(57)【要約】【課題】水素および窒素を含有するタンタル酸化膜を絶縁層として用いるにあたって、タンタル酸化膜の厚さ方向の全体にわたって窒素を分布させることができる非線素子の製造方法、およびこの方法を利用した電気光学装置の製造方法を提供すること。【解決手段】非線形素子１０ｘを製造するにあたって、タングステンおよび窒素を含有するタンタル膜によって下電極１３ｘを形成した後、下電極１３ｘの表面を酸化してタンタル酸化膜からなる絶縁層１４ｘを形成する。次に、絶縁層１４ｘに水素を導入した後、上電極１５ｘを形成する。絶縁層１４ｘを形成する際、気相酸化により、絶縁層１４ｘを形成するのに必要な膜厚のタンタル酸化膜を形成した後、陽極酸化を行う。【選択図】図１
2008108804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
窒素含有タンタル膜によって前記下電極を形成する下電極形成形成工程と、
気相酸化法により前記下電極の表面を酸化して窒素含有タンタル酸化膜を形成する気相酸化工程と、
前記窒素含有タンタル酸化膜に水素を導入する水素導入工程と、
を有することを特徴とする非線形素子の製造方法。
【請求項２】
前記気相酸化工程の後、前記下電極を陽極として陽極酸化を行う陽極酸化工程を有し、
前記気相酸化工程と前記陽極酸化工程との間、および前記陽極酸化工程後のうちの少なくとも一方において前記水素導入工程を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】
前記気相酸化工程では、前記絶縁層と同一膜厚の窒素含有タンタル酸化膜を形成し、前記陽極酸化工程では、当該窒素含有タンタル酸化膜の厚さに相当する電圧を前記下電極に印加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】
請求項１乃至３の何れか一項に記載の非線形素子の製造方法を用いた電気光学装置の製造方法であって、
素子基板上における複数の画素領域の各々に前記非線形素子を画素スイッチング素子として形成することを特徴とする電気光学装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下電極、絶縁層および上電極を備えた非線形素子の製造方法、および当該非線形素子を画素スイッチング素子として備えた電気光学装置の造方法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。
【０００３】
このような非線形素子については、電気光学装置で表示した画像のコントラストなどを向上することを目的に、窒素含有タンタル膜からなる下電極の表面を陽極酸化することにより、絶縁層として窒素含有タンタル酸化膜を形成し、非線形素子の非線形性を向上することが提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平９−１６６７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明者は、繰り返し行った実験の結果、絶縁層に水素を添加すると非線形性が向上するという知見を得、この知見に基づいて、非線形性の向上を図ることを提案するものである。しかしながら、絶縁層に対して水素を添加すると、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という問題点がある。すなわち、絶縁層に対して水素を添加すると、電圧印加時に絶縁層から水素が脱離し、非線形性が非可逆的に低下してしまう。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、焼き付き現象が発生してしまう。
【０００５】
そこで、本発明者は、絶縁層に水素とともに窒素を導入して絶縁層の水素保持力を高めることにより水素の脱離を防止することを提案する。
【０００６】
しかしながら、窒素含有タンタル膜からなる下電極の表面に陽極酸化により絶縁層を形成すると、陽極酸化中、タンタルはイオンとして膜厚方向に移動するが、窒素は移動しないため、絶縁層を二次イオン質量分析すると、図４にドットＬ３１で絶縁層の窒素原子の膜厚方向の分布を示し、比較としての酸素原子の膜厚方向の分布をドットＬ３２で示すように、絶縁層の深い部分では窒素含有量が多いのに対して、表層部分では窒素原子が存在しない。このため、絶縁層の表層部分は、水素保持力が低いので、表層部分の水素が上電極との界面に向けて移動して脱離すれば素子抵抗の低下が起こる一方、表層部分の水素が下極との界面に向けて移動して、窒素含有量が多い領域で酸素欠陥にトラップされれば、酸素欠陥由来の荷電キャリアが減少するので、素子抵抗が増大する。その結果、焼き付きや残像が発生する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、水素および窒素を含有するタンタル酸化膜を絶縁層として用いるにあたって、タンタル酸化膜の厚さ方向の全体にわたって窒素を分布させることができる非線素子の製造方法、およびこの方法を利用した電気光学装置の製造方法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、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、窒素含有タンタル膜によって前記下電極を形成する下電極形成形成工程と、気相酸化法により前記下電極の表面を酸化して窒素含有タンタル酸化膜を形成する気相酸化工程と、前記窒素含有タンタル酸化膜に水素を導入する水素導入工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明では、水素導入工程により絶縁層に水素を含有させているため、非線形性が高く、かつ、残像現象の原因となる素子ドリフト現象の発生を防止することができる。また、絶縁層への窒素の添加は、非線形性を向上させる効果も奏する。ここで、絶縁層への窒素の単独添加は、素子ドリフト現象を増大させるという問題があるが、本発明では、絶縁層が水素および窒素の双方を含有しているため、窒素を添加しても素子ドリフト現象の発生を抑制することができる。さらに、窒素は、電圧印加時の水素の脱離を防止する機能を発揮するため、焼き付きの原因となる非線形特性の不可逆的なシフト現象の発生を防止することができる。さらにまた、絶縁層は気相酸化工程で形成された窒素含有タンタル酸化膜を含んでおり、かかる窒素含有タンタル酸化膜は、陽極酸化膜と違って、絶縁層の表層部分も、その深い部分と同様、多量の窒素を含有し、十分な水素保持力を備えている。それ故、表層部分の水素が上電極との界面に向けて移動して脱離することがないので、素子抵抗の低下が発生しない。また、表層部分の水素が下電極との界面に向けて移動して、窒素含有量が多い領域で酸素欠陥にトラップされることもないので、酸素欠陥由来の荷電キャリアが減少せず、素子抵抗が増大しない。それ故、本発明によれば、焼き付きや残像の発生を防止することができる。
【００１０】
本発明において、前記気相酸化工程の後、前記下電極を陽極として陽極酸化を行う陽極酸化工程を有し、前記気相酸化工程と前記陽極酸化工程との間、および前記陽極酸化工程の後のうちの少なくとも一方において前記水素導入工程を行うことが好ましい。気相酸化工程で形成した窒素含有タンタル酸化膜では、表面の凹凸やピンホールなどの欠陥が発生しやすいが、本発明では、かかる欠陥を陽極酸化工程で消失させるので、非線形素子の信頼性を向上することができる。
【００１１】
本発明において、前記気相酸化工程では、前記絶縁層と略同一膜厚の窒素含有タンタル酸化膜を形成し、前記陽極酸化工程では、当該窒素含有タンタル酸化膜の厚さに相当する電圧を前記下電極に印加することが好ましい。このように構成すると、気相酸化工程で形成した窒素含有タンタル酸化膜に表面の凹凸やピンホールなどの欠陥が発生している場合でも、かかる欠陥を陽極酸化工程で消失させることができるとともに、陽極酸化工程中、膜成長がないので、絶縁層では、厚さ方向全体に窒素が均一に分布する状態を維持することができる。
【００１２】
本発明に係る非線形素子の製造方法は、液晶装置などといった電気光学装置の製造方法に用いることができ、この場合、素子基板上における複数の画素領域の各々に前記非線形素子を画素スイッチング素子として形成する。また、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】
【００１３】
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。
【００１４】
（非線形素子の構成）
図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明を適用した非線形素子およびその製造方法を示す断面図である。図１（ｄ）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（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｄｉｏｄｅ：薄膜ダイオード）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。
【００１５】
非線形素子１０ｘを製造するにあたっては、詳しくは後述するように、タンタル膜によって下電極１３ｘを形成する下電極形成形成工程と、この下電極１３ｘの表面を酸化してタンタル酸化膜からなる絶縁層１４ｘを形成する酸化工程と、絶縁層１４ｘに水素を導入する水素導入工程と、絶縁層１４ｘの上層に上電極１５ｘを形成する上電極形成工程とが行われる。
【００１６】
（非線形素子の層構成）
図２（ａ）〜（ｅ）は、非線形素子を構成する各層の材料と電気特性との関係を示す説明図である。なお、図２（ａ）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り、図２（ｂ）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）、およびタンタル膜の比抵抗との関係を示すグラフであり、図２（ｃ）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値との関係を示すグラフであり、図２（ｄ）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り、図２（ｅ）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。
【００１７】
非線形素子１０ｘにおいて、各層を構成する材料と電気特性との間には、図２を参照して説明する以下の関係があり、本形態では、下電極１３ｘとしてタングステンおよび窒素含有のタンタル膜によって下電極１３ｘを構成することにより、下電極１３ｘの表面を酸化してなる絶縁層１４ｘを、タングステンおよび窒素含有のタンタル酸化膜とする。また、絶縁層１４ｘには水素を導入する。
【００１８】
図２（ａ）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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
まず、図２（ｂ）に実線Ｌ１で示すように、下電極１３ｘを構成するタンタル膜に窒素を含有させると、絶縁層１４ｘが窒素含有のタンタル酸化膜となる結果、非線形素子１０の非線形性（β値）が向上する。また、下電極１３ｘを構成するタンタル膜の窒素含有量が多いほど、絶縁層１４ｘ中の窒素含有量が多くなるので、非線形素子１０の非線形性が向上する。一方、タンタル膜中の窒素含有量と比抵抗との関係は、図２（ｂ）に点線Ｌ２で示すように、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、比抵抗が高いが、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。従って、下電極１３ｘを配線と同時形成する場合には、下電極１３ｘの窒素量については、非線形性および比抵抗との関係から最適の範囲に制御される。
【００２２】
図２（ｃ）を参照して、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２（ｃ）に示すグラフにおいて、四角および実線Ｌ６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Ｌ７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（ｃ）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２（ｃ）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。
【００２３】
図２（ｃ）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。
【００２４】
次に、図２（ｄ）、（ｅ）を参照して、タングステン、水素、窒素の影響を説明する、図２（ｄ）、（ｅ）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２（ｄ）、（ｅ）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。なお、図２（ｅ）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。
【００２５】
まず、図２（ｄ）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２（ｅ）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の非線形性が低下し、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。
【００２６】
（非線形素子の製造方法）
非線形素子１０ｘを製造するにあたって、窒素含有タンタル膜からなる下電極１３ｘの表面に陽極酸化を施して絶縁層１４ｘを形成すると、図４を参照して説明したように、陽極酸化中、タンタルはイオンとして膜厚方向に移動するが、窒素は移動しないため、絶縁層１４ｘの深い部分では窒素含有量が多いのに対して、表層部分では窒素をほとんど含有せず、絶縁層１４ｘの表層では、水素保持力が低くなってしまう。そこで、本発明では、以下に説明する製造方法を採用して、絶縁層１４ｘの浅い部分でも、十分な窒素が存在するように改良する。
【００２７】
まず、図３に示す下地膜形成工程ＳＴ１０１では、図１（ａ）に示すように、基板２０ｘの表面全体に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２０１ｘを形成する。
【００２８】
次に、図３に示す下電極形成工程ＳＴ１１０を行う。この下電極形成工程ＳＴ１１０では、まず、窒素含有タンタル膜形成工程ＳＴ１１１において、スパッタ室に窒素ガスおよびアルゴンガスを導入しながら、タングステンを含有するターゲットを用いて、タングステンおよび窒素を含有するタンタル膜１３を形成する。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、タンタル膜１３をパターニングした後、レジストマスクを除去する。その結果、図１（ｂ）に示すように、下電極１３ｂが形成される。その際、後述する陽極酸化に用いる給電線（図示せず）を形成する。
【００２９】
次に、図３に示す気相酸化工程ＳＴ１２１において、下電極１３ｘの表面に気相酸化を行い、図１（ｃ）に示すように、下電極１３ｘの表面に、タングステンおよび窒素を含有するタンタル酸化膜からなる絶縁層１４ｘを形成する。より具体的には、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１４ｘ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１３ｘ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。本形態では、気相酸化工程ＳＴ１２１において、ガス圧、温度、および処理時間を調整して、絶縁層１４ｘを構成するのに必要な膜厚のタンタル酸化膜を形成する。
【００３０】
次に、図３に示す陽極酸化工程ＳＴ１２２において、有機酸系や無機酸系の水溶液中で下電極１３ｘを陽極にして、陽極酸化を行う。その際、気相酸化工程ＳＴ１２１において絶縁層１４ｘを構成するのに必要な膜厚のタンタル酸化膜が既に形成されているので、陽極酸化工程ＳＴ１２２では、気相酸化工程ＳＴ１２１において形成されたタンタル酸化膜の厚さに相当する電圧を下電極１３ｘに印加する。従って、陽極酸化工程ＳＴ１２２では、気相酸化工程ＳＴ１２１で形成したタンタル酸化膜の欠陥を修復するが、膜成長は起こらない。
【００３１】
次に、図３に示す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基板２０ｘを加熱する。その結果、絶縁層１４ｘは、タングステン、窒素および水素を含有するタンタル酸化膜となる。具体的には、基板２０ｘを収容した処理室を約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。なお、水素添加アニール工程ＳＴ１３０では、基板２０ｘを所定の温度に加熱した状態で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。
【００３２】
次に、図３に示すブリッジ部除去工程ＳＴ１４０において、下電極１３ｘと給電線とを接続していたブリッジ部（図示せず）を除去した後、図３に示す上電極形成工程ＳＴ１５０を行う。それには、まず、クロム膜形成工程ＳＴ１５１においてクロム膜をスパッタなどによって一様な厚さで形成した後、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１（ｄ）に示す上電極１５ｘを形成する。以上により、非線形素子１０ｘが基板２０ｘに形成される。なお、図３に示すブリッジ部除去工程ＳＴ１４０は、上電極形成工程ＳＴ１５０の後に行ってもよい。
【００３３】
（本形態の主な効果）
図４は、ダイナミック二次イオン質量分析による絶縁層の分析結果である。本形態では、水素添加アニール工程ＳＴ１３０（水素導入工程）により絶縁層１４ｘに水素を含有させているため、非線形性が高く、かつ、残像現象の原因となる素子ドリフト現象の発生を防止することができる。また、絶縁層１４ｘへの窒素の添加は、非線形性を向上させる効果も奏する。ここで、絶縁層１４ｘへの窒素の単独添加は、素子ドリフト現象を増大させるという問題があるが、本発明では、絶縁層１４ｘが水素および窒素の双方を含有しているため、窒素を添加しても素子ドリフト現象の発生を抑制することができる。さらに、絶縁層１４ｘは窒素を含有しており、窒素は、常温での電圧印加時の水素の脱離を防止する機能を発揮するため、焼き付きの原因となる非線形特性の不可逆的なシフト現象の発生を防止することができる。
【００３４】
さらにまた、絶縁層１４ｘは気相酸化工程ＳＴ１２１で形成された窒素含有タンタル酸化膜を含んでおり、かかる窒素含有タンタル酸化膜は、陽極酸化膜と違って、二次イオン質量分析すると、図４にドットＬ４１で絶縁層の窒素原子の膜厚方向の分布を示し、比較としての酸素原子の膜厚方向の分布をドットＬ４２で示すように、絶縁層１４ｘの表層部分も、その深い部分と同様、十分な窒素を含有している。このため、本形態によれば、絶縁層１４ｘは、表層部分も十分な水素保持力を有している。従って、絶縁層１４ｘの表層部分の水素が上電極１５ｘとの界面に向けて移動して脱離することがないので、素子抵抗の低下が発生しない。また、表層部分の水素が下電極１３ｘとの界面に向けて移動して、窒素含有量が多い領域で酸素欠陥にトラップされることもないので、酸素欠陥由来の荷電キャリアが減少せず、素子抵抗が増大しない。それ故、本形態によれば、焼き付きや残像などの発生を防止することができる。
【００３５】
また、本形態では、気相酸化工程ＳＴ１２１の後、陽極酸化工程ＳＴ１２２を行うため、気相酸化工程ＳＴ１２１で形成した窒素含有タンタル酸化膜に凹凸やピンホールなどの欠陥が発生した場合でも、かかる欠陥を陽極酸化工程ＳＴ１２２で消失させることができ、非線形素子１０ｘの信頼性を向上することができる。
【００３６】
また、本形態において、気相酸化工程ＳＴ１２１では、絶縁層１４ｘと略同一膜厚の窒素含有タンタル酸化膜を形成し、陽極酸化工程ＳＴ１２２では、この窒素含有タンタル酸化膜の厚さに相当する電圧を下電極１３ｘに印加する。従って、気相酸化工程ＳＴ１２１で形成した窒素含有タンタル酸化膜に凹凸やピンホールなどの欠陥を陽極酸化工程ＳＴ１２２で消失させた場合でも、陽極酸化工程中、膜成長がないので、絶縁層１４ｘでは、厚さ方向全体に窒素が均一に分布する状態を維持することができる。
【００３７】
［その他の製造方法］
上記実施の形態では、図３に示すように、下電極形成工程ＳＴ１１０、気相酸化工程ＳＴ１２１、陽極酸化工程ＳＴ１２２、および水素添加アニール工程ＳＴ１３０をこの順に行ったが、図５に示すように、下電極形成工程ＳＴ１１０、気相酸化工程ＳＴ１２１、水素添加アニール工程ＳＴ１３０、および陽極酸化工程ＳＴ１２２をこの順に行ってもよい。また、図６に示すように、下電極形成工程ＳＴ１１０、気相酸化工程ＳＴ１２１、第１の水素添加アニール工程ＳＴ１３１（第１の水素導入工程）陽極酸化工程ＳＴ１２２、および第２の水素添加アニール工程ＳＴ１３２（第２の水素導入工程）をこの順に行ってもよい。
【００３８】
また、気相酸化工程ＳＴ１２１の後に水素添加アニール工程を行う場合、これらの工程を同一処理室内で連続して行ってもよい。すなわち、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、Ｎ2Ｏ）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１４ｘを形成した後、処理室の温度を降下させていく途中において、温度が例えば３２０℃になったときに処理室を大気開放し、水分（Ｈ2Ｏ）を含む大気を処理室に導入して処理室内を水素含有雰囲気として水素添加アニール工程を行ってもよい。
【００３９】
さらに、気相酸化工程ＳＴ１２１により形成したタンタル酸化膜で十分な膜質が得られる場合には、気相酸化工程ＳＴ１２１のみで絶縁層１４ｘを形成し、陽極酸化工程を省略してもよい。
【００４０】
［電気光学装置への適用例］
（全体構成）
図７は、本発明を適用した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８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。
【００４１】
図７に示すように、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７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。
【００４２】
このような電気光学装置１００は、具体的には、例えば、図８に示すように構成される。図８において、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８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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
（画素５３の構成）
図９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１０は、図９に示す各画素に形成されたＴＦＤの説明図である。
【００４６】
図９および図１０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。
【００４７】
本形態の非線形素子１０において、下電極１３ｂおよびタンタル配線１３ａは、例えば、厚さが５０〜１５０ｎｍ程度のタンタル膜によって形成され、かかるタンタル膜は、タングステンおよび窒素を含有している。絶縁層１４ａ、１４ｂは、後述するように、気相酸化法単独、あるいは気相酸化法と陽極酸化法とによって金属層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り、かかるタンタル酸化膜は、タングステン、窒素および水素を含有している。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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
（電気光学装置１００の製造方法）
図１１は、本形態の電気光学装置１００の製造方法のうち、非線形素子の製造工程を示す工程図であり、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。
【００５１】
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、非線形素子形成工程〜シール材印刷工程からなる素子基板形成工程と、カラーフィルタ形成工程〜ラビング処理工程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。
【００５２】
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では、図１、図３、図５および図６を参照して説明した製造方法が行われる。なお、以下の説明では、図１および図３を参照して説明した工程順序を採用した例を説明する。
【００５３】
まず、図３に示す下地膜形成工程ＳＴ１０１では、図１１（ａ）に示すように、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。
【００５４】
次に、図３に示す下電極形成工程ＳＴ１１０を行う。この下電極形成工程ＳＴ１１０では、まず、窒素含有タンタル膜形成工程ＳＴ１１１において、スパッタ室に窒素ガスおよびアルゴンガスを導入しながら、タングステンを含有するターゲットを用いて、タングステンおよび窒素を含有するタンタル膜１３を５０〜１５０ｎｍの厚さに形成する。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、タンタル膜１３をパターニングした後、レジストマスクを除去し、図１１（ｂ）に示すように、下電極１３ｂを形成する。その際、データ線５２のタンタル配線１３ａが同時形成され、この状態では、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。
【００５５】
次に、図３に示す気相酸化工程ＳＴ１２１において、下電極１３ｂの表面に気相酸化を行い、図１１（ｃ）に示すように、下電極１３ｂの表面に、タングステンおよび窒素を含有するタンタル酸化膜からなる絶縁層１４ｂを形成する。また、タンタル配線１３ａの表面には、タングステンおよび窒素を含有するタンタル酸化膜からなる絶縁層１４ａが形成される。本形態では、気相酸化工程ＳＴ１２１において、絶縁層１４ｂを構成するのに必要な膜厚のタンタル酸化膜、例えば、厚さが２０〜４０ｎｍ程度のタンタル酸化膜を形成する。
【００５６】
次に、図３に示す陽極酸化工程ＳＴ１２２において、有機酸系や無機酸系の水溶液中で下電極１３ｂを陽極にして、陽極酸化を行う。その際、気相酸化工程ＳＴ１２１において絶縁層１４ｂを構成するのに必要な膜厚のタンタル酸化膜が形成されているので、陽極酸化工程ＳＴ１２２では、気相酸化工程ＳＴ１２１において形成されたタンタル酸化膜の厚さに相当する電圧を下電極１３ｂに印加する。従って、陽極酸化工程ＳＴ１２２では、気相酸化工程ＳＴ１２１で形成したタンタル酸化膜の欠陥を修復するが、膜成長は起こらない。
【００５７】
次に、図３に示す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、タングステン、窒素および水素を含有するタンタル酸化膜となる。
【００５８】
次に、図３に示すブリッジ部除去工程ＳＴ１４０において、例えばドライエッチングにより、図１１（ｄ）に示すように、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、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。
【００５９】
次に、図３に示す上電極形成工程ＳＴ１５０を行う。それには、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１１（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。なお、図３に示すブリッジ部除去工程ＳＴ１４０は、上電極形成工程ＳＴ１５０の後に行ってもよい。
【００６０】
それ以降の製造工程の図示は省略するが、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膜をパターニングし、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９および図１０に示す非線形素子１０および画素電極２３が形成される。しかる後には、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（図８参照）、ラビング処理工程において、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８参照）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。
【００６１】
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〜ラビング処理工程）を行う。それには、まず、図８に示すように、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。
【００６２】
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）、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）。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３）。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）、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）。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）。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）。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）。
【００６３】
［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。
【００６４】
［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】
【００６５】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明を適用した非線形素子およびその製造方法を示す断面図である。
【図２】非線形素子を構成する各層の材料と電気特性との関係を示す説明図である。
【図３】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４】ダイナミック二次イオン質量分析による絶縁層の分析結果である。
【図５】本発明を適用した別の非線形素子の製造方法を示す工程図である。
【図６】本発明を適用したさらに別の非線形素子の製造方法を示す工程図である。
【図７】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８】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９】図７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１０】図７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１１】図７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。
【符号の説明】
【００６６】
１０、１０ｘ・・非線形素子（ＴＦＤ）、１３・・タンタル膜、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
【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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