專利名稱：二端非線性元件及其制造方法和液晶顯示屏的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于開關(guān)元件上的二端非線性元件、二端非線性元件的制造方法、以及使用了上述二端非線性元件的液晶顯示屏。
有源矩陣方式的液晶顯示裝置在有源矩陣基板(在每一個(gè)象素區(qū)上設(shè)置開關(guān)元件形成矩陣陣列)與例如放置了濾色片的相向基板之間填充液晶，控制每一個(gè)象素區(qū)的液晶的取向狀態(tài)，顯示給定的圖象信息。作為開關(guān)元件，一般可以使用薄膜晶體管(FIF)等三端元件或使用金屬-絕緣體-金屬(MIM元件)型非線性元件(下面，稱為“MIM元件”)等二端元件。而且，與使用了三端元件時(shí)相比，使用了二端元件的開關(guān)元件具有不產(chǎn)生交叉短路、能夠簡(jiǎn)化制造工序的優(yōu)點(diǎn)。
在使用了MIM元件的液晶顯示裝置中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)比度高、且不能識(shí)別出顯示不勻、余像及圖象保留等現(xiàn)象的圖象質(zhì)量高的液晶顯示屏，作為MIM元件的特性，滿足下列條件是重要的(1)對(duì)于液晶顯示屏的容量來(lái)說(shuō)，MIM元件的容量足夠??；(2)MIM元件電流-電壓特性的時(shí)效變化足夠??；(3)MIM元件電流-電壓特性的對(duì)稱性好；(4)MIM元件電流-電壓特性的陡峭性足夠大；(5)在較廣的電壓范圍內(nèi)，MIM元件的元件電阻足夠一致(相同)。
即，為了提高對(duì)比度，對(duì)于液晶顯示屏的容量來(lái)說(shuō)，MIM元件的容量必須足夠小，而且，MIM元件電流-電壓特性的陡峭性必須足夠大。為了不能識(shí)別出顯示不勻，在較廣的電壓范圍內(nèi)，MIM元件的元件電阻必須足夠一致。為了不能識(shí)別出余象，MIM元件電流-電壓特性的時(shí)效變化必須足夠小。進(jìn)而，為了不能識(shí)別出圖象保留，MIM元件電流-電壓特性的時(shí)效變化必須足夠小，而且，MIM元件電流-電壓特性的對(duì)稱性必須好。
在這里，所謂“余像”是在把某一圖象顯示了幾分鐘之后顯示不同的圖象時(shí)、可以識(shí)別出以前所顯示圖象的現(xiàn)象。還有，所謂“圖象保留”是在把某一圖象顯示了幾小時(shí)之后顯示不同的圖象時(shí)、可以識(shí)別出以前所顯示圖象的現(xiàn)象。進(jìn)而，所謂“電流-電壓特性的對(duì)稱性好”是指在某一電壓下，電流從第1導(dǎo)電膜向第2導(dǎo)電膜流動(dòng)時(shí)與電流從第2導(dǎo)電膜向第1導(dǎo)電膜流動(dòng)時(shí)，其電流絕對(duì)值之差足夠小。
作為公開了MIM元件技術(shù)的文獻(xiàn)，例示如下。
(a)例如，在特開昭52-149090號(hào)公報(bào)中，公開了由第1導(dǎo)電膜、絕緣膜以及第2導(dǎo)電膜構(gòu)成的MIM元件，第1導(dǎo)電膜由鉭構(gòu)成，絕緣膜由對(duì)該第1導(dǎo)電膜進(jìn)行陽(yáng)極氧化后所形成的金屬氧化膜構(gòu)成；第2導(dǎo)電膜由在該絕緣膜表面上形成的鉻構(gòu)成。上述絕緣膜由于是對(duì)第1導(dǎo)電膜的表面進(jìn)行陽(yáng)極氧化而形成的，所以，形成為沒(méi)有針孔且膜厚均勻。還有，在特開昭57-122478號(hào)公報(bào)中，公開了使用檸檬酸作為陽(yáng)極氧化的形成液(電解液)的稀水溶液。
在這些技術(shù)中，上述MIM元件特性中(2)～(5)各特性未必足夠好。即，在電流-電壓特性的時(shí)鐘效變化、對(duì)稱性、及陡峭性各方面不足夠好，而且，在廣闊的電壓范圍內(nèi)元件電阻不足夠一致。因此，在使用了這種MIM元件的液晶顯示屏中，存在著在較廣的溫度范圍內(nèi)難以保持對(duì)比度高及易于產(chǎn)生顯示不勻的問(wèn)題。
(b)在國(guó)際公開了的國(guó)際申請(qǐng)PCT/JP 94/00204(國(guó)際公開號(hào)W094/18600)中，公開了使用在鉭中添加鎢的合金膜作為MIM元件的第1導(dǎo)電膜的結(jié)構(gòu)。
在這種技術(shù)中，因?yàn)橐寻袽IM元件的第1導(dǎo)電膜從鉭變成為鉭與鎢等特定元素的合金膜，所以，與上述文獻(xiàn)(a)的技術(shù)相比，上述特性(2)及(3)(即在MIM元件的電流-電壓特性的時(shí)效變化及對(duì)稱性方面)已有改善，因此，能夠達(dá)到不能識(shí)別出余象那樣的水平了。進(jìn)而，在較廣的溫度范圍內(nèi)，能夠?qū)?duì)比度保持得高了。但是，在這種技術(shù)中，在要求高溫時(shí)對(duì)比度特性的所需的用途上，還存在著裕量不充分的問(wèn)題。
本發(fā)明的目的在于，提供上述MIM元件所需的特性(1)～(5)好、特別是電流-電壓特性的陡峭性足夠大、電流-電壓特性的時(shí)效變化小、可靠性高的二端維線性元件，還提供使用了這種元件的圖象質(zhì)量高的液晶顯示屏，其對(duì)比度高，沒(méi)有顯示不勻及圖象保留。
進(jìn)而，本發(fā)明的其它目的在于，提供具有上述優(yōu)異特性的二端非線性元件的制造方法。
與本發(fā)明有關(guān)的二端非線性元件(下面，稱為“MIM型非線性元件”)，包括在基板上層疊的第1導(dǎo)電膜、絕緣膜以及第2導(dǎo)電膜，在判用依據(jù)銫1次離子照射的2次離子質(zhì)量分析法(二次離子質(zhì)量學(xué)，SIMS)獲得的元素分析中，在上述第1導(dǎo)電膜與上述絕緣膜的邊界區(qū)內(nèi)，在氫的光譜強(qiáng)度比峰值強(qiáng)度小一位處，在深度方向上的厚度為10nm以上。
還有，與本發(fā)明有關(guān)的MIM型非線性元件，包括在基板上層疊的第1導(dǎo)電膜、絕緣膜以及第2導(dǎo)電膜，上述第1導(dǎo)電膜在熱解吸分光譜(TDS)中，氫光譜的峰值溫度為300℃以上。
再者，與本發(fā)明有關(guān)的MIM型非線性元件的第2導(dǎo)電膜并不限定于金屬，而是包括IIO等導(dǎo)電膜。
這些MIM型非線性元件特別能夠顯著減小電流-電壓曲線的時(shí)效變化，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間，還能夠保持高可靠性。未必清楚本發(fā)明的MIM型非線性元件達(dá)到這樣工作效果的機(jī)理，但是，作為理由之一，可以考慮下列說(shuō)明，即，在本發(fā)明的MIM非線性元件中，可以認(rèn)為，絕緣膜包括三層，即相鄰于第1導(dǎo)電膜的上半導(dǎo)體層；相鄰于第2導(dǎo)電膜的下半導(dǎo)體層；以及位于上下半導(dǎo)體層之間、禁帶寬度大于這兩種半導(dǎo)體層的絕緣體層。而且，可以認(rèn)為，電流-電壓時(shí)效變化的原因之一為，由于施加了電壓，使絕緣體層的微晶慢慢被破壞。在本發(fā)明MIM型非線性元件中，如上所述，有特定厚度、含有氫的半導(dǎo)體層存在于絕緣體層與導(dǎo)電膜(特別是第1導(dǎo)電膜)之間，借此，使施加到絕緣體層上的有效電壓變小，可以認(rèn)為，其結(jié)果是，使電流-電壓特性的時(shí)效變化變小。
與本發(fā)明有關(guān)的MIM型非線性元件的制造方法，包括下列工序(a)在基板上形成第1導(dǎo)電膜；(b)在惰性氣體中，在300℃以上的溫度下，對(duì)上述第1導(dǎo)電膜進(jìn)行熱處理；(c)借助于對(duì)上述第1導(dǎo)電膜進(jìn)行陽(yáng)極氧化，在上述第1導(dǎo)電膜表面上形成絕緣膜；以及(d)在上述絕緣膜的表面上，形成第2導(dǎo)電膜。
根據(jù)這種制造方法，借助于施加簡(jiǎn)易的熱處理工序，就能夠獲得與上述本發(fā)明有關(guān)的MIM型非線性元件。
進(jìn)而，本發(fā)明的液晶顯示屏，包括上述MIM型非線性元件，具體地講，包括第1基板、第2基板、以及液晶層，第1基板包括透明的基板、以給定的圖形在該基板上配置的一種信號(hào)線、以給定的間距連接到該信號(hào)線上的本發(fā)明的MIM型非線性元件；以及連接到該MIM型非線性元件上的象素電極；第2基板包括在與上述象素電極相向位置上的另一種信號(hào)線；把液晶層封入到上述第1基板與上述第2基板之間。
根據(jù)該液晶顯示屏，可以待到顯示對(duì)比度高、不產(chǎn)生圖象保留從而圖象質(zhì)量高的圖象，能夠應(yīng)用于廣泛的用途中。


圖1為示出應(yīng)用了本發(fā)明的MIM型非線性元件的液晶顯示屏主要部分的平面圖；圖2為沿著圖1中A-A線的剖面圖；圖3為示出本發(fā)明的MIM型非線性元件另一結(jié)構(gòu)例的剖面圖；圖4為示出本發(fā)明的液晶顯示屏等效電路的圖；圖5為示出本發(fā)明的液晶顯示屏的斜軸側(cè)投影圖；圖6為示出對(duì)與本發(fā)明實(shí)施例有關(guān)的MIM型非線性元件求出的SIMS光譜的圖；圖7為示出對(duì)與本發(fā)明比較例有關(guān)的MIM型非線性元件求出的SIMS光譜的圖；圖8為示出對(duì)與本發(fā)明實(shí)施例有關(guān)的MIM型非線性元件的第1導(dǎo)電膜求出的熱解吸分光譜的圖；圖9為示出對(duì)與本發(fā)明比較例有關(guān)的MIM型非線性元件的第1導(dǎo)電膜求出的熱解吸分光譜的圖；圖10為概略地示出用于求出熱解吸分光譜的裝置的圖；圖11為概略地示出用于求出熱解吸分光譜的試樣的圖；圖12為示出把定電壓施加到MIM型非線性元件上時(shí)電流值與偏移值的關(guān)系的圖；圖13為示出應(yīng)用了本發(fā)明MIM型非線性元件的液晶顯示屏主要部分的平面圖；圖14為沿著圖13中B-B線的剖面圖。
下面，參照附圖，對(duì)適合于本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)加以說(shuō)明。
(MIM型非線性元件及液晶顯示屏)圖1為模式地示出使用了本發(fā)明的MIM型非線性元件的液晶驅(qū)動(dòng)電極的一個(gè)單個(gè)的平面圖；圖2為模式地示出沿著圖1中A-A線的部分剖面圖。
MIM型非線性元件20由下列部分構(gòu)成具有絕緣性以及透明性的基板，例如由玻璃、塑料等構(gòu)成的基板(第1基板)30；在該基板30的表面上形成的絕緣膜31；由鉭或者鉭合金構(gòu)成的第1導(dǎo)電膜22；通過(guò)陽(yáng)極氧化、在該第1導(dǎo)電膜22的表面上形成的絕緣膜24；在該絕緣膜24的表面上形成的第2導(dǎo)電膜26。而且，把上述MIM型非線性元件20的第1導(dǎo)電膜22連接到信號(hào)線(掃描線或者數(shù)據(jù)線)12上，把第2導(dǎo)電膜26連接到象素電極34上。
上述絕緣膜31例如由氧化鉭構(gòu)成。形成上述絕緣膜31的目的是，使第1導(dǎo)電膜22不因在沉積出第2導(dǎo)電膜26之后所進(jìn)行的熱處理而剝離掉，以及防止從基板30向第1導(dǎo)電膜22擴(kuò)散雜質(zhì)；因此，在這些方面沒(méi)有問(wèn)題的情況下，絕緣膜31就未必需要了。
上述第1導(dǎo)電膜22為鉭單質(zhì)，或者，以鉭為主要成分、也可以作為在鉭中包含屬于周期表內(nèi)第6、7、8族的元素的合金膜。在可以添加到合金中的元素里，能夠例示的最好是例如鎢、鉻、鉬、錸、釔、鑭、鏑等。特別是，作為上述元素，鎢為最好，其含量比最好為例如0.1～6(原子)％。
而且，上述第1導(dǎo)電膜22在熱解吸分光譜中，氫光譜的峰值溫度為300℃以上，希望最好為300～400℃。再者，有關(guān)熱解吸分光譜的測(cè)量方法，將在下面詳述。
正如下面詳述那樣地，希望在形成液中，通過(guò)陽(yáng)極氧化形成上述絕緣膜24。
上述第2導(dǎo)電膜26并未特別限定，但是，通常由鉻構(gòu)成。還有，上述象素電極34可由ITO膜等透明導(dǎo)電膜構(gòu)成。
而且，在本發(fā)明中，在利用依據(jù)銫1次離子照射的2次離子質(zhì)量分析法(SIMS)獲得的元素分析中，在上述第1導(dǎo)電膜22與上述絕緣膜24的邊界區(qū)內(nèi)，在比峰值光譜強(qiáng)度Ip(具體地講，例如以對(duì)數(shù)表示的2次離子數(shù))小1位的氫光譜強(qiáng)度In(Ip/10)處，在深度方向上的厚度為10mm以上，希望最好為15nm以上。即，在上述第1導(dǎo)電膜22與上述絕緣膜24的邊界附近的特定區(qū)內(nèi)，氫的存在是重要的。
還有，如圖3所示，第2導(dǎo)電膜及象素電極也可以用同一個(gè)透明導(dǎo)電膜36構(gòu)成。這樣，借助于用單一膜形成第2導(dǎo)電膜及象素電極，能夠減少膜形成所需的制造工序。
其次，對(duì)使用了上述MIM型非線性元件20的液晶顯示屏的一例加以說(shuō)明。
圖4示出使用了上述MIM型非線性元件20的有源矩陣方式的液晶顯示屏的等效電路的一例。該液晶顯示屏10包括掃描信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路100及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路110。在液晶顯示屏10中，設(shè)置信號(hào)線即多條掃描線12及多條數(shù)據(jù)線14，借助于上述掃描信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路100驅(qū)動(dòng)上述掃描線12，借助于上述數(shù)據(jù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路110驅(qū)動(dòng)上述數(shù)據(jù)線14。而且，在各象素區(qū)16中，把MIM型非線性元件20與液晶顯示元件(液晶層)40串聯(lián)連接到掃描線12與信號(hào)線14之間。再者，圖4中，把MIM型非線性元件20連接到掃描線12那一邊上，把液晶顯示元件40連接到數(shù)據(jù)線14那一邊上；但是，也可以與此相反，把MIM型非線性元件20連接到數(shù)據(jù)線14那一邊上，把液晶顯示元件40連接到掃描線12那一邊上。
圖5為模式地示出與本實(shí)施形態(tài)有關(guān)的液晶顯示屏結(jié)構(gòu)的一例的斜軸側(cè)投影圖。該液晶顯示屏10把兩塊基板(即，第1基板30與第2基板32)相向設(shè)置，在這兩塊基板30與32之間封入液晶，形成液晶顯示元件(液晶層)40。如上述那樣，在形成了液晶顯示元件(液晶層)40的上述第1基板30上，形成絕緣膜31。在該絕緣膜31的表面上，設(shè)置多條信號(hào)線(掃描線)12。而且，在第2基板32上，以長(zhǎng)方形形成多條數(shù)據(jù)線14，使之與上述掃描線12交叉。進(jìn)而，把象素電極32通過(guò)MIM型非線性元件20連接到掃描線12上。
而且，基于施加到掃描線12和信號(hào)線14上的信號(hào)，控制顯示操作，把液晶顯示元件40切換成顯示狀態(tài)、非顯示狀態(tài)及其中間狀態(tài)。有關(guān)顯示操作的控制方法，可以應(yīng)用一般所使用的方法。
圖13及圖14示出MIM型非線性元件的另一實(shí)施形態(tài)。圖13為模式地示出使用了本實(shí)施形態(tài)MIM型非線性元件的液晶驅(qū)動(dòng)電極的一單位的平面圖，圖14為模式地示出沿著圖13中B-B線的剖面圖。
在具有背對(duì)背結(jié)構(gòu)方面該MIM型非線性元件40與上述MIM型非線性元件20不同。即，MIM型非線性元件40具有把第1MIM型非線性元件40a與第2MIM型非線性元件40b以相反極性串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)。
具體地講，由下列部分構(gòu)成具有絕緣性以及透明性的基板，例如由玻璃、塑料等構(gòu)成的基板(第1基板)30；在該基板30的表面上形成的絕緣膜31；由鉭或者鉭合金構(gòu)成的第1導(dǎo)電膜42；通過(guò)陽(yáng)極氧化、在該第1導(dǎo)電膜42的表面上形成的絕緣膜44；在該絕緣膜44的表面上形成的兩個(gè)互相離開的第2導(dǎo)電膜46a、46b。而且，把上述第1MIM型非線性元件40a的第2導(dǎo)電膜46a連接到信號(hào)線(掃描線或者數(shù)據(jù)線)48上，把上述第2MIM型非線性元件40b的第2導(dǎo)電膜46b連接到象素電極45上。再者，與圖1及圖2所示MIM型非線性元件20的絕緣膜24相比，把上述絕緣膜44的膜厚設(shè)定得小，例如使其膜厚形成為一半左右。
還有，第1導(dǎo)電膜42、絕緣膜44、第2導(dǎo)電膜46a及46b等各結(jié)構(gòu)元件的具體特性及結(jié)構(gòu)與上述MIM型非線性元件20的情況相同，因此，省略其描述。
(MIM型非線性元件的制造過(guò)程)其次，例如，對(duì)圖2所示MIM型非線性元件20的制造方法加以說(shuō)明。
MIM型非線性元件20例如可利用下面的過(guò)程來(lái)制造。
(a)首先，在基板30上形成由氧化鉭構(gòu)成的絕緣膜31。能夠借助于下列方法形成絕緣膜31對(duì)例如利用濺射法沉積出的鉭膜進(jìn)行熱氧化的方法；或者，使用了由氧化鉭構(gòu)成的靶的濺射法；及共同濺射法。該絕緣膜31是為了提高第1導(dǎo)電膜22的粘附性、進(jìn)而防止雜質(zhì)從基板30向第1導(dǎo)電膜22擴(kuò)散而設(shè)置的，因此，使絕緣膜31例如以50～200mm左右的膜厚形成。
其次，在絕緣膜31上，形成由鉭或者鉭合金構(gòu)成的第1導(dǎo)電膜22。第1導(dǎo)電膜的膜厚由MIM型非線性元件的用途而選擇適合的值，通常取100～500nm左右?？梢岳脼R射法及電子束蒸鍍法來(lái)形成第1導(dǎo)電膜。作為形成由鉭合金構(gòu)成的第1導(dǎo)電膜的方法，可以使用使用了混合靶的濺射法、共同濺射法或者電子束蒸鍍法等。作為鉭合金中包含的元素，可以選擇周期表內(nèi)第6、7及8族的元素，最好是鎢、鉻、鉬、錸等上述元素。
上述第1導(dǎo)電膜22可利用一般使用的光刻及蝕刻技術(shù)來(lái)制圖。而且，利用與形成第1導(dǎo)電膜22的工序相同的工序，形成信號(hào)線(掃描線或數(shù)據(jù)線)12。
(b)其次，在惰性氣體(例如，氬等的稀薄氣體)或者在氣體介質(zhì)氮中、在300℃以上(最好為300～400℃)的溫度條件下，進(jìn)行熱處理。熱處理所需的時(shí)間例如為10～120分鐘左右，該時(shí)間由下列因素影響第1導(dǎo)電膜的膜厚、退火爐的熱容量、處理晶片的個(gè)數(shù)、晶片基板玻璃的厚度、設(shè)定溫度等。
如上所述，借助于進(jìn)行這種熱處理，能夠在上述第1導(dǎo)電膜22與上述絕緣膜24的邊界區(qū)中，以大于特定的寬度(膜厚)分布?xì)?，而且，能夠控制在上述?導(dǎo)電膜22中氫的解吸溫度。
(c)其次，使用陽(yáng)極氧化法，對(duì)上述第1導(dǎo)電膜22的表面進(jìn)行氧化，形成絕緣膜24。這時(shí)，信號(hào)線12的表面同時(shí)也被氧化，形成絕緣膜。上述絕緣膜24由其用途來(lái)選擇最佳膜厚，例如，為20～70nm左右。
陽(yáng)極氧化中所使用的形成液并不特別限定，但是，例如，可以使用0.01～0.1(重量)％的檸檬酸水溶液。
(d)其次，可借助于例如利用濺射法沉積出鉻、鋁、鈦、鉬等的金屬膜，形成第2導(dǎo)電膜26。例如，以膜厚50～300nm形成第2導(dǎo)電膜，此后，利用通常使用的光刻及蝕刻技術(shù)使第2導(dǎo)電膜制圖。其次，利用濺射法等，以膜厚30～200nm沉積出ITO膜，使用通常所使用的光刻及蝕刻技術(shù)，形成給定圖形的象素電極34。
再者，在圖3所示MIM型非線性元件20中，利用同一個(gè)ITO膜等的透明導(dǎo)電膜36形成第2導(dǎo)電膜及象素電極。在此情況下，能夠在同一工序中形成第2導(dǎo)電膜及象素電極，因此，能夠使制造方法更加簡(jiǎn)化。
下面，舉出本發(fā)明的具體實(shí)施例及比較例，進(jìn)一步詳細(xì)地加以說(shuō)明。
(實(shí)施例1)在這一實(shí)施例中，使用了圖13及圖14所示背對(duì)背結(jié)構(gòu)的MIM型非線性元件。具體地講，利用濺射法在基板上沉積出膜厚為150nm的鉭膜(包含0.2(原子)％的鎢)，進(jìn)而，進(jìn)行構(gòu)圖，形成第1導(dǎo)電膜，其次，在氮?dú)夥罩校?50℃下，進(jìn)行持續(xù)30分鐘的熱處理(預(yù)先退火)。其次，把0.05(重量)％的檸檬酸水溶液作為形成液使用，以電流密度為0.04mA/cm2、電壓達(dá)到15V進(jìn)行恒定電流電解，進(jìn)行上述鉭膜的陽(yáng)極氧化。其結(jié)果是，形成了厚度為30nm左右的氧化鉭膜。
進(jìn)而，在氮?dú)夥罩?，?20℃下，實(shí)施了持續(xù)30分鐘的熱處理后，在空氣氣氛中冷卻；在陽(yáng)極氧化膜(絕緣膜)穩(wěn)定化以后，借助于濺射法在該絕緣膜上沉積出膜厚為100nm的鉻；進(jìn)而，構(gòu)圖，形成第2導(dǎo)電膜；進(jìn)而，把形成第1導(dǎo)電膜元件的部分與形成信號(hào)線的部分分離開來(lái)，制造MIM型非線性元件。
(比較例1)除了不進(jìn)行實(shí)施例1的熱處理(預(yù)先退火)之外，與實(shí)施例1同樣地制造MIM型非線性元件。
其次，對(duì)涉及實(shí)施例1及比較例1的MIM型非線性元件所進(jìn)行的實(shí)施例，加以說(shuō)明。
(a)STMS實(shí)施例1首先，把為了求出上述絕緣膜及第2導(dǎo)電膜中所含各種原子的分布圖而進(jìn)行的、依據(jù)絕離子蝕刻的SIMS的結(jié)構(gòu)示于圖6。圖6中，橫軸表示從在第一導(dǎo)電膜及絕緣膜上的絕緣膜表面開始的深度，縱軸以對(duì)數(shù)表示2次離子的計(jì)數(shù)值。再者，圖6中，以符號(hào)a表示的線為通過(guò)氫光譜峰值的線，它方便地示出第1導(dǎo)電膜與絕緣膜的邊界。
根據(jù)圖6可以確認(rèn)，在第1導(dǎo)電膜(鉭膜)與絕緣膜(TaOx膜)邊界區(qū)內(nèi)的氫光譜、(其峰值形成比較平穩(wěn)的吊鐘形)，在比峰值強(qiáng)度Ip小1位的強(qiáng)度Ih處，在深度方向上的厚度約為18nm。再者，當(dāng)進(jìn)行SIMS測(cè)量時(shí)，如果試樣的陽(yáng)極氧化膜(絕緣膜)過(guò)薄的話，則難于獲得絕緣膜與第1導(dǎo)電膜邊界上的數(shù)據(jù)，因此，設(shè)定陽(yáng)極氧化膜的膜厚為70nm左右。而且，可以確認(rèn)，即使改變陽(yáng)極氧化膜的膜厚，界面的狀況也不改變。
比較例1把涉及比較例1而進(jìn)行的、同樣的SIMS的結(jié)構(gòu)示于圖7。根據(jù)圖7，可以確認(rèn)，在第1導(dǎo)電膜(鉭膜)與絕緣膜(TaOx膜)邊界區(qū)內(nèi)的氬光譜(其峰值形成陡峭的三角形)，在比峰值強(qiáng)度Ip小1位的強(qiáng)度Ih上，在深度方向上的厚度約為7nm。
(b)熱解吸分光譜實(shí)施例1其次，對(duì)依據(jù)對(duì)第1導(dǎo)電膜(鉭膜)進(jìn)行的熱解吸分光譜(TDS)法的測(cè)量，加以描述。這種測(cè)量使用圖10所示的熱解吸分光譜測(cè)量裝置500。
這種熱解吸分光譜測(cè)量裝置500在真空容器510內(nèi)包括四極質(zhì)量分析計(jì)502及紅外線加熱器504；利用紅外線加熱器504，從試樣520背面那一邊把試樣520加熱；利用四極質(zhì)量分析計(jì)502計(jì)測(cè)從試樣520出來(lái)的氣體，獲得熱解吸分光譜。根據(jù)控制性的問(wèn)題，使用在試樣520背面那一邊的熱電偶TC1對(duì)試樣520進(jìn)行溫度控制。還有，為了測(cè)量試樣520的表面溫度，在試樣520表面那一邊上也設(shè)置了熱電偶TC2。因?yàn)樵嚇?20中所使用的石英基板522的熱傳導(dǎo)差，而且，其厚度也是1.1mm那么厚，所以，熱電偶TC1及TC2使產(chǎn)生了溫度差。但是，MIM型非線性元件在實(shí)際制作過(guò)程中的溫度與熱電偶TC2中的溫度大體相同。在TDS的測(cè)量中，作為基板使用石英玻璃。這是為了提高基板的耐熱溫度，因?yàn)闇y(cè)量要進(jìn)行到1000℃的高溫下。再者，可以確認(rèn)，即使把基板改變成為非堿性玻璃，MIM型非線性元件的電流-電壓特性也是同樣的。
如圖11所示，測(cè)量中所使用的試樣520首先借助于濺射法、在厚度為1.1mm的石英基板522上形成厚度為200nm的鉭膜(含有0.2(原子)％的鎢)524，進(jìn)而，進(jìn)行了上述預(yù)先退火。即，在熱處理爐中使圖11所示的層疊體在氮?dú)夥罩猩郎氐竭_(dá)350℃，通過(guò)在氮?dú)夥罩斜３衷?50℃下，持續(xù)30分鐘進(jìn)行預(yù)先退火，進(jìn)而以1.0℃/分鐘的速率降溫到達(dá)200℃，此后，從熱處理爐中取出上述層疊體，作為熱解吸分光譜測(cè)量用的試樣。
使用該試樣520，測(cè)量了熱解吸分光譜。將其結(jié)果，示于圖8。圖8中，橫軸為溫度，表示控制用的熱電偶TC1的溫度；縱軸表示在相當(dāng)于氫的質(zhì)量2(Hz)上的氣體計(jì)測(cè)值的強(qiáng)度。在圖8所示光譜中，獲得峰值P1。如上所述，在熱電偶TC1與TC2之間存在著溫度差，因此，如果求出試樣520的表面溫度的話，則依據(jù)熱電偶TC2的峰值，P1溫度約為400℃，依據(jù)熱電偶TC2的光譜，下限溫度約為300℃。
進(jìn)而，利用在光譜整個(gè)溫度范圍內(nèi)的積分強(qiáng)度，求出氫分子數(shù)為1.76×1016個(gè)/cm2。
比較例1把對(duì)比較例1進(jìn)行的、同樣的熱解吸分光譜的結(jié)果示于圖9。在圖9所示光譜中，獲得峰值P2。依據(jù)熱電偶TC2的峰值P2溫度約為290℃。
進(jìn)而，利用在光譜整個(gè)溫度范圍內(nèi)的積分強(qiáng)度，求出氫分子數(shù)為1.16×1016個(gè)/cm2。
(c)偏移值實(shí)施例1進(jìn)而，為了評(píng)價(jià)實(shí)施例1MIM型非線性元件的電流-電壓特性的時(shí)效變化，如果求出時(shí)效變化的指標(biāo)即偏移的話，則為2％。再者，利用當(dāng)把每1秒鐘極性改變1次的矩形波電壓施加到MIM型非線性元件上時(shí)，由下述公式所表示的值Is來(lái)定義該偏移值。這時(shí)，設(shè)定上述施加電壓，以使液晶顯示屏每一個(gè)象素中流動(dòng)的電流為1×10-7A。
Is＝{(I100-I0)/I0}100％上式中，I0表示初始(1秒鐘)電流值的絕對(duì)值，I100表示100秒鐘以后的電流值的絕對(duì)值。再者，為了防止圖象保留，在實(shí)用上，偏移值為-5～+5％，希望最好是使其包含在-2～+2％的范圍內(nèi)。
比較例1對(duì)比較例1，如果同樣地求出偏移值的話，則為4％。
進(jìn)而，制作多個(gè)進(jìn)行了預(yù)先退火的本發(fā)明的試樣以及不進(jìn)行預(yù)先退火的比較用的試樣，求出了它們的偏移值，其結(jié)果示于圖12。
圖12中，橫軸以對(duì)數(shù)表示當(dāng)把4V電壓施加到MIM型非線性元件上時(shí)、在元件中流動(dòng)的電流值；縱軸表示偏移值。根據(jù)圖12，顯然可以確認(rèn)，借助于進(jìn)行預(yù)先退火，有滿足為了獲得偏移值及足夠的對(duì)比度所需的這兩種保持電流的趨勢(shì)。再者，所謂“為了獲得足夠的對(duì)比度所需的保持電流”，指的是用于使得在選擇期間內(nèi)輸入的信號(hào)在保持期間內(nèi)不變動(dòng)的電流值。在實(shí)用上，例如，當(dāng)把4V電壓施加到MIM型非線性元件上時(shí)，在該元件中流動(dòng)的電流值為1×10-11A，希望該保持電流更好是在4×10-12A以下。
(d)非線性系數(shù)實(shí)施例1如果測(cè)量實(shí)施例1的MIM型非線性元件的電流-電壓特性，計(jì)算表示陡峭性的非線性系數(shù)(β值)的話，則為4.7％。
比較例1同樣地，求出比較例1的β值，為4.7％。
進(jìn)而，使用實(shí)施例1的MIM型非線性元件制作液晶顯示屏，在0～80℃的范圍內(nèi)，能夠獲得100以上的對(duì)比度，而且，還不能識(shí)別出顯示不勻。
權(quán)利要求
1.一種二端非線性元件，包括在基板上層疊的第一導(dǎo)電膜、絕緣膜以及第二導(dǎo)電膜，其特征在于在利用依據(jù)銫一次離子照射的二次離子質(zhì)量分析法(二次離子質(zhì)譜學(xué)，SIMS)獲得的元素分析中，在所述第一導(dǎo)電膜與所述絕緣膜的邊界區(qū)內(nèi)，在氫的光譜強(qiáng)度比峰值強(qiáng)度小一位處，在深度方向上的厚度為10nm以上。
2.一種二端非線性元件，包括在基板上層疊的第一導(dǎo)電膜、絕緣膜以及第二導(dǎo)電膜，其特征在于所述第一導(dǎo)電膜在熱解吸分光譜中，氫光譜的峰值溫度為300℃以上。
3.一種二端非線性元件的制造方法，其特征在于，包括下述工序(a)在基板上形成第一導(dǎo)電膜；(b)在惰性氣體中，在300℃以上的溫度下，對(duì)所述第一導(dǎo)電膜進(jìn)行熱處理；(c)借助于對(duì)所述第一導(dǎo)電膜進(jìn)行陽(yáng)極氧化，在所述第一導(dǎo)電膜表面上形成絕緣膜；以及(d)在所述絕緣膜的表面上，形成第二導(dǎo)電膜。
4.一種液晶顯示屏，其特征在于包括第一基板、第二基板、以及液晶層；第一基板包括透明基板、以給定的圖形在該基板上配置的一種信號(hào)線、以給定的間距連接到該信號(hào)線上的權(quán)利要求1或2中所述的二端非線性元件、以及連接到該二端非線性元件上的象素電極；第二基板包括在與所述象素電極相向位置上的另一種信號(hào)線；把液晶層封入到所述第一基板與所述第二基板之間。
全文摘要
提供一種時(shí)效變化小的MIM型非線性元件、使用了這種元件的液晶顯示屏、以及這種元件的制造方法。這種元件包括第1導(dǎo)電膜、絕緣膜及第2導(dǎo)電膜。在利用SIMS的元素分析中,氫光譜在峰值強(qiáng)度小1位的強(qiáng)度處,在深度方向上的厚度為10nm以上。在熱解吸分光譜中,氫光譜的峰值溫度為300℃以上。制造這種元件的方法包括形成第1導(dǎo)電膜、在300℃以上進(jìn)行熱處理、形成絕緣膜及形成第2導(dǎo)電膜等工序。
文檔編號(hào)H01L45/00GK1187631SQ9810390
公開日1998年7月15日 申請(qǐng)日期1998年1月4日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月6日
發(fā)明者井上孝, 高野靖, 直野秀昭, 伊藤涉, 淺川勉, 宇敷武義 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社