JPH0828508B2 - 薄膜トランジスタおよびその製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタおよびその製造方法

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JPH0828508B2
JPH0828508B2 JP61261260A JP26126086A JPH0828508B2 JP H0828508 B2 JPH0828508 B2 JP H0828508B2 JP 61261260 A JP61261260 A JP 61261260A JP 26126086 A JP26126086 A JP 26126086A JP H0828508 B2 JPH0828508 B2 JP H0828508B2
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孝弘 西倉
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ファクシミリ等の読み取りに用いられるイ
メージセンサや、EL表示装置、液晶表示パネル、液晶テ
レビ等の駆動回路に用いられる薄膜トランジスタ(以下
TFTと略す)の構成およびその製造方法に関するもので
ある。
従来の技術 従来のTFTの半導体材料として、特開昭58-74079号公
報に示されているTe薄膜や特開昭53-26586号公報に示さ
れているCdSe薄膜がある。その基本的構成は、ピーケー
バイマー(P.K.Weimer)等によって示された、スタガー
とコプラナー構造があり、本発明も同様であるので第1
図の本発明のTFT構成を用いて具体的に示す。
すなわち、ガラス等の絶縁性基板1上に所定の幅と長
さを有する、Cr,Al,Ta等の金属からなるゲート電極2を
設け、その上部にゲート電極2を覆う厚さ数1000オング
ストロームで、陽極酸化膜、例えばAl2O3,Ta2O5やスパ
ッタ法による、例えば、SiO2,Al2O3等やプラズマCVD法
による、例えば、Si3N4等をゲート絶縁層3として形成
し、その表面に、Te,CdSe等の半導体層を真空蒸着やス
パッタリング法等で数100〜数1000オングストロームの
厚さに形成する。さらに半導体層上に数ミクロンから数
100ミクロン程度で所定の間隔を隔ててドレイン電極5
およびソース電極6を形成している。動作原理は、ソー
ス−ドレイン電極間を流れるドレイン電流をゲート電極
2に印加する電圧により制御する、いわゆる電界効果型
トランジスタである。
発明が解決しようとする問題点 しかし、上記の様な構成のTFTでは、半導体層にTeやC
dSeなどのII-VI族化合物材料が用いられているが、一般
的にこれらは構成元素の蒸気圧が高いため欠陥や組成ズ
レを生じやすく、また、再蒸発のために膜厚の制御が困
難である。さらに、不活性ガス雰囲気中での熱処理条件
により、ドレイン電流が大きく変動し、例えば、30mmの
基板上に形成した場合にその均一性やコントロールに問
題がある。
また、TeやCdSeの場合、膜中の欠陥等により浅いトラ
ップが生じるため、温度特性が悪く、ドレイン電流が40
℃位から急激に低下するという問題がある。さらに、ゲ
ート電圧が印加されない状態におけるオフ電流が大き
く、高いS/N比の必要なシステムに応用する場合に問題
となっている。
そして、Teの場合、移動度が10cm2/V・secと小さいた
めに高速動作駆動が制限される。
問題点を解決するための手段 本発明は、上記問題点を解決するために、薄膜トラン
ジスタの半導体層として、少なくとも2種類以上から成
る2−6族化合物半導体の固溶体膜を用い、特に好まし
くはCdS-CdSe,CdSe-CdTe,CdS-CdSe-CdTeから成る固溶体
膜や、さらにはCuを含有し、C1雰囲気中で熱処理した固
溶体膜を用いるものである。
作用 本発明は、上記の様に半導体層に固溶体膜を用いる事
により、膜中の欠陥を少なくし、かつコントロールを容
易にすると共に、温度特性を改善することができ、同時
に、オフ電流を小さくできるものである。そして、Cuお
よびClのドーピングは、この効果をさらに高めるもので
ある。
また、結晶性を改善するための500℃以上のCl雰囲気
中での熱処理により、膜の安定性やドレイン電流の均一
性が得られるものである。
実施例 以下に、本発明の第1の実施例について説明する。
第1図は、本発明による薄膜トランジスタの断面図で
ある。同図において、ガラス等の絶縁性基板1上に、例
えばCrを約1000Å程度、電子ビーム法等で形成しゲート
電極2として所定の巾と長さに形成する。次に、ゲート
電極2と半導体層4との絶縁のために、例えば、SiO2,A
l2O3,Si3N4,Ta2O5等を約数100〜数1000Å程度の膜厚で
ゲート絶縁層3を形成する。さらに、ゲート絶縁層3上
に、例えば、CdS-CdSe,CdS-CdTeやCdS-CdSe-CdTe等のII
-VI族化合物半導体の固溶体を半導体層4として約数100
〜数1000Åの膜厚で形成する。そして、その半導体層4
上に所定の間隔を設けてソース電極5およびドレイン電
極6を、例えば、Cr/Au,In/Au,Cr,Al,In等の半導体層4
とオーミック電極を形成できる金属で形成する。
本構成によれば、半導体層4をCdS-CdSe,CdSe-CdTe,C
dS-CdSe-CdTeから成る固溶体膜とする事により、高温で
の処理が可能となるため、膜の安定性が増すとともに、
−20〜80℃の間で特性も余り変わらず温度特性も大巾に
改善されるものである。
また、半導体層4として、Cuを0.01〜0.5モル%含有
した例えばCdS-CdSe固溶体をClを含む雰囲気中、500〜6
00℃の温度で熱処理する事により、ゲート絶縁層3と半
導体層4との界面において、結晶性の向上により界面準
位や欠陥等が大巾に減少し、ドレイン電流の安定性が著
しく増すとともに、CuおよびClがドーパントとなり、ド
レイン電流が大きくかつオフ電流も同時に小さくできる
もので、コントロール性に優れ、かつ大面積にわたって
均一な特性が得られるものである。
以下に、第2図(a)〜(g)を用いて、そのTFTの
製造方法について詳細に述べる。
まず、例えば、コーニング社の7059ガラス等の絶縁性
基板1を洗浄し、後工程の熱処理における熱歪をさける
ために処理温度以上、例えば650℃で熱処理した後、第
2図(a)に示す様に、Cr等の金属を1000Å程度電子ビ
ーム蒸着法等で全面に被着後、(b)の様に、ゲート電
極2を、エッチング法により所定のパターンに形成す
る。次に第2図(c)の様に、ゲート絶縁層3として、
500〜5000Å程度の膜厚に、スパッタリング法、電子ビ
ーム法、プラズマCVD法等で形成する。その場合、半導
体層との界面となるゲート絶縁層3の表面の膜質が欠陥
の少ない膜とするために、形成条件を考える必要があ
る。さらに第2図(d)の様にゲート絶縁層3上全面
に、CdS-CdSe固溶体を全面に真空蒸着法により500〜500
0Åの膜厚に形成し、(e)の様に、ドライエッチング
法を用いてフォトリソ法で形成した所定のパターンの半
導体層4にする。その後、半導体層4とゲート絶縁層3
との欠陥、界面欠陥による特性、温度特性を改善するた
めに、300〜600℃程度の熱処理を行う。
次に第2図(f)の様に、フォトリソ法により、所定
の間隔を有する電極を形成するために、フォトレジスト
7のパターンを形成し、(g)の様に、Cr/Au,In/Au,C
r,Al,NiCr等を全面に被着後、リフトオフ法により、ソ
ース電極5およびドレイン電極6を形成するものであ
る。
上記構成の様に、半導体層4に、例えばCdS-CdSe固溶
体膜を用いることにより、高温処理が可能となり、TFT
特性における温度特性が大巾に改善されるとともに、非
常に特性の安定したTFTを作製できるものである。
また、上記CdS-CdSe固溶体膜等にCuを所定量、例えば
0.01〜0.5モル%程度含有させた半導体層を用い、CdCl2
等のCl雰囲気中500〜600℃において、半密閉容器中で、
熱処理を行う事により、より半導体層とゲート絶縁層と
の界面欠陥を減少させるとともに、上記熱処理による再
結晶化により、絶縁層中のみならず半導体層中の欠陥の
減少に伴なうキャリア数の増加によるドレイン電流の増
加、さらには、CuやClのドーピングによるオフ電流の著
しい減少をもたらすものである。
次に第2の実施例とその製造方法を述べる。第3図に
示す様に、第1図のゲート絶縁層3と半導体層4との間
に、ゲート電極2材料の拡散や、ピンホール等を防ぐた
めに、絶縁層8を設け、多層膜構成とするものであり、
さらには、最上層の絶縁層8を、半導体層4例えばCdS-
CdSe固溶体との熱膨脹係数が同程度の層、例えば、コー
ニング社の7059ガラス等をスパッタリング法等により、
数100〜数1000Å形成することにより、熱処理工程にお
ける半導体層4とゲート絶縁層3との界面に生じるクラ
ックや界面欠陥を著しく減少させるとともに、半導体層
4成分のゲート絶縁層3中への拡散を同時に防ぐことが
できるものである。熱膨脹係数が同程度というのは後の
熱処理で特性に有害なクラックを半導体層に生じない程
度であることを意味する。その他の構成,工程は第1図
および第2図と同様である。
またここで、上記構成にこだわる必要はなく、TFT特
性の得られる構成であれば、どの構成でも良い事は言う
までもない。さらに、半導体層はCdS-CdSe固溶体にかぎ
らず、CdSe-CdTeやCdS-CdSe-CdTe固溶体でも良いことは
言うまでもなく、他のII-VI族化合物半導体材料の固溶
体を使用することもできる。
発明の効果 本発明によれば、従来の半導体層材料のTe,CdSe等か
ら例えばCdS-CdSe固溶体とする事により、高温処理が可
能となり、温度特性が大巾に安定するとともに、組成ズ
レを生じにくいので、膜中や界面の欠陥に起因する特性
が改善され、ドレイン電流の均一性とコントロールが容
易となる。さらには、Cu含有した固溶体膜をCl雰囲気中
で処理する事により、結晶性の改善や界面欠陥の減少が
より得られるので、特性の制御が容易にしかも大面積に
わたって均一にでき、生産性,信頼性への効果が大きい
ものである。
また、ゲート絶縁層を多層膜構成とし、最上層を熱膨
脹係数が固溶体膜と同程度の絶縁層とする事により、ク
ラック,ピンホールによるTFT素子の絶縁破壊やゲート
電極材料等の不純物の拡散の防止、さらには、ゲート絶
縁層と半導体層間の界面状態による特性が安定するの
で、工業的価値が大きいものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示す薄膜トランジスタ
の断面図、第2図は第1の実施例における製造工程を示
す断面図、第3図は本発明の第2の実施例を示す薄膜ト
ランジスタの断面図である。 2……ゲート電極、3……ゲート絶縁層、4……CdS-Cd
Se固溶体等からなる半導体層、5……ソース電極、6…
…ドレイン電極、8……絶縁層。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁性基板上に形成した、ゲート電極とゲ
    ート絶縁層と半導体層とソースおよびドレイン電極とを
    基本要素としてなる薄膜トランジスタにおいて、前記半
    導体層が、少なくとも2種類以上からなる2−6族化合
    物半導体の固溶体である事を特徴とする薄膜トランジス
    タ。
  2. 【請求項2】固溶体が、CdS-CdSe,CdS-CdSe-CdTe,CdSe-
    CdTeからなることを特徴とする特許請求の範囲第1項に
    記載の薄膜トランジスタ。
  3. 【請求項3】固溶体が、0.01〜0.5モル%のCuを含有す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の薄膜
    トランジスタ。
  4. 【請求項4】ゲート絶縁層が、多層膜からなり、最上層
    の絶縁層が、半導体層と熱膨張係数が同程度である事を
    特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の薄膜トランジ
    スタ。
  5. 【請求項5】絶縁性基板上に薄膜トランジスタを形成す
    るに際し、ゲート電極を形成する工程と、ゲート絶縁層
    を形成する工程と、少なくとも2種類以上からなる2−
    6族化合物半導体の固溶体である半導体層を形成する工
    程と、ソースおよびドレイン電極を形成する工程とを含
    む事を特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  6. 【請求項6】半導体層を形成後、熱処理する工程を含ん
    だ事を特徴とする特許請求の範囲第5項に記載の薄膜ト
    ランジスタの製造方法。
  7. 【請求項7】熱処理工程がC1を含む雰囲気で行われる事
    を特徴とする特許請求の範囲第6項に記載の薄膜トラン
    ジスタの製造方法。
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JPS5994460A (ja) * 1982-11-19 1984-05-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 薄膜トランジスタの製造方法

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