JPH04298722A - 基板付薄膜積層デバイスおよびその製法 - 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
パネルの使用の要望が強く、そのため、アクティブマト
リ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（特開昭６１−２６０２
１９、特開昭６２−６２３３３号）。また近年、液晶パ
ネルの軽量化、低コスト化が盛んに行われており、スイ
ッチイ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（特開平１−４７７６９号）。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、膜はがれ等
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。一方、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
う必要があった。そこでＳｉＯ２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ことが知られている（特公平
１−４７７６９号）。しかし、ＳｉＯ２による膜では、
パッシベーション効果はあるが、プラスチック基板とそ
のコート膜との間に生ずるヤング率ミスマッチに起因す
る基板カール現象の問題解決にはならず、新たなコート
膜材料が必要である。本発明者等はこの点について研究
を進めた結果、その膜材料は内部応力を伸びの方向から
収縮の方向まで自在に変えられるものが望ましく、また
、該コート膜中で、膜の厚み方向において膜材料に組成
分布を持たせてパッシベーション効果を与えるのみなら
ず、基板カールに対するコート膜中応力の最適化をはか
ることが好ましいことを発見した。

【０００３】

【目的】本発明は前記従来の課題を解決し、軽量、低コ
スト、膜はがれ、基板カール等の無い薄膜積層デバイス
を提供することを目的としている。

【０００４】

【構成】本発明の第１はプラスチック基板と該基板上に
形成された薄膜積層デバイスにおいて、該基板の少なく
とも片面にＳｉＮｘ（ｘは０．５〜１．２）からなる薄
膜を有することを特徴とする基板付薄膜積層デバイスに
関する。本発明の第２は、前記ＳｉＮｘ（ｘは０．５〜
１．２）からなる薄膜が、プラスチック基板側はｘが小
さく、反対側はｘが大きい組成分布を持たせたことを特
徴とする前記基板付薄膜積層デバイスに関する。本発明
の第３は、プラスチック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、該基板の少なくとも片面にＳ
ｉＮｘ（ｘは０．５〜１．２）からなる薄膜を設け、か
つ該薄膜は該基板とその上に形成されるべき薄膜積層デ
バイスの全体のもつ応力値をほぼ打消すことのできる応
力値を有することを特徴とする前記基板付薄膜積層デバ
イスに関する。本発明の第４は、前記基板付薄膜積層デ
バイスを製造するにあたり、該基板の少なくとも片面に
ｒｆパワー値を２５０〜３００Ｗの間の適切な値に設定
したＣＶＤ法によりＳｉＮｘ（ｘは０．５〜１．２）の
薄膜を形成することを特徴とする前記基板付薄膜積層デ
バイスの製法に関する。

【０００５】プラスチック基板へのＳｉＮｘ薄膜の形成
はその上に作製する薄膜積層デバイスの剥がれなどの問
題を解決するために重要である。プラスチック基板だけ
では、上部に堆積する薄膜の内部応力に応じたカールが
発生し、ハンドリングなどに問題を生じる。これを回避
する為プラスチック基板に適切な諸条件で製膜されたバ
ッファ層を形成することが必要である。本発明の薄膜積
層デバイスを作製するためには、まずポリエチレンテル
フタレート（ＰＥＴ）、ポリアリレート、ポリエーテル
サルフォン（ＰＥＳ）、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
スチック基板の少なくとも片面にＳｉＮｘ（ｘは０．５
〜１．２）をスパッタ法、蒸着法、プラズマＣＶＤ法等
により形成する。この物質からなる薄膜、即ちＳｉＮｘ
（ｘは０．５〜１．２）の薄膜は、本発明者等の研究の
結果プラスチック基板との密着性に優れ、かつ透浸度の
低い物質であることが分かった。この物質は酸化物系に
比ベて透浸度が低く、かつ製膜条件（ＣＶＤ使用時のｒ
ｆパワー）を変えることによりエッチングレートが小さ
く緻密性に富んでいる膜が作れる。また、ＳｉＮｘ内部
応力のｒｆパワー依存性を示す図４で解るように、ｒｆ
パワー値を２５０から３００Ｗ間で振ることにより応力
値を伸びの方向（図５の上向の矢印）から収縮の方向（
図５の下向の矢印）に任意な値で設定できるという利点
がある。このような利点を充分活用するには、図９に示
すように製膜条件を変えて膜組成を変化させることによ
り、カールを抑える方向に作用する応力分布をもたせる
ことがのぞましい。この膜は、蒸着、スパタリング、Ｃ
ＶＤ等の方法で形成される。前述のようにＳｉＮｘにお
けるｘが０．５〜１．２の範囲の領域ではＳｉＮｘ層の
密度が高く、したがってち密性に富み高いパッシベーシ
ョン効果が期待できる。さらに、内部応力を任意にふれ
ることによるＳｉＮｘ層の上部に設けられるデバイス層
の作製条件の変更等によるデバイス層内部応力の変化に
対応できる。またＳｉＮｘ層の応力は伸びの方向から収
縮の方向に設定できるので、基板両面にＳｉＮｘ層を設
ける際に、デバイス内部応力は収縮的なのでデバイス側
ＳｉＮｘ層が伸び方向の応力を持つようにし、反対面の
ＳｉＮｘ層には収縮方向の応力を持つように作製でき基
板とデバイス全体の応力ミスマッチを押さえることがで
きるという利点がある。プラスチック基板の厚さは、５
０μｍ〜２ｍｍのものを使用するが、５００μｍ以下、
特に３００μｍ以下が望ましい。このようにして少なく
とも片面にＳｉＮｘ薄膜を形成したプラスチック基板の
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−金属の層構成からなるＭＩＭ
（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）素子
、特開昭６１−２７５８１１号公報でいうところのＭＳ
Ｉ（Ｍｅｔａｌ−Ｓｅｍｉ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）素子
、半導体−絶縁体−半導体の層構成からなるＳＩＳ（Ｓ
ｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅ
ｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）素子、特開昭６４−７５７７
号公報に記載の金属−絶縁体−金属−絶縁体−金属の層
構成からなるＭＩＭＩＭ素子などがある。中でも、絶縁
体に硬質炭素膜を用いたＭＩＭ素子が液晶表示用スイッ
チング素子に有利である。硬質炭素膜を絶縁層に用いた
場合、プラスチック基板は大きくカールするので少なく
とも基板片面にその内部応力を打ち消すように働くＳｉ
Ｎｘ薄膜を形成することにより対応する。具体的には、
ＲＦパワーを変化させることにより、ＳＩＮｘ層のＳｉ
／Ｎ比を０．８から１．０に変化させ、屈折率を２．０
〜２．２とし、結果として応力分布をもたせ、かつ、コ
ート膜の黄ばみをもおさえることができる。Ｓｉ／Ｎ比
はＩＲ分光スペクトルから、また屈折率の分布はニュー
トリング干渉効果の観測から知ることができる。 次に本発明を利用した前記ＭＩＭ素子の製法について詳
細に説明する。図１〜３に示すように少なくとも片面に
プラスチック基板との密着性に優れたＳｉＮｘからなる
膜（２ｂまた２ａ，２ｂ）を数１００〜数１０００Åで
基板上に堆積する。この上に画素となる透明電極材料を
蒸着スパッタリング等の方法で堆積し、所定のパターン
に形成し画素電極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６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、１
００〜８０００Å、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
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６の材料としては、Ａｌ
，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ａｕ，
Ｗ，Ｔａ，ＩＴＯ，ＺｎＯ：Ａｌ，Ｉｎ２Ｏ３，ＳｎＯ
２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ｌｎ
Ｉ∝√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５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。

【０００７】

【数１】

【０００８】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

【０００９】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。

【００１０】

【表１】

【００１１】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。

【００１２】

【数２】

【００１３】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。 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８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ＳＰ３／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５０
Å〜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，Ａｌ２Ｏ
３，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（Ｌ
ＣＤ）／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。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Ｓｉ３Ｈ６，（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。

【００１４】

【実施例】実施例１ 図２に示されるように、ポリアリレート基板の両面にｒ
ｆプラズマＣＶＤ法によりＳｉＮｘ膜を２０００Å堆積
した。素子を製膜したさいに基板に対して絶縁層のスト
レスが収縮の方向にあったので、基板上面（素子と接す
る側）にはＳｉＮｘ膜（２ｂ）をやや伸び方向なストレ
ス状態で製膜し、基板下面にはＳｉＮｘ膜（２ａ）を収
縮の方向にストレス値を振って製膜した。実際の製膜の
際にはｒｆパワーを変化させ（１．５〜３Ｗ／ｃｍ２）
、最適な値でＳｉＮｘ膜を成長させ、前記のストレス値
を満足させ、基板カールに対処した。この上に図３に示
すＭＩＭ素子を以下のように作製した。まずＩＴＯをス
パッタリング法により７００Å厚に堆積後、パターン化
して画素電極４を形成した。次にＡｌを蒸着法により６
００Å厚に堆積後、パターン化して下部導体７を形成し
た。その上に絶縁膜２として硬質炭素膜をプラズマＣＶ
Ｄ法により１１００Å堆積させ、続いてＮｉをＥＢ蒸着
法により、１０００Å厚に堆積後、エッチングによりパ
ターン化して上部導体（走査電極を兼ねる）６を形成し
た。最後にドライエッチングにより硬質炭素膜をパター
ン化した。この時の硬質炭素膜の炭素膜の製膜条件は以
下のとおりである。 圧力　　　　　　：０．０３５　ＴｏｒｒＣＨ４流量　
：１０　ｓｃｃｍ ＲＦパワー：０．２　Ｗ／ｃｍ２ 実施例２ 図２に示されるように、ポリアレート基板の両面に下記
の条件でスパッタ法によりＳｉＮｘ膜を２０００Å堆積
した。 ターゲット　　：Ｓｉ３Ｎ４の焼結体 スパッタガス：Ｎ２／Ａｒ（比率５〜２０ｖｏｌ％）圧
力　　　　　　　　：５×１／１０４〜５×１／１０２
ＴｏｒｒＲＦパワー　　：２〜８Ｗ／ｃｍ２ 　　これにより基板カールに対処し、図３に示すＭＩＭ
素子を実施例１と同様に作製した。 実施例３ 図２に示されるように、ポリアクリレート基板の両面に
ＲＦプラズマＣＶＤ法により膜厚方向に対し傾斜分布を
持ったＳｉＮｘ膜を２０００Å堆積した。素子を製膜し
た際には、基板に対してデバイス層による応力は収縮の
方向にある。図９（縦軸は厚みの方向におけるＸの変化
を示す）に示されるように、まず上部デバイス層との界
面近傍ではコート膜の応力を収縮の方向に振りパッシベ
ーション効果を持たせ、下部基板近傍にはコート膜の応
力を伸びの方向に振り、コート膜全体としては下部基板
に対して応力が低くなるようにし、基板との密着性を向
上させた。最適な値でＳｉＮｘ膜を成長させ、前記のス
トレス値を満足させ、基板カールに対処した。この上に
図３に示すＭＩＭ素子を以下のように作製した。まずＩ
ＴＯをスパッタリング法により７００Å厚に堆積後、パ
ターン化して画素電極４を形成した。次にＡｌを蒸着法
により６００Å厚に堆積後、パターン化して下部導体７
を形成した。その上に絶縁膜２として硬質炭素膜をプラ
ズマＣＶＤ法により１１００Å堆積させ、続いてＮｉを
ＥＢ蒸着法により、１０００Å厚に堆積後、エッチング
によりパターン化して上部導体（走査電極を兼ねる）６
を形成した。最後にドライエッチングにより硬質炭素膜
をパターン化した。この時の硬質炭素膜の炭素膜の製膜
条件は以下のとおりである。 圧力　　　　　　：０．０３５　ＴｏｒｒＣＨ４流量　
：１０　ｓｃｃｍ ＲＦパワー：０．２　Ｗ／ｃｍ２ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　（以下余白）

【００１５】

【効果】本発明の基板および薄膜積層デバイスは、その
変形応力を打消す応力を有するＳｉＮｘ層を少なくとも
基板の片面に形成したために、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。 ６）　　さらに誘電率がひくいため、素子の急峻性が大
きくとれ、より高デューティの駆動が可能である。 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】本発明の基板付薄膜積層デバイスの一具体的構
造を示す断面図である。

【図２】本発明の基板付薄膜積層デバイスの他の具体的
構造を示す断面図である。

【図３】本発明の基板付薄膜積層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４】横軸はＣＶＤ法におけるｒｆパワー（Ｗ）を、
縦軸はＣＶＤ法により製膜されたＳｉＮｘのストレス（
ａｒｂ．ｕｎｉｔ）であり、ｒｆパワーをほぼ１．５〜
３Ｗ／ｃｍ２の間で変化させるとＳｉＮｘ膜のストレス
が伸びの方向から収縮の方向にわたって変化することを
示すグラフである。

【図５】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吸収法で分光した分析結果を示すスペクトル
図である。

【図８】本発明のＭＩＭ素子の絶縁層に使用した硬質炭
素膜のＩＲスペクトルのガラス分布を示す。

【図９】ＳｉＮｘのｘの変化に対応する伸びと収縮の関
係（実線）、Ｓｉ／Ｎ比との関係（破線）、屈折率との
関係（点線）を示すグラフである。

【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　　ＳｉＮｘ層 ２ｂ　　ＳｉＮｘ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）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　プラスチック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、該基板の少なくとも片
   面にＳｉＮｘ（ｘは０．５〜１．２）からなる薄膜を有
   す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】　　該ＳｉＮｘ（ｘは０．５〜１．２）か
   らなる薄膜が、プラスチック基板側はｘが小さく、反対
   側はｘが大きい組成分布を持たせたことを特徴とする請
   求項１記載の基板付薄膜積層デバイス。
3. 【請求項３】　　プラスチック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、該基板の少なくとも片
   面にＳｉＮｘ（ｘは０．５〜１．２）からなる薄膜を設
   け、かつ該薄膜は該基板とその上に形成されるべき薄膜
   積層デバイスの全体のもつ応力値をほぼ打消すことので
   きる応力値を有することを特徴とする請求項１または２
   記載の基板付薄膜積層デバイス。
4. 【請求項４】　　請求項１，２または３記載の基板付薄
   膜積層デバイスを製造するにあたり、該基板の少なくと
   も片面にｒｆパワー値を２５０〜３００Ｗの間の適切な
   値に設定したＣＶＤ法によりＳｉＮｘ（ｘは０．５〜１
   ．２）の薄膜を形成することを特徴とする請求項１，２
   または３記載の基板付薄膜積層デバイスの製法。