Ｚ
ｎＳなどの半導体基板をあげることができる。

つぎに本発明の絶縁性超薄膜の用途について説明する。

本発明の絶縁性超薄膜は、耐熱性、耐薬品性、機械的特
性が優れ、非常に薄い膜であるという特徴を活かして、
たとえばエレクトロニクス分野などに用いることができ
る。

本発明の絶縁性超薄膜を含んだ電気・電子デバイスの代
表例としては、特定の導電体／絶縁性超薄膜／特定の導
電体（以下、旧Ｈという）構造のデバイスがあげられる
。

第１〜３図は旧Ｍ構造のデバイスの模式図である。絶縁
基板（３）または半導体基板（４）を用い、その上に特
定の導電体（り、絶縁性超薄膜（１）、特定の導電体（
２の順に積層されている。

第１図はキャパシターの構造を示す説明図であり、旧Ｍ
構造のトランジスターを作製することもできる。

第２図のような構造にすれば、熱電子トランジスターを
作製することができる。

第３図のように、半導体または半導体デバイス上にキャ
パシターを作ることによって、ＶＬＳＩのメモリセルの
キャパシターとして使用することができる。

第３図の構成にすることにより熱電子を半導体中に注入
するようなタイプのデバイスも作製しうる。

もう１つの代表的実施例としては導電体／絶縁性超薄膜
／半導体構造のデバイスをあげることができ、このデバ
イスは平面エレクトロニクスデバイスや集積回路の基本
となる構造である。

第４図にその模式図を示す。

さらに、第５図に示されるデバイスにおいては、半導体
薄膜（５）と金属電極（２ｂ）とが、特定の導電体電極
（２ａ）が設けられた絶縁基板（３）上の絶縁性超薄膜
（１）の上に形成されている。このように本発明の絶縁
性超薄膜上に半導体薄膜が形成されるばあいには、形成
時の熱が絶縁性超薄膜の耐熱性を超えると望ましくない
が、本発明の絶縁性超薄膜を使用すれば４００℃の耐熱
性かえられるので形成温度が４００℃以下、好ましくは
２００〜３００℃程度であるアモルファスシリコンやＺ
ｎＳ：Ｍｎ％Ｚｎ５ｃ：Ｍｎ　、、Ｚｎｓ：ＴｂＦ３な
どは充分堆積させることができるし、その他の半導体に
関しても低温形成技術が進んでいるので、今後、多くの
半導体が使えるようになるものと期待される。

前記半導体薄膜の形成に用いられる方法としては、ＭＢ
Ｂ　、、）ＩＯｃＶＤ　、原子層エピタキシ法（ＡＬＥ
）、蒸着法、スパッタ法、スプレー、（イロリシス法、
塗布法など、通常半導体薄膜を作製するのに用いられる
方法をあげることができ、とくに限定されるものではな
い。

以下、本発明の絶縁性超薄膜を実施例に基づき説明する
が本発明はもとよりかかる実施例にのみ限定されるもの
ではない。

実施例１ 基板であるＮＡ−４０ガラス（保谷ガラス■製）上に特
定の導電体膜として形成したＩＴＯを３１１１ｍのスト
ライブになるように工・ソチングしたのち、アルゴンガ
ス圧力３　Ｘ　ｔｏ−３ｔｏｒｒ％酸素ガス圧力Ｉ　Ｘ
　１０’　ｔｏｒｒ、パワー１３０Ｗの条件で酸化ケイ
素ターゲットを使用してスパッター法により厚さ約２０
０人の酸化ケイ素膜を形成した。

一方、ピロメリット酸ジ無水物２．１８　ｇ（０゜０１
モル）とステアリルアルコール５．４０　ｇ（０，０２
モル）とをフラスコ中、乾燥チッ素気流下、約１００℃
で３時間反応させた。

えられた反応物番へキサメチルホスファミド４０ｃｃに
溶解し、０〜５℃に冷却してチオニルクロライド２．３
８　ｇを約５℃で滴下し、滴下倹約５℃で１時間保持し
、反応を終了させた。

そののちジメチルアセトアミド５０ｃｃに溶解させたジ
アミノジフェニルエーテル２　ｇ　（Ｑ、０１モル）を
０〜５℃で滴下し、滴下倹約１時間反応させたのち、反
応液を蒸溜水６００ｃｃ中に注いで反応生成物を析出さ
せた。析出物を濾過し、約４０℃で減圧乾燥して約９ｇ
の淡黄色粉末をえた。

えられた粉末についてＩＲスペクトル分析法、熱分析法
（ＴＧＡ−ＤＴＡ）、ＧＰＣ法による分子量測定を行な
った結果、分子量約５万の目的のジステアリルポリアミ
ド酸エステルかえられていることがわかった。

えられた粉末とステアリルアルコールとを、モル比で１
／１となるように、蒸溜したクロロホルム／ジメチルア
セトアミド−８／２（容量比）の混合溶媒中に溶解して
２５ｍ１の溶液にしたＬＢ膜用展開液を調製した。

えられた展開液を用いて２０℃の再蒸溜水上に単分子膜
を形成させ、表面圧を約２５　ｄ　ｙ　ｎ　／　ｃｔｎ
に保って累積速度１０ｍ＋ｓ／ｍｌｎの垂直浸漬法で前
述の酸化アルミニウム薄膜が形成されたＩＴＯ−ガラス
基板上に２１層累積させた。累積比は１で、良好なＹ型
膜がえられた。そののち、累積膜を４００℃で１時間加
熱し、イミド化反応を進行させた。

さらに、その上に、前記の酸化ケイ素膜と同様に２００
人の酸化ケイ素膜を形成して絶縁性超薄膜とした。

電気特性を測定するため上部電極としてＡｕをＩＴＯス
トライブと直交するように１關巾で蒸着してサンプルと
した。

絶縁性超薄膜の厚さ　５００人を用いて算出した体積抵
抗率および絶縁破壊強度はそれぞれ１×１０１５Ω”　
ｃｍおよび５　Ｘ　１０６Ｖ／ｃ＋ｎ以上であった。

比較例１ 第２の酸化ケイ素膜を形成しなかった以外は実施例１と
同様にして作製した超薄膜の体積抵抗率および絶縁破壊
強度は、それぞれｌＸ１０１３Ω・ｃａｎおよび１×１
０６ｖ／ｃａＩ程度であり、ショートする傾向があり歩
留りがよくなかった。

これらのａｌｌ＋定結果かられかるように、第２の酸化
ケイ素膜を形成することにより体積抵抗率、絶縁破壊強
度および歩留りが改善された。

比較例２ ＩＴＯ上に実施例１と同様の方法で、絶縁性膜として厚
さ　５００人の酸化ケイ素膜のみを形成し、電気特性を
評価した。体積抵抗率は５Ｘ１０１４Ω・１１絶縁破壊
強度は１　ｘ　１０６Ｖ／ｃｍ程度であった。

実施例２および比較例３ ＩＴＯが形成されたガラス基板のかわりに、ＡＬＩ％Ｃ
「をガラスに蒸着したものを基板として用いたほかは実
施例１および比較例１とそれぞれ同様にして検討を行な
った。電気特性の測定の結果、実施例１、比較例１と同
様の結果かえられた。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、本発明の絶縁性超薄膜によれば電
気絶縁性に優れた超薄膜を歩留りよくうることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図はそれぞれ本発明の絶縁性超薄膜を用いた１
翼構造のデバイスの代表例に関する説明図、第４図は本
発明の絶縁性超薄膜を用いた旧Ｓ構造のデバイスの一例
に関する説明図、第５図は本発明絶縁性超薄膜を用いた
ＰＬデバイスに関する説明図である。 （図面の主要符号） （１）：絶縁性超薄膜 （２）二特定の導電体 ′Ａ′１図 １：絶縁性超薄膜 第２　図　　２二特定の導電体 才３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　二つの絶縁性無機薄膜のあいだに厚さ１０００Å以
   下の耐熱性高分子単分子膜または累積膜が挿入されてな
   ることを特徴とする絶縁性超薄膜。 ２　二つの絶縁性無機薄膜が絶縁性の金属酸化物薄膜で
   ある請求項１記載の絶縁性超薄膜。 ３　絶縁性の金属酸化物薄膜が酸化ケイ素または酸化ア
   ルミニウムの膜である請求項２記載の絶縁性超薄膜。 ４　耐熱性高分子単分子膜または累積膜が５員環または
   ６員環を含んでなる請求項１、請求項２また請求項３記
   載の絶縁性超薄膜。