JPH01137674A - 薄膜トランジスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、薄膜トランジスタに関し、特に特定の材料
および構成から成る保護膜を有し、ドレイン電流の経時
変化の少ない安定性に優れた薄膜トランジスタに関する
。

従来の技術 薄膜トランジスタは、ソース・ドレイン電極間の半導体
の電気型導度を半導体と接する絶縁膜を介して設けられ
た第三の電極（ゲート電極）に印加する電圧によって制
御するいわゆる電界効果型トランジスタとして知られて
いる。従来薄膜トランジスタは、大面積に渡ってスイッ
チングアレーを形成し易い点、あるいは材料が安価なた
め低コストになり得るなどの点でイメージセンサあるい
は液晶やＥＬ表示装置等の駆動回路やスイッチングアレ
ーを目的に研究が続けられている。このような薄膜トラ
ンジスタにおいて、ＯＮ電流とＯＦＦ電流との比を太き
（することは、薄膜トランジスタの性能において重要な
ポイントである。

従来、薄膜トランジスタの半導体薄膜の表面は、雰囲気
の影響を受けやすく、酸素ガスや水蒸気が直接これらの
表面に吸着あるいは拡散すれば、半導体薄膜が非常に薄
いため、電気的特性が大きく変動する。このため、素子
の表面をチッ化シリコン（Ｓｉ　３Ｎ４）、あるいは酸
化アルミニウム（ＡＩ　２０ａ）や酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ２）等の金属酸化物から成る保護膜で被覆することが
検討されている（例えば、特開昭５９−６１９６４号公
報）。

また熱処理により重合させたポリイミド樹脂膜を保護膜
とするなどの方法も提案されている（例えば、特開昭５
９−１３６９７１号公報）。

発明が解決しようとする問題点 半導体薄膜上に保護膜を形成するのにスパッタ法もしく
はプラズマＣＶＤ法を用いた場合、高エネルギーを持っ
たプラズマ粒子が直接半導体薄膜の表面に入射するため
半導体膜中に欠陥が生じて電気的特性が劣化したり、温
度が上昇して拡散などのため電気的特性が変化するなど
の不都合があった。一方、電子ビーム蒸着法や抵抗加熱
法による場合には、膜のち密性が悪く、酸素ガスや水蒸
気等が拡散したり、リーク電流が太き（なるなどの欠点
があった。

また、保護膜として有機物薄膜のみを用いる場合には、
ピンホール等を除外するため膜厚をかなり厚く（〜数ミ
クロン）する必要があり、パターニングが困難であった
。

また、導体膜あるいは半導体膜は、電気的特性を変化さ
せるため、直接半導体薄膜と接して保護膜に用いること
はできなかった。

以上のような理由から、従来の薄膜トランジスタの保護
膜では、十分にその効果が得られず電気的特性の経時変
化が大きかった。

そこで、本発明は、以上のような問題点を解決して、半
導体薄膜の変化を最少限として電気的特性の経時変化の
小さい薄膜トランジスタを提供することを目的としてい
る。

問題点を解決するための手段 本発明は前記の目的を達成するため、絶縁性基板上に順
次構成された、少なくともゲート電極、ゲート絶縁膜、
所定の間隔を隔てて設けられたソース及びドレイン電極
に接続された半導体薄膜から成る薄膜トランジスタにお
いて、前記半導体薄膜の露出部が有機物を主成分とする
第一の保護膜で被覆され、更にその上を前記半導体薄膜
を構成する主成分元素のうち少なくとも一つの成分元素
を主成分とする第二の保護膜で被覆したことを特徴とし
ている。

作用 本発明によれば、有機物を主成分とする第一の保護膜の
上に半導体薄膜と同一の成分元素からなる第二の保護膜
を形成しているので、作製時に半導体薄膜にダメージを
与えることがな（、また、半導体薄膜の電気的特性を変
えることがない。また、これらの膜は耐酸素性や耐湿性
にもすぐれており、外界からのガスや水蒸気によるＴＰ
Ｔの電気的特性の劣化を防ぎ、かつ、半導体薄膜中の主
成分元素が外界へ拡散することを最大限に防ぐ役目も果
たしているので、薄膜トランジスタの電気的特性の経時
変化を極めて小さ（することができる。

実施例 以下、本発明の実施例を添付図面にもとすいて説明する
。

第１図は本発明の薄膜トランジスタの一実施例を示す断
面図である。

ガラス等の絶縁性基板１上に１１００ｎ程度の膜厚を有
するＡＩからなるゲート電極２、さらにそのゲート電極
２を含む絶縁性基板１上に３００ｎｍ程度の膜厚を有し
、高周波マグネトロンスパッタ法により形成されたＡｌ
２Ｏ５からなるゲ−ト絶縁膜３、さらにその上に１１０
０ｎ程度の膜厚を有し、抵抗加熱法により形成されたＣ
ｄＳｅからなる半導体薄膜４、さらにその上に、数〜数
十ミクロンの所定の間隔を隔てて１１００ｎ程度の膜厚
を有するＡＩからなるソース電極５及びドレイン電極６
、さらにその上に１〜２μｍ程度の膜厚を有するポリイ
ミド、ポリパラキシレン、ポリビニルアルコール等の有
機物薄膜からなる第一の保護膜７、さらにその上に５０
０ｎｍ程度の膜厚を有する半導体薄膜４と同一の材料で
あるＣｄＳｅからなる第二の保護膜８を上記半導体薄膜
４を覆うように構成している。

ポリイミドはたとえば約２μｍのホトニース（東し）を
回転塗布し、パターニングを行ったあと１５０℃で熱処
理して溶剤を飛ばした後、２５０℃および３００℃でそ
れぞれ３０分間熱処理して重合させ形成することができ
る。

また、ポリパラキシレンの場合は、シバラキシレンを約
７００℃で加熱分離させ室温にある素子表面上で重合さ
せることにより形成することができる。

本発明の薄膜トランジスタの効果を調べるため第１図の
本発明の薄膜トランジスタ（Ａ）、ポリイミドから成る
第一の保護膜のみを有する薄膜トランジスタ（Ｂ）、Ｃ
ｄＳｅから成る第二の保護膜のみを有する薄膜トランジ
スタ（Ｃ）、保護膜を全く有しない薄膜トランジスタ（
Ｄ）を試作゛した。

第２図はゲート電圧を変化させたときのドレイン電流を
示している。図から明らかなように本発明の薄膜トラン
ジスタ（Ａ）と第一の保護膜のみを有する薄膜トランジ
スタ（Ｂ＞では、半導体薄膜へのダメージも少なく、電
気的特性にも影響を与えないので十分に低いＯＦＦ電流
が得られ、高い０Ｎ１０ＦＦ比を有している。また、保
護膜の全（ない薄膜トランジスタ（Ｄ）では、逆に半導
体薄膜表面へのガスの吸着からかえってＯＦ　Ｆｉｌｔ
流が上昇するのが見られる。一方、（Ｃ）の薄膜トラン
ジスタの場合には、半導体薄膜が厚（なってしまうので
、その分ＯＦＦ抵抗が小さくなり、十分な０Ｎ１０ＦＦ
比が取れなくなる。

第３図は（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の薄膜トラン
ジスタについてドレイン電流の経時変化を示したもので
ある。サンプルは約６０℃の空気中に無バイアスで放置
し、測定は室温にもどした後、ゲート電圧１０Ｖ、ソー
ス・ドレイン電圧１０ｖの条件で行った。第一の保護膜
のみを有する薄膜トランジスタ（Ｂ）では、外界からの
ガスの拡散はかなり抑えられるものの、半導体薄膜中の
主成分であるＣｄが外界へ拡散しやすいため、半導体薄
膜中のドナー濃度が除々に減少し、ドレイン電流はそれ
につれて減少する。第二の保護膜のみを有する薄膜トラ
ンジスタ（Ｃ）では、外界から拡散してきたガスが半導
体薄膜とゲート絶縁膜との界面に到達したときから、急
激にドレイン電流が減少している。また、保護膜を全（
有しない薄膜トランジスタ（Ｄ）では、これらの二つの
効果が重なって、早い時期からドレイン電流は減少しは
じめ、約１０００時間後にはほとんど流れな（なる。一
方、本発明の薄膜トランジスタ（Ａ）では、二種類の保
護膜によりこれらの効果を阻止する動きが強いため、ド
レイン電流はほとんど変化しないことがわかった。

また、半導体膜として非晶質、多結晶、または微結晶体
を用いた場合には、本発明の効果が顕著である。なぜな
らば、これらの種類の半導体薄膜は、結晶粒界にそって
外界からのガス、あるいわ主成分元素の拡散が容易であ
り、経時変化しゃすいためである。

本実施例では、半導体膜としてＣｄＳｅを用いた場合に
ついて述べたが、ＣｄＳ、ＣｄＴｅあるいはそれらの固
溶体の場合にも本発明の効果が大であることがわかった
。また、これらの半導体薄膜はどれもＣｄが拡散してぬ
けやすいため、第二の保護膜としては特にＣｄを主成分
とすることが望ましい。

発明の効果 本発明の薄膜トランジスタでは、保護膜として外界から
のガスの拡散を抑える第一の保護膜と、半導体薄膜の主
成分元素が外界へ拡散するのを防ぐ第二の保護膜を有し
ているので、半導体薄膜の変化が少な（、長期に渡って
安定な電気特性を得ることができる。また、第一の保護
膜が有機物薄膜から構成されているので、第二の保護膜
を形成するさいに、半導体薄膜にダメージを与えること
がなく、かつ、第二の保護膜が導体、半導体を問わず、
薄膜トランジスタの電気的特性に影響を与えることがな
い。よって、各種表示装置やイメージセンサ等の駆動回
路に広く利用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の薄膜トランジスタの一実施例を示す断
面図、第２図は各種薄膜トランジスタの電気特性を示す
グラフ、第３図は各種薄膜トランジスタ特性の経時変化
を示すグラフである。 １・・・絶縁性基板、２・・・ゲート電極、３・・・ゲ
ート絶縁膜、４・・・半導体薄膜、５・・・ソース電極
、６・・・ドレイン電極、７・・・第一の保護膜、８・
・・第二の保護膜。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名第　１１１ １！！縁性基仄 第　２　図 ゲート電圧（Ｖ） 第　３　図 経３１時間（時間）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性基板上に順次構成された、少なくともゲー
   ト電極、ゲート絶縁膜、所定の間隔を隔てて設けられた
   ソース及びドレイン電極に接続された半導体薄膜から成
   る薄膜トランジスタにおいて、前記半導体薄膜の露出部
   が有機物を主成分とする第一の保護膜で被覆され、更に
   その上を前記半導体薄膜を構成する主成分元素のうち少
   なくとも一つの成分元素を主成分とする第二の保護膜で
   被覆したことを特徴とする薄膜トランジスタ。
2. （２）第一の保護膜が少なくともポリイミド樹脂を主成
   分とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   薄膜トランジスタ。
3. （３）半導体薄膜が非晶質、多結晶、または微結晶体で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の薄膜トランジスタ。
4. （４）半導体薄膜が、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅおよ
   びそれらの固溶体であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項、第２項または第３項記載の薄膜トランジスタ
   。
5. （５）半導体薄膜が、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅおよ
   びそれらの固溶体から成り、前記第二の保護膜が少なく
   ともＣｄを主成分とすることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項、第２項または第３項記載の薄膜トランジスタ
   。