JPH0418526A - 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】 〔技術分野〕 本発明は、改良された薄膜二端子素子、すなわちｔＩＭ
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、　Ａ　
Ｑ　、　Ｔｉ等の金属電極を設け、その上に前記金属の
酸化物、又は５ｊＯｘ、　ＳｉＮｘ等からなる絶縁膜を
設け、更にその」二に」二部電極としてＡＱ、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Ｍ　Ｉ　Ｍ素子（特
開昭５７−１９６５８９号、同６１−２３２６８９号、
同６２−６２３３３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ＩＩ９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ＭＩＭ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１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　＋）のバラツキが大きくなるという問題も生じる
。その他、ＭＩＭ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、素子台Ｉ
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Ｓｊ、Ｏｘや５ｊＮｘを用いたＭＩＭ素
子（特開昭６１．−２６０２１９号）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°Ｃ程度必要であるため、低
コスト基板は使用できず、また大面状化の際、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。あるいは膜の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（ｊ型カ
ーボン）を使用したＭＩＭ素子を提案したが、絶縁膜の
ノ阜さは２０〜１００人と薄いものである。このＭ＠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、４階調以上の中間調表示に適したＭＩ
Ｍ素子を提供する点にある。

本発明の他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。

〔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５００〜５０００人厚の硬質炭素膜
であり、かつ電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）特性が、 Ｉ＝κｅｘｐ（βＶ　　） で近似される薄膜二端子素子であって、にとβの関係が
式 ％式％（） で示される線で囲まれた範囲内のものであることを特徴
としている。

本発明の薄膜二端子素子の電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）特性
は近似的には第３図のように示され、以下に示す導電式
で表わされることがわかっている。

Ｉ＝にｅｘｐ（βＶ’）　　　　−（＋）Ｔ二組流Ｖ：
印加電圧に：導電係数β：プールフレンケル係数ｎ：キ
ャリヤ密度　μ：キャリャモビリテイ　ｑ：電子の電荷
層Φニドラップ深さ　ρ：比抵抗　ｄ：硬質炭素の膜厚
（人）ｋ：ボルツマン定数　Ｔ：雰囲気温度　Ｅ、：硬
質炭素の誘電率ε２：真空誘電率 本発明の薄膜二端素子と液晶とは等価回路的に第１図に
示すごとく接続されている。両端に印加される電圧パル
スは第８図に示される。

ｖｂはバイアス電圧でオン時の電圧Ｖｏｎのパルス幅が
中間調（ここでは４階調）に対応して（イ）〜（ニ）の
ように変調される。ＭＩＭ素子の特性（に、β）と液晶
に印加される実効電圧Ｖ　ｒｍｓとの関係を求めた一例
を第９図に示す。第９図の線（イ）、（ロ）、（ハ）、
（ニ）は第８図の印加パルスに対応して液晶に印加され
る実効電圧をＭ１Ｍ素子の特性（Ｑｎに）を横軸にプロ
ットしたものである。固定したパラメーターはＶｂ＝　
２　Ｖ　。

Ｖｏｎ＝　１８Ｖ　、　１１５１２デユーテイである。

図はβ＝５．０の時のにとＶｒｍｓの関係を示している
。４Ｗｉ調表示ができるためには少なくとも（１）（ニ
）の信号に対して液晶の開鎖以上（概ね１．５導以上）
のＶｒｍｓが得られること、（２）（イ）〜（ニ）の信
号に対するＶｒｍｓに明確な差が認められることが必要
である。（１）及び（２）を満足する範囲を第９図から
求めると−３６＜ｎｎ　に〈−３２となる。

βの値を変えて同様のことを行って、４階調表示ができ
る。Ｋ、βの範囲を求めた結果が第１０図の（Ａ）及び
（Ｂ）にはさまれた部分である。ただし、Ｖｏｎ＝２０
Ｖ　（耐圧のマージンを考慮した最犬廓動電圧として適
正であると考えられる）とした。後述のように液晶駆動
に適するＭＩＭ素子の硬質炭素膜の比抵抗ρは１０″Ω
・ａ１〜１０゛３Ω・印である。ρは１０′′Ω・σ及
び１０１３Ω・σ１に対して硬質炭素膜の膜厚を変化さ
せた時のに、βの変化は第１０図の（ａ）及び（ｂ）の
ようになる。したがって４階調表示が可能な範囲は（Ａ
）、　（１’３）　、　（ａ）。

（ｂ）に囲まれた部分となり、この時の膜厚の最小値は
（Ｂ）と（ｂ）の交点で与えられ、約５００人であるこ
とがわかる。また最大値は（Ａ）と（ａ）の交点で与え
られ、約５０００人であることがわかる。

以上の結果から硬質炭素膜の膜厚は５００人から５００
０人であることが必要である。

本発明のＭＩＭ素子の作製方法について説明する。

まず、ガラス、プラスチック板、プラスチックフィルム
等の透明締縁性基板１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１〜又はドライエツチングにより
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（下部導体）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、トライ
エツチング、ウエッ１−エツチング又はレジストを用い
るリフ１〜オフ法により所定のパターンにパタニングし
て絶縁膜とし、次にその上に蒸着、スパッタリング等の
方法によりパ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パスラインとなる第２導体（上
部電極）６を形成し、最後に下部電極７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素子の作成後。

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〜数千人、数百〜数千人、数百〜数千人の範囲
である。硬質炭メ；膜の厚さは、　１００〜８０００人
、望ましくは２００〜６０００人、さらに望ましくは３
００〜４０００人の範囲である。

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。

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７の材料としては。

Ａ　Ｑ　、　Ｔａ、　Ｃｒ、　Ｗ、　Ｍｏ、　Ｐｔ、　
Ｎｉ、　Ｔｊ。

Ｃｕ、　Ａｕ、　　Ｉ　Ｔｏ、　ＺｎＯ：ＡＱ、　Ｉｎ
２Ｏ，、５ｎ０２等種々の導電体が使用される。

次にパスラインとなる第２導体６の材料としては、ＡＱ
、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｔｉ。

Ｃｕ、　Ａｕ、　Ｗ、　Ｔａ、　　Ｉ　Ｔｏ、　ＺｎＯ
：ＡＱ、　Ｉｎ２Ｏ，。

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Ｎｊ、Ｐｔ、
Ａｇが好ましい。絶縁膜として硬質炭素膜２を用いたＭ
ＩＭ素子は電極の種類を変えても対称性が変化せず、ま
たＱｎＩｃｃＶ■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ＭＩＭ
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（１−Ｖ特性）の劣化
及び変化が生じる。これらを考慮すると、　Ｎｉ、Ｐｔ
、Ａｇが良いことがわかった。

次に第４図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、たと
えばＩ　Ｔｏ、　ＺｎＯ：ＡＱ、　ＳｎＯ２，Ｉｎ２Ｏ
，等をスパッタリング、蒸着等で数百人から数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ＭＩＭ
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。

尚、カラーフィルターをセルの内偵［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Ｃ１
イ、、Ｃ２１イ、、　Ｃ，＋１．、　Ｃ４Ｈ１，等のパ
ラフィン系炭化水素、０２Ｈ４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、Ｃ○、ＣＯ２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出カニ〇、１〜５０　ｌＩｌ／　ｃｓｌ圧　　　カ
ニ　１０−３〜］０１’ｏｒｒ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Ｉ（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。

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、 （αｈν）”　＝Ｂ（ｈシー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
０ａｎ−’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（！１ｌ） Ｃ，＝Ａ−／　　　　　ｄリ リ Ｓ　Ｐ３／　Ｓ　Ｐ２比：赤外吸収スペクトルを、ＳＰ
”、Ｓｆ〕２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（０）：マイクロピンカース計による。

屈折率（ｎ）：エリプソメーターによる。

欠陥密度：　Ｅ　Ｓ　Ｒ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５））３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、２８００〜３１５ｏ■−１に多
くのモート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５図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　
Ｐ’／Ｓ　Ｐ２を知ることができる。

また、前記硬質炭素膜はＸＭ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５０
人〜５μＩ１１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高出力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。

さらには膜の比誘電率も２〜Ｇ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、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ＣＬＣＤ／　ＣＡｌ１
．Ｍ＝　１．０／　１程度必要である。）。

誘電率εが小さければ急峻性は大きくなり、オン電流Ｉ
ｏｎ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Ｌ　ＣＤ　廓動が可
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、ｒ＊水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成分のト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、液晶迅区動に
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ン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。この時即
動条件から比抵抗の適正範囲は１０４〜１０’Ω・■と
なる。ノンドープの硬質炭素膜の比抵抗はＩＯ’〜１ｏ
１３Ω・■であり、これに■族、■族、アルカリ金属、
アルカリ土類金属、Ｎ又はＯ元素を適当量トープするこ
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１０
〜５０ａｔｏｍ％、好ましくは２０〜４５ａｔｏｒｎ％
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５５〜８０ａｔｏ
ｍ％である。

周期律表第■■族元素としては、Ｂ　、　Ａ　Ｑ　、Ｇ
ａ。

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５　ａｔｏｍ％以内、
好ましくは０．００１−３　ｄｔｏｍ％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
０ａｔｏｍ％以内、好ましくは０．０１〜＋７ａＬｏｍ
％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５ａ
ｔｏｍ％以内、好ましくは０．００１−３　ａｔｏｍ％
である。

アルカリ金属元素としては、Ｌ１、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
ＯａｊＯｍ％以内、好ましくは０．００１−３　ａｔｏ
ｍ％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
５ａｔｏｍ％以内、好ましくは０．００１〜３　ａｔｏ
ｍ％である。

窒素原子の量は、全構成原子に対して５ａｔｏｍ％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　ａｔｏＩ１１
％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、　
２０ａｔｏｍ％以内、好ましくは０．０１〜１７ａｔＯ
ｍｌＸ＋である。

ハロゲン元素としては、Ｆ、ＣＱ、Ｉ３ｒ及び１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、
３５ａｔｏｍ％以内、好ましくは０、］〜３５ａｔｏｍ
％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１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。この旦は原料ガス
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。

不純物をトープされた硬質炭素膜の膜ノリはノンドープ
のものに比へて約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へるよ
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聞及び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
膜中に周期律表第用族元素、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Ｊ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（ＱＣ２１−１，）、、　Ｂ２１１６．８ｃＱ３．
　ＢＢｒ３゜ＢＦ、、　ＡＱ（ｏ−ｉ−ｃ３■７）３１
　（Ｃ１１３）ａＡＱ＋　（Ｃ，１１，）３ＡＱ。

（ｊ、−Ｃ＋Ｈｇ）３　ＡＱ　、　ＡＱＣＱ３　、　Ｇ
ａ　（０−ｊ、−Ｃ３１１ｔ　）］　＋＋（Ｃ１ｌｉ　
）３　Ｇｉｌ　＋（Ｃ２Ｈ５）３Ｇａ、　ＧａＣＱ３．
　ＧａＢｒ、、、　（０−ｊ−（、＋１７）３Ｉｎｌ（
ｃ２Ｈ５）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５ｉ
３ｏ、　（Ｃ２Ｈ，）、ＳｉＨ，ＳｉＦ、、　５ｉＨ２
１２＋５ｉｃｃ、＋＋　５ｉ（ＯＣＩＩＩ）４１５ｉ（
ＱＣ０Ｈ５）４１５ｉ（ＱＣ−Ｊ＋＋？）４１ＧｅＣＱ
４．　ＧｅＨ，Ｇｅ（ＯＣ２１１，）、＋、Ｇｅ（Ｃ２
１１５）、＋＋（Ｃ１ｌ、）４Ｓｎ。

（ｃ２１．ｓｎ、　５ｎｃｎ４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、、　ＰＦ９．　ＰＣＱ２Ｆ、、　ＰＩ３．　
Ｐｉ２Ｆ。

ＰＢｒ、　ＰＯ（ＯＣＩ＋、）３．　Ｐ（Ｃ２Ｂ、）３
．　ＰＯＣＱ３．　ＡｓＨ３゜ＡｓＣら、　ＡｓＢｒ、
、　ＡｓＦ、、　ＡｓＦ５．　ＡｓＣＱ３．５ｂｌｌ、
、ＳｂＦ３゜５ｂＣＱ、、　５ｂ（ＱＣ２１１，）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ＬｊＯ−
ｉ−Ｃ，ｔ（□、　Ｎａ０−ｊ、−Ｃ３１１□、　ＫＯ
−ｊ−Ｃ，ｔＬ、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
（ＱＣ２ＨＳ）、　ｌ　Ｍｇ（ＯＣｚｔｌｓ）ｚ　！　
（Ｃｚｔ＋ｓ）ｚＭｇ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、ニトロン基、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　
、　　（Ｃ１１３）　（ＣＩ　□）　４Ｓ（Ｃ１ｔ　２
）　４ＣＩｌ　ｊ、　　Ｃ１１，＝ＣｌイＣＨ２５Ｃ１
１２ＣＩ　＝　Ｃ１ｌ□、　Ｃ２１１，５ｃ２＋４．、
　Ｃ２＋１，５Ｃ１１，、チオフェン、ｏ＋ｓｅ＋　（
Ｃ２１ｆ、）２Ｓｅ、　Ｈ□Ｔｅ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９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
。

本発明のＭＩＭ素子として必要な硬質炭素膜は、膜厚カ
５００〜５０００人２比抵抗が１０’　〜１０”Ｑ・印
の範囲である。

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
バラッキが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１／
１０００以下）で即動するために。

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１０７〜１０！１Ω・■であ
ることが一層好ましい。

〔実施例〕

次に実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるもの
ではない。

実施例１ （パイレックス）透明絶縁性基板上に、第２図に示すよ
うに画素電極及び薄膜二端子素子を以下のようにして作
製した。まずＩＴ○をスパッタリング法により５００人
厚堆積積後、パターニングして画素電極４を形成した。

次に、ＡＱ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７を形成した。その上に硬質炭素膜
をプラズマＣＶＤ法により１１００人堆積させたのち、
ドライエツチングによりパターニングし、絶縁膜２′と
した。さらに、この上にＮ１をＥＢ蒸着法により１００
０人厚に堆積後、パターニングして上部導体（走査電極
を兼ねる）６を形成し、薄膜二端子素子を得た。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：　１０　ＳＣＣＭ ＲＦパワー：　０．２Ｗ／ｃｉ 実施例２ （プラスチック）透明絶縁性基板１上に、第１１図に示
すように画素電極及び薄膜二端子素子を以下のようにし
て作製した。まず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（走査電極を兼ねる）
７とした。その」二に硬質炭素膜をプラズマＣＶＤ法に
より９００人堆積させたのち、ｊヘライエッチングによ
りパターニングし、絶縁膜２′とした。さらに、その上
にＥＢ蒸着法により１０００人厚の堆積Ｏ膜を被覆し、
エツチングによりパターニングして上部導体（画素電極
を兼ねる）６を形成し、薄膜二端子素子を得た。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　０，０３５ＴｏｒｒＣＨ４流量：　
１０　ＳＣＣＭ ＲＦパ’７　　：０，３ｔＪ／ａＪ 〔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
スイッチンク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とくに、４階調以上の
中間調表示を行うための素子として欠くことのできない
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の薄膜二端子素子と液晶との等価回路
を示す。第２図は本発明実施例１の薄膜二端子素子を示
す。第３図（ａ）および（ｂ）は本発明のＭ　Ｉ　Ｍ’
素子の典型的なＩ−Ｖ特性およびＱｎＩ−ｆ７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索子に用いられる硬
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＃ｌ！ｌ縁膜のＩＲスペクト
ル及びラマンスペクトルを示す。第８図は本発明ＭＩＭ
素子の両端に印加される電圧パルスｄノが４Ｎ調に変化
している様子を（イ）〜（ニ）で示す。第９図は本発明
ＭＴＭ素子の特性と液晶に印加される実効電圧との関係
を示す。第１０図は、４階調表示が可能なＭＩＭ素子特
性（に。 β）の範囲を示す。第１１図は、本発明実施例２のＭＩ
Ｍ素子の断面図を示す。 １．１′・・・絶縁基板　　２，２′・・・硬質炭素膜
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（パスライン）（上部導体）７・・第１導体（
下部導体）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、上部導体および下部導体間に介在させた絶縁膜が５
   ００〜５０００Å厚の硬質炭素膜であり、かつ電流（Ｉ
   ）−電圧（Ｖ）特性が、 Ｉ＝κｅｘｐ（βＶ＾１＾／＾２） で近似される薄膜二端子素子であって、κとβの関係が
   式 ｌｎκ＝−４β−１６・・・（Ａ） ｌｎκ＝−３β−１７・・・（Ｂ） ｌｎκ＝０．５β−２５．５・・・（ａ） ｌｎκ＝０．５β−４１．５・・・（ｂ） で示される線で囲まれた範囲内のものであることを特徴
   とする薄膜二端子素子。