(57)【要約】【課題】  ドリフト現象を確実に防止することのできる非線形素子の製造方法、非線形素子、電気光学装置、および電子機器を提供すること。【解決手段】  アクティブマトリクス型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非線形素子１０は、タンタルからなる下部電極１３と、この下部電極１３の表面を陽極酸化してなる酸化膜１４と、この酸化膜１４を介して下部電極１３に対向する上部電極１５とを備えている。上部電極１５を形成する際、その成膜工程では、非加熱状態で成膜を開始し、酸化膜１４中の酸素欠陥の増大を防止する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に下部電極を形成する下部電極形成工程と、前記下部電極の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、前記酸化膜の表面に上部電極を形成する上部電極形成工程とを有する非線形素子の製造方法において、
前記上部電極形成工程では、前記上部電極を構成するための上部電極用導電膜の成膜を常温雰囲気下で開始することを特徴とする非線形素子の製造方法。
【請求項２】
前記上部電極形成工程では、前記上部電極用導電膜の成膜を気相成膜法で行う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】
前記酸化膜形成工程を行った後、前記上部電極形成工程を行う前に、原子状酸素を含む雰囲気中で前記酸化膜をアニールするアニール工程を有す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４】
前記上部電極形成工程では、前記上部電極用導電膜の成膜の開始から終了まで前記基板を常温雰囲気下におくことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の非線形素子の製造方法。
【請求項５】
前記上部電極形成工程では、前記上部電極用導電膜の成膜初期期間において前記基板を常温雰囲気下におく第１の成膜工程と、該第１の成膜工程の後、前記基板を加熱雰囲気下において前記上部電極用導電膜の成膜を行う第２の成膜工程とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の非線形素子の製造方法。
【請求項６】
成膜装置に常温雰囲気下において成膜を行う第１の成膜室と、加熱雰囲気下において成膜を行う第２の成膜室とを設け、
前記上部電極形成工程では、前記第１の成膜室で前記第１の成膜工程を行った後、前記基板を前記第２の成膜室に移して前記第２の成膜工程を行うことを特徴とする請求項５に記載の非線形素子の製造方法。
【請求項７】
成膜装置に前記基板の搬送方向に沿って常温雰囲気下で成膜を行う第１の成膜ステージと、加熱雰囲気下で成膜を行う第２の成膜ステージとをこの順に設け、
前記上部電極形成工程では、前記第１の成膜ステージで前記第１の成膜工程を行った後、前記基板を前記第２のステージに搬送し、当該第２のステージで前記第２の成膜工程を行うことを特徴とする請求項５に記載の非線形素子の製造方法。
【請求項８】
前記下部電極はタンタル膜であり、前記酸化膜形成工程では、前記下部電極の表面を陽極酸化することにより前記酸化膜を形成することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の非線形素子の製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の方法で製造したことを特徴とする非線形素子。
【請求項１０】
請求項９に記載の非線形素子と、該非線形素子を介して駆動される画素電極とを各画素に備えていることを特徴とする電気光学装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電気光学装置を備えていることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の電極の間に絶縁体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、この非線形素子を介して画素電極を駆動する電気光学装置、およびこの電気光学装置を備えた電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画素スイッチング素子として、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ：金属−絶縁体−金属）の積層構造を備えたダイオード型の非線形素子を画素毎に備えた液晶装置が市販されている。このようなＭＩＭ型の非線形素子は、従来、タンタル（Ｔａ）層からなる下部電極と、この下部電極の表面を陽極酸化してなるタンタル酸化膜、およびクロム膜などからなる上部電極がこの順に積層された構造を備えている。また、下部電極として、タングステン（Ｗ）などを添加したタンタル合金を用いた非線形素子も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−３０１０６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載の技術において、下部電極にタングステン（Ｗ）などを添加する理由は、非線形素子における電流（Ｉ）・電圧（Ｖ）特性の可逆的経時変化（以下、単に「ドリフト現象」という。）を抑制するためである。このドリフト現象は、以下に説明するように、素子に電圧を印加することで一時的に現れる現象であり、電圧印加を解除して一定時間が経過すれば元の特性に戻るが、このような現象は、非線形素子を画素スイッチング素子として用いた電気光学装置では、残像などを発生させるため好ましくない。
【０００４】
すなわち、非線形素子のＩＶ特性の非線形性は、導電係数をαとし、非線形係数をβとしたとき、以下の式
Ｉ／Ｖ＝α・ｅｘｐ［β・Ｖ1/2］…（１）
α＝（ｎμｑ／ｄ）・ｅｘｐ［−φ／ｋＴ］…（２）
β＝（１／ｋＴ）・（ｑ3／πε1ε0ｄ）1/2…（３）
但し、ｎ：キャリア密度、μ：キャリアの移動度、ｑ：電子の電荷量、
ｄ：絶縁膜の厚さ、φ：トラップ深さ、ｋ：ボルツマン定数、
Ｔ：周囲温度、ε0：真空中の誘電率、ε1：絶縁膜の比誘電率
で表されるが、非線形素子では、電圧印加に起因して、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、特性が一時的に平行移動するドリフト現象が発生し、このような現象が発生すると、非線形素子を介して供給する電圧が変化してしまうため、所定の電圧で駆動したときに各画素の表示階調が変動し、残像が発生するなど、良好な表示品位を保つことができないのである。
【０００５】
ここで、ドリフト現象は、通常は絶縁膜中の酸素空孔や結合不良などの欠陥が原因と考えられる。絶縁膜が陽極酸化膜である場合には、Ｘ線回折などでは特定の面方位に対応する回折ピークが弱く、ある程度巨視的に見ると非晶質のように見えるが、微視的に見ると多結晶構造を有する。たとえば、絶縁膜が酸化タンタルで構成されている場合には、その微細な結晶粒はＴａ２Ｏ５の結晶構造を有する。このような結晶粒において酸素空孔や欠陥が存在すると、絶縁膜は、下式
Ｔａ2O5-x  →  Ｔａ4+2xＴａ5+2-2xＯ2-5-x
で示すように遷移し、絶縁膜内における局所的な電荷の偏りに起因して、電圧の印加履歴に応じた一時的な電気特性の変化が発生すると考えられる。従って、６価のタングステンを添加すると、下式
Ｔａ2O5-x＋ｙＷ  →  Ｔａ4+2x-yＴａ5+2-2xＷ6+yＯ2-5-x+y
で示すように、酸素の空乏が埋まるため、ドリフト現象が改善されるものと考えられる。
【０００６】
ここで、下部電極を構成するタンタルにタングステンを０．数％のオーダーで均一に添加するには、成膜に用いるターゲット内でタングステンが均一に分布している必要があるが、現実的には、このようなターゲットを確保するのは極めて困難である。このため、電気光学装置のように、１枚の基板上に多数の非線形素子を形成しようとすると、面内ばらつきが大きく、かつ、電気光学装置のロット間でのばらつきも大きいという問題点がある。また、ターゲットのロット間でも、タングステンの分布などがばらつくため、電気光学装置のロット間でのばらつきが大きいという問題点がある。
【０００７】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、ドリフト現象を確実に防止することの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、この非線形素子を介して画素電極を駆動する電気光学装置、およびこの電気光学装置を備えた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明では、基板上に下部電極を形成する下部電極形成工程と、前記下部電極の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、前記酸化膜の表面に上部電極を形成する上部電極形成工程とを有する非線形素子の製造方法において、前記上部電極形成工程では、前記上部電極を構成するための上部電極用導電膜の成膜を常温雰囲気下で開始することを特徴とする。ここで、常温雰囲気とは、基板を積極的に加温しない非加熱雰囲気を意味し、室温と同程度の温度条件を意味する。
【０００９】
本願出願人は、無機酸化膜中の酸素欠陥生成量は、酸化膜が他の皮膜で覆われるまでの間、酸化膜とそれが接する雰囲気との平衡状態で規定される結果、アレニウスの式に従って、酸素欠陥生成量の対数と、絶対温度の逆数とが比例関係にあることに着目して、本発明では、酸化膜形成工程を行った後、上部電極形成工程を行う際には、基板を非加熱の雰囲気下において上部電極を構成するための上部電極用導電膜の成膜を開始する。このため、本発明によれば、上部電極用導電膜の成膜初期の段階における酸化膜からの酸素の脱離を防止することができるので、酸素欠陥の生成量を低く抑えることができる。従って、非線形素子のドリフト現象を抑制できる。また、本発明では、上部電極形成工程の条件を変更するだけで非線形素子のドリフト現象を抑制できるので、タンタルなどの単体膜を下部電極に用いることができるので、成膜に用いるターゲット内での添加元素の分布や分布のロット間ばらつきが問題点とならないため、電気光学装置のように、１つの基板上に多数の非線形素子を備える装置に用いるのに適している。
【００１０】
本発明において、前記上部電極形成工程では、例えば、前記上部電極用導電膜の成膜を物理気相成膜法で行う。スパッタ法や真空蒸着法などといった物理気相成膜法では、真空雰囲気内で行うため、高温雰囲気下で特に酸化膜から酸素が脱離しやすいので、本発明を適用した場合の効果が顕著である。
【００１１】
本発明において、前記酸化膜形成工程を行った後、前記上部電極形成工程を行う前に、前記酸化膜に対して、原子状酸素を含む雰囲気中で前記酸化膜にアニールを行うアニール工程を有することが好ましい。このようなアニール工程で酸素欠陥を減少させた状態は、本発明によれば、上部電極の形成後も持続されるので、非線形素子のドリフト現象を確実に抑制できる。
【００１２】
本発明において、前記上部電極形成工程では、例えば、前記上部電極用導電膜の成膜の開始から終了まで前記基板を常温雰囲気下におく。
【００１３】
本発明において、前記上部電極形成工程では、前記上部電極用導電膜の成膜初期期間において前記基板を常温雰囲気下におく第１の成膜工程と、該第１の成膜工程の後、前記基板を加熱雰囲気下で前記上部電極用導電膜の成膜を行う第２の成膜工程とを有することが好ましい。このように構成すると、加熱雰囲気下で成膜した方が上部電極を安定して形成できるような場合でも、非加熱雰囲気下で成膜したことの弊害を最小限に止めることができる。
【００１４】
このような方法を行う場合には、例えば、成膜装置に常温雰囲気下において成膜を行う第１の成膜室と、加熱雰囲気下において成膜を行う第２の成膜室とを設けておき、前記上部電極形成工程では、前記第１の成膜室で前記第１の成膜工程を行った後、前記基板を前記第２の成膜室に移して前記第２の成膜工程を行う。このように構成すると、異なる成膜条件で上部電極用導電膜を形成する場合でも、生産性が低下しない。
【００１５】
また、成膜装置に前記基板の搬送方向に沿って常温雰囲気下で成膜を行う第１の成膜ステージと、加熱雰囲気下で成膜を行う第２の成膜ステージとをこの順に設けておき、前記上部電極形成工程では、前記第１の成膜ステージで前記第１の成膜工程を行った後、前記第２のステージに前記基板を搬送し、当該第２のステージで前記第２の成膜工程を行ってもよい。このように構成すると、異なる成膜条件で上部電極用導電膜を形成する場合でも、生産性が低下しない。
【００１６】
本発明において、前記下部電極は、例えば、タンタル膜であり、前記酸化膜形成工程では、前記下部電極の表面を陽極酸化することにより前記酸化膜を形成する。
【００１７】
本発明に係る非線形素子は、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、このような電気光学装置では、非線形素子と、該非線形素子を介して駆動される画素電極とを各画素に備えている。
【００１８】
本発明に係る電気光学装置は、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】
【００１９】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
［非線形素子］
（素子の構造）
図１は、本発明を適用した非線形素子の構造を模式的に示す拡大縦断面図である。図１に示す非線形素子１０（ＴＦＤ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｄｉｏｄｅ）素子）は、ガラス、石英、プラスチックなどで構成された基板１１の上に形成された下部電極１３と、この下部電極１３の表面を覆うように形成された酸化膜１４と、この酸化膜１４を覆うように形成された上部電極１５とを備えており、上部電極１５は、酸化膜１４を介して下部電極１３に対向している。ここで、基板１１と下部電極１３との間には、基板１１と下部電極１３との密着性を高めるための下地膜が形成されることがある。
【００２１】
本形態において、下部電極１３は、タンタル単体膜から構成されている。下部電極１３の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば１００〜１５０ｎｍ程度である。
【００２２】
酸化膜１４は、タンタルの酸化膜で構成され、かかる酸化膜１４は、後述するように、下部電極１４の表面を陽極酸化することにより形成することができる。本実施形態において、酸化膜１４は、下部電極１３の表面を全て覆うように構成され、下部電極１３の側端縁１３０上にも形成されている。ただし、酸化膜１４は下部電極１３の表面を全て覆う必要はなく、下部電極１３と上部電極１５とが対向する部分に形成されていれば、非線形素子１０を構成することができる。酸化膜１４の厚さは、通常２０〜４０ｎｍ程度であることが望ましい。
【００２３】
上部電極１５は、適宜の金属材料で構成することができるが、配線抵抗の低さ、特性の安定性などから、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）などで構成することが好ましい。このとき、酸化膜１４が下部電極１３の側端縁１３０（下部電極１３の側面の最下部）上にも形成されていれば、上部電極１５を酸化膜１４上から上記側端縁１３０の上方を経て下部電極１３の下地面（図示例では基板１１の表面）上に亘って連続して形成することができるので、上部電極１５と他の層（例えば、画素電極や他の配線など）との導電接続が容易になる。上部電極１５の厚さは特に限定されないが、１６０〜３００ｎｍ程度であることが好ましい。一般的には、厚くなるほど配線抵抗が低下するため、特に液晶表示装置を構成する場合の縦クロストークを防止する上で好ましいが、成膜時間やパターニング時間も増大するため、上記範囲内の厚さであることが望ましい。
【００２４】
（素子の製造方法）
本発明を適用した非線形素子１０の製造方法を説明する。図２は、本発明を適用した非線形素子の製造方法を示す工程図である。図３（ａ）〜（ｄ）は、本発明を適用した非線形素子の製造工程のうち、上部電極用導電膜形成工程における成膜時の温度条件を示す説明図である。
【００２５】
図２に示すように、非線形素子の製造工程Ｐ１では、まず、下部電極形成工程のステップＳ０１において、下部電極１３の材料を基板１１上にスパッタ法などによって成膜し、次に、ステップＳ０２において成膜された層をフォトリソグラフィ法などによってパターニングすることによって下部電極１３が形成される。スパッタ法は、ＲＦスパッタ装置やマグネトロンスパッタ装置などで行われる。より具体的には、チャンバー内に下部電極用の原料（タンタル）のターゲットを配置し、真空ポンプなどの排気装置でチャンバー内を減圧し、アルゴンなどの不活性ガスを導入した状態で、高周波電界を印加してプラズマを形成し、プラズマ中の正イオンをターゲットに加速衝突させ、その反動でターゲット材料を基板１１上に堆積させる。なお、下部電極１３の形成にあたっては、スパッタ法に限らず、真空蒸着法やＣＶＤ法などの他の成膜方法を用いて下部電極１３を形成しても構わない。
【００２６】
次に、酸化膜形成工程（ステップＳ０３）において陽極酸化法により下部電極１３の表面に酸化膜１４を形成する。この工程では、下部電極１３の表面に陽極酸化を施すことによって、タンタルの陽極酸化膜からなる酸化膜１４を形成する。この陽極酸化法では、燐酸塩、クエン酸塩、芳香族カルボン酸塩などの水溶液、あるいはアルコール溶液などの電解液（化成液）に基板を浸漬させ、電解液中において陰極板と対向させた状態で、通電パターン（図示せず）を介して下部電極１３と陰極板との間に電圧を印加する。上記の芳香族カルボン酸塩としては、サリチル酸アンモニウム、安息香酸アンモニウム、γ−レゾルシン酸アンモニウム、フタル酸水素アンモニウム、フタル酸ジアンモニウムなどを用いることができる。このとき、下部電極１３の表面が露出している当初は電流が流れ易いので、通常は、最初に定電流制御下で（或いは定電流源に接続して）電圧を印加し（定電流酸化過程）、陽極酸化が進行して下部電極１３の表面に或る程度の厚さの酸化膜が形成され、電圧が所定値まで上昇した時点で、定電圧制御下で（或いは低電圧源に接続して）、酸化処理を続ける（定電圧酸化過程）といった方法が採用されている。ここで、定電圧酸化過程には、膜密度を安定させるとともに、酸化膜１４の表面粗さを低減し、また、膜厚を制御するといった狙いがある。これによって酸化膜１４の膜質が良好になり、非線形素子１０の電気的特性が向上し、安定する。
【００２７】
次に、アニール工程（ステップＳ０４）において、酸化膜１４の膜質や絶縁性を向上させ、素子特性のばらつきを低減するとともに素子特性の経時的安定性を得るために、空気存在下で、３２０〜４００℃で１０〜１２０分程度、アニール処理を行う。
【００２８】
この後、上部電極１５の形成工程（上部電極形成工程）を行う。すなわち、ステップＳ０５において基板１１の表面に、上部電極用導電膜としてクロム膜をスパッタ法により成膜し、その後、ステップＳ０６においてその上にレジストを用いるフォトリソグラフィ法などによりマスクを形成し、このマスクを介してエッチングを行うことなどにより、パターニングを行い、上部電極１５を形成する。なお、上部電極用導電膜の形成にあたっては、スパッタ法に限らず、真空蒸着法などといった物理気相成膜法を用いてもよい。
【００２９】
このような上部電極形成工程において、従来であれば約２６０℃の温度条件下で成膜するのに対して、本形態では、図３（ａ）に成膜時の温度プロファイルを示すように、上部電極用導電膜（クロム膜）を成膜の開始から終了まで、基板１１を常温雰囲気下（室温／非加熱雰囲気）におく。
【００３０】
（本形態の作用、効果）
以上説明したように、本形態では、上部電極形成工程を行う際、基板１１を非加熱の雰囲気下において、上部電極１５を構成するための上部電極用導電膜の成膜を開始する。このため、加熱に起因する酸化膜１４からの酸素の脱離を防止することができるので、酸化膜１４中の酸素欠陥の生成量を低く抑えることができる。従って、非線形素子１０のドリフト現象を抑制できる。また、本形態では、上部電極形成工程の条件を変更するだけで非線形素子のドリフト現象を抑制できるので、タンタルの単体膜を下部電極に用いることができ、タングステンなどを添加する必要がない。従って、成膜に用いるターゲット内での添加元素の分布や分布のロット間ばらつきが問題点とならないため、後述する電気光学装置のように、１つの基板上に多数の非線形素子１０を備える装置に用いるのに適している。
【００３１】
（上部電極形成工程の変形例１）
上記形態では、上部電極用導電膜（クロム膜）を成膜の開始から終了まで、基板１１を常温（室温／非加熱雰囲気下）においたが、図３（ｂ）に示すように、上部電極用導電膜（クロム膜）の成膜の開始を常温（非加熱の雰囲気下）で行い、それ以降、基板１１を加熱し、基板１１の温度を約２６０℃まで上昇させてもよい。このように構成した場合も、常温で上部電極１５を構成するための上部電極用導電膜の成膜を開始するため、酸化膜１４からの酸素の脱離を防止することができるので、酸化膜１４中の酸素欠陥の生成量を低く抑えることができる。
【００３２】
（上部電極形成工程の変形例２）
本形態では、図３（ｃ）に示すように、初期は一定期間、上部電極用導電膜（クロム膜）の成膜を常温（非加熱の雰囲気下）で行った後、成膜を継続しながら、基板１１を加熱して基板１１の温度を約２６０℃まで上昇させ、その後、約２６０℃の温度条件に保持する。このように構成した場合も、常温で上部電極１５を構成するための上部電極用導電膜の成膜を開始するため、酸化膜１４からの酸素の脱離を防止することができるので、酸化膜１４中の酸素欠陥の生成量を低く抑えることができる。
【００３３】
（上部電極形成工程の変形例３）
図４（ａ）、（ｂ）は、本形態の非線形素子の製造工程のうち、上部電極用導電膜形工程で用いる成膜装置の構成を示す説明図である。
【００３４】
本形態では、図３（ｄ）に示すように、まず、一定期間、上部電極用導電膜（クロム膜）の成膜を常温（非加熱雰囲気下）で行い（第１の成膜工程）、次に、約２６０℃の温度条件下で上部電極用導電膜の成膜を行う（第２の成膜工程）。その際、上部電極用導電膜のうち、約１／３の厚さまでは常温で成膜し、残り約２／３の厚さ分については、約２６０℃の温度条件下で上部電極用導電膜の成膜を行う。例えば、上部電極用導電膜を１６０ｎｍの厚さで形成する場合には、約５０ｎｍの厚さまでは常温で成膜し、残り約１１０ｎｍの厚さ分については、約２６０℃の温度条件下で上部電極用導電膜の成膜を行う。このように構成した場合も、常温で上部電極１５を構成するための上部電極用導電膜の成膜を開始するので、酸化膜１４からの酸素の脱離を防止することができ、酸化膜１４中の酸素欠陥の生成量を低く抑えることができる。
【００３５】
また、クロム膜などを成膜する際、成膜温度が高い方がシート抵抗が低くて均一性に優れるなど、膜質が良好であるが、本形態によれば、上部電極用導電膜の約２／３の厚さ分は、成膜温度が高い条件で成膜されるので、上部電極用導電膜全体としてみれば、膜質の良好な上部電極用導電膜を形成することができる。
【００３６】
このような条件で上部電極用導電膜を形成する場合には、例えば、図４（ａ）に示すように、成膜装置３００にローディング・アンローディング室３３０を設けるとともに、このローディング・アンローディング室３３０に隣接する位置に、非加熱雰囲気下において成膜を行う第１の成膜室３１０と、加熱雰囲気下において成膜を行う第２の成膜室３２０とを設けておき、上部電極形成工程では、矢印で基板１１の移動経路を示すように、第１の成膜室３１０で第１の成膜工程を行った後、真空状態に保持されたローディング・アンローディング室３３０を経由して基板１１を第２の成膜室３２０に移して第２の成膜工程を行えばよい。このように構成すると、異なる成膜条件で上部電極用導電膜を形成する場合でも、生産性が低下しない。
【００３７】
また、成膜装置３５０に基板１１の搬送方向に沿って非加熱雰囲気下で成膜を行う第１の成膜ステージ３６０と、加熱雰囲気下で成膜を行う第２の成膜ステージ３７０とをこの順に設けておき、上部電極形成工程では、矢印で基板１１の移動経路を示すように、第１の成膜ステージ３６０で第１の成膜工程を行った後、第２のステージ３７０に基板３７０を搬送し、この第２のステージ３７０で第２の成膜工程を行ってもよい。このように構成した場合も、異なる成膜条件で上部電極用導電膜を形成するとしても生産性が低下しない。
【００３８】
（アニール工程の変形例１）
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した非線形素子の製造工程のうち、アニール工程を示す工程図、およびこの工程での温度条件を示す説明図である。上記形態では、アニール工程（ステップＳ０４）では、空気存在下で、３２０〜４００℃で１０〜１２０分程度、アニール（アニール処理）を行ったが、以下に説明するように、酸化膜形成工程を行った後、上部電極形成工程を行う前に、アニール工程（ステップＳ０４）において、酸化膜１４に対して、原子状酸素を含む雰囲気中でアニールを行うことが好ましい。すなわち、本発明を適用した非線形素子１０の製造方法では、上部電極形成工程において、基板１１を非加熱の雰囲気下において、上部電極１５を構成するための上部電極用導電膜の成膜を開始するので、それ以前に酸化膜１４中の酸素欠陥を減少させておけば、上部電極用導電膜を形成した後でも、酸素欠陥は、増大せず、原子状酸素を含む雰囲気中でアニールを行った効果を最大限、発揮させることができる。
【００３９】
このようなアニール工程として、本形態では、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、原子状酸素を含む雰囲気中での原子状酸素導入アニール処理Ｒ１を行った後、水素原子を含む雰囲気中での水素原子導入アニール処理Ｒ２を行う。
【００４０】
より具体的には、原子状酸素導入アニール処理Ｒ１では、酸化膜形成工程を終えた基板１１をアニール処理室に設置した後、アニール処理室を真空状態にし、かつ、期間ｔ０〜ｔ１で室温状態から温度Ｔ１、例えば、約３２０〜４００℃まで昇温するとともに、その内部に活性酸素の一種である原子状酸素を導入する。そして、期間ｔ１〜ｔ２で温度Ｔ１を保持した後、期間ｔ２〜ｔ３で温度Ｔ１から室温に戻す。その結果、酸化膜１４に原子状酸素が導入され、酸素欠乏が減少する。このような原子状酸素の導入は、例えば、アニール処理室内で酸素プラズマを発生させる方法、アニール処理室内にオゾンを導入する方法、アニール処理室内に酸素を導入するとともに、紫外光を照射して原子状酸素を発生させる方法、アニール処理室内に一酸化二窒素を導入するとともに、一酸化二窒素を分解させて原子状酸素を発生させる方法がある。その際、温度が４００℃を超えると、下部電極１２に酸素が導入させてしまい、下部電極１２が膨張するなどの不具合が発生する。また、温度が３２０℃未満では、導入した原子状酸素が脱離しないように、後で行う水素原子導入アニール処理Ｒ２の温度をそれ以下の温度で行わなければならず、水素原子の導入が好適に行われなくなるからである。
【００４１】
このようにして原子状酸素導入アニール処理Ｒ１を行った後は、再び、アニール処理室を真空状態にし、かつ、期間ｔ３〜ｔ４で室温状態から温度Ｔ１、例えば、約３２０〜４００℃まで昇温するとともに、期間ｔ４〜ｔ５では温度Ｔ１を保持する。この保持期間中（期間ｔ４〜ｔ５）、アニール処理室には窒素を導入する。続いて、アニール処理室を真空状態にした後、アニール処理室に大気を導入し、期間ｔ５〜ｔ６でアニール処理室を室温に戻す。その結果、期間ｔ５〜ｔ６では大気中に含まれる水から分解された水素原子が酸化膜１４に導入される。
【００４２】
（アニール工程の変形例２）
図６（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した非線形素子の製造工程のうち、別のアニール工程を示す工程図、およびこの工程での温度条件を示す説明図である。本形態では、酸化膜形成工程を終えた基板１１をアニール処理室に設置した後、アニール処理室を真空状態にし、かつ、期間ｔ０〜ｔ１で室温状態から温度Ｔ１、例えば、約３２０〜４００℃まで昇温するとともに、期間ｔ１〜ｔ２では温度Ｔ１を保持する。その際、アニール処理室内に原子状酸素と窒素とを導入する（原子状酸素導入アニール処理）。その結果、酸化膜１４に原子状酸素が導入され、酸素欠乏が減少する。続いて、アニール処理室を真空状態にした後、アニール処理室に大気を導入し、期間ｔ２〜ｔ３でアニール処理室を室温に戻す。その結果、期間ｔ２〜ｔ３には、大気中に含まれる水から分解された水素原子が酸化膜１４に導入される。このように構成すれば、工程Ｗ１において、原子状酸素導入アニール処理と水素原子導入アニール処理とを同時に行うことができる。
【００４３】
（アニール工程の変形例３）
図７（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した非線形素子の製造工程のうち、さらに別のアニール工程を示す工程図、およびこの工程での温度条件を示す説明図である。本形態では、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、水素原子を含む雰囲気中での水素原子導入アニール処理Ｚ１を行った後、原子状酸素を含む雰囲気中での原子状酸素導入アニール処理Ｚ２を行う。
【００４４】
より具体的には、水素原子導入アニール処理Ｚ１では、酸化膜形成工程を終えた基板１１をアニール処理室に設置した後、アニール処理室を真空状態にし、かつ、期間ｔ０〜ｔ１で室温状態から温度Ｔ１、例えば、約３２０〜４００℃まで昇温するとともに、期間ｔ１〜ｔ２で温度Ｔ１を保持し、この保持期間中（期間ｔ１〜ｔ２）にアニール処理室に大気を導入し、大気中に含まれる水から分解された水素原子を酸化膜１４に導入する。次に、原子状酸素導入アニール処理Ｚ２では、アニール処理室を真空状態にし、かつ、期間ｔ３〜ｔ４で室温状態から温度Ｔ２、例えば、約２５０〜３２０℃まで昇温するとともに、期間ｔ４〜ｔ５では温度Ｔ２を保持する。この保持期間中（期間ｔ４〜ｔ５）、アニール処理室には原子状酸素を導入する。その結果、酸化膜１４に原子状酸素が導入され、酸素欠乏が減少する。続いて、アニール処理室を真空状態にした後、期間ｔ５〜ｔ６までの間にアニール処理室を室温に戻す。なお、原子状酸素導入アニール処理Ｚ２の温度を水素原子導入アニール処理Ｚ１の温度より低く設定したのは、原子状酸素導入アニール処理Ｚ２によって、水素原子導入アニール処理Ｚ１の効果が損なわれないようにするためである。
【００４５】
［電気光学装置の構成］
（全体構成）
図８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９は、電気光学装置の構成を模式的に示す断面図である。
【００４６】
図８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、図１〜図３を参照して説明した非線形素子１０（ＴＦＤ素子）とが直列接続しており、図８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。また、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構成となっている。
【００４７】
このような電気光学装置１００は、具体的には、例えば、図９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９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。
【００４８】
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が形成されている。なお、配向膜２４、３４は、一般にポリイミド等から形成される。
【００４９】
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。
【００５０】
（画素の構成）
図１０は、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り、図１１は、各画素に形成された非線形素子の説明図である。
【００５１】
図１０および図１１に示すように、本形態の非線形素子１０は、第１の非線形素子１０ａおよび第２の非線形素子１０ｂからなり、素子基板２０の表面に形成された下地層２０１上において、下部電極１３と、この下部電極１３の表面に陽極酸化によって形成された酸化膜１４と、この表面に形成されて相互に離間した上部電極１５ａ、１５ｂとから構成されている。上部電極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、上部電極１５ｂは、画素電極２３に接続されている。なお、データ線５２は、下部電極１３と同時形成された金属層１３ａを備えている。下地層２０１は、例えば、厚さが５０〜２００ｎｍ程度のタンタル酸化膜によって構成されている。
【００５２】
図１〜図３を参照して説明したように、本形態の非線形素子１０において、金属層１３ａおよび下部電極１３は、例えば、厚さが１００〜１５０ｎｍ程度のタンタル単体膜によって形成され、酸化膜１４は、陽極酸化法によって金属層１３ａおよび下部電極１３の表面を酸化することによって形成された厚さが２０〜４０ｎｍの陽極酸化膜である。上部電極１５ａ、１５ｂは、例えばクロム等といった金属膜によって１６０〜３００ｎｍ程度の厚さに形成されている。
【００５３】
ここで、第１の非線形素子１０ａは、データ線５２の側からみると順番に、上部電極１５ａ／酸化膜１４／下部電極１３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の非線形素子１０ｂは、データ線５２の側からみると順番に、下部電極１３／酸化膜１４／上部電極１５ｂとなって、第１の非線形素子１０ａ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。
【００５４】
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、アニールにより、下部電極１３などが下地から剥離しないようにするとともに、下部電極１３、１３ａ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。
【００５５】
（電気光学装置の製造方法）
図１２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１３は、素子基板形成工程の一部を示す工程断面図である。
【００５６】
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１２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。
【００５７】
本形態では、大型の素子基板２０に対して、まず、能動素子形成工程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。この能動素子形成工程Ｐ１では、まず、図１３に示す下地層形成工程（ａ）において、大型の素子基板２０の表面にタンタル酸化物を一様な厚さに成膜して下地層２０１を形成する。
【００５８】
次に、第１金属層形成工程（ｂ）において、例えば、タンタルをスパッタ法等によって一様な厚さで成膜し、さらにフォトリソグラフィ技術を用いてデータ線５２の金属層１３ａ、および非線形素子１０の下部電極１３を同時に形成する（図２に示す下部電極形成工程に相当する）。このとき、データ線５２の金属層１３ａと下部電極１３とはブリッジ部（図示せず）で繋がっている。また、この工程では、給電パターン（図示せず）も形成する。
【００５９】
次に、絶縁層形成工程（ｃ）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（図２に示す酸化膜形成工程に相当する）。その際、データ線５２の金属層１３ａを介して下部電極１３に給電され、それらの表面には、酸化膜１４としての陽極酸化膜が形成される。
【００６０】
次に、アニール工程（ｄ）においては、素子基板２０を加熱炉内で加熱する（図２に示すアニール工程に相当する）。その結果、酸化膜１４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Ｉ／Ｖ値を高くすることができる。このようなアニール処理は、例えば、窒素雰囲気下において、例えば４００℃で行われる。
【００６１】
次に、第２金属層形成工程（ｅ）において、クロムをスパッタ法等によって一様な厚さで成膜した後、フォトリソグラフィ技術を利用して、データ線５２の最上層としての金属層１５ｃ、第１の非線形素子１０ａの上部電極１５ａ、および第２の非線形素子１０ｂの上部電極１５ｂを形成する（図２に示す上部電極形成工程に相当する）。以上により、能動素子である非線形素子１０が素子基板２０の表面に必要な数だけ形成される。
【００６２】
次に、ブリッジ部除去及び下地層除去工程（ｆ）においては、例えば、ドライエッチングによりブリッジ部を大型の素子基板２０から除去する。これにより、第１非線形素子１０ａおよび第２非線形素子１０ｂの下部電極１３および酸化膜１４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２００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、画素電極２３に相当する領域の下地層２０１を除去する。
【００６３】
次に、図１２の画素電極形成工程Ｐ２が行われる。具体的には、電極形成工程（ｇ）において、画素電極２３を形成するためのＩＴＯをスパッタリング等によって一様な厚さで成膜し、さらに、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をその一部が上部電極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１０および図１１に示す非線形素子１０および画素電極２３が形成される。
【００６４】
しかる後には、図１２の配向膜工程Ｐ３において、元基板２００の表面にポリイミド、ポリビニルアルコール等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。
【００６５】
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等によってシール材１０４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。
【００６６】
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、ガラス基板等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。
【００６７】
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。
【００６８】
次に、対向電極形成工程Ｐ８において、ＩＴＯ膜等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。
【００６９】
次に、配向膜形成工程Ｐ９において、走査線５１等の上にポリイミド等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等といった配向処理を施す。
【００７０】
その後、大型の素子基板２００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等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）。
【００７１】
なお、本形態では、下部電極１３をタンタル単体膜で構成し、酸化膜１４をタンタルの酸化膜で構成した例を説明したが、下部電極１３をニオブなどで構成し、酸化膜１４をニオブ酸化膜などで構成してもよい。また、下部電極１３をタンタル合金やニオブ合金で構成し、酸化膜１４をタンタル合金の酸化膜やニオブ合金の酸化膜で構成してもよい。
【００７２】
（電子機器の実施形態）
図１４は、本発明に係る電気光学装置が搭載される電子機器の一例を示す携帯電話機の説明図である。図１４に示すように、携帯電話機９０は、複数の操作ボタン９１と、本発明を適用した電気光学装置１を有している。なお、本形態の電気光学装置は、携帯電話機の他、モバイル型のパーソナルコンピュータなどに用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明を適用した非線形素子の構造を模式的に示す拡大縦断面図である。
【図２】本発明を適用した非線形素子の製造方法を示す工程図である。
【図３】本発明を適用した非線形素子の製造工程のうち、上部電極用導電膜形成工程における成膜時の温度条件を示す説明図である。
【図４】本発明を適用した非線形素子の製造工程のうち、上部電極用導電膜形工程で用いる成膜装置の構成を示す説明図である。
【図５】本発明を適用した非線形素子の製造工程のうち、アニール工程を示す説明図である。
【図６】本発明を適用した非線形素子の製造工程のうち、別のアニール工程を示す説明図である。
【図７】本発明を適用した非線形素子の製造工程のうち、さらに別のアニール工程を示す説明図である。
【図８】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９】電気光学装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図１０】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１１】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１２】本発明を適用した電気光学装置の製造方法の一例を示す工程図である。
【図１３】本発明を適用した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断面図である。
【図１４】本発明に係る液晶装置を用いた電子機器の一実施形態としての携帯電話機の説明図である。
【図１５】非線形素子のドリフト現象を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０、１０ａ、１０ｂ  非線形素子、１３  下部電極、１４  絶縁体、１５、１５ａ、１５ｂ  上部電極、２０  素子基板、２３  画素電極、３０対向基板、１００  電気光学装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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