JPH04183866A - 金属酸化物薄膜及びその製造方法並びにその金属酸化物薄膜を用いた電子装置 - Google Patents
金属酸化物薄膜及びその製造方法並びにその金属酸化物薄膜を用いた電子装置Info
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- JPH04183866A JPH04183866A JP2311731A JP31173190A JPH04183866A JP H04183866 A JPH04183866 A JP H04183866A JP 2311731 A JP2311731 A JP 2311731A JP 31173190 A JP31173190 A JP 31173190A JP H04183866 A JPH04183866 A JP H04183866A
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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。
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、無欠陥で絶縁性に優れた金属酸化物薄膜及び
その製造方法並びにその金属酸化物薄膜を用いた電子装
置に関するものである。
その製造方法並びにその金属酸化物薄膜を用いた電子装
置に関するものである。
従来の技術
絶縁性金属酸化物Ｎ、ｌＩ２は、従来から多くの電子デ
バイスに用いられており、その重要性は益々高くなると
同時に、−層の高性能化が求められている。例えばＭＯ
ＳトランジスタやＴＰＴのゲート絶縁膜として、或は薄
膜ＥＬデイスプレィ（ＥＬＤ）の絶縁層として、種々の
金属酸化物情ＩＩＩが注目されている。アクティブマド
ワックス型液晶デイスプレィ（Ｌ ＣＤ ）のスイッチ
ングに用いられているＴＰＴでは、ゲート絶縁膜の性能
がＴＰＴのオン・オフ特性に影響し、結果的にデイスプ
レィ表示の良否を大きく左右する。またＬＣＤ、ＥＬＤ
等のフラットデイスプレィは、表示情報量を多くするた
めにより大面積化する必要があるなど、無欠陥で高性能
の絶縁膜を大面積にわたって形成することが求められて
いる。
バイスに用いられており、その重要性は益々高くなると
同時に、−層の高性能化が求められている。例えばＭＯ
ＳトランジスタやＴＰＴのゲート絶縁膜として、或は薄
膜ＥＬデイスプレィ（ＥＬＤ）の絶縁層として、種々の
金属酸化物情ＩＩＩが注目されている。アクティブマド
ワックス型液晶デイスプレィ（Ｌ ＣＤ ）のスイッチ
ングに用いられているＴＰＴでは、ゲート絶縁膜の性能
がＴＰＴのオン・オフ特性に影響し、結果的にデイスプ
レィ表示の良否を大きく左右する。またＬＣＤ、ＥＬＤ
等のフラットデイスプレィは、表示情報量を多くするた
めにより大面積化する必要があるなど、無欠陥で高性能
の絶縁膜を大面積にわたって形成することが求められて
いる。
従来、金属酸化物薄膜を形成する方法としては、電子ビ
ーム蒸着法５スパツタリング法、化学気相成長法（ＣＶ
、Ｄ ）法等が用いられている。しかしながら、例えば
真空蒸着法では、酸素欠損が生じた膜になり易くまた緻
密な膜ができ難いために、リーク電流が太きくＴＰＴゲ
ート絶縁膜などには使えない。またスパッタリング法や
ＣＶＤ法では、ピンホール等の欠陥が生じる恐れがあり
、膜内での特性のばらつきを大きくしたり、デバイスを
構成したときに欠陥部への局所的な電界集中により絶縁
耐圧の低下をまねく等の問題がある。
ーム蒸着法５スパツタリング法、化学気相成長法（ＣＶ
、Ｄ ）法等が用いられている。しかしながら、例えば
真空蒸着法では、酸素欠損が生じた膜になり易くまた緻
密な膜ができ難いために、リーク電流が太きくＴＰＴゲ
ート絶縁膜などには使えない。またスパッタリング法や
ＣＶＤ法では、ピンホール等の欠陥が生じる恐れがあり
、膜内での特性のばらつきを大きくしたり、デバイスを
構成したときに欠陥部への局所的な電界集中により絶縁
耐圧の低下をまねく等の問題がある。
これに対して、基板上にまず金属ＶｉＪ膜を形成し、そ
の金属薄膜の表面を陽極酸化やプラズマ酸化等の方法で
酸化することによって金属酸化物薄膜を形成する方法が
ある。これらの表面酸化法は金属薄膜の表面から酸化が
進行していくため、金属薄膜内にピンポールがあっても
そのピンホール部分を選択的に酸化するので、基本的に
は無欠陥の金属酸化物薄膜を形成することができるとい
う優れた利点がある。
の金属薄膜の表面を陽極酸化やプラズマ酸化等の方法で
酸化することによって金属酸化物薄膜を形成する方法が
ある。これらの表面酸化法は金属薄膜の表面から酸化が
進行していくため、金属薄膜内にピンポールがあっても
そのピンホール部分を選択的に酸化するので、基本的に
は無欠陥の金属酸化物薄膜を形成することができるとい
う優れた利点がある。
発明が解決しようとする課題
しかしながら」二連の様な表面酸化法で形成された金属
酸化物薄膜の特性は、酸化前の金属薄膜の結晶構造に強
く依存することが新たに判明した。
酸化物薄膜の特性は、酸化前の金属薄膜の結晶構造に強
く依存することが新たに判明した。
即ち、金属薄Ｈ／ｌの結晶性を向上させても、必ずしも
電気特性が向上するものではなく、逆にリーク電流を増
加させてしまうという問題点を有していることが明らか
となった。
電気特性が向上するものではなく、逆にリーク電流を増
加させてしまうという問題点を有していることが明らか
となった。
本発明はかかる点に鑑み、電気特性の優れた金属酸化物
薄膜を提供することを目的とする。
薄膜を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
本発明は、基板上に２種以上の異なる結晶構造が混在し
た金属薄膜を形成し、得られた金属薄膜の表面から少な
くとも一部を酸化することによって、前記基板上に優れ
た電気特性を有する絶縁性の金属酸化物薄膜を形成する
ことを特徴とする。
た金属薄膜を形成し、得られた金属薄膜の表面から少な
くとも一部を酸化することによって、前記基板上に優れ
た電気特性を有する絶縁性の金属酸化物薄膜を形成する
ことを特徴とする。
作用
本発明は前記したように、異なる結晶構造を混在させる
ことによって金属薄膜内に多くの結晶粒界を存在させる
。このような多くの結晶粒界が存在する金属表面を酸化
して金属酸化物薄膜を形成すると、酸化前の結晶粒界に
起因する金属酸化物薄膜内の低抵抗部分が細かく寸断さ
れ、その結果リーク電流が非常に低減されると考えられ
る。
ことによって金属薄膜内に多くの結晶粒界を存在させる
。このような多くの結晶粒界が存在する金属表面を酸化
して金属酸化物薄膜を形成すると、酸化前の結晶粒界に
起因する金属酸化物薄膜内の低抵抗部分が細かく寸断さ
れ、その結果リーク電流が非常に低減されると考えられ
る。
さらに上記のような金属薄膜は、内部に多くの比較的小
さな結晶粒が存在する。このような金属薄膜は緻密で表
面平坦性に優れており、その表面を酸化して形成した金
属酸化物薄膜の表面、或は下地に残る金属層との界面の
平坦性も優れているため、電極界面の凹凸に起因する局
部的な電界集中が起こりにくく、やはりリーク電流が低
減されると考えられる。
さな結晶粒が存在する。このような金属薄膜は緻密で表
面平坦性に優れており、その表面を酸化して形成した金
属酸化物薄膜の表面、或は下地に残る金属層との界面の
平坦性も優れているため、電極界面の凹凸に起因する局
部的な電界集中が起こりにくく、やはりリーク電流が低
減されると考えられる。
実施例
実施例１
第１図は、本発明の金属酸化物薄膜をＴＰＴゲート絶縁
膜に応用した、アクティブマトリックス型ＬＣＤの”Ｔ
” Ｆ Ｔ部断面を示すものである。第１図において、
１１は透光性の絶縁性基板、１２はタンタル金属よりな
るケート電極である。ゲート電極１２は、絶縁性基板１
１の全面にスパッタリング法によりタンタル金属薄膜を
製膜した後、ウェットエツチング法、若しくはドライエ
ツチング法によりストラ・ｆプ状に形成する。ストライ
ブ状に形成されたゲート電極１２を陽極酸化法を用いて
表面の所定の厚さだけ酸化し、酸化タンタル薄膜よりな
るゲート絶縁膜１３を形成する。ゲート絶縁膜１３上に
は半導体層１６との密着性を上げるためプラズマＣＶＤ
法により２層目のゲート絶縁膜１５を製膜し、続けてア
モルファスシリコンよりなる半導体層１５を製膜する。
膜に応用した、アクティブマトリックス型ＬＣＤの”Ｔ
” Ｆ Ｔ部断面を示すものである。第１図において、
１１は透光性の絶縁性基板、１２はタンタル金属よりな
るケート電極である。ゲート電極１２は、絶縁性基板１
１の全面にスパッタリング法によりタンタル金属薄膜を
製膜した後、ウェットエツチング法、若しくはドライエ
ツチング法によりストラ・ｆプ状に形成する。ストライ
ブ状に形成されたゲート電極１２を陽極酸化法を用いて
表面の所定の厚さだけ酸化し、酸化タンタル薄膜よりな
るゲート絶縁膜１３を形成する。ゲート絶縁膜１３上に
は半導体層１６との密着性を上げるためプラズマＣＶＤ
法により２層目のゲート絶縁膜１５を製膜し、続けてア
モルファスシリコンよりなる半導体層１５を製膜する。
半導体層１４上には窒化シリコンよりなるエツチングス
トッパ層１６が形成されている。エツチングストッパ層
１６は、同一の材料構成（本実施例では、プラズマＣＶ
Ｄ法により製膜したｎ１シリコンよりなるオーミックコ
ンタクト層、及びモリブテンシリサイドとクロムの積層
膜）からなる電極層を、ドライエツチング法によりソー
ス電極１７とドレイン電極１８とに分離する際に必要と
なるものである。
トッパ層１６が形成されている。エツチングストッパ層
１６は、同一の材料構成（本実施例では、プラズマＣＶ
Ｄ法により製膜したｎ１シリコンよりなるオーミックコ
ンタクト層、及びモリブテンシリサイドとクロムの積層
膜）からなる電極層を、ドライエツチング法によりソー
ス電極１７とドレイン電極１８とに分離する際に必要と
なるものである。
第２図は、ゲート電極１２のタンタル金属薄膜の作製に
用いたインライン型スパッタリング装置の概観を示した
ものである。本装置は、製膜前の基板４１を載置するト
レー４２を格納するロードロツタ室３１と、製）模を行
うスパッタ室３５、そして製膜後のトレー４１を格納す
るアンロートロツタ室４８とで構成されている。スパッ
タ室３５とロードロック室３１、及びアンロートロツタ
室４８は各々ゲートバルブ３４及び４７で仕切られてお
り、基板交換はスパッタ室３５を真空状態に保持したま
ま行うことができる。スパッタ室３５内にはカッ−１４
４が取り付けられ、カソード４４上にタンタル金属のタ
ーゲット４３がボンディングされている。カソード４４
内には永久磁石が取り付けられており、放電はマグネ）
＋コンスバッタリング方式である。スパッタ室３５内に
ガス導入口３７より流量計３６にて所定の流量比に制御
されたアルゴンガスを流し、所定の圧力に調整した後、
カソード４４にＲＦ電力を印加し放電を開始する。マン
チング回路４５で所定のスパッタ電力で１０分程度スパ
ッタリングした後、ロードロック３１室よりトレー４２
をスパッタ室３５内に送り込む。トレー４２がターゲッ
ト４３上を所定の速度で通過する間に、トレー４２に載
置された基板４１表向にタンタル薄１１りが堆積し、ア
ン１１−ト′ロツク室４８内に送り込まれ格納される。
用いたインライン型スパッタリング装置の概観を示した
ものである。本装置は、製膜前の基板４１を載置するト
レー４２を格納するロードロツタ室３１と、製）模を行
うスパッタ室３５、そして製膜後のトレー４１を格納す
るアンロートロツタ室４８とで構成されている。スパッ
タ室３５とロードロック室３１、及びアンロートロツタ
室４８は各々ゲートバルブ３４及び４７で仕切られてお
り、基板交換はスパッタ室３５を真空状態に保持したま
ま行うことができる。スパッタ室３５内にはカッ−１４
４が取り付けられ、カソード４４上にタンタル金属のタ
ーゲット４３がボンディングされている。カソード４４
内には永久磁石が取り付けられており、放電はマグネ）
＋コンスバッタリング方式である。スパッタ室３５内に
ガス導入口３７より流量計３６にて所定の流量比に制御
されたアルゴンガスを流し、所定の圧力に調整した後、
カソード４４にＲＦ電力を印加し放電を開始する。マン
チング回路４５で所定のスパッタ電力で１０分程度スパ
ッタリングした後、ロードロック３１室よりトレー４２
をスパッタ室３５内に送り込む。トレー４２がターゲッ
ト４３上を所定の速度で通過する間に、トレー４２に載
置された基板４１表向にタンタル薄１１りが堆積し、ア
ン１１−ト′ロツク室４８内に送り込まれ格納される。
なお製膜は、トレー４２をスパッタ室３５内の所望の位
置に止めたままで行うこともできる。
置に止めたままで行うこともできる。
第２図に示したインライン型スパッタリング装置を用い
て第１図のゲート電極１２に用いるタンタル金属薄膜を
作製し、そのＸ線（ＣｕＫα）回折ピーク強度を測定し
た結果を第３図に示す。同図（ａ）はＩ・レー４２を移
動させながら製膜した場合、同図（ｂ）は比較のためト
レー４２をカソード４４直上に停止させたまま製膜した
場合の、各々のタンタル薄膜のＸ線回折ピークである。
て第１図のゲート電極１２に用いるタンタル金属薄膜を
作製し、そのＸ線（ＣｕＫα）回折ピーク強度を測定し
た結果を第３図に示す。同図（ａ）はＩ・レー４２を移
動させながら製膜した場合、同図（ｂ）は比較のためト
レー４２をカソード４４直上に停止させたまま製膜した
場合の、各々のタンタル薄膜のＸ線回折ピークである。
製膜条件は同図（ａ）、 （ｂ）両者の場合とも、アル
ゴンガス流量８０ＳＣＣＭ、 スパッタ圧力１０ｍＴｏ
ｒ ｒ、’ＲＦ電力２．ＯｋＷ、基板温度２００°Ｃ
とした。同図（ａ）はトレー搬送速度を、また同図（ｂ
）はスパッタリング時間を制御することによって、両者
ともタンタル薄膜の厚さを１８０ｎｍとした。図に明ら
かなように、同図（ｂ）のタンタル薄膜は３３．４度付
近にピークを持つβ相（００２）面のみ結晶であるのに
対して、同１ （ａ）のタンタル薄膜は３３．４度付近
と３８．２度付近とに二つのピークを持つ異なる結晶構
造が混在した膜となっている。３８．２度付近のピーク
はタンタルのα相（，１１０）面のピークのみ、若しく
はα相（ｌ Ｉ Ｏ）面とβ相の配向性の異なる面のピ
ークが重なっているものと考えられる。
ゴンガス流量８０ＳＣＣＭ、 スパッタ圧力１０ｍＴｏ
ｒ ｒ、’ＲＦ電力２．ＯｋＷ、基板温度２００°Ｃ
とした。同図（ａ）はトレー搬送速度を、また同図（ｂ
）はスパッタリング時間を制御することによって、両者
ともタンタル薄膜の厚さを１８０ｎｍとした。図に明ら
かなように、同図（ｂ）のタンタル薄膜は３３．４度付
近にピークを持つβ相（００２）面のみ結晶であるのに
対して、同１ （ａ）のタンタル薄膜は３３．４度付近
と３８．２度付近とに二つのピークを持つ異なる結晶構
造が混在した膜となっている。３８．２度付近のピーク
はタンタルのα相（，１１０）面のピークのみ、若しく
はα相（ｌ Ｉ Ｏ）面とβ相の配向性の異なる面のピ
ークが重なっているものと考えられる。
上記の異なる結晶構造を有する同図（ａ）、同図（ｂ）
２種のタンタル薄膜について、それぞれの薄膜表面に陽
極酸化（化成）法を用いて酸化タンタル薄膜を形成した
。陽極酸化は、０．１規定、５０°Ｃの蓚酸溶液を用い
、電流密度０．５ｍＡ／ｃ献化成電圧１１０Ｖの定電流
化成を行い、引続き１１０■で定電圧化成を行なってタ
ンタル薄膜表面に厚さ２００ｎｍの酸化タンタル薄膜を
形成した。この時の下地タンタル薄膜の厚さは］００ｎ
ｍである。
２種のタンタル薄膜について、それぞれの薄膜表面に陽
極酸化（化成）法を用いて酸化タンタル薄膜を形成した
。陽極酸化は、０．１規定、５０°Ｃの蓚酸溶液を用い
、電流密度０．５ｍＡ／ｃ献化成電圧１１０Ｖの定電流
化成を行い、引続き１１０■で定電圧化成を行なってタ
ンタル薄膜表面に厚さ２００ｎｍの酸化タンタル薄膜を
形成した。この時の下地タンタル薄膜の厚さは］００ｎ
ｍである。
ＴＦＴを構成する前にその絶縁体薄膜としての基本特性
を調べるため、形成した酸化タンタル薄膜上に各々厚さ
１１００ｎのアルミニウム電極を蒸着し、電極−電圧特
性を測定した。その結果を第４図に示す。図に明らかな
ように、β相のみのタンタル金属を陽極酸化して形成し
た酸化クンクル膜同図（ｂ）に比べて、異なる結晶構造
の混在したタンタル金属を陽極酸化して形成した酸化タ
ンタル膜同図（ａ）の方が、２ Ｍ Ｖ ／ ｃｍの電
界強度において３桁以上リーク電流が低減されている。
を調べるため、形成した酸化タンタル薄膜上に各々厚さ
１１００ｎのアルミニウム電極を蒸着し、電極−電圧特
性を測定した。その結果を第４図に示す。図に明らかな
ように、β相のみのタンタル金属を陽極酸化して形成し
た酸化クンクル膜同図（ｂ）に比べて、異なる結晶構造
の混在したタンタル金属を陽極酸化して形成した酸化タ
ンタル膜同図（ａ）の方が、２ Ｍ Ｖ ／ ｃｍの電
界強度において３桁以上リーク電流が低減されている。
」二連した結晶構造の混在したタンタル金属を陽極酸化
して得られる酸化タルタル薄膜を、第１図に示したゲー
ト絶縁Ｈ’Ｊ１３に適用した結果を以下に示す。まず第
３図（ａ）で説明したタンタル金属膜を製膜するスパッ
タリング条件で、結晶構造の混在した厚さ１８０ｎｍの
タンタル金属膜を絶縁性基板ｌＩ上に製膜し、ウェット
エツチング法によりストライプ状のゲート電極１２を形
成した。次に前述した陽極酸化法の条件でタンタル金属
膜の表面に厚さ２００ｎｍの酸化タンタルゲート絶縁膜
１３を形成した後、前述したプロセスで第１図に示した
ＴＰＴを作製した結果、従来に比べて大幅なオン・オフ
比の向上がみられた。
して得られる酸化タルタル薄膜を、第１図に示したゲー
ト絶縁Ｈ’Ｊ１３に適用した結果を以下に示す。まず第
３図（ａ）で説明したタンタル金属膜を製膜するスパッ
タリング条件で、結晶構造の混在した厚さ１８０ｎｍの
タンタル金属膜を絶縁性基板ｌＩ上に製膜し、ウェット
エツチング法によりストライプ状のゲート電極１２を形
成した。次に前述した陽極酸化法の条件でタンタル金属
膜の表面に厚さ２００ｎｍの酸化タンタルゲート絶縁膜
１３を形成した後、前述したプロセスで第１図に示した
ＴＰＴを作製した結果、従来に比べて大幅なオン・オフ
比の向上がみられた。
３８．２度付近のＸ線回折ピーク強度（Ｐｈとする）と
３３．４度付近のＸ線回折ピーク強度（Ｐｌとする）の
比Ｐｈ／Ｐ、は製膜条件により異なるが、上に述べたト
レーを搬送しながら製膜する方法では、５”’Ｘ１５”
角のターゲツトを用いた場合、スパッタ電力が２〜５ｋ
Ｗ、アルゴンガス圧力が５〜４０ｒｎＴｏｒｒ、アルゴ
ンガス流量が３０〜１００３ＣＣＭ、、Ｗ板温度が室温
〜３５゜Ｃの範囲内で、第３図（Ｃ）、 （ｄ）にその
−例を示した様な、二つのＸ線回折ピークの現れる結晶
構造の混在したタンタル金属薄膜が得られた。第３図（
２う）は、回折ピーク強度比Ｐｌ、／Ｐ１が約１になっ
ているが、第３図（Ｃ１，（ｄ）に示したような回折ピ
ーク強度比が１でない金属薄膜でも、強度比 Ｐ、／Ｐ
、が０．５以上１０以下であればリーク電流を２桁以上
低くすることができた。
３３．４度付近のＸ線回折ピーク強度（Ｐｌとする）の
比Ｐｈ／Ｐ、は製膜条件により異なるが、上に述べたト
レーを搬送しながら製膜する方法では、５”’Ｘ１５”
角のターゲツトを用いた場合、スパッタ電力が２〜５ｋ
Ｗ、アルゴンガス圧力が５〜４０ｒｎＴｏｒｒ、アルゴ
ンガス流量が３０〜１００３ＣＣＭ、、Ｗ板温度が室温
〜３５゜Ｃの範囲内で、第３図（Ｃ）、 （ｄ）にその
−例を示した様な、二つのＸ線回折ピークの現れる結晶
構造の混在したタンタル金属薄膜が得られた。第３図（
２う）は、回折ピーク強度比Ｐｌ、／Ｐ１が約１になっ
ているが、第３図（Ｃ１，（ｄ）に示したような回折ピ
ーク強度比が１でない金属薄膜でも、強度比 Ｐ、／Ｐ
、が０．５以上１０以下であればリーク電流を２桁以上
低くすることができた。
実施例２
第５図は、本発明の金属酸化物薄膜を第１絶縁体相とし
て応用した、薄膜ＥＬ（ＴＦＥＬ）素子の断面模式図で
ある。第５図において、６１は透光性の絶縁性基板、６
２はスズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）よりなる透明導
電膜をストライプ状に形成した透明電極である。透明電
極６２」二には第１絶縁体Ｊｉ６３として、チタン酸ジ
ルコン酸ストロンチウム酸化膜（Ｓ ｒ（Ｔ ｉｘＺ
ｒ＋−ｘ ）０３）がスパッタリング法により製膜され
ている。第１絶縁体層６３上には共蒸着法により製膜さ
れたマンガン添加硫化亜鉛薄膜よりなるＥＬ発光体層６
４が形成され、真空中４５０°Ｃで１時間の熱処理を施
した後、さらにＥＬ発光体層６４上に第２絶縁体層６５
が形成されている。本実施例では、この第２絶縁体層Ｇ
５として本発明にががる金属酸化物薄膜を用いた。第２
絶縁体層６５上には、背面電極６５が形成されている。
て応用した、薄膜ＥＬ（ＴＦＥＬ）素子の断面模式図で
ある。第５図において、６１は透光性の絶縁性基板、６
２はスズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）よりなる透明導
電膜をストライプ状に形成した透明電極である。透明電
極６２」二には第１絶縁体Ｊｉ６３として、チタン酸ジ
ルコン酸ストロンチウム酸化膜（Ｓ ｒ（Ｔ ｉｘＺ
ｒ＋−ｘ ）０３）がスパッタリング法により製膜され
ている。第１絶縁体層６３上には共蒸着法により製膜さ
れたマンガン添加硫化亜鉛薄膜よりなるＥＬ発光体層６
４が形成され、真空中４５０°Ｃで１時間の熱処理を施
した後、さらにＥＬ発光体層６４上に第２絶縁体層６５
が形成されている。本実施例では、この第２絶縁体層Ｇ
５として本発明にががる金属酸化物薄膜を用いた。第２
絶縁体層６５上には、背面電極６５が形成されている。
背面電極６６は、第２絶縁体層６５上の全面に真空蒸着
法で製膜したアルミニウム薄膜を、透明電極６２と直交
する方向のストライプ状状に加工して形成した。
法で製膜したアルミニウム薄膜を、透明電極６２と直交
する方向のストライプ状状に加工して形成した。
本実施例にかかる第２絶縁体層６５の形成は以下の方法
で行った。まずＥＬ発光体層６４上の全面に、第１の実
施例中の第２図で説明したインライン型スパンタリング
装置を用いて厚さ１２０ｎｍのタンタル金属薄膜を製膜
した。スパッタリング条件は、アルゴンガス流量６０Ｓ
ＣＣＭ、スパッタ圧力２０ｍＴｏｒｒ、ＲＦ電力１．５
ｋＷ、基板温度２００°Ｃとした。このタンタル薄膜を
全て陽極酸化することにより、厚さ３００ｎｍの酸化タ
ンクル薄膜を形成し第２誘電体層６５とした。
で行った。まずＥＬ発光体層６４上の全面に、第１の実
施例中の第２図で説明したインライン型スパンタリング
装置を用いて厚さ１２０ｎｍのタンタル金属薄膜を製膜
した。スパッタリング条件は、アルゴンガス流量６０Ｓ
ＣＣＭ、スパッタ圧力２０ｍＴｏｒｒ、ＲＦ電力１．５
ｋＷ、基板温度２００°Ｃとした。このタンタル薄膜を
全て陽極酸化することにより、厚さ３００ｎｍの酸化タ
ンクル薄膜を形成し第２誘電体層６５とした。
陽極酸化は、０．１規定、５０°Ｃのクエン酸水溶液を
用い１７０■で定電流化成を行い、引続き１７０■で定
電圧化成を行った。このようにして形成した酸化タンタ
ル薄膜を第２絶縁体層６５に用いた上記薄膜ＩＥ Ｌ素
子を、駆動電圧２５０Ｖで駆動したところ、絶縁破壊の
ない良好な駆動を行うことができた。
用い１７０■で定電流化成を行い、引続き１７０■で定
電圧化成を行った。このようにして形成した酸化タンタ
ル薄膜を第２絶縁体層６５に用いた上記薄膜ＩＥ Ｌ素
子を、駆動電圧２５０Ｖで駆動したところ、絶縁破壊の
ない良好な駆動を行うことができた。
以上のようにこれら実施例１、及び２によれば、基板が
プラズマ状態の異なる領域を移動しながらタンタル金属
を堆積していくため、得られるタンタル金属薄ＩＱの結
晶構造には、α相とβ相の混在や、配向性の異なるβ相
の混在が観測される。この様な異なる結晶構造の混在し
た膜では、各々の結晶粒の粒成長が起こりにくく、第６
図（ａ）に模式的に示したように結晶粒界が立体的に複
雑に入り組んだ構造となっており、また緻密で表面平坦
性の優れた膜になっている。一方粒成長が進んで単一の
結晶構造のみで構成された膜では、第６図（ｂ）に模式
的に示したように結晶粒界が連続的な面になり易く、ま
た表面の凹凸が激しい。これらの膜を陽極酸化した場合
、例えば結晶粒界に析出した不純物、或はその酸化物な
どによって、結晶粒界のあった部分に抵抗の低い面が生
じてしまう。この時、結晶粒が良く成長した第６図（ｂ
）の様な金属膜を酸化した膜では、酸化膜の両面を挟む
電極間を結ぶ、結晶粒界により生じた抵抗の低い面が非
常に狭くなるため、或は結晶粒が大きく成長しているた
め、酸化したときに結晶粒界に微少な割れ（マイクロク
ランク）が生じ、その結果マイクロクランクを通してリ
ーク電極が流れてしまう。さらに表面の平坦性が悪いた
め、電極との界面での局部的な電界集中によりリーク電
流が生じ、また絶縁破壊を起こし易くなる。
プラズマ状態の異なる領域を移動しながらタンタル金属
を堆積していくため、得られるタンタル金属薄ＩＱの結
晶構造には、α相とβ相の混在や、配向性の異なるβ相
の混在が観測される。この様な異なる結晶構造の混在し
た膜では、各々の結晶粒の粒成長が起こりにくく、第６
図（ａ）に模式的に示したように結晶粒界が立体的に複
雑に入り組んだ構造となっており、また緻密で表面平坦
性の優れた膜になっている。一方粒成長が進んで単一の
結晶構造のみで構成された膜では、第６図（ｂ）に模式
的に示したように結晶粒界が連続的な面になり易く、ま
た表面の凹凸が激しい。これらの膜を陽極酸化した場合
、例えば結晶粒界に析出した不純物、或はその酸化物な
どによって、結晶粒界のあった部分に抵抗の低い面が生
じてしまう。この時、結晶粒が良く成長した第６図（ｂ
）の様な金属膜を酸化した膜では、酸化膜の両面を挟む
電極間を結ぶ、結晶粒界により生じた抵抗の低い面が非
常に狭くなるため、或は結晶粒が大きく成長しているた
め、酸化したときに結晶粒界に微少な割れ（マイクロク
ランク）が生じ、その結果マイクロクランクを通してリ
ーク電極が流れてしまう。さらに表面の平坦性が悪いた
め、電極との界面での局部的な電界集中によりリーク電
流が生じ、また絶縁破壊を起こし易くなる。
これに対して、異なる結晶構造の混在した第６図（ａ）
の様な金属膜では結晶粒界が複雑に入り組んでいるため
、酸化した膜の両面を挾む、電極間を結ぶ結晶粒界を酸
化した面が非常に広くまた断続的になっているため、第
６図（ｂ）の場合の様に抵抗の低い面ができにくい。ま
た結晶粒が小さく緻密な膜のため、酸化してもマイクロ
クランクが生じにくい。その結果リーク電流を非常に小
さく抑えることができると考えられる。
の様な金属膜では結晶粒界が複雑に入り組んでいるため
、酸化した膜の両面を挾む、電極間を結ぶ結晶粒界を酸
化した面が非常に広くまた断続的になっているため、第
６図（ｂ）の場合の様に抵抗の低い面ができにくい。ま
た結晶粒が小さく緻密な膜のため、酸化してもマイクロ
クランクが生じにくい。その結果リーク電流を非常に小
さく抑えることができると考えられる。
なお以上の実施例においては金属酸化物薄膜としてタン
クル金属の酸化物薄膜を用いたが、本発明における主要
な技術は、金属薄膜からその表面を酸化することによっ
て絶縁性金属酸化物薄膜を形成する際に、種々の異なる
結晶構造の混在した金属薄膜を用いることにある。従っ
て、用いる金属はタンタル金属に限られるものではなく
、チタン、ニオブ、アルミニウム、インドリウム、シリ
コニウム、ハフニラ１、等、表面酸化法により金属酸化
物薄膜を形成することのできる金属であれば、どの金属
を用いた場合でも同等の効果が得られる。
クル金属の酸化物薄膜を用いたが、本発明における主要
な技術は、金属薄膜からその表面を酸化することによっ
て絶縁性金属酸化物薄膜を形成する際に、種々の異なる
結晶構造の混在した金属薄膜を用いることにある。従っ
て、用いる金属はタンタル金属に限られるものではなく
、チタン、ニオブ、アルミニウム、インドリウム、シリ
コニウム、ハフニラ１、等、表面酸化法により金属酸化
物薄膜を形成することのできる金属であれば、どの金属
を用いた場合でも同等の効果が得られる。
また以上の実施例では、金属薄膜を製膜する方法として
スパッタリング法を用いたが、上述のような種々の異な
る結晶構造の混在した金属薄膜を作製する方法はスパッ
タリング法に限られるものではないことは言うまでもな
い。さらに以上の実施例では、金属薄膜を酸化する方法
として陽極酸化法を用いたが、酸素プラズマ中でのプラ
ズマ陽極酸化等も用いることができる。電解質溶液も実
施例では、蓚酸、燐酸、クエン酸を用いたが、これに限
定されるものではなく、硝酸、硫酸、ホウ酸などの酸の
水溶液ばかりでなく、ホウ酸アンモニウムなど中性の塩
の溶液でもよい。
スパッタリング法を用いたが、上述のような種々の異な
る結晶構造の混在した金属薄膜を作製する方法はスパッ
タリング法に限られるものではないことは言うまでもな
い。さらに以上の実施例では、金属薄膜を酸化する方法
として陽極酸化法を用いたが、酸素プラズマ中でのプラ
ズマ陽極酸化等も用いることができる。電解質溶液も実
施例では、蓚酸、燐酸、クエン酸を用いたが、これに限
定されるものではなく、硝酸、硫酸、ホウ酸などの酸の
水溶液ばかりでなく、ホウ酸アンモニウムなど中性の塩
の溶液でもよい。
発明の詳細
な説明したように、本発明によれば、２種以上の異なる
結晶構造が混在した金属薄膜、或は配向性の異なる結晶
構造が混在した金属薄膜の表面から少なくとも一部を酸
化した金属酸化物薄膜とすることにより、大面積にわた
り無欠陥で、絶縁性の優れた金属酸化物薄膜を提供する
ことができ、その実用的効果は大きい。
結晶構造が混在した金属薄膜、或は配向性の異なる結晶
構造が混在した金属薄膜の表面から少なくとも一部を酸
化した金属酸化物薄膜とすることにより、大面積にわた
り無欠陥で、絶縁性の優れた金属酸化物薄膜を提供する
ことができ、その実用的効果は大きい。
第１図は本発明の第１の実施例におけるアクティブマト
リックス型ＬＣＤの液晶駆動部の断面図、第２図は実施
例１、および２のタンタル金属薄膜の作製に用いたイン
ライン型スパッタリング装置の概略図、第３図は同実施
例のタンタル金属薄膜のＸ線回折パターン図、第４図は
陽極酸化法により形成した酸化タンタル薄膜の電流−電
圧特性図、第５図は薄膜Ｉ７．Ｉ−素子の断面図、第６
図はタンタル金属薄膜の断面図である。 １１・・・・・・絶縁性基板、１２・・・・・・ゲーＩ
・電極、１３・・・・・・−層目のゲート絶縁膜、１４
・・・・・・二層目のゲート絶縁膜、１５・・・・・・
半導体層、１６・・・・・・エンチングストッパー層、
Ｉ７・・・・・・オーミックコンタクト層、１８・・・
・・・ソース電極、１９・・・・・・ドレイン電極、６
１・・・・・・絶縁性基板、６２・・・・・・透明電極
、６３・・・・・・第１誘電体層、６４・・・・・・Ｅ
Ｌ発光体層、６５・・・・・・第２誘電体層、６６・・
・・・・背面電極。 代理人の氏名 弁理士小鍜治明 ばか２名×蟹回緯 新、鰍
リックス型ＬＣＤの液晶駆動部の断面図、第２図は実施
例１、および２のタンタル金属薄膜の作製に用いたイン
ライン型スパッタリング装置の概略図、第３図は同実施
例のタンタル金属薄膜のＸ線回折パターン図、第４図は
陽極酸化法により形成した酸化タンタル薄膜の電流−電
圧特性図、第５図は薄膜Ｉ７．Ｉ−素子の断面図、第６
図はタンタル金属薄膜の断面図である。 １１・・・・・・絶縁性基板、１２・・・・・・ゲーＩ
・電極、１３・・・・・・−層目のゲート絶縁膜、１４
・・・・・・二層目のゲート絶縁膜、１５・・・・・・
半導体層、１６・・・・・・エンチングストッパー層、
Ｉ７・・・・・・オーミックコンタクト層、１８・・・
・・・ソース電極、１９・・・・・・ドレイン電極、６
１・・・・・・絶縁性基板、６２・・・・・・透明電極
、６３・・・・・・第１誘電体層、６４・・・・・・Ｅ
Ｌ発光体層、６５・・・・・・第２誘電体層、６６・・
・・・・背面電極。 代理人の氏名 弁理士小鍜治明 ばか２名×蟹回緯 新、鰍
Claims (7)
- （１）２種以上の異なる結晶構造が混在した金属薄膜，
或は配向性の異なる結晶構造が混在した金属薄膜の表面
から少なくとも一部を酸化したことを特徴とする金属酸
化物薄膜。 - （２）β相とα相、或は配向性の異なるβ相などの２種
以上の結晶構造が混在したタンタル金属薄膜を形成し、
得られたタンタル金属薄膜の表面から少なくとも一部を
酸化したことを特徴とする請求項（１）記載の金属酸化
物薄膜。 - （３）基板上に２種以上の異なる結晶構造が混在する金
属薄膜を形成する工程と、前記金属薄膜の表面から少な
くとも一部を陽極酸化する工程とを含むことを特徴とす
る金属酸化物薄膜の製造方法。 - （４）β相とα相、或は配向性の異なるβ相などの２種
以上の結晶構造が混在したタンタル金属薄膜を形成し、
得られたタンタル金属薄膜の表面から少なくとも一部を
酸化したことを特徴とする請求項（２）記載の金属酸化
物薄膜の製造方法。 - （５）請求項（１）記載の金属酸化物薄膜を用いたこと
を特徴とする電子装置。 - （６）請求項（４）記載の電子装置が、薄膜トランジス
タを有する構造からなることを特徴とする請求項（４）
記載の電子装置。 - （７）請求項（４）記載の電子装置が、薄膜ＥＬ表示素
子からなることを特徴とする請求項（４）記載の電子装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2311731A JP2594384B2 (ja) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | 金属酸化物薄膜及びその製造方法並びにその金属酸化物薄膜を用いた電子装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2311731A JP2594384B2 (ja) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | 金属酸化物薄膜及びその製造方法並びにその金属酸化物薄膜を用いた電子装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04183866A true JPH04183866A (ja) | 1992-06-30 |
| JP2594384B2 JP2594384B2 (ja) | 1997-03-26 |
Family
ID=18020797
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2311731A Expired - Fee Related JP2594384B2 (ja) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | 金属酸化物薄膜及びその製造方法並びにその金属酸化物薄膜を用いた電子装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2594384B2 (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5473064A (en) * | 1977-11-22 | 1979-06-12 | Gen Corp | Liquid crystal indicator |
| JPS5874079A (ja) * | 1981-10-28 | 1983-05-04 | Japan Electronic Ind Dev Assoc<Jeida> | 薄膜トランジスタ |
| JPS59141271A (ja) * | 1983-01-31 | 1984-08-13 | Sharp Corp | 薄膜トランジスタ |
| JPS63185052A (ja) * | 1987-01-28 | 1988-07-30 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | タンタル金属薄膜回路 |
-
1990
- 1990-11-16 JP JP2311731A patent/JP2594384B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5473064A (en) * | 1977-11-22 | 1979-06-12 | Gen Corp | Liquid crystal indicator |
| JPS5874079A (ja) * | 1981-10-28 | 1983-05-04 | Japan Electronic Ind Dev Assoc<Jeida> | 薄膜トランジスタ |
| JPS59141271A (ja) * | 1983-01-31 | 1984-08-13 | Sharp Corp | 薄膜トランジスタ |
| JPS63185052A (ja) * | 1987-01-28 | 1988-07-30 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | タンタル金属薄膜回路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2594384B2 (ja) | 1997-03-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |