JPH04245229A

JPH04245229A - 薄膜二端子素子

Info

Publication number: JPH04245229A
Application number: JP3029579A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Takahashi; 高橋　正悦; Hitoshi Kondo; 均近藤; Hidekazu Ota; 英一太田; Katsuyuki Yamada; 勝幸山田; Yuji Kimura; 裕治木村; Kenji Kameyama; 健司亀山; Makoto Tanabe; 誠田辺
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-01-30
Filing date: 1991-01-30
Publication date: 1992-09-01

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】

【０００１】

【技術分野】本発明は、薄膜二端子素子に関し、詳しく
は、ＯＡ機器用やＴＶ用など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、特に液
晶表示装置のスイッチング素子として有用な薄膜二端子
素子に関する。

【０００２】

【従来技術】ＯＡ機器端末機や液晶ＴＶには大面積液晶
パネル使用の要望が強く、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もうけ、電圧を
保持するように工夫されている。ところで、前記スイッ
チのひとつとしてＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ　Ｉｎｓｕｌａｔ
ｏｒ　Ｍｅｔａｌ）素子、ＭＳＭ（Ｍｅｔａｌ　Ｓｅｍ
ｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｍｅｔａｌ）が多く用いられて
いる。これは薄膜二端子素子がスイッチングに良好な非
線形な電流−電圧特性を示すためである。そして、従来
からの薄膜二端子素子は、ガラス基板のような絶縁基板
上に下部電極としてＴａ，Ａｌ，Ｔｉ等のような金属電
極をもうけ、その上に前記金属の酸化物またはＳｉＯｘ
，ＳｉＮｘ等からなる絶縁層あるいは半導体層を設け、
さらにその上に上部電極として、Ａｌ，Ｃｒ等の金属電
極を設けたものが知られている。このような構造からな
るＭＩＭ素子の概略図を図４（ａ）、（ｂ）に示す。（
ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図であり、１は基板、２は
下部電極（透明電極）、３は絶縁層（例えばＳｉＮｘ）
、４は上部電極である。図４（ｂ）より明らかなように
下部電極２の断面形状が四角形の外形を有しているため
、気相合成法（例えばプラズマＣＶＤ法）などで形成さ
れる絶縁層３は２のサイド部分では上面部に比べて膜厚
が薄くなったり、あるいは不均一になるなどの問題があ
る。従って電圧印加時、特に長時間連続印加時には、そ
の部分で特性不良あるいは短絡が生じ易くなる。また下
部電極２は角部を有するため、そこで電界の集中が起こ
り、上記と同様の欠点を生じる。ＭＩＭ素子の能動部は
、下部電極２と上部電極４との重なりあう部分であるた
め、その面積には下部電極の線幅と上部電極の線幅の両
方のばらつきが含まれる。すなわち、それぞれのばらつ
きがＭＩＭ素子の特性のばらつきの要因となる。以上は
、従来のＭＩＭ素子における電極の構造上の欠点である
が、絶縁層についての材料上の欠点もある。すなわち絶
縁層が陽極酸化膜からなるＭＩＭ素子の場合は、（１）
絶縁層が下部電極の陽極酸化膜に限られるため、その物
性値の制御、ひいてはＭＩＭ素子特性の制御を任意に行
うことは不可能である、（２）３００〜５００℃程度の
熱処理が必要であるため、用いる基板材料が耐熱性の高
いものに限定される、（３）比誘電率が高いため、液晶
表示装置のスイッチング素子として用いる場合、（ＭＩ
Ｍ素子容量）／（液晶容量）＜１／１０という制約から
素子面積を小さくする必要があり、高度な微細加工が要
求されるなどの欠点を有している。一方、ＳｉＮｘ，Ｓ
ｉＯｘ等の絶縁層（または半絶縁層）を用いたものは気
相合成法により形成されるため、前記（１）のような欠
点はなく、物性制御が広範に行えるという長所を有して
いる。しかし製膜温度が３００℃程度と高いため、基板
材料が限られたり、大面積に均一な特性の膜を形成する
ことが困難である等の問題がある。また、ダスト等によ
るピンホールが発生し易く、歩留まりが低下するという
問題もある。

【０００３】

【目　　　　的】本発明の第一の目的は従来のＭＩＭ素
子における電極の構造上の欠点を解消し、長時間安定に
動作するＭＩＭ素子を提供することである。本発明の第
二の目的は従来のＭＩＭ素子における絶縁層の材料上の
欠点を解消し、特に液晶表示装置に用いるのに好適な、
低コストでかつ高信頼性のＭＩＭ素子を提供することで
ある。

【０００４】

【構　　　　成】本発明は、基板と、該基板の上に形成
された第１の電極と、第１の電極の上に形成された絶縁
層と、該絶縁層の上に形成された第２の電極とからなる
薄膜二端子素子において、素子の能動部を制限するため
に絶縁層に隣接するように形成された能動部制限用絶縁
層を有することを特徴とする薄膜二端子素子に関する。図１に本発明による薄膜二端子素子を説明するための断
面図を示す。まず、ガラス基板、プラスチック基板、プ
ラスチックフィルム等の透明基板１上に下部電極用薄膜
としてＡｌ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａ
ｇ，Ｗ，Ｍｏ，Ｐｔ，ＩＴＯ，ＺｎＯ：Ａｌ，Ｉｎ２Ｏ
３，ＳｎＯ３等の導電性薄膜をスパッタリング、蒸着等
の方法により製膜し、所定のパターンにパターニングし
て下部電極２を形成する。ついで絶縁層３としてＳｉＮ
ｘ膜、硬質炭素膜等をプラズマＣＶＤ法、イオンビーム
法、スパッタリング法等によって数百〜数千Åの厚さに
製膜した後、ウェットエッチング法、ドライエッチング
法あるいはリフトオフ法により所定のパターンにパター
ニングする。次に、絶縁層３と同様な方法で絶縁層５を
製膜し、ＭＩＭ素子の能動部を制限するようなパターン
にエッチング法あるいはリフトオフ法によりパターニン
グする。最後に上部電極４としてＰｔ，Ｎｉ，Ｔａ，Ｔ
ｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｗ，Ｍｏ，ＩＴＯ，Ｚｎ
Ｏ：Ａｌ，Ｉｎ２Ｏ３，ＳｎＯ３等の導電性薄膜をスパ
ッタリング、蒸着等の方法により製膜し、所定のパター
ンにパターニングする。このように、本発明によるＭＩ
Ｍ素子では、パターン化された第２の絶縁層５により素
子の能動部が制限されているため、ショートの原因とな
る下部電極のサイド部の絶縁層の薄い部分や、絶縁破壊
の原因となる下部電極の角部を素子の能動部から除くこ
とができる。その結果長時間安定に動作するものとなり
、本発明の第一の目的を達成することができる。一方、
本発明の第二の目的である従来の絶縁膜の材料上の種々
の問題を解決するためには絶縁膜として硬質炭素膜を用
いることが好ましい。この絶縁膜は炭素原子及び水素原
子を主要な組織形成元素として非晶質及び微結晶質の少
くとも一方を含む硬質炭素膜（ｉ−Ｃ膜、ダイヤモンド
状炭素膜、アモルファスダイヤモンド膜、ダイヤモンド
薄膜とも呼ばれる。）からなっている。硬質炭素膜の一
つの特徴は気相成長膜であるため、後述するようにその
諸物性が成膜条件によって広範囲に制御できることにあ
る。従って、絶縁膜といってもその抵抗値は半絶縁体か
ら絶縁体領域までをカバーしており、この意味では本発
明のＭＩＭ素子は特開昭６１−２７５８１９号で示され
るＭＳＩ素子（Ｍｅｔｅｌ−Ｓｅｍｉ−Ｉｎｓｕｌａｔ
ｏｒ）としても位置付けられるものである。前記硬質炭
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，Ｃ２Ｈ
６，Ｃ３Ｈ８，Ｃ４Ｈ１０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，Ｃ
Ｏ２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〜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。

【０００５】

【表１】

【０００６】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４式の関係より決定。

【０００７】

【数１】

【０００８】膜中水素量〔Ｃ（Ｈ）〕：赤外吸収スペク
トルから２９００／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。ヒ゛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。

【０００９】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及び
図６に示すように炭素原子がＳＰ３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／ｃｍ
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７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ＳＰ
３／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Ｔａ２Ｏ
５，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）。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ＬＣ
Ｄが実現できる。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
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ＩＩＩ族元素を
含む化合物としては、例えばＢ（ＯＣ２Ｈ５）３，Ｂ２
Ｈ６，ＢＣｌ３，ＢＢｒ３，ＢＦ３，Ａｌ（Ｏ−ｉ−Ｃ
３Ｈ７）３，（ＣＨ３）３Ａｌ，（Ｃ２Ｈ５）３Ａｌ，
（ｉ−Ｃ４Ｈ９）３Ａｌ，ＡｌＣｌ３，Ｇａ（Ｏ−ｉ−
Ｃ３Ｈ７）３，（ＣＨ３）３Ｇａ，（Ｃ２Ｈ５）３Ｇａ
，ＧａＣｌ３，ＧａＢｒ３，（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）３Ｉ
ｎ，（Ｃ２Ｈ５）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Ｓｉ３Ｈ６，（Ｃ２Ｈ
５）３ＳｉＨ，ＳｉＦ４，ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＳｉＣｌ４
，Ｓｉ（ＯＣＨ３）４，Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４，Ｓｉ（
ＯＣ３Ｈ７）４，ＧｅＣｌ４，ＧｅＨ４，Ｇｅ（ＯＣ２
Ｈ５）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，ＰＣｌ２Ｆ３，ＰＣｌ３，ＰＣｌ２Ｆ，ＰＢｒ
３，ＰＯ（ＯＣＨ３）３，Ｐ（Ｃ２Ｈ５）３，ＰＯＣｌ
３，ＡｓＨ３，ＡｓＣｌ３，ＡｓＢｒ３，ＡｓＦ３，Ａ
ｓＦ５，ＡｓＣｌ３，ＳｂＨ３，ＳｂＦ３，ＳｂＣｌ３
，Ｓｂ（ＯＣ２Ｈ５）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，Ｎ
ａＯ−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
（ＯＣ２Ｈ５）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）４ＣＨ３，ＣＨ２＝ＣＨＣＨ２ＳＣＨ２ＣＨ＝
ＣＨ２，Ｃ２Ｈ５ＳＣ２Ｈ５，Ｃ２Ｈ５ＳＣＨ３，チオ
フェン、Ｈ２Ｓｅ，（Ｃ２Ｈ５）２Ｓｅ，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。これら不純物の量は通常、周期律
表第ＩＩＩ族元素については全構成原子に対し５原子％
以下、同じく第ＩＶ族元素の量は３５原子％以下、同じ
く第Ｖ族元素の量は５原子％以下、アルカリ金属元素の
量は５原子％以下、アルカリ土類金属元素の量は５原子
％以下、窒素原子の量は５原子％以下、酸素原子の量は
５原子％以下、カルコゲン系元素の量は３５原子％以下
、またハロゲン元素の量は３５原子％以下である。なお
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。またこの量は
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。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２００〜６０００Å、
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。能動
部制限用の絶縁層５は、絶縁層３と同様に硬質炭素膜で
形成することができる。素子の能動部を制限するための
絶縁層５のパターニングは、例えばリフトオフ法等を用
いることができる。また絶縁層５は感光性樹脂により形
成することもできる。例えば、感光性樹脂としてポリイ
ミド系のものを用いることにより、フォトレジストなし
に感光性樹脂に直接、フォトリソグラフィー工程を施す
だけでポリイミド絶縁層の微細パターンを得ることがで
きる。これにより、素子の製造工程が短縮され、素子の
安定性や歩留まり向上につながる。また、ＭＩＭ素子の
能動部の面積が、従来の構成では、下部電極と上部電極
の重なる部分であったが、本発明による構成では能動部
制限用絶縁層により能動部面積が決まるため、能動部面
積のばらつき、さらには素子特性のばらつきを抑えるこ
とができる。

【００１０】

【実施例】本発明を実施例に基づき、さらに詳細に説明
する。実施例１図１により実施例を説明する。基板１としてパイレック
スガラスを用い、ＭＩＭ素子を次のようにして製造した
。まず基板１の画素電極上にＡｌを蒸着法により１００
０Å厚に堆積後、パターン化して下部電極２を形成した
。次に絶縁層３である硬質炭素膜をプラズマＣＶＤ法によ
形成した。本実施例では、平行平板型プラズマＣＶＤ装
置を使用している。ＣＨ４と水素とを混合した原料ガス
を装置に導入し、平行平板の電極間に約１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電界を印加し、原料ガスをラジカルとイオン
とに分解させ反応させることによって、基板１、および
Ａｌ電極層２の上に硬質炭素膜３を８００Å厚に堆積さ
せた。さらに次のようにして素子の能動部制限用絶縁層
５をリフトオフ法で形成した。まず、フォトレジストを
用いて素子能動部のポジパターンをフォトリソグラフィ
ー工程により形成した。この上に、能動部制限用絶縁層
５を絶縁層３と同様に硬質炭素膜を用いて、プラズマＣ
ＶＤ法により１０００Å厚に製膜した。素子能動部の絶
縁層をリフトオフし、能動部制限用絶縁層５のパターン
を形成した。さらにＮｉを蒸着法により１０００Å厚に堆積後、パタ
ーン化して上部電極４を形成した。実施例２実施例１と同様な材料、方法により、下部電極２まで形
成した。次に図２に示すように、１０００Å厚の硬質炭
素膜からなる能動部制限用絶縁層５を実施例１と同様に
プラズマＣＶＤ法により形成し、所定のパターンにパタ
ーニングした。次にこの上に絶縁層３としての硬質炭素
膜を８００Å厚に堆積させた。さらにＮｉを蒸着法によ
り１０００Å厚に堆積後、パターン化して上部電極４を
形成した。実施例３図３を基に実施例３を説明する。能動部制限用絶縁層５
の材料及び作製法以外は、全く実施例１と同様な構成に
よる。本実施例の能動部制限用絶縁層５には、ポリイミ
ド系の感光製樹脂である“フォトニース”（東レ（株）
製）を用いた。絶縁層３を形成した基板上に“フォトニ
ース”ＵＲ−３１００をスピナーで塗布し、露光、現像
、リンスを経て、パターン化した後、熱処理を行い、能
動部制限用絶縁層５を形成した。このように形成された
絶縁層５は、強靭で平滑でありかつ絶縁特性、誘電特性
に優れたものであった。

【００１１】

【効果】本発明によれば、素子の能動部を制限するため
に絶縁層に隣接するように形成された能動部制限用絶縁
層を有しているので、信頼性が高く、長時間安定に動作
する上、素子特性のばらつきが少なくなるという効果が
ある。また絶縁層に硬質炭素膜を用いた場合は次のよう
な特徴を有する。（１）　プラズマＣＶＤ法など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
受けにくく、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
としないため、素子の大面積化に有利である。従って、このような絶縁層を用いたＭＩＭ素子は液晶表
示用スイッチング素子として好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１によるＭＩＭ素子を示す断面
図である。

【図２】本発明の実施例２によるＭＩＭ素子を示す断面
図である。

【図３】本発明の実施例３によるＭＩＭ素子を示す断面
図である。

【図４】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ従来のＭＩＭ
素子を示す斜視図および断面図である。

【図５】本発明のＭＩＭ素子の絶縁層に使用した硬質炭
素膜をＩＲ吸収法で分析した分析結果を示すスペクトル
図である。

【図６】本発明の薄膜二端子素子の絶縁層に使用した硬
質炭素膜をラマン分光法で分光した分析結果を示すスペ
クトル図である。

【図７】前記硬質炭素膜のＩＲスペクトルのガウス分布
を示す図である。

【符号の説明】

１　　基板２　　下部電極３　　絶縁層４　　上部電極５　　能動部制限用絶縁層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　基板と、該基板の上に形成された第１
の電極と、第１の電極の上に形成された絶縁層と、該絶
縁層の上に形成された第２の電極とからなる薄膜二端子
素子において、素子の能動部を制限するために絶縁層に
隣接するように形成された能動部制限用絶縁層を有する
ことを特徴とする薄膜二端子素子。
【請求項２】　　前記絶縁層および能動部制限用絶縁層
のうち少なくとも１つの絶縁層が硬質炭素膜である請求
項１記載の薄膜二端子素子。