非線形素子の製造方法、非線形素子、電気光学装置、および反応性スパッタ成膜装置
【課題】反応生成膜に含まれる反応性ガス由来の元素の含有量について基板面内ばらつきを抑えることにより、反応生成膜の膜質の面内ばらつきを抑えることができる非線形素子の製造方法、非線形素子、電気光学装置、および反応性スパッタ成膜装置を提供すること。
【解決手段】反応性スパッタ成膜法により反応生成膜を形成する際、ヒータ７と基板２０ｘとの間に、被成膜面２１の内側領域２１ａと重なる領域に矩形の開口部８ｂが形成された温度分布調整板８を配置し、被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂに比して低い温度に設定する。このため、内側領域２１ａでは反応性ガス由来の元素が薄膜に取り込まれやすいので、反応性ガス由来の元素がプラズマの中心に到達しにくいとしても、反応生成膜に含まれる反応性ガス由来の元素量に面内ばらつきを解消することができる。
【解決手段】反応性スパッタ成膜法により反応生成膜を形成する際、ヒータ７と基板２０ｘとの間に、被成膜面２１の内側領域２１ａと重なる領域に矩形の開口部８ｂが形成された温度分布調整板８を配置し、被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂに比して低い温度に設定する。このため、内側領域２１ａでは反応性ガス由来の元素が薄膜に取り込まれやすいので、反応性ガス由来の元素がプラズマの中心に到達しにくいとしても、反応生成膜に含まれる反応性ガス由来の元素量に面内ばらつきを解消することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下電極、絶縁層および下電極を備えた非線形素子の製造方法、この方法で製造した非線形素子、この非線形素子を用いた電気光学装置、および反応性スパッタ成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や液晶装置などの技術分野では、各種薄膜を形成するにあたって、スパッタ成膜法が一般に採用されている。このスパッタ成膜法では、真空状態にした成膜室内にアルゴンガスなどの不活性ガス（放電ガス）を導入し、プラズマ中の正イオンを陰極上のターゲット表面に衝突させてターゲット原子をはじき出すことにより基板上に金属膜を形成する。ここで、成膜室内に、不活性ガスとともに、窒素ガスや酸素ガスなどの反応性ガスを導入すると、反応性ガスとターゲット物質との反応生成膜を基板上に形成することができ、このような方法は反応性スパッタ成膜法と称せられている。
【０００３】
ここで、反応性スパッタ法に限らず、スパッタ成膜法では、成膜された薄膜の性質が基板温度の影響を受ける。そのため、基板面内の温度ばらつきを抑えることを目的に、基板より大きな基板ホルダを用い、かつ、基板ホルダにおいて基板から張り出した領域を基板と同一材料で構成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、放射温度計での検出結果に基づいて分割ヒータを制御することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、基板に対して反応性ガスを吹き付けて基板面を加熱することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
さらにまた、冷媒の引き回しを工夫することが提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平５−２５１３６０号公報
【特許文献２】特開平８−１６２４１５号公報
【特許文献３】特開平１０−１２１２５０号公報
【特許文献４】特開２００５−１５８８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１〜４の記載の技術はいずれも、スパッタ成膜法全般において、基板面の温度分布を一定にすることにより基板内の膜質ばらつきを抑えようとする技術であり、反応性スパッタ成膜法特有の膜質の面内ばらつきを抑えることができないという問題点がある。
【０００８】
すなわち、本願発明者が繰り返し行った実験によれば、反応性スパッタ成膜法では、基板面内の温度ばらつきを抑えても、反応生成膜に含まれる反応性ガス由来の元素の含有量が面内でばらつき、膜質に面内ばらつきが発生するという問題点がある。
【０００９】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、反応生成膜に含まれる反応性ガス由来の元素の含有量の面内ばらつきを抑えることにより、反応生成膜の膜質の面内ばらつきを抑えることができる非線形素子の製造方法、この方法で製造した非線形素子、この非線形素子を
用いた電気光学装置、および反応性スパッタ成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、本願発明者が上記課題を解決するために行った種々の検討で得られた新たな知見に基づくものである。すなわち、本願発明者は、反応性スパッタ成膜法で得られた反応生成膜において、反応性ガス由来の元素量が面内でばらつくのは、反応性ガス由来の元素がプラズマの中心に到達しにくいことに起因するという新たな知見を得た。また、本願発明者は、反応性スパッタ成膜法の場合、反応生成膜への反応性ガス由来の元素の取り込み量が基板温度の影響を受けるという新たな知見を得、基板温度による反応性ガス由来の元素の取り込み量の変化を逆に利用して、反応性ガス由来の元素がプラズマの中心に到達しにくいことに起因する反応生成膜の膜質の面内ばらつきを抑えることができると考え、本願発明に到達した。
【００１１】
すなわち、本発明では、基板上に、下電極、該下電極の表面側を覆う絶縁層、および該絶縁層を介して前記下電極に対向する上電極を備えた非線形素子の製造方法において、成膜室内に不活性ガスおよび反応性ガスを導入しながら当該反応性ガスとターゲット物質との反応生成膜を前記基板上に堆積させる反応性スパッタ成膜工程と、少なくとも前記反応生成膜を含む導電膜をパターニングして前記下電極を形成するパターニング工程と、前記下電極の表面に前記絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、を有し、前記反応性スパッタ成膜工程では、前記基板によって構成された被成膜面の内側領域を外周側領域に比して低い温度に設定することを特徴とする。本発明において、非線形素子の下電極は、前記反応性スパッタ成膜工程で形成された反応生成膜のみからなる場合、あるいは前記反応性スパッタ成膜工程で形成された反応生成膜と他の層との複数の層から構成されている場合のいずれであってもよく、複数の層からなる場合、前記反応性スパッタ成膜工程で形成された反応生成膜は、下電極の下層、中間層あるいは上層のいずれの位置に形成されていてもよい。
【００１２】
本発明では、反応性スパッタ成膜法により反応生成膜を形成する際、プラズマ中の反応性ガス由来の元素濃度が等しい条件下では、被成膜面の温度が低い方が反応性ガス由来の元素の反応生成膜からの脱離が起こりにくいので、かかる元素の反応生成膜への取り込み量が多くなることを利用する。すなわち、反応性ガス由来の元素は、プラズマの中心に到達しにくいため、プラズマの中心部では反応性ガス由来の元素濃度が低くなってしまうが、本発明では、反応性スパッタ成膜工程において、被成膜面の内側領域を外周側領域に比して低い温度に設定したため、被成膜面の内側領域では反応性ガス由来の元素が反応生成膜に取り込まれやすいので、反応生成膜に含まれる反応性ガス由来の元素量に面内ばらつきを解消することができる。それ故、反応生成膜の膜質の面内ばらつきを抑えることができる。
【００１３】
本発明において、前記反応性スパッタ成膜工程では、例えば、前記ターゲットとしてタンタルターゲットを用い、前記反応性ガスとして窒素ガスを用い、前記反応生成膜として、窒素含有タンタル膜を形成する。
【００１４】
本発明は、前記反応性スパッタ成膜工程において、前記反応生成膜として、Ｔａ3Ｎ5、Ｔａ2Ｎ、ＴａＮなどとして表わされる窒化タンタル膜よりも窒素含有量が少ない窒素含有タンタル膜を形成するのに適用すると効果が大きい。窒化タンタル膜よりも窒素含有量が少ない窒素含有タンタル膜では、窒素含有量の多い窒化タンタル膜と比較して、窒素含有量がタンタル膜の膜質に与える影響が大きく、例えば、窒素含有量によってタンタル膜の比抵抗が大きく変動する。従って、本発明を適用することにより、窒素含有量が少ない窒素含有タンタル膜において窒素含有量の面内ばらつきを抑えれば、窒素含有タンタル膜の比抵抗の面内ばらつきを抑えることができる。それ故、窒素含有タンタル膜によって下
電極あるいは下電極と同時形成されたタンタル配線において、比被抵抗の面内ばらつきを抑えることができる。
【００１５】
本発明において、「タンタルターゲット」とは、主成分がタンタルであるターゲットを意味し、タングステンやニオブなどを少量含むタンタルターゲットも含む意味である。また、「タンタルターゲット」とは、窒素を含むタンタルターゲットも含む意味であり、この場合、タンタルターゲット由来の窒素と、反応性ガス由来の窒素とによって、窒素含有タンタル膜が形成されることになる。なお、前記反応性スパッタ成膜工程では、例えば、前記ターゲットとしてニオブターゲット、ニオブ−タンタル合金ターゲットを用い、前記反応性ガスとして窒素ガスや酸素ガスを用い、前記反応生成膜として、窒化や酸素を含有するニオブ膜、あるいは窒化や酸素を含有するニオブ−タンタル合金を形成してもよい。
【００１６】
本発明において、前記被成膜面は、例えば、１枚の前記基板によって構成されている。すなわち、基板とターゲットとが１対１で配置されている構成を採用することができ、この場合、１枚の基板の内側領域を外周側領域よりも低い温度に設定する。
【００１７】
本発明において、前記被成膜面は、面内方向に配置された複数枚の前記基板によって構成されていることもある。この場合、複数枚の基板によって構成された被成膜面の内側領域を外周側領域よりも低い温度に設定する。
【００１８】
本発明では、前記反応性スパッタ工程において、被成膜面の内側領域を外周側領域よりも低い温度に設定するにあたっては、前記基板の背面側に当該基板を加熱するためのヒータを配置するとともに、当該基板と前記ヒータとの間には、当該ヒータから前記被成膜面の内側領域に向けての熱伝導性が前記ヒータから前記被成膜面の外周側領域に向けての熱伝導性に比して低い温度分布調整部材を配置することが好ましい。成膜室内では真空状態にあるため、熱伝達は、主に熱伝導によるので、ヒータから被成膜面の内側領域に向けての熱伝導性がヒータから被成膜面の外周側領域に向けての熱伝導性に比して低い温度分布調整部材を基板とヒータとの間に配置すれば、被成膜面の内側領域を外周側領域よりも低い温度に確実かつ容易に設定することができる。
【００１９】
本発明において、前記温度分布調整部材は金属板であって、当該金属板には、前記被成膜面の内側領域と重なる領域に開口部が形成されている構成を採用することができる。このように構成すると、金属板に開口部を形成するだけで、被成膜面の内側領域を外周側領域よりも低い温度に設定することができ、かつ、温度分布調整部材は、外周側領域に対しては周方向での温度ばらつきを解消する均熱板として機能する。また、基板（被成膜面）が大型である場合でも、被成膜面の内側領域を外周側領域よりも低い温度に確実かつ容易に設定することができる。
【００２０】
本発明において、前記温度分布調整部材は基材が金属板であって、当該金属板には、前記被成膜面の内側領域と重なる領域に熱伝導性の低い障壁層が形成されている構成を採用してもよい。この場合、前記障壁層としては、セラミックス層を用いることができる。このように構成すると、金属板に障壁層を形成するだけで、被成膜面の内側領域を外周側領域よりも低い温度に設定することができ、かつ、温度分布調整部材は、外周側領域に対しては周方向での温度ばらつきを解消する均熱板として機能する。また、基板（被成膜面）が大型である場合でも、被成膜面の内側領域を外周側領域よりも低い温度に確実かつ容易に設定することができる。
【００２１】
本発明に係る方法により製造された非線形素子は、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ることができる。
【００２２】
本発明は、非線形素子の下電極を構成するための薄膜の形成に限らず、各種薄膜の形成に適用することができる。すなわち、本発明では、成膜室と、該成膜室内で被成膜面に対向配置されたターゲットと、前記真空内に不活性ガスおよび反応性ガスを導入するガス導入手段とを有し、前記被成膜面と前記ターゲットとの間にプラズマを発生させて前記反応性ガスとターゲット物質との反応生成膜を前記被成膜面上に堆積させる反応性スパッタ装置において、前記被成膜面に対する加熱手段と、当該被成膜面の内側領域を外周側領域に比して低い温度に設定する温度分布調整手段とを備えていることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、反応性スパッタ成膜装置および反応性スパッタ成膜方法を説明した後、本発明を非線形素子およびその製造方法に適用した例を説明し、しかる後に、この非線形素子をアクティブマトリスクス型の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た例を説明する。また、以下の説明で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。
【００２４】
［実施の形態１］
図１は、本発明を適用した反応性スパッタ成膜装置の概略構成を模式的に示す説明図である。図２（ａ）（ｂ）は各々、図１に示す反応性スパッタ成膜装置に用いた温度分布調整部材の説明図である。
【００２５】
図１に示すように、本形態の反応性スパッタ成膜装置１は、成膜室２と、この成膜室２内に配置されたターゲットホルダ４と、このターゲットホルダ４に対向対置された基板ホルダ６とを有しており、ターゲットホルダ４および基板ホルダ６は各々、直流電源あるいは高周波電源を備えた電源装置９に電気的に接続されて陰極および陽極として機能する。図１には、ターゲットホルダ４と基板ホルダ６が上下に配置された例を示してあるが、その上下関係が反転した構成や、ターゲットホルダ４および基板ホルダ６が起立した状態で配置されることもある。
【００２６】
成膜室２の側面部には排気口２ａが形成されており、この排気口２ａに繋がる排気経路にはターボ分子ポンプなどの排気ポンプ（図示せず）が接続されている。また、成膜室２において、ターゲットホルダ４の背面側にはプロセスガス供給管３（ガス導入手段）が開口しており、プロセスガス供給管３は、不活性ガス供給管３ａおよび反応性ガス供給管３ｂに接続されている。不活性ガス供給管３ａにはバルブ３ｅが介挿されているとともに、アルゴンガスなどの不活性ガスが充填されたガスボンベ３ｃが接続されている。反応性ガス供給管３ｂにはバルブ３ｆが介挿されているとともに、窒素ガス、酸素ガス、二酸化炭素ガスなどの反応性ガスが充填されたガスボンベ３ｄが接続されている。２つのバルブ３ｅ、３ｆは、各ガスの流量を調整するためのバルブであり、マスフローコントローラ（図示せず）による制御の下、開度が調整される。
【００２７】
ターゲットホルダ４には、タンタルターゲット、タングステンターゲット、ニオブターゲット、アルミニウムターゲット、チタンターゲット、インジウムターゲット、すずターゲット、亜鉛ターゲット、これらの金属の合金ターゲットなどの各種金属のターゲット５が保持される一方、基板ホルダ６には１枚あるいは複数枚の基板２０ｘが保持され、基板２０ｘはターゲット５と対向配置される。基板ホルダ６には面状のヒータ７（加熱手段）が構成されており、ヒータ７は、基板２０ｘを背面側から加熱する。また、基板ホルダ６には、ヒータ７と基板２０ｘとの間に温度分布調整板８（温度分布調整部材／温度分布調整手段）が配置されており、この温度分布調整板８の詳細な構成は、図２を参照して後述する。
【００２８】
基板ホルダ６には、例えば、図２（ａ）に示すように、基板２０ｘが１枚、保持され、この場合、１枚の基板２０ｘの表面によって被成膜面２１が構成される。これに対して、基板ホルダ６に対して複数枚の基板２０ｘが保持される場合、例えば、図２（ｂ）に示すように、基板ホルダ６に対して４枚の基板２０ｘが面内方向に並んで保持される場合があり、この場合には、４枚の基板２０ｘの表面によって被成膜面２１が構成される。
【００２９】
このような被成膜面２１の温度分布を所定の条件に調整するため、本形態では、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、温度分布調整板８は、矩形のアルミニウム合金板やステンレス板などからなる金属板８ａで構成されているとともに、この金属板８ａには、被成膜面２１の内側領域２１ａと重なる領域に矩形の開口部８ｂが形成されている。このため、ヒータ７から被成膜面２１の内側領域２１ａに向けての熱伝導性がヒータ７から被成膜面２１の外周側領域２１ｂに向けての熱伝導性に比して低い。また、成膜室２内では真空状態にあるため、熱伝達は、主に熱伝導による。従って、反応性スパッタ成膜時、被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂよりも低い温度に設定することができる。また、温度分布調整部材は、被成膜面２１の外周側領域２１ｂに対しては周方向での温度ばらつきを解消する均熱板として機能する。
【００３０】
このように構成した反応性スパッタ成膜装置１において、基板２０ｘの表面にターゲット物質と反応性ガス由来の元素との反応生成膜（薄膜）を形成するには、まず、排気ポンプにより成膜室２の内部を真空にした後、バルブ３ｅ、３ｆの開度を調整して、成膜室２に不活性ガスと反応性ガスを供給する。また、ヒータ７に通電し、温度分布調整板８を介して基板２０ｘを加熱する。その結果、被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂよりも低い温度に設定される。
【００３１】
そして、ターゲットホルダ４と基板ホルダ６との間に給電を行い、ターゲット５と基板２０ｘとの間にプラズマ１ａを発生させる。なお、マグネトロン磁気回路を設けて、ターゲットホルダ４と基板ホルダ６の間にループ状の磁場を形成し、プラズマ１ａの高密度化を図ることもある。
【００３２】
このようにしてプラズマ１ａを発生させると、プラズマ１ａ中のアルゴンイオンがターゲット５の表面に衝突してターゲット原子をはじき出す結果、基板２０ｘ上に金属膜を形成される。その際、反応性ガス由来の元素とターゲット原子が反応し、基板２０ｘ上には反応生成膜が形成される。
【００３３】
以上説明した反応性スパッタ成膜装置１および反応性スパッタ成膜法において、本形態では、反応性スパッタ成膜法により反応生成膜を形成する際、プラズマ１ａ中の反応性ガス由来の元素濃度が等しければ、被成膜面２１の温度が高い方が反応性ガス由来の元素の反応生成膜からの脱離が起こりやすいので、かかる元素の反応生成膜への取り込み量が少なくなるのに対して、被成膜面２１の温度が低い場合には反応性ガス由来の元素の反応生成膜からの脱離が起こりにくいので、かかる元素の薄膜への取り込み量が多いことを利用する。すなわち、反応性ガス由来の元素は、プラズマ１ａの中心に到達しにくいため、プラズマ１ａの中心部では反応性ガス由来の元素濃度が低いが、本形態では、被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂに比して低い温度に設定したため、内側領域２１ａでは反応性ガス由来の元素が反応生成膜に取り込まれやすい。従って、被成膜面２１の内側領域２１ａと外周側領域２１ｂとの間では、反応性ガス由来の元素が反応生成膜に取り込まれる量が同等である。それ故、反応性スパッタ成膜法により形成された反応生成膜に含まれる反応性ガス由来の元素量に面内ばらつきが発生しないので、反応生成膜の膜質の面内ばらつきを抑えることができる。
【００３４】
また、被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂに比して低い温度に設定する
にあたって、本形態では、ヒータ７と基板２０ｘとの間に、被成膜面２１の内側領域２１ａと重なる領域に開口部８ｂが形成された温度分布調整板８を配置しただけであるので、被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂよりも低い温度に確実に設定することができ、かつ、反応性スパッタ成膜装置１に対して大掛かりな改造を必要としない。
【００３５】
［実施の形態２］
図３（ａ）（ｂ）は各々、本発明の実施の形態２に用いた温度分布調整部材の説明図である。なお、本形態は、基本的な構成が実施の形態１と共通するので、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【００３６】
本形態の反応性スパッタ成膜装置は、実施の形態１と同様、図１と同様な構成を有しており、図３（ａ）に示すように、基板２０ｘの背面側にはヒータ７を備えている。また、ヒータ７と基板２０ｘとの間には、温度分布調整板８（温度分布調整部材／温度分布調整手段）が配置されている。ここで、基板ホルダ６には、基板２０ｘが１枚、保持されているので、１枚の基板２０ｘの表面が被成膜面２１となる。これに対して、図３（ｂ）に示すように、基板ホルダ６に対して４枚の基板２０ｘが保持される場合には、４枚の基板２０ｘの表面によって被成膜面２１が構成される。
【００３７】
このような被成膜面２１の温度分布を所定の条件に調整するため、本形態では、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、温度分布調整板８が矩形のアルミニウム合金板やステンレス板などからなる金属板８ａで構成されているとともに、この金属板８ａの表面および裏面には、被成膜面２１の内側領域２１ａと重なる領域に障壁層８ｃが矩形に形成されている。ここで、障壁層８ｃは、金属板８ａの表面にチタン酸化物などのセラミックスを溶射した層である。このため、本形態では、ヒータ７から被成膜面２１の内側領域２１ａに向けての熱伝導性がヒータ７から被成膜面２１の外周側領域２１ｂに向けての熱伝導性に比して低い。また、成膜室２内では真空状態にあるため、熱伝達は、主に熱伝導による。従って、反応性スパッタ成膜時、被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂよりも低い温度に確実かつ容易に設定することができる。また、温度分布調整部材は、被成膜面２１の外周側領域２１ｂに対しては周方向での温度ばらつきを解消する均熱板として機能する。
【００３８】
このように本形態でも、実施の形態１と同様、反応性スパッタ成膜を行う際、被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂに比して低い温度に設定したため、内側領域２１ａでは反応性ガス由来の元素が薄膜に取り込まれやすい。それ故、反応性ガス由来の元素がプラズマ１ａの中心に到達しにくい場合でも、反応性スパッタ成膜法により形成された反応生成膜に含まれる反応性ガス由来の元素量の面内ばらつきを解消することができ、反応生成膜の膜質の面内ばらつきを抑えることができる。
【００３９】
また、被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂに比して低い温度に設定するにあたって、ヒータ７と基板２０ｘとの間に、被成膜面２１の内側領域２１ａと重なる領域に障壁層８ｃが形成された温度分布調整板８を配置しただけであるので、被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂよりも低い温度に確実かつ容易に設定することができる。
【００４０】
［他の温度分布調整手段の例］
上記形態では、ヒータ７と基板２０ｘとの間に配置した温度分布調整板８によって被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂに比して低い温度に設定したが、ヒータ７自身の構造や、基板２０ｘに対する冷却方法あるいは加熱方法などを改良して被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂに比して低い温度に設定してもよい。
【００４１】
また、上記形態では、基板２０ｘの背面側にヒータ７が配置された構成であったが、外部加熱方式の反応性スパッタ成膜装置および反応性スパッタ成膜方法に本発明を適用してもよい。
【００４２】
［非線形素子およびその製造方法］
次に、非線形素子およびその製造方法を例に本発明をより具体的に説明する。図４は、本発明を適用した非線形素子の製造方法を示す工程断面図である。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、非線形素子の下電極を形成するための窒素含有タンタル膜を反応性スパッタ成膜法により形成した際の窒素ガス流量（Ｎ2ｆｌｏｗ Ｒａｔｅ）と、得られた窒素含有タンタル膜の比抵抗（Ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）との関係を示すグラフ、非線形素子の下電極を形成するための窒素含有タンタル膜を反応性スパッタ成膜法により形成した際の窒素ガス流量と、得られた窒素含有タンタル膜の格子定数（Ｌａｔｔｉｃｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ）との関係を示すグラフ、および格子定数に対して比抵抗をプロットしたときのグラフである。ここで、窒素ガス流量が多いほど、窒素含有タンタル膜の窒素含有量が増大する。なお、図５（ａ）、（ｂ）において、基板温度を１５０℃に設定したときの結果を実線Ｌ１５０で示し、基板温度を２５０℃に設定したときの結果を実線Ｌ２５０で示してある。また、図５（ｂ）に示す格子定数は、Ｘ線回折時の２θより算出した。
【００４３】
図４（ｄ）に示すように、非線形素子１０ｘは、窒素含有タンタル膜からなる下電極１３ｘ、この下電極１３ｘの表面側を覆うタンタル酸化膜からなる絶縁層１４ｘ、およびこの絶縁層１４ｘを介して下電極１３ｘに対向する上電極１５ｘを備えたＴＦＤ素子である。基板２０ｘの表面にはタンタル酸化膜などからなる下地絶縁層２０１ｘが形成されており、非線形素子１０ｘは、下地絶縁層２０１ｘの表面に形成されている。
【００４４】
このような構成の非線形素子１０ｘを形成するには、まず、図４（ａ）に示すように、基板２０ｘの表面に下地絶縁層２０１ｘを形成する。
【００４５】
次に、反応性スパッタ成膜工程において、図１〜図３を参照して説明した反応性スパッタ成膜装置１において、ターゲット５としてタンタルターゲットを用い、不活性ガスとしてアルゴンガスを用い、反応性ガスとして窒素ガスを用い、窒素含有タンタル膜１３を反応性スパッタ成膜法により形成する。
【００４６】
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて窒素含有タンタル膜１３をパターニングし、図４（ｂ）に示すように、下電極１３ｘを形成する（パターング工程）。
【００４７】
次に、図４（ｃ）に示す絶縁層形成工程において、下電極１３ｘの表面を酸化し、絶縁層１４ｘを形成する。より具体的には、下電極１３ｘの表面に陽極酸化を行い、窒素含有のタンタル酸化膜からなる絶縁層１４ｘを形成する。また、下電極１３ｘの表面に気相酸化を行い、窒素含有のタンタル酸化膜からなる絶縁層１４ｘを形成してもよい。気相酸化法の場合には、例えば、基板２０ｘを収容した処理室内を３５０℃の温度条件に設定した状態で、酸素を含有するガス（Ｏ2、Ｏ3、Ｈ2Ｏ）を処理室内に導入し、熱酸化法、水蒸気酸化法やオゾン酸化法などの気相酸化法により、絶縁層１４ｂを形成する。その際、活性な原子状酸素を素子基板２０の表面に効率よく供給することを目的に、下電極１３ｂの表面に対して、Ｋｒプラズマ照射、紫外線照射、レーザ照射を併用してもよい。
【００４８】
次に、スパッタ成膜法などにより、上電極形成用の導電膜を形成した後、パターニングし、図４（ｄ）に示すように、上電極１５ｘを形成する。
【００４９】
このような非線形素子１０ｘを製造するにあたっては、本形態では、下電極１３ｘの膜質を最適化して非線形素子１０ｘの電気的特性の向上や、下電極１３ｘと同時形成される
タンタル配線の配線抵抗の低減を目的に、タンタル膜として、窒素含有タンタル膜１３を反応性スパッタ成膜法により形成し、これにより、下電極１３ｘやタンタル配線を形成する。その際、窒素含有タンタル膜１３（下電極１３ｘ）の窒素含有量を多く設定すると、この窒素含有タンタル膜１３（下電極１３ｘ）を酸化してなるタンタル酸化膜を非線形素子１０ｘの絶縁層１４ｘとして用いた場合に非線形素子１０ｘの非線形性が向上する。
【００５０】
また、窒素含有タンタル膜１３（下電極１３ｘ）を反応性スパッタ成膜法で形成する際の窒素ガス流量を増やして窒素含有量を増大させると、比非抵抗は、図５（ａ）に実線Ｌ１５０および点線Ｌ２５０で示すように変化する。すなわち、窒素を含有しないタンタル膜をスパッタ形成しただけでは、正方晶系（β相）のタンタルが形成されるので、比抵抗が高いが、タンタル膜中の窒素含有量を増大させていくと、まず、立方晶系のタンタルと正方晶系のタンタルとが混在した状態になるので、比非抵抗が低下していく。そして、タンタル膜中の窒素含有量が所定条件になると、立方晶系の単相のタンタルとなるため、比非抵抗が最小値を示す。そして、タンタル膜中の窒素含有量をさらに増大させると、擬似立方晶系の単相のタンタルとなって比抵抗が上昇する。さらに、タンタル膜中の窒素含有量が増えると、擬似立方晶系のタンタルと窒化タンタルとの混合相となり、比抵抗がさらに上昇する。
【００５１】
従って、同一基板２０ｘ上に複数の非線形素子１０ｘや複数本のタンタル配線を形成する場合、非線形素子１０ｘの電気的特性や、タンタル配線の配線抵抗の面内ばらつきを抑えるには、窒素含有タンタル膜１３の窒素含有量の面内ばらつきを抑える必要があるが、従来の方法では、反応性ガス由来の元素がプラズマ１ａの中心に到達しにくいことに起因して、被成膜面２１の内側領域２１ａに形成された窒素含有タンタル膜１３（下電極１３ｘやタンタル配線）では窒素含有量が少なく、被成膜面２１の外側領域に形成された窒素含有タンタル膜１３（下電極１３ｘやタンタル配線）では窒素含有量が多くなってしまう。
【００５２】
ここに、本願発明者は、反応性スパッタ成膜の際、窒素含有タンタル膜１３での反応性ガス（窒素ガス）由来の元素（窒素）の取り込み量は、基板温度の影響を受けるという新たな知見に基づいて、面内ばらつきを解消する。すなわち、図５（ａ）に示すように、基板温度が１５０℃と２５０℃の場合では、反応性スパッタ成膜法で形成する際の窒素ガス流量と比非抵抗の関係が相違している。そこで、基板温度が１５０℃と２５０℃で反応性スパッタ成膜法で形成した窒素含有タンタル膜１３をＸ線回折により分析したところ、図５（ｂ）に示すように、窒素ガス流量が同一であっても、基板温度が低い方が格子定数が長いという結果が得られ、かかる結果は、基板温度が低い方が窒素含有量が多いことを示唆する。また、図４（ａ）、（ｂ）に示す結果を、図４（ｃ）に示すように、格子定数と比抵抗との関係でプロットすると、略直線の関係にあることから、窒素含有タンタル膜１３の比抵抗は、格子定数、すなわち窒素含有量によって支配されていると見なすことができる。
【００５３】
このような知見に基づいて、本形態では、図１〜図３を参照して説明したように、反応性スパッタ成膜を行う際、被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂに比して低い温度に設定したため、内側領域２１ａでは窒素ガス由来の窒素が窒素含有タンタル膜１３に取り込まれやすい。それ故、窒素ガス由来の窒素がプラズマ１ａの中心に到達しにくい場合でも、窒素含有タンタル膜１３に含まれる窒素含有量の面内ばらつきを解消することができ、窒素含有タンタル膜１３の膜質の面内ばらつきを抑えることができる。
【００５４】
特に本形態では、反応生成膜として、Ｔａ3Ｎ5、Ｔａ2Ｎ、ＴａＮなどとして表わされる窒化タンタル膜よりも窒素含有量が少ない窒素含有タンタル膜１３を形成するので、窒素含有量がタンタル膜の膜質に与える影響が大きいが、本形態によれば、含有量が少ない
窒素含有タンタル膜１３での窒素含有量の面内ばらつきを抑えることができる。それ故、下電極１３ｘあるいはそれと同時形成されたタンタル配線の窒素含有量の面内ばらつきを抑えることができるので、同一基板上に複数の非線形素子１０ｘや複数本のタンタル配線を形成した場合において、非線形素子１０ｘの電気的特性や、タンタル配線の配線抵抗の面内ばらつきを抑えることができる。
【００５５】
［非線形素子の他の実施の形態］
上記形態では、非線形素子１０ｘの下電極１３ｘが前記の反応性スパッタ成膜工程で形成された反応生成膜（窒素含有タンタル膜１３）のみからなる例であったが、反応性スパッタ成膜工程で形成された反応生成膜（窒素含有タンタル膜１３）と他のタンタル層との複数の層からなる導電膜によって構成されている場合に本発明を適用してもよい。また、下電極１３ｘが複数のタンタル層からなる場合、前記反応性スパッタ成膜工程で形成された反応生成膜（窒素含有タンタル膜１３）は、下電極１３ｘの下層、中間層あるいは上層のいずれの位置に形成されていてもよい。すなわち、前記の反応性スパッタ成膜工程で形成された反応生成膜（窒素含有タンタル膜１３）については、それ自身のみで下電極１３ｘを構成する場合、あるいは上層に形成されるタンタル膜を立方晶系とするための下地膜として機能する場合のいずれであってもよい。
【００５６】
また、前記反応性スパッタ成膜工程において、下電極１３ｘを形成するための反応生成膜を形成するにあたっては、ターゲット５としてニオブターゲット、ニオブ−タンタル合金ターゲットを用い、反応性ガスとして窒素ガスや酸素ガスを用い、反応生成膜として、窒化や酸素を含有するニオブ膜、あるいは窒化や酸素を含有するニオブ−タンタル合金を形成する場合に本発明を適用してもよい。
【００５７】
また、上記形態では、下電極１３ｘを構成する材料を中心に説明したが、絶縁層１４ｘは、水素およびタングステンのうちの少なくとも一方を含有するタンタル酸化膜であることが好ましい。特に、絶縁層１４ｘは、水素およびタングステンの双方を含有しているタンタル酸化膜であることが好ましい。
【００５８】
このような絶縁層１４ｘのタングステンの含有は、下電極１３ｘにタングステンを含有させておくことによって実現できる。タングステンの含有量は、数ａｔ％以下、さらには１ａｔ％以下でも十分である。また、絶縁層１４ｘの水素の含有は、絶縁層１４ｘを形成した後、絶縁層１４ｘに対する水素含有雰囲気中でのアニール処理、あるいは水素プラズマの照射により実現することができる。なお、絶縁層１４ｘの水素の含有量は、例えば、温度が２５０℃以上の雰囲気中で絶縁層１４ｘに水蒸気を接触させることにより導入される程度の濃度でよく、好ましくは、温度が約３２０℃の条件下で水蒸気と接触させることが好ましい。
【００５９】
図６〜図９を参照して水素およびタングステンを含有させた場合の作用、効果を説明する。図６は、非線形素子において絶縁層が含有するタングステン、水素、窒素が非線形素子に及ぼす影響の説明図である。図７は、非線形素子の絶縁層として、窒素含有のタンタル膜を用いた場合、および窒素を含有しないタンタル酸化膜を用いた場合にける水素導入量と素子ドリフト量との関係を示すグラフである。図８は、非線形素子に用いた絶縁層（タンタル酸化膜）におけるタングステンの含有量と、素子ドリフト量との関係を示すグラフである。図９は、非線形素子に用いた絶縁層（タンタル酸化膜）におけるタングステンの含有量と、非線形性の不可逆的なシフト量との関係を示すグラフである。
【００６０】
素子ドリフト現象とは、１回目の電流−電圧特性の測定を行った後、２回目の電流−電圧特性を測定すると、測定結果に差が発生し、２回目の測定では絶縁性が高いという現象である。かかる素子ドリフト現象では、２回目の測定を行ってから、例えば１時間が経過
した後、再度、電流−電圧特性を測定すると、１回目の測定結果と同等の結果が得られ、その直後に電流−電圧特性を測定すると、２回目の測定結果と同様、高い絶縁性を示す結果が得られる。このような素子ドリフト現象は、絶縁層１４ｘ中のイオン性の酸素空乏が下電極１３ｘ／絶縁層１４ｘ界面あるいは絶縁層１４ｘ／上電極１５ｘ界面の一方に引き寄せられることが原因で発生すると考えられ、絶縁層１４ｘ中のイオン性の酸素空乏が一方の界面に引き寄せられた高抵抗化態から、酸素空乏が均一分布した低抵抗化状態にゆるやかに戻る際に、酸素空乏の移動により逆電流が発生し、それに液晶が応答する結果、残像現象が発生するのである。
【００６１】
また、シフト現象は、絶縁層１４ｘからの水素の脱離が原因で起こる現象であり、非線形性の向上のために添加した水素が脱離すると、非線形素子１０ｘの線形性が非可逆的に低下し、画像を表示するために非線形素子１０ｘに通電していた画素においては、画像を切り換えたときでも、それまで表示していた画像の跡が常に残ってしまい、焼き付き現象が発生させるのである。
【００６２】
図６に示すように、絶縁層１４ｘにおいて、タングステンは、非線形性には影響を及ぼさないが、素子ドリフト現象を減少させる一方、シフト現象を増大させる。水素は、非線形性を向上させるとともに、素子ドリフト現象を減少させる。窒素は、非線形性を向上させる一方、素子ドリフト現象を増大させる。また、窒素は、水素の脱離を防止することにより、シフト現象を減少させる。
【００６３】
図７を参照して、かかる窒素および水素と素子ドリフト現象との関係を説明する。図７に示すグラフにおいて、四角および実線Ｌ１１でプロットしたのが、窒素含有のタンタル膜を用いた場合の結果であり、丸および点線Ｌ１２でプロットしたのが、窒素を含有しないタンタル膜を用いた場合の結果である。なお、縦軸のドリフト値とは、非線形素子１０の電流−電圧特性において１回目の測定と、その直後の２回目の測定でともに電流値が１×１０-8Ａを示す電圧値の差であり、この値が大きいほど、残像現象が発生しやすいといえる。なお、図２に示す値は、下電極１３ｘと上電極１５ｘとの対向面積が２．５μｍ×３．０μｍで、絶縁層１４ｘの厚さが５０ｎｍの非線形素子１０ｘで得られた結果である。なお、図７に示すデータを得るにあたって、絶縁層１４ｘを構成するタンタル酸化膜中への窒素の導入は、窒素含有タンタル膜１３により下電極１３ｘを形成した後、その表面に陽極酸化を施して絶縁層１４ｘを形成することにより実現した。これに対して、窒素を含有しないタンタル膜により下電極を形成した後、その表面に陽極酸化を施して絶縁層を形成した場合には、絶縁層を構成するタンタル酸化膜には窒素が導入されないことになる。また、絶縁層１４ｘを構成するタンタル酸化膜中への水素の導入は、絶縁層１４ｘを形成した後、水素を含有する雰囲気中でのアニール処理により行うことより行った。従って、アニール温度が高い方がタンタル酸化膜中への水素導入量が多くなる。
【００６４】
図７に示すように、水素導入のためのアニール温度が０℃、すなわち、水素導入のためのアニール処理を行わない場合、窒素含有のタンタル酸化膜を絶縁層１４ｘとして用いた非線形素子１０ｘは、窒素を含有しないタンタル酸化膜を絶縁層１４ｘとして用いた非線形素子１０ｘと比較してドリフト値が著しく高い。また、窒素を含有しないタンタル酸化膜において水素を導入すると、水素導入量が増えるほど、ドリフト値が大きくなっていく。これに対して、窒素含有タンタル酸化膜において水素を導入すると、水素導入量が増えるほど、ドリフト値が小さくなっていき、アニール温度が２５０℃以上の場合、ドリフト値を十分なレベルにまで低減でき、アニール温度を３２０℃まで高めると、残像現象の発生を確実に防止することができる。
【００６５】
次に、図８および図９を参照して、タングステン、水素、窒素の影響を説明する、図８および図９に示すグラフにおいて、丸および実線Ｌ１１でプロットしたのは、水素添加ア
ニール工程を３２０℃で行った窒素を含有しないタンタル酸化膜の結果であり、四角および点線Ｌ１２でプロットしたのが、水素添加アニール工程を２６０℃で行った窒素含有のタンタル酸化膜の結果である。また、図８および図９には、水素添加アニール工程を２６０℃で行った窒素（含有量１．５ａｔ％）含有のタンタル酸化膜の結果も三角でプロットし、水素添加アニール工程を２６０℃で行った窒素（含有量２．０ａｔ％）含有のタンタル酸化膜の結果も×印でプロットしてある。図８に示すグラフにおいて、縦軸のドリフト値とは、非線形素子１０の電流−電圧特性において１回目の測定と、その直後の２回目の測定でともに電流値が１×１０-8Ａを示す電圧値の差であり、この値が大きいほど、残像現象が発生しやすいといえる。なお、図８に示す値は、下電極１３ｘと上電極１５ｘとの対向面積が２．５μｍ×３．０μｍで、絶縁層１４ｘの厚さが５０ｎｍの非線形素子１０ｘで得られた結果である。また、図９に示すグラフにおいて、縦軸のシフト値とは、非線形素子１０に１×１０-7Ａの電流が流れるような正および負の矩形パルスを１秒ずつ交互に印加し続けた場合において、印加開始時からみて１００秒経過後の電流値の変化率を百分率で表わした値であり、その値が大きいほど、焼き付きが発生しやすいといえる。
【００６６】
まず、図８に示すように、絶縁層１４ｘを構成するタンタル酸化膜において、タングステンの含有量が多いほど、素子ドリフト値が小さくなる。但し、図９に示すように、絶縁層１４ｘを構成するタンタル酸化膜において、タングステンの含有量が多いほど、非線形性の不可逆的なシフト量が大きくなり、表示した画像に焼き付きが発生する傾向にある。すなわち、絶縁層１４ｘに対してタングステンを添加すると絶縁層１４ｘの比抵抗が増大するため、同一レベルの電流を液晶に流そうとしたときに必要な駆動電圧が、タングステンを添加しない場合と比較して高くなってしまい、絶縁層１４ｘに添加した水素が脱離し、非線形性が非可逆的に低下してしまうのである。その結果、画像を表示するために非線形素子１０ｘに通電していた画素においては、非線形素子１０ｘの線形性が低下し、画像を切り換えたときでも、それまで表示していた画像の跡が常に残ってしまう現象（焼き付き現象）が発生してしまう。しかるに本形態では、非線形素子１０ｘの絶縁層１４ｘが窒素を含有しており、窒素は水素の脱離を抑制する効果があるので、絶縁層１４ｘに対してタングステンおよび水素を添加して、非線形性の向上、および素子ドリフト現象の防止の双方を図った場合でも、但し、絶縁層１４ｘを構成するタンタル酸化膜において窒素を含有させると、非線形性の不可逆的なシフト量を低く抑えることができる。
【００６７】
［電気光学装置への適用例］
（全体構成）
図１０は、本発明の実施の形態１に係るアクティブマトリクス型の電気光学装置（液晶装置）の電気的構成を示すブロック図である。図１１は、本発明が適用される電気光学装置の構成を模式的に示す断面図である。なお、以下、後述する実施の形態で共通の構成を説明した後、本形態の特徴部分を説明する。
【００６８】
図１０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、ＴＦＤからなる非線形素子１０とが直列接続しており、図１０に示す例では、液晶層５４が走査線５１の側に、非線形素子１０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、非線形素子１０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。
【００６９】
このような電気光学装置１００は、具体的には、例えば、図１１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、前記の非線形素子１０や
画素電極が形成された素子基板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非線形素子１０と、それらの非線形素子１０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１１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、非線形素子１０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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
（画素５３の構成）
図１２は、本発明が適用された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１３は、図１２に示す各画素に形成されたＴＦＤの説明図である。
【００７３】
図１２および図１３に示すように、本形態の非線形素子１０は、第１のＴＦＤ１０ａおよび第２のＴＦＤ１０ｂを備えたＢａｃｋ−ｔｏ−Ｂａｃｋ構造を有している。すなわち、非線形素子１０は、素子基板２０の表面に形成された下地層２０１上において、下電極１３ｂと、この下電極１３ｂの表面に、後述するように、陽極酸化法あるいは気相酸化法によって形成された絶縁層１４ｂと、この表面に形成されて相互に離間した上電極１５ａ、１５ｂとを備えており、下電極１３ｂの上面および側面と上電極１５ａ、１５ｂとは、絶縁層１４ｂを介して対向している。上電極１５ａは、そのままデータ線５２となる金属層１５ｃと一体に形成されている一方、上電極１５ｂは、画素電極２３に接続されている。なお、データ線５２は、下電極１３ｂと同時形成されたタンタル配線１３ａを備えており、このタンタル配線１３ａの表面には、絶縁層１４ｂと同時形成された絶縁層１４ａが形成されている。下地層２０１は、例えば、厚さが５０〜２００ｎｍ程度のタンタル酸化膜などの絶縁層によって構成され、下電極１３ｂの構成によっては省略してもよい。
【００７４】
本形態の非線形素子１０において、下電極１３ｂは、図１〜図４を参照して説明した窒素含有タンタル膜からなる。また、データ線５２を構成するタンタル配線１３ａも、図１〜図４を参照して説明した窒素含有タンタル膜からなる。これらの窒素含有タンタル膜の膜の膜厚は例えば５０〜１５０ｎｍである。
【００７５】
絶縁層１４ａ、１４ｂは、後述するように、陽極酸化法あるいは気相酸化法によってタ
ンタル配線１３ａおよび下電極１３ｂの表面を酸化することによって形成された厚さが２０〜４０ｎｍ程度のタンタル酸化膜である。上電極１５ａ、１５ｂは、例えばクロム（Ｃｒ）などといった金属膜によって１００〜５００ｎｍ程度の厚さに形成されている。
【００７６】
第１のＴＦＤ１０ａは、データ線５２の側からみると順番に、上電極１５ａ／絶縁層１４ｂ／下電極１３ｂとなって、金属（導電体）／絶縁体／金属（導電体）のサンドイッチ構造を採るため、ダイオードスイッチング特性を有することになる。一方、第２のＴＦＤ１０ｂは、データ線５２の側からみると順番に、下電極１３ｂ／絶縁層１４ｂ／上電極１５ｂとなって、第１のＴＦＤ１０ａとは、反対のダイオードスイッチング特性を有することになる。従って、非線形素子１０は、２つのダイオードを互いに逆向きに直列接続した形となっているため、１つのダイオードを用いる場合と比べると、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になる。なお、このように非線形特性を厳密に対称化する必要がないのであれば、１つの非線形素子のみを用いても良い。
【００７７】
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。従って、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。
【００７８】
（電気光学装置１００および非線形素子１０の製造方法）
図１４は、本形態の電気光学装置１００の製造方法の一例を示す工程図である。図１５は、素子基板形成工程の一部（非線形素子の製造工程など）を示す工程図である。図１６は、素子基板形成工程の一部（非線形素子の製造工程など）を示す説明図であり、その左側には断面図を示し、右側には平面図を示してある。
【００７９】
本形態において、電気光学装置１００を製造するにあたっては、図１４に示す非線形素子形成工程Ｐ１〜シール材印刷工程Ｐ５からなる素子基板形成工程と、カラーフィルタ形成工程Ｐ６〜ラビング処理工程Ｐ１０からなる対向基板形成工程とは別々に行われる。また、これらの工程は、素子基板２０および対向基板３０を多数取りできる大型の元基板の状態で行われるが、以下の説明では、単品サイズおよび大型の元基板については区別せず、素子基板２０および対向基板３０と称する。
【００８０】
本形態では、大型の素子基板２０に対して非線形素子形成工程Ｐ１を行うことにより、電気光学装置複数個分のデータ線５２および非線形素子１０を形成する。この非線形素子形成工程Ｐ１では、図１５に示す工程順序に従って、図１６に示す以下の工程が行われる。
【００８１】
まず、図１６（ａ）に示す下地膜形成工程ＳＴ１０１において、大型の素子基板２０の表面全体に、厚さが５０〜２００ｎｍ程度のタンタル酸化物などの絶縁層を一様な厚さに成膜して下地層２０１を形成する。
【００８２】
次に、下電極形成工程ＳＴ１１０を行う。この下電極形成工程ＳＴ１１０として、本形態では、まず、タンタル膜形成工程ＳＴ１１１（反応性スパッタ成膜工程）において、図１〜図４を参照して説明した反応性スパッタ装置１および反応性スパッタ成膜方法により、膜厚が例えば５０〜１５０ｎｍの窒素含有タンタル膜１３を形成する。その際、ターゲットとして、タングステン含有のタンタルターゲットを用い、窒素含有タンタル膜１３として、タングステンを含有する窒素含有タンタル膜１３を形成することが好ましい。
【００８３】
次に、タンタル膜パターニング工程ＳＴ１１２（パターニング工程）において、窒素含有タンタル膜１３の上層にレジストマスクを形成した状態で、窒素含有タンタル膜１３に対して、ＣＦ4あるいはＳＦ6などを含むエッチングガスを用いてドライエッチングを行い、図１６（ｂ）に示すように、窒素含有タンタル膜１３を下電極１３ｂと、データ線５２の下層側を構成するタンタル配線１３ａとにパターニングした後、レジストマスクを除去する。この状態で、データ線５２のタンタル配線１３ａと下電極１３ｂとはブリッジ部１３ｃで繋がっている。
【００８４】
次に、図１６（ｃ）に示す陽極酸化工程ＳＴ１２０（絶縁層形成工程）においては、大型の素子基板２０を電解槽内で電解液に浸漬した状態で、素子基板２０に給電し、陽極酸化を行う。その際、データ線５２のタンタル配線１３ａおよびブリッジ部１３ｃを介して下電極１３ｂに給電され、それらの下電極１３ｂの表面（上面および側面）には、厚さが１５〜４０ｎｍ程度のタンタル酸化膜からなる絶縁層１４ｂが形成される。この段階で、絶縁層１４ｂは、窒素含有のタンタル酸化膜からなる。なお、タンタル配線１３ａの表面にも、絶縁層１４ｂと同様な絶縁層１４ａが形成される。
【００８５】
次に、水素添加アニール工程ＳＴ１３０（水素導入工程）において、水素を含有する雰囲気中で素子基板２０を加熱する。その結果、絶縁層１４ｂは、窒素原子および水素原子を含有するタンタル酸化膜となる。このため、絶縁層１４ｂ内の転位や空孔などの欠陥密度が低減されるので、非線形素子１０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。さらに、窒素を含有することに起因する素子ドリフト現象を防止することができる。このような水素添加アニール工程を行うにあたっては、具体的には、素子基板２０を収容した処理室を窒素ガス雰囲気とするとともに、３２０℃の温度に設定し、この状態で、処理室内に水蒸気を含むガス、例えば大気を導入する。
【００８６】
なお、水素添加アニール工程ＳＴ１３０では、素子基板２０を所定の温度に加熱した状態で素子基板２０に対して、加圧水蒸気を供給してもよい。また、水素導入工程としては、水素添加アニールに代えて、水素プラズマを照射してもよい。
【００８７】
次に、図１６（ｄ）に示すブリッジ部除去工程ＳＴ１４０においては、例えば、ドライエッチングによりブリッジ部１３ｃを大型の素子基板２０から除去する。これにより、第１ＴＦＤ１０ａおよび第２ＴＦＤ１０ｂの下電極１３ｂおよび絶縁層１４ｂが、データ線５２から島状に分断される。なお、この工程では、ブリッジ部の他に、給電パターンのうち、大型の素子基板２０を切断した際に素子基板２０に残ってしまう不要な部分についても除去する。また、必要に応じて、画素電極２３に相当する領域の下地層２０１を除去する。
【００８８】
次に、上電極形成工程ＳＴ１５０においては、まず、クロム膜形成工程ＳＴ１５１において、厚さが１００〜５００ｎｍ程度のＣｒをスパッタなどによって一様な厚さで成膜した後、クロム膜パターニング工程ＳＴ１５２において、フォトリソグラフィ技術を利用して、クロム膜をパターニングし、図１６（ｅ）に示すように、データ線５２の最上層としての金属層１５ｃ、第１のＴＦＤ１０ａの上電極１５ａ、および第２のＴＦＤ１０ｂの上電極１５ｂを形成する。以上により、非線形素子１０（ＴＦＤ１０ａ、１０ｂ）が素子基
板２０の表面に必要な数だけ形成される。
【００８９】
次に、図１４に示す画素電極形成工程Ｐ２においては、ＩＴＯ膜形成工程ＳＴ２０１において、画素電極２３を形成するためのＩＴＯをスパッタなどによって一様な厚さで成膜した後、ＩＴＯ膜パターニング工程ＳＴ２０２において、フォトリソグラフィ技術により、１画素分の大きさに相当する所定形状の画素電極２３をその一部が上電極１５ｂに重なるように形成する。これらの一連の工程により、図１２および図１３に示す非線形素子１０および画素電極２３が形成される。
【００９０】
しかる後には、図１４の配向膜工程Ｐ３において、素子基板２０の表面にポリイミド、ポリビニルアルコールなどを一様な厚さに形成することによって配向膜２４を形成した後、ラビング処理工程Ｐ４において、配向膜２４に対してラビング処理その他の配向処理を行う。次に、シール材印刷工程Ｐ５において、ディスペンサーやスクリーン印刷などによってシール材１０４（図１１参照）を環状に塗布する。なお、シール材１０４の一部分には、液晶注入口を形成しておく。
【００９１】
以上の素子基板形成工程とは別に、対向基板形成工程（カラーフィルタ形成工程Ｐ６〜ラビング処理工程Ｐ１０）を行う。それには、まず、ガラス基板などといった透光性材料によって形成された大型の対向基板３０を用意した後、カラーフィルタ形成工程Ｐ６において、大型の対向基板３０の表面上にブラックマトリクス３９、およびカラーフィルタ３８を形成する。ここで、カラー表示が必要でない場合には、カラーフィルタ３８を形成する必要はない。次に、平坦化層形成工程Ｐ７において、カラーフィルタ３８の上に平坦化膜３７を一様な厚さに形成して表面を平坦化する。次に、対向電極形成工程Ｐ８において、ＩＴＯ膜などによりストライプ状の対向電極３１、すなわち、走査線５１を形成する。次に、配向膜形成工程Ｐ９において、走査線５１などの上にポリイミドなどによって一様な厚さの配向膜３４を形成した後、ラビング処理工程Ｐ１０において、配向膜３４に対してラビング処理などといった配向処理を施す。
【００９２】
その後、大型の素子基板２０と大型の対向基板３０とを位置合わせした上でシール材１０４を間に挟んで貼り合わせ（貼り合わせ工程Ｐ１１）、さらに紫外線硬化その他の方法でシール材１０４を硬化させる（シール材硬化工程Ｐ１２）。これにより、液晶装置複数個分を含んでいる空のパネル構造体が形成される。その後、空のパネル構造体を短冊状のパネル構造体に切断する（１次切断工程Ｐ１３）。この短冊状のパネル構造体の切断個所では、シール材１０４の途切れ部分からなる液晶注入口が外部に開口しているので、露出した液晶注入口からパネル構造体の内側に液晶を減圧注入した後（液晶注入工程Ｐ１４）、各液晶注入口に対して樹脂などの封止材を塗布して、各液晶注入口を封止する（注入口封止工程Ｐ１５）。なお、この工程により、パネル構造体に液晶が付着するので、液晶を注入し終えたパネル構造体を洗浄する（洗浄工程Ｐ１６）。その後、パネル構造体をさらに切断することにより、複数個の電気光学装置１００が切り出される（２次切断工程Ｐ１７）。しかる後に、電気光学装置１００に液晶駆動用ＩＣチップ２６０などを実装し、電気光学装置１００が完成する（実装工程Ｐ１８）。
【００９３】
［電気光学装置への他の適用例］
上記形態では、ＴＮモードあるいはＶＡＮモードの液晶装置（電気光学装置）を例に説明したため、対向基板に対向電極が形成された構成であったが、素子基板に画素電極および対向電極（共通電極）の双方が形成されたＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードやＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードの液晶装置（電気光学装置）に本発明を適用してもよい。
【００９４】
［電子機器への搭載例］
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】
【００９５】
【図１】本発明を適用した反応性スパッタ成膜装置の概略構成を模式的に示す説明図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態１に係る反応性スパッタ成膜装置に用いた温度分布調整部材の説明図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態２に係る反応性スパッタ成膜装置に用いた温度分布調整部材の説明図である。
【図４】本発明を適用した非線形素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、非線形素子の下電極を形成するための窒素含有タンタル膜を反応性スパッタ成膜法により形成した際の窒素ガス流量と、得られた窒素含有タンタル膜の比抵抗との関係を示すグラフ、非線形素子の下電極を形成するための窒素含有タンタル膜を反応性スパッタ成膜法により形成した際の窒素ガス流量と、得られた窒素含有タンタル膜の格子定数との関係を示すグラフ、および格子定数に対して比抵抗をプロットしたときのグラフである。
【図６】非線形素子において絶縁層が含有するタングステン、水素、窒素が非線形素子に及ぼす影響の説明図である。
【図７】非線形素子の絶縁層として、窒素含有のタンタル膜を用いた場合、および窒素を含有しないタンタル酸化膜を用いた場合にける水素導入量と素子ドリフト量との関係を示すグラフである。
【図８】非線形素子に用いた絶縁層（タンタル酸化膜）におけるタングステンの含有量と、素子ドリフト量との関係を示すグラフである。
【図９】非線形素子に用いた絶縁層（タンタル酸化膜）におけるタングステンの含有量と、非線形性の不可逆的なシフト量との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明を適用した電気光学装置（液晶装置）の電気的構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明が適用される電気光学装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図１２】図１０に示す電気光学装置において、非線形素子を含む数画素分のレイアウトを示す平面図である。
【図１３】図１０に示す電気光学装置において、各画素に形成された非線形素子の説明図である。
【図１４】図１０に示す電気光学装置の製造方法の一例を示す工程図である。
【図１５】図１０に示す電気光学装置の製造工程のうち、素子基板形成工程の一部を示す工程図である。
【図１６】図１５に示す素子基板形成工程の一部を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９６】
１・・反応性スパッタ成膜装置、１ａ・・プラズマ、２・・成膜室、３・・プロセスガス供給管（ガス導入手段）、５・・ターゲット、７・・ヒータ（加熱手段）、８・・温度分布調整板（温度分布調整部材／温度分布調整手段）、８ｂ・・温度分布調整板の開口部、８ｃ・・温度分布調整板の障壁層、１０、１０ｘ・・非線形素子（ＴＦＤ）、１３ａ・・タンタル配線、１３ｂ、１３ｘ・・下電極、１４ｂ、１４ｘ・・絶縁層、１５ｂ、１５ｘ・・上電極、２０、２０ｘ・・素子基板、２１・・被成膜面、２１ａ・・被成膜面の内側領域、２１ｂ・・被成膜面の外周側領域、１００・・電気光学装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下電極、絶縁層および下電極を備えた非線形素子の製造方法、この方法で製造した非線形素子、この非線形素子を用いた電気光学装置、および反応性スパッタ成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や液晶装置などの技術分野では、各種薄膜を形成するにあたって、スパッタ成膜法が一般に採用されている。このスパッタ成膜法では、真空状態にした成膜室内にアルゴンガスなどの不活性ガス（放電ガス）を導入し、プラズマ中の正イオンを陰極上のターゲット表面に衝突させてターゲット原子をはじき出すことにより基板上に金属膜を形成する。ここで、成膜室内に、不活性ガスとともに、窒素ガスや酸素ガスなどの反応性ガスを導入すると、反応性ガスとターゲット物質との反応生成膜を基板上に形成することができ、このような方法は反応性スパッタ成膜法と称せられている。
【０００３】
ここで、反応性スパッタ法に限らず、スパッタ成膜法では、成膜された薄膜の性質が基板温度の影響を受ける。そのため、基板面内の温度ばらつきを抑えることを目的に、基板より大きな基板ホルダを用い、かつ、基板ホルダにおいて基板から張り出した領域を基板と同一材料で構成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、放射温度計での検出結果に基づいて分割ヒータを制御することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、基板に対して反応性ガスを吹き付けて基板面を加熱することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
さらにまた、冷媒の引き回しを工夫することが提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平５−２５１３６０号公報
【特許文献２】特開平８−１６２４１５号公報
【特許文献３】特開平１０−１２１２５０号公報
【特許文献４】特開２００５−１５８８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１〜４の記載の技術はいずれも、スパッタ成膜法全般において、基板面の温度分布を一定にすることにより基板内の膜質ばらつきを抑えようとする技術であり、反応性スパッタ成膜法特有の膜質の面内ばらつきを抑えることができないという問題点がある。
【０００８】
すなわち、本願発明者が繰り返し行った実験によれば、反応性スパッタ成膜法では、基板面内の温度ばらつきを抑えても、反応生成膜に含まれる反応性ガス由来の元素の含有量が面内でばらつき、膜質に面内ばらつきが発生するという問題点がある。
【０００９】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、反応生成膜に含まれる反応性ガス由来の元素の含有量の面内ばらつきを抑えることにより、反応生成膜の膜質の面内ばらつきを抑えることができる非線形素子の製造方法、この方法で製造した非線形素子、この非線形素子を
用いた電気光学装置、および反応性スパッタ成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、本願発明者が上記課題を解決するために行った種々の検討で得られた新たな知見に基づくものである。すなわち、本願発明者は、反応性スパッタ成膜法で得られた反応生成膜において、反応性ガス由来の元素量が面内でばらつくのは、反応性ガス由来の元素がプラズマの中心に到達しにくいことに起因するという新たな知見を得た。また、本願発明者は、反応性スパッタ成膜法の場合、反応生成膜への反応性ガス由来の元素の取り込み量が基板温度の影響を受けるという新たな知見を得、基板温度による反応性ガス由来の元素の取り込み量の変化を逆に利用して、反応性ガス由来の元素がプラズマの中心に到達しにくいことに起因する反応生成膜の膜質の面内ばらつきを抑えることができると考え、本願発明に到達した。
【００１１】
すなわち、本発明では、基板上に、下電極、該下電極の表面側を覆う絶縁層、および該絶縁層を介して前記下電極に対向する上電極を備えた非線形素子の製造方法において、成膜室内に不活性ガスおよび反応性ガスを導入しながら当該反応性ガスとターゲット物質との反応生成膜を前記基板上に堆積させる反応性スパッタ成膜工程と、少なくとも前記反応生成膜を含む導電膜をパターニングして前記下電極を形成するパターニング工程と、前記下電極の表面に前記絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、を有し、前記反応性スパッタ成膜工程では、前記基板によって構成された被成膜面の内側領域を外周側領域に比して低い温度に設定することを特徴とする。本発明において、非線形素子の下電極は、前記反応性スパッタ成膜工程で形成された反応生成膜のみからなる場合、あるいは前記反応性スパッタ成膜工程で形成された反応生成膜と他の層との複数の層から構成されている場合のいずれであってもよく、複数の層からなる場合、前記反応性スパッタ成膜工程で形成された反応生成膜は、下電極の下層、中間層あるいは上層のいずれの位置に形成されていてもよい。
【００１２】
本発明では、反応性スパッタ成膜法により反応生成膜を形成する際、プラズマ中の反応性ガス由来の元素濃度が等しい条件下では、被成膜面の温度が低い方が反応性ガス由来の元素の反応生成膜からの脱離が起こりにくいので、かかる元素の反応生成膜への取り込み量が多くなることを利用する。すなわち、反応性ガス由来の元素は、プラズマの中心に到達しにくいため、プラズマの中心部では反応性ガス由来の元素濃度が低くなってしまうが、本発明では、反応性スパッタ成膜工程において、被成膜面の内側領域を外周側領域に比して低い温度に設定したため、被成膜面の内側領域では反応性ガス由来の元素が反応生成膜に取り込まれやすいので、反応生成膜に含まれる反応性ガス由来の元素量に面内ばらつきを解消することができる。それ故、反応生成膜の膜質の面内ばらつきを抑えることができる。
【００１３】
本発明において、前記反応性スパッタ成膜工程では、例えば、前記ターゲットとしてタンタルターゲットを用い、前記反応性ガスとして窒素ガスを用い、前記反応生成膜として、窒素含有タンタル膜を形成する。
【００１４】
本発明は、前記反応性スパッタ成膜工程において、前記反応生成膜として、Ｔａ3Ｎ5、Ｔａ2Ｎ、ＴａＮなどとして表わされる窒化タンタル膜よりも窒素含有量が少ない窒素含有タンタル膜を形成するのに適用すると効果が大きい。窒化タンタル膜よりも窒素含有量が少ない窒素含有タンタル膜では、窒素含有量の多い窒化タンタル膜と比較して、窒素含有量がタンタル膜の膜質に与える影響が大きく、例えば、窒素含有量によってタンタル膜の比抵抗が大きく変動する。従って、本発明を適用することにより、窒素含有量が少ない窒素含有タンタル膜において窒素含有量の面内ばらつきを抑えれば、窒素含有タンタル膜の比抵抗の面内ばらつきを抑えることができる。それ故、窒素含有タンタル膜によって下
電極あるいは下電極と同時形成されたタンタル配線において、比被抵抗の面内ばらつきを抑えることができる。
【００１５】
本発明において、「タンタルターゲット」とは、主成分がタンタルであるターゲットを意味し、タングステンやニオブなどを少量含むタンタルターゲットも含む意味である。また、「タンタルターゲット」とは、窒素を含むタンタルターゲットも含む意味であり、この場合、タンタルターゲット由来の窒素と、反応性ガス由来の窒素とによって、窒素含有タンタル膜が形成されることになる。なお、前記反応性スパッタ成膜工程では、例えば、前記ターゲットとしてニオブターゲット、ニオブ−タンタル合金ターゲットを用い、前記反応性ガスとして窒素ガスや酸素ガスを用い、前記反応生成膜として、窒化や酸素を含有するニオブ膜、あるいは窒化や酸素を含有するニオブ−タンタル合金を形成してもよい。
【００１６】
本発明において、前記被成膜面は、例えば、１枚の前記基板によって構成されている。すなわち、基板とターゲットとが１対１で配置されている構成を採用することができ、この場合、１枚の基板の内側領域を外周側領域よりも低い温度に設定する。
【００１７】
本発明において、前記被成膜面は、面内方向に配置された複数枚の前記基板によって構成されていることもある。この場合、複数枚の基板によって構成された被成膜面の内側領域を外周側領域よりも低い温度に設定する。
【００１８】
本発明では、前記反応性スパッタ工程において、被成膜面の内側領域を外周側領域よりも低い温度に設定するにあたっては、前記基板の背面側に当該基板を加熱するためのヒータを配置するとともに、当該基板と前記ヒータとの間には、当該ヒータから前記被成膜面の内側領域に向けての熱伝導性が前記ヒータから前記被成膜面の外周側領域に向けての熱伝導性に比して低い温度分布調整部材を配置することが好ましい。成膜室内では真空状態にあるため、熱伝達は、主に熱伝導によるので、ヒータから被成膜面の内側領域に向けての熱伝導性がヒータから被成膜面の外周側領域に向けての熱伝導性に比して低い温度分布調整部材を基板とヒータとの間に配置すれば、被成膜面の内側領域を外周側領域よりも低い温度に確実かつ容易に設定することができる。
【００１９】
本発明において、前記温度分布調整部材は金属板であって、当該金属板には、前記被成膜面の内側領域と重なる領域に開口部が形成されている構成を採用することができる。このように構成すると、金属板に開口部を形成するだけで、被成膜面の内側領域を外周側領域よりも低い温度に設定することができ、かつ、温度分布調整部材は、外周側領域に対しては周方向での温度ばらつきを解消する均熱板として機能する。また、基板（被成膜面）が大型である場合でも、被成膜面の内側領域を外周側領域よりも低い温度に確実かつ容易に設定することができる。
【００２０】
本発明において、前記温度分布調整部材は基材が金属板であって、当該金属板には、前記被成膜面の内側領域と重なる領域に熱伝導性の低い障壁層が形成されている構成を採用してもよい。この場合、前記障壁層としては、セラミックス層を用いることができる。このように構成すると、金属板に障壁層を形成するだけで、被成膜面の内側領域を外周側領域よりも低い温度に設定することができ、かつ、温度分布調整部材は、外周側領域に対しては周方向での温度ばらつきを解消する均熱板として機能する。また、基板（被成膜面）が大型である場合でも、被成膜面の内側領域を外周側領域よりも低い温度に確実かつ容易に設定することができる。
【００２１】
本発明に係る方法により製造された非線形素子は、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ることができる。
【００２２】
本発明は、非線形素子の下電極を構成するための薄膜の形成に限らず、各種薄膜の形成に適用することができる。すなわち、本発明では、成膜室と、該成膜室内で被成膜面に対向配置されたターゲットと、前記真空内に不活性ガスおよび反応性ガスを導入するガス導入手段とを有し、前記被成膜面と前記ターゲットとの間にプラズマを発生させて前記反応性ガスとターゲット物質との反応生成膜を前記被成膜面上に堆積させる反応性スパッタ装置において、前記被成膜面に対する加熱手段と、当該被成膜面の内側領域を外周側領域に比して低い温度に設定する温度分布調整手段とを備えていることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、反応性スパッタ成膜装置および反応性スパッタ成膜方法を説明した後、本発明を非線形素子およびその製造方法に適用した例を説明し、しかる後に、この非線形素子をアクティブマトリスクス型の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た例を説明する。また、以下の説明で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。
【００２４】
［実施の形態１］
図１は、本発明を適用した反応性スパッタ成膜装置の概略構成を模式的に示す説明図である。図２（ａ）（ｂ）は各々、図１に示す反応性スパッタ成膜装置に用いた温度分布調整部材の説明図である。
【００２５】
図１に示すように、本形態の反応性スパッタ成膜装置１は、成膜室２と、この成膜室２内に配置されたターゲットホルダ４と、このターゲットホルダ４に対向対置された基板ホルダ６とを有しており、ターゲットホルダ４および基板ホルダ６は各々、直流電源あるいは高周波電源を備えた電源装置９に電気的に接続されて陰極および陽極として機能する。図１には、ターゲットホルダ４と基板ホルダ６が上下に配置された例を示してあるが、その上下関係が反転した構成や、ターゲットホルダ４および基板ホルダ６が起立した状態で配置されることもある。
【００２６】
成膜室２の側面部には排気口２ａが形成されており、この排気口２ａに繋がる排気経路にはターボ分子ポンプなどの排気ポンプ（図示せず）が接続されている。また、成膜室２において、ターゲットホルダ４の背面側にはプロセスガス供給管３（ガス導入手段）が開口しており、プロセスガス供給管３は、不活性ガス供給管３ａおよび反応性ガス供給管３ｂに接続されている。不活性ガス供給管３ａにはバルブ３ｅが介挿されているとともに、アルゴンガスなどの不活性ガスが充填されたガスボンベ３ｃが接続されている。反応性ガス供給管３ｂにはバルブ３ｆが介挿されているとともに、窒素ガス、酸素ガス、二酸化炭素ガスなどの反応性ガスが充填されたガスボンベ３ｄが接続されている。２つのバルブ３ｅ、３ｆは、各ガスの流量を調整するためのバルブであり、マスフローコントローラ（図示せず）による制御の下、開度が調整される。
【００２７】
ターゲットホルダ４には、タンタルターゲット、タングステンターゲット、ニオブターゲット、アルミニウムターゲット、チタンターゲット、インジウムターゲット、すずターゲット、亜鉛ターゲット、これらの金属の合金ターゲットなどの各種金属のターゲット５が保持される一方、基板ホルダ６には１枚あるいは複数枚の基板２０ｘが保持され、基板２０ｘはターゲット５と対向配置される。基板ホルダ６には面状のヒータ７（加熱手段）が構成されており、ヒータ７は、基板２０ｘを背面側から加熱する。また、基板ホルダ６には、ヒータ７と基板２０ｘとの間に温度分布調整板８（温度分布調整部材／温度分布調整手段）が配置されており、この温度分布調整板８の詳細な構成は、図２を参照して後述する。
【００２８】
基板ホルダ６には、例えば、図２（ａ）に示すように、基板２０ｘが１枚、保持され、この場合、１枚の基板２０ｘの表面によって被成膜面２１が構成される。これに対して、基板ホルダ６に対して複数枚の基板２０ｘが保持される場合、例えば、図２（ｂ）に示すように、基板ホルダ６に対して４枚の基板２０ｘが面内方向に並んで保持される場合があり、この場合には、４枚の基板２０ｘの表面によって被成膜面２１が構成される。
【００２９】
このような被成膜面２１の温度分布を所定の条件に調整するため、本形態では、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、温度分布調整板８は、矩形のアルミニウム合金板やステンレス板などからなる金属板８ａで構成されているとともに、この金属板８ａには、被成膜面２１の内側領域２１ａと重なる領域に矩形の開口部８ｂが形成されている。このため、ヒータ７から被成膜面２１の内側領域２１ａに向けての熱伝導性がヒータ７から被成膜面２１の外周側領域２１ｂに向けての熱伝導性に比して低い。また、成膜室２内では真空状態にあるため、熱伝達は、主に熱伝導による。従って、反応性スパッタ成膜時、被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂよりも低い温度に設定することができる。また、温度分布調整部材は、被成膜面２１の外周側領域２１ｂに対しては周方向での温度ばらつきを解消する均熱板として機能する。
【００３０】
このように構成した反応性スパッタ成膜装置１において、基板２０ｘの表面にターゲット物質と反応性ガス由来の元素との反応生成膜（薄膜）を形成するには、まず、排気ポンプにより成膜室２の内部を真空にした後、バルブ３ｅ、３ｆの開度を調整して、成膜室２に不活性ガスと反応性ガスを供給する。また、ヒータ７に通電し、温度分布調整板８を介して基板２０ｘを加熱する。その結果、被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂよりも低い温度に設定される。
【００３１】
そして、ターゲットホルダ４と基板ホルダ６との間に給電を行い、ターゲット５と基板２０ｘとの間にプラズマ１ａを発生させる。なお、マグネトロン磁気回路を設けて、ターゲットホルダ４と基板ホルダ６の間にループ状の磁場を形成し、プラズマ１ａの高密度化を図ることもある。
【００３２】
このようにしてプラズマ１ａを発生させると、プラズマ１ａ中のアルゴンイオンがターゲット５の表面に衝突してターゲット原子をはじき出す結果、基板２０ｘ上に金属膜を形成される。その際、反応性ガス由来の元素とターゲット原子が反応し、基板２０ｘ上には反応生成膜が形成される。
【００３３】
以上説明した反応性スパッタ成膜装置１および反応性スパッタ成膜法において、本形態では、反応性スパッタ成膜法により反応生成膜を形成する際、プラズマ１ａ中の反応性ガス由来の元素濃度が等しければ、被成膜面２１の温度が高い方が反応性ガス由来の元素の反応生成膜からの脱離が起こりやすいので、かかる元素の反応生成膜への取り込み量が少なくなるのに対して、被成膜面２１の温度が低い場合には反応性ガス由来の元素の反応生成膜からの脱離が起こりにくいので、かかる元素の薄膜への取り込み量が多いことを利用する。すなわち、反応性ガス由来の元素は、プラズマ１ａの中心に到達しにくいため、プラズマ１ａの中心部では反応性ガス由来の元素濃度が低いが、本形態では、被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂに比して低い温度に設定したため、内側領域２１ａでは反応性ガス由来の元素が反応生成膜に取り込まれやすい。従って、被成膜面２１の内側領域２１ａと外周側領域２１ｂとの間では、反応性ガス由来の元素が反応生成膜に取り込まれる量が同等である。それ故、反応性スパッタ成膜法により形成された反応生成膜に含まれる反応性ガス由来の元素量に面内ばらつきが発生しないので、反応生成膜の膜質の面内ばらつきを抑えることができる。
【００３４】
また、被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂに比して低い温度に設定する
にあたって、本形態では、ヒータ７と基板２０ｘとの間に、被成膜面２１の内側領域２１ａと重なる領域に開口部８ｂが形成された温度分布調整板８を配置しただけであるので、被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂよりも低い温度に確実に設定することができ、かつ、反応性スパッタ成膜装置１に対して大掛かりな改造を必要としない。
【００３５】
［実施の形態２］
図３（ａ）（ｂ）は各々、本発明の実施の形態２に用いた温度分布調整部材の説明図である。なお、本形態は、基本的な構成が実施の形態１と共通するので、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【００３６】
本形態の反応性スパッタ成膜装置は、実施の形態１と同様、図１と同様な構成を有しており、図３（ａ）に示すように、基板２０ｘの背面側にはヒータ７を備えている。また、ヒータ７と基板２０ｘとの間には、温度分布調整板８（温度分布調整部材／温度分布調整手段）が配置されている。ここで、基板ホルダ６には、基板２０ｘが１枚、保持されているので、１枚の基板２０ｘの表面が被成膜面２１となる。これに対して、図３（ｂ）に示すように、基板ホルダ６に対して４枚の基板２０ｘが保持される場合には、４枚の基板２０ｘの表面によって被成膜面２１が構成される。
【００３７】
このような被成膜面２１の温度分布を所定の条件に調整するため、本形態では、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、温度分布調整板８が矩形のアルミニウム合金板やステンレス板などからなる金属板８ａで構成されているとともに、この金属板８ａの表面および裏面には、被成膜面２１の内側領域２１ａと重なる領域に障壁層８ｃが矩形に形成されている。ここで、障壁層８ｃは、金属板８ａの表面にチタン酸化物などのセラミックスを溶射した層である。このため、本形態では、ヒータ７から被成膜面２１の内側領域２１ａに向けての熱伝導性がヒータ７から被成膜面２１の外周側領域２１ｂに向けての熱伝導性に比して低い。また、成膜室２内では真空状態にあるため、熱伝達は、主に熱伝導による。従って、反応性スパッタ成膜時、被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂよりも低い温度に確実かつ容易に設定することができる。また、温度分布調整部材は、被成膜面２１の外周側領域２１ｂに対しては周方向での温度ばらつきを解消する均熱板として機能する。
【００３８】
このように本形態でも、実施の形態１と同様、反応性スパッタ成膜を行う際、被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂに比して低い温度に設定したため、内側領域２１ａでは反応性ガス由来の元素が薄膜に取り込まれやすい。それ故、反応性ガス由来の元素がプラズマ１ａの中心に到達しにくい場合でも、反応性スパッタ成膜法により形成された反応生成膜に含まれる反応性ガス由来の元素量の面内ばらつきを解消することができ、反応生成膜の膜質の面内ばらつきを抑えることができる。
【００３９】
また、被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂに比して低い温度に設定するにあたって、ヒータ７と基板２０ｘとの間に、被成膜面２１の内側領域２１ａと重なる領域に障壁層８ｃが形成された温度分布調整板８を配置しただけであるので、被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂよりも低い温度に確実かつ容易に設定することができる。
【００４０】
［他の温度分布調整手段の例］
上記形態では、ヒータ７と基板２０ｘとの間に配置した温度分布調整板８によって被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂに比して低い温度に設定したが、ヒータ７自身の構造や、基板２０ｘに対する冷却方法あるいは加熱方法などを改良して被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂに比して低い温度に設定してもよい。
【００４１】
また、上記形態では、基板２０ｘの背面側にヒータ７が配置された構成であったが、外部加熱方式の反応性スパッタ成膜装置および反応性スパッタ成膜方法に本発明を適用してもよい。
【００４２】
［非線形素子およびその製造方法］
次に、非線形素子およびその製造方法を例に本発明をより具体的に説明する。図４は、本発明を適用した非線形素子の製造方法を示す工程断面図である。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、非線形素子の下電極を形成するための窒素含有タンタル膜を反応性スパッタ成膜法により形成した際の窒素ガス流量（Ｎ2ｆｌｏｗ Ｒａｔｅ）と、得られた窒素含有タンタル膜の比抵抗（Ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）との関係を示すグラフ、非線形素子の下電極を形成するための窒素含有タンタル膜を反応性スパッタ成膜法により形成した際の窒素ガス流量と、得られた窒素含有タンタル膜の格子定数（Ｌａｔｔｉｃｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ）との関係を示すグラフ、および格子定数に対して比抵抗をプロットしたときのグラフである。ここで、窒素ガス流量が多いほど、窒素含有タンタル膜の窒素含有量が増大する。なお、図５（ａ）、（ｂ）において、基板温度を１５０℃に設定したときの結果を実線Ｌ１５０で示し、基板温度を２５０℃に設定したときの結果を実線Ｌ２５０で示してある。また、図５（ｂ）に示す格子定数は、Ｘ線回折時の２θより算出した。
【００４３】
図４（ｄ）に示すように、非線形素子１０ｘは、窒素含有タンタル膜からなる下電極１３ｘ、この下電極１３ｘの表面側を覆うタンタル酸化膜からなる絶縁層１４ｘ、およびこの絶縁層１４ｘを介して下電極１３ｘに対向する上電極１５ｘを備えたＴＦＤ素子である。基板２０ｘの表面にはタンタル酸化膜などからなる下地絶縁層２０１ｘが形成されており、非線形素子１０ｘは、下地絶縁層２０１ｘの表面に形成されている。
【００４４】
このような構成の非線形素子１０ｘを形成するには、まず、図４（ａ）に示すように、基板２０ｘの表面に下地絶縁層２０１ｘを形成する。
【００４５】
次に、反応性スパッタ成膜工程において、図１〜図３を参照して説明した反応性スパッタ成膜装置１において、ターゲット５としてタンタルターゲットを用い、不活性ガスとしてアルゴンガスを用い、反応性ガスとして窒素ガスを用い、窒素含有タンタル膜１３を反応性スパッタ成膜法により形成する。
【００４６】
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて窒素含有タンタル膜１３をパターニングし、図４（ｂ）に示すように、下電極１３ｘを形成する（パターング工程）。
【００４７】
次に、図４（ｃ）に示す絶縁層形成工程において、下電極１３ｘの表面を酸化し、絶縁層１４ｘを形成する。より具体的には、下電極１３ｘの表面に陽極酸化を行い、窒素含有のタンタル酸化膜からなる絶縁層１４ｘを形成する。また、下電極１３ｘの表面に気相酸化を行い、窒素含有のタンタル酸化膜からなる絶縁層１４ｘを形成してもよい。気相酸化法の場合には、例えば、基板２０ｘを収容した処理室内を３５０℃の温度条件に設定した状態で、酸素を含有するガス（Ｏ2、Ｏ3、Ｈ2Ｏ）を処理室内に導入し、熱酸化法、水蒸気酸化法やオゾン酸化法などの気相酸化法により、絶縁層１４ｂを形成する。その際、活性な原子状酸素を素子基板２０の表面に効率よく供給することを目的に、下電極１３ｂの表面に対して、Ｋｒプラズマ照射、紫外線照射、レーザ照射を併用してもよい。
【００４８】
次に、スパッタ成膜法などにより、上電極形成用の導電膜を形成した後、パターニングし、図４（ｄ）に示すように、上電極１５ｘを形成する。
【００４９】
このような非線形素子１０ｘを製造するにあたっては、本形態では、下電極１３ｘの膜質を最適化して非線形素子１０ｘの電気的特性の向上や、下電極１３ｘと同時形成される
タンタル配線の配線抵抗の低減を目的に、タンタル膜として、窒素含有タンタル膜１３を反応性スパッタ成膜法により形成し、これにより、下電極１３ｘやタンタル配線を形成する。その際、窒素含有タンタル膜１３（下電極１３ｘ）の窒素含有量を多く設定すると、この窒素含有タンタル膜１３（下電極１３ｘ）を酸化してなるタンタル酸化膜を非線形素子１０ｘの絶縁層１４ｘとして用いた場合に非線形素子１０ｘの非線形性が向上する。
【００５０】
また、窒素含有タンタル膜１３（下電極１３ｘ）を反応性スパッタ成膜法で形成する際の窒素ガス流量を増やして窒素含有量を増大させると、比非抵抗は、図５（ａ）に実線Ｌ１５０および点線Ｌ２５０で示すように変化する。すなわち、窒素を含有しないタンタル膜をスパッタ形成しただけでは、正方晶系（β相）のタンタルが形成されるので、比抵抗が高いが、タンタル膜中の窒素含有量を増大させていくと、まず、立方晶系のタンタルと正方晶系のタンタルとが混在した状態になるので、比非抵抗が低下していく。そして、タンタル膜中の窒素含有量が所定条件になると、立方晶系の単相のタンタルとなるため、比非抵抗が最小値を示す。そして、タンタル膜中の窒素含有量をさらに増大させると、擬似立方晶系の単相のタンタルとなって比抵抗が上昇する。さらに、タンタル膜中の窒素含有量が増えると、擬似立方晶系のタンタルと窒化タンタルとの混合相となり、比抵抗がさらに上昇する。
【００５１】
従って、同一基板２０ｘ上に複数の非線形素子１０ｘや複数本のタンタル配線を形成する場合、非線形素子１０ｘの電気的特性や、タンタル配線の配線抵抗の面内ばらつきを抑えるには、窒素含有タンタル膜１３の窒素含有量の面内ばらつきを抑える必要があるが、従来の方法では、反応性ガス由来の元素がプラズマ１ａの中心に到達しにくいことに起因して、被成膜面２１の内側領域２１ａに形成された窒素含有タンタル膜１３（下電極１３ｘやタンタル配線）では窒素含有量が少なく、被成膜面２１の外側領域に形成された窒素含有タンタル膜１３（下電極１３ｘやタンタル配線）では窒素含有量が多くなってしまう。
【００５２】
ここに、本願発明者は、反応性スパッタ成膜の際、窒素含有タンタル膜１３での反応性ガス（窒素ガス）由来の元素（窒素）の取り込み量は、基板温度の影響を受けるという新たな知見に基づいて、面内ばらつきを解消する。すなわち、図５（ａ）に示すように、基板温度が１５０℃と２５０℃の場合では、反応性スパッタ成膜法で形成する際の窒素ガス流量と比非抵抗の関係が相違している。そこで、基板温度が１５０℃と２５０℃で反応性スパッタ成膜法で形成した窒素含有タンタル膜１３をＸ線回折により分析したところ、図５（ｂ）に示すように、窒素ガス流量が同一であっても、基板温度が低い方が格子定数が長いという結果が得られ、かかる結果は、基板温度が低い方が窒素含有量が多いことを示唆する。また、図４（ａ）、（ｂ）に示す結果を、図４（ｃ）に示すように、格子定数と比抵抗との関係でプロットすると、略直線の関係にあることから、窒素含有タンタル膜１３の比抵抗は、格子定数、すなわち窒素含有量によって支配されていると見なすことができる。
【００５３】
このような知見に基づいて、本形態では、図１〜図３を参照して説明したように、反応性スパッタ成膜を行う際、被成膜面２１の内側領域２１ａを外周側領域２１ｂに比して低い温度に設定したため、内側領域２１ａでは窒素ガス由来の窒素が窒素含有タンタル膜１３に取り込まれやすい。それ故、窒素ガス由来の窒素がプラズマ１ａの中心に到達しにくい場合でも、窒素含有タンタル膜１３に含まれる窒素含有量の面内ばらつきを解消することができ、窒素含有タンタル膜１３の膜質の面内ばらつきを抑えることができる。
【００５４】
特に本形態では、反応生成膜として、Ｔａ3Ｎ5、Ｔａ2Ｎ、ＴａＮなどとして表わされる窒化タンタル膜よりも窒素含有量が少ない窒素含有タンタル膜１３を形成するので、窒素含有量がタンタル膜の膜質に与える影響が大きいが、本形態によれば、含有量が少ない
窒素含有タンタル膜１３での窒素含有量の面内ばらつきを抑えることができる。それ故、下電極１３ｘあるいはそれと同時形成されたタンタル配線の窒素含有量の面内ばらつきを抑えることができるので、同一基板上に複数の非線形素子１０ｘや複数本のタンタル配線を形成した場合において、非線形素子１０ｘの電気的特性や、タンタル配線の配線抵抗の面内ばらつきを抑えることができる。
【００５５】
［非線形素子の他の実施の形態］
上記形態では、非線形素子１０ｘの下電極１３ｘが前記の反応性スパッタ成膜工程で形成された反応生成膜（窒素含有タンタル膜１３）のみからなる例であったが、反応性スパッタ成膜工程で形成された反応生成膜（窒素含有タンタル膜１３）と他のタンタル層との複数の層からなる導電膜によって構成されている場合に本発明を適用してもよい。また、下電極１３ｘが複数のタンタル層からなる場合、前記反応性スパッタ成膜工程で形成された反応生成膜（窒素含有タンタル膜１３）は、下電極１３ｘの下層、中間層あるいは上層のいずれの位置に形成されていてもよい。すなわち、前記の反応性スパッタ成膜工程で形成された反応生成膜（窒素含有タンタル膜１３）については、それ自身のみで下電極１３ｘを構成する場合、あるいは上層に形成されるタンタル膜を立方晶系とするための下地膜として機能する場合のいずれであってもよい。
【００５６】
また、前記反応性スパッタ成膜工程において、下電極１３ｘを形成するための反応生成膜を形成するにあたっては、ターゲット５としてニオブターゲット、ニオブ−タンタル合金ターゲットを用い、反応性ガスとして窒素ガスや酸素ガスを用い、反応生成膜として、窒化や酸素を含有するニオブ膜、あるいは窒化や酸素を含有するニオブ−タンタル合金を形成する場合に本発明を適用してもよい。
【００５７】
また、上記形態では、下電極１３ｘを構成する材料を中心に説明したが、絶縁層１４ｘは、水素およびタングステンのうちの少なくとも一方を含有するタンタル酸化膜であることが好ましい。特に、絶縁層１４ｘは、水素およびタングステンの双方を含有しているタンタル酸化膜であることが好ましい。
【００５８】
このような絶縁層１４ｘのタングステンの含有は、下電極１３ｘにタングステンを含有させておくことによって実現できる。タングステンの含有量は、数ａｔ％以下、さらには１ａｔ％以下でも十分である。また、絶縁層１４ｘの水素の含有は、絶縁層１４ｘを形成した後、絶縁層１４ｘに対する水素含有雰囲気中でのアニール処理、あるいは水素プラズマの照射により実現することができる。なお、絶縁層１４ｘの水素の含有量は、例えば、温度が２５０℃以上の雰囲気中で絶縁層１４ｘに水蒸気を接触させることにより導入される程度の濃度でよく、好ましくは、温度が約３２０℃の条件下で水蒸気と接触させることが好ましい。
【００５９】
図６〜図９を参照して水素およびタングステンを含有させた場合の作用、効果を説明する。図６は、非線形素子において絶縁層が含有するタングステン、水素、窒素が非線形素子に及ぼす影響の説明図である。図７は、非線形素子の絶縁層として、窒素含有のタンタル膜を用いた場合、および窒素を含有しないタンタル酸化膜を用いた場合にける水素導入量と素子ドリフト量との関係を示すグラフである。図８は、非線形素子に用いた絶縁層（タンタル酸化膜）におけるタングステンの含有量と、素子ドリフト量との関係を示すグラフである。図９は、非線形素子に用いた絶縁層（タンタル酸化膜）におけるタングステンの含有量と、非線形性の不可逆的なシフト量との関係を示すグラフである。
【００６０】
素子ドリフト現象とは、１回目の電流−電圧特性の測定を行った後、２回目の電流−電圧特性を測定すると、測定結果に差が発生し、２回目の測定では絶縁性が高いという現象である。かかる素子ドリフト現象では、２回目の測定を行ってから、例えば１時間が経過
した後、再度、電流−電圧特性を測定すると、１回目の測定結果と同等の結果が得られ、その直後に電流−電圧特性を測定すると、２回目の測定結果と同様、高い絶縁性を示す結果が得られる。このような素子ドリフト現象は、絶縁層１４ｘ中のイオン性の酸素空乏が下電極１３ｘ／絶縁層１４ｘ界面あるいは絶縁層１４ｘ／上電極１５ｘ界面の一方に引き寄せられることが原因で発生すると考えられ、絶縁層１４ｘ中のイオン性の酸素空乏が一方の界面に引き寄せられた高抵抗化態から、酸素空乏が均一分布した低抵抗化状態にゆるやかに戻る際に、酸素空乏の移動により逆電流が発生し、それに液晶が応答する結果、残像現象が発生するのである。
【００６１】
また、シフト現象は、絶縁層１４ｘからの水素の脱離が原因で起こる現象であり、非線形性の向上のために添加した水素が脱離すると、非線形素子１０ｘの線形性が非可逆的に低下し、画像を表示するために非線形素子１０ｘに通電していた画素においては、画像を切り換えたときでも、それまで表示していた画像の跡が常に残ってしまい、焼き付き現象が発生させるのである。
【００６２】
図６に示すように、絶縁層１４ｘにおいて、タングステンは、非線形性には影響を及ぼさないが、素子ドリフト現象を減少させる一方、シフト現象を増大させる。水素は、非線形性を向上させるとともに、素子ドリフト現象を減少させる。窒素は、非線形性を向上させる一方、素子ドリフト現象を増大させる。また、窒素は、水素の脱離を防止することにより、シフト現象を減少させる。
【００６３】
図７を参照して、かかる窒素および水素と素子ドリフト現象との関係を説明する。図７に示すグラフにおいて、四角および実線Ｌ１１でプロットしたのが、窒素含有のタンタル膜を用いた場合の結果であり、丸および点線Ｌ１２でプロットしたのが、窒素を含有しないタンタル膜を用いた場合の結果である。なお、縦軸のドリフト値とは、非線形素子１０の電流−電圧特性において１回目の測定と、その直後の２回目の測定でともに電流値が１×１０-8Ａを示す電圧値の差であり、この値が大きいほど、残像現象が発生しやすいといえる。なお、図２に示す値は、下電極１３ｘと上電極１５ｘとの対向面積が２．５μｍ×３．０μｍで、絶縁層１４ｘの厚さが５０ｎｍの非線形素子１０ｘで得られた結果である。なお、図７に示すデータを得るにあたって、絶縁層１４ｘを構成するタンタル酸化膜中への窒素の導入は、窒素含有タンタル膜１３により下電極１３ｘを形成した後、その表面に陽極酸化を施して絶縁層１４ｘを形成することにより実現した。これに対して、窒素を含有しないタンタル膜により下電極を形成した後、その表面に陽極酸化を施して絶縁層を形成した場合には、絶縁層を構成するタンタル酸化膜には窒素が導入されないことになる。また、絶縁層１４ｘを構成するタンタル酸化膜中への水素の導入は、絶縁層１４ｘを形成した後、水素を含有する雰囲気中でのアニール処理により行うことより行った。従って、アニール温度が高い方がタンタル酸化膜中への水素導入量が多くなる。
【００６４】
図７に示すように、水素導入のためのアニール温度が０℃、すなわち、水素導入のためのアニール処理を行わない場合、窒素含有のタンタル酸化膜を絶縁層１４ｘとして用いた非線形素子１０ｘは、窒素を含有しないタンタル酸化膜を絶縁層１４ｘとして用いた非線形素子１０ｘと比較してドリフト値が著しく高い。また、窒素を含有しないタンタル酸化膜において水素を導入すると、水素導入量が増えるほど、ドリフト値が大きくなっていく。これに対して、窒素含有タンタル酸化膜において水素を導入すると、水素導入量が増えるほど、ドリフト値が小さくなっていき、アニール温度が２５０℃以上の場合、ドリフト値を十分なレベルにまで低減でき、アニール温度を３２０℃まで高めると、残像現象の発生を確実に防止することができる。
【００６５】
次に、図８および図９を参照して、タングステン、水素、窒素の影響を説明する、図８および図９に示すグラフにおいて、丸および実線Ｌ１１でプロットしたのは、水素添加ア
ニール工程を３２０℃で行った窒素を含有しないタンタル酸化膜の結果であり、四角および点線Ｌ１２でプロットしたのが、水素添加アニール工程を２６０℃で行った窒素含有のタンタル酸化膜の結果である。また、図８および図９には、水素添加アニール工程を２６０℃で行った窒素（含有量１．５ａｔ％）含有のタンタル酸化膜の結果も三角でプロットし、水素添加アニール工程を２６０℃で行った窒素（含有量２．０ａｔ％）含有のタンタル酸化膜の結果も×印でプロットしてある。図８に示すグラフにおいて、縦軸のドリフト値とは、非線形素子１０の電流−電圧特性において１回目の測定と、その直後の２回目の測定でともに電流値が１×１０-8Ａを示す電圧値の差であり、この値が大きいほど、残像現象が発生しやすいといえる。なお、図８に示す値は、下電極１３ｘと上電極１５ｘとの対向面積が２．５μｍ×３．０μｍで、絶縁層１４ｘの厚さが５０ｎｍの非線形素子１０ｘで得られた結果である。また、図９に示すグラフにおいて、縦軸のシフト値とは、非線形素子１０に１×１０-7Ａの電流が流れるような正および負の矩形パルスを１秒ずつ交互に印加し続けた場合において、印加開始時からみて１００秒経過後の電流値の変化率を百分率で表わした値であり、その値が大きいほど、焼き付きが発生しやすいといえる。
【００６６】
まず、図８に示すように、絶縁層１４ｘを構成するタンタル酸化膜において、タングステンの含有量が多いほど、素子ドリフト値が小さくなる。但し、図９に示すように、絶縁層１４ｘを構成するタンタル酸化膜において、タングステンの含有量が多いほど、非線形性の不可逆的なシフト量が大きくなり、表示した画像に焼き付きが発生する傾向にある。すなわち、絶縁層１４ｘに対してタングステンを添加すると絶縁層１４ｘの比抵抗が増大するため、同一レベルの電流を液晶に流そうとしたときに必要な駆動電圧が、タングステンを添加しない場合と比較して高くなってしまい、絶縁層１４ｘに添加した水素が脱離し、非線形性が非可逆的に低下してしまうのである。その結果、画像を表示するために非線形素子１０ｘに通電していた画素においては、非線形素子１０ｘの線形性が低下し、画像を切り換えたときでも、それまで表示していた画像の跡が常に残ってしまう現象（焼き付き現象）が発生してしまう。しかるに本形態では、非線形素子１０ｘの絶縁層１４ｘが窒素を含有しており、窒素は水素の脱離を抑制する効果があるので、絶縁層１４ｘに対してタングステンおよび水素を添加して、非線形性の向上、および素子ドリフト現象の防止の双方を図った場合でも、但し、絶縁層１４ｘを構成するタンタル酸化膜において窒素を含有させると、非線形性の不可逆的なシフト量を低く抑えることができる。
【００６７】
［電気光学装置への適用例］
（全体構成）
図１０は、本発明の実施の形態１に係るアクティブマトリクス型の電気光学装置（液晶装置）の電気的構成を示すブロック図である。図１１は、本発明が適用される電気光学装置の構成を模式的に示す断面図である。なお、以下、後述する実施の形態で共通の構成を説明した後、本形態の特徴部分を説明する。
【００６８】
図１０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、ＴＦＤからなる非線形素子１０とが直列接続しており、図１０に示す例では、液晶層５４が走査線５１の側に、非線形素子１０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、非線形素子１０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。
【００６９】
このような電気光学装置１００は、具体的には、例えば、図１１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、前記の非線形素子１０や
画素電極が形成された素子基板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非線形素子１０と、それらの非線形素子１０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１１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、非線形素子１０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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
（画素５３の構成）
図１２は、本発明が適用された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１３は、図１２に示す各画素に形成されたＴＦＤの説明図である。
【００７３】
図１２および図１３に示すように、本形態の非線形素子１０は、第１のＴＦＤ１０ａおよび第２のＴＦＤ１０ｂを備えたＢａｃｋ−ｔｏ−Ｂａｃｋ構造を有している。すなわち、非線形素子１０は、素子基板２０の表面に形成された下地層２０１上において、下電極１３ｂと、この下電極１３ｂの表面に、後述するように、陽極酸化法あるいは気相酸化法によって形成された絶縁層１４ｂと、この表面に形成されて相互に離間した上電極１５ａ、１５ｂとを備えており、下電極１３ｂの上面および側面と上電極１５ａ、１５ｂとは、絶縁層１４ｂを介して対向している。上電極１５ａは、そのままデータ線５２となる金属層１５ｃと一体に形成されている一方、上電極１５ｂは、画素電極２３に接続されている。なお、データ線５２は、下電極１３ｂと同時形成されたタンタル配線１３ａを備えており、このタンタル配線１３ａの表面には、絶縁層１４ｂと同時形成された絶縁層１４ａが形成されている。下地層２０１は、例えば、厚さが５０〜２００ｎｍ程度のタンタル酸化膜などの絶縁層によって構成され、下電極１３ｂの構成によっては省略してもよい。
【００７４】
本形態の非線形素子１０において、下電極１３ｂは、図１〜図４を参照して説明した窒素含有タンタル膜からなる。また、データ線５２を構成するタンタル配線１３ａも、図１〜図４を参照して説明した窒素含有タンタル膜からなる。これらの窒素含有タンタル膜の膜の膜厚は例えば５０〜１５０ｎｍである。
【００７５】
絶縁層１４ａ、１４ｂは、後述するように、陽極酸化法あるいは気相酸化法によってタ
ンタル配線１３ａおよび下電極１３ｂの表面を酸化することによって形成された厚さが２０〜４０ｎｍ程度のタンタル酸化膜である。上電極１５ａ、１５ｂは、例えばクロム（Ｃｒ）などといった金属膜によって１００〜５００ｎｍ程度の厚さに形成されている。
【００７６】
第１のＴＦＤ１０ａは、データ線５２の側からみると順番に、上電極１５ａ／絶縁層１４ｂ／下電極１３ｂとなって、金属（導電体）／絶縁体／金属（導電体）のサンドイッチ構造を採るため、ダイオードスイッチング特性を有することになる。一方、第２のＴＦＤ１０ｂは、データ線５２の側からみると順番に、下電極１３ｂ／絶縁層１４ｂ／上電極１５ｂとなって、第１のＴＦＤ１０ａとは、反対のダイオードスイッチング特性を有することになる。従って、非線形素子１０は、２つのダイオードを互いに逆向きに直列接続した形となっているため、１つのダイオードを用いる場合と比べると、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になる。なお、このように非線形特性を厳密に対称化する必要がないのであれば、１つの非線形素子のみを用いても良い。
【００７７】
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。従って、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。
【００７８】
（電気光学装置１００および非線形素子１０の製造方法）
図１４は、本形態の電気光学装置１００の製造方法の一例を示す工程図である。図１５は、素子基板形成工程の一部（非線形素子の製造工程など）を示す工程図である。図１６は、素子基板形成工程の一部（非線形素子の製造工程など）を示す説明図であり、その左側には断面図を示し、右側には平面図を示してある。
【００７９】
本形態において、電気光学装置１００を製造するにあたっては、図１４に示す非線形素子形成工程Ｐ１〜シール材印刷工程Ｐ５からなる素子基板形成工程と、カラーフィルタ形成工程Ｐ６〜ラビング処理工程Ｐ１０からなる対向基板形成工程とは別々に行われる。また、これらの工程は、素子基板２０および対向基板３０を多数取りできる大型の元基板の状態で行われるが、以下の説明では、単品サイズおよび大型の元基板については区別せず、素子基板２０および対向基板３０と称する。
【００８０】
本形態では、大型の素子基板２０に対して非線形素子形成工程Ｐ１を行うことにより、電気光学装置複数個分のデータ線５２および非線形素子１０を形成する。この非線形素子形成工程Ｐ１では、図１５に示す工程順序に従って、図１６に示す以下の工程が行われる。
【００８１】
まず、図１６（ａ）に示す下地膜形成工程ＳＴ１０１において、大型の素子基板２０の表面全体に、厚さが５０〜２００ｎｍ程度のタンタル酸化物などの絶縁層を一様な厚さに成膜して下地層２０１を形成する。
【００８２】
次に、下電極形成工程ＳＴ１１０を行う。この下電極形成工程ＳＴ１１０として、本形態では、まず、タンタル膜形成工程ＳＴ１１１（反応性スパッタ成膜工程）において、図１〜図４を参照して説明した反応性スパッタ装置１および反応性スパッタ成膜方法により、膜厚が例えば５０〜１５０ｎｍの窒素含有タンタル膜１３を形成する。その際、ターゲットとして、タングステン含有のタンタルターゲットを用い、窒素含有タンタル膜１３として、タングステンを含有する窒素含有タンタル膜１３を形成することが好ましい。
【００８３】
次に、タンタル膜パターニング工程ＳＴ１１２（パターニング工程）において、窒素含有タンタル膜１３の上層にレジストマスクを形成した状態で、窒素含有タンタル膜１３に対して、ＣＦ4あるいはＳＦ6などを含むエッチングガスを用いてドライエッチングを行い、図１６（ｂ）に示すように、窒素含有タンタル膜１３を下電極１３ｂと、データ線５２の下層側を構成するタンタル配線１３ａとにパターニングした後、レジストマスクを除去する。この状態で、データ線５２のタンタル配線１３ａと下電極１３ｂとはブリッジ部１３ｃで繋がっている。
【００８４】
次に、図１６（ｃ）に示す陽極酸化工程ＳＴ１２０（絶縁層形成工程）においては、大型の素子基板２０を電解槽内で電解液に浸漬した状態で、素子基板２０に給電し、陽極酸化を行う。その際、データ線５２のタンタル配線１３ａおよびブリッジ部１３ｃを介して下電極１３ｂに給電され、それらの下電極１３ｂの表面（上面および側面）には、厚さが１５〜４０ｎｍ程度のタンタル酸化膜からなる絶縁層１４ｂが形成される。この段階で、絶縁層１４ｂは、窒素含有のタンタル酸化膜からなる。なお、タンタル配線１３ａの表面にも、絶縁層１４ｂと同様な絶縁層１４ａが形成される。
【００８５】
次に、水素添加アニール工程ＳＴ１３０（水素導入工程）において、水素を含有する雰囲気中で素子基板２０を加熱する。その結果、絶縁層１４ｂは、窒素原子および水素原子を含有するタンタル酸化膜となる。このため、絶縁層１４ｂ内の転位や空孔などの欠陥密度が低減されるので、非線形素子１０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。さらに、窒素を含有することに起因する素子ドリフト現象を防止することができる。このような水素添加アニール工程を行うにあたっては、具体的には、素子基板２０を収容した処理室を窒素ガス雰囲気とするとともに、３２０℃の温度に設定し、この状態で、処理室内に水蒸気を含むガス、例えば大気を導入する。
【００８６】
なお、水素添加アニール工程ＳＴ１３０では、素子基板２０を所定の温度に加熱した状態で素子基板２０に対して、加圧水蒸気を供給してもよい。また、水素導入工程としては、水素添加アニールに代えて、水素プラズマを照射してもよい。
【００８７】
次に、図１６（ｄ）に示すブリッジ部除去工程ＳＴ１４０においては、例えば、ドライエッチングによりブリッジ部１３ｃを大型の素子基板２０から除去する。これにより、第１ＴＦＤ１０ａおよび第２ＴＦＤ１０ｂの下電極１３ｂおよび絶縁層１４ｂが、データ線５２から島状に分断される。なお、この工程では、ブリッジ部の他に、給電パターンのうち、大型の素子基板２０を切断した際に素子基板２０に残ってしまう不要な部分についても除去する。また、必要に応じて、画素電極２３に相当する領域の下地層２０１を除去する。
【００８８】
次に、上電極形成工程ＳＴ１５０においては、まず、クロム膜形成工程ＳＴ１５１において、厚さが１００〜５００ｎｍ程度のＣｒをスパッタなどによって一様な厚さで成膜した後、クロム膜パターニング工程ＳＴ１５２において、フォトリソグラフィ技術を利用して、クロム膜をパターニングし、図１６（ｅ）に示すように、データ線５２の最上層としての金属層１５ｃ、第１のＴＦＤ１０ａの上電極１５ａ、および第２のＴＦＤ１０ｂの上電極１５ｂを形成する。以上により、非線形素子１０（ＴＦＤ１０ａ、１０ｂ）が素子基
板２０の表面に必要な数だけ形成される。
【００８９】
次に、図１４に示す画素電極形成工程Ｐ２においては、ＩＴＯ膜形成工程ＳＴ２０１において、画素電極２３を形成するためのＩＴＯをスパッタなどによって一様な厚さで成膜した後、ＩＴＯ膜パターニング工程ＳＴ２０２において、フォトリソグラフィ技術により、１画素分の大きさに相当する所定形状の画素電極２３をその一部が上電極１５ｂに重なるように形成する。これらの一連の工程により、図１２および図１３に示す非線形素子１０および画素電極２３が形成される。
【００９０】
しかる後には、図１４の配向膜工程Ｐ３において、素子基板２０の表面にポリイミド、ポリビニルアルコールなどを一様な厚さに形成することによって配向膜２４を形成した後、ラビング処理工程Ｐ４において、配向膜２４に対してラビング処理その他の配向処理を行う。次に、シール材印刷工程Ｐ５において、ディスペンサーやスクリーン印刷などによってシール材１０４（図１１参照）を環状に塗布する。なお、シール材１０４の一部分には、液晶注入口を形成しておく。
【００９１】
以上の素子基板形成工程とは別に、対向基板形成工程（カラーフィルタ形成工程Ｐ６〜ラビング処理工程Ｐ１０）を行う。それには、まず、ガラス基板などといった透光性材料によって形成された大型の対向基板３０を用意した後、カラーフィルタ形成工程Ｐ６において、大型の対向基板３０の表面上にブラックマトリクス３９、およびカラーフィルタ３８を形成する。ここで、カラー表示が必要でない場合には、カラーフィルタ３８を形成する必要はない。次に、平坦化層形成工程Ｐ７において、カラーフィルタ３８の上に平坦化膜３７を一様な厚さに形成して表面を平坦化する。次に、対向電極形成工程Ｐ８において、ＩＴＯ膜などによりストライプ状の対向電極３１、すなわち、走査線５１を形成する。次に、配向膜形成工程Ｐ９において、走査線５１などの上にポリイミドなどによって一様な厚さの配向膜３４を形成した後、ラビング処理工程Ｐ１０において、配向膜３４に対してラビング処理などといった配向処理を施す。
【００９２】
その後、大型の素子基板２０と大型の対向基板３０とを位置合わせした上でシール材１０４を間に挟んで貼り合わせ（貼り合わせ工程Ｐ１１）、さらに紫外線硬化その他の方法でシール材１０４を硬化させる（シール材硬化工程Ｐ１２）。これにより、液晶装置複数個分を含んでいる空のパネル構造体が形成される。その後、空のパネル構造体を短冊状のパネル構造体に切断する（１次切断工程Ｐ１３）。この短冊状のパネル構造体の切断個所では、シール材１０４の途切れ部分からなる液晶注入口が外部に開口しているので、露出した液晶注入口からパネル構造体の内側に液晶を減圧注入した後（液晶注入工程Ｐ１４）、各液晶注入口に対して樹脂などの封止材を塗布して、各液晶注入口を封止する（注入口封止工程Ｐ１５）。なお、この工程により、パネル構造体に液晶が付着するので、液晶を注入し終えたパネル構造体を洗浄する（洗浄工程Ｐ１６）。その後、パネル構造体をさらに切断することにより、複数個の電気光学装置１００が切り出される（２次切断工程Ｐ１７）。しかる後に、電気光学装置１００に液晶駆動用ＩＣチップ２６０などを実装し、電気光学装置１００が完成する（実装工程Ｐ１８）。
【００９３】
［電気光学装置への他の適用例］
上記形態では、ＴＮモードあるいはＶＡＮモードの液晶装置（電気光学装置）を例に説明したため、対向基板に対向電極が形成された構成であったが、素子基板に画素電極および対向電極（共通電極）の双方が形成されたＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードやＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードの液晶装置（電気光学装置）に本発明を適用してもよい。
【００９４】
［電子機器への搭載例］
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】
【００９５】
【図１】本発明を適用した反応性スパッタ成膜装置の概略構成を模式的に示す説明図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態１に係る反応性スパッタ成膜装置に用いた温度分布調整部材の説明図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態２に係る反応性スパッタ成膜装置に用いた温度分布調整部材の説明図である。
【図４】本発明を適用した非線形素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、非線形素子の下電極を形成するための窒素含有タンタル膜を反応性スパッタ成膜法により形成した際の窒素ガス流量と、得られた窒素含有タンタル膜の比抵抗との関係を示すグラフ、非線形素子の下電極を形成するための窒素含有タンタル膜を反応性スパッタ成膜法により形成した際の窒素ガス流量と、得られた窒素含有タンタル膜の格子定数との関係を示すグラフ、および格子定数に対して比抵抗をプロットしたときのグラフである。
【図６】非線形素子において絶縁層が含有するタングステン、水素、窒素が非線形素子に及ぼす影響の説明図である。
【図７】非線形素子の絶縁層として、窒素含有のタンタル膜を用いた場合、および窒素を含有しないタンタル酸化膜を用いた場合にける水素導入量と素子ドリフト量との関係を示すグラフである。
【図８】非線形素子に用いた絶縁層（タンタル酸化膜）におけるタングステンの含有量と、素子ドリフト量との関係を示すグラフである。
【図９】非線形素子に用いた絶縁層（タンタル酸化膜）におけるタングステンの含有量と、非線形性の不可逆的なシフト量との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明を適用した電気光学装置（液晶装置）の電気的構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明が適用される電気光学装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図１２】図１０に示す電気光学装置において、非線形素子を含む数画素分のレイアウトを示す平面図である。
【図１３】図１０に示す電気光学装置において、各画素に形成された非線形素子の説明図である。
【図１４】図１０に示す電気光学装置の製造方法の一例を示す工程図である。
【図１５】図１０に示す電気光学装置の製造工程のうち、素子基板形成工程の一部を示す工程図である。
【図１６】図１５に示す素子基板形成工程の一部を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９６】
１・・反応性スパッタ成膜装置、１ａ・・プラズマ、２・・成膜室、３・・プロセスガス供給管（ガス導入手段）、５・・ターゲット、７・・ヒータ（加熱手段）、８・・温度分布調整板（温度分布調整部材／温度分布調整手段）、８ｂ・・温度分布調整板の開口部、８ｃ・・温度分布調整板の障壁層、１０、１０ｘ・・非線形素子（ＴＦＤ）、１３ａ・・タンタル配線、１３ｂ、１３ｘ・・下電極、１４ｂ、１４ｘ・・絶縁層、１５ｂ、１５ｘ・・上電極、２０、２０ｘ・・素子基板、２１・・被成膜面、２１ａ・・被成膜面の内側領域、２１ｂ・・被成膜面の外周側領域、１００・・電気光学装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、下電極、該下電極の表面側を覆う絶縁層、および該絶縁層を介して前記下電極に対向する上電極を備えた非線形素子の製造方法において、
成膜室内に不活性ガスおよび反応性ガスを導入しながら当該反応性ガスとターゲット物質との反応生成膜を前記基板上に堆積させる反応性スパッタ成膜工程と、
少なくとも前記反応生成膜を含む導電膜をパターニングして前記下電極を形成するパターニング工程と、
前記下電極の表面に前記絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、を有し、
前記反応性スパッタ成膜工程では、前記基板によって構成された被成膜面の内側領域を外周側領域に比して低い温度に設定することを特徴とする非線形素子の製造方法。
【請求項２】
前記反応性スパッタ成膜工程では、前記ターゲットとしてタンタルターゲットを用い、前記反応性ガスとして窒素ガスを用い、前記反応生成膜として、窒素含有タンタル膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の非線形素子の製造方法。
【請求項３】
前記反応性スパッタ成膜工程では、前記反応生成膜として、窒化タンタル膜よりも窒素含有量が少ない窒素含有タンタル膜を形成することを特徴とする請求項２に記載の非線形素子の製造方法。
【請求項４】
前記被成膜面は、１枚の前記基板によって構成されてい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の製造方法。
【請求項５】
前記被成膜面は、面内方向に配置された複数枚の前記基板によって構成されてい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の製造方法。
【請求項６】
前記反応性スパッタ工程では、前記基板の背面側に当該基板を加熱するためのヒータを配置するとともに、当該基板と前記ヒータとの間には、当該ヒータから前記被成膜面の内側領域に向けての熱伝導性が前記ヒータから前記被成膜面の外周側領域に向けての熱伝導性に比して低い温度分布調整部材を配置することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の非線形素子の製造方法。
【請求項７】
前記温度分布調整部材は金属板であって、当該金属板には、前記被成膜面の内側領域と重なる領域に開口部が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の非線形素子の製造方法。
【請求項８】
前記温度分布調整部材は基材が金属板であって、当該金属板には、前記被成膜面の内側領域と重なる領域に熱伝導性の低い障壁層が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の非線形素子の製造方法。
【請求項９】
前記障壁層は、セラミックス層であることを特徴とする請求項８に記載の非線形素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか一項に記載の方法により製造されたことを特徴とする非線形素子。
【請求項１１】
請求項１０に記載の非線形素子を画素スイッチング素子として用いたことを特徴とする電気光学装置。
【請求項１２】
成膜室と、該成膜室内で被成膜面に対向配置されたターゲットと、前記真空内に不活性
ガスおよび反応性ガスを導入するガス導入手段とを有し、前記被成膜面と前記ターゲットとの間にプラズマを発生させて前記反応性ガスとターゲット物質との反応生成膜を前記被成膜面上に堆積させる反応性スパッタ装置において、
前記被成膜面に対する加熱手段と、当該被成膜面の内側領域を外周側領域に比して低い温度に設定する温度分布調整手段とを備えていることを特徴とする反応性スパッタ成膜装置。
【請求項１】
基板上に、下電極、該下電極の表面側を覆う絶縁層、および該絶縁層を介して前記下電極に対向する上電極を備えた非線形素子の製造方法において、
成膜室内に不活性ガスおよび反応性ガスを導入しながら当該反応性ガスとターゲット物質との反応生成膜を前記基板上に堆積させる反応性スパッタ成膜工程と、
少なくとも前記反応生成膜を含む導電膜をパターニングして前記下電極を形成するパターニング工程と、
前記下電極の表面に前記絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、を有し、
前記反応性スパッタ成膜工程では、前記基板によって構成された被成膜面の内側領域を外周側領域に比して低い温度に設定することを特徴とする非線形素子の製造方法。
【請求項２】
前記反応性スパッタ成膜工程では、前記ターゲットとしてタンタルターゲットを用い、前記反応性ガスとして窒素ガスを用い、前記反応生成膜として、窒素含有タンタル膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の非線形素子の製造方法。
【請求項３】
前記反応性スパッタ成膜工程では、前記反応生成膜として、窒化タンタル膜よりも窒素含有量が少ない窒素含有タンタル膜を形成することを特徴とする請求項２に記載の非線形素子の製造方法。
【請求項４】
前記被成膜面は、１枚の前記基板によって構成されてい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の製造方法。
【請求項５】
前記被成膜面は、面内方向に配置された複数枚の前記基板によって構成されてい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の製造方法。
【請求項６】
前記反応性スパッタ工程では、前記基板の背面側に当該基板を加熱するためのヒータを配置するとともに、当該基板と前記ヒータとの間には、当該ヒータから前記被成膜面の内側領域に向けての熱伝導性が前記ヒータから前記被成膜面の外周側領域に向けての熱伝導性に比して低い温度分布調整部材を配置することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の非線形素子の製造方法。
【請求項７】
前記温度分布調整部材は金属板であって、当該金属板には、前記被成膜面の内側領域と重なる領域に開口部が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の非線形素子の製造方法。
【請求項８】
前記温度分布調整部材は基材が金属板であって、当該金属板には、前記被成膜面の内側領域と重なる領域に熱伝導性の低い障壁層が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の非線形素子の製造方法。
【請求項９】
前記障壁層は、セラミックス層であることを特徴とする請求項８に記載の非線形素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか一項に記載の方法により製造されたことを特徴とする非線形素子。
【請求項１１】
請求項１０に記載の非線形素子を画素スイッチング素子として用いたことを特徴とする電気光学装置。
【請求項１２】
成膜室と、該成膜室内で被成膜面に対向配置されたターゲットと、前記真空内に不活性
ガスおよび反応性ガスを導入するガス導入手段とを有し、前記被成膜面と前記ターゲットとの間にプラズマを発生させて前記反応性ガスとターゲット物質との反応生成膜を前記被成膜面上に堆積させる反応性スパッタ装置において、
前記被成膜面に対する加熱手段と、当該被成膜面の内側領域を外周側領域に比して低い温度に設定する温度分布調整手段とを備えていることを特徴とする反応性スパッタ成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００８−１０６１４（Ｐ２００８−１０６１４Ａ）
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７９０９８（Ｐ２００６−１７９０９８）
【出願日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【出願人】（３０４０５３８５４）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２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【出願人】（３０４０５３８５４）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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