JPH04249366A - 基板付薄膜積層デバイス - 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】

【０００１】

【技術分野】本発明は、薄膜積層デバイスに関し、詳し
くはＯＡ機器用やＴＶ用等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に関する。

【０００２】

【従来技術】ＯＡ機器端末機や液晶ＴＶは大面積液晶パ
ネルの使用の要望が強く、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設け、電圧を
保持するように工夫されている。また、近年液晶パネル
の軽量化、低コスト化が盛んに行なわれており、スイッ
チング素子の基板にプラスチックを用いることが検討さ
れている。しかし、プラスチック上に、薄膜積層スイッ
チング素子を形成するとプラスチック基板の変形やカー
ルを生じ、膜ハガレ等の問題があった。また、薄膜積層
スイッチング素子を作製する際、酸、アルカリ、水等の
溶液中にプラスチックを浸漬するフォトリソグラフィー
の工程があり、プラスチック内に酸、アルカリ、水等が
残存し、素子劣化の原因となった。薄膜積層デバイスを
微細パターン化する場合、基板の伸縮によってパターン
ずれを生じ、大面積を一括露光することが困難であった
。また、基板伸縮の異方性は、パターン形成をさらに困
難なものとした。プラスチックフィルム基板を用いた液
晶表示装置の作製において、配向処理の際、プラスチッ
ク特有の配向方法を行なう必要があった。しかしＳｉＯ
２層をプラスチックフィルムの片面に形成することによ
って、ガラス基板と同様の方法で配向処理ができるよう
にしたことが特公平１−４７７６９号公報に開示されて
いる。

【０００３】

【目的】本発明は前記従来の課題を解決し、軽量、低コ
スト、膜ハガレ、カール等がなく、信頼性の良好な薄膜
積層デバイスを提供することを目的としている。

【０００４】

【構成】上記の目的を達成させるため、本発明者らは、
軽量、安価なプラスチック上にスイッチング素子を作製
することを検討し、研究を重ねた結果、素子作製プロセ
スにおけるプラスチック基板の変形がプラスチックフィ
ルムの場合ではカールが最大の問題であることが明らか
となった。プラスチックの変形やプラスチックフィルム
のカールの原因は、積層する薄膜の内部応力、プラスチ
ックの熱伸縮、酸、アルカリ、水による膨潤などである
ことを知見し、無機物質からなる薄膜を両面に形成した
プラスチック基板を用いることが効果的であることが明
らかとなった。さらに、薄膜積層デバイスを上記基板上
で微細加工する場合、プラスチック基板の伸縮異方性が
問題となった。その原因は、プラスチック基板の構造異
方性であることを知見し、無機物質からなる薄膜を両面
に形成した非晶性プラスチック基板を用いることが効果
的であることを見出し、本発明を完成するに至った。す
なわち、本発明は、基板と該基板上に形成された薄膜積
層デバイスにおいて、基板がその両面に無機物質からな
る薄膜を形成した非晶性プラスチックスであることを特
徴とする基板付薄膜積層デバイスに関する。また、上記
薄膜積層デバイスの非晶性プラスチック基板の透過率は
波長４００〜８５０ｎｍにおいて８０％以上であること
が好ましい。プラスチック基板への無機物質薄膜の形成
はその上に作製する薄膜積層デバイスのはがれなどの問
題解決のため重要である。プラスチック基板（フィルム
）の片面のみに前記薄膜を形成したのでは無機物質薄膜
の内部応力に応じたカールが発生し、ハンドリングなど
の問題を生じる。これを回避するためプラスチック基板
（フィルム）の両面に無機物質薄膜を形成することが大
切である。本発明の薄膜積層デバイスを液晶表示駆動素
子に用いる場合、表示コントラストを確保するため、プ
ラスチック基板の透過率が波長４００〜８５０ｎｍにお
いて８０％以上有することが好ましい。本発明の薄膜積
層デバイスを作製するためには、まずポリアリレート、
ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリサ
ルフォンなどの非晶性プラスチックあるいはプラスチッ
クフィルム両面にＳｉＯｘ（１≦ｘ≦２）、Ｓｉ：Ｏ：
Ｎ、Ｓｉ：Ｏ：Ｈ、Ｓｉ：Ｎ：Ｈ、Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ、
Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＯ２、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、
ＡｌＮ、ＭｇＯ、ＧｅＯ、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｓｉ
Ｃ、Ｔａ２Ｏ５などの無機物質をスパッタ法、蒸着法、
プラズマＣＶＤ法等により３００〜１００００Åの厚さ
で形成する。無機物質は、結晶質でも非晶質でもよいが
非晶質の方が伸縮異方性がなく、また結晶粒界からの水
分の侵入などがないので好ましい。これら無機物質を非
晶質にするためには基板温度を２００℃以下、好ましく
は１５０℃以下にし、スパッタ法あるいはプラズマＣＶ
Ｄ法で作製することが好ましい。形成される薄膜は、必
ずしも両面の無機物質が同一である必要はなく、また膜
厚も同一である必要はない。特に好ましい無機物質とし
てはＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ：Ｎ：Ｏ、Ｓｉ：Ｏ：
Ｈ、Ｓｉ：Ｎ：Ｈ、Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ、ＡｌＮなどがあ
る。 プラスチックの厚さは、５０μｍ〜２ｍｍのものを使用
するが、５００μｍ以下、特に３００μｍ以下が好まし
い。プラスチックのガラス転移点は１５０℃以上、特に
好ましくは１８０℃以上が好ましい。さらに、無機物質
で両面コートされたプラスチックの上に、薄膜積層デバ
イスを形成する。薄膜積層デバイスとしては、金属−絶
縁体−金属層構成のＭＩＭ型素子、特開昭６１−２７５
８１１号公報でいうところのＭＳＩ素子（Ｍｅｔａｌ−
Ｓｅｍｉ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）、半導体−絶縁体−半
導体層構成のＳＩＳ素子、特開昭６４−７５７７号公報
に記載の金属−絶縁体−金属−絶縁体−金属のＭＩＭＩ
Ｍ素子などがある。なかでも、絶縁体に硬質炭素膜を用
いたＭＩＭ型素子が有利である。硬質炭素膜を絶縁層に
用いた場合プラスチック基板（フィルム）は大きくカー
ルするので基板両面に無機物質膜を形成し基板の剛性を
大きくすることにより対応する。

【０００５】次に前記素子の製法について図１〜３を参
照して詳細に説明する。まず、前記の無機物質を両面に
コート（２ａ，２ｂ）したプラスチック基板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
、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、ウエット又はドライエッチングにより
所定のパターニングして下部電極となる第１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、ドライエッチング、ウエットエ
ッチング又はレジストを用いるリフトオフ法により所定
のパターンにパター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バスライン用導
体薄膜を被覆し、所定のパターンにパターニングしてバ
スラインとなる第２導体６を形成し、最後に下部電極の
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素子の作製後、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
Å、数百〜数千Å、数百〜数千Åの範囲である。硬質炭
素膜の厚さは、１００〜８０００Å、望ましくは２００
〜６０００Å、さらに望ましくは３００〜４０００Å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。

【０００６】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
１の材料としては、Ａｌ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｐｔ
，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｗ，ＩＴＯ，ＺｎＯ：Ａｌ
，Ｉｎ２Ｏ３，ＳｎＯ２等種々の導電体が使用される。

【０００７】次にバスラインとなる第２導体３の材料と
しては、Ａｌ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｔｉ，
Ｃｕ，Ａｕ，Ｗ，Ｔａ，ＩＴＯ，ＺｎＯ：Ａｌ，Ｉｎ２
Ｏ３，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Ｎｉ，
Ｐｔ，Ａｇが好ましい。絶縁膜として硬質炭素膜２を用
いたＭＩＭ素子は電極の種類を変えても対称性が変化せ
ず、またｌｎＩ∝√ｖ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Ｍ
ＩＭ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（Ｉ−Ｖ特性）の
劣化及び変化が生じる。これらを考慮すると、Ｎｉ，Ｐ
ｔ，Ａｇが良いことがわかった。本発明のＭＩＭ素子の
電流−電圧特性は図２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。

【０００８】

【数１】

【０００９】Ｉ：電流　　Ｖ：印加電圧　　κ：導電係
数　　β：プールフレンケル係数 ｎ：キャリヤ密度　　μ：キャリヤモビリティ　　ｑ：
電子の電荷量 Φ：トラップ深さ　　ρ：比抵抗　　ｄ：硬質炭素の膜
厚（Å） ｋ：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

【００１０】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，Ｃ２Ｈ６，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，ＣＯ２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〜３５０℃ 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。

【００１１】

【表１】

【００１２】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２式の関係より決定。

【数２】 膜中水素量〔Ｃ（Ｈ）〕：赤外吸収スペクトルから２９
００／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
・ｄｖ ＳＰ３／ＳＰ２比：赤外吸収スペクトルを、ＳＰ３，Ｓ
Ｐ２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（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。

【００１３】こうして形成される硬質炭素膜はラマン分
光法及びＩＲ吸収法による分析の結果、夫々、図５，６
及び７に示すように炭素原子がＳＰ３の混成軌道とＳＰ
２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／ｃ
ｍ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５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Ｓ
Ｐ３／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Ｔａ２
Ｏ５，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）。また、素子急峻性β∝１／√ε・√ｄ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Ｉｏｆｆとの比が大きくとれ
るようになる。このためより低デューティ比でのＬＣＤ
駆動が可能となり、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ＬＣＤが実現できる
。

【００１４】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Ｉ
ＩＩ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。

【００１５】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，Ｂ２Ｈ６，Ｂ
Ｃｌ３，ＢＢｒ３，ＢＦ３，Ａｌ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）
３，（ＣＨ３）３Ａｌ，（Ｃ２Ｈ５）３Ａｌ，（ｉ−Ｃ
４Ｈ９）３Ａｌ，ＡｌＣｌ３，Ｇａ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７
）３，（ＣＨ３）３Ｇａ，（Ｃ２Ｈ５）３Ｇａ，ＧａＣ
ｌ３，ＧａＢｒ３，（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）３Ｉｎ，（Ｃ
２Ｈ５）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Ｓｉ２Ｈ６，（Ｃ２Ｈ５）３Ｓ
ｉＨ，ＳｉＦ４，ＳｉＨ３Ｃｌ，ＳｉＣｌ４，Ｓｉ（Ｏ
ＣＨ３）４，Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４，Ｓｉ（ＯＣ３Ｈ７
）４，ＧｅＣｌ４，ＧｅＨ４，Ｇｅ（ＯＣ２Ｈ５）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，Ｐ
Ｃｌ２Ｆ３，ＰＣｌ３，ＰＣｌ２Ｆ，ＰＢｒ３，ＰＯ（
ＯＣＨ３）３，Ｐ（Ｃ２Ｈ５）３，ＰＯＣｌ３，ＡｓＨ
３，ＡｓＣｌ３，ＡｓＢｒ３，ＡｓＦ３，ＡｓＦ５，Ａ
ｓＣｌ３，ＳｂＨ３，ＳｂＦ３，ＳｂＣｌ３，Ｓｂ（Ｏ
Ｃ２Ｈ５）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，ＮａＯ−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（ＯＣ２Ｈ
５）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）４
ＣＨ３，ＣＨ２＝ＣＨＣＨ２ＳＣＨ２ＣＨ＝ＣＨ２，Ｃ
２Ｈ５ＳＣ２Ｈ５，Ｃ２Ｈ５ＳＣＨ３，チオフェン、Ｈ
２Ｓｅ，（Ｃ２Ｈ５）２Ｓｅ，Ｈ２Ｔｅ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。

【００１６】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。

【００１７】

【実施例】本発明の実施例を説明するが、本発明はこれ
らに限定されるものではない。 実施例１ 図１に示すように、１００μ厚の非晶性ポリアリレート
フィルム１の両面にスパッタリング法によって６０００
Åの厚さのＳｉＯ２層（２ａ，２ｂ）を形成した。非晶
性ポリアリレートフィルムはガラス転移点２１５℃、波
長４００〜８５０ｎｍでの透過率９０％以上のものを用
いた。前記ＳｉＯ２の作製条件は、基板温度５０℃以下
、成膜速度３００Å／ｍｉｎで行った。このＳｉＯ２膜
はＸ線回折、電子線回折により非晶性であることがわか
った。次にＳｉＯ２上にＩＴＯをスパッタリング法によ
り約１０００Å厚に堆積後、パターン化して画素電極を
形成した。次に、ＭＩＭ素子を次のようにして設けた。 まず、Ａｌを蒸着法により約１０００Å厚に堆積後パタ
ーン化して下部電極７を形成し、その上に、絶縁層２と
して、硬質炭素膜をプラズマＣＶＤ法により約１０００
Å厚に堆積させたのち、ドライエッチングによりパター
ン化した。この時の硬質炭素膜の製膜条件は以下の通り
である。 圧力　　　　　　　　　：　　０．０３５　　Ｔｏｒｒ
ＣＨ４流量　　　　：　　１０　　ＳＣＣＭＲＦパワー
　　　：　　０．２　　ｗ／ｃｍ２　　更にこの上にＮ
ｉをＥＢ蒸着法により約１０００Å厚に堆積後、パター
ン化して上部電極６を形成した。

【００１８】実施例２ 図１に示すように、１００μ厚の非晶性ポリエーテルサ
ルフォンフィルム１の両面にスパッタリング法によって
５０００Å厚のＳｉ３Ｎ４層（２ａ，２ｂ）を形成した
。 非晶性ポリエーテルサルフォンフィルムはガラス転移点
２２３℃、波長４００〜８５０ｎｍでの透過率８４％以
上のものを用いた。次にＳｉＯ２上にＩＴＯをスパッタ
リング法により約１０００Å厚に堆積後、パターン化し
て画素電極を形成した。次に、ＭＩＭ素子を次のように
して設けた。まず、Ａｌを蒸着法により約１０００Å厚
に堆積後、パターン化して下部電極７を形成し、その上
に、絶縁層２として、硬質炭素膜をプラズマＣＶＤ法に
より約１０００Å厚に堆積させたのち、ドライエッチン
グによりパターン化した。この時の硬質炭素膜の製膜条
件は以下の通りである。 圧力　　　　　　　　　：　　０．０３５　　Ｔｏｒｒ
ＣＨ４流量　　　　：　　１０　　ＳＣＣＭＲＦパワー
　　　：　　０．２　　ｗ／ｃｍ２　　更にこの上にＮ
ｉをＥＢ蒸着法により約１０００Å厚に堆積後、パター
ン化して上部電極６を形成した。実施例１および２で作
製したＭＩＭ素子を用いて、液晶表示装置を作製したと
ころ良好な表示特性が得られた。

【００１９】比較例１ 実施例１および２と同様に、１００μ厚の一軸延伸ポリ
エチレンテレクタレートフィルム１両面にスパッタリン
グ法によって６０００Å厚のＳｉＯ２層（２ａ，２ｂ）
を作製した。用いた一軸延伸ポリエチレンテレクタレー
トフィルムはＸ線回折の結果、結晶性が認められた。ま
た、ガラス転移点８０℃、波長４００〜８５０ｎｍでの
透過率８３°以上であった。次にＳｉＯ２上にＩＴＯを
スパッタリング法により約１０００Å厚に堆積後、パタ
ーン化して、画素電極を形成した。次にＭＩＭ素子を設
けるために、まず、Ａｌを蒸着法により約１０００Å厚
に堆積後パターン化して下部電極７を形成し、その上に
、絶縁層２として、硬質炭素膜をプラズマＣＶＤ法によ
り約１０００Å厚に堆積させたのち、ドライエッチング
によりパターン化した。この時の硬質炭素膜の製膜条件
は以下の通りである。 圧力　　　　　　　　　：　　０．０３５　　Ｔｏｒｒ
ＣＨ４流量　　　　：　　１０　　ＳＣＣＭＲＦパワー
　　　：　　０．２　　ｗ／ｃｍ２　　更にこの上にＮ
ｉをＥＢ蒸着法により約１０００Å厚に堆積後、パター
ン化を試みたところ、異方性の大きいパターンずれを生
じた。露光エリアを小さくしてもＮｉパターンを形成す
ることができなかった。また、延伸方向に対応する膜ハ
ガレや熱によるパターンの変形も観察された。

【００２０】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているから、本発明の薄膜積層デバイスは、基板の変形
、カール、パターンずれがなく、かつ低コスト、軽量化
を達成でき、さらに薄膜積層デバイスを絶縁層に硬質炭
素膜を用いたＭＩＭ型素子にすると、硬質炭素膜が、１
）プラズマＣＶＤ法等の気相合成法で作製されるため、
製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
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り、さらに誘電率
が低いので素子の急峻性が高くＩｏｎ／Ｉｏｆｆ比がと
れるので、低デューティ比での駆動が可能である、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って、産業上極めて有用で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄膜デバイスの構造を示す断面図であ
る。

【図２】本発明の薄膜デバイスにより構成されたＭＩＭ
素子の要部説明図である。

【図３】本発明の薄膜デバイスを組込んだ液晶表示装置
の一部断面斜視図である。

【図４】ａはＭＩＭ素子のＩ−Ｖ特性曲線、ｂはｌｎＩ
−√ｖ特性曲線を示すグラフである。

【図５】本発明のＭＩＭ素子の絶縁層に使用した硬質炭
素膜の１Ｒスペクトルによるガウス分布を示す。

【図６】本発明のＭＩＭ素子の絶縁層に使用した硬質炭
素膜を、ＩＲ吸収法で分光した分析結果を示すスペクト
ル図である。

【図７】本発明のＭＩＭ素子の絶縁層に使用した硬質炭
素膜を、ラマンスペクトル法で分析した分析結果を示す
スペクトル図である。

【符号の説明】

１　　プラスチック基板 １´　　プラスチック基板 ２　　硬質炭素膜 ２ａ　　無機物質 ２ｂ　　無機物質 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（バスライン）（上部電極）７　　第１
導体（下部電極） ８　　配向膜 ９　　ギャップ材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板と該基板上に形成された薄膜積層
   デバイスにおいて、基板がその両面に無機物質からなる
   薄膜を形成した非晶性プラスチックスであることを特徴
   とする基板付薄膜積層デバイス。
2. 【請求項２】　　前記プラスチック基板の透過率が、波
   長４００〜８５０ｎｍにおいて８０％以上である請求項
   １に記載の基板付薄膜積層デバイス。