(57)【要約】【課題】反応性スパッタ成膜法により下電極用金属膜などの薄膜を複数の基板に連続的に形成した場合でも、組成や膜質にばらつきの発生しない非線形素子の製造方法、薄膜形成方法、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を形成するにあたって、複数枚の基板２０ｘを成膜室に順次、搬入するとともに、アルゴンガスおよび窒素ガスを導入しながらターゲットをスパッタリングして、窒素含有タンタル膜からなる下電極用金属膜１３２を形成する。その際、成膜室に基板２０ｘを搬入するたびに、窒素ガスの供給を停止した状態でスパッタリングして窒素を含有しないタンタル膜からなる下地金属膜１３１を形成する成膜前処理を行った後、窒素ガスの供給を開始して反応性スパッタ成膜処理を行う。【選択図】図４
2008021841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を成膜室に搬入するとともに、不活性ガスおよび反応性ガスを導入しながらターゲットをスパッタリングして、前記反応性ガスとターゲット物質との反応生成膜からなる下電極用金属膜を形成する反応性スパッタ成膜処理を行う下電極形成工程を有する非線形素子の製造方法において、
前記下電極形成工程では、前記成膜室に前記基板を搬入するたびに、前記反応性ガスの供給を停止した状態で前記ターゲットをスパッタリングして下地金属膜を形成する成膜前処理を行った後、前記反応性ガスの供給を開始して前記反応性スパッタ成膜処理を行う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処理では、前記成膜前処理の後、前記反応性ガスを所定の流量で供給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処理では、前記成膜前処理の後、前記反応性ガスの流量を所定値まで徐々に増加させ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４】
前記成膜前処理および前記反応性スパッタ成膜処理では、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乃至３の何れか一項に記載の非線形素子の製造方法。
【請求項５】
前記反応性スパッタ成膜処理では、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４に記載の非線形素子の製造方法。
【請求項６】
前記下地金属膜の膜厚は、前記下電極用金属膜の膜厚の１／９倍から１／４倍の範囲で形成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非線形素子の製造方法。
【請求項７】
基材を成膜室に搬入するとともに、不活性ガスおよび反応性ガスを導入しながらターゲットをスパッタリングして、前記反応性ガスとターゲット物質とが反応してなる反応生成膜を形成する薄膜形成方法において、
前記成膜室に前記基材を搬入するたびに、前記反応性ガスの供給を停止した状態で前記ターゲットをスパッタリングして下地層を形成する成膜前処理を行った後、前記反応性ガスの供給を開始して前記下地層の上層に前記反応生成膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項８】
請求項１乃至６の何れか一項に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９】
請求項８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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応性スパッタ成膜法により形成した下電極を備えた非線形素子の製造方法、反応性スパッタ成膜法を用いた薄膜形成方法、反応性スパッタ成膜法により形成した下電極を備えた非線形素子、およびこの非線形素子を用いた電気光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。このような反応性スパッタ成膜法は、例えば、アクティブマトリクス型液晶装置などの電気光学装置において、非線形素子の下電極を構成するのに利用されている。すなわち、非線形素子の下電極は、例えばタンタル膜から構成されるが、非線形素子の非線形性を高めることなどを目的に下電極に窒素含有タンタル膜を用いることがあり、反応性スパッタ成膜法は、このような窒素含有タンタル膜を形成するのに適している。
【０００３】
しかしながら、複数枚の基板を成膜室に順次、搬入するとともに、不活性ガスおよび窒素ガス（反応性ガス）を導入しながらタンタルターゲットをスパッタリングして、窒素とタンタルとの反応生成膜からなる下電極用金属膜を形成すると、図１７（ａ）に示すように、成膜室に初期に搬入した基板には比抵抗の低い窒素含有タンタル膜が形成されるのに対して、成膜室に後で搬入した基板には比抵抗の高い窒素含有タンタル膜が形成されるという問題がある。図１７（ａ）には、窒素ガスの供給量を変えた例を各々、白丸および黒丸でプロットしてあるが、いずれの条件でも、成膜室に搬入したタイミングによって、基板に形成された窒素含有タンタル膜の比抵抗がばらついている。
【０００４】
このような成膜方法のばらつきを抑制する技術として、成膜時のパワーを制御する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、成膜しようとする膜と同一組成のターゲットを用いることが提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平８−２９６０６４１号公報
【特許文献２】特開２００１−３５８０３０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、成膜時のパワーを変化させると、組成比を変化させることができるが、膜質も変化してしまい、成膜室に初期に搬入した基板と後で搬入した基板とでは、膜質の異なる薄膜が形成されてしまうという問題点がある。また、成膜しようとする膜と同一組成のターゲットを用いる方法は、窒素が均一に分布するタンタルターゲットを形成すること自身が難しく、かつ、窒化タンタル膜のように、窒素含有量の多いタンタル膜を形成することはできても、窒素含有量の少ないタンタル膜を形成することが困難である。
【０００７】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、反応性スパッタ成膜法により下電極用金属膜を複数の基板に連続的に形成した場合でも、基板間で下電極の組成や膜質にばらつきの発
生しない非線形素子の製造方法、この方法により製造した非線形素子、およびこの非線形素子を用いた電気光学装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の課題は、反応性スパッタ成膜法により薄膜を複数の基材に連続的に形成した場合でも、基材間で薄膜の組成や膜質にばらつきの発生しない薄膜形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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窒素含有タンタル膜を形成していくと、図１７（ｂ）に示すように、成膜室に初期に搬入した基板にはシート抵抗の低い窒素含有タンタル膜が形成され、成膜室に後で搬入した基板にはシート抵抗の高い窒素含有タンタル膜が形成されるが、例えば、点線Ｎで示すタイミングで、窒素ガスの供給を停止した状態でターゲットをスパッタリングして、窒素を含有しないタンタル膜を形成すると、その後、成膜室に搬入した基板にはシート抵抗の低い窒素含有タンタル膜が形成されるという知見を得た。すなわち、本願発明者は、成膜室に初期に搬入した基板には、窒素含有量が少ないタンタル膜が形成され、成膜室に後で搬入した基板ほど、窒素含有量が多いタンタル膜が形成されるが、窒素ガスの供給を停止した状態でターゲットをスパッタリングすると、その後、成膜室に搬入した基板には、窒素含有量の少ないタンタル膜が形成されるという知見を得た。
【００１０】
本発明は、かかる知見に基づいて達成されたものであり、基板を成膜室に搬入するとともに、不活性ガスおよび反応性ガスを導入しながらターゲットをスパッタリングして、前記反応性ガスとターゲット物質との反応生成膜からなる下電極用金属膜を形成する反応性スパッタ成膜処理を行う下電極形成工程を有する非線形素子の製造方法において、前記下電極形成工程では、前記成膜室に前記基板を搬入するたびに、前記反応性ガスの供給を停止した状態で前記ターゲットをスパッタリングして下地金属膜を形成する成膜前処理を行った後、前記反応性ガスの供給を開始して前記反応性スパッタ成膜処理を行うことを特徴とする。
【００１１】
本発明では、成膜室に基板を搬入するたびに、反応性ガスの供給を停止した状態でターゲットをスパッタリングして下地金属膜を形成する成膜前処理を行うため、その前に行った反応性スパッタ成膜処理によりターゲット表面に保持された反応ガス成分を成膜前処理により除去することができる。従って、成膜室にいずれのタイミングで搬入された基板に対しても、成膜前処理によってターゲット表面を清浄化した後、反応性スパッタ成膜処理を行うので、パワーなどを変更しなくても、反応生成膜（下電極用金属膜）における反応性ガス由来の成分量が基板間で変動しない。それ故、いずれの基板にも、組成が一定の下電極を備えた非線形素子を製造することができる。
【００１２】
本発明において、前記反応性スパッタ成膜処理では、例えば、前記成膜前処理の後、前記反応性ガスを所定の流量で供給する。このように構成すると、下地金属膜と下電極用金属膜との間では、反応性ガス由来の成分量が急激に変化する構造になる。
【００１３】
本発明において、前記反応性スパッタ成膜処理では、前記成膜前処理の後、前記反応性ガスの流量を所定値まで徐々に増加させてもよい。このように構成すると、下地金属膜と下電極用金属膜との間では、反応性ガス由来の成分量が連続的に変化し、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。
【００１４】
本発明において、前記成膜前処理および前記反応性スパッタ成膜処理では、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。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。
【００１５】
本発明は、前記反応性スパッタ成膜処理では、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場合に適用すると効果的である。窒素含有量の少ない窒素含有タンタル膜を形成するには、窒素含有タンタルからなるターゲットでスパッタ形成する方法を採用することが難しいが、本発明によれば、基板間で組成ばらつきを発生させることなく、窒素含有量の少ない窒素含有タンタル膜を形成することができる。
【００１６】
本発明において、前記下地金属膜は、あくまでターゲットをクリーニングするための成膜前処理の過程で形成されるので、薄くてよい。例えば、前記下地金属膜の膜厚は、前記下電極用金属膜の膜厚の１／９倍から１／４倍の範囲である。
【００１７】
このような方法により製造された非線形素子は、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ているとともに、前記下電極は、タンタル膜からなる第１タンタル層と、該第１タンタル層の上に積層された、窒素含有のタンタル膜からなる第２タンタル層とを備えている。
【００１８】
本発明を適用した非線形素子は、例えば、電気光学装置で画素スイッチング素子として用いられる。また、このような電気光学装置は、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。
【００１９】
本発明は、非線形素子の製造に限らず、薄膜形成方法全般に適用することができる。すなわち、本発明では、複数の基材を成膜室に順次、搬入するとともに、不活性ガスおよび反応性ガスを導入しながらターゲットをスパッタリングして、前記反応性ガスとターゲット物質とが反応してなる反応生成膜を形成する薄膜形成方法において、前記成膜室に前記基材を搬入するたびに、前記反応性ガスの供給を停止した状態で前記ターゲットをスパッタリングして下地膜を形成する成膜前処理を行った後、前記反応性ガスの供給を開始して前記下地膜の上層に前記反応生成膜を形成することを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
［実施の形態１］
（非線形素子などの構成）
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明を適用した非線形素子などの断面図、非線形素子の下電極の窒素分布を示す説明図、および下電極用金属膜をスッパタ成膜法により形成する際に成膜室に供給する反応性ガスの流量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。
【００２２】
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（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。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。また、絶縁層１４ｘは、タンタル配線１３ｙを給電線として下電極１３ｘを陽極酸化して形成したため、タンタル配線１３ｙの表面にも絶縁層１４ｙが形成されている。
【００２３】
本発明では、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、下電極１３ｘおよびタンタル配線１３ｙに窒素含有タンタル膜を用いている。すなわち、図２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。
【００２４】
一方、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。
【００２５】
従って、下電極１３ｘおよびタンタル配線１３ｙが含有する窒素量については所定の範囲に制御する必要がある。そこで、本形態では、図３および図４を参照して説明する製造方法を採用した結果、下電極１３ｘおよびタンタル配線１３ｙは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、下層側の窒素を含有しない第１タンタル層１３１ｘ、１３１ｙと、上層側の窒素を含有する第２タンタル層１３２ｘ、１３２ｙとの２層構造になっている。ここで、第１タンタル層１３１ｘ、１３１ｙは、膜厚が１０〜２０ｎｍであるのに対して、第２タンタル層１３２ｘ、１３２ｙは、膜厚が８０〜９０ｎｍであり、第１タンタル層１３１ｘ、１３１ｙの膜厚は、第２タンタル層１３２ｘ、１３２ｙの膜厚の１／８倍から１／４倍である。
【００２６】
（非線形素子の製造方法）
図３は、下電極用金属膜をスパッタ成膜法により形成するスパッタ成膜装置の説明図である。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。
【００２７】
図３において、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。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（窒素ガス供給管）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、反応性ガス（窒素ガス）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。
【００２８】
ターゲットホルダ４には、タンタルからなるターゲット５が保持される一方、基板ホルダ６には基板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が配置されている。
【００２９】
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（タンタル）と反応性ガス由来の元素（窒素）との反応生成膜（薄膜／窒素含有タンタル膜）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にアルゴンガス（不活性ガス）と窒素ガス（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。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、窒素ガス由来の窒素とタンタル原子が反応し、基板２０ｘ上には窒素含有タンタル膜（反応生成膜）が形成される。
【００３０】
また、成膜室２に対する窒素ガスの供給を停止した状態で成膜を行うと、窒素を含有しないタンタル膜を形成することができる。
【００３１】
このように構成した反応性スパッタ成膜装置１を用いて、複数の基板２０ｘの各々に下電極１３ｘおよびタンタル配線１３ｙを形成するためのタンタル膜を形成するには、基板２０ｘを成膜室に順次、搬入して成膜を行う。
【００３２】
次に、図４を参照して、非線形素子１０ｘおよびタンタル配線１０ｙの製造方法をより具体的に説明する。なお、以下の説明は、基板１枚当たりの説明図である。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。
【００３３】
次に、基板２０ｘに対して下電極形成工程を行う。それには、図２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、成膜室２に基板２０ｘを搬入した後、基板２０ｘに対してタンタル膜を形成する。
【００３４】
その際、本形態では、図１（ｃ）および図４（ｂ）に示すように、成膜室２にアルゴンガスのみを供給し、窒素ガスの供給を停止した状態で、窒素を含有しないタンタル膜を下地金属膜１３１として、１０〜２０ｎｍの膜厚にスパッタ成膜する（成膜前処理）。
【００３５】
次に、本形態では、図１（ｃ）および図４（ｃ）に示すように、成膜室２にアルゴンガスおよび窒素ガスの双方を供給して、窒素含有タンタル膜を下電極用金属膜１３２として８０〜９０ｎｍの膜厚にスパッタ成膜する（反応性スパッタ成膜処理）。その結果、下層側の下地金属膜１３１（窒素を含有しないタンタル膜）と、上層側の下電極用金属膜１３２（窒素含有タンタル膜）との２層構造のタンタル膜１３が形成される。
【００３６】
このようにして成膜を終えた基板２０ｘについては、図４（ｄ）に示すパターニング工程に回送する一方、成膜前の別の基板２０ｘを成膜室２に搬入した後、前回の基板２０ｘと同様、窒素ガスの供給を停止した状態で、窒素を含有しないタンタル膜を下地金属膜１３１として、１０〜２０ｎｍの膜厚にスパッタ成膜した後（成膜前処理）、成膜室２にアルゴンガスおよび窒素ガスの双方を供給して、窒素含有タンタル膜を下電極用金属膜１３２として８０〜９０ｎｍの膜厚にスパッタ成膜する（反応性スパッタ成膜処理）。このような成膜処理は、複数の基板２０ｘの各々に対して順次、同様に実施する。
【００３７】
一方、図４（ｄ）に示すパターニング工程に回送された基板２０ｘについては、フォトリソグラフィ技術を用いてタンタル膜１３をパターニングし、図４（ｂ）に示すように、下電極１３ｘおよびタンタル配線１３ｙを形成する。その結果、下電極１３ｘおよびタンタル配線１３ｙは、下層側の窒素を含有しない第１タンタル層１３１ｘ、１３１ｙと、上層側の窒素を含有する第２タンタル層１３２ｘ、１３２ｙとの２層構造を有することになる。
【００３８】
次に、図４（ｅ）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、タンタル配線１３ｙを給電線として下電極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。その際、タンタル配線１３ｙの表面にも絶縁層１４ｙが形成される。なお、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。
【００３９】
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（ｆ）に示すように、上電極１５ｘを形成する。
【００４０】
（本形態の効果）
以上説明したように、本形態では、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１３ｙの配線抵抗の低減を目的に、下電極１３ｘおよびタンタル配線１３ｙに窒素含有タンタル膜からなる第２タンタル層１３２ｘ、１３２ｙを用いたため、非線形素子１０ｘの非線形性が高く、タンタル配線１３ｙの抵抗が低い。
【００４１】
また、本形態では、成膜室２に基板２０ｘを搬入するたびに、窒素ガスの供給を停止した状態でターゲット５をスパッタリングして下地金属膜１３１を形成する成膜前処理を行うため、その前に行った反応性スパッタ成膜処理によりターゲット５の表面に保持された窒素を成膜前処理により除去することができる。従って、成膜室２にいずれのタイミングで搬入された基板２０ｘに対しても、成膜前処理によってターゲット５の表面を清浄化した後、反応性スパッタ成膜処理を行うので、パワーなどを変更しなくても、下電極用金属膜１３２の窒素量は基板２０ｘ間で変動しない。それ故、いずれの基板２０ｘにも、組成が一定の下電極１３ｘを備えた非線形素子１０、およびタンタル配線１３ｙを形成することができる。
【００４２】
特に本形態では、下電極用金属膜１３２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、窒素含有
量が少ない下電極用金属膜１３２の窒素含有量の基板間ばらつきを確実に抑えることができる。
【００４３】
［実施の形態２］
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）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、非線形素子の下電極の窒素分布を示す説明図、および下電極用金属膜をスッパタ成膜法により形成する際に成膜室に供給する反応性ガスの流量を示す説明図である。
【００４４】
図５（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。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。また、絶縁層１４ｘは、タンタル配線１３ｙを給電線として下電極１３ｘを陽極酸化して形成したため、タンタル配線１３ｙの表面にも絶縁層１４ｙが形成されている。
【００４５】
本発明でも、実施の形態２と同様、下電極１３ｘおよびタンタル配線１３ｙに窒素含有タンタル膜を用いている。また、下電極１３ｘおよびタンタル配線１３ｙが含有する窒素量については所定の範囲に制御する必要がある。そこで、本形態でも、実施の形態１と同様、下電極１３ｘおよびタンタル配線１３ｙは、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、下層側の窒素を含有しない第１タンタル層１３１ｘ、１３１ｙと、上層側の窒素を含有する第２タンタル層１３２ｘ、１３２ｙとの２層構造にしてある。すなわち、本形態でも、実施の形態１と同様、基板２０ｘに対して下電極形成工程を行う際、図４（ｂ）を参照して説明したように、成膜室２にアルゴンガスのみを供給し、窒素ガスの供給を停止した状態で、窒素を含有しないタンタル膜を下地金属膜１３１として、１０〜２０ｎｍの膜厚にスパッタ成膜する（成膜前処理）。
【００４６】
次に、本形態では、図４（ｃ）に示すように、成膜室２にアルゴンガスおよび窒素ガスの双方を供給して、窒素含有タンタル膜を下電極用金属膜１３２として８０〜９０ｎｍの膜厚にスパッタ成膜する（反応性スパッタ成膜処理）。その結果、下層側の下地金属膜１３１（窒素を含有しないタンタル膜）と、上層側の下電極用金属膜１３２（窒素含有タンタル膜）との２層構造のタンタル膜１３が形成される。
【００４７】
但し、本形態では、実施の形態１と違って、図５（ｃ）に示すように、反応性スパッタ成膜処理では、成膜前処理の後、窒素ガスの流量を所定値まで徐々に増加させる。従って、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、第１タンタル層１３１ｘ（下地金属膜１３１）、１３１ｙと、第２タンタル層１３２ｘ、１３２ｙ（下電極用金属膜１３２）との間では、反応性ガス由来の成分量が連続的に変化し、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。
【００４８】
その他の構成は実施の形態１と同様であるので、説明を省略するが、本形態でも、成膜室２に基板２０ｘを搬入するたびに、窒素ガスの供給を停止した状態でターゲット５をスパッタリングして下地金属膜１３１を形成する成膜前処理を行うため、その前に行った反応性スパッタ成膜処理によりターゲット５に保持された反応ガス成分（窒素）を成膜前処理により除去することができる。従って、成膜室２にいずれのタイミングで搬入された基板２０ｘに対しても、成膜前処理によってターゲット５の表面を清浄化した後、反応性スパッタ成膜処理を行うので、反応生成膜（下電極用金属膜１３２）における窒素ガス由来の窒素量は基板２０ｘ間で変動しない。それ故、いずれの基板２０ｘにも、組成が一定の
下電極１３ｘを備えた非線形素子１０、およびタンタル配線１３ｙを形成することができる。
【００４９】
［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およびタンタル配線１３ｙが、下層側の窒素を含有しない第１タンタル層１３１ｘ、１３１ｙと、上層側の窒素を含有する第２タンタル層１３２ｘ、１３２ｙとの２層構造であったが、第１タンタル層１３１ｘ、１３１ｙの下層側に、例えば、窒素含有タンタル層を備えた構成を採用してもよい。また、ターゲット５としてタンタルターゲットを用いた例を説明したが、ニオブターゲットやニオブ−タンタル合金ターゲットを用いた場合において、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。
【００５０】
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。
【００５１】
このような絶縁層１４ｘのタングステンの含有は、ターゲットとしてタングステン−タンタルターゲットを用い、下電極１３ｘの第２タンタル層１３２ｘ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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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１０
ｘ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。
【００５９】
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。
【００６０】
［非線形素子以外への適用例］
上記形態では、非線形素子への適用例であるため、ターゲット５として、タンタルやニオブを例に挙げたが、ターゲット５として、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を用い、反応性ガスとして、窒素ガス、酸素ガス、二酸化炭素を用いて、基材の表面に反応性スパッタ成膜を行う場合に本発明を適用してもよい。
【００６１】
［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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
（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。
【００６７】
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。
【００６８】
本形態の非線形素子１０において、下電極１３ｂは、図１〜図５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、窒素を含有しないタンタル膜からなる第１タンタル層１３１ｘと、窒素含有タンタル膜からなる第２タンタル層１３２ｘとをこの順に備えた２層構造を有している。第１タンタル層１３１ｘは、例えば、膜厚は１０〜２０ｎｍである。第２タンタル層１３２ｘは、例えば、膜厚が８０〜９０ｎｍである。
【００６９】
また、データ線５２を構成するタンタル配線１３ａは、図１〜図５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と同様、窒素を含有しない下層
タンタル層１３１ｙと、第２タンタル層１３２ｘと同様、窒素を含有する上層タンタル層１３２ｙとをこの順に備えた２層構造を有している。
【００７０】
絶縁層１４ａ、１４ｂは、後述するように、陽極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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
（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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
次に、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、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、成膜前処理により、窒素を含有しないタンタル膜を下地金属膜１３１として形成した後、反応性スパッタ成膜処理により、窒素含有タンタル膜を下電極用金属膜１３２として形成する。その結果、下地金属膜１３１と下電極用金属膜１３２の２層構造のタンタル膜１３が形成される。
【００７８】
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１６（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。その結果、下電極１３ｂは、窒素を含有しないタンタル膜からなる第１タンタル層１３１ｘと、窒素含有タンタル膜からなる第２タンタル層１３２ｘとをこの順に備えた２層構造を有している。タンタル配線１３ａも、窒素を含有しない下層タンタル層１３１ｙと、第２タンタル層１３２ｘと同様、窒素を含有する上層タンタル層１３２ｙとをこの順に備えた２層構造を有している。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。
【００７９】
次に、図１６（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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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）。
【００８８】
［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。
【００８９】
［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】
【００９０】
【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施に形態１に係る非線形素子などの断面図、非線形素子の下電極の窒素分布を示す説明図、および下電極用金属膜をスッパタ成膜法により形成する際に成膜室に供給する反応性ガスの流量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】下電極用金属膜をスパッタ成膜法により形成するスパッタ成膜装置の説明図である。
【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、本発明の実施に形態２に係る非線形素子などの断面図、非線形素子の下電極の窒素分布を示す説明図、および下電極用金属膜をスッパタ成膜法により形成する際に成膜室に供給する反応性ガスの流量を示す説明図である。
【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。
【図１７】複数枚の基板に対して反応性スパッタ成膜法で窒素含有タンタル膜を形成した際、基板を処理するにともなって、成膜された窒素含有タンタル膜の抵抗値が増大する様子を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９１】
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、１３１・・下地金属膜、１３２・・下電極用金属膜、１３１ｘ・・第１タンタル層、１３２ｘ・・第２タンタル層
【図１】
2008021841.tif 000003
【図２】
2008021841.tif 000004
【図３】
2008021841.tif 000005
【図４】
2008021841.tif 000006
【図５】
2008021841.tif 000007
【図６】
2008021841.tif 000008
【図７】
2008021841.tif 000009
【図８】
2008021841.tif 000010
【図９】
2008021841.tif 000011
【図１０】
2008021841.tif 000012
【図１１】
2008021841.tif 000013
【図１２】
2008021841.tif 000014
【図１３】
2008021841.tif 000015
【図１４】
2008021841.tif 000016
【図１５】
2008021841.tif 000017
【図１６】
2008021841.tif 000018
【図１７】
2008021841.tif 000019