(57)【要約】【課題】非線形性に優れ、かつ、抵抗の低い配線を下電極と同時形成することのできる非線形素子および電気光学装置を提供すること。【解決手段】非線形素子１０ｘの下電極１３ｘおよびタンタル配線１３ｙを構成するにあたって、窒素含有の第１タンタル層１３１ｘおよび下層タンタル層１３１ｙの上層に、窒素を含有しない第２タンタル層１３２ｘおよび中間タンタル層１３２ｙを積層し、その上層に窒素含有の第３タンタル層１３３ｘおよび下層タンタル層１３３ｙを形成する。第２タンタル層１３２ｘおよび中間タンタル層１３２ｙは、立方晶系の単相のタンタル膜になっており、比抵抗が低い。絶縁層１４ｘは、窒素を含有するタンタル酸化膜であるため、非線形素子１０ｘは、非線形性に優れている。【選択図】図１
2008004589.tif 000002
【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において、
前記下電極は、下層側から上層側に向かって、窒素含有タンタル膜からなる第１タンタル層と、窒素を含有しない立方晶系のタンタル膜からなる第２タンタル層と、窒素含有タンタル膜からなる第３タンタル層と、を順に備えてい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、下層側から上層側に向かって、前記第１タンタル層と窒素含有量が同一の下層タンタル層と、窒素を含有しない立方晶系の中間タンタル層と、前記第３タンタル層と窒素含有量が同一の上層タンタル層と、を順に備えたタンタル積層膜で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】
前記基板上には、下層側から上層側に向かって、前記第１タンタル層と窒素含有量が同一の下層タンタル層と、窒素を含有しない立方晶系の中間タンタル層と、前記第３タンタル層と窒素含有量が同一の上層タンタル層と、を順に備えたタンタル積層膜のみで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４】
前記第１タンタル層は、比抵抗レベルが前記第２タンタル層よりも高いとともに前記第３タンタル層より低いことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の非線形素子。
【請求項５】
前記第１タンタル層は、窒素含有量が前記第３タンタル層より少ないことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の非線形素子。
【請求項６】
前記第１タンタル層と前記第２タンタル層との間、および前記第２のタンタル層と前記第３タンタル層との間は、窒素含有量が急激に変化する構造になってい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。
【請求項７】
前記第１タンタル層と前記第２タンタル層との間、および前記第２タンタル層と前記第３タンタル層との間は、窒素含有量が連続的に変化する傾斜組成構造になってい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。
【請求項８】
前記絶縁層は、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していることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の非線形素子。
【請求項９】
請求項１乃至８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たことを特徴とする電気光学装置。
【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、および該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】
アクティブマトリ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られる非線形素子としては、例えば、下電極、絶縁層および上電極を備えたＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ：金属−絶縁体−金属）構造のＴＦＤ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｄｉｏｄｅ：薄膜ダイオード）がある。このような非線形素子では、一般に、下電極はタンタル膜から構成され、絶縁層はタンタル酸化膜から構成され、上電極はクロム膜などから構成されている。このような電気光学装置においては、同一基板上に、配線を下電極と同時形成することが多いが、タンタル膜をスパッタ形成しただけでは正方晶系（β系）になってしまい、比抵抗が大きい。
【０００３】
そこで、下電極および配線を形成する際、窒化タンタル膜と、窒素を含有しないタンタル膜を交互に形成することが提案されている。このような構成によれば、窒化タンタル膜には正方晶系が含まれているので、窒素を含有しないタンタル膜は、比抵抗の低い立方晶系として形成される（特許文献１参照）。
【０００４】
また、窒素を多量に含有するタンタル膜と、窒素を少量のみ含有するタンタル膜を交互に形成した構造も提案されている。このような方法によれば、窒素を多量に含有するタンタル膜を用いた場合の非線形性に優れているという利点を活かすことができるとともに、窒素を多量に含有するタンタル膜を用いた場合の抵抗値の均一性を解消することができる（特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、窒素を含有させることにより形成した立方晶系のタンタル膜に対して、窒素を含有しないタンタル膜を積層することにより、電流−電圧特性のばらつきを解消することも提案されている。（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００１−４９４３０号公報
【特許文献２】特開平７−４９５０８号公報
【特許文献３】特開平２−２５１８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の構造では、下層側がＴａ3Ｎ5、Ｔａ2Ｎ、ＴａＮなどとして表わされる窒化タンタル膜であるため、窒素含有量が多い分、比抵抗が高く、配線の一部として機能しない。このため、窒素を含有しないタンタル膜については、かなり厚く形成しないと配線抵抗を低減できないという問題点がある。また、窒素を含有しないタンタル膜の表面を酸化して非線形素子の絶縁層を形成すると、電気光学装置のスイッチング素子として用いるには非線形性が低く、コントラストが低いという問題点がある。また、特許文献２に記載の構造では、窒素の含有量によってタンタル膜の結晶構造を制御するが、かかる制御は極めて難しく、立方晶系のタンタル膜を安定して形成するのが困難である。さらに、特許文献３に記載の構造でも、特許文献２と同様、窒素の含有量によってタンタル膜の結晶構造を制御する必要があるので、立方晶系のタンタル膜を安定して形成するのが困難である。また、特許文献３に記載の構造では、窒素を含有しないタンタル膜の表面の表面を酸化して非線形素子の絶縁層を形成すると、電気光学装置のスイッチング素子として用いるには非線形性が低く、コントラストが低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、非線形性に優れ、かつ、抵抗の低い配線を下電極と同時形成することのできる非線形素子および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】
【０００８】
上記課題を解決するために、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において、前記下電極は、下層側から上層側に向かって、窒素含有タンタル膜からなる第１タンタル層と、窒素を含有しない立方晶系のタンタル膜からなる第２タンタル層、および窒素含有タンタル膜からなる第３タンタル層とをこの順に備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、非線形素子の下電極を構成するにあたって、窒素含有タンタル膜からなる第１タンタル層の上層に窒素を含有しないタンタル膜を積層すると、第１タンタル層の上層に立方晶系の第２タンタル層を形成することができ、かかる立方晶系の第２タンタル層は比抵抗が低い。このため、下電極と同時に配線を形成した際、配線は、立方晶系の第２タンタル層を備えることになるので、抵抗の低い配線を形成することができる。また、第１タンタル層は、第２タンタル層を立方晶系とするのに必要な窒素を含有していればよく、あくまでタンタル層であるので、Ｔａ3Ｎ5、Ｔａ2Ｎ、ＴａＮなどとして表わされる窒化タンタル膜と比較して比抵抗が低い。それ故、第１タンタル層も配線の低抵抗化に寄与するので、配線抵抗をより低減することができる。さらに、下電極の最上層は、窒素含有の第３タンタル層であるため、第３タンタル層を酸化して非線形素子の絶縁層を形成すると、絶縁層は、窒素を含有するタンタル酸化膜となる。このため、非線形性などの面で優れた非線形素子を構成することができ、かかる非線形素子は、電気光学装置の画素スイッチング素子として用いるのに適している。
【００１０】
本発明において、前記基板上には、例えば、下層側から上層側に向かって、前記第１タンタル層と窒素含有量が同一の下層タンタル層、窒素を含有しない立方晶系の中間タンタル層、および前記第３タンタル層と窒素含有量が同一の上層タンタル層をこの順に備えたタンタル積層膜で配線が形成されている。
【００１１】
本発明において、前記基板上には、下層側から上層側に向かって、前記第１タンタル層と窒素含有量が同一の下層タンタル層、窒素を含有しない立方晶系の中間タンタル層、および前記第３タンタル層と窒素含有量が同一の上層タンタル層をこの順に備えたタンタル積層膜のみで配線が形成されている構成を採用してもよい。すなわち、非線形素子を備えた電気光学装置では、従来、タンタル配線だけでは配線抵抗が高いので、タンタル配線に対してクロム配線を積層することが多いが、本発明では、タンタル配線でも抵抗が十分低いので、耐環境負荷の大きなクロム配線を省略することができる。
【００１２】
本発明においては、前記第１タンタル層は、例えば、比抵抗レベルが前記第２タンタル層よりも高いとともに前記第３タンタル層より低い構成を採用する。
【００１３】
本発明において、前記第１タンタル層は、例えば、窒素含有量が前記第３タンタル層より少ない構成を採用する。
【００１４】
本発明において、前記第１タンタル層と前記第２タンタル層との間、および前記第２のタンタル層と前記第３タンタル層との間は、例えば、窒素含有量が急激に変化する構造になっている。
【００１５】
本発明において、前記第１タンタル層と前記第２タンタル層との間、および前記第２のタンタル層と前記第３タンタル層との間は、窒素含有量が連続的に変化する傾斜組成構造
になっていることが好ましい。このように構成すると、明確な界面が存在しないので、層間剥離などが発生しない。
【００１６】
本発明において、前記絶縁層は、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していることが好ましい。特に、前記絶縁層は、水素およびタングステンの双方を含有していることが好ましい。前記絶縁層のタングステンの含有は、下電極の第３タンタル層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、前記絶縁層の水素の含有は、絶縁層を形成した後、絶縁層に対する水素含有雰囲気中でのアニールや、水素プラズマの照射により実現することができる。このような構成によれば、以下の作用、効果を奏する。まず、非線形素子の絶縁層が、窒素を含有するタンタル酸化膜からなる場合、非線形性が高いが、素子ドリフトが大きくなり、画素スイッチング素子として用いると、表示した画像に残像現象が発生しやすくなるが、絶縁層に用いたタンタル酸化膜に水素も含有させると、素子ドリフト現象の発生を防止できるので、素子ドリフト現象に起因する残像現像が発生しない。しかも、水素の添加は、非線形素子の非線形性を向上させる効果も有する。また、絶縁層にタングステンおよび水素を添加すると、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実現できる。但し、絶縁層にタングステンおよび水素を添加すると、電流−電圧特性の不可逆的なシフト現象が起こり、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、絶縁層に対してタングステンを添加すると絶縁層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に通電していた画素においては、非線形素子の線形性が低下し、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、本発明では、非線形素子の絶縁層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、残像現象の原因となる素子ドリフト現象を防止することができる。
【００１７】
本発明に係る非線形素子は、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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、非線形素子としての構成などを説明した後、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形態を説明する。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。
【００１９】
［実施の形態１］
（非線形素子などの構成）
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した非線形素子などの断面図、および非線形素子の下電極の窒素分布を示す説明図である。図２は、非線形素子の下電極を構成するタンタル膜の窒素含有量と、この下電極を陽極酸化してなるタンタル酸化膜を絶縁層として用いた非線形素子の非線形性（β値）との関係、および非線形素子の下電極を構成するタンタル膜の窒素含有量と、タンタル膜の比抵抗との関係を示すグラフである。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、本形態の非線形素子１０ｘは、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。基板２０ｘには、タンタル配線１３ｙが形成されており、タンタル配線１３ｙは、下電極１３ｘと同時形成されたものである。
【００２１】
本願発明者は、非線形素子１０ｘおよびタンタル配線１３ｙを構成する各層の膜質を最適化してその電気特性を向上させることを目的に、タンタル膜中の窒素含有量と、このタンタル膜を陽極酸化してなるタンタル酸化膜を非線形素子の絶縁層として用いた場合の非線形性（β値）との関係を調査した。得られた結果は、図２に実線Ｌ１で示す通りである。図２から分かるように、下電極１３ｘを構成するタンタル膜に窒素を含有させると、非線形素子１０の非線形性が向上し、かつ、タンタル膜中の窒素含有量が多いほど非線形素子１０の非線形性が向上する。
【００２２】
また、タンタル膜中の窒素含有量と比非抵抗との関係は、図２に点線Ｌ２で示す通りである。図２から分かるように、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。次に、タンタル膜中の窒素含有量を０．２５ａｔ％から０．７ａｔ％あるいは０．８ａｔ％まで変化させると、その間、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０．７〜０．８ａｔ％においては、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が０．８ａｔ％から２ａｔ％まで増えると、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。
【００２３】
このようにタンタル膜中の窒素含有量を０．７〜０．８ａｔ％に設定する方法でも、立方晶系の単相のタンタル膜を形成することができるが、このようなタンタル膜を形成できる窒素含有量の範囲は極めて狭い。そこで、本形態では、以下の構成を採用する。
【００２４】
まず、本形態では、下電極１３ｘは、下層側から上層側に向かって、窒素含有タンタル膜からなる第１タンタル層１３１ｘと、窒素を含有しない立方晶系のタンタル膜からなる第２タンタル層１３２ｘと、窒素含有タンタル膜からなる第３タンタル層１３３ｘとをこの順に備えた三層構造を有している。ここで、第１タンタル層１３１ｘについては、上層に形成される第２タンタル層１３２ｘを低比抵抗の立方晶系のタンタル膜とする下地層として機能させるとともに、それ自身の比抵抗を下げるという観点から窒素含有量を規定する。また、第３タンタル層１３３ｘについては、絶縁層１４ｘに窒素含有のタンタル酸化膜にして非線形性を高めるという観点から窒素含有量を規定する。
【００２５】
このため、第１タンタル層１３１ｘ、第２タンタル層１３２ｘおよび第３タンタル層１３３ｘの窒素含有量については、以下の関係
第２タンタル層１３２ｘ＜第１タンタル層１３１ｘ＜第３タンタル層１３３ｘ
を満たすように設定し、それにより、第１タンタル層１３１ｘ、第２タンタル層１３２ｘおよび第３タンタル層１３３ｘの比抵抗については、以下の関係
第２タンタル層１３２ｘ＜第１タンタル層１３１ｘ＜第３タンタル層１３３ｘ
を満たすように設定してある。
【００２６】
例えば、第１タンタル層１３１ｘは、例えば、比抵抗が０．７〜０．８×１０-6Ω・ｍであり、膜厚は５０〜１００ｎｍである。第２タンタル層１３２ｘは、例えば、比抵抗が０．２×１０-6Ω・ｍであり、膜厚は１００〜１５０ｎｍである。第３タンタル層１３３ｘは、例えば、比抵抗が０．８〜１．２×１０-6Ω・ｍであり、膜厚は２０〜５０ｎｍである。
【００２７】
また、タンタル配線１３ｙは、下電極１３ｘと同時形成されたものである。このため、タンタル配線１３ｙは、下層側から上層側に向かって、第１タンタル層１３１ｘと窒素含有量が同一の下層タンタル層１３１ｙと、第２タンタル層１３２ｘと同様、窒素を含有しない立方晶系の中間タンタル層１３２ｙと、第３タンタル層１３３ｘと窒素が同一の上層タンタル層１３３ｙとをこの順に備えた三層構造を有している。
【００２８】
（製造方法）
このような構成の非線形素子１０ｘおよびタンタル配線１３ｙを形成するには、まず、第１タンタル層形成工程において、窒素含有の第１層目のタンタル膜を形成する。より具体的には、タンタル膜を反応性スパッタ法により形成する際、スパッタ室内にアルゴンガスと窒素ガスを供給する。また、スパッタ形成の際、ターゲットとして、窒素含有タンタルを用いてもよい。その際、タンタル膜中の窒素含有量を０．７〜０．８ａｔ％、あるいは０．８〜２ａｔ％にして、立方晶系の単相のタンタル膜、あるいは擬似立方晶系の単相のタンタル膜を形成する。例えば、第１層目のタンタル膜は、比抵抗が０．７〜０．８×１０-6Ω・ｍであり、膜厚は、第２層目のタンタル膜を立方晶系の単相に形成できる厚さ、例えば、１００〜１５０ｎｍに設定されている。
【００２９】
次に、第２タンタル層形成工程において、スパッタ法により、窒素を含有しないタンタル膜を形成する。より具体的には、窒素を含有しない第２層目のタンタル膜をスパッタ法により形成する場合には、スパッタ室内にアルゴンガスのみを供給し、窒素ガスの供給を停止する。また、スパッタ形成の際、ターゲットとして、窒素を含有しないタンタルを用いてもよい。その結果、窒素を含有しない第２層目のタンタル膜は、第１層目のタンタル膜の配向の影響を受けて立方晶系の単相のタンタル膜として形成される。このような第２層目のタンタル膜は、例えば、比抵抗が０．２×１０-6Ω・ｍであり、クロム膜と同等である。なお、第２層目のタンタル膜の膜厚は例えば１００〜１５０ｎｍである。
【００３０】
次に、第３タンタル層形成工程において、窒素含有の第３層目のタンタル膜を形成する。より具体的には、タンタル膜を反応性スパッタ法により形成する際、スパッタ室内にアルゴンガスと窒素ガスを供給する。また、スパッタ形成の際、ターゲットとして、窒素含有タンタルを用いてもよい。その際、タンタル膜中の窒素含有量を０．８〜２ａｔ％にして、擬似立方晶系のタンタル膜を形成する。かかる第３層目のタンタル膜は、それを酸化して得たタンタル酸化膜を絶縁層１４ｘとして用いた際、非線形素子１０ｘの非線形性を向上可能な窒素含有量に設定されており、例えば、比抵抗が０．８〜１．２×１０-6Ω・ｍであり、膜厚は２０〜５０ｎｍである。
【００３１】
次に、第１層目のタンタル膜、第２層目のタンタル膜、および第３層目のタンタル膜をフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングし、下電極１３ｘおよびタンタル配線１３ｙを形成する。その結果、下電極１３ｘは、窒素含有タンタル膜からなる第１タンタル層１３１ｘと、窒素を含有しない立方晶系の単相のタンタル膜からなる第２タンタル層１３２ｘと、窒素含有タンタル膜からなる第３タンタル層１３３ｘと備えることになる。また、タンタル配線１３ｙは、第１タンタル層１３１ｘと窒素含有量が同一の下層タンタル層１３１ｙと、第２タンタル層１３２ｘと同様、窒素を含有しない立方晶系の単層の中間タンタル層１３２ｙと、第３タンタル層１３３ｘと窒素が同一の上層タンタル層１３３ｙとを備えることになる。
【００３２】
このように構成した下電極１３ｘおよびタンタル配線１３ｙでは、図１（ｂ）に示すように、第１層目のタンタル膜（第１タンタル層１３１ｘおよび下層タンタル層１３１ｙ）と、第２層目のタンタル膜（第２タンタル層１３２ｘおよび中間タンタル層１３２ｙ）との間は、窒素含有量が急激に変化する構造になっている。また、第２層目のタンタル膜（第２タンタル層１３２ｘおよび中間タンタル層１３２ｙ）と、第３層目のタンタル膜（第
３タンタル層１３３ｘおよび上層タンタル層１３３ｙ）との間も、窒素含有量が急激に変化する構造になっている。
【００３３】
次に、下電極１３ｘの表面（第３タンタル層１３３ｘ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（第３タンタル層１３３ｘ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（第３タンタル層１３３ｘ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、素子基板２０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。この段階で、絶縁層１４ｂは、窒素含有のタンタル酸化膜となる。なお、タンタル配線１３ｙの表面にも絶縁層（図示せず）を形成してもよい。
【００３４】
次に、スパッタ法などにより、導電膜を形成した後、パターニングし、上電極１５ｘを形成する。その際、タンタル配線１３ｙの表面にも導電膜を残し、多層配線としてもよい。
【００３５】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、非線形素子１０ｘの下電極１３ｘおよびタンタル配線１３ｙを構成するにあたって、窒素含有タンタル膜からなる第１タンタル層１３１ｘおよび下層タンタル層１３１ｙの上層に、窒素を含有しない第２タンタル層１３２ｘおよび中間タンタル層１３２ｙを積層しているため、第２タンタル層１３２ｘおよび中間タンタル層１３２ｙは、立方晶系の単相のタンタル膜になっており、比抵抗が低い。従って、下電極１３ｘおよびタンタル配線１３ｙの抵抗が低い。
【００３６】
また、第１タンタル層１３１ｘおよび下層タンタル層１３１ｙは、第２タンタル層１３２ｘおよび中間タンタル層１３２ｙを立方晶系とするのに必要な窒素を含有していればよく、あくまでタンタル層であるので、Ｔａ3Ｎ5、Ｔａ2Ｎ、ＴａＮなどとして表わされる窒化タンタル膜と比較して比抵抗が低い。それ故、第１タンタル層１３１ｘおよび下層タンタル層１３１ｙも、下電極１３ｘおよびタンタル配線１３ｙの低抵抗化に寄与するので、配線抵抗をより低減することができる。
【００３７】
しかも、第２タンタル層１３２ｘおよび中間タンタル層１３２ｙを立方晶系とするのにあたって、第１タンタル層１３１ｘおよび中間タンタル層１３１ｙからの配向の影響を利用しており、第２タンタル層１３２ｘおよび中間タンタル層１３２ｙを形成する際の窒素含有量を制御する方法を採用していない。それ故、第２タンタル層１３２ｘおよび中間タンタル層１３２ｙを確実に立方晶系とすることができ、配線抵抗を確実に低減することができる。
【００３８】
それ故、下層タンタル層１３１ｙ、中間タンタル層１３２ｙ、および第３タンタル層１３３ｙを備えたタンタル積層膜のみでタンタル配線１３ｙを形成することができ、タンタル積層膜の上層に、耐環境負荷の大きなクロム配線を積層する必要がない。また、タンタル配線１３ｙにおいて、タンタル積層膜の上層にクロム配線を積層する場合でも、クロム配線の膜厚を従来よりも薄くすることができるので、クロムに起因する環境負荷を軽減することができる。
【００３９】
さらに、下電極１３ｘの最上層は、窒素含有の第３タンタル層１３３ｘであるため、第
３タンタル層１３３ｘを酸化して非線形素子１０ｘの絶縁層１４ｘを形成すると、絶縁層１４ｘは、窒素を含有するタンタル酸化膜である。このため、非線形素子１０ｘは、非線形性に優れるので、電気光学装置の画素スイッチング素子として用いと、表示した画像のコントラストなどを向上することができる。
【００４０】
［実施の形態２］
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る非線形素子などの断面図、および非線形素子の下電極の窒素分布を示す説明図である。
【００４１】
図３（ａ）に示すように、本形態の非線形素子１０ｘも、実施の形態１と同様、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。ここで、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。また、基板２０ｘには、タンタル配線１３ｙが形成されており、タンタル配線１３ｙは、下電極１３ｘと同時形成されたものである。
【００４２】
また、本形態でも、下電極１３ｘは、下層側から上層側に向かって、窒素含有タンタル膜からなる第１タンタル層１３１ｘと、窒素を含有しない立方晶系のタンタル膜からなる第２タンタル層１３２ｘと、窒素含有タンタル膜からなる第３タンタル層１３３ｘとをこの順に備えた三層構造を有している。ここで、第１タンタル層１３１ｘは、例えば、比抵抗が０．７〜０．８×１０-6Ω・ｍであり、膜厚は５０〜１００ｎｍである。第２タンタル層１３２ｘは、例えば、比抵抗が０．２×１０-6Ω・ｍであり、膜厚は１００〜１５０ｎｍである。第３タンタル層１３３ｘは、例えば、比抵抗が０．８〜１．２×１０-6Ω・ｍであり、膜厚は２０〜５０ｎｍである。
【００４３】
また、タンタル配線１３ｙは、下電極１３ｘと同時形成されたものであり、タンタル配線１３ｙは、下層側から上層側に向かって、第１タンタル層１３１ｘと窒素含有量が同一の下層タンタル層１３１ｙと、第２タンタル層１３２ｘと同様、窒素を含有しない立方晶系の中間タンタル層１３２ｙと、第３タンタル層１３３ｘと窒素が同一の上層タンタル層１３３ｙとをこの順に備えた三層構造を有している。
【００４４】
本形態において、下電極１３ｘおよびタンタル配線１３ｙでは、図３（ｂ）に示すように、第１層目のタンタル膜（第１タンタル層１３１ｘおよび下層タンタル層１３１ｙ）と、第２層目のタンタル膜（第２タンタル層１３２ｘおよび中間タンタル層１３２ｙ）との間は、窒素含有量が連続的に変化する傾斜組成構造になっている。また、第２層目のタンタル膜（第２タンタル層１３２ｘおよび中間タンタル層１３２ｙ）と、第３層目のタンタル膜（第３タンタル層１３３ｘおよび上層タンタル層１３３ｙ）との間も、窒素含有量が連続的に変化する傾斜組成構造になっている。このため、下電極１３ｘおよびタンタル配線１３ｙには、明確な界面が存在しないので、層間剥離などが発生しない。
【００４５】
このような傾斜組成構造は、スパッタ法により、第１層目のタンタル膜（第１タンタル層１３１ｘおよび下層タンタル層１３１ｙ）と第２層目のタンタル膜（第２タンタル層１３２ｘおよび中間タンタル層１３２ｙ）とを連続成膜する際、境界部分を成膜するタイミングにおいて、スパッタ室内に供給する窒素ガスの比率を連続的に低下させていく。また、スパッタ法により、第２層目のタンタル膜（第２タンタル層１３２ｘおよび中間タンタル層１３２１ｙ）と第３層目のタンタル膜（第３タンタル層１３３ｘおよび上層タンタル層１３３ｙ）とを連続成膜する際、境界部分を成膜するタイミングにおいて、スパッタ室内に供給する窒素ガスの比率を連続的に高めていく。
【００４６】
その他の構成は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略するが、本形態でも、窒素含有タンタル膜からなる第１タンタル層１３１ｘおよび下層タンタル層１３１ｙの上層に、窒素を含有しない第２タンタル層１３２ｘおよび中間タンタル層１３２ｙを積層しているため、第２タンタル層１３２ｘおよび中間タンタル層１３２ｙは、立方晶系の単相のタンタル膜になっており、比抵抗が低い。従って、下電極１３ｘおよびタンタル配線１３ｙの抵抗が低い。また、第１タンタル層１３１ｘおよび下層タンタル層１３１ｙは、あくまでタンタル層であるので、窒化タンタル膜と比較して比抵抗が低い。それ故、第１タンタル層１３１ｘおよび下層タンタル層１３１ｙも、下電極１３ｘおよびタンタル配線１３ｙの低抵抗化に寄与するので、配線抵抗をより低減することができる。しかも、第２タンタル層１３２ｘおよび中間タンタル層１３２ｙを形成する際の窒素含有量を制御する方法を採用していないので、第２タンタル層１３２ｘおよび中間タンタル層１３２ｙを確実に立方晶系とすることができ、配線抵抗を確実に低減することができる。さらに、下電極１３ｘの最上層は、窒素含有の第３タンタル層１３３ｘであるため、第３タンタル層１３３ｘを酸化して非線形素子１０ｘの絶縁層１４ｘを形成すると、絶縁層１４ｘは、窒素を含有するタンタル酸化膜である。このため、非線形素子１０ｘは、非線形性に優れるので、電気光学装置の画素スイッチング素子として用いと、表示した画像のコントラストなどを向上することができる。
【００４７】
［その他の実施の形態］
上記形態では、タンタル膜の窒素含有量を中心に規定したが、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。
【００４８】
このような絶縁層１４ｘのタングステンの含有は、下電極１３ｘの第３タンタル層１３３ｘ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。
【００４９】
図４〜図７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４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５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６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７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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
図４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。
【００５３】
図５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５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５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、窒素含有の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を形成した場合には、絶縁層１４ｘ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、絶縁層を１４ｘ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。
【００５４】
図５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。
【００５５】
次に、図６および図７を参照して、タングステン、水素、窒素の影響を説明する、図６および図７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６および図７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６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６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７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。
【００５６】
まず、図６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７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。
【００５７】
［電気光学装置への適用例］
（全体構成）
図８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９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。
【００５８】
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、ＴＦＤからなる非線形素子１０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。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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
（画素５３の構成）
図１０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１１は、図１０に示す各画素に形成されたＴＦＤの説明図である。
【００６３】
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。
【００６４】
本形態の非線形素子１０において、下電極１３ｂは、図１〜図３を参照して説明した下電極１３ｘと同様、下層側から上層側に向かって、窒素含有タンタル膜からなる第１タンタル層１３１ｘと、窒素を含有しない立方晶系のタンタル膜からなる第２タンタル層１３２ｘと、窒素含有タンタル膜からなる第３タンタル層１３３ｘとをこの順に備えた三層構造を有している。第１タンタル層１３１ｘは、例えば、比抵抗が０．７〜０．８×１０-6Ω・ｍであり、膜厚は５０〜１００ｎｍである。第２タンタル層１３２ｘは、例えば、比抵抗が０．２×１０-6Ω・ｍであり、膜厚は１００〜１５０ｎｍである。第３タンタル層１３３ｘは、例えば、比抵抗が０．８〜１．２×１０-6Ω・ｍであり、膜厚は２０〜５０ｎｍである。
【００６５】
また、データ線５２を構成するタンタル配線１３ａは、図１〜図３を参照して説明した
タンタル配線ｙと同様、下電極１３ｂ（下電極１３ｘ）と同時形成されたものであるため、下層側から上層側に向かって、第１タンタル層１３１ｘと窒素含有量が同一の下層タンタル層１３１ｙと、第２タンタル層１３２ｘと同様、窒素を含有しない立方晶系の中間タンタル層１３２ｙと、第３タンタル層１３３ｘと窒素が同一の上層タンタル層１３３ｙとをこの順に備えた三層構造を有している。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
（電気光学装置１００および非線形素子１０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（非線形素子の製造工程など）を示す工程図である。図１４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。なお、以下の製造方法の説明では、下電極１３ｂが窒素含有タンタル膜からなる例を説明する。
【００７０】
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。
【００７１】
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１３に示す工程順序に従って、図１４に示す以下の工程が行われる。
【００７２】
まず、図１４（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。
【００７３】
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、実施の形態１、２で説明したように、タンタル膜形成工程ＳＴ１１１において、図１４（ａ）に示すように、窒素含有の第１層目のタンタル膜１３１、窒素を含有しない第２層目のタンタル膜１３２、および窒素含有の第３層目のタンタル膜１３３を順次、形成する。
【００７４】
次に、タンタル膜パターニング工程ＳＴ１１２において、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、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１４（ｂ）に示すように、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。
【００７５】
次に、図１４（ｃ）に示す陽極酸化工程ＳＴ１２０（酸化工程）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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
次に、図１４（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、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。
【００７９】
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１４（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。
【００８０】
次に、図１２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。
【００８１】
しかる後には、図１２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９参照）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。
【００８２】
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。
【００８３】
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）。
【００８４】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、窒素含有タンタル膜からなる第１タンタル層１３１
ｘおよび下層タンタル層１３１ｙの上層に、窒素を含有しない第２タンタル層１３２ｘおよび中間タンタル層１３２ｙを積層しているため、第２タンタル層１３２ｘおよび中間タンタル層１３２ｙは、立方晶系の単相のタンタル膜になっており、比抵抗が低い。従って、下電極１３ｂおよびタンタル配線１３ａの抵抗が低い。また、第１タンタル層１３１ｘおよび下層タンタル層１３１ｙは、あくまでタンタル層であるので、窒化タンタル膜と比較して比抵抗が低い。それ故、第１タンタル層１３１ｘおよび下層タンタル層１３１ｙも、下電極１３ｂおよびタンタル配線１３ａの低抵抗化に寄与するので、配線抵抗をより低減することができる。しかも、第２タンタル層１３２ｘおよび中間タンタル層１３２ｙを形成する際の窒素含有量を制御する方法を採用していないので、第２タンタル層１３２ｘおよび中間タンタル層１３２ｙを確実に立方晶系とすることができ、配線抵抗を確実に低減することができる。それ故、タンタル配線１３ｂの上層にクロム配線を積層する場合でも、クロム配線の膜厚を従来よりも薄くすることができ、クロムに起因する環境負荷を軽減することができる。
【００８５】
さらに、下電極１３ｂの最上層は、窒素含有の第３タンタル層１３３ｘであるため、第３タンタル層１３３ｘを酸化して非線形素子１０ｘの絶縁層１４ｂを形成すると、絶縁層１４ｂは、窒素を含有するタンタル酸化膜である。このため、非線形素子１０は、非線形性に優れるので、電気光学装置の画素スイッチング素子として用いと、表示した画像のコントラストなどを向上することができる。
【００８６】
［電気光学装置への他の適用例］
図１５は、本発明が適用された別の電気光学装置の各画素に形成されたＴＦＤの説明図である。なお、本例の基本的な構成は、図８〜図１３を参照して説明した例と共通するので、共通する部分には同一の符号を付して図示し、共通部分の説明を省略する。
【００８７】
図１５に示すように、本形態の非線形素子１０でも、非線形素子１０は、下電極１３ｂと、この下電極１３ｂの表面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とを備えている。また、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。
【００８８】
下電極１３ｂは、図１〜図３を参照して説明した下電極１３ｘと同様、下層側から上層側に向かって、窒素含有タンタル膜からなる第１タンタル層１３１ｘと、窒素を含有しない立方晶系のタンタル膜からなる第２タンタル層１３２ｘと、窒素含有タンタル膜からなる第３タンタル層１３３ｘとをこの順に備えた三層構造を有している。また、データ線５２を構成するタンタル配線１３ａは、図１〜図３を参照して説明したタンタル配線ｙと同様、下電極１３ｂ（下電極１３ｘ）と同時形成されたものであるため、下層側から上層側に向かって、第１タンタル層１３１ｘと窒素含有量が同一の下層タンタル層１３１ｙと、第２タンタル層１３２ｘと同様、窒素を含有しない立方晶系の中間タンタル層１３２ｙと、第３タンタル層１３３ｘと窒素が同一の上層タンタル層１３３ｙとをこの順に備えた三層構造を有している。
【００８９】
このように構成した電気光学装置において、データ線５２では、タンタル配線１３ｂの上層にクロム配線が形成されておらず、データ線５２は、タンタル配線１３ｂのみによって構成されている。なお、本形態でも、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。但し、クロム（Ｃｒ）からなる上電極１５ａ、１５ｂのうち、上電極１５ａは、一部がデータ線５２の上に重なっているだけであり、データ線５２を構成していない。なお、データ線５２を覆う絶縁層１４ａは、上電極１５ａが重なる部分で部分的に除去されており、この除去部分で
上電極は１５ａとタンタル配線１３ｂとが電気的に接続している。その他の構成は、図８〜図１３を参照して説明した電気光学装置と共通であるため、説明を省略する。
【００９０】
このように本例では、下層タンタル層１３１ｙ、中間タンタル層１３２ｙ、および第３タンタル層１３３ｙを備えたタンタル積層膜（タンタル配線１３ｙ）のみでソース線５２を構成したため、耐環境負荷の大きなクロム使用量を大幅に削減することができる。
【００９１】
［電気光学装置へのさらに別の適用例］
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。
【００９２】
［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】
【００９３】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る非線形素子などの断面図、および非線形素子の下電極の窒素分布を示す説明図である。
【図２】非線形素子の下電極を構成するタンタル膜の窒素含有量と、この下電極を陽極酸化してなるタンタル酸化膜を絶縁層として用いた非線形素子の非線形性（β値）との関係、および非線形素子の下電極を構成するタンタル膜の窒素含有量と、タンタル膜の比抵抗との関係を示すグラフである。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る非線形素子などの断面図、および非線形素子の下電極の窒素分布を示す説明図である。
【図４】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５】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６】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７】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８】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９】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１０】図８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１１】図８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１２】図８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１３】図８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１４】図１３に示す素子基板形成工程の一部を示す説明図である。
【図１５】本発明を適用した別の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。
【符号の説明】
【００９４】
１０、１０ｘ・・非線形素子（ＴＦＤ）、１３ａ、１３ｙ・・タンタル配線、１３ｂ、１３ｘ・・下電極、１４ｂ、１４ｘ・・絶縁層、１５ｂ、１５ｘ・・上電極、２０・・素子基板、１００・・電気光学装置、１３１ｘ・・第１タンタル層、１３１ｙ・・下層タンタル層、１３２ｘ・・第２タンタル層、１３２ｙ・・中間タンタル層、１３３ｘ・・第３タンタル層、１３３ｙ・・上層タンタル層
【図１】
2008004589.tif 000003
【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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