JPH04290481A - 薄膜積層デバイス用プラスチック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、薄膜積層デバイス用、アクテイ
ブマトリックス用プラスチック基板、および薄膜積層用
蒹液晶表示装置用プラスチック基板に関する。また、本
発明はそれを使用した薄膜積層デバイスおよびＯＡ機器
用、ＴＶ用等のフラットパネルディスプレー等に好適な
液晶表示装置に関する。

【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ィッチを設け、電圧を保
持するように工夫されている（特開昭６２−６２３３３
、同６１−２６０２１９号公報）。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スを用いることが検
討されている（特開平１−４７７６９号公報）。しかし
、プラスチック基板上に薄膜積層デバイスを形成する場
合、以下の問題点を生じる。■　　プロセス工程中、酸
、アルカリ、水等の溶液に基板が浸漬されるため、それ
ら成分がプラスチック内に残留し、デバイス特性の劣化
を引き起こす。また基板伸縮の原因ともなる。■　　基
板上に堆積されるデバイス作製用の薄膜の内部ストレス
によって基板がカール及び伸縮する。■　　一般に、プ
ラスチックフィルム基板にはフィラーあるいは延伸処理
による凸凹が存在し、デバイスの欠陥（ショート、断線
）の原因となる。これらを回避するために、プラスチッ
ク基板の少なくとも片面（薄膜積層デバイスの形成され
ている面）、好ましくは両面に絶縁性薄膜を形成するこ
とが考えられる。このような薄膜を形成する場合は、上
記■〜■の問題を解決するためには、つぎの理由により
可能なかぎりできるだけ厚く形成しなければならない。 ａ）上記■は絶縁性薄膜中を酸、アルカリ、水等が拡散
（浸透）することにより起こるが、拡散の方程式から考
えて、膜厚を厚くすれば防ぐことができる。 ｂ）上記■で基板がカール、伸縮するのはプラスチック
基板部分であり、絶縁性薄膜を厚く形成すれば、基板の
合成のヤング率（プラスチック＋絶縁性薄膜）が高くな
り変形を少なくできる。 ｃ）表面の平坦化（レベリング）を高めるには、被膜を
厚くし、かつ、被膜形成法として塗付法を用いる方が一
層効果が大きい（気相法では一旦凸凹ができると、それ
より厚くしてもその凹凸にならってしまうが塗付法では
リフローが可能である。）。絶縁性薄膜の形成法として
は大別すると気相法と塗布法があるが、気相法では堆積
速度が遅く、かつ、膜の内部ストレスが大きいために数
μｍ程度に形成するのは実用的ではない。また、塗布法
では塗付後の焼成温度が４５０℃以上と高く、耐熱性基
板にかぎられる。したがって、いずれの方法も満足すべ
きものではない。

【０００３】

【目的】本発明の目的は上記問題を解決し、特性が良好
で劣化の少ない薄膜積層デバイスを形成し得るプラスチ
ック基板を提供する点にある。すなわち、本発明の目的
は、プラスチックスへの水分等の進入を防ぐとともに、
プラスチックスが含有している水分等の素子への進入を
防ぐことのできるかつ、カール、基板伸縮の発生しない
プラスチック基板を提供する点にある。本発明の他の目
的は、前記改良されたプラスチック基板を用いた薄膜積
層デバイス、とくに薄膜二端子素子を提供する点にある
。

【０００４】

【構成】本発明の第１は、少なくとも片面に絶縁性薄膜
を形成した薄膜積層デバイス用プラスチック基板におい
て、前記絶縁性薄膜が金属有機化合物よりなる被膜形成
材料をスピン・オン塗布法により２層以上の塗膜を形成
後、プラズマ処理を受けた２層以上の塗膜からなるもの
であることを特徴とする薄膜積層デバイス用プラスチッ
ク基板に関する。本発明の第２は、前記絶縁性薄膜が異
なる性質をもつ２層以上の層からなるものである前記薄
膜積層デバイス用プラスチック基板に関する。本発明の
第３は、前記基板上に薄膜二端子素子を積層してなる薄
膜積層デバイスに関する。本発明の第４は、前記薄膜二
端子素子中の絶縁膜が硬質炭素膜である請求項３記載の
薄膜積層デバイスに関する。本発明において、基板上に
絶縁性薄膜を形成する方法を図１において、工程順に（
ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）で示す。（ａ）はスピン
・オン塗布をする前のプラスチック基板断面図、（ｂ）
は第１回目のスピン・オン塗布、乾燥を行った後の断面
図、（ｃ）は第２回目のスピン・オン塗布、乾燥を行っ
た後の断面図、（ｄ）はプラズマ処理により２層の塗膜
が絶縁性薄膜に変化している様子を示す断面図である。 以下に、図面を参照しながら具体的に説明する。 プラスチック板またはプラスチックフィルム基板１はフ
ィラー５や延伸処理により図１（ａ）にみられるように
表面に凹凸が存在する。そこで、先ず第１の被膜形成剤
をスピナー、ロールコーターでプラスチック基板１１上
に塗布し、リフロー及び溶剤を蒸発させる意味で〜１０
０℃、１時間程度、空気中で加熱して第１層目の塗膜１
２−１を形成する（図１（ｂ））。ついで、第２の被膜
形成剤をその上に同様の手段により塗布、乾燥して第２
の塗膜１３−１を形成する（図１（ｃ））。次に不活性
ガスあるいは微量の酸素を含む不活性ガスのプラズマ中
で処理する。この処理により塗膜１２−１、１３−１の
２つの層は第１と第２の絶縁性薄膜１２−２、１３−２
に変化する（図１（ｄ））。この時の温度は室温〜２５
０℃であって好ましくは５０℃〜１５０℃であった。ま
た不活性ガスとしてはＡｒ，Ｎ２，Ｈｅ等であるが特に
これらに限定されるものではない。処理圧力は１／１０
２〜数ｔｏｒｒ、好ましくは０．０５〜１ｔｏｒｒであ
った。プラズマ処理装置は図８に示すように、通常使用
される平行平板型のものであり、１０１はアース電極、
１０２はＲＦ電極、１０３は被処理材、１０４はＲＦ電
源、１０５はバイアス電源である。ＲＦ・パワーとして
は、数〜数１００Ｗ（電極径φ１００ｃｍ）、好ましく
は１０〜２００Ｗであった。使用する被膜形成剤は、主
成分が金属有機化合物（金属アルコキシド、金属有機錯
体、金属アルコラート等）であり、具体的には、Ｓｉ（
ＯＲ）ｘ（ＯＨ）ｙ（ｘ＝０〜４、ｙは４−ｘである）
Ｒ−ＣＯＯ−Ｓｉ，Ａｌ（ＯＲ）ｘ（ＯＨ）ｙ（ｘ＝０
〜４、ｙ＝３−ｘである）等であるが特にこれらに限定
されるものではない。被膜形成剤を塗布するために用い
る溶剤としては、アルコール、エステル、ケトン等が使
用できる。プラズマ処理の効果はプラズマ中の不活性ガ
スイオン、酸素イオンが被膜形成剤（塗付後）中に物理
的にピーニングし（かなり深くまで浸入することが我々
のＩＲ測定による残留−ＯＲ，−ＯＨの分析結果から明
らかとなっている。膜厚として数μｍまでは効果がある
。）、Ｒ及びＨの膜中からの脱離を促進するものである
。プラズマ処理を行なわない場合は、焼成温度としては
４５０〜５００℃が必要であったが上記方法では室温〜
２５０℃、好ましくは５０〜１５０℃で目的を達成する
ことができる。プラズマ処理により得られた膜は１００
％完全な無機膜ではなく、膜中には被膜形成剤の成分で
ある−ＯＨ，−Ｒ，−ＯＲなどの基が一部残留している
が、そのＩＲスペクトルから推定するとその残留量はお
おむね１５ｗｔ％以下である。図１では片面にしか絶縁
性薄膜を形成していないが、前記問題点の■、■を考え
ると基板の両面に形成した方がその効果が高いことは容
易に理解される。膜厚は数１００Å〜数μｍであって、
好ましくは１０００Å〜３μｍ程度である。さらに前記
問題点■、■をより一層完全に解消するために絶縁性薄
膜の上層もしくは下層により密着力が高くパッシベーシ
ョン効果の高い無機物質からなる第２のコート膜を形成
することは、効果を著しく高めるものである。具体的に
は、前記無機物質としてはＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４，Ｓｉ
ＯＮ，Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ，硬質炭素等であり、これら
はスパッタリング、Ｐ−ＣＶＤ，ＥＣＲ−ＣＶＤ等で形
成可能である。前述のような特徴を有する本発明の基板
は、種々の薄膜積層デバイス、例えばフラットパネルデ
ィスプレー用スイッチング素子、原稿読取用センサー、
光プリンター用光源等に使用し得るが、特に液晶ディス
プレー用アクティブマトリックス基板として好適に使用
される。本発明の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号公報で言うところの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。アクティブマトリクス基板において
は各画素毎にスイッチング素子を設けてなるが、該スイ
ッチング素子としては第１導体と第２導体間に絶縁膜を
介在させてなる薄膜二端子素子がコスト、開口率等の点
で特に有利である。さらに前記絶縁膜として硬質炭素膜
を用いることにより、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、またしきい値電
圧、耐圧に優れ、歩留りのよい薄膜二端子素子が得られ
る。

【０００５】本発明の特徴とする基板を用いたＭＩＭ素
子の作製方法について図３を参照して説明する。まず、
前述のように絶縁性薄膜層を有する本発明の薄膜積層デ
バイス用プラスチック基板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、ウェ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（上部電極）６を形成し、最後
に下部電極の不必要部分を除去し、画素電極４を露出す
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。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，Ｗ，ＩＴＯ，ＺｎＯ：Ａｌ，
Ｉｎ２Ｏ３，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９の材料としては、Ａｌ，
Ｃｒ，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８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上部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。本発明の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

【０００６】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′用の透明体
、例えばＩＴＯ，ＺｎＯ：Ａｌ，ＺｎＯ：Ｓｉ，ＳｎＯ
２，Ｉｎ２Ｏ３等をスパッタリング、蒸着などで数百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′を設けた前記基
板１′と先にＭＩＭ素子５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
示装置とする。このようにして液晶表示装置が得られる
。

【０００７】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。

【０００８】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。

【０００９】

【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４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。

【００１０】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Ｔａ２Ｏ５，
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Ｉ
ｏｎ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Ｉ
Ｖ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，Ｂ
Ｆ３，Ａｌ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）３，（ＣＨ３）３Ａｌ
，（Ｃ２Ｈ５）３Ａｌ，（ｉ−Ｃ４Ｈ９）３Ａｌ，Ａｌ
Ｃｌ３，Ｇａ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）３，（ＣＨ３）３Ｇ
ａ，（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Ｓｉ３Ｈ８，（Ｃ２Ｈ５）３ＳｉＨ，ＳｉＦ４，Ｓｉ
Ｈ２Ｃｌ２，ＳｉＣｌ４，Ｓｉ（ＯＣＨ３）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，ＰＣｌ２Ｆ３，ＰＣｌ
３，ＰＣｌ２Ｆ，ＰＢｒ３，ＰＯ（ＯＣＨ３）３，Ｐ（
Ｃ２Ｈ５）３，ＰＯＣｌ３，ＡｓＨ３，ＡｓＣｌ３，Ａ
ｓＢｒ３，ＡｓＦ３，ＡｓＦ５，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Ｌ
ｉＯ−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（ＯＣ２Ｈ５）３，Ｍｇ（ＯＣ
２Ｈ５）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，（Ｃ
Ｈ３）（ＣＨ２）４Ｓ（ＣＨ２）４ＣＨ３，ＣＨ２＝Ｃ
ＨＣＨ２ＳＣＨ２ＣＨ＝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。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６
０００Å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３０
０〜４０００Å、比抵抗率は１０７〜１０１１Ω・ｃｍ
であることが一層好ましい。

【００１１】

【実施例】実施例１ ポリアリレートフィルム上に、おもにＳｉ−（ＯＲ）４
からなる有機ケイ素化合物（Ｒはメチル、エチル、プロ
ピル、ブチル等の有機基）を２０００Åの厚さにスピン
コートし、８０℃で乾燥後、さらにもう一度スピンコー
トと乾燥を繰り返した後、以下の条件でプラズマ処理を
行った。 プラズマ発生手段：ＲＦ容量結合型、平行平板内部電極
式 基板位置　　　　　　　　：ＲＦ電極上圧力　　　　　
　　　　　　　：０．１Ｔｏｒｒガス　　　　　　　　
　　　　：Ａｒ 電力　　　　　　　　　　　　：０．５ｗ／ｃｍ２　　
　　　　時間　　　　　　　　　　　　：６０ｍｉｎ処
理温度　　　　　　　　：１５０℃ プラズマ処理前後のＦＴＩＲスペクトルを比較すると、
プラズマ処理によって９５０／ｃｍ付近のＳｉ−ＯＨに
基づく吸収が減少し、１０５０／ｃｍ付近のＳｉ−Ｏ−
Ｓｉに基づく吸収が明確になっている。すなわち、プラ
ズマ処理により１５０℃という低温で、プラスチック基
板上にＳｉ−Ｏ−Ｓｉのネットワークを有する絶縁性薄
膜の形成が可能であった。次にこの基板上にＩＴＯ薄膜
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、薄膜２端子素
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を形
成し、その上に絶縁層として、硬質炭素膜をプラズマＣ
ＶＤ法により約１０００Å厚に堆積した後、ドライエッ
チングによりパターン化した。さらに、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
て上部電極を形成した。 実施例２ ポリアリレートフィルム上に、Ｓｉ−（ＣＨ４）４を含
む有機ケイ素化合物を４０００Åの厚さにスピンコート
とし、８０℃で乾燥後、さらに、主にＳｉ−（ＯＲ）４
からなる有機ケイ素化合物を２０００Åの厚さにスピン
コートし、８０℃で乾燥させた後、実施例１と同様な条
件でプラズマ処理を行った。第１層の絶縁性薄膜は膜中
にＳｉ−ＣＨ３結合を含んでいるため、膜が柔軟性をも
ち、膜中のストレスが小さい。そのため、一度に厚膜を
形成できるが、基板の剛性を高めることができない。一
方、第２層の絶縁層は膜厚は薄いが、剛性が高い。これ
ら第１層及び第２層の絶縁性薄膜を組み合わせることで
、膜厚の厚い、剛性の高い絶縁性薄膜を形成することが
可能となった。次に、実施例１と同様な方法で薄膜２端
子素子を形成した。以上に述べた実施例１及び２による
薄膜２端子素子は、膜はがれ、基板の変形、基板のカー
ルは見られなかった。また、２００時間の連続駆動でも
素子の劣化は見られなかった。

【００１２】

【効果】本発明は、以上説明したように構成されている
ため、基板の変形、カール等がなく、かつ低コスト、軽
量化を達成できる。また、薄膜積層デバイスを、絶縁層
に硬質炭素膜を用いたＭＩＭ素子にした場合は次のよう
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、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
受けにくく、また厚膜化によりピンホールが減少する。 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、基板材料に制約がない。 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、
本発明の薄膜積層デバイス用プラスチック基板を用いた
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】本発明において、基板上に絶縁性薄膜を形成す
る方法を工程順に（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）で示
す。（ａ）はスピン・オン塗布をする前のプラスチック
基板断面図、（ｂ）は第１回目のスピン・オン塗布、乾
燥を行った後の断面図、（ｃ）は第２回目のスピン・オ
ン塗布、乾燥を行った後の断面図、（ｄ）はプラズマ処
理により塗膜が絶縁性薄膜に変化している様子を示す断
面図である。

【図２】第３の本発明に対応するＭＩＭ素子の１例を示
す断面図である。

【図３】本発明の薄膜積層デバイス用ブラスチック基板
を用いたＭＩＭ素子をスイッチング素子として用いた液
晶表示装置の概略図である。

【図４】ａ，ｂはＭＩＭ素子のＩ−Ｖ特性曲線、ｌｎＩ
−√ｖ特性曲線をそれぞれ示す。

【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】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】本発明のプラズマ処理装置の１例を示す概略図
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 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 １１　　　　　　プラスチック基板 １２−１　　第１回目のスピン・オン塗布により形成さ
れた第１層目の塗膜 １２−２　　第１層目の塗膜をプラズマ処理して得られ
た第１層目の絶縁性薄膜 １３−１　　第２回目のスピン・オン塗布により形成さ
れた第２層目の塗膜 １３−２　　第２層目の塗膜をプラズマ処理して得られ
た第２層目の絶縁性薄膜 １４　　　　　　フィラー １０１　　　　　　アース電極 １０２　　　　　　ＲＦ電極 １０３　　　　　　被処理材（被処理基板）１０４　　
　　　　ＲＦ電源 １０５　　　　　　バイアス電源

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　少なくとも片面に絶縁性薄膜を形成し
   た薄膜積層デバイス用プラスチック基板において、前記
   絶縁性薄膜が金属有機化合物よりなる被膜形成材料をス
   ピン・オン塗布法により２層以上の塗膜を形成後、プラ
   ズマ処理を受けた２層以上の塗膜からなるものであるこ
   とを特徴とする薄膜積層デバイス用プラスチック基板。
2. 【請求項２】　　前記絶縁性薄膜が異なる性質をもつ２
   層以上の層からなるものである請求項１記載の薄膜積層
   デバイス用プラスチック基板。
3. 【請求項３】　　請求項１または２記載の基板上に薄膜
   二端子素子を積層してなる薄膜積層デバイス。
4. 【請求項４】　　前記薄膜二端子素子中の絶縁膜が硬質
   炭素膜である請求項３記載の薄膜積層デバイス。