(57)【要約】【課題】ＴＦＤ素子の第１電極１５に含有される水素の量及び分布は、当該金属を用いたＴＦＤ素子の動作特性に影響を与える。例えば第１電極１５中の水素量を増加させるとＴＦＤ素子の絶縁抵抗値を高くでき好適である。反面水素が過剰量入るとＴＦＤ素子外に水素が時間と共に飛散し、ＴＦＤ素子の電気特性が不安定になる。当該水素はＴａ膜成膜後Ｔａ膜を大気中に晒すことで大気中の水素を吸収させることで導入しているため、水素量の制御が困難であるという問題があった。【解決手段】第１電極１５を覆う第１散逸阻止膜５を減圧雰囲気中で除去する。この工程により、第１電極１５中に蓄えられていた水素は第１電極１５外に放出される。放出後、大気に晒すことなく新たに水素を吸着させ、更に第２散逸阻止膜６を形成することで内蔵水素量が制御されたＴＦＤ素子の提供が可能となる。【選択図】図３
2007335436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方の面に第１電極、中間絶縁膜、及び第２電極を積層してなる薄膜ダイオード素子の製造方法であって、
（１）前記基板の一方の面に第１電極前駆体を堆積する工程と、
（２）前記基板を大気雰囲気に取り出し前記大気雰囲気中の酸化種による自然酸化により前記第１電極前駆体を覆うように第１散逸阻止膜を形成する工程と、
（３）前記第１電極前駆体をパターニング後エッチングすることで前記第１電極を形成し、エッチングにより生じた前記第１電極の側面を覆うように前記大気雰囲気中の酸化種による自然酸化により再び前記第１散逸阻止膜を形成する工程と、
（４）前記大気雰囲気中に存在する水素を選択的に吸収することで含まれている前記第１電極中の水素が放出されるよう前記第１電極表面に位置する前記第１散逸阻止膜を減圧雰囲気で除去する工程と、
（５）酸化性ガス又は不活性ガスにより希釈された酸化性ガス雰囲気中に前記基板を配置して前記第１電極表面に第２散逸阻止膜を形成する工程と、
（６）前記第２散逸阻止膜と重ねるように中間絶縁膜を形成する工程と、
（７）前記中間絶縁膜を介して前記第１電極と交差するように第２電極を形成する工程と、
を当該順に行うことを特徴とする薄膜ダイオード素子の製造方法。
【請求項２】
前記（１）の工程よりも前に酸化タンタル、酸化珪素又は金属配線前駆体に含まれる金属の少なくとも一部を含む酸化物からなる下地絶縁膜を形成する工程を更に有することを特徴とする請求項１に記載の薄膜ダイオード素子の製造方法。
【請求項３】
前記（４）の工程と前記（５）の工程の間に、水素ガス、又は不活性ガスで希釈された水素ガス雰囲気に置き、室温又は水素が前記第１電極中に捉えられる範囲の温度で水素を前記第１電極中に浸透させる工程を挿入することを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜ダイオード素子の製造方法。
【請求項４】
前記（５）の工程以降で且つ前記基板及び前記基板に形成された構成要素が耐え得る温度で、前記第２散逸阻止膜及び／又は前記中間絶縁膜の改質のためのアニール工程を更に挿入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薄膜ダイオード素子の製造方法。
【請求項５】
前記中間絶縁膜は前記第１電極を陽極酸化して得られた陽極酸化膜、前記第１電極の能動面側にスパッタ法又はＣＶＤ法を用いて得られた酸化膜であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の薄膜ダイオード素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜ダイオード素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴＦＤ（薄膜ダイオード）素子の金属部に含有される水素の量及び分布は、当該金属を用いたデバイスの動作特性に強い影響を与える。ＴＦＤの電極にＴａ（タンタル）を用いたデバイスの動作特性を例に取ると、当該水素量の変動によりＴＦＤの電気特性が変動することが知られている。より具合的には、当該水素を増加させるとＴＦＤの絶縁抵抗値を高くすることができ好適である。
【０００３】
他方、当該水素の量が過剰となると水素がＴＦＤ外に逃げ易くなり、ＴＦＤの電気特性が時間と共に変動する問題が発生する。そのため金属内水素量及び分布を再現性高く制御する技術が検討されている。水素分布を制御する技術は、例えば特許文献１や特許文献２に示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２４７７５４号公報
【特許文献２】特開２００１−２４４５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した技術では、Ｔａ膜の形成後、Ｔａ膜に対してフォトリソグラフ工程等を行うために基板を大気中に露出すると同時に大気中の水素がＴａ膜に侵入する性質を用いて水素を導入している。続いて水素の導入後、Ｔａ膜の露出面と大気中の酸素や水等の酸化種とが反応し水素バリアとなるＴａＯｘ（酸化タンタル）膜を形成する現象により、取り込まれた水素はＴａ膜中に閉じ込められる。
【０００６】
また、Ｔａ膜をエッチングしてＴＦＤの電極を形成する場合、ＴＦＤの電極の電極側面ではＴａ膜が露出する。そのため、エッチング後大気中に取り出す場合に上記した機構と同様Ｔａ膜中に大気中の水素が侵入する。続けてＴａ膜を覆うようにＴａＯｘ膜が形成され、水素がＴＦＤの電極中に閉じ込められる。
【０００７】
上記した現象を用いた水素の導入方法では、Ｔａ膜中への水素量の制御は困難であり、Ｔａ膜に取り込まれる水素の量にはばらつきが発生する。そのため水素濃度の影響を強く受けるＴＦＤの電気特性にもばらつきが発生するという課題があった。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、ＴＦＤ素子に用いられる金属中での金属内気相物質の制御を可能とするＴＦＤ（薄膜ダイオード）素子の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の薄膜ダイオード素子の製造方法は、基板の一方の面に第１電極、中間絶縁膜、及び第２電極を積層してなる薄膜ダイオード素子の製造方法であって、（１）前記基板の一方の面に第１電極前駆体を堆積する工程と、（２）前記基板を大気雰囲気に取り出し前記大気雰囲気中の酸化種による自然酸化により前記第１電極前駆体を覆うように第１散逸阻止膜を形成する工程と、（３）前記第１電極前駆体をパターニング後エッチングすることで前記第１電極を形成し、エッチングにより生じた前記第１電極の側面を覆うように前記大気雰囲気中の酸化種による自然酸化により再び前記第１散逸阻止膜を形成する工程と、（４）前記大気雰囲気中に存在する水素を選択的に吸収することで含まれている前記第１電極中の水素が放出されるよう前記第１電極表面に位置する前記第１散逸阻止膜を減圧雰囲気で除去する工程と、（５）酸化性ガス又は不活性ガスにより希釈された酸化性ガス雰囲気中に前記基板を配置して前記第１電極表面に第２散逸阻止膜を形成する工程と、（６）前記第２散逸阻止膜と重ねるように中間絶縁膜を形成する工程と、（７）前記中間絶縁膜を介して前記第１電極と交差するように第２電極を形成する工程と、を当該順に行うことを特徴とする。
【００１０】
この製造方法によれば、大気中から第１電極中に取りこまれた水素は、第１散逸阻止膜を減圧雰囲気で取り除くことで外方拡散する。水素を外方拡散させることで第１電極中の水素の残留量は削減される。水素の残留量が削減されるため、水素残留量のばらつきの絶対量を低減することができ、電気特性のばらつきが抑えられた薄膜ダイオード素子の製造方法を提供することができる。
【００１１】
また、大気中に基板を晒す前に酸化性ガス雰囲気下に基板を配置して第２電極を覆うように第２散逸阻止膜を形成するため大気中に晒しても大気中に含まれる水素の侵入は第２散逸阻止膜により阻止され、副次的な水素の侵入を阻むことができる。
【００１２】
また、上記課題を解決するために、本発明の薄膜ダイオード素子の製造方法は、前記（１）の工程よりも前に酸化タンタル、酸化珪素又は金属配線前駆体に含まれる金属の少なくとも一部を含む酸化物からなる下地絶縁膜を形成する工程を更に有することを特徴とする。
【００１３】
この製造方法によれば、密着性及び不純物のバリア性に優れた下地絶縁膜を介することで基板と第１電極との密着性が向上する。また、下地絶縁膜を介することで基板からの金属配線前駆体への不純物拡散を抑制することができる。また、金属配線前駆体を含む酸化物を下地絶縁膜として用いることで前記金属配線前駆体と基板との密着性を向上させることができる。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明の薄膜ダイオード素子の製造方法は、前記（４）の工程と前記（５）の工程の間に、水素ガス、又は不活性ガスで希釈された水素ガス雰囲気に置き、室温又は水素が前記第１電極中に捉えられる範囲の温度で水素を前記第１電極中に浸透させる工程を挿入することを特徴とする。
【００１５】
この製造方法によれば、一旦第１電極から濃度制御性の低い水素を排出した後改めて濃度制御に優れた形式で水素を導入するため、第１電極中の水素量を高い濃度制御性を持って調整することができる。
【００１６】
また、上記課題を解決するために、本発明の薄膜ダイオード素子の製造方法は、前記（５）の工程以降で且つ前記基板及び前記基板に形成された構成要素が耐え得る温度で、前記第２散逸阻止膜及び／又は前記中間絶縁膜の改質のためのアニール工程を更に挿入することを特徴とする。
【００１７】
この製造方法によれば、第２散逸阻止膜を形成した後第２散逸阻止膜及び／又は中間絶縁膜の改質のための熱処理工程を挿入するため、第１電極中の水素濃度を保った状態で第２散逸阻止膜及び／又は中間絶縁膜の膜質を向上させることができる。
【００１８】
また、上記課題を解決するために、本発明の薄膜ダイオード素子の製造方法は、前記中間絶縁膜は前記第１電極を陽極酸化して得られた陽極酸化膜、前記第１電極の能動面側にスパッタ法又はＣＶＤ法を用いて得られた酸化膜であることを特徴とする。
【００１９】
この製造方法によれば、低温で薄膜ダイオード素子の中間絶縁膜を形成することができるため、耐熱性が低い基板を用いることができ、低軟化点のガラスやプラスチックを基板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】
【００２０】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面を用いて説明する。
【００２１】
（第１の実施形態：薄膜ダイオード素子の構造）
図１（ａ）は本実施形態に係る、バック・ツー・バック構造を有するＴＦＤ（薄膜ダイオード）素子の模式平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線に沿う模式断面図である。以下、図１（ａ）を参照してＴＦＤ素子の平面構造について説明を行う。
【００２２】
信号線１８には信号線１８から分岐して形成された第２電極１７ａが配置されている。第２電極１７ａは中間絶縁膜１６を介して例えば水素を含んだ金属Ｔａ（タンタル）からなる第１電極１５（図１（ｂ）参照）と対向して配置されている。そして、第１のＴＦＤ素子１１と第２のＴＦＤ素子１２とは第１電極１５を配線用に兼務させることで直列に接続されている。第２のＴＦＤ素子１２は、第１電極１５の延在部と第２電極１７ｂとの間に中間絶縁膜１６を介して配置された構造を有している。そして、第２電極１７ｂは例えばＩＴＯ（インジウム・スズ・酸化物）等からなる画素電極１９に電気信号が伝達されるよう画素電極１９の領域にまで延在するよう形成されている。
【００２３】
続けて、図１（ｂ）を参照してＴＦＤ素子の断面構造について説明を行う。ＳｉＯ2（酸化珪素）、ＴａＯｘ（酸化タンタル）、又は第１電極１５の酸化物等からなる下地絶縁膜３はガラスやプラスチック等、透明な材質を用いた基板２を覆うように形成されている。ここで、光反射を用いて光を制御する素子を用いる場合には基板２に透光性が低い材質からなるものを用いても良い。
【００２４】
下地絶縁膜３は第１電極１５への基板２からの不純物拡散の阻止や第１電極１５と基板２との密着性を向上させるために形成されており、下地絶縁膜３は基板２からの不純物拡散の新たな阻止が必須ではない場合や、第１電極１５と基板２との密着性が十分高い場合には省略可能である。そして、第１電極１５を覆うように、第１電極１５を陽極酸化して得られた中間絶縁膜１６が配置され、中間絶縁膜１６を介して第１電極１５を覆うように第２電極１７ａが形成されている。
【００２５】
なお、第１のＴＦＤ素子１１及び第２のＴＦＤ素子１２の第１電極１５に水素を添加することで絶縁抵抗値を高く取れるようになる。そのため非線形性が大きい優れた電気特性を与えることができる。反面、多量の水素を添加すると水素が第１電極１５から徐々に抜ける。そのため電気的特性の不安定性が生じる場合があり、第１電極１５が有する水素量を制御することが重要となる（水素量の制御方法については第２の実施形態に記述する）。
【００２６】
ここでは第１電極１５としてＴａを用いた例について示したが、これはＴａ以外の金属を用いても良く、例えば水素吸蔵性のあるＭｇ（マグネシウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、Ｌａ（ランタン）等や、これらを混在、反応させた物質を用いても良い。
【００２７】
また、Ｔａに周期律表で６，７及び８族に属する元素を含ませた合金膜を用いても良く、例えばＷ（タングステン）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｒｅ（レニウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｄｙ（ディスプロリウム）との合金を用いても良い。特にＷを加えることが好ましく、１〜６原子％程度の範囲でＴａに混入することが好ましい。
【００２８】
バック・ツー・バック構造では図１（ａ）に示すように第１のＴＦＤ素子１１と第２のＴＦＤ素子１２とは極性を反対にして直列に接続される。この場合第１のＴＦＤ素子１１と第２のＴＦＤ素子１２とは液晶を交流駆動する場合に正負の印加電圧に対し対称に駆動されるようになる。そのため、交流駆動される液晶表示装置でのちらつきは抑制され、優れた画質を提供することができる。
【００２９】
（第２の実施形態：薄膜ダイオード素子の製造方法）
図２〜図４は、第１のＴＦＤ素子１１（図１（ａ）参照）を製造するための模式工程断面図である。以下、図２〜図４の模式工程断面図を用いてＴＦＤ素子の製造工程について説明する。
【００３０】
まず、図２（ａ）で示すようにガラスやプラスチック等、透明な材質を用いた基板２を覆うように下地絶縁膜３を形成する。ここで、光反射を用いて光を制御する素子を用いる場合には基板２に透光性が低い材質からなるものを用いても良い。下地絶縁膜３には例えばＴａＯｘ等が用いられる。
【００３１】
下地絶縁膜３は後述する第１電極前駆体４への基板２からの不純物拡散の阻止や後述する第１電極前駆体４と基板２との密着性を向上させるために形成されており、下地絶縁膜３の形成工程は基板２からの不純物拡散が抑えられる場合や、第１電極１５と基板２との密着性が十分高い場合には省略可能である。下地絶縁膜３の膜厚には特に制限はないが、例えば１００ｎｍ程度が不純物拡散の阻止と成膜時間との兼ね合いから用いることができる。
【００３２】
次に、図２（ｂ）に示すように例えばＴａからなる第１電極前駆体４を形成する。第１電極前駆体４は例えばスパッタ法により形成され、例えば２００ｎｍ程度の厚さに成膜する。ここでは第１電極前駆体４としてＴａを用いた例について示したが、これはＴａ以外の金属を用いても良く、例えば水素吸蔵性のあるＭｇ（マグネシウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、Ｌａ（ランタン）等や、これらを融合させた物質を用いても良い。
【００３３】
また、Ｔａに周期律表で６，７及び８族に属する元素を含ませた合金膜を用いても良く、例えばＷ（タングステン）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｒｅ（レニウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｄｙ（ディスプロリウム）との合金を用いても良い。特にＷを加えることがＴＦＤ素子の電気的特性の対称性の向上や経時変化の抑制という観点から好ましく、１〜６原子％程度の範囲でＴａに混入することが好ましい。
【００３４】
次に、図２（ｃ）に示すように第１電極前駆体４を形成した後、第１電極前駆体４をパターニング後エッチングするために成膜装置から大気中に取り出す。大気中に取り出すと第１電極前駆体４は、短時間の内に大気中に存在する水素を吸着する。その後、大気中の酸素と第１電極前駆体４とが反応して水素の通過を阻止する第１散逸阻止膜５が形成される。
【００３５】
次に、図３（ａ）に示すように公知の技術を用いたフォトリソグラフ工程及びエッチング工程により第１電極前駆体４をエッチングした後、フォトレジスト（図示せず）を取り除き、再び大気中に取り出す。大気中に存在する水素はエッチングにより開口された第１電極１５の側面部から短時間の内に大気中に存在する水素を吸着する。その後、大気中の酸素と第１電極１５の側面とが反応して水素の通過を阻止する第１散逸阻止膜５が、第１電極１５の露出面を全て包むよう形成される。
【００３６】
次に、図３（ｂ）に示すように、真空のチャンバー内に基板２を配置し、チャンバー内で例えばアルゴンイオンを用いたエッチングを行い、第１散逸阻止膜５を除去する。第１散逸阻止膜５を真空中で除去することで第１電極１５中に含まれていた水素は真空のチャンバー内に放出され、第１電極１５内の残留水素は殆ど除去される。真空度は例えば１０-2Ｐａ程度を用いることができる。また、水素放出を行う場合に、１０-2Ｐａ程度の圧力に減圧した状態で、基板２及び基板２に配置された構成要素に耐熱性の高い材質を用いている場合には基板２を加熱することで第１電極１５内の残留水素を更に減少させることが可能である。加熱温度は基板２及び基板２に配置された構成要素の耐熱性に依存するが、例えば４００℃程度を用いることができる。
【００３７】
次に、図３（ｃ）に示すように改めて第１電極１５に水素を導入する。第１電極１５が露出した状態で一旦水素を除去してからチャンバー内に水素を導入することで第１電極１５中に高い制御性を持って水素を含ませることができる。水素を含ませるための雰囲気としては、純水素を用いる他に、窒素やアルゴン等反応性の低いガスで水素を希釈し、例えば５％程度の水素濃度を有するよう調整した雰囲気を用いることができる。なお、水素の吸着は例えば大気圧程度の圧力に保持して行うことで効率良く第１電極１５中に導入することができる。ここで、第１電極１５の水素を極力除きたい場合にはこの工程を外しても良い。
【００３８】
次に、図４（ａ）に示すように基板２を大気圧程度の酸素雰囲気に晒すことで第１電極１５の酸化物からなる第２散逸阻止膜６を形成する。第２散逸阻止膜６は第１電極１５としてＴａを用いた場合には、約１ｎｍ程度の酸化膜を得ることができる。形成温度は室温程度、雰囲気の圧力は大気圧程度が好ましい。
また、酸素を窒素やアルゴンなどで希釈した雰囲気を用いて第２散逸阻止膜６を形成しても良い。この場合、酸化速度を落とすことができるため第２散逸阻止膜６の膜厚をより精密に制御することができる。また、酸素に代えて水蒸気を混入した酸化性雰囲気を用いても良い。
また、第２散逸阻止膜６を形成した後、第２散逸阻止膜６の品質を高めるため、アニール処理を行っても良い。第２散逸阻止膜６が形成されているため、第１電極１５からの水素の外方拡散は抑制されるため、水素濃度を保持した状態でアニール処理を行うことができる。
【００３９】
次に、図４（ｂ）に示すように陽極酸化膜を形成し、中間絶縁膜１６を作成する。陽極酸化工程で第２散逸阻止膜６は陽極酸化膜と一体化するので単一の膜として扱うことができる。ここで、陽極酸化に代えてＴａＯｘ等、絶縁性の物質をスパッタ法やＣＶＤ法等を用いて中間絶縁膜１６を形成しても良い。また、酸化方法として陽極酸化に代えて大気圧プラズマやオゾン酸化を用いても良い。中間絶縁膜１６の製造方法として基板２の加熱を必要としない上記した製法を用いることで、基板２に耐熱性が低い材質を用いることができ、例えば低軟化点のガラスやプラスチックを基板として用いることができる。
【００４０】
また、基板２及び基板２に配置された構成要素に耐熱性の高い材質を用いた場合には中間絶縁膜１６の品質を高めるため、アニール処理を行っても良い。また、このアニール処理によって第２散逸阻止膜６のアニール処理を兼ねても良い。また、このアニール処理は中間絶縁膜１６を形成した後で基板２及び基板２に配置された構成要素がアニール温度に耐え得る状態にあれば行うことができる。
【００４１】
次に、図４（ｃ）に示すように、中間絶縁膜１６を覆うように第２電極前駆体となる例えばＣｒ（クロム）をスパッタした後、既知のフォトリソグラフ工程及びエッチング工程により第２電極１７ａを形成することで第１のＴＦＤ素子１１が完成する。
【００４２】
この薄膜ダイオード素子の製造方法を用いることで図１（ａ）に示される第１のＴＦＤ素子１１及び第２のＴＦＤ素子１２に用いられている第１電極１５（図１（ｂ）参照）に含まれる水素の量は経時変化も含め最適となるよう制御可能となり、初期特性、信頼性共に優れたＴＦＤ素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】（ａ）は本実施形態に係る、バック・ツー・バック構造を有するＴＦＤ素子の模式平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う模式断面図。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は第１のＴＦＤ素子を製造するための模式工程断面図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は第１のＴＦＤ素子を製造するための模式工程断面図。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は第１のＴＦＤ素子を製造するための模式工程断面図。
【符号の説明】
【００４４】
２…基板、３…下地絶縁膜、４…第１電極前駆体、５…第１散逸阻止膜、６…第２散逸阻止膜、１１…第１のＴＦＤ素子、１２…第２のＴＦＤ素子、１５…第１電極、１６…中間絶縁膜、１７ａ…第２電極、１７ｂ…第２電極、１８…信号線、１９…画素電極。
【図１】
2007335436.tif 000003
【図２】
2007335436.tif 000004
【図３】
2007335436.tif 000005
【図４】
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