JP2594384B2 - 金属酸化物薄膜及びその製造方法並びにその金属酸化物薄膜を用いた電子装置 - Google Patents
金属酸化物薄膜及びその製造方法並びにその金属酸化物薄膜を用いた電子装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、無欠陥で絶縁性に優れた金属酸化物薄膜及
びその製造方法並びにその金属酸化物薄膜を用いた電子
装置に関するものである。
びその製造方法並びにその金属酸化物薄膜を用いた電子
装置に関するものである。
従来の技術 絶縁性金属酸化物薄膜は、従来から多くの電子デバイ
スに用いられており、その重要性は益々高くなると同時
に、一層の高性能化が求められている。例えばMOSトラ
ンジスタやTFTのゲート絶縁膜として、或は薄膜ELディ
スプレイ（ELD）の絶縁層として、種々の金属酸化物薄
膜が注目されている。アクティブマトリックス型液晶デ
ィスプレイ（LCD）のスイッチングに用いられているTFT
では、ゲート絶縁膜の性能がTFTのオン・オフ性に影響
し、結果的にディスプレイ表示の良否を大きく左右す
る。またLCD,ELD等のフラットディスプレイは、表示情
報量を多くするためにより大面積化する必要があるな
ど、無欠陥で高性能の絶縁膜を大面積にわたって形成す
ることが求められている。
スに用いられており、その重要性は益々高くなると同時
に、一層の高性能化が求められている。例えばMOSトラ
ンジスタやTFTのゲート絶縁膜として、或は薄膜ELディ
スプレイ（ELD）の絶縁層として、種々の金属酸化物薄
膜が注目されている。アクティブマトリックス型液晶デ
ィスプレイ（LCD）のスイッチングに用いられているTFT
では、ゲート絶縁膜の性能がTFTのオン・オフ性に影響
し、結果的にディスプレイ表示の良否を大きく左右す
る。またLCD,ELD等のフラットディスプレイは、表示情
報量を多くするためにより大面積化する必要があるな
ど、無欠陥で高性能の絶縁膜を大面積にわたって形成す
ることが求められている。
従来、金属酸化物薄膜を形成する方法としては、電子
ビーム蒸着法，スパッタリング法，化学気相成長法（CV
D）法等が用いられている。しかしながら、例えば真空
蒸着法では、酸素欠損が生じた膜になり易くまた緻密な
膜ができ難いために、リーク電流が大きくTFTゲート絶
縁膜などには使えない。またスパッタリング法やCVD法
では、ピンホール等の欠陥が生じる恐れがあり、膜内で
の特性のばらつきを大きくしたり、デバイスを構成した
ときに欠陥への局所的な電界集中により絶縁耐圧の低下
をまねく等の問題がある。
ビーム蒸着法，スパッタリング法，化学気相成長法（CV
D）法等が用いられている。しかしながら、例えば真空
蒸着法では、酸素欠損が生じた膜になり易くまた緻密な
膜ができ難いために、リーク電流が大きくTFTゲート絶
縁膜などには使えない。またスパッタリング法やCVD法
では、ピンホール等の欠陥が生じる恐れがあり、膜内で
の特性のばらつきを大きくしたり、デバイスを構成した
ときに欠陥への局所的な電界集中により絶縁耐圧の低下
をまねく等の問題がある。
これに対して、基板上にまず金属薄膜を形成し、その
金属薄膜の表面を陽極酸化やプラズマ酸化等の方法で酸
化することによって金属酸化物薄膜を形成する方法があ
る。これらの表面酸化法は金属薄膜の表面から酸化が進
行していくため、金属薄膜内にピンホールがあってもそ
のピンホール部分を選択的に酸化するので、基本的には
無欠陥の金属酸化物膜を形成することができるという優
れた利点がある。
金属薄膜の表面を陽極酸化やプラズマ酸化等の方法で酸
化することによって金属酸化物薄膜を形成する方法があ
る。これらの表面酸化法は金属薄膜の表面から酸化が進
行していくため、金属薄膜内にピンホールがあってもそ
のピンホール部分を選択的に酸化するので、基本的には
無欠陥の金属酸化物膜を形成することができるという優
れた利点がある。
発明が解決しようとする課題 しかしながら上述の様な表面酸化法で形成された金属
酸化物薄膜の特性は、酸化前の金属薄膜の結晶構造に強
く依存することが新たに判明した。即ち、金属薄膜の結
晶性を向上させても、必ずしも電気特性が向上するもの
ではなく、逆にリーク電流を増加させてしまうという問
題点を有していることが明らかとなった。
酸化物薄膜の特性は、酸化前の金属薄膜の結晶構造に強
く依存することが新たに判明した。即ち、金属薄膜の結
晶性を向上させても、必ずしも電気特性が向上するもの
ではなく、逆にリーク電流を増加させてしまうという問
題点を有していることが明らかとなった。
本発明はかかる点に鑑み、電気特性の優れた金属酸化
物薄膜を提供することを目的とする。
物薄膜を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は、基板上に２種以上の異なる結晶構造が混在
し、厚み方向に複数の結晶粒界を有する金属薄膜を形成
し、得られた金属薄膜の表面から少なくとも前記金属薄
膜の厚み方向の一部を酸化することによって、前記基板
上に優れた電気特性を有する絶縁性の金属酸化物薄膜を
形成することを特徴とする。
し、厚み方向に複数の結晶粒界を有する金属薄膜を形成
し、得られた金属薄膜の表面から少なくとも前記金属薄
膜の厚み方向の一部を酸化することによって、前記基板
上に優れた電気特性を有する絶縁性の金属酸化物薄膜を
形成することを特徴とする。
作用 本発明は前記したように、異なる結晶構造を混在させ
ることによって金属薄膜内に多くの結晶粒界を存在させ
る。このような多くの結晶粒界が存在する金属表面を酸
化して金属酸化物薄膜を形成すると、酸化前の結晶粒界
に起因する金属酸化物薄膜内の低抵抗部分が細かく寸断
され、その結果リーク電流が非常に低減されると考えら
れる。
ることによって金属薄膜内に多くの結晶粒界を存在させ
る。このような多くの結晶粒界が存在する金属表面を酸
化して金属酸化物薄膜を形成すると、酸化前の結晶粒界
に起因する金属酸化物薄膜内の低抵抗部分が細かく寸断
され、その結果リーク電流が非常に低減されると考えら
れる。
さらに上記のような金属薄膜は、内部に多くの比較的
小さな結晶粒が存在する。このような金属薄膜は緻密で
表面平坦性に優れており、その表面を酸化して形成した
金属酸化物薄膜の表面、或は下地に残る金属層との界面
の平坦性も優れているため、電極界面の凹凸に起因する
局部的な電界集中が起こりにくく、やはりリーク電流が
低減されると考えられる。
小さな結晶粒が存在する。このような金属薄膜は緻密で
表面平坦性に優れており、その表面を酸化して形成した
金属酸化物薄膜の表面、或は下地に残る金属層との界面
の平坦性も優れているため、電極界面の凹凸に起因する
局部的な電界集中が起こりにくく、やはりリーク電流が
低減されると考えられる。
実施例 実施例１ 第１図は、本発明の金属酸化物薄膜をTFTゲート絶縁
膜に応用した、アクティブマトリックス型LCDのTFT部断
面を示すものである。第１図において、11は透光性の絶
縁性基板、12はタンタル金属よりなるゲート電極であ
る。ゲート電極12は、絶縁性基板11の全面にスパッタリ
ング法によりタンタル金属薄膜を製膜した後、ウェット
エッチング法、若しくはドライエッチング法によりスト
ライプ状に形成する。ストライプ状に形成されたゲート
電極12を陽極酸化法を用いて表面の所定の厚さだけ酸化
し、酸化タンタル薄膜よりなるゲート絶縁膜13を形成す
る。ゲート絶縁膜13上には半導体層15との密着性を上げ
るためプラズマCVD法により２層目のゲート絶縁膜14を
製膜し、続けてアモルファスシリコンよりなる半導体層
15を製膜する。半導体層15上には窒化シリコンよりなる
エッチングストッパ層16が形成されている。エッチング
ストッパ層16は、同一の材料構成（本実施例では、プラ
ズマCVD法により製膜したn+シリコンよりなるオーミッ
クコンタクト層、及びモリブテンシリサイドとクロムの
積層膜）からなる電極層を、ドライエッチング法により
ソース電極17とドレイン電極18とに分離する際に必要と
なるものである。
膜に応用した、アクティブマトリックス型LCDのTFT部断
面を示すものである。第１図において、11は透光性の絶
縁性基板、12はタンタル金属よりなるゲート電極であ
る。ゲート電極12は、絶縁性基板11の全面にスパッタリ
ング法によりタンタル金属薄膜を製膜した後、ウェット
エッチング法、若しくはドライエッチング法によりスト
ライプ状に形成する。ストライプ状に形成されたゲート
電極12を陽極酸化法を用いて表面の所定の厚さだけ酸化
し、酸化タンタル薄膜よりなるゲート絶縁膜13を形成す
る。ゲート絶縁膜13上には半導体層15との密着性を上げ
るためプラズマCVD法により２層目のゲート絶縁膜14を
製膜し、続けてアモルファスシリコンよりなる半導体層
15を製膜する。半導体層15上には窒化シリコンよりなる
エッチングストッパ層16が形成されている。エッチング
ストッパ層16は、同一の材料構成（本実施例では、プラ
ズマCVD法により製膜したn+シリコンよりなるオーミッ
クコンタクト層、及びモリブテンシリサイドとクロムの
積層膜）からなる電極層を、ドライエッチング法により
ソース電極17とドレイン電極18とに分離する際に必要と
なるものである。
第２図は、ゲート電極12のタンタル金属薄膜の作製に
用いたインライン型スパッタリング装置の概観を示した
ものである。本装置は、製膜前の基板41を載置するトレ
ー42を格納するロードロック室31と、製膜を行うスパッ
タ室35、そして製膜後のトレー42を格納するアンロード
ロック室48とで構成されている。スパッタ室35とロード
ロック室31、及びアンロードロック室48は各々ゲートバ
ルブ34及び47で仕切られており、基板交換はスパッタ室
35を真空状態に保持したまま行うことができる。スパッ
タ室35内にはカソード44が取り付けられ、カソード44上
にタンタル金属のターゲット43がボンディングされてい
る。カソード44内には永久磁石が取り付けられており、
放電はマグネトロンスパッタリング方式である。スパッ
タ室35内にガス導入口37より流量計36にて所定の流量比
に制御されたアルゴンガスを流し、所定の圧力に調整し
た後、カソード44にRF電力を印加し放電を開始する。マ
ッチング回路45で所定のスパッタ電力で10分程度スパッ
タリングした後、ロードロック室31よりトレー42をスパ
ッタ室35内に送り込む。トレー42がターゲット43上を所
定の速度で通過する間に、トレー42に載置された基板41
表面にタンタル薄膜が堆積し、アンロードロック室48内
に送り込まれ格納される。なお製膜は、トレー42をスパ
ッタ室35内の所望の位置に止めたままで行うこともでき
る。
用いたインライン型スパッタリング装置の概観を示した
ものである。本装置は、製膜前の基板41を載置するトレ
ー42を格納するロードロック室31と、製膜を行うスパッ
タ室35、そして製膜後のトレー42を格納するアンロード
ロック室48とで構成されている。スパッタ室35とロード
ロック室31、及びアンロードロック室48は各々ゲートバ
ルブ34及び47で仕切られており、基板交換はスパッタ室
35を真空状態に保持したまま行うことができる。スパッ
タ室35内にはカソード44が取り付けられ、カソード44上
にタンタル金属のターゲット43がボンディングされてい
る。カソード44内には永久磁石が取り付けられており、
放電はマグネトロンスパッタリング方式である。スパッ
タ室35内にガス導入口37より流量計36にて所定の流量比
に制御されたアルゴンガスを流し、所定の圧力に調整し
た後、カソード44にRF電力を印加し放電を開始する。マ
ッチング回路45で所定のスパッタ電力で10分程度スパッ
タリングした後、ロードロック室31よりトレー42をスパ
ッタ室35内に送り込む。トレー42がターゲット43上を所
定の速度で通過する間に、トレー42に載置された基板41
表面にタンタル薄膜が堆積し、アンロードロック室48内
に送り込まれ格納される。なお製膜は、トレー42をスパ
ッタ室35内の所望の位置に止めたままで行うこともでき
る。
第２図に示したインライン型スパッタリング装置を用
いて第１図のゲート電極12に用いるタンタル金属薄膜を
作製し、そのＸ線（CuKα）回折ピーク強度を測定した
結果を第３表に示す。同図（ａ）はトレー42を移動させ
ながら製膜した場合、同図（ｂ）は比較のためトレー42
をカソード44直上に停止させたまま製膜した場合の、各
々のタンタル薄膜のＸ線回折ピークである。製膜条件は
同図（ａ），（ｂ）両者の場合とも、アルゴンガス流量
80SCCM,スパッタ圧力10mTorr,RF電力2.0kW,基板温度200
℃とした。同図（ａ）はトレー搬送速度を、また同図
（ｂ）はスパッタリング時間を制御することによって、
両者ともタンタル薄膜の厚さを80nmとした。図に明らか
なように、同図（ｂ）のタンタル薄膜は33.4度付近にピ
ークを持つβ相（002）面のみからなる結晶であるのに
対して、同図（ａ）のタンタル薄膜は33.4度付近と38.2
度付近とに二つのピークを持つ異なる結晶構造が混在し
た膜となっている。38.2度付近のピークはタンタルのα
相（110）面のピークのみ、若しくはα相（110）面とβ
相の配向性の異なる面のピークが重なっているものと考
えられる。
いて第１図のゲート電極12に用いるタンタル金属薄膜を
作製し、そのＸ線（CuKα）回折ピーク強度を測定した
結果を第３表に示す。同図（ａ）はトレー42を移動させ
ながら製膜した場合、同図（ｂ）は比較のためトレー42
をカソード44直上に停止させたまま製膜した場合の、各
々のタンタル薄膜のＸ線回折ピークである。製膜条件は
同図（ａ），（ｂ）両者の場合とも、アルゴンガス流量
80SCCM,スパッタ圧力10mTorr,RF電力2.0kW,基板温度200
℃とした。同図（ａ）はトレー搬送速度を、また同図
（ｂ）はスパッタリング時間を制御することによって、
両者ともタンタル薄膜の厚さを80nmとした。図に明らか
なように、同図（ｂ）のタンタル薄膜は33.4度付近にピ
ークを持つβ相（002）面のみからなる結晶であるのに
対して、同図（ａ）のタンタル薄膜は33.4度付近と38.2
度付近とに二つのピークを持つ異なる結晶構造が混在し
た膜となっている。38.2度付近のピークはタンタルのα
相（110）面のピークのみ、若しくはα相（110）面とβ
相の配向性の異なる面のピークが重なっているものと考
えられる。
上記の異なる結晶構造に有する同図（ａ），同図
（ｂ）２種のタンタル薄膜について、それぞれの薄膜表
面に陽極酸化（化成）法を用いて酸化タンタル薄膜を形
成した。陽極酸化は、0.1規定、50℃の蓚酸溶液を用
い、電流密度0.5mA/cm2、化成電圧110Vの定電流化成を
行い、引続き110Vで定電圧化成を行なってタンタル薄膜
表面に厚さ200nmの酸化タンタル薄膜を形成した。この
時の下地タンタル薄膜の厚さは100nmである。TFTを構成
する前にその絶縁体薄膜としての基本特性を調べるた
め、形成した酸化タンタル薄膜上に各々厚さ100nmのア
ルミニウム電極を蒸着し、電流−電圧特性を測定した。
その結果を第４図に示す。図に明らかなように、β相の
みのタンタル金属を陽極酸化して形成した酸化タンタル
膜同図（ｂ）に比べて、異なる結晶構造の混在したタン
タル金属の陽極酸化して形成した酸化タンタル膜同図
（ａ）の方が、2MV/cmの電界強度において３桁以上リー
ク電流が低減されている。
（ｂ）２種のタンタル薄膜について、それぞれの薄膜表
面に陽極酸化（化成）法を用いて酸化タンタル薄膜を形
成した。陽極酸化は、0.1規定、50℃の蓚酸溶液を用
い、電流密度0.5mA/cm2、化成電圧110Vの定電流化成を
行い、引続き110Vで定電圧化成を行なってタンタル薄膜
表面に厚さ200nmの酸化タンタル薄膜を形成した。この
時の下地タンタル薄膜の厚さは100nmである。TFTを構成
する前にその絶縁体薄膜としての基本特性を調べるた
め、形成した酸化タンタル薄膜上に各々厚さ100nmのア
ルミニウム電極を蒸着し、電流−電圧特性を測定した。
その結果を第４図に示す。図に明らかなように、β相の
みのタンタル金属を陽極酸化して形成した酸化タンタル
膜同図（ｂ）に比べて、異なる結晶構造の混在したタン
タル金属の陽極酸化して形成した酸化タンタル膜同図
（ａ）の方が、2MV/cmの電界強度において３桁以上リー
ク電流が低減されている。
上述した結晶構造の混在したタンタル金属を陽極酸化
して得られる酸化タルタル薄膜を、第１図に示したゲー
ト絶縁膜13に適用した結果を以下に示す。まず第３図
（ａ）で説明したタンタル金属膜を製膜するスパッタリ
ング条件で、結晶構造の混在した厚さ180nmのタンタル
金属膜を絶縁性基板11上に製膜し、ウェットエッチング
法によりストライプ状のゲート電極12を形成した。次に
前述した陽極酸化法の条件でタンタル金属膜の表面に厚
さ200nmの酸化タンタルゲート絶縁膜13を形成した後、
前述したプロセスで第１図に示したTFTを作製した結
果、従来に比べて大幅なオン・オフ比の向上がみられ
た。
して得られる酸化タルタル薄膜を、第１図に示したゲー
ト絶縁膜13に適用した結果を以下に示す。まず第３図
（ａ）で説明したタンタル金属膜を製膜するスパッタリ
ング条件で、結晶構造の混在した厚さ180nmのタンタル
金属膜を絶縁性基板11上に製膜し、ウェットエッチング
法によりストライプ状のゲート電極12を形成した。次に
前述した陽極酸化法の条件でタンタル金属膜の表面に厚
さ200nmの酸化タンタルゲート絶縁膜13を形成した後、
前述したプロセスで第１図に示したTFTを作製した結
果、従来に比べて大幅なオン・オフ比の向上がみられ
た。
38.2度付近のＸ線回折ピーク強度（Phとする）と33.4
度付近のＸ線回折ピーク強度（P1とする）の比Ph/P1は
製膜条件により異なるが、上に述べたトレーを搬送しな
がら製膜する方法では、５インチ×15インチ角のターゲ
ットを用いた場合、スパッタ電力が２〜5kW、アルゴン
ガス圧力が５〜40mTorr、アルゴンガス流量が30〜100SC
CM、基板温度が室温〜350℃の範囲内で、第３図
（ｃ），（ｄ）にその一例を示した様な、二つのＸ線回
折ピークの現れる結晶構造の混在したタンタル金属薄膜
が得られた。第３図（ａ）は、回析ピーク強度比Ph/P1
が約１になっているが、第３図（ｃ），（ｄ）に示した
ような回折ピーク強度比が１でない金属薄膜でも、強度
比Ph/P1が0.5以上10以下であればリーク電流を２桁以上
低くすることができた。
度付近のＸ線回折ピーク強度（P1とする）の比Ph/P1は
製膜条件により異なるが、上に述べたトレーを搬送しな
がら製膜する方法では、５インチ×15インチ角のターゲ
ットを用いた場合、スパッタ電力が２〜5kW、アルゴン
ガス圧力が５〜40mTorr、アルゴンガス流量が30〜100SC
CM、基板温度が室温〜350℃の範囲内で、第３図
（ｃ），（ｄ）にその一例を示した様な、二つのＸ線回
折ピークの現れる結晶構造の混在したタンタル金属薄膜
が得られた。第３図（ａ）は、回析ピーク強度比Ph/P1
が約１になっているが、第３図（ｃ），（ｄ）に示した
ような回折ピーク強度比が１でない金属薄膜でも、強度
比Ph/P1が0.5以上10以下であればリーク電流を２桁以上
低くすることができた。
実施例２ 第５図は、本発明の金属酸化物薄膜を第１絶縁体層と
して応用した、薄膜EL（TFEL）素子の断面模式図であ
る。第５図において、61は透光性の絶縁性基板、62はス
ズ添加酸化インジウム（ITO）よりなる透明導電膜をス
トライプ状に形成した透明電極である。透明電極62上に
は第１絶縁体層63として、チタン酸ジルコン酸ストロン
チウム酸化膜（Sr（TixZr1-x）O3）がスパッタリング法
により製膜されている。第１絶縁体層63上には共蒸着法
により製膜されたマンガン添加硫化亜鉛薄膜よりなるEL
発光体層64が形成され、真空中450℃で１時間の熱処理
を施した後、さらにEL発光体層64上に第２絶縁体層65が
形成されている。本実施例では、この第２絶縁体層65と
して本発明にかかる金属酸化物薄膜を用いた。第２絶縁
体層65上には、背面電極66が形成されている。背面電極
66は、第２絶縁体層65上の全面に真空蒸着法で製膜した
アルミニウム薄膜を、透明電極62と直交する方向のスト
ライプ状に加工して形成した。
して応用した、薄膜EL（TFEL）素子の断面模式図であ
る。第５図において、61は透光性の絶縁性基板、62はス
ズ添加酸化インジウム（ITO）よりなる透明導電膜をス
トライプ状に形成した透明電極である。透明電極62上に
は第１絶縁体層63として、チタン酸ジルコン酸ストロン
チウム酸化膜（Sr（TixZr1-x）O3）がスパッタリング法
により製膜されている。第１絶縁体層63上には共蒸着法
により製膜されたマンガン添加硫化亜鉛薄膜よりなるEL
発光体層64が形成され、真空中450℃で１時間の熱処理
を施した後、さらにEL発光体層64上に第２絶縁体層65が
形成されている。本実施例では、この第２絶縁体層65と
して本発明にかかる金属酸化物薄膜を用いた。第２絶縁
体層65上には、背面電極66が形成されている。背面電極
66は、第２絶縁体層65上の全面に真空蒸着法で製膜した
アルミニウム薄膜を、透明電極62と直交する方向のスト
ライプ状に加工して形成した。
本実施例にかかる第２絶縁体層65の形成は以下の方法
で行った。まずEL発光体層64上の全面に、第１の実施例
中の第２図で説明したインライン型スパッタリング装置
を用いて厚さ120nmのタンタル金属薄膜を製膜した。ス
パッタリング条件は、アルゴンガス流量60SCCM,スパッ
タ圧力20mTorr,RF電力1.5kW、基板温度200℃とした。こ
のタンタル薄膜を全て陽極酸化することにより、厚さ30
0nmの酸化タンタル薄膜を形成し第２誘電体層65とし
た。陽極酸化は、0.1規定,50℃のクエン酸水溶液を用い
170Vで定電流化成を行い、引続き170Vで定電圧化成を行
った。このようにして形成した酸化タンタル薄膜を第２
絶縁体層65に用いた上記薄膜EL素子と、駆動電圧250Vで
駆動したところ、絶縁破壊のない良好な駆動を行うこと
ができた。
で行った。まずEL発光体層64上の全面に、第１の実施例
中の第２図で説明したインライン型スパッタリング装置
を用いて厚さ120nmのタンタル金属薄膜を製膜した。ス
パッタリング条件は、アルゴンガス流量60SCCM,スパッ
タ圧力20mTorr,RF電力1.5kW、基板温度200℃とした。こ
のタンタル薄膜を全て陽極酸化することにより、厚さ30
0nmの酸化タンタル薄膜を形成し第２誘電体層65とし
た。陽極酸化は、0.1規定,50℃のクエン酸水溶液を用い
170Vで定電流化成を行い、引続き170Vで定電圧化成を行
った。このようにして形成した酸化タンタル薄膜を第２
絶縁体層65に用いた上記薄膜EL素子と、駆動電圧250Vで
駆動したところ、絶縁破壊のない良好な駆動を行うこと
ができた。
以上のようにこれら実施例１、及び２によれば、基板
がプラズマ状態の異なる領域を移動しながらタンタル金
属を堆積していくため、得られるタンタル金属薄膜の結
晶構造には、α相とβ相の混在や、配向性の異なるβ相
の混在が観測される。この様な異なる結晶構造の混在し
た膜では、各々の結晶粒の粒成長が起こりにくく、第６
図（ａ）に模式的に示したように多数の微結晶の集合を
なって結晶粒界が複雑に入り組んだ構造となっており、
また緻密で表面平坦性の優れた膜になっている。一方粒
成長が進んで単一の結晶構造のみで構成された膜では、
第６図（ｂ）に模式的に示したように結晶粒界が連続的
な面になり易く、また表面の凹凸が激しい。これらの膜
を陽極酸化した場合、例えば結晶粒界に析出した不純
物、或はその酸化物などによって、結晶粒界のあった部
分に抵抗の低い面が生じてしまう。この時、結晶粒が良
く成長した第６図（ｂ）の様な金属膜を酸化した膜で
は、酸化膜の両面を挟む電極間を結ぶ、結晶粒界により
生じた抵抗の低い面が非常に狭くなるため、或は結晶粒
が大きく成長しているため、酸化したときに結晶粒界に
微少な割れ（マイクロクラック）が生じ、その結果マイ
クロクラックを通してリーク電極が流れてしまう。さら
に表面の平坦性が悪いため、電極との界面での局部的な
電界集中によりリーク電流が生じ、また絶縁破壊を起こ
し易くなる。
がプラズマ状態の異なる領域を移動しながらタンタル金
属を堆積していくため、得られるタンタル金属薄膜の結
晶構造には、α相とβ相の混在や、配向性の異なるβ相
の混在が観測される。この様な異なる結晶構造の混在し
た膜では、各々の結晶粒の粒成長が起こりにくく、第６
図（ａ）に模式的に示したように多数の微結晶の集合を
なって結晶粒界が複雑に入り組んだ構造となっており、
また緻密で表面平坦性の優れた膜になっている。一方粒
成長が進んで単一の結晶構造のみで構成された膜では、
第６図（ｂ）に模式的に示したように結晶粒界が連続的
な面になり易く、また表面の凹凸が激しい。これらの膜
を陽極酸化した場合、例えば結晶粒界に析出した不純
物、或はその酸化物などによって、結晶粒界のあった部
分に抵抗の低い面が生じてしまう。この時、結晶粒が良
く成長した第６図（ｂ）の様な金属膜を酸化した膜で
は、酸化膜の両面を挟む電極間を結ぶ、結晶粒界により
生じた抵抗の低い面が非常に狭くなるため、或は結晶粒
が大きく成長しているため、酸化したときに結晶粒界に
微少な割れ（マイクロクラック）が生じ、その結果マイ
クロクラックを通してリーク電極が流れてしまう。さら
に表面の平坦性が悪いため、電極との界面での局部的な
電界集中によりリーク電流が生じ、また絶縁破壊を起こ
し易くなる。
これに対して、異なる結晶構造の混在した第６図
（ａ）の様な金属膜では多数の微結晶の集合体となって
結晶粒界が複雑に入り組んでいるため、酸化した膜の両
面を挟む、電極間を結ぶ結晶粒界を酸化した面が非常に
広くまた断続的になっているため、第６図（ｂ）の場合
の様に抵抗の低い面ができにくい。また結晶粒が小さく
緻密な膜のため、酸化してもマイクロクラックが生じに
くい。その結果リーク電流を非常に小さく抑えることが
できると考えられる。
（ａ）の様な金属膜では多数の微結晶の集合体となって
結晶粒界が複雑に入り組んでいるため、酸化した膜の両
面を挟む、電極間を結ぶ結晶粒界を酸化した面が非常に
広くまた断続的になっているため、第６図（ｂ）の場合
の様に抵抗の低い面ができにくい。また結晶粒が小さく
緻密な膜のため、酸化してもマイクロクラックが生じに
くい。その結果リーク電流を非常に小さく抑えることが
できると考えられる。
なお以上の実施例においては金属酸化物薄膜としてタ
ンタル金属の酸化物薄膜を用いたが、本発明における主
要な技術は、金属薄膜からその表面を酸化することによ
って絶縁性金属酸化物薄膜を形成する際に、種々の異な
る結晶構造の混在した金属薄膜を用いることにある。従
って、用いる金属はタンタル金属に限られるものではな
く、チタン，ニオブ，アルミニウム，イットリウム，ジ
リコニウム，ハフニウム等、表面酸化法により金属酸化
物薄膜を形成することのできる金属であれば、どの金属
を用いた場合でも同等の効果が得られる。また以上の実
施例では、金属薄膜を製膜する方法としてスパッタリン
グ法を用いたが、上述のような２種以上の異なる結晶構
造が混在し、厚み方向に複数の結晶粒界を有する金属薄
膜を作製する方法はスパッタリング法に限られるもので
はないことは言うまでもない。さらに以上の実施例で
は、金属薄膜を酸化する方法として陽極酸化法を用いた
が、酸素プラズマ中でのプラズマ陽極酸化等も用いるこ
とができる。電解質溶液も実施例では、蓚酸，燐酸，ク
エン酸を用いたが、これに限定されるものではなく、硝
酸，硫酸，ホウ酸などの酸の水溶液ばかりでなく、ホウ
酸アンモニウムなど中性の塩の溶液でもよい。
ンタル金属の酸化物薄膜を用いたが、本発明における主
要な技術は、金属薄膜からその表面を酸化することによ
って絶縁性金属酸化物薄膜を形成する際に、種々の異な
る結晶構造の混在した金属薄膜を用いることにある。従
って、用いる金属はタンタル金属に限られるものではな
く、チタン，ニオブ，アルミニウム，イットリウム，ジ
リコニウム，ハフニウム等、表面酸化法により金属酸化
物薄膜を形成することのできる金属であれば、どの金属
を用いた場合でも同等の効果が得られる。また以上の実
施例では、金属薄膜を製膜する方法としてスパッタリン
グ法を用いたが、上述のような２種以上の異なる結晶構
造が混在し、厚み方向に複数の結晶粒界を有する金属薄
膜を作製する方法はスパッタリング法に限られるもので
はないことは言うまでもない。さらに以上の実施例で
は、金属薄膜を酸化する方法として陽極酸化法を用いた
が、酸素プラズマ中でのプラズマ陽極酸化等も用いるこ
とができる。電解質溶液も実施例では、蓚酸，燐酸，ク
エン酸を用いたが、これに限定されるものではなく、硝
酸，硫酸，ホウ酸などの酸の水溶液ばかりでなく、ホウ
酸アンモニウムなど中性の塩の溶液でもよい。
発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、２種以上の異
なる結晶構造、或は配向性の異なる結晶構造が混在し、
厚み方向に複数の結晶粒界を有する金属薄膜の表面から
少なくとも前記金属薄膜の厚み方向の一部を酸化して金
属酸化物薄膜を形成することにより、大面積にわたり無
欠陥で、リーク電流が従来に比べ２〜３桁低減され、絶
縁性の優れた金属酸化物薄膜を提供することができ、そ
の実用的効果は大きい。
なる結晶構造、或は配向性の異なる結晶構造が混在し、
厚み方向に複数の結晶粒界を有する金属薄膜の表面から
少なくとも前記金属薄膜の厚み方向の一部を酸化して金
属酸化物薄膜を形成することにより、大面積にわたり無
欠陥で、リーク電流が従来に比べ２〜３桁低減され、絶
縁性の優れた金属酸化物薄膜を提供することができ、そ
の実用的効果は大きい。
第１図は本発明の第１の実施例におけるアクティブマト
リックス型LCDの液晶駆動部の断面図、第２図は実施例
１、および２のタンタル金属薄膜の作製に用いたインラ
イン型スパッタリング装置の概略図、第３図は同実施例
のタンタル金属薄膜のＸ線回折パターン図、第４図は陽
極酸化法により形成した酸化タンタル薄膜の電流−電圧
特性図、第５図は薄膜EL素子の断面図、第６図はタンタ
ル金属薄膜の断面図である。 11……絶縁性基板、12……ゲート電極、13……一層目の
ゲート絶縁膜、14……二層目のゲート絶縁膜、15……半
導体層、16……エッチングストッパー層、17……オーミ
ックコンタクト層、18……ソース電極、19……ドレイン
電極、61……絶縁性基板、62……透明電極、63……第１
誘電体層、64……EL発光体層、65……第２誘電体層、66
……背面電極。
リックス型LCDの液晶駆動部の断面図、第２図は実施例
１、および２のタンタル金属薄膜の作製に用いたインラ
イン型スパッタリング装置の概略図、第３図は同実施例
のタンタル金属薄膜のＸ線回折パターン図、第４図は陽
極酸化法により形成した酸化タンタル薄膜の電流−電圧
特性図、第５図は薄膜EL素子の断面図、第６図はタンタ
ル金属薄膜の断面図である。 11……絶縁性基板、12……ゲート電極、13……一層目の
ゲート絶縁膜、14……二層目のゲート絶縁膜、15……半
導体層、16……エッチングストッパー層、17……オーミ
ックコンタクト層、18……ソース電極、19……ドレイン
電極、61……絶縁性基板、62……透明電極、63……第１
誘電体層、64……EL発光体層、65……第２誘電体層、66
……背面電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松永 浩二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 松岡 富造 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−185052（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−73064（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−74079（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−141271（ＪＰ，Ａ)
Claims (7)
- 【請求項１】２種以上の異なる結晶構造或は配向性の異
なる結晶構造が混在して厚み方向に複数の結晶粒界を有
する金属薄膜の表面から少なくとも前記金属薄膜の厚み
方向の一部を酸化したことを特徴とする金属酸化物薄
膜。 - 【請求項２】金属薄膜が、β相とα相、或は配向性の異
なるβ相などの２種以上の結晶構造が混在して厚み方向
に複数の結晶粒界を有するタンタル金属薄膜であること
を特徴とする請求項（１）記載の金属酸化物薄膜。 - 【請求項３】基板上に２種以上の異なる結晶構造或は配
向性の異なる結晶構造が混在して厚み方向に複数の結晶
粒界を存在する金属薄膜を形成する工程と、前記金属薄
膜の表面から少なくとも前記金属薄膜の厚み方向の一部
を陽極酸化する工程とを含むことを特徴とする金属酸化
物薄膜の製造方法。 - 【請求項４】金属薄膜が、β相とα相、或は配向性の異
なるβ相などの２種以上の結晶構造が混在して厚み方向
に複数の結晶粒界を有するタンタル金属薄膜であること
を特徴とする請求項（３）記載の金属酸化物薄膜の製造
方法。 - 【請求項５】２種以上の異なる結晶構造或は配向性の異
なる結晶構造が混在して厚み方向に複数の結晶粒界を有
する金属薄膜の表面から少なくとも前記金属薄膜の厚み
方向の一部を酸化した金属酸化物薄膜を用いたことを特
徴とする電子装置。 - 【請求項６】金属酸化物薄膜と、薄膜トランジスタを有
する構造を含むことを特徴とする請求項（５）記載の電
子装置。 - 【請求項７】金属酸化物薄膜と、薄膜EL表示素子を含む
ことを特徴とする請求項（５）記載の電子装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2311731A JP2594384B2 (ja) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | 金属酸化物薄膜及びその製造方法並びにその金属酸化物薄膜を用いた電子装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2311731A JP2594384B2 (ja) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | 金属酸化物薄膜及びその製造方法並びにその金属酸化物薄膜を用いた電子装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04183866A JPH04183866A (ja) | 1992-06-30 |
| JP2594384B2 true JP2594384B2 (ja) | 1997-03-26 |
Family
ID=18020797
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2311731A Expired - Fee Related JP2594384B2 (ja) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | 金属酸化物薄膜及びその製造方法並びにその金属酸化物薄膜を用いた電子装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2594384B2 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5473064A (en) * | 1977-11-22 | 1979-06-12 | Gen Corp | Liquid crystal indicator |
| JPS5874079A (ja) * | 1981-10-28 | 1983-05-04 | Japan Electronic Ind Dev Assoc<Jeida> | 薄膜トランジスタ |
| JPS59141271A (ja) * | 1983-01-31 | 1984-08-13 | Sharp Corp | 薄膜トランジスタ |
| JP2562588B2 (ja) * | 1987-01-28 | 1996-12-11 | 三井金属鉱業株式会社 | タンタル金属薄膜回路 |
-
1990
- 1990-11-16 JP JP2311731A patent/JP2594384B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04183866A (ja) | 1992-06-30 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |