(57)【要約】【目的】従来のＢＮ薄膜の優れた特性を劣化させることなく、耐水性にとみ、クラックや膜の剥離が抑制された薄膜をを提供すること。【手段】本発明の電極、固体素子は０．１５以上の炭素組成比を有するホウ素炭素窒素膜またはホウ素炭素窒素酸素膜を有する事を特徴とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．１５以上の炭素組成比を有するホウ素炭素窒素膜またはホウ素炭素窒素酸素膜を有する事を特徴とする電極、固体素子。
【請求項２】
前記膜を含む多層膜を有する事を特徴とする請求項１記載の電極、固体素子。
【請求項３】
前記膜にイオウ、シリコン、リチウムのいずれかを含んでいる事を特徴とする請求項１、２記載の電極、固体素子。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項記載の電極を冷陰極として用いた事を特徴とする電子放出素子。
【請求項５】
請求項４記載の電子放出素子を用いた事を特徴とするフィールドエミッションディスプレ、電子ビーム露光装置、マイクロ波進行波管、撮像装置、電子ビームを用いた材料評価装置。
【請求項６】
請求項１ないし３のいずれか１項記載の電極を用いた事を特徴とする電気化学装置。
【請求項７】
請求項１ないし３のいずれか１項記載の電極を放電セルの電極として用いた事を特徴とするプラズマデスプレイ。
【請求項８】
請求項１ないし３のいずれか１項記載の電極を用いたことを特徴とする発光素子。
【請求項９】
請求項８記載の発光素子を用いたことを特徴とする照明装置、液晶ディスプレイのバックライト、表示ランプ。
【請求項１０】
請求項１ないし２のいずれか１項記載の膜を用いた事を特徴とするシリコン半導体集積回路。
【請求項１１】
請求項１ないし２のいずれか１項記載の膜を用いた事を特徴とする化合物半導体素子。
【請求項１２】
請求項１ないし２のいずれか１項記載の膜を用いた事を特徴とする化合物半導体集積回路。
【請求項１３】
請求項１０ないし１２のいずれか１項記載の固体素子を用いたことを特徴とする通信装置および情報処理装置。
【請求項１４】
請求項１ないし２のいずれか１項記載の膜を用いた事を特徴とする光学素子。
【請求項１５】
請求項１４記載の光学素子を用いたことを特徴とする膜を用いた事を特徴と光学装置および分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜を利用する電極、電子素子、発光素子等を含む固体素子およびそれを用いた応用装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ホウ素と窒素からなる多結晶薄膜（ＢＮ薄膜）が様々な分野で優れた特性を有する材料として注目され、実応用への研究開発がすすめられている。ＢＮ薄膜は負性電子親和力を有し、冷陰極材料として用いることにより優れた電子放出特性を示す事が見出されている。冷陰極はフィールドエミッションディスプレー、電子ビーム露光機、マイクロ波進行波管、撮像素子等に応用できる。
【０００３】
また、電子ビームを用いたオージェ電子分光装置等の材料評価装置の電子源としても用いることができる。また、放電管の電極として用いることにより発光素子、照明装置への応用およびプラズマディスプレーの高性能化が期待できる。
【０００４】
また、発光素子は液晶ディスプレーのバックライトとしても用いられる。更に、電気化学電極としても用いられる可能性がある。一方、ＢＮ薄膜において低誘電率特性示す事が見出され、次世代シリコン半導体集積回路における多層配線層間絶緑体薄膜としての応用が期待されている。また、近年、化合物半導体による高速電子素子の実用化がすすめられているが、素子の周波数特性の更なる向上のために低誘電率絶緑体薄膜の導入が必要であり、また、化合物半導体高速電子素子を用いた集積回路の周波数特性向上のためにも配線用絶縁体薄膜としても低誘電率薄膜が必要とされる。また、ＢＮ薄膜は６ｅＶ程度の広い禁止帯幅を持っているため青色から紫外光領域で用いることができるフィルターや反射鏡を作製できる材料としても期待できる。以上のようにＢＮ薄膜は優れた特性を有する材料であり、実用化が強く望まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況で合成されたＢＮ薄膜は耐水性に間題を抱えており、ウエットプロセスを施すとＢＮ薄膜にクラックが発生したり、剥離が生じるといった問題を有し、素子の作製が困難であった。
【０００６】
本発明は上記の状況を鑑みてなされたもので、従来のＢＮ薄膜の優れた特性を劣化させることなく、耐水性にとみ、クラックや膜の剥離が抑制された薄膜をを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の電極、固体素子は０．１５以上の炭素組成比を有するホウ素炭素窒素膜またはホウ素炭素窒素酸素膜を有する事を特徴とする。
【０００８】
また、本発明の電極、固体素子は前記膜を含む多層膜を有する事が好ましく、前記膜にイオウ、シリコン、リチウムのいずれかを含んでいる事が好ましい。
【０００９】
また、本発明の電子放出装置は前記電極を陰極として備えたことを特徴とする。
【００１０】
更に、本発明のプラズマディスプレイは前記電極を放電セルの電極として用いたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の電子放出素子をフィールドエミッションディスプレイに用いた場合、低電圧動作、明瞭な画像を実現できる。
【００１２】
また、本発明の電子放出素子を電子ビーム露光装置に用いた場合、高解像度でスループットの向上した電子ビーム露光装置が実現できる。
【００１３】
また、本発明の電子放出素子をマイクロ波進行波管に用いた場合、高出力マイクロ波出力を得ることができる。
【００１４】
また、本発明の電子放出素子を撮像素子に用いた場合、明瞭な画像を実現できる。
【００１５】
また、本発明の電子放出素子を電子ビームを用いた材料評価装置に用いた場合、評価精度の向上が実現できる。
【００１６】
また、本発明の電極を発光素子の電極に用いることを特徴とする。本発明の電極を発光素子に用いた場合、高輝度で鮮明な発光が得られ、商品質な照明および表示が実現できる。
【００１７】
また、本発明の電極を用いた発光素子を液晶ディスプレイのバックライトに用いた場合、高輝度で消費電力の少ない液晶ディスプレイが実現できる。
【００１８】
また、本発明の電気化学装置は前記電極を用いることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明のプラズマディスプレイは前記電極を放電セルの電極として用いたことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の発光素子は前記電極を用いたことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の照明装置は前記発光素子を用いたことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の液晶ディスプレイのバックライトは前記発光素子を用いたことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の表示ランプは前記発光素子を用いたことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明のシリコン半導体集積回路は前記膜を用いたことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の化合物半導体素子は前記膜を用いたことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の化合物半導体集積回路は前記膜を用いたことを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の通信装置及び情報処理装置は前記固体素子を用いたことを特徴とする。
【００２８】
また、本発明の光学素子は前記膜を用いたことを特徴とする。
【００２９】
また、本発明の光学装置および分析装置は前記光学素子を用いたことを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態について説明する。本発明による電極および固体素子は以下の実施例で説明する膜を設けることによって作製され、耐水性にとみ、安定な膜を提供する事ができ実用化を可能にする。
【００３１】
（実施例１）
基板としてシリコンを用い、その上にプラズマアシスト化学気相合成（ＣＶＤ）法によって薄膜の堆積を行った。原料ガスとして三塩化ホウ素と窒素ガスおよびメタンガスを用い、メタン濃度を変化させて厚さ２００ｎｍの膜を堆積させた。基板温度は４００℃で行った。このようにして堆積させた膜は六方晶窒化ホウ素の結晶粒（サイズは５ｎｍ程度）を持つ多結晶膜である。得られた膜に対して構成元素の組成比を評価すると共に膜を５０℃の純水中に５分間放置する処理を施し、膜のクラックや剥離の有無を観察した。また、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）を用いて純水処理後の表面付近での変化を調べた。
【００３２】
窒化ホウ素膜および炭素を含む窒化ホウ素炭素（ＢＣＮ）膜（炭素組成比０−０．３５）が得られ、純水処理後の表面付近でＣ−Ｃ結合およびＣ−Ｂ結合が増加する。また、Ｃ組成比の増加によってクラックや剥離が抑制される事が分かった。クラックや剥離が発生しない揚合には表面から膜内部へとＸＰＳ測定を行った場合、Ｃ−Ｃ結合およびＣ−Ｂ結合の増加は表面領域のみに限定され、それより内部では純水処理前のＢＣＮ膜の内部の特性に一致する。しかし、クラックや剥離が発生する場合には表面領域を除去した後でさえ、Ｃ−Ｂ結合の増加が観測される。純水処理を施した膜の表面から１０ｎｍ除去した後にＣ１ｓからのＸＰＳスペクトルを測定し、Ｃ−Ｂ結合の信号強度を求めた。それを処理前のＣ−Ｂ結合の信号強度で規格化し、膜のＣ組成比に対してプロットしたものが図１である。Ｃ組成比が０．１５以下の領域ではＣ−Ｂ結合の信号強度の増加が見られ、膜のクラックや剥離による水の侵入を示唆する結果を得た。図１の結果よりＣ組成比が０．１５以上の膜を用いることにより膜のクラックや剥離が顧著に抑制される事が明らかになった。
【００３３】
シリコン以外の石英、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣ、Ｔｉ、Ｔａ、ＴｉＮ、ＴａＮ、グラファイト、ダイヤモンド、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ上に膜を堆積させた場合においてもクラックや剥離の発生が見られず、同様の結果が得られた。　　Ｃ組成比が０．１５のＢＣＮ膜を用いて電子放出特性を調べ、従来のメタンガスを用いないで作製した膜のそれと比較した。その結果、図２に示すように特性に大きな変化は見られなかった。また、１ＭＨｚで容量測定を行い誘電率を評価したが、２．２の低い誘電率が得られた。以上の結果より本発明で得られた０．１５以上のＣ組成比を持つＢＣＮ膜を用いた信頼性の高い冷陰極を作製する事ができ、フィールドエミッションディスプレー、電子ビーム露光機、マイクロ波進行波管、撮像素子等に応用できる。また、電子ビームを用いたオージェ電子分光装置等の材料評価装置の電子源としても用いることができる。
【００３４】
また、放電管の電極として用いることにより発光素子、照明装置への応用およびプラズマディスプレーの高性能化が可能になる。また、発光素子は液晶ディスプレーのバックライトとしても用いられる。更に、電気化学電極としても用いられる可能性がある。一方、低誘電率絶縁体材料としての特性を利用して次世代シリコン半導体集積回路における多層配線層間絶縁体薄膜として用いることができる。また、化合物半導体による高速電子素子の周波数特性の更なる向上のために低誘電率絶緑体薄膜を用いることができ、また、化合物半導体高速電子素子を用いた集積回路の周波数特性向上のためにも配線用絶縁体薄膜として用いることができる。また、ＢＮ薄膜は６ｅＶ程度の広い禁止帯幅を持っているため青色から紫外光領域で用いることができるフィルターや反射鏡を作製できる材料としても用いることができる。
【００３５】
（実施例２）
前述の実施例１においてＣ組成比が０．１５以上のＢＣＮ膜を用いることによりクラックや剥離が抑制される事を見出したが、その効果はＣ組成比が０．２以上で更に効果がある。しかしＣ組成比の極端な増加は電子放出特性や低誘電率特性を劣化する事になる。このため図３に示すような多層膜構造を作製する。
【００３６】
基板としてシリコンを用い、その上にプラズマアシスト化学気相合成（ＣＶＤ）法によって薄膜の堆積を行った。原料ガスとして三塩化ホウ素と窒素ガスおよびメタンガスを用い、先ず、Ｃ組成比が０．３のＢＣＮ膜を５０ｎｍ堆積し、次にＣ組成比が０．１５のＢＣＮ膜を１５０ｎｍ堆積した。基板温度は４００℃で行った。Ｃ組成比が０．３のＢＣＮ膜においても六方晶窒化ホウ素の結晶相へのＣの取り込みは少なく結晶相の顕著な格子定数の変化は観測されない。この多層構造の膜に対してクラックや剥離の発生は見られず、耐水性に優れ、安定な膜が作製できた。又、電子放出特性についてもＣ組成比が０．１５の単層のＢＣＮ膜と同様の特性を示した。
【００３７】
低誘電率膜として用いる場合、Ｃ組成比の増加で誘電率の増加を招くため、Ｃ組成比が０．３と高い膜の厚さを５ｎｍとして用いても効果が得られる。
【００３８】
（実施例３）　　基板としてシリコンを用い、その上にプラズマアシスト化学気相合成（ＣＶＤ）法によって薄膜の堆積を行った。原料ガスとして三塩化ホウ素と窒素ガスおよびメタンガスを用い、メタン濃度を変化させて厚さ２００ｎｍの膜を堆積させた。基板温度は４００℃で行った。膜の堆積時に酸素（Ｏ）を添加し、０．１−０．２のＯ組成比をもつＢＣＮＯ膜についても実施例１で行ったのと同様の評価をＸＰＳ測定で行った。その結果、膜のクラックや剥離はＣ組成比に依存しＢＣＮＯ膜についても同様の結果が得られた。また、電子放出特性、低誘電率特性についてもＢＣＮ膜と同様の結果が得られた。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の電極、固体素子を用いることにより、ＢＮ薄膜の優れた特性を劣化させることなく、耐水性にとみ、クラックや膜の剥離が抑制された薄膜を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の炭素−ホウ素結合の信号強度と炭素組成比の関係を表す図である。
【図２】本発明の薄膜を用いた電子放出特性の関係を表す図である。
【図３】実施例２の多層膜構造を表す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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