JPH04290480A - 薄膜積層デバイス用基板およびそれを用いた薄膜積層デバイス - 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、薄膜積層デバイスとその基板に
関する。また、本発明は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。これら課題を解決する
ひとつの手段として、我々はブラスチックの片面および
／または両面に、ケイ素酸化物、ケイ素窒化物、ケイ素
窒素酸化物などの無機材料をコートした基板上に薄膜積
層デバイスを形成する方法を提案してきた。また、ケイ
素酸化物の使用については特公平１−４７７６９号公報
にも記載されている。しかし、これら無機材料を１μｍ
程度に膜状化した場合、コート膜のハガレやクラックを
生じ作製上の大きな問題となった。また、コート膜が圧
縮応力を持っているため、厚膜化した場合、膜厚分布に
よる面内のうねりを生じ、薄膜積層デバイスを作製する
うえで問題となった。これらの対策として、我々は、ス
ピンオン塗布膜について検討した。しかし、厚膜化した
場合に、乾燥（〜１００℃）時にすでに、熱収縮により
クラックを生じる問題があった。また、高品質な薄膜を
スピンオン塗布で得るためには４００℃以上の高温処理
が必要となり、プラスチック上への膜形成は不可能であ
った。一方、スピンオン塗布膜の低温高品質化は、特開
平１−１８１５３３号、特開平１−２０６６３１号にプ
ラズマ処理による方法が開示されている。また、活性酸
素を利用した方法が特開平１−２４１１３５に開示され
ている。しかし、スピンオン塗布膜の熱収縮はさけられ
ず、厚膜化した場合に膜ハガレやクラックの発生が認め
られた。

【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】前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ツ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。また、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、ケイ素の１部に有機基が
結合しているケイ素化合物からなる非晶質薄膜をプラス
チックの片面または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り、本発明
を完成するに至った。すなわち、本発明は、プラスチッ
ク基板の片面または両面にコート膜が形成された薄膜積
層デバイス用基板において、前記コート膜は有機ケイソ
化合物を無機化して得られたものであり、かつそのＳｉ
の１部にはいまだ有機基が残存しているものであること
を特徴とする薄膜積層デバイス用基板、それを用いた薄
膜積層デバイスおよび液晶表示装置に関する。

【０００５】プラスチック基板へのコート膜の形成はそ
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
片面のみに前記コート膜を形成するよりは、両面に形成
した方がカールの発生がすくなく、ハンドリングなどの
問題も生じないので有利である。本発明の薄膜積層デバ
イス用基板を作製するためには、まずポリエチレンテレ
フタレート、ポリアリレート、ポリエーテルサルフォン
、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリメチルメタク
リレート、ポリイミドなどのプラスチックあるいはプラ
スチックフィルムの片面または両面にＳｉＯｘ（１≦×
≦２），Ｓｉ：Ｏ：Ｎ，Ｓｉ：Ｏ：Ｈ，Ｓｉ：Ｎ：Ｈ，
Ｓｉ：Ｏ：Ｎ：Ｈ，Ｓｉ３Ｎ４，ＳｉＣなどの無機質ケ
イ素化合物の１部のＳｉにメチル基，エチル基，フェニ
ル基，ビニル基などの有機基が結合しているコート膜を
形成する。プラスチック基板の両面に上記コート膜を形
成する場合、両面が必ずしも同一材料である必要はなく
、また、膜厚も同一である必要はない。

【０００６】一部のケイ素に有機基が結合したケイ素化
合物からなる薄膜の製法は、有機ケイ素化合物の熱ＣＶ
Ｄ法、プラズマＣＶＤ法やゾルゲル法などによって作製
することが可能であるが、基板がプラスチックスである
ため、３００℃以下、好ましくは２００℃以下、さらに
好ましくは１５０℃以下の低温で高品位な薄膜を形成す
る方法が好ましい。特に好ましい一部のケイ素に有機基
が結合したケイ素化合物からなる薄膜の作製法としては
、まず、プラスチック基板上に有機ケイ素化合物をスピ
ン−オン塗布、ディップ法、ドクターブレード法等によ
って被覆し、それを所定の基板温度においてプラズマ処
理する方法である。この方法が低温で密着力良好な高品
質な薄膜を得るためにもっとも有効である。使用する有
機ケイ素化合物としては、Ｓｉ−ＣＨ３，Ｓｉ−Ｐｈ（
Ｐｈはフェニル基），Ｓｉ−Ｃ２Ｈ５，Ｓｉ−ＣＨ＝Ｃ
Ｈ２などのＳｉに有機基が結合した材料が厚膜化に有効
である。スピン−オン塗布膜の最大の欠点である熱収縮
による膜の応力は、基板にプラスチックスを用いること
が応力緩和という点で有利である。プラズマの処理の条
件としては、反応器内圧力０．００１ｔｏｒｒ〜１ｔｏ
ｒｒ、好ましくは０．０１ｔｏｒｒ〜０．５ｔｏｒｒ、
反応ガス、Ａｒ，Ｎｅ，Ｈｅ，Ｏ２，Ｎ２好ましくはＡ
ｒ，Ｏ２およびその混合ガス、プラズマ電力０．１〜５
０Ｗ／ｃｍ２、基板温度２５０℃以下、好ましくは２０
０℃以下、さらに好ましくは１７０℃以下である。プラ
ズマ発生手段は容量総合型、誘導総合型等いずれも使用
可能であるが、容量総合型の内部平行平板電極構造で、
ＲＦ電源を用いたものが好ましい。さらに基板の位置と
しては、イオンボンバードが効果的に発生するＲＦ電極
上が好ましい。また、基板に負バイアスを生じさせるこ
とも有効である。好ましくは−３００Ｖ以下、さらに好
ましくは−２００Ｖ以下である。ケイ素化合物からなる
薄膜は、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルエトキシ
シラン、ジメチルジエトキシシラン、ジフェニルジエト
キシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、トリメチル
メトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルト
リメトキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン、ヘキサ
フェニルジシロキサン、ビニルジメチルエトキシシラン
、ビニルメチルジエトキシシラン、ビニルトリエトキシ
シラン、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン
、トリエチルシラノール、トリフェニルシラノール、ジ
フェニルシランジオールなどの有機ケイ素化合物の熱Ｃ
ＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、ゾルゲル法、湿式塗布膜の
アニール法などによって作製することが好ましい。また
、製膜の際、必要に応じて、メタン、エタン、エチレン
、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール
、水等を添加することもできる。

【０００７】プラスチック基板の厚さは、５０μｍ〜２
ｍｍのものを使用するが、５００μｍ以下、特に３００
μｍ以下が好ましい。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６１−２７５８１１号公報で
いうところのＭＳＩ素子（Ｍｅｔａｌ−Ｓｅｍｉ−Ｉｎ
ｓｕｌａｔｏｒ）、半導体−絶縁体−半導体層構成のＳ
ＩＳ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ＭＩＭＩＭ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。

【０００８】次に本発明の基板を用いたＭＩＭ素子の製
法について詳細に説明する。まず、前述のようにコート
膜中の１部のＳｉが有機基を結合しているケイ素化合物
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、ウエット又はドライエ
ッ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、ＭＩ
Ｍ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、１００〜８０
００Å、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。

【０００９】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、Ａｌ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｐｔ
，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ａｕ，ＩＴＯ，ＺｎＯ：Ａｌ，Ｉ
ｎ２Ｏ３，ＳｎＯ２等種々の導電体が使用される。次に
バスラインとなる第２導体６の材料としては、Ａｌ，Ｃ
ｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｗ，
Ｔａ，ＩＴＯ，ＺｎＯ：Ａｌ，Ｉｎ２Ｏ３，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。またこのことからこの種の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（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，Ｐｔ，Ａｇが良い
ことがわかった。ＭＩＭ素子の電流−電圧特性は図４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。

【数１】 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　　ε
１：硬質炭素の誘電率 ε２：真空誘電率

【００１０】次に図３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、例えばＩＴＯ，ＺｎＯ：Ａｌ，ＺｎＯ：Ｓｉ，Ｓｎ
Ｏ２，Ｉｎ２Ｏ３等をスパッタリング、蒸着等で数百Å
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。

【００１１】本発明デバイスのＭＩＭ素子に使用する硬
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
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。

【００１２】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。

【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、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・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。

【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６及び
図７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）。また、素子急峻性は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
。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，Ｂ２Ｈ６，ＢＣｌ３
，ＢＢｒ３，ＢＦ３，Ａｌ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）３，（
ＣＨ３）３Ａｌ，（Ｃ２Ｈ５）３Ａｌ，（ｉ−Ｃ４Ｈ９
）３Ａｌ，ＡｌＣｌ３，Ｇａ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）３，
（ＣＨ３）３Ｇａ，（Ｃ２Ｈ５）３Ｇａ，ＧａＣｌ３，
ＧａＢｒ３，（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）３Ｉｎ，（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Ｓｉ２Ｈ６，（Ｃ２Ｈ５）３ＳｉＨ，
ＳｉＦ４，ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＳｉＣｌ４，Ｓｉ（ＯＣＨ
３）４，Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４，Ｓｉ（ＯＣ３Ｈ７）４
，ＧｅＣｌ４，ＧｅＨ４，Ｇｅ（ＯＣ２Ｈ５）４，Ｇｅ
（Ｃ２Ｈ５）４，（ＣＨ３）４Ｓｎ，（Ｃ２Ｈ５）４Ｓ
ｎ，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，ＰＣｌ
２Ｆ３，ＰＣｌ３，ＰＣｌ２Ｆ，ＰＢｒ３，ＰＯ（ＯＣ
Ｈ３）３，Ｐ（Ｃ２Ｈ５）３，ＰＯＣｌ３，ＡｓＨ３，
ＡｓＣｌ３，ＡｓＢｒ３，ＡｓＦ３，ＡｓＦ５，ＡｓＣ
ｌ３，ＳｂＨ３，ＳｂＦ３，ＳｂＣｌ３，Ｓｂ（ＯＣ２
Ｈ５）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−Ｃ３
Ｈ７，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）４ＣＨ
３，ＣＨ２＝ＣＨＣＨ２ＳＣＨ２ＣＨ＝ＣＨ２，Ｃ２Ｈ
５ＳＣ２Ｈ５，Ｃ２Ｈ５ＳＣＨ３，チオフェン、Ｈ２Ｓ
ｅ，（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。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１０
６〜１０１３Ω・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３
００Å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１０７〜１
０１１Ω・ｃｍであることが一層好ましい。

【００１４】

【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 （１）ポリアリレートフィルム上に、Ｓｉ−ＣＨ３結合
を有する有機ケイ素化合物を７０００Åの厚さにスピン
コートし、８０℃で乾燥後、以下の条件でプラズマアニ
ールを行った。 圧　　　　　　力：０．１Ｔｏｒｒ ガ　　　　ス：Ａｒ 電　　　　力：０．５Ｗ／ｃｍ２ 　　　　時　　　　間：６０分 処理温度：１５０℃ 基板のバイアス　　：−１５０Ｖ プラズマ発生手段：ＲＦ容量結合、平行平板内部、電極
式 基板位置：ＲＦ電極上 図８に、（ａ）乾燥後、（ｂ）減圧、アニール（０．１
Ｔｏｒｒ、１５０℃）後、および（ｃ）プラズマアニー
ル後、のコート膜のＦＴＩＲスペクトルを示す。１５０
℃でのプラズマアニールによって（ｃ）に示すように９
５０／ｃｍ付近のＳｉ−ＯＨに基づく吸収が減少し、１
０５０／ｃｍ付近のＳｉ−Ｏ−Ｓｉに基づく吸収が明確
になることがわかる。単なる減圧下での熱処理では（ｂ
）に示すようにシラノール基が残存しておりＳｉ−Ｏ−
Ｓｉのネットワーク化が不充分であることもわかる。こ
れらのことから、プラズマアニールによって、プラスチ
ック基板上に１５０℃という低温でＳｉ−Ｏ−Ｓｉのネ
ットワーク化が充分進行していることがわかった。また
、（ａ），（ｂ），（ｃ）いずれのスペクトルからもＳ
ｉ−ＣＨ３に基づく１２６０／ｃｍ付近の吸収が認めら
れ、（ｃ）の場合膜中に安定にＳｉ−ＣＨ３が残ってい
ることがわかる。これらポリアリレート上に形成した前
記コート膜の密着力を評価するため、ハクリ−１０（東
京応化：商品名）のなかで１５分間超音波処理を行った
ところ、試料（ａ）、（ｂ）はポリアリレート上からの
コート膜のハクリが認められたが、プラズマアニールを
行った試料（ｃ）はハクリ等の異常は認められなかった
。プラズマアニールによって、膜−プラスチックス界面
にまで安定効果が波及していることがわかる。さらに、
プラズマアニールによって作製したコート膜の内部応力
は小さく、スパッタ膜等にみられる圧縮応力に起因する
プラスチック基板のカールやソリは認められなかった。 それは本発明によるコート膜は熱収縮によって引っぱり
応力を有するが、基板がプラスチックスであるため応力
緩和が働き、基板のカールやソリがほとんどなくなった
ためと考えられる。 （２）次に、本発明の基板を用いた薄膜積層デバイスに
ついて説明する。図１に示すように、１００μｍ厚ポリ
アリレートフィルム１両面に、有機ケイ素化合物をコー
トし、それをプラズマアニールした膜を７０００Å作製
した。次にＳｉＯ２を主体とするこのコート膜上にＩＴ
Ｏ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
膜の成膜条件は以下の通りである。 圧　　　　　　力：０．０３５ＴｏｒｒＣＨ４　流量：
２０　ＳＣＣＭ ＲＦパワー：０．２Ｗ／ｃｍ２ 　　更にこの上にＮｉ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。

【００１５】実施例２ 基板に１００μｍ厚のポリエーテルサルフォンフィルム
を用いて、実施例１と同様に薄膜積層デバイスを作製し
た。次に図３に示したように、絶縁基板１′上に共通電
極４′用の透明導体、例えばＩＴＯをスパッタリングで
１００Å厚に堆積させ、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
装置を作製した。実施例１および２に示したプラスチッ
ク上に作製したケイ素に有機基が結合したケイ素化合物
は、膜中に有機基が存在するため膜を柔軟にし、薄膜積
層デバイスや液晶表示装置を作製する工程で、クラック
やハガレなどの異常は発生しなかった。

【００１６】比較例 ポリアリレートフィルム上に、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４を
３０００Åスピンコートし、８０℃で乾燥後、実施例１
と同様にプラズマアニールを行ったところ、膜にクラッ
クがはいって薄膜積層用基板として不適であった。この
膜のＦＴＩＲスペクトルを測定したところ、実施例１で
みられたＳｉ−ＣＨ３に基づく１２６０／ｃｍ付近の吸
収が認められなかった。このことから、膜中のＳｉ−Ｃ
Ｈ３がクラックの防止、厚膜化に有効であることがわか
った。

【００１７】

【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用基板およびこれを用
いた各種の薄膜積層デバイスは、基板の変形、カール、
コート膜のクラック等がなく、かつ低コスト、軽量化を
達成できる。そして、コート膜がＳｉに有機基が結合し
たケイ素化合物であるため、■コート膜を厚膜化しても
クラックを発生しない、■膜自身の熱収縮が緩和され、
膜はがれ、クラックなどが低減される。■基板にプラス
チックを使用すると、熱収縮がさらに緩和され、膜ハガ
レ、クラック等がさらに緩和される等の特徴がある。さ
らに本発明の薄膜積層デバイスの絶縁層に硬質炭素膜を
用いたＭＩＭ型素子においては、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、
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，ｂはそれぞれＭＩＭ素子のＩ−Ｖ特性曲線
、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ＩＲスペクトルのガウス分布を示す。

【図６】本発明のＭＩＭ素子の絶縁層に使用した硬質炭
素膜をラマンスペクトル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８】ケイ素化合物膜のＦＴＩＲスヘペクトルを示す
ものであり、（ａ）は有機ケイ素化合物をスピンコート
し、８０℃乾燥後のものであり、（ｂ）は（ａ）をさら
に０．１ｔｏｒｒ，１５０℃で減圧アニールしたもので
あり、（ｃ）は（ａ）を実施例１の条件でプラズマアニ
ールしたものである。

【符号の説明】

１　　プラスチツク基板 １′　　プラスチツク基板 ２　　硬質炭素膜 ２ａ　　無機物質層 ２ｂ　　無機物質層 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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　プラスチック基板の片面または両面に
   コート膜が形成された薄膜積層デバイス用基板において
   前記コート膜は有機ケイ素化合物を無機化して得られた
   ものであり、かつそのＳｉの１部にはいまだ有機基が残
   存しているものであることを特徴とする薄膜積層デバイ
   ス用基板。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の薄膜積層デバイス用基
   板を用いた薄膜積層デバイス。
3. 【請求項３】　　請求項１記載の薄膜積層デバイス用基
   板を用いたＭＩＭ型素子。