JPH0411227A - 薄膜二端子素子 - 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】 Ｃ技術分野〕 本発明は、改良された薄膜二端子素子、すなわちＭＩＭ
素子に関する。

〔従来技術〕

従来、導体−絶縁膜−導体（ＭＩＭ）素子としてはガラ
ス板のような絶縁基板上に下部電極としてＴａ、Ａｌ１
．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等からなる絶縁膜を設け、
更にその上に上部電極としてＡｎ、Ｃｒ等の金属電極を
設けたものが知られている。

しかし絶縁膜に金属酸化物を用いたＭＩＭ素子（特開昭
５７−１９６５８９号、同６１−２３２６８９号、同６
２−６２３３３号等）の場合、絶縁膜は下部金属電極の
陽極酸化又は熱酸化により形成するため、工程が複雑で
あり、しかも高温熱処理を必要としく陽極酸化法でも不
純物の除去等を確実にするため、高温熱処理が必要）、
また膜制御性（膜質及び膜厚の均−性及び再現性）に劣
る上、基板が耐熱材料に限られること、及び絶縁膜は物
性が一定な金属酸化物の結晶からなること等から、デバ
イスの材料やデバイス特性を自由に変えることができず
、設計上の自由度が狭いという欠点がある。これはＭＩ
Ｍ素子を組込んだ装置、例えば液晶表示装置等からの仕
様を十分に満たすデバイスを設計、作製することが不可
能であることを意味する。またこのように膜制御性が悪
いと、素子特性としての電流（Ｉ）及び電圧（Ｖ）特性
、特にＩ−Ｖ特性やＩ−Ｖ特性の対称性（プラスバイア
ス時とマイナスバイアス時との電流比Ｉ−／Ｉゆ）のバ
ラツキが大きくなるという問題も生じる。その他、ＭＩ
Ｍ素子を液晶表示装置（ＬＣＤ）用として使用する場合
、液晶部容量／ＭＩＭ容量比は１０以上が必要なので、
ＭＩＭ容量は小さい方が−望ましいが、金属酸化物膜の
場合は誘電率が大きいことから、素子容量も大きくなり
、このため素子容量、従って素子面積を小さくするため
の微細加工を必要とする。またこの場合、液晶材料封入
時のラビング工程等で絶縁膜が機械的損傷を受けること
により、微細加工とも相まって歩留り低下を来たすとい
う問題もある。

一方、絶縁膜にＳｉＯｘやＳｉＮｘを用いたＭＩＭ素子
（特開昭６ｌ−２６０２１９）の場合、絶縁膜は、プラ
ズマＣＶＤ法、スパッタ法等の気相法で成膜するが、基
板温度が通常３００℃程度必要であるため、低コスト基
板は使用できず、また大面積化の際、基板温度分布のた
め膜厚、膜質が不均一になり易いという欠点がある。ま
たこれらの絶縁膜を合成する際に気相でダストが多く発
生し、膜のピンホールが多いため素子の歩留まりが低下
する。さらに膜ストレスが大きく膜剥離がおこり、この
点からも素子の歩留まりが低下する。

また本発明者らは先に絶縁膜として硬質炭素膜（ｉ型カ
ーボン）を使用したＭＩＭ素子を提案したが、絶縁膜の
厚さは２０〜１００人と薄いものである。この絶縁膜の
場合、その伝導機構はトンネル伝導であり、むしろ高速
スイッチやトンネル発光等、超薄膜素子としての応用に
は適している。しかし、液晶表示装置等に応用する場合
は、耐圧、歩留まり（欠陥率）、素子特性の均一性、閾
値電圧の点から膜厚は厚い方が望ましい。

〔目　　的〕

本発明の目的は比較的低温でしかも簡単な工程で形成で
き、膜制御性及び機械的強度に優れた低誘電率の絶縁膜
（硬質炭素膜）を使用することにより広範囲でのデバイ
ス設計が可能で、しかも素子特性のバラツキが少なく、
また閾値電圧、耐圧に優れ１歩留りの良いＭＩＭ素子を
提供することにある。

さらに本発明の他の目的は、上部導体材料を選定するこ
とにより、工程数を少なくし、かつ欠陥の生じ難いＭＩ
Ｍ素子を提供することにある。

〔構　　成〕

本発明の薄膜二端子素子は上部導体および下部導体間に
介在させた絶縁膜が硬質炭素膜であり、かつ上部導体が
酸化亜鉛よりなる透明導電体であることを特徴としてい
る。

以下に作製方法の一例を第１図に基づき説明する。まず
、ガラス、プラスチック等の透明絶縁性基板ｌｌ上にＡ
　Ｑ　、　Ｔａ、　Ｃｒ、　Ｗ、　Ｍｏ、　Ｐｔ。

Ｎｉ、　Ｔｉ、　Ｃｕ、　Ａｕ、　Ｉ　Ｔｏ、　ＺｎＯ
：　Ａ　Ｑ　。

Ｉｎ２Ｏ，、ＳｎＯ□等の導電性薄膜を蒸着法、スパッ
タリング法等により、数百〜数千人堆積させバターニン
グし、下部導体１２とする（ａ）。次に硬質炭素膜をプ
ラズマＣＶＤ法、イオンビーム法等により、１００〜８
０００人、望ましくは２００〜６０００人、さらに望ま
しくは３００〜４０００人堆積させ、ドライエツチング
等によりパターニングし、絶縁膜１３とする（ｂ）。な
お、この硬質炭素膜のバターニングは必ずしも必要では
なく、上部に設けられる酸化亜鉛透明導電体膜の反射防
止効果等により透過率が７５％以上になる場合は省略し
てもよい。

次に酸化亜鉛（Ｚｎ○）をスパッタリング法、蒸着法等
により、数百〜数千人堆積させパターニングし、上部導
体１４とする（ｃ）。上部導体１４は画素電極を兼ねて
いる。ここでＺｎＯに■族、■族またはハロゲン元素を
ドープすることでより抵抗を下げることができ、特にＡ
ＱをドープしたＺｎＯ：　ＡＱが抵抗率、透過率の点で
優れており、好ましく使用される。なお、上部導体１４
と絶縁膜１３との間にＰｔ、　Ｎｉ、　Ａｇ、　Ｃｕ。

Ａｕ、ＡＱ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ等の導電性薄
膜を必要に応じて挿入してもよく（膜厚数百〜数千人）
、特にＮｉ、Ｐｔ、Ａｇを挿入すると素子の長期安定性
の面で優れたものとなる。

ところで透明導電体としてはＺｎＯ以外にＩ　Ｔ　Ｏ、
Ｉｎ、Ｏ，、ＳｎＯ□等が知られているが、Ｉｎ、　０
３及び５ｎ０２は低抵抗化し難いためＩＴＯがしばしば
用いられる。しかし、ＩＴＯはエツチングが比較的困難
で、塩化第二鉄水溶液と塩酸の混合液がしばしばエッチ
ャントとして使用される。しかるにこのエッチャントは
下部導体１２に使用されるほとんどの導電体膜をエツチ
ングするため、素子の損傷あるいはパスラインの断線を
来たすという問題が生じる。一方、ＺｎＯはエツチング
が容易なため、エッチャントの選定に自由度があり、下
部導体１２とのエツチング選択性が充分とれるようなエ
ッチャントを選定できるため上記のような問題は起こら
ない。

上記問題を回避する別の手段はもちろん存在しないわけ
ではなく、画素電極を兼ねる透明導電体（ＩＴＯ）を絶
縁膜の下部に設ければよい。

しかし、この場合には硬質炭素膜形成時に気相中に存在
するイオンあるいは電子の衝撃によりＩＴＯ表面がＩｎ
リッチとなり、透明電極としての機能を損なう。あるい
はＩｎが硬質炭素膜中に拡散して素子特性そのものを悪
化させるという問題があり、それを回避するために第２
図に示す作製工程にする必要がある。すなわち。

まずＩＴＯによる画素電極１５を形成する（ａ）。

次にＡＱ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｐｔ。

Ａｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ等の導電性薄膜を蒸着法、スパッ
タ法等により数百〜数千人堆積させ、パターニングし、
下部導体１２とする（ｂ）。この際。

画素電極の保護のため画素電極全面をカバーするように
パターニングされる。次いで硬質炭素膜をプラズマＣＶ
Ｄ法、イオンビーム法等により１００〜８０００人堆積
させ、ドライエツチング等によりパターニングし、１１
１膜１３とする（ｃ）。

さらにＰｔ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｎ、Ｃｒ。

Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ等の導電性薄膜を蒸着法、スパッ
タ法等により数百〜数千人堆積させ、パターニングし、
上部導体１４とする（ｄ）。最後に画素電極上の導電性
薄膜をエツチング除去して完成する（ｅ）。

第１図と第２図を比較するとわかるように、上部導体と
してＺｎＯを用いることにより大幅に工程が短縮できる
。

本発明のＭＩＭ素子の電流−電圧特性は第３図のように
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。

１＝Ｘｅｘｐ（βＶ２）　　　・（１）■：電流Ｖ：印
加電圧Ｘ：導電係数β：プールフレンケル係数ｎ：キャ
リャ密度　μ：キャリャモビリテイ　ｑ：電子の電荷量
Φニドラップ深さ　ρ：比抵抗　ｄ：硬質炭素の膜厚に
：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 次に第４図により本発明のＭＩＭ素子を用いた液晶表示
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ＩＴ　Ｏｙ　Ｚ　ｎ　Ｏ：　
Ａ　Ｑ　ｅ　Ｚ　ｎ　Ｏ：　Ｓ　ｘ　ｔ　ＳｎＯ，ｔ　
ＩｎｚＯｘ等をスパッタリング、蒸着等で数百人から数
μ■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ＭＩＭ素子５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。なお
、カラーフィルターをセルの内側又は外側に設け、カラ
ー液晶表示装置としてもよい。

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。

この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ＣＨ
４，Ｃ２ＨＧ、　Ｃ，Ｈ，、Ｃ，Ｈ□。等のパラフィン
系炭化水素、Ｃ２Ｈ４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べての炭化水素を含むガスが使用
できる。

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、ｃｏ、等の炭
素元素を含む化合物であれば使用できる。

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、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。

またこの活性種は高温熱分解によっても形成できる。そ
の他にも、イオン化蒸着法、ある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、ある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、概ね次の通りである。

ＲＦ出カニ　０，１〜５Ｈ／ｃａｔ 圧　　　カニ　１０−”１０Ｔｏｒｒ 堆積温度：室温〜９５０℃ 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１０人〜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。

（以下余白） 表−１ 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。

（αｈ＋）’　　＝Ｂ（ｈｖ−Ｅｇｏｐｔ）の関係より
決定する。

膜中水素量（ＣＯ）：赤外吸収スペクトルから、２９０
００ｍ−１付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 α（−） ＣＭ”＾・ｆ□・ｄす Ｓ　Ｐ’　／　Ｓ　Ｐ”比：赤外吸収スペクトルを、ｓ
ｐ’　、ｓｐ”　ニソ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）：マイクロビッヵース計による。

屈折率（ｎ）：エリプソメーターによる。

欠陥密度：ＥＳＲによる。

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、第６図及び第７図に示
すように炭素原子にＳＦ３の混成軌道とＳＦ３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、Ｉ
Ｒ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ロー１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、第
５７！ｌ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Ｓ
　Ｐ３／Ｓ　Ｐ”を知ることができる。

また、前記硬質炭素膜はＸＩＫ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５
０人〜５μｍ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Ｒ
Ｆ呂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、且つ比抵抗及び硬度
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
抵抗の増加により効果的である。

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くする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。

さらには膜の誘電率も２〜６と従来のＭＩＭ素子に使用
されていたＴａ２Ｏ，、ＡＱ２０．、　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１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Ｃｃｃ
ｎ／　ＣＭＺＭ＝　１０／　１程度必要である。）。

また、素子急峻性βｃｃ、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Ｉ　ｏｆｆとの比が大きくとれるようになる。このた
め低デユーティ比でのＬＣＤｌ１ｌｌｉ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。以上の点から硬質炭素
膜を使用することで、低コスト階調性（カラー化）、高
密度ＬＣＤ等が実現できる。

以上のような硬質炭素膜には必要に応じて抵抗値の制御
、あるいは膜の安定性、耐熱性の向上、さらに硬度の向
上のために、不純物として周期律表第■族元素、同第■
族元素、同第■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
はハロゲン原子をドープ含有させることができる。この
第３成分のドープにより素子の安定性及びデバイス設計
の自由度はいっそう増大する。

特にコプレナー型ＭＩＭ素子においては、液晶駆動に適
する素子特性から、硬質炭素膜の膜厚、Ｗ／Ｌ比（Ｗ：
素子部間隙の巾、Ｌ：前記間隙の長さ）及び比抵抗の適
正範囲が決まるが、膜剥離の点から膜厚は１μｍ以下、
画素の一辺の長さとフォトリソグラフィの精度からＷ／
Ｌ比は１／１００以上が作製上有利である。この時駆動
条件から比抵抗の適正範囲は１０４〜１０３Ω・備とな
る。ノンドープの硬質炭素膜の比抵抗は１０６〜１０１
３Ω・ｌであり、これに■族、Ｖ族、アルカリ金属、ア
ルカリ土類金属、Ｎ又は０元素を適当量ドープすること
により上記範囲の比抵抗とすることが可能である。

本発明において、硬質炭素膜中に構成元素の１つとして
含まれている水素原子の量は、全構成元素に対してｌＯ
〜５０ａｔｏ＋ｗ％、好ましくは２０〜４５ａｔｏｍ％
である。

また、本発明において、硬質炭素膜中に構成元素の１つ
として含まれている炭素原子の量は。

全構成元素に対して５０〜９０ａｔｏｍ％、好ましくは
５５〜８０ａｔｏｍ％である。

周期律表第■族元素としては、Ｂ、ＡＱ、Ｇａ。

及びＩｎが挙げられ、且つ本発明において、硬質炭素膜
中に構成原子の１つとして含まれている周期律表第■族
元素の量は、全構成元素に対してＳ　ａｔｏ園％園内以
内ましくは０．００１〜３　ａｔｏｍ％であることが好
ましい。

周期律表第■族元素としては、Ｓｉ、Ｇｅ及びＳｎが挙
げられ、且つ第■族元素の量は、全構成原子に対して２
０ａｔｏ■％以内、好ましくは０．０１〜１７ａｔｏ＠
％である。

周期律表第■族元素としては、Ｐ、Ａｓ及びｓｂが挙げ
られ、且つ第Ｖ族元素の量は、全構成原子に対して５　
ａｔｏｍ％以内、好ましくは０．００１〜３ａｔｏｍ％
である。

アルカリ金属元素としては、Ｌｉ、Ｎａ及びＫが挙げら
れ、且つアルカリ金属元素の量は、全構成原子に対して
５　ａｔｏｍ％以内、好ましくは０．００１〜３　ａｔ
ｏｉ＋％である。

アルカリ土類金属元素としては、Ｃａ及びＭｇが挙げら
れ、アルカリ土類金属原子の量は、全構成原子に対して
５　ａｔｏｍ％以内、好ましくは０．００１〜３　ａｔ
ｏ＋ｍ％である。

窒素原子の量は、全構成原子に対して５　ａｔｏｍ％以
内、好ましくは０．００１〜３　ａｔｏｍ％である。

酸素原子の量は、全構成原子に対して５　ａｔｏｍ％以
内、好ましくは０．００１〜３　ａｔｏｍ％である。

カルコゲン元素としては、Ｓ、Ｓｅ及びＴｅが挙げられ
、且つカルコゲン元素の量は、全構成原子に対して、２
０ａｔｏｍ％以内、好ましくは０．０１〜１７ａｔｏｍ
％である。

ハロゲン元素としては、Ｆ、ＣＱ、Ｂｒ及びＩが挙げら
れ、且つハロゲン元素の量は、全構成原子に対して、３
５ａｔｏｍ％以内、好ましくは０．１〜３５ａｔｏｏ＋
％が好ましい。

尚、前述の元素又は原子の量は元素分析の常法、例えば
オージェ分析によって測定することが出来る。またこれ
ら元素又は原子の量は元素分析の常法、例えばオージェ
分析によって測定することができる。この量は原料ガス
に含まれる他の化合物の量や成膜条件等で調節可能であ
る。

不純物をドープされた硬質炭素膜の膜厚はノンドープの
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■族元素等の場合と同様な効果がある。

同様に周期律表第■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■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ｍ族元素、同第■族元素、同第■族元
素、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、窒素素
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。

ここで周期律表第■族元素を含む化合物としては１例え
ばＢ（ＯＣ２Ｈ５）３９　ＢｚＨｓ　Ｔ　ＢＣＱｓ　ｔ
　ＢＢｒ３　＋ＢＦ３　＋　ＡＱ（０−ｉ−Ｃ３Ｈｖ）
ａ　？　（Ｃ１ｌｉ）ａＡＬ　（ＣｚＨｉ）ａＡＬ（ｉ
−Ｃ４Ｈ９）３１Ｑ、　ＡＱＣＱ、、　Ｇａ（０−ｉ−
Ｃ，Ｈ，））ｌ（ＣＨ，）、Ｇａ１（ＣＪｓ）ａＧａ、
　ＧａＣらｔ　ＧａＢｒ、、　（０−ｘ−Ｃ，）１．）
、Ｉｎ。

（ＣｚＨｉ）３Ｉｎ等がある。

周期律表第■族元素を含む化合物としては、例えばＳｉ
、Ｈ，、（Ｃ２Ｈ，）、ＳｉＨ，ＳｉＦ、ｔ　ＳｉＨ，
ＣＱ２ｔＳｉＣＱ４ｇ　５ｓ（ＯＣＨ３）４１５ｉ（Ｏ
ＣＪｓ）４＋　５Ｌ（ＯＣ３Ｈ７）４１ＧｅＣＱ、、　
ＧｅＨ，、Ｇｅ（ＯＣ２Ｈｓ）４ｔＧｅ（ＣｚＨｓ）４
ｔ（Ｃ）ＩＪ４Ｓｎｔ（ＣＪｓ）４Ｓｎ＋　５ｎＣＱ４
等がある。

周期律表第■族元素を含む化合物としては、例えばＰＨ
３，ＰＦ、、　ＰＦｓ、　ＰＣＱ、Ｆ、、　ＰＣＱ、、
　ＰＣＩ２２Ｆ。

ＰＢｒ、　ｔ　ＰＯ（ＯＣＨ，））　＃　Ｐ（Ｃ２Ｈ５
）３１　ＰＯＣＱｉ　Ｉ　ＡＳＨ３ｅ＾ｓＣＱ、、　Ａ
ｓＢｒ、、　ＡｓＦ、、　ＡｓＦ、、　ＡｓＣＱ、、　
ＳｂＨ，、ＳｂＦ、。

５ｂＣＩ２．、５ｂＣＯＣ，Ｈｓ）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Ｌｉ０−
ｉ−Ｃ，Ｈ７，Ｎａ０−ｉ−Ｃ，Ｈ７，ＫＯ−ｉ−Ｃ，
Ｈ，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
　（ｏｃ、　Ｈｃ　）３　＋　Ｍｇ　（ＯＣｉ　Ｈｓ　
）２　ｔ　（Ｃ２Ｈ５）２　Ｋｇ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、−酸化炭素、二酸化炭素
、亜酸化炭素、−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、
　（ＣＨ，）（ＣＨ２）、５（ＣＨ２）４ＣＨ３，ＣＨ
２＝ＣＨＣ）１２ＳＣ）１２ＣＨ＝ＣＨ２，Ｃ２Ｈ，５
Ｃ２Ｈ５，Ｃ２Ｈ，ＳＣＨ，、チオフェン、Ｈｏ５ｅ、
　（Ｃｚｆ（ｓ）ｚＳｅ＋　Ｈ２Ｔｅ等がある。

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
。

液晶駆動用ＭＩＭ素子として好適な硬質炭素膜は、駆動
条件から膜厚が１００〜８０００人、比抵抗が１０’〜
１０１３Ω・口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１
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２００〜６０００人、比抵抗は５Ｘ
ＩＯ７〜１０１２Ω・国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が減
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３０人程度が限度で、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、より低デユーティ比（望ましくは１７
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３０
０〜４０００人、比抵抗は１０７〜１０１１Ω・ｌであ
ることが一層好ましい。

実施例１ 第８図に示すようにパイレックス透明基板上にＡＱを蒸
着法により１０００人厚に堆積後パターニングして下部
導体１２を形成した。その上↓こ硬質炭素膜をプラズマ
ＣＶＤ法により、９００人厚１堆積させたのち、ドライ
エツチングによりパターニングして、絶縁膜１３を形成
した。さらにその上にＺｎＯ：ＡＱを１０００人厚に堆
積後、パターニングして上部導体（画素電極を兼ねる）
１４を形成した。ＺｎＯ：Ａｌ１の成膜は、ＺｎＯ＋Ａ
ｌ２２０□（２，５％）混合体ターゲットを用い、ＲＦ
マグネトロンスパッタ法により行った。

この時の硬質炭素膜の成膜条件は以下の通りである。

圧　　　　カニ　０．０３５Ｔｏｒｒ ＣＨ４流量：　２０５ＣＣＭ ＲＦパ’７−　：　０．２１／ａ＃ 実施例２ 第９図に示すようにプラスチック透明基板上にＡｎを蒸
着法により６００人厚堆積積後パターニングして下部導
体１２を形成した。その上に硬質炭素膜をプラズマＣＶ
Ｄ法により、　１１００人厚に堆積させたのち、ドライ
エツチングによりパターニングして、絶縁膜１３を形成
した。さらにその上に、ＮｉをＥＢ蒸着法により１００
０人厚に堆積後、バターニングして上部補助導体１４′
を形成し、次いでＺｎＯ：Ａｌ１を１５００人厚に堆積
後、パターニングして上部導体（画素電極を兼ねる）１
４を形成した。Ｚｎ○：ＡＱの成膜は、Ｚｎ＋ＡＱ（５
％）複合ターゲットを用い、酸素ガス雰囲気中でＲＦマ
グネトロンスパッタ法で行った。

この時の硬質炭素膜の成膜条件は以下の通りである。

圧−カニ　０，０３５Ｔｏｒｒ ＣＨ，流量：　１０　ＳＣＣＭ ＲＦパ’７−　：　０．３ｖ／ａ！ 実施例２によれば工程数が一工程増すものの素子特性が
一層長期安定性に優れたものとなる。

〔発明の作用効果〕

本発明のＭＩＭ素子に用いられる硬質炭素膜は １）　プラズマＣＶＤ法等の気相合成法で作製されるた
め、成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、機械的損傷を受は
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る。

さらに本発明の薄膜二端子素子は最上層に設けられる導
体を酸化亜鉛（Ｚｎ○）透明導電体としているので工程
数が減少し、かつ作製時の素子損傷、あるいはパスライ
ンの断線等が少ないものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の薄膜二端子素子の作製工程（ａ）　
、　（ｂ）　、　（ｃ）を示す。第２図は本発明で使用
する酸化亜鉛のかわりにＩＴＯを使用した場合の薄膜二
端子素子の作製工程（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）　
、　（ｄ）　。 （ｅ）を示す。第３図（ａ）および（ｂ）は本発明のＭ
■Ｍ素子の典型的なＩ−Ｖ特性およびＱｎｘ−ｆ■特性
図、第４図は本発明のＭＩＭ素子を用いた液晶表示装置
の１例を示す。第５図は本発明のＭＩＭ素子に用いられ
る硬質炭素膜系絶縁膜のＩＲスペクトルのガウス分布を
、第６図および第７図は前記絶縁膜のＩＲスペクトル及
びラマンスペクトルを示す。第８図および第９図は、本
発明の実施例１および２のＭＩＭ素子の斜視図である。 １．１′・・・絶縁基板　　　３・・・液晶４・・・画
素電極　　　４′・・・共通電極５・・・能動素子（Ｍ
Ｉ阿素子） ６・・・第２導体（パスライン） ８・・・配向膜　　　　　９・・・ギャップ材１１・・
・透明絶縁性基板 １２・・・下部導体 １３・・・絶縁膜（硬質炭素膜） １４・・・上部導体（酸化亜鉛） １４′・・・上部補助導体 １５・・・ＩＴＯによる画素電極 第 図 第２ 図 １ら 第５ 図 第６図 ＩＲスペクトル （波数）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、上部導体および下部導体間に介在させた絶縁膜が硬
   質炭素膜であり、かつ上部導体が酸化亜鉛よりなる透明
   導電体であることを特徴とする薄膜二端子素子。