非線形素子および電気光学装置
【課題】 下電極、絶縁層および上電極をこの順に積層した構造において下電極の抵抗を低減でき、かつ、電流−電圧の非線形特性における正負の双方向の対称性を向上可能な非線形素子、およびこの非線形素子を用いた電気光学装置を提供すること。
【解決手段】 ＴＦＤ１０において、下電極１１は、立方晶系構造の窒化タンタルからなる第１の下電極用薄膜１２、立方晶系構造のタンタルからなる第２の下電極用薄膜１３、および窒化タンタル（Ｔａ2Ｎ）からなる第３の下電極用薄膜１４がこの順に積層されてなる。絶縁層１５は、下電極１１の陽極酸化膜である。上電極１６は、窒化タンタル（Ｔａ2Ｎ）からなる第１の上電極用薄膜１７、および立方晶系構造のタンタルからなる第２の上電極用薄膜１８がこの順に積層されてなる。
【解決手段】 ＴＦＤ１０において、下電極１１は、立方晶系構造の窒化タンタルからなる第１の下電極用薄膜１２、立方晶系構造のタンタルからなる第２の下電極用薄膜１３、および窒化タンタル（Ｔａ2Ｎ）からなる第３の下電極用薄膜１４がこの順に積層されてなる。絶縁層１５は、下電極１１の陽極酸化膜である。上電極１６は、窒化タンタル（Ｔａ2Ｎ）からなる第１の上電極用薄膜１７、および立方晶系構造のタンタルからなる第２の上電極用薄膜１８がこの順に積層されてなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下電極、絶縁層および上電極が基板上にこの順に積層された非線形素子、およびこの非線形素子を備えた電気光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気光学装置において、画素スイッチング素子として用いられるＴＦＤ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｄｉｏｄｅ：薄膜ダイオード）などの非線形素子は、タンタルからなる下電極、タンタルの陽極酸化膜からなる絶縁層、およびクロムからなる上電極が基板上にこの順に積層された構造を有している。また、基板上には、配線が下電極と同時形成されることが多く、このような場合には、配線は下電極と同一の構成を有することになる。このような電気光学装置では、下電極、上電極および配線の抵抗を低減するという観点からすれば、下電極として、比抵抗の小さな立方晶系のタンタル膜を用いることが好ましいが、このような立方晶系のタンタル膜をスパッタ法などで直接、形成することは困難である。
【０００３】
そこで、タンタル膜の下層側に窒化タンタル膜を形成しておくことにより、タンタル膜を立方晶系構造とすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−３２５７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気光学装置においては、非線形素子に印加される信号の極性を反転させることが多く、このような場合でも、電流−電圧の非線形特性が正負の双方向にわたって対称化されることが求められる。しかしながら、上記特許文献１に記載の非線形素子では、タンタルからなる下電極、タンタルの陽極酸化膜からなる絶縁層、およびクロムからなる上電極がこの順に積層された構造を有しているため、電流−電圧の非線形特性が正負の双方向にわたって対称化されないという問題点がある。
【０００５】
このような極性差を低減可能な非線形素子として、２つ非線形素子を直列に接続したＢａｃｋ−ｔｏ−Ｂａｃｋ構造の非線形素子があるが、このような構造の非線形素子は、占有面積が広いため、基板上に広いデッドスペースが発生してしまうという問題点がある。
【０００６】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、下電極、絶縁層および上電極をこの順に積層した構造において下電極の抵抗を低減でき、かつ、電流−電圧の非線形特性における正負の双方向の対称性を向上可能な非線形素子、およびこの非線形素子を用いた電気光学装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明では、基板上に下電極、絶縁層および上電極の順に積層された非線形素子において、前記下電極は、下層側から、窒化タンタルからなる第１の下電極用薄膜、立方晶系構造のタンタルからなる第２の下電極用薄膜、および窒化タンタルからなる第３の下電極用薄膜の順に積層されてなり、前記上電極は、下層側から、窒化タンタルからなる第１の上電極用薄膜、および立方晶系構造のタンタルからなる第２の上電極用薄膜の順に積層されてなることを特徴とする。
【０００８】
本発明では、下電極および上電極のいずれにおいても、窒化タンタルを下地としてタンタルが形成されているため、立方晶系構造のタンタルを形成できる。従って、下電極および上電極のいずれについても抵抗を低減できる。また、下電極には、タンタルからなる第２の下電極用薄膜の上層に窒化タンタルからなる第３の下電極用薄膜が積層されているため、下電極および上電極のいずれにおいても絶縁層と接しているのは窒化タンタル層である。従って、２つ非線形素子を直列に接続したＢａｃｋ−ｔｏ−Ｂａｃｋ構造を採用しなくても、電流−電圧の非線形特性を正負の双方向にわたって対称化することができるので、Ｂａｃｋ−ｔｏ−Ｂａｃｋ構造を採用した場合と比較して非線形素子の占有面積が狭く、デッドスペースを圧縮できる。
【０００９】
本発明は、前記基板上には、前記下電極と同一の層構造を有する配線が形成されている場合に適用すると特に効果的である。すなわち、非線形素子の下電極と配線が同時形成される場合があり、この場合にも、配線には抵抗が低いことが求められるが、本発明によれば、かかる要求に応えることができる。
【００１０】
本発明において、前記絶縁層は、例えば、前記下電極の陽極酸化膜である。
【００１１】
本発明は、例えば、前記絶縁層は、前記下電極の上面および側面に形成されているとともに、当該上面における前記絶縁層の膜厚と当該側面に形成されている前記絶縁層の膜厚が等しく、前記上電極が前記絶縁層を介して前記下電極の上面および側面に対向している構成の非線形素子に適用することができる。このような構成の非線形素子であれば、下電極の側面が上面に比して狭いので、側面部分で電流−電圧の非線形特性に極性差があっても、非線形素子全体としての極性差に大きな影響を及ぼさない。それ故、下電極の側面に第２の下電極用薄膜が露出していても、下電極の上面が第３の下電極用薄膜であれば、非線形素子全体としての電流−電圧の非線形特性における正負の双方向の対称性を向上することができる。
【００１２】
また、本発明は、前記絶縁層が、前記下電極の上面および側面に形成されているとともに、当該上面における前記絶縁層の膜厚は当該側面に形成されている前記絶縁層の膜厚より厚く、前記上電極は、前記絶縁層を介して前記下電極の上面および側面に対向している構成の非線形素子、いわゆるラテラル構造の非線形素子にも適用できる。このような構成の場合、前記下電極の上面および側面は、前記第３の下電極用薄膜で構成されていることが好ましい。ラテラル構造の非線形素子では、下電極の側面が電流経路となるので、このような部分で下電極／絶縁層界面と、絶縁層界面／上電極界面とを同一構成にする必要がある。従って、前記下電極の側面を前記第３の下電極用薄膜で構成しておけば、ラテラル構造の非線形素子であっても、電流−電圧の非線形特性における正負の双方向の対称性を向上することができる。
【００１３】
本発明において、前記第３の下電極用薄膜および第１の上電極用薄膜は、Ｔａ2Ｎであることが好ましい。このように構成すると、絶縁層は、Ｔａ2Ｎに対する陽極酸化膜となり、誘電率が低いので、非線形素子のβ値を向上することができる。ここでいうβ値とは、非線形素子の非線形性の度合を示す値であり、その値が大きいほど、非線形性が高く、好ましい。このようなβ値（非線形素子の非線形性）は絶縁膜の誘電率が小さくなるほど大きくなる。また、この誘電率が小さくなると非線形素子の静電容量も小さくなる。非線形性が高くなると、リーク電流が小さくなり、静電容量も小さくなるため、電圧の保持特性が向上し、非線形素子を備えた電気光学装置の駆動特性も向上する。
【００１４】
本発明を適用した非線形素子は、例えば、電気光学装置において画素スイッチング素子として用いられる。このような電気光学装置は、例えば、携帯電話機やモバイルコンピュータなどといった電子機器に用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、参照する各図において、図面上で認識可能な大きさとするために縮尺が各層や各部材ごとに異なる場合がある。
【００１６】
［実施の形態１］
（電気光学装置の構成例）
図１は、本発明が適用される電気光学装置（液晶装置）の電気的構成を示すブロック図である。図２は、電気光学装置の構成を模式的に示す断面図である。
【００１７】
図１に示すように、本形態の電気光学装置１００では、複数本の走査線５１が行（Ｘ）方向に延在して形成され、また、複数本のデータ線５２が列（Ｙ）方向に延在して形成されている。また、走査線５１とデータ線５２との各交差点に対応する位置に画素５３が形成され、これらの画素５３は、マトリクス状に配置されている。各画素５３では、液晶層５４と、非線形素子としてのＴＦＤ１０とが直列接続しており、図１に示す例では、液晶層５４が走査線５１の側に、ＴＦＤ１０がデータ線５２の側にそれぞれ接続されている。なお、液晶層５４がデータ線５２の側に、ＴＦＤ１０が走査線５１の側にそれぞれ接続されることもある。ここで、各走査線５１は、走査線駆動回路５７によって駆動される一方、各データ線５２は、データ線駆動回路５８によって駆動される。
【００１８】
このような電気光学装置１００は、具体的には、例えば、図２に示すように構成される。ここで、対向配置された一対の基板のうち、一方の基板は、前記のＴＦＤ１０や画素電極が形成される素子基板２０であり、他方の基板は、対向基板３０である。これらの基板のうち、素子基板２０の内側表面には、複数本のデータ線５２と、それらのデータ線５２に接続される複数のＴＦＤ１０と、それらのＴＦＤ１０と１対１に接続される画素電極２３とが形成されている。データ線５２は、図２において紙面に対して垂直方向に延在して形成される一方、ＴＦＤ１０および画素電極２３は、ドットマトリクス状に配列している。そして、画素電極２３などの表面には、一軸配向処理、例えばラビング処理が施された配向膜２４が形成されている。
【００１９】
対向基板３０の内側表面には、カラーフィルタ３８が形成されており、「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」の３色の着色層を構成している。なお、これら３色の着色層の隙間には、ブラックマトリクス３９が形成されて、着色層の隙間からの入射光を遮蔽する構成となっている。カラーフィルタ３８およびブラックマトリクス３９の表面には平坦化膜３７が形成され、さらにその表面には、走査線５１として機能する対向電極３１が、データ線５２と直交する方向に形成されている。なお、平坦化膜３７は、カラーフィルタ３８およびブラックマトリクス３９の平滑性を高めて、対向電極３１の断線を防止する目的などのために設けられる。さらに、対向電極３１の表面には、ラビング処理が施された配向膜３４が形成されており、配向膜２４、３４は、一般にポリイミドなどから形成される。
【００２０】
素子基板２０と対向基板３０とは、スペーサ（図示省略）を含むシール材１０４によって一定の間隙を保って接合され、この間隙に、液晶１０５が封入された構成となっている。素子基板２０の外側表面には、配向膜２４へのラビング方向に対応した光軸を有する偏光板２１７などが貼着され、対向基板３０の外側表面には、配向膜３４へのラビング方向に対応した光軸を有する偏光板３１７などが貼着されている。なお、本形態の電気光学装置１００は、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）技術が適用されており、素子基板２０の表面に直接、液晶駆動用ＩＣチップ２６０が実装されている。
【００２１】
（画素５３およびＴＦＤ１０の構成）
図３は、電気光学装置において、ＴＦＤを含む数画素分のレイアウトを示す平面図であり、図４は、各画素に形成されたＴＦＤの説明図である。
【００２２】
図３および図４に示すように、本形態のＴＦＤ１０は、データ線５２からの突出部分を下電極１１とし、この下電極１１の表面側には絶縁層１５が形成されているとともに、絶縁層１５の上層に上電極１６が形成されている。なお、素子基板２０には、データ線５２やＴＦＤ１０の下層側には、タンタル酸化膜などの絶縁膜からなる下地保護膜が形成されることもある。
【００２３】
本形態のＴＦＤ１０において、下電極１１は、例えば、厚さが１００〜１５０ｎｍ程度のタンタル系薄膜によって形成され、絶縁層１５は、陽極酸化法によって下電極１１の表面を酸化することによって形成された厚さが２０〜４０ｎｍ程度の陽極酸化膜である。上電極１６は、厚さが１００〜５００ｎｍ程度のタンタル系薄膜によって形成されている。
【００２４】
画素電極２３は、透過型として用いられる場合には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの導電性の透明膜から形成される一方、反射型として用いられる場合には、アルミニウムや銀などの反射率の大きな反射性金属膜から形成されることがある。なお、画素電極２３は、反射型であってもＩＴＯなどの透明性金属から形成される場合もある。この場合には、反射層としての反射性金属が形成された後、絶縁層を介して透明な画素電極２３が形成される。一方、半透過反射型として用いられる場合には、反射層を薄く形成して半透過反射膜とするか、あるいは、スリットが設けられる構成となる。素子基板２０自体は、例えば、石英やガラスなどの絶縁性を有するものが用いられる。なお、透過型として用いる場合には、透明であることも素子基板２０の要件となるが、反射型として用いる場合には、透明であることが要件にならない。また、素子基板２０の表面に下地層２０１が設けられる理由は、熱処理により、下電極１３ｂなどが下地から剥離しないようにするとともに、下電極１３ｂに不純物が拡散しないようにするためである。したがって、これが問題とならない場合には、下地層２０１は省略可能である。
【００２５】
（ＴＦＤ１０の詳細構成）
図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本形態のＴＦＤ１０の平面およびVI−VI′線における断面図である。
【００２６】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態のＴＦＤ１０では、下層側から、データ線５２からの突出部分からなる下電極１１、絶縁層１５および上電極１６が素子基板２０上にこの順に積層され、上電極１６に画素電極２３が電気的に接続している。
【００２７】
本形態において、下電極１１は、下層側から、立方晶系構造の窒化タンタルからなる第１の下電極用薄膜１２、立方晶系構造のタンタルからなる第２の下電極用薄膜１３、および窒化タンタルからなる第３の下電極用薄膜１４がこの順に積層されている。本形態では、第３の下電極用薄膜１４は、Ｔａ2Ｎからなる。
【００２８】
上電極１６は、下層側から、窒化タンタルからなる第１の上電極用薄膜１７、および立方晶系構造のタンタルからなる第２の上電極用薄膜１８がこの順に積層されてなり、絶縁層１５を介して下電極１１の上面および側面に対向している。本形態では、第１の上電極用薄膜１６は、Ｔａ2Ｎからなる。
【００２９】
絶縁層１５は、下電極１１の陽極酸化膜であり、下電極１１の上面および側面に形成されている。ここで、絶縁層１５は、下電極１１の上面における膜厚と側面における膜厚とが等しい。また、下電極１１は、第１の下電極用薄膜１２、第２の下電極用薄膜１３、および第３の下電極用薄膜１４がこの順に積層されている構造を有しているため、側面では、第１の下電極用薄膜１２、第２の下電極用薄膜１３、および第３の下電極用薄膜１４が露出している。従って、絶縁層１５は、上面では第３の下電極用薄膜１４の陽極酸化膜（Ｔａ2Ｎの陽極酸化膜）であるが、側面では下電極用薄膜１２、１３、１４の各陽極酸化膜からなる。
【００３０】
（本形態の主な効果）
このように構成したＴＦＤ１０では、下電極１１および上電極１６のいずれにおいても、窒化タンタルを下地としてタンタルが形成されているため、立方晶系構造のタンタルを形成できる。従って、下電極１１および上電極１６のいずれについても抵抗を低減できる。
【００３１】
また、下電極１１には、タンタルからなる第２の下電極用薄膜１３の上層に窒化タンタルからなる第３の下電極用薄膜１４が積層されているため、下電極１１および上電極１６のいずれにおいても絶縁層１５と接しているのは窒化タンタル層である。このため、図５（ａ）に矢印Ａで示すように、データ線５２から画素電極２３に電流が流れるとき、ＴＦＤ１０において、電流は、
タンタル層→窒化タンタル層→絶縁層１５→窒化タンタル層→タンタル層
の順に流れ、図５（ａ）に矢印Ｂで示すように、画素電極２３からデータ線５２に電流が流れるときも、電流は、
タンタル層→窒化タンタル層→絶縁層１５→窒化タンタル層→タンタル層
の順に流れる。それ故、２つ非線形素子を直列に接続したＢａｃｋ−ｔｏ−Ｂａｃｋ構造を採用しなくても、電流−電圧の非線形特性を正負の双方向にわたって対称化することができる。それ故、Ｂａｃｋ−ｔｏ−Ｂａｃｋ構造を採用した場合と比較してＴＦＤ１０の占有面積が狭く、素子基板２０の各画素におけるデッドスペースを圧縮できる。
【００３２】
さらにまた、本形態では、素子基板２０上には、下電極１１と同一の層構造を有するデータ線５２が形成されているが、このデータ線５２でも、窒化タンタルを下地としてタンタルが形成されているため、立方晶系構造のタンタルを形成できる。データ線５２の抵抗を低減することができる。
【００３３】
ここで、各種タンタル系金属およびクロムの比抵抗を比較すると、以下
立方晶系構造の窒化タンタルの比抵抗：約６０μΩｃｍ
立方晶系構造のタンタルの比抵抗：約２５μΩｃｍ
正方晶系構造のタンタルの比抵抗：約１７０〜２２０μΩｃｍ
クロムの比抵抗：約２０μΩｃｍ
に示す通りである。すなわち、立方晶系構造のタンタルの比抵抗はクロムの非抵抗と同等である。それ故、本形態によれば、クロムを一切使用しなくても、クロムを使用した場合と同等の電気特性を得ることができ、クロムフリーのＴＦＤ１０を実現できる。
【００３４】
また、本形態では、第３の下電極用薄膜１４および第１の上電極用薄膜１６は、Ｔａ2Ｎであり、絶縁層１５は、Ｔａ2Ｎに対する陽極酸化膜である。このような陽極酸化膜は、誘電率が低いので、ＴＦＤ１０のβ値を向上することができる。
【００３５】
なお、本形態において、下電極１１は、第１の下電極用薄膜１２、第２の下電極用薄膜１３、および第３の下電極用薄膜１４がこの順に積層され、側面では、第１の下電極用薄膜１２、第２の下電極用薄膜１３、および第３の下電極用薄膜１４が露出しているので、絶縁層１５は、上面では、第１の下電極用薄膜１２の陽極酸化膜（Ｔａ2Ｎの陽極酸化膜）であるが、側面では、下電極用薄膜１２、１３、１４の各陽極酸化膜からなる。但し、下電極１１の側面が上面に比して狭いので、側面部分で電流−電圧の非線形特性に極性差があっても、非線形素子全体としての極性差に大きな影響を及ぼさない。また、側面に寄生する容量成分を無視できる。それ故、下電極１１の側面に第２の下電極用薄膜１３の陽極酸化膜が存在していても、下電極１１の上面が第３の下電極用薄膜１４の陽極酸化膜であるため、ＴＦＤ１０全体としての電流−電圧の非線形特性における正負の双方向の対称性を向上することができ、かつ、ＴＦＤ１０のβ値を向上することができる。
【００３６】
（製造方法）
図６は、図５に示すＴＦＤの製造方法を示す工程断面図である。
【００３７】
本形態のＴＦＤ１０を製造するには、まず、図６（ａ）に示すように、素子基板２０の表面全体に対して、スパッタ法により立方晶系構造の窒化タンタル膜１２０を形成した後、この窒化タンタル膜１２０の表面にスパッタ法によりタンタル膜１３０を積層する。その際、タンタル膜１３０は、立方晶系構造の窒化タンタル膜１２０の結晶構造の影響を受けて立方晶系構造をもって成膜される。次に、立方晶系構造の窒化タンタル膜１２０の上層に、Ｔａ2Ｎからなる窒化タンタル膜１４０を積層する。
【００３８】
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、窒化タンタル膜１２０、タンタル膜１３０および窒化タンタル膜１４０の積層膜をパターニングし、データ線５２を形成するとともに、図６（ｂ）に示すように、データ線５２の突出部分により、立方晶系構造の窒化タンタルからなる第１の下電極用薄膜１２、立方晶系構造のタンタルからなる第２の下電極用薄膜１３、および窒化タンタル（Ｔａ2Ｎ）からなる第３の下電極用薄膜１４がこの順に積層された下電極１１を形成する。
【００３９】
次に、データ線５２を給電線として利用して、下電極１１に給電して陽極酸化を行い、図６（ｃ）に示すように、下電極１１の上面および側面に絶縁層１５を形成する。次に、アニール工程において、素子基板２０を加熱炉内で加熱する。その結果、絶縁層１５内の転位や空孔などの欠陥密度が低減されるので、ＴＦＤ１０の非線形性を高くすることができるなどの効果を奏する。
【００４０】
次に、図６（ｄ）に示すように、素子基板２０の表面全体に対して、スパッタ法によりＴａ2Ｎからなる窒化タンタル膜１７０を積層した後、この窒化タンタル膜１７０の表面にスパッタ法によりタンタル膜１８０を積層する。その際、タンタル膜１８０は、窒化タンタル膜１７０の結晶構造の影響を受けて立方晶系構造をもって成膜される。
【００４１】
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、窒化タンタル膜１７０およびタンタル膜１８０の積層膜をパターニングし、図６（ｅ）に示すように、窒化タンタル（Ｔａ2Ｎ）からなる第１の上電極用薄膜１７、および立方晶系構造のタンタルからなる第２の上電極用薄膜１８がこの順に積層された上電極１６を形成する。
【００４２】
しかる後には、素子基板２０の全面にＩＴＯ膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて、ＩＴＯ膜をパターニングし、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、画素電極２３を形成する。
【００４３】
［実施の形態２］
次に、実施の形態１で製造したＴＦＤと比較して寄生容量を低減することを目的に、下電極の上面に分厚い絶縁膜を形成し、下電極の上面に寄生する容量成分を無視できる構成を採用した場合を説明する。
【００４４】
（ＴＦＤの構成）
図７（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本形態のＴＦＤ１０の平面図およびVIII−VIII′線における断面図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と共通しているので、共通する部分には同一の符号を付して説明する。
【００４５】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態のＴＦＤ１０も、実施の形態１と同様、データ線５２からの突出部分からなる下電極１１、絶縁層１５および上電極１６が素子基板２０上にこの順に積層され、上電極１６に画素電極２３が電気的に接続している。
【００４６】
本形態において、下電極１１は、立方晶系構造の窒化タンタルからなる第１の下電極用薄膜１２、立方晶系構造のタンタルからなる第２の下電極用薄膜１３、および窒化タンタルからなる第３の下電極用薄膜１４がこの順に積層されている。本形態では、第３の下電極用薄膜１４は、Ｔａ2Ｎからなる。
【００４７】
ここで、下電極１１の上面および側面はいずれも、第３の下電極用薄膜１４で覆われている。
【００４８】
絶縁層１５は、第３の下電極用薄膜１４の陽極酸化膜（Ｔａ2Ｎの陽極酸化膜）であり、下電極１１の上面および側面に形成されている。ここで、絶縁層１５は、下電極１１の上面における膜厚が側面における膜厚と比較してかなり厚いため、下電極１１の上面に寄生する容量成分を無視できる。
【００４９】
上電極１６は、窒化タンタルからなる第１の上電極用薄膜１７、および立方晶系構造のタンタルからなる第２の上電極用薄膜１８がこの順に積層されてなり、絶縁層１５を介して下電極１１の上面および側面に対向している。本形態では、第１の上電極用薄膜１６は、Ｔａ2Ｎからなる。
【００５０】
このように構成したＴＦＤ１０では、下電極１１および上電極１６のいずれにおいても、窒化タンタルを下地としてタンタルが形成されているため、立方晶系構造のタンタルを形成できる。従って、下電極１１および上電極１６のいずれについても抵抗を低減できる。また、下電極１１には、タンタルからなる第２の下電極用薄膜１３の上層に窒化タンタルからなる第３の下電極用薄膜１４が積層されているため、下電極１１および上電極１６のいずれにおいても絶縁層１５と接しているのは窒化タンタル層である。従って、２つ非線形素子を直列に接続したＢａｃｋ−ｔｏ−Ｂａｃｋ構造を採用しなくても、電流−電圧の非線形特性を正負の双方向にわたって対称化することができるので、Ｂａｃｋ−ｔｏ−Ｂａｃｋ構造を採用した場合と比較してＴＦＤ１０の占有面積が狭く、素子基板２０の各画素におけるデッドスペースを圧縮できる。また、本形態では、素子基板２０上には、下電極１１と同一の層構造を有するデータ線５２が形成されているが、このデータ線５２でも、窒化タンタルを下地としてタンタルが形成されているため、立方晶系構造のタンタルを形成できる。データ線５２の抵抗を低減することができる。それ故、本形態によれば、クロムを一切使用しなくても、クロムを使用した場合と同等の電気特性を得ることができるので、クロムフリーの電気光学装置を実現できる。
【００５１】
また、本形態では、第３の下電極用薄膜１４および第１の上電極用薄膜１６は、Ｔａ2Ｎであり、絶縁層１５は、Ｔａ2Ｎに対する陽極酸化膜である。このような陽極酸化膜は、誘電率が低いので、ＴＦＤ１０のβ値を向上することができる。
【００５２】
なお、本形態において、絶縁層１５の膜厚は下電極１１の上面で厚く、側面で薄いラテラル構造を有しているので、下電極１１の上面に寄生する容量成分を無視できる。このような構成の場合、下電極１１の側面が電流経路となるので、本形態では、下電極１１の上面および側面はいずれも、第３の下電極用薄膜１３で覆っている。それ故、下電極１１／絶縁層１５界面と、絶縁層１５／上電極１６界面とが同一構成であるので、ラテラル構造のＴＦＤ１０であっても、電流−電圧の非線形特性における正負の双方向の対称性を向上することができ、かつ、この側面部における寄生容量自身も低減できる。
【００５３】
（製造方法）
図８は、図７に示すＴＦＤの製造方法を示す工程断面図である。
【００５４】
本形態のＴＦＤ１０を製造するには、まず、図８（ａ）に示すように、素子基板２０の表面全体に対して、スパッタ法により立方晶系構造の窒化タンタル膜１２０を形成した後、この窒化タンタル膜１２０の表面にスパッタ法によりタンタル膜１３０を積層する。その際、タンタル膜１３０は、立方晶系構造の窒化タンタル膜１２０の結晶構造の影響を受けて立方晶系構造をもって成膜される。すなわち、窒化タンタル薄膜の格子面間隔が体心立方晶系構造のタンタルの格子面間隔と近い値をとるため、上層のタンタル膜がエピタキシャル成長して体心立方格子構造となり、低抵抗のタンタル膜が得られることになる。
【００５５】
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、窒化タンタル膜１２０およびタンタル膜１３０の積層膜をパターニングし、図８（ｂ）に示すように、立方晶系構造の窒化タンタルからなる第１の下電極用薄膜１２、および立方晶系構造のタンタルからなる第２の下電極用薄膜１３を形成する。
【００５６】
次に、素子基板２０の全面に窒化タンタル（Ｔａ2Ｎ）を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて、窒化タンタル膜をパターニングし、図８（ｃ）に示すように、前記した第３の下電極用薄膜１４よりも広い領域に窒化タンタル膜１４１を残す。
【００５７】
次に、データ線５２を給電線として利用して窒化タンタル膜１４１に給電して陽極酸化を行い、図８（ｄ）に示すように、窒化タンタル膜１４１の表面に厚い絶縁層１５３を形成する。
【００５８】
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、絶縁層１５３および窒化タンタル膜１４１をパターニングし、図８（ｅ）に示すように、立方晶系構造の窒化タンタルからなる第１の下電極用薄膜１２、立方晶系構造のタンタルからなる第２の下電極用薄膜１３、および窒化タンタル（Ｔａ2Ｎ）からなる第３の下電極用薄膜１４がこの順に積層された下電極１１を形成する。この状態で、下電極１１の上面には、厚い絶縁層１５１が形成されている。このような工程により、データ線５２が同時形成される。
【００５９】
次に、データ線５２を給電線として利用して下電極１１の側面で露出する窒化タンタル膜１４１に給電して陽極酸化を行う。その際の浴電圧は、絶縁層１５３を形成した際の浴電圧よりも低い。それ故、図８（ｆ）に示すように、下電極１１の側面で露出する窒化タンタル膜１４１の表面には、薄い絶縁層１５２が形成され。この絶縁層１５２と絶縁層１５１によって絶縁層１５が構成される。次に、アニール工程において、素子基板２０を加熱炉内で加熱する。その結果、絶縁層１５内の転位や空孔などの欠陥密度が低減されるので、ＴＦＤ１０の非線形性を高くすることができるなどの効果を奏する。
【００６０】
それ以降の工程は実施の形態１と同様であるため、図６（ｄ）、（ｅ）を参照して説明するが、図６（ｄ）に示すように、素子基板２０の表面全体に対して、スパッタ法によりＴａ2Ｎからなる窒化タンタル膜１７０を積層した後、この窒化タンタル膜１７０の表面にスパッタ法によりタンタル膜１８０を積層し、次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、窒化タンタル膜１７０およびタンタル膜１８０の積層膜をパターニングし、図６（ｅ）に示すように、窒化タンタル（Ｔａ2Ｎ）からなる第１の上電極用薄膜１７、および立方晶系構造のタンタルからなる第２の上電極用薄膜１８がこの順に積層された上電極１６を形成する。しかる後には、素子基板２０の全面にＩＴＯ膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて、ＩＴＯ膜をパターニングし、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、画素電極２３を形成する。
【００６１】
［電気光学装置および電子機器への搭載例］
非線形素子を備えた電気光学装置としては、これに限られるものではなく、例えば、プラズマディスプレイ装置、電気泳動ディスプレイ装置、電子放出素子を用いた装置（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ およびＳｕｒｆａｃｅ−Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｄｉｓｐｌａｙなど）などの各種の電気光学装置においても本発明を同様に適用することが可能である。
【００６２】
本発明を適用した電気光学装置は、携帯電話機やモバイル型のパーソナルコンピュータの他、マルチメディア対応のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、エンジニアリング・ワークステーション（ＥＷＳ）、ページャ、ワードプロセッサ、テレビ、ビューファインダ型またはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、電子手帳、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、ＰＯＳ端末、タッチパネルなどの電子機器に適用できる他、３０インチを越えるような大画面を備えた電子機器を構成するのに用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】画素スイッチング素子としてＴＦＤを用いた電気光学装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す電気光学装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】図１に示す電気光学装置において、ＴＦＤを含む数画素分のレイアウトを示す平面図である。
【図４】図１に示す電気光学装置において、各画素に形成されたＴＦＤの説明図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明の実施の形態１に係るＴＦＤの平面図およびVI−VI′線における断面図である。
【図６】図５に示すＴＦＤの製造方法を示す工程断面図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明の実施の形態２に係るＴＦＤの平面図およびVIII−VIII′線における断面図である。
【図８】図７に示すＴＦＤの製造方法を示す工程断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０ ＴＦＤ（非線形素子）、１１ 下電極、１２ 第１の下電極用薄膜、１３ 第２の下電極用薄膜、１４ 第３の下電極用薄膜、１５ 絶縁層、１６ 上電極、１７ 第１の上電極用薄膜、１８ 第２の上電極用薄膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下電極、絶縁層および上電極が基板上にこの順に積層された非線形素子、およびこの非線形素子を備えた電気光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気光学装置において、画素スイッチング素子として用いられるＴＦＤ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｄｉｏｄｅ：薄膜ダイオード）などの非線形素子は、タンタルからなる下電極、タンタルの陽極酸化膜からなる絶縁層、およびクロムからなる上電極が基板上にこの順に積層された構造を有している。また、基板上には、配線が下電極と同時形成されることが多く、このような場合には、配線は下電極と同一の構成を有することになる。このような電気光学装置では、下電極、上電極および配線の抵抗を低減するという観点からすれば、下電極として、比抵抗の小さな立方晶系のタンタル膜を用いることが好ましいが、このような立方晶系のタンタル膜をスパッタ法などで直接、形成することは困難である。
【０００３】
そこで、タンタル膜の下層側に窒化タンタル膜を形成しておくことにより、タンタル膜を立方晶系構造とすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−３２５７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気光学装置においては、非線形素子に印加される信号の極性を反転させることが多く、このような場合でも、電流−電圧の非線形特性が正負の双方向にわたって対称化されることが求められる。しかしながら、上記特許文献１に記載の非線形素子では、タンタルからなる下電極、タンタルの陽極酸化膜からなる絶縁層、およびクロムからなる上電極がこの順に積層された構造を有しているため、電流−電圧の非線形特性が正負の双方向にわたって対称化されないという問題点がある。
【０００５】
このような極性差を低減可能な非線形素子として、２つ非線形素子を直列に接続したＢａｃｋ−ｔｏ−Ｂａｃｋ構造の非線形素子があるが、このような構造の非線形素子は、占有面積が広いため、基板上に広いデッドスペースが発生してしまうという問題点がある。
【０００６】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、下電極、絶縁層および上電極をこの順に積層した構造において下電極の抵抗を低減でき、かつ、電流−電圧の非線形特性における正負の双方向の対称性を向上可能な非線形素子、およびこの非線形素子を用いた電気光学装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明では、基板上に下電極、絶縁層および上電極の順に積層された非線形素子において、前記下電極は、下層側から、窒化タンタルからなる第１の下電極用薄膜、立方晶系構造のタンタルからなる第２の下電極用薄膜、および窒化タンタルからなる第３の下電極用薄膜の順に積層されてなり、前記上電極は、下層側から、窒化タンタルからなる第１の上電極用薄膜、および立方晶系構造のタンタルからなる第２の上電極用薄膜の順に積層されてなることを特徴とする。
【０００８】
本発明では、下電極および上電極のいずれにおいても、窒化タンタルを下地としてタンタルが形成されているため、立方晶系構造のタンタルを形成できる。従って、下電極および上電極のいずれについても抵抗を低減できる。また、下電極には、タンタルからなる第２の下電極用薄膜の上層に窒化タンタルからなる第３の下電極用薄膜が積層されているため、下電極および上電極のいずれにおいても絶縁層と接しているのは窒化タンタル層である。従って、２つ非線形素子を直列に接続したＢａｃｋ−ｔｏ−Ｂａｃｋ構造を採用しなくても、電流−電圧の非線形特性を正負の双方向にわたって対称化することができるので、Ｂａｃｋ−ｔｏ−Ｂａｃｋ構造を採用した場合と比較して非線形素子の占有面積が狭く、デッドスペースを圧縮できる。
【０００９】
本発明は、前記基板上には、前記下電極と同一の層構造を有する配線が形成されている場合に適用すると特に効果的である。すなわち、非線形素子の下電極と配線が同時形成される場合があり、この場合にも、配線には抵抗が低いことが求められるが、本発明によれば、かかる要求に応えることができる。
【００１０】
本発明において、前記絶縁層は、例えば、前記下電極の陽極酸化膜である。
【００１１】
本発明は、例えば、前記絶縁層は、前記下電極の上面および側面に形成されているとともに、当該上面における前記絶縁層の膜厚と当該側面に形成されている前記絶縁層の膜厚が等しく、前記上電極が前記絶縁層を介して前記下電極の上面および側面に対向している構成の非線形素子に適用することができる。このような構成の非線形素子であれば、下電極の側面が上面に比して狭いので、側面部分で電流−電圧の非線形特性に極性差があっても、非線形素子全体としての極性差に大きな影響を及ぼさない。それ故、下電極の側面に第２の下電極用薄膜が露出していても、下電極の上面が第３の下電極用薄膜であれば、非線形素子全体としての電流−電圧の非線形特性における正負の双方向の対称性を向上することができる。
【００１２】
また、本発明は、前記絶縁層が、前記下電極の上面および側面に形成されているとともに、当該上面における前記絶縁層の膜厚は当該側面に形成されている前記絶縁層の膜厚より厚く、前記上電極は、前記絶縁層を介して前記下電極の上面および側面に対向している構成の非線形素子、いわゆるラテラル構造の非線形素子にも適用できる。このような構成の場合、前記下電極の上面および側面は、前記第３の下電極用薄膜で構成されていることが好ましい。ラテラル構造の非線形素子では、下電極の側面が電流経路となるので、このような部分で下電極／絶縁層界面と、絶縁層界面／上電極界面とを同一構成にする必要がある。従って、前記下電極の側面を前記第３の下電極用薄膜で構成しておけば、ラテラル構造の非線形素子であっても、電流−電圧の非線形特性における正負の双方向の対称性を向上することができる。
【００１３】
本発明において、前記第３の下電極用薄膜および第１の上電極用薄膜は、Ｔａ2Ｎであることが好ましい。このように構成すると、絶縁層は、Ｔａ2Ｎに対する陽極酸化膜となり、誘電率が低いので、非線形素子のβ値を向上することができる。ここでいうβ値とは、非線形素子の非線形性の度合を示す値であり、その値が大きいほど、非線形性が高く、好ましい。このようなβ値（非線形素子の非線形性）は絶縁膜の誘電率が小さくなるほど大きくなる。また、この誘電率が小さくなると非線形素子の静電容量も小さくなる。非線形性が高くなると、リーク電流が小さくなり、静電容量も小さくなるため、電圧の保持特性が向上し、非線形素子を備えた電気光学装置の駆動特性も向上する。
【００１４】
本発明を適用した非線形素子は、例えば、電気光学装置において画素スイッチング素子として用いられる。このような電気光学装置は、例えば、携帯電話機やモバイルコンピュータなどといった電子機器に用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、参照する各図において、図面上で認識可能な大きさとするために縮尺が各層や各部材ごとに異なる場合がある。
【００１６】
［実施の形態１］
（電気光学装置の構成例）
図１は、本発明が適用される電気光学装置（液晶装置）の電気的構成を示すブロック図である。図２は、電気光学装置の構成を模式的に示す断面図である。
【００１７】
図１に示すように、本形態の電気光学装置１００では、複数本の走査線５１が行（Ｘ）方向に延在して形成され、また、複数本のデータ線５２が列（Ｙ）方向に延在して形成されている。また、走査線５１とデータ線５２との各交差点に対応する位置に画素５３が形成され、これらの画素５３は、マトリクス状に配置されている。各画素５３では、液晶層５４と、非線形素子としてのＴＦＤ１０とが直列接続しており、図１に示す例では、液晶層５４が走査線５１の側に、ＴＦＤ１０がデータ線５２の側にそれぞれ接続されている。なお、液晶層５４がデータ線５２の側に、ＴＦＤ１０が走査線５１の側にそれぞれ接続されることもある。ここで、各走査線５１は、走査線駆動回路５７によって駆動される一方、各データ線５２は、データ線駆動回路５８によって駆動される。
【００１８】
このような電気光学装置１００は、具体的には、例えば、図２に示すように構成される。ここで、対向配置された一対の基板のうち、一方の基板は、前記のＴＦＤ１０や画素電極が形成される素子基板２０であり、他方の基板は、対向基板３０である。これらの基板のうち、素子基板２０の内側表面には、複数本のデータ線５２と、それらのデータ線５２に接続される複数のＴＦＤ１０と、それらのＴＦＤ１０と１対１に接続される画素電極２３とが形成されている。データ線５２は、図２において紙面に対して垂直方向に延在して形成される一方、ＴＦＤ１０および画素電極２３は、ドットマトリクス状に配列している。そして、画素電極２３などの表面には、一軸配向処理、例えばラビング処理が施された配向膜２４が形成されている。
【００１９】
対向基板３０の内側表面には、カラーフィルタ３８が形成されており、「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」の３色の着色層を構成している。なお、これら３色の着色層の隙間には、ブラックマトリクス３９が形成されて、着色層の隙間からの入射光を遮蔽する構成となっている。カラーフィルタ３８およびブラックマトリクス３９の表面には平坦化膜３７が形成され、さらにその表面には、走査線５１として機能する対向電極３１が、データ線５２と直交する方向に形成されている。なお、平坦化膜３７は、カラーフィルタ３８およびブラックマトリクス３９の平滑性を高めて、対向電極３１の断線を防止する目的などのために設けられる。さらに、対向電極３１の表面には、ラビング処理が施された配向膜３４が形成されており、配向膜２４、３４は、一般にポリイミドなどから形成される。
【００２０】
素子基板２０と対向基板３０とは、スペーサ（図示省略）を含むシール材１０４によって一定の間隙を保って接合され、この間隙に、液晶１０５が封入された構成となっている。素子基板２０の外側表面には、配向膜２４へのラビング方向に対応した光軸を有する偏光板２１７などが貼着され、対向基板３０の外側表面には、配向膜３４へのラビング方向に対応した光軸を有する偏光板３１７などが貼着されている。なお、本形態の電気光学装置１００は、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）技術が適用されており、素子基板２０の表面に直接、液晶駆動用ＩＣチップ２６０が実装されている。
【００２１】
（画素５３およびＴＦＤ１０の構成）
図３は、電気光学装置において、ＴＦＤを含む数画素分のレイアウトを示す平面図であり、図４は、各画素に形成されたＴＦＤの説明図である。
【００２２】
図３および図４に示すように、本形態のＴＦＤ１０は、データ線５２からの突出部分を下電極１１とし、この下電極１１の表面側には絶縁層１５が形成されているとともに、絶縁層１５の上層に上電極１６が形成されている。なお、素子基板２０には、データ線５２やＴＦＤ１０の下層側には、タンタル酸化膜などの絶縁膜からなる下地保護膜が形成されることもある。
【００２３】
本形態のＴＦＤ１０において、下電極１１は、例えば、厚さが１００〜１５０ｎｍ程度のタンタル系薄膜によって形成され、絶縁層１５は、陽極酸化法によって下電極１１の表面を酸化することによって形成された厚さが２０〜４０ｎｍ程度の陽極酸化膜である。上電極１６は、厚さが１００〜５００ｎｍ程度のタンタル系薄膜によって形成されている。
【００２４】
画素電極２３は、透過型として用いられる場合には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの導電性の透明膜から形成される一方、反射型として用いられる場合には、アルミニウムや銀などの反射率の大きな反射性金属膜から形成されることがある。なお、画素電極２３は、反射型であってもＩＴＯなどの透明性金属から形成される場合もある。この場合には、反射層としての反射性金属が形成された後、絶縁層を介して透明な画素電極２３が形成される。一方、半透過反射型として用いられる場合には、反射層を薄く形成して半透過反射膜とするか、あるいは、スリットが設けられる構成となる。素子基板２０自体は、例えば、石英やガラスなどの絶縁性を有するものが用いられる。なお、透過型として用いる場合には、透明であることも素子基板２０の要件となるが、反射型として用いる場合には、透明であることが要件にならない。また、素子基板２０の表面に下地層２０１が設けられる理由は、熱処理により、下電極１３ｂなどが下地から剥離しないようにするとともに、下電極１３ｂに不純物が拡散しないようにするためである。したがって、これが問題とならない場合には、下地層２０１は省略可能である。
【００２５】
（ＴＦＤ１０の詳細構成）
図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本形態のＴＦＤ１０の平面およびVI−VI′線における断面図である。
【００２６】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態のＴＦＤ１０では、下層側から、データ線５２からの突出部分からなる下電極１１、絶縁層１５および上電極１６が素子基板２０上にこの順に積層され、上電極１６に画素電極２３が電気的に接続している。
【００２７】
本形態において、下電極１１は、下層側から、立方晶系構造の窒化タンタルからなる第１の下電極用薄膜１２、立方晶系構造のタンタルからなる第２の下電極用薄膜１３、および窒化タンタルからなる第３の下電極用薄膜１４がこの順に積層されている。本形態では、第３の下電極用薄膜１４は、Ｔａ2Ｎからなる。
【００２８】
上電極１６は、下層側から、窒化タンタルからなる第１の上電極用薄膜１７、および立方晶系構造のタンタルからなる第２の上電極用薄膜１８がこの順に積層されてなり、絶縁層１５を介して下電極１１の上面および側面に対向している。本形態では、第１の上電極用薄膜１６は、Ｔａ2Ｎからなる。
【００２９】
絶縁層１５は、下電極１１の陽極酸化膜であり、下電極１１の上面および側面に形成されている。ここで、絶縁層１５は、下電極１１の上面における膜厚と側面における膜厚とが等しい。また、下電極１１は、第１の下電極用薄膜１２、第２の下電極用薄膜１３、および第３の下電極用薄膜１４がこの順に積層されている構造を有しているため、側面では、第１の下電極用薄膜１２、第２の下電極用薄膜１３、および第３の下電極用薄膜１４が露出している。従って、絶縁層１５は、上面では第３の下電極用薄膜１４の陽極酸化膜（Ｔａ2Ｎの陽極酸化膜）であるが、側面では下電極用薄膜１２、１３、１４の各陽極酸化膜からなる。
【００３０】
（本形態の主な効果）
このように構成したＴＦＤ１０では、下電極１１および上電極１６のいずれにおいても、窒化タンタルを下地としてタンタルが形成されているため、立方晶系構造のタンタルを形成できる。従って、下電極１１および上電極１６のいずれについても抵抗を低減できる。
【００３１】
また、下電極１１には、タンタルからなる第２の下電極用薄膜１３の上層に窒化タンタルからなる第３の下電極用薄膜１４が積層されているため、下電極１１および上電極１６のいずれにおいても絶縁層１５と接しているのは窒化タンタル層である。このため、図５（ａ）に矢印Ａで示すように、データ線５２から画素電極２３に電流が流れるとき、ＴＦＤ１０において、電流は、
タンタル層→窒化タンタル層→絶縁層１５→窒化タンタル層→タンタル層
の順に流れ、図５（ａ）に矢印Ｂで示すように、画素電極２３からデータ線５２に電流が流れるときも、電流は、
タンタル層→窒化タンタル層→絶縁層１５→窒化タンタル層→タンタル層
の順に流れる。それ故、２つ非線形素子を直列に接続したＢａｃｋ−ｔｏ−Ｂａｃｋ構造を採用しなくても、電流−電圧の非線形特性を正負の双方向にわたって対称化することができる。それ故、Ｂａｃｋ−ｔｏ−Ｂａｃｋ構造を採用した場合と比較してＴＦＤ１０の占有面積が狭く、素子基板２０の各画素におけるデッドスペースを圧縮できる。
【００３２】
さらにまた、本形態では、素子基板２０上には、下電極１１と同一の層構造を有するデータ線５２が形成されているが、このデータ線５２でも、窒化タンタルを下地としてタンタルが形成されているため、立方晶系構造のタンタルを形成できる。データ線５２の抵抗を低減することができる。
【００３３】
ここで、各種タンタル系金属およびクロムの比抵抗を比較すると、以下
立方晶系構造の窒化タンタルの比抵抗：約６０μΩｃｍ
立方晶系構造のタンタルの比抵抗：約２５μΩｃｍ
正方晶系構造のタンタルの比抵抗：約１７０〜２２０μΩｃｍ
クロムの比抵抗：約２０μΩｃｍ
に示す通りである。すなわち、立方晶系構造のタンタルの比抵抗はクロムの非抵抗と同等である。それ故、本形態によれば、クロムを一切使用しなくても、クロムを使用した場合と同等の電気特性を得ることができ、クロムフリーのＴＦＤ１０を実現できる。
【００３４】
また、本形態では、第３の下電極用薄膜１４および第１の上電極用薄膜１６は、Ｔａ2Ｎであり、絶縁層１５は、Ｔａ2Ｎに対する陽極酸化膜である。このような陽極酸化膜は、誘電率が低いので、ＴＦＤ１０のβ値を向上することができる。
【００３５】
なお、本形態において、下電極１１は、第１の下電極用薄膜１２、第２の下電極用薄膜１３、および第３の下電極用薄膜１４がこの順に積層され、側面では、第１の下電極用薄膜１２、第２の下電極用薄膜１３、および第３の下電極用薄膜１４が露出しているので、絶縁層１５は、上面では、第１の下電極用薄膜１２の陽極酸化膜（Ｔａ2Ｎの陽極酸化膜）であるが、側面では、下電極用薄膜１２、１３、１４の各陽極酸化膜からなる。但し、下電極１１の側面が上面に比して狭いので、側面部分で電流−電圧の非線形特性に極性差があっても、非線形素子全体としての極性差に大きな影響を及ぼさない。また、側面に寄生する容量成分を無視できる。それ故、下電極１１の側面に第２の下電極用薄膜１３の陽極酸化膜が存在していても、下電極１１の上面が第３の下電極用薄膜１４の陽極酸化膜であるため、ＴＦＤ１０全体としての電流−電圧の非線形特性における正負の双方向の対称性を向上することができ、かつ、ＴＦＤ１０のβ値を向上することができる。
【００３６】
（製造方法）
図６は、図５に示すＴＦＤの製造方法を示す工程断面図である。
【００３７】
本形態のＴＦＤ１０を製造するには、まず、図６（ａ）に示すように、素子基板２０の表面全体に対して、スパッタ法により立方晶系構造の窒化タンタル膜１２０を形成した後、この窒化タンタル膜１２０の表面にスパッタ法によりタンタル膜１３０を積層する。その際、タンタル膜１３０は、立方晶系構造の窒化タンタル膜１２０の結晶構造の影響を受けて立方晶系構造をもって成膜される。次に、立方晶系構造の窒化タンタル膜１２０の上層に、Ｔａ2Ｎからなる窒化タンタル膜１４０を積層する。
【００３８】
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、窒化タンタル膜１２０、タンタル膜１３０および窒化タンタル膜１４０の積層膜をパターニングし、データ線５２を形成するとともに、図６（ｂ）に示すように、データ線５２の突出部分により、立方晶系構造の窒化タンタルからなる第１の下電極用薄膜１２、立方晶系構造のタンタルからなる第２の下電極用薄膜１３、および窒化タンタル（Ｔａ2Ｎ）からなる第３の下電極用薄膜１４がこの順に積層された下電極１１を形成する。
【００３９】
次に、データ線５２を給電線として利用して、下電極１１に給電して陽極酸化を行い、図６（ｃ）に示すように、下電極１１の上面および側面に絶縁層１５を形成する。次に、アニール工程において、素子基板２０を加熱炉内で加熱する。その結果、絶縁層１５内の転位や空孔などの欠陥密度が低減されるので、ＴＦＤ１０の非線形性を高くすることができるなどの効果を奏する。
【００４０】
次に、図６（ｄ）に示すように、素子基板２０の表面全体に対して、スパッタ法によりＴａ2Ｎからなる窒化タンタル膜１７０を積層した後、この窒化タンタル膜１７０の表面にスパッタ法によりタンタル膜１８０を積層する。その際、タンタル膜１８０は、窒化タンタル膜１７０の結晶構造の影響を受けて立方晶系構造をもって成膜される。
【００４１】
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、窒化タンタル膜１７０およびタンタル膜１８０の積層膜をパターニングし、図６（ｅ）に示すように、窒化タンタル（Ｔａ2Ｎ）からなる第１の上電極用薄膜１７、および立方晶系構造のタンタルからなる第２の上電極用薄膜１８がこの順に積層された上電極１６を形成する。
【００４２】
しかる後には、素子基板２０の全面にＩＴＯ膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて、ＩＴＯ膜をパターニングし、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、画素電極２３を形成する。
【００４３】
［実施の形態２］
次に、実施の形態１で製造したＴＦＤと比較して寄生容量を低減することを目的に、下電極の上面に分厚い絶縁膜を形成し、下電極の上面に寄生する容量成分を無視できる構成を採用した場合を説明する。
【００４４】
（ＴＦＤの構成）
図７（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本形態のＴＦＤ１０の平面図およびVIII−VIII′線における断面図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と共通しているので、共通する部分には同一の符号を付して説明する。
【００４５】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態のＴＦＤ１０も、実施の形態１と同様、データ線５２からの突出部分からなる下電極１１、絶縁層１５および上電極１６が素子基板２０上にこの順に積層され、上電極１６に画素電極２３が電気的に接続している。
【００４６】
本形態において、下電極１１は、立方晶系構造の窒化タンタルからなる第１の下電極用薄膜１２、立方晶系構造のタンタルからなる第２の下電極用薄膜１３、および窒化タンタルからなる第３の下電極用薄膜１４がこの順に積層されている。本形態では、第３の下電極用薄膜１４は、Ｔａ2Ｎからなる。
【００４７】
ここで、下電極１１の上面および側面はいずれも、第３の下電極用薄膜１４で覆われている。
【００４８】
絶縁層１５は、第３の下電極用薄膜１４の陽極酸化膜（Ｔａ2Ｎの陽極酸化膜）であり、下電極１１の上面および側面に形成されている。ここで、絶縁層１５は、下電極１１の上面における膜厚が側面における膜厚と比較してかなり厚いため、下電極１１の上面に寄生する容量成分を無視できる。
【００４９】
上電極１６は、窒化タンタルからなる第１の上電極用薄膜１７、および立方晶系構造のタンタルからなる第２の上電極用薄膜１８がこの順に積層されてなり、絶縁層１５を介して下電極１１の上面および側面に対向している。本形態では、第１の上電極用薄膜１６は、Ｔａ2Ｎからなる。
【００５０】
このように構成したＴＦＤ１０では、下電極１１および上電極１６のいずれにおいても、窒化タンタルを下地としてタンタルが形成されているため、立方晶系構造のタンタルを形成できる。従って、下電極１１および上電極１６のいずれについても抵抗を低減できる。また、下電極１１には、タンタルからなる第２の下電極用薄膜１３の上層に窒化タンタルからなる第３の下電極用薄膜１４が積層されているため、下電極１１および上電極１６のいずれにおいても絶縁層１５と接しているのは窒化タンタル層である。従って、２つ非線形素子を直列に接続したＢａｃｋ−ｔｏ−Ｂａｃｋ構造を採用しなくても、電流−電圧の非線形特性を正負の双方向にわたって対称化することができるので、Ｂａｃｋ−ｔｏ−Ｂａｃｋ構造を採用した場合と比較してＴＦＤ１０の占有面積が狭く、素子基板２０の各画素におけるデッドスペースを圧縮できる。また、本形態では、素子基板２０上には、下電極１１と同一の層構造を有するデータ線５２が形成されているが、このデータ線５２でも、窒化タンタルを下地としてタンタルが形成されているため、立方晶系構造のタンタルを形成できる。データ線５２の抵抗を低減することができる。それ故、本形態によれば、クロムを一切使用しなくても、クロムを使用した場合と同等の電気特性を得ることができるので、クロムフリーの電気光学装置を実現できる。
【００５１】
また、本形態では、第３の下電極用薄膜１４および第１の上電極用薄膜１６は、Ｔａ2Ｎであり、絶縁層１５は、Ｔａ2Ｎに対する陽極酸化膜である。このような陽極酸化膜は、誘電率が低いので、ＴＦＤ１０のβ値を向上することができる。
【００５２】
なお、本形態において、絶縁層１５の膜厚は下電極１１の上面で厚く、側面で薄いラテラル構造を有しているので、下電極１１の上面に寄生する容量成分を無視できる。このような構成の場合、下電極１１の側面が電流経路となるので、本形態では、下電極１１の上面および側面はいずれも、第３の下電極用薄膜１３で覆っている。それ故、下電極１１／絶縁層１５界面と、絶縁層１５／上電極１６界面とが同一構成であるので、ラテラル構造のＴＦＤ１０であっても、電流−電圧の非線形特性における正負の双方向の対称性を向上することができ、かつ、この側面部における寄生容量自身も低減できる。
【００５３】
（製造方法）
図８は、図７に示すＴＦＤの製造方法を示す工程断面図である。
【００５４】
本形態のＴＦＤ１０を製造するには、まず、図８（ａ）に示すように、素子基板２０の表面全体に対して、スパッタ法により立方晶系構造の窒化タンタル膜１２０を形成した後、この窒化タンタル膜１２０の表面にスパッタ法によりタンタル膜１３０を積層する。その際、タンタル膜１３０は、立方晶系構造の窒化タンタル膜１２０の結晶構造の影響を受けて立方晶系構造をもって成膜される。すなわち、窒化タンタル薄膜の格子面間隔が体心立方晶系構造のタンタルの格子面間隔と近い値をとるため、上層のタンタル膜がエピタキシャル成長して体心立方格子構造となり、低抵抗のタンタル膜が得られることになる。
【００５５】
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、窒化タンタル膜１２０およびタンタル膜１３０の積層膜をパターニングし、図８（ｂ）に示すように、立方晶系構造の窒化タンタルからなる第１の下電極用薄膜１２、および立方晶系構造のタンタルからなる第２の下電極用薄膜１３を形成する。
【００５６】
次に、素子基板２０の全面に窒化タンタル（Ｔａ2Ｎ）を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて、窒化タンタル膜をパターニングし、図８（ｃ）に示すように、前記した第３の下電極用薄膜１４よりも広い領域に窒化タンタル膜１４１を残す。
【００５７】
次に、データ線５２を給電線として利用して窒化タンタル膜１４１に給電して陽極酸化を行い、図８（ｄ）に示すように、窒化タンタル膜１４１の表面に厚い絶縁層１５３を形成する。
【００５８】
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、絶縁層１５３および窒化タンタル膜１４１をパターニングし、図８（ｅ）に示すように、立方晶系構造の窒化タンタルからなる第１の下電極用薄膜１２、立方晶系構造のタンタルからなる第２の下電極用薄膜１３、および窒化タンタル（Ｔａ2Ｎ）からなる第３の下電極用薄膜１４がこの順に積層された下電極１１を形成する。この状態で、下電極１１の上面には、厚い絶縁層１５１が形成されている。このような工程により、データ線５２が同時形成される。
【００５９】
次に、データ線５２を給電線として利用して下電極１１の側面で露出する窒化タンタル膜１４１に給電して陽極酸化を行う。その際の浴電圧は、絶縁層１５３を形成した際の浴電圧よりも低い。それ故、図８（ｆ）に示すように、下電極１１の側面で露出する窒化タンタル膜１４１の表面には、薄い絶縁層１５２が形成され。この絶縁層１５２と絶縁層１５１によって絶縁層１５が構成される。次に、アニール工程において、素子基板２０を加熱炉内で加熱する。その結果、絶縁層１５内の転位や空孔などの欠陥密度が低減されるので、ＴＦＤ１０の非線形性を高くすることができるなどの効果を奏する。
【００６０】
それ以降の工程は実施の形態１と同様であるため、図６（ｄ）、（ｅ）を参照して説明するが、図６（ｄ）に示すように、素子基板２０の表面全体に対して、スパッタ法によりＴａ2Ｎからなる窒化タンタル膜１７０を積層した後、この窒化タンタル膜１７０の表面にスパッタ法によりタンタル膜１８０を積層し、次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、窒化タンタル膜１７０およびタンタル膜１８０の積層膜をパターニングし、図６（ｅ）に示すように、窒化タンタル（Ｔａ2Ｎ）からなる第１の上電極用薄膜１７、および立方晶系構造のタンタルからなる第２の上電極用薄膜１８がこの順に積層された上電極１６を形成する。しかる後には、素子基板２０の全面にＩＴＯ膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて、ＩＴＯ膜をパターニングし、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、画素電極２３を形成する。
【００６１】
［電気光学装置および電子機器への搭載例］
非線形素子を備えた電気光学装置としては、これに限られるものではなく、例えば、プラズマディスプレイ装置、電気泳動ディスプレイ装置、電子放出素子を用いた装置（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ およびＳｕｒｆａｃｅ−Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｄｉｓｐｌａｙなど）などの各種の電気光学装置においても本発明を同様に適用することが可能である。
【００６２】
本発明を適用した電気光学装置は、携帯電話機やモバイル型のパーソナルコンピュータの他、マルチメディア対応のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、エンジニアリング・ワークステーション（ＥＷＳ）、ページャ、ワードプロセッサ、テレビ、ビューファインダ型またはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、電子手帳、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、ＰＯＳ端末、タッチパネルなどの電子機器に適用できる他、３０インチを越えるような大画面を備えた電子機器を構成するのに用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】画素スイッチング素子としてＴＦＤを用いた電気光学装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す電気光学装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】図１に示す電気光学装置において、ＴＦＤを含む数画素分のレイアウトを示す平面図である。
【図４】図１に示す電気光学装置において、各画素に形成されたＴＦＤの説明図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明の実施の形態１に係るＴＦＤの平面図およびVI−VI′線における断面図である。
【図６】図５に示すＴＦＤの製造方法を示す工程断面図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明の実施の形態２に係るＴＦＤの平面図およびVIII−VIII′線における断面図である。
【図８】図７に示すＴＦＤの製造方法を示す工程断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０ ＴＦＤ（非線形素子）、１１ 下電極、１２ 第１の下電極用薄膜、１３ 第２の下電極用薄膜、１４ 第３の下電極用薄膜、１５ 絶縁層、１６ 上電極、１７ 第１の上電極用薄膜、１８ 第２の上電極用薄膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に下電極、絶縁層および上電極の順に積層された非線形素子において、
前記下電極は、下層側から、窒化タンタルからなる第１の下電極用薄膜、立方晶系構造のタンタルからなる第２の下電極用薄膜、および窒化タンタルからなる第３の下電極用薄膜の順に積層されてなり、
前記上電極は、下層側から、窒化タンタルからなる第１の上電極用薄膜、および立方晶系構造のタンタルからなる第２の上電極用薄膜の順に積層されてなることを特徴とする非線形素子。
【請求項２】
前記基板上には、前記下電極と同一の層構造を有する配線が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の非線形素子。
【請求項３】
前記絶縁層は、前記下電極の陽極酸化膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の非線形素子。
【請求項４】
前記絶縁層は、前記下電極の上面および側面に形成されているとともに、当該上面における前記絶縁層の膜厚と当該側面に形成されている前記絶縁層の膜厚が等しく、
前記上電極は、前記絶縁層を介して前記下電極の上面および側面に対向していることを特徴とする請求項３に記載の非線形素子。
【請求項５】
前記絶縁層は、前記下電極の上面および側面に形成されているとともに、当該上面における前記絶縁層の膜厚は当該側面に形成されている前記絶縁層の膜厚より厚く、
前記上電極は、前記絶縁層を介して前記下電極の上面および側面に対向し、
前記下電極の上面および側面は、前記第３の下電極用薄膜で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の非線形素子。
【請求項６】
前記第３の下電極用薄膜および前記第１の上電極用薄膜は、Ｔａ2Ｎであることを特徴とする請求項３乃至５の何れか一項に記載の非線形素子。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項に記載された非線形素子を画素スイッチング素子として用いることを特徴とする電気光学装置。
【請求項１】
基板上に下電極、絶縁層および上電極の順に積層された非線形素子において、
前記下電極は、下層側から、窒化タンタルからなる第１の下電極用薄膜、立方晶系構造のタンタルからなる第２の下電極用薄膜、および窒化タンタルからなる第３の下電極用薄膜の順に積層されてなり、
前記上電極は、下層側から、窒化タンタルからなる第１の上電極用薄膜、および立方晶系構造のタンタルからなる第２の上電極用薄膜の順に積層されてなることを特徴とする非線形素子。
【請求項２】
前記基板上には、前記下電極と同一の層構造を有する配線が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の非線形素子。
【請求項３】
前記絶縁層は、前記下電極の陽極酸化膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の非線形素子。
【請求項４】
前記絶縁層は、前記下電極の上面および側面に形成されているとともに、当該上面における前記絶縁層の膜厚と当該側面に形成されている前記絶縁層の膜厚が等しく、
前記上電極は、前記絶縁層を介して前記下電極の上面および側面に対向していることを特徴とする請求項３に記載の非線形素子。
【請求項５】
前記絶縁層は、前記下電極の上面および側面に形成されているとともに、当該上面における前記絶縁層の膜厚は当該側面に形成されている前記絶縁層の膜厚より厚く、
前記上電極は、前記絶縁層を介して前記下電極の上面および側面に対向し、
前記下電極の上面および側面は、前記第３の下電極用薄膜で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の非線形素子。
【請求項６】
前記第３の下電極用薄膜および前記第１の上電極用薄膜は、Ｔａ2Ｎであることを特徴とする請求項３乃至５の何れか一項に記載の非線形素子。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項に記載された非線形素子を画素スイッチング素子として用いることを特徴とする電気光学装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−３１９０８３（Ｐ２００６−３１９０８３Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１３９３４８（Ｐ２００５−１３９３４８）
【出願日】平成１７年５月１２日（２００５．５．１２）
【出願人】（３０４０５３８５４）三洋エプソンイメージングデバイス株式会社 (2,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月１２日（２００５．５．１２）
【出願人】（３０４０５３８５４）三洋エプソンイメージングデバイス株式会社 (2,386)
【Ｆターム（参考）】
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