JPH10270711A - 薄膜トランジスタ - Google Patents
薄膜トランジスタInfo
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Abstract
ス基板上に作製されたディスプレイよりもフレキシブル
で、より軽量で、かつより大きい衝撃抵抗を有するディ
スプレイを提供する。 【解決手段】 薄膜トランジスタ50は、ゲート電極5
6と、ゲート絶縁体層58と、ゲート絶縁体層58の上
部に付着された半導体チャネル層60と、チャネル層6
0の上に付着された絶縁性封止層と、ソース電極66
と、ドレイン電極66と、ソースおよびドレイン電極の
各々の下で、少なくともチャネル層60と接触するコン
タクト層64とを備え、これらのすべてを、プラスチッ
ク基板52上に配置する。基板として低いガラス転移温
度を有するプラスチックを使用することを可能にするこ
とによって、薄膜トランジスタは、イメージ用の情報デ
ィスプレイおよび感光アレイのような広範囲の領域で使
用することができる。
Description
メージ用の情報ディスプレイおよび感光アレイのような
広範囲の電子機器に用いられる薄膜トランジスタに関す
る。また、本発明は、特に、プラスチック基板上に作製
され、従って、従来のガラス基板上に作製されるディス
プレイよりもフレキシブルで、より軽量で、かつより大
きい衝撃耐性を有するディスプレイを提供する。
ジ用の情報ディスプレイおよび感光アレイのような広範
囲の多くの電子機器の応用に用いられている。ディスプ
レイおよびイメージ・アレイにおいて、TFTはスイッ
チとして用いられている。最も一般的な応用は、アクテ
ィブ・マトリックスの液晶ディスプレイ(AMLCD)
であり、これは、ラップトップ・コンピュータにおける
好適なディスプレイである。このようなディスプレイで
は、表示要素のアレイは、水平および垂直のバスバーを
経由してTFTと相互接続することができる。例えば、
このようなディスプレイにおける複数のTFTの一列の
ゲートは、水平バスバーに接続されるが、ソースは、垂
直バスバーに接続される。電圧が所定の水平バスバーお
よび所定の垂直バスバーに供給されると、特定のTFT
を形成するゲートのソースおよびドレインが付勢され
る。液晶ディスプレイの場合は、付勢されたトランジス
タに対応する液晶の部分が透明になり、ディスプレイの
背部の光源からの光を通過させることができる。
ィスプレイでは、TFTは電流をオンおよびオフに切り
替える。オンのときは、電流は、ディスプレイの個々の
画素に関連するキャパシタを所望の電圧まで充電するよ
うに流れる。オフのときは、キャパシタは絶縁され、選
択された電荷は、画素が次にアドレスされるときまで残
る。電圧レベルは、画素に関連する液晶を透過する光の
量を決定する(すなわち、グレイ・レベルを決定す
る)。光イメージ・アレイ(センサー)では、TFTは
また電流をオンおよびオフに切り替える。オフのとき
は、電荷は感光ダイオードからキャパシタの上に集まる
(光の量が多いほど電荷が多い)。TFTがオンのとき
は、集められた電荷は、アドレス指定回路に読み取られ
る。電荷量は、強度(すなわちグレイ・レベル)を決定
する。イメージ・アレイの他の構成では、TFTは、感
光抵抗をアドレスするのに用いられる。TFTを用いた
化学的センサーも提案されている。
図2に示す。図1では、TFT10は、“エッチング・
ストッパー”構造を有し、ガラスプレート12上に作製
される。ゲート金属14は、ゲート誘電体20を横切る
ゲート電圧を供給する。電流は、コンタクト層26を通
って、ソース電極16とドレイン電極18との間のチャ
ネル層(アモルファスまたは多結晶シリコン)22内を
流れる。パッシべーティング絶縁体24は、ソース電極
16およびドレイン電極18を分離し、大気による劣化
を防止する。
ネル・カット”構造を有し、ガラスプレート32上に作
製される。ゲート金属34は、ゲート誘電体40を横切
るゲート電圧を供給する。電流は、コンタクト層46を
通って、ソース電極36とドレイン電極38との間のチ
ャネル層(アモルファスまたは多結晶シリコン)42内
を流れる。パッシベーティング絶縁体44は、ソース電
極36およびドレイン電極38を分離し、大気による劣
化を防止する。
ンサーは、ガラス基板上に作製され、約250〜400
℃の処理温度が必要とされた。例えば、チッ化Si層2
0,24,40,44、およびa−Si:H層22,4
2は、典型的には、プラズマ励起化学的気相成長法(P
ECVD)によって付着され、その付着温度は、典型的
には、PECVD工程の際には250℃を超える。ガラ
ス基板を用いていたため、比較的重くてもろい平坦な情
報システムしか実現することができなかった。ディスプ
レイは、重量がより軽く、より大きい衝撃(破壊)耐性
があり、よりフレキシブルに作製されると有益である。
湾曲したディスプレイは、使用者の頭上にディスプレイ
・デバイスを置かないで、使用者に“バーチャル・リア
リティ”環境を経験をさせることを可能にし、湾曲した
ホトセンサーは、センサーアレイを動かさないで一度に
多くの方向からデジタル・イメージを検出することを可
能にする。衝撃耐性があり軽量のディスプレイは、ラッ
プトップ・コンピュータおよびパーソナル・ナビゲーシ
ョン・システムのような真にポータブルな情報製品にと
って重要なデバイスである。
マトリックスの液晶ディスプレイ(AMLCD)の製造
に取り入れられ、一度に数個のディスプレイを製造する
ことによって1つのデイスプレイのコストを低減する。
AMLCDを製造するコストは、薄いプラスチック基板
であると著しく低くなり、連続ロールツーロール製造方
法を用いることができる。
は、次の問題を解決することを必要とする。市販の透明
プラスチックは、半導体デバイスを製造するのに用いら
れる多くの標準的な化学薬品によって、溶解,軟化,ま
たは浸食される。従って、プラスチック基板は、強酸
(フッ化水素を含む),強塩基,および炭化水素溶媒に
対して耐性がなければならない。安価な透明プラスチッ
クは、TFT製造の標準処理温度で軟化するか分解す
る。その温度は、典型的には250〜350℃である。
全てのプラスチックは、典型的には、ガラスの10倍の
熱膨張係数(CTE)を有するので、プラスチック上に
作製される多層TFT構造は、標準処理温度で、基板の
熱膨張によってはがれる傾向にある。
った。本発明は、上記問題の解決を与え、プラスチック
基板上の3つの例示的なTFT構造を開示する。
スチック基板上に作製され、従来のガラス基板上に作製
されるディスプレイよりもフレキシブルで、より軽量
で、かつより大きい衝撃耐性を有するディスプレイを提
供することにある。
ート電極,ゲート絶縁体層,ゲート絶縁体層の上部に付
着された半導体チャネル層,チャネル層上に配置される
絶縁性封止層,ソース電極,ドレイン電極,およびソー
ス電極とドレイン電極の各々の近傍で少なくともチャネ
ル層と接触するコンタクト層を備え、これら全てはプラ
スチック基板上に配置されている。基板として低いガラ
ス転移温度を有するプラスチックを使用することによっ
て、薄膜トランジスタは、イメージ用の情報ディスプレ
イおよび感光アレイのような広範囲の電子機器に用いる
ことができる。この薄膜トランジスタは、従来のガラス
基板上に製造されたディスプレイよりもフレキシブルで
より軽量でより衝撃耐性がある。プラスチック基板が可
視スペクトルで透明である場合は、薄膜トランジスタは
アクティブ・マトリクスの液晶ディスプレイで有用であ
る。
理の前にプラスチック基板の表面を被覆するポリマーの
封止膜を使用すること、および薄膜トランジスタ構造の
付着のための新規な方法を使用することによって可能と
なる。
板上にTFT構造を作製することが可能となった。図3
は、プラスチック基板52上に作製されたインバーティ
ッド・スタガード“エッチング・ストッパー”TFT構
造50を示す。プラスチックを保護するのは、基板52
の上部,底部,側部を被覆するアモルファス封止膜54
である。基板52用の適切なプラスチックは、GE Plast
ics より市販されているLEXAN(登録商標)のようなポ
リカーボネート、およびHoechst Celaneseより市販され
ているTOPAS (商標)またはBF Goodrich より市販され
ているZeonex(登録商標)のような環状オレフィン共重
合体である。このような透明プラスチック(すなわち、
可視光スペクト全域で90%以上の透過率を有する)
は、約120〜200℃のガラス転移温度(Tg )を有
する。また、融点を有するこれらの材料(例えば、半液
晶プラスチック)にとって、融点は、ガラス転移温度よ
りも高い。いずれの場合でも、これらの温度は、通常の
ホウケイ酸塩のウィンドウガラスのガラス転移温度(T
g =600〜700℃)に比較して低く、低いガラス転
移温度を有するプラスチックを使用できることは、本発
明の1つの革新点である。約200℃を超えるガラス転
移温度を有することのできる不透明プラスチックも、本
発明において使用可能である。不透明プラスチックは、
また、例えば、特にホウケイ酸塩のウィンドウガラスに
比較して低いガラス転移温度を有することを特徴とす
る。
ればならない。封止膜は、電気的に絶縁性で、可視スペ
クトルにおいて透明(AMLCDのため)であり、強
酸,強塩基,溶媒を含む処理化学薬品による浸食に対し
て耐性があり、スクラッチに対して耐性があり、滑らか
でピン・ホールが無く、約125〜150℃への熱サイ
クルの際にプラスチック基板に良く接着しなければなら
ない。GE Siliconesより市販されている熱硬化性のSHC
1200 Hard Coatおよび紫外線硬化性のUVHC8558 Hard Co
atと、Metroline Industries,Inc. より市販されている
Vitrinite (商標)とが、上述した特徴を持っているこ
とが分かった。GE SiliconesのSHC 401 プライマーをHa
rd Coat の付着前に基板に与えるように使用すると、GE
SiliconesのHard Coat の最も良好な接着を与えること
も判明した。封止膜54は、浸積またはスピン・コーテ
ィング(GE SiliconesのHard Coat )によって、または
真空コーティング(Vitrinite )によって設けることが
できる。
6が付着され、パターニングされている。ゲート電極形
成のための許容できる金属は、Cr,Ta,Mo,W,
Cu,およびそれらの合金であり、現在一般には、Cr
が好適である。Cr/M/Cr(Mは、前述したリスト
から選択される金属である。)の層構造(3層)も使用
でき、クロム被覆アルミニウムの3層構造(Cr/Al
/Cr)も使用可能である。また、Ti/M/Tiの3
層も使用できる。ゲート金属56を含む封止膜54を有
する基板52は、反応器内で層58,60,62を連続
して付着される。層58は、ゲート誘電体(絶縁体層)
であり、好適には、アモルファスチッ化Siであり、以
下に説明する本発明の好適なチッ化SiのPECVD法
によって約125℃以上で付着される。層60は、半導
体チャネル層であり、ここでは水素化アモルファスSi
(a−Si:H)が、以下に説明する本発明の好適なa
−Si:HのPECVD法によって125℃以上で付着
される。
性封止層であり、層58を形成するのに用いられた同じ
PECVD法によって付着することができる。次に、層
62が、リソグラフィでパターニングされる。次に、コ
ンタクト層64が付着される。コンタクト層64はn型
半導体であり、好適にはリンでドープされたa−Si:
Hであり、PECVDのような適切な方法によって作製
される。代替的には、層64は、マグネシウムまたはイ
ットリウムのような低い仕事関数の金属とすることがで
きる。層66は、アルミニウム,クロム,またはタンタ
ルのような金属の薄膜配線であり、蒸着またはスパッタ
リングによって付着される。次に、層64および66
は、リソグラフィでパターニングされる。パッシベーシ
ョン層(図示せず)を、デバイス50の上部の上に付加
することができる。
カットTFTが、図4に示される。層72,74,7
6,78,80,84,86は、それぞれ上述したデバ
イス50の層52,54,56,58,60,66と同
じ材料で、かつ同じ方法によって作製できる。層82
は、絶縁性封止層であり、層84および86が付着され
リソグラフィでパターニングされた後に、付着されパタ
ーニングされて、層86を露出する。パッシベーション
層(図示せず)を、デバイス70の上部に付着すること
ができる。
製された導電性ポリマー電極を有するインバーティッド
・スタガード“エッチング・ストッパー”TFT90を
示す。プラスチックを保護するものは、アモルファス封
止膜94であり、これは上面および底面と側面とを被覆
する。
は、導電性ポリマーである。層96の適切な導電性ポリ
マーのゲート材料の例は、ポリアニリン,ポリアセチレ
ン,およびポリフェニレンビニレンである。ポリマーゲ
ート層96は、処理の際に層98により保護される。こ
の保護層として好適な材料は、約1000Ω・cm以下
の抵抗率を有するドープされたn型のa−Si:H、ま
たは薄いクロム層である。層98は、薄く導電性があり
機械的強度がなければならない。層94,96,98を
有する基板92は、適切な反応器に入れられ、層10
0,102,104が続いて付着される。層100は、
ゲート誘電体、好適には、アモルファスチッ化Siであ
り、層58を作製するのに用いられたのと同じ方法によ
って約125℃で付着される。層102は、a−Si:
Hチャネル層であり、層60を形成するのに用いられた
同じ方法によって約125℃で付着される。
なる絶縁性封止層であり、層100を形成するのに用い
られた同じPECVD法によって付着される。次に、層
104が、リソグラフィでパターニングされる。次に、
コンタクト層106が付着される。層106は、n型半
導体であり、好適には、リンでドープされたa−Si:
Hであり、PECVD法のような適切な付着方法によっ
て作製される。代替的には、層106は、マグネシウム
およびイットリウムのような低い仕事関数の金属とする
ことができる。ソース電極およびドレイン電極として働
く層108は、導電性ポリマーであり、スピン・オン・
コーティングまたはディップ・コーティングによる付
着、およびこれに続くポリマー中の溶媒の蒸発によって
形成される。次に、層106および108が、リソグラ
フィでパターニングされる。
れ、58および62,78および82,100および1
04と符号が付けられている。これらの膜は、絶縁性で
あり、約1×10-8A/cm2 未満の漏れ電流密度と5
MV/cmより大きいブレークダウン電界の特性を持た
なければならない。さらに、これらの膜は、150℃未
満、好適には約125℃以下の処理温度で付着されなけ
ればならない。一つの適切なプロセスは、以下に説明す
る本発明の低温チッ化Si・PECVD法である。
れぞれ、60,80,102と符号が付けられている。
これらの膜は、1016/cm3 以下のミッド・ギャップ
欠陥密度を有する半導体でなければならない。さらに、
これらの膜は、150℃未満、好適には約125℃以下
のプロセス温度で付着されなければならない。1つの適
切な方法は、以下に説明する特殊な低温a−Si:Hの
PECVD法である。
0,および104を付着する新規なプラズマ励起化学的
気相成長(PECVD)プロセスは、次のチッ化Siプ
ロセスである。誘電体は、アモルファスSi,N,Hの
アロイとすることができる。好適な方法は、125℃の
温度の反応器内で、0.1〜1Torrの範囲の圧力
(最適圧力は0.6Torr)のガス混合物内に、パタ
ーニングされたゲート層を有するプラスチック基板を配
置することである。ガス混合物は、ヘリウム,窒素,ア
ンモニア,およびシランを含み、全ガス流量は、約50
0〜2000sccmであり、最適には、約875sc
cmである。ヘリウム/シランの流量比は、約20/1
〜100/1,好適には約60/1であり、窒素/シラ
ンの流量比は、約15/1〜25/1,好適には約20
/1であり、また、アンモニア/シランの流量比は、約
1.2/1〜2/1,好適には、約1.5/1である。
好適なRF電力/面積は、約0.05ワット/cm2 で
あり、0.03〜0.1ワット/cm2 の範囲とするこ
とができる。2,670Åの厚さのチッ化Siの誘電体
膜を有するアルミニウムゲート・キャパシタ構造(ここ
では、Al/チッ化Si/Al)は、この方法を用いて
作製された。これらのキャパシタは、6.4MV/cm
のブレークダウン電界と、1.1MV/cmの電界で6
×10-9A/cm2 の漏れ電流を示した。図6は、これ
らのキャパシタに対する、漏れ電流曲線120と、6.
4MV/cmの電界における電流ブレークダウン曲線1
22とを示す。これらのデータは、この新規な低温PE
CVD法が、異なるガス混合物と他の処理パラメータを
用いるより高温のPECVD法によって作製されるチッ
化ケイ素に等しい誘電体特性を有するチッ化Siを付着
することができることを示している。
2を付着する新規なPECVD法は、次の通りである。
好適な方法は、125℃の温度の反応器内で、0.5〜
1.5Torrの範囲の圧力(最適圧力は1.0Tor
r)のガス混合物内にプラスチック基板を配置すること
である。ガス混合物は、ヘリウム,水素,およびシラン
を含み、全ガス流量は、約300〜500sccmの範
囲であり、好適には約350sccmである。He/シ
ランの流量比は、約10/1〜50/1であり、好適に
は20/1である。水素/シランの流量比は、約3/1
〜8/1で、好適には7/1である。好適なRF電力/
面積は、約0.03ワット/cm2 であり、0.02〜
0.05ワット/cm2 の範囲とすることができる。そ
の結果、a−Si:H層は、1.85eVの光学的ギャ
ップ、3.86の屈折率、赤外線吸収分光器によって特
徴付けられるモノハイドライド結合のみによる20%の
水素の含有量を示し、また、100,000より大きい
光伝導率/暗伝導率の比を示した。これらの測定値は、
共に、数箇月の間不変であった。図7は、水素/シラン
の流量比に対してプロットされた光伝導率/暗伝導率の
比を示している。光伝導率は、約0.1ワット/cm2
の光流束量で測定された。暗伝導率は、光密性(光遮断
性)金属ボックスの内部で測定された。130で示され
たデータは、好適な水素/シランの流量比を示してい
る。132で示された破線は、Heを用いない(すなわ
ち、水素のみ)場合の光伝導率/暗伝導率の比を示す。
134で示されたデータ点は、水素を用いない(Heの
み)場合の光伝導率/暗伝導率の比を示す。これらのデ
ータは、この新規な低温PECVD法が、他のガス混合
物および他の処理パラメータを用いる高温PECVD法
によって作製されたものと等しい半導体特性を有するa
−Si:H層を付着することができることを示してい
る。
おいて、基板という用語は、ポリマー封止膜54で被覆
された基板52のようなプラスチック基板を意味する
が、基板は、必ずしもプラスチックに限定する必要はな
いことが分かるであろう。また、この方法は、ゲート電
極56およびゲート誘電体58が、封止膜52で被覆さ
れた基板52上に既に形成されたような他の基板に適用
できることが分かる。上述のPECVD法は、それ自体
本発明の一部を構成するものではない。すなわち、この
新規な方法は、Glow-Discharge Hydrogenated Amorphou
s Silicon(K.Tanaka,ed.),Kluwer Academic Publishers
のChapter2(Deposition Process and Growth Mechani
sm)のMatsuda およびHaraによって説明されたような従
来のPECVDプロセス装置で行うことができる。
は、プラスチックまたは他の基板上に他のデバイスを作
製するのに用いることができる。例えば、アクティブ・
マトリックス・ディスプレイは、TFTの代わりに各々
の画素に薄膜金属/絶縁体/金属のダイオードを用いる
ことができる。本発明のチッ化SiのPECVD法は、
このような絶縁体層を作成するのに用いることができ
る。ホトセンサーアレイの一実施例では、電極/a−S
i:H/電極の感光抵抗が用いられる。本発明のa−S
i:HのPECVD法は、a−Si:H層を作成するの
に用いることができる。
0,および104を付着する他の方法は、McCormick ら
の“An Amorphous Silicon Thin Film Transistor Fabr
icatedat 125℃ by DC Reactive Magnetron Sputterin
g" のAppl.Phys.Lett.70(2),1997 年1月13日,226 〜2
27 頁に記載されているように、Siターゲットと、約
125℃におけるアルゴン,窒素,水素の適切な圧力と
を用いる反応性マグネトロン・スパッタリングである。
なお、この文献の内容は、本願明細書の内容に含まれ
る。アモルファスSi層60,80,および102の付
着の他の方法は、前述したAppl.Phys.Lett. の技術文献
に記載されたような反応性マグネトロン・スパッタリン
グである。
明されるが、これは、本発明の一例であり、本発明を限
定するものではない。
リカーボネート基板(0.75mmの厚さ)が、Metrol
ine Industries, Inc.より市販されているVitrinite
(商標)コーティングで被覆された。被覆された基板
は、5cm×5cm平方に切断され、炉で120℃で1
時間ベークされ、プラズマ反応器内に配置され、0.4
Torrの圧力、0.36W/cm2 の電力密度で20
分間アルゴンプラズマに暴露され、Vitrinite
コーティングへの接着を改善した。次に、被覆された基
板は、真空チャンバ内に配置され、ゲート金属層56
が、蒸着によって3つの連続層として付着された。この
例では(次の例でも同じであるが)、ゲート金属層56
は、TFTサイズと同様の幅の金属ラインのように見え
る図3のデバイスの場合のようにパターニングされず、
基板全体にわたる“ブランケット”層であった。これ
は、電気的なデータに影響を及ぼすものではないが、処
理をより簡単にする。この例では、200■の厚さのク
ロム層(接着層)が付着された。次に、600■の厚さ
のアルミニウム層(導電層)が付着された。最後に、2
00■の厚さのクロム層(接着層)が付着された。
的気相成長反応器内に配置され、125℃に加熱され、
層58,60,62は、大気に暴露しないで連続して付
着された。ゲート誘電体58は、0.036W/cm2
のRF電力密度、および13.6MHzの周波数を用い
て、0.6Torrの圧力で25分間付着され、その結
果、約3000■厚さの膜が形成された。ガスおよび流
量は、シラン(10sccm)、アンモニア(15sc
cm)、窒素(250sccm)、およびヘリウム(6
00sccm)であった。反応器は、排気され、a−S
i:H層60は、0.026W/cm2 の電力密度を用
いて、1.0Torrの圧力で15分間付着され、その
結果、約750■厚さの膜が形成された。ガスおよび流
量は、シラン(20sccm)、水素(140scc
m)、ヘリウム(200sccm)であった。図7は、
a−Si:H層を作成するのに、最良のH2 /シランの
流量比を7/1に選択することが最適であることを示し
ている。反応器は、排気され、封止(エッチング・スト
ップ)チッ化Si層62が、層58について上述した同
じ方法を用いて33分間付着され、その結果、約4,0
00■厚さの膜が形成された。試料は、反応器内で室温
に冷却され、取り出された。第1のリソグラフィ工程
は、TFTのソースおよびドレインのバイアをパターニ
ングするように行われた。基板は、3,000rpmで
30秒間スピンさせることによって、ホトレジスト(S
hipley 1813)でスピン被覆された。次に、
ホトレジスト(PR)は、炉で20分間90℃で硬化さ
れた。PRは、Karl Suss MJB-3 Aligner を用いてパタ
ーニングされた。露光時間は20秒で、光流束量は9.
5mW/cm2 であった。PRは、Shipley MFP-321 現
像剤で60秒間現像され、脱イオン水(DW)でリンス
され、炉で20分間120℃で十分に硬化された。次
に、ソースおよびドレインのバイアが、1%のフッ化水
素酸(HF)内で60秒間エッチングされ、次に、基板
は、DWでリンスされ乾燥された。PRは、0.1ワッ
トおよび10sccmの酸素流を用いて、酸素プラズマ
・アッシング・ツール内で9分間除去された。
る前に、層60の露出された面は、0.1%のHF内に
20秒間基板を置くことによって洗浄にされた。表面
は、ドライ窒素吹きつけによって乾燥され、直ちに真空
チャンバ内に配置された。金属のソース層およびドレイ
ン層64,66は、蒸着によって付着された。最初に、
コンタクト層64(1,000■のマグネシウム)が付
着され、次に、電極層66(1,500■のアルミニウ
ム)が付着された。
ラフィ工程と同じ手順を用いて、TFTのソースおよび
ドレイン電極をパターニングするように行われた。金属
層64,66は、Transene Co.(Rowley,MA.)より市販の
Aluminum Etchant Aで45秒間35℃でエッチングされ
た。PRは、100ワットおよび10sccmの酸素流
を用いて9分間酸素プラズマで除去された。次に、基板
は、流れるDWで30分間リンスされ、吹きつけ乾燥さ
れ、炉内で120℃で30分間ベークされた。次に、完
成されたTFTは、ドライ窒素の環境に保管された。
部のプローブ・ステーション上の基板に対して、HP 414
5AのParameter Analizer を用いて測定された。典型的
な特性が、図8および図9に、幅/長さの比が7のTF
Tについて示されている。図8は、15,20,25V
のゲート電圧(それぞれ、曲線(a),(b),および
(c)に対応している)についてのドレイン電流(I
D )対ドレイン−ソース電圧(VDS)のプロットであ
る。図9は、1Vおよび10VのVDSの対数スケールの
ドレイン電流(ID )対ゲート電圧(VG )のプロット
である。これらのデータにより、プラスチック上の本発
明のTFTは、典型的なTFT特性を示し、電界効果移
動度は0.2〜0.3cm2 /Vsと推定される。
リカーボネート基板(0.75mmの厚さ)が、5cm
×5cm平方に切断され、脱イオン水(DW)および石
けんで洗浄され、次に、ランニングDWでリンスされ
た。基板は、DWでさらに3回超音波リンスされ、イソ
プロピルアルコールでリンスされ、炉内で120℃で1
時間ベークされた。清浄にされた基板は、GE Silicones
より市販のLHP100PM Primer (接着促進剤)に浸漬さ
れ、空気中で30分間乾燥され、120℃で1時間ベー
クされた。次に、基板は、GE Siliconesより市販されて
いるSHC1200 Hardcoatに浸漬され、空気中で一晩中乾燥
され、120℃で1時間ベークされた。
に配置され、ゲート金属56が、蒸着によって付着され
た。まず、200■のクロム(接着層)が付着された。
次に、600■のアルミニウム(導電用の)が付着され
た。最後に、200■のクロム(接着層)が付着され
た。
的気相成長反応器内に配置され、125℃まで加熱さ
れ、層58,60,および62が大気に露出しないで連
続して付着された。ゲート誘電体58は、0.036W
/cm2 のRF電力密度、および13.6MHzの周波
数を用いて、0.6Torrの圧力で25分間付着さ
れ、その結果、約3,000■厚さの膜が形成された。
ガスおよび流量は、シラン(10sccm)、アンモニ
ア(15sccm)、窒素(250sccm)、ヘリウ
ム(600sccm)であった。
が、0.026W/cm2 の電力密度を用いて、1.0
Torrの圧力で15分間付着され、その結果、約75
0■厚さの膜が形成された。ガスおよび流量は、シラン
(20sccm),水素(140sccm),およびヘ
リウム(200sccm)であった。
7/1の最良のH2 /シランの比を選択することが最適
であることを示している。反応器は、排気され、封止
(エッチング・ストップ)チッ化Si層62が、層58
について上述した同じ方法を用いて33分間付着され、
その結果、約4,000■厚さの膜が形成された。次
に、試料は、反応器内で室温に冷却され、取り出され
た。
スおよびドレインのバイアをパターニングするように行
われた。基板は、3,000rpmで30秒間スピンさ
せることによって、ホトレジスト(Ghipley 1813)でス
ピン被覆され、次に、ホトレジスト(PR)は、炉で2
0分間90℃で硬化された。PRは、Karl Suss MJB-3
Aligner を用いてパターニングされた。露光時間は20
秒で、光流束量は、9.5mW/cm2 であった。PR
は、Shipley MFP-321 現像剤で60秒間現像され、DW
でリンスされ、炉で20分間120℃で十分に硬化され
た。ソースおよびドレインのバイアが、1%のフッ化水
素酸(HF)で60秒間エッチングされ、基板は、DW
でリンスされ乾燥された。PRは、酸素プラズマ・アッ
シング・ツール内で、0.1ワットおよび10sccm
の酸素流を用いて、9分間除去された。
前に、基板は、0.1%HF内に20秒間浸漬され、ド
ライ窒素吹きつけ乾燥され、直ちに真空チャンバ内に配
置された。金属のソース層およびドレイン層64,66
は、蒸着によって付着された。まず、コンタクト層64
(1,000■のマグネシウム)が付着され、次に、電
極層66(1,500■のアルミニウム)が付着され
た。
ラフィ工程と同じ手順を用いて、TFTのソースおよび
ドレイン電極をパターニングするように行われた。金属
層64および66は、Transene Co.(Rowley,MA) より市
販されているAluminum Etchant Aで、35℃で45秒間
エッチングされた。PRは、100Wおよび10scc
mの酸素流を用いて9分間酸素プラズマで除去された。
次に、基板は、流れるDWで30分間リンスされ、吹き
つけ乾燥され、炉内で120℃で30分間ベークされ
た。完成されたTFTは、ドライ窒素環境に保管され
た。
うに測定された。TFT特性は、図8および図9のTF
T特性と同じであった。
きたが、当業者によれば、他の形態を採用できることは
明らかである。例えば、他の材料を、既に記載した材料
に代えて使用または発展させることができ、異なるアセ
ンブリの技術および手順を用いることができる。従っ
て、本発明の範囲は、特許請求の範囲のみに限定される
ものではない。
面を示す図である。
断面を示す図である。
TFTの断面を示す図である。
の断面を示す図である。
ティド・スタガード“エッチング・ストッパー”TFT
の断面を示す図である。
053cm2 のアルミニウムゲート・キャパシタの電流
対電圧のグラフである。
対してプロットされたa−Si:H層の導電性比(明/
暗)のグラフである。
の電流(ID )対ドレイン−ソース電圧(VDS)のグラ
フである。
(曲線b)に等しいドレイン−ソース電圧(VDS)につ
いて、対数スケールのドレイン電流(ID )対ゲート電
圧(VG )のグラフである。
Claims (20)
- 【請求項1】a)基板と、 b)前記基板を被覆するポリマー封止膜と、 c)ゲート電極と、 d)ゲート絶縁体層と、 e)前記ゲート絶縁体層の上部に付着された半導体チャ
ネル層と、 f)前記チャネル層上に配置された絶縁性封止層と、 g)ソース電極と、 h)ドレイン電極と、 i)前記ソース電極および前記ドレイン電極の各々の下
に位置し、少なくとも前記チャネル層と接触するコンタ
クト層と、 を備え、前記基板がプラスチックであることを特徴とす
る薄膜トランジスタ。 - 【請求項2】前記プラスチックが、200℃以下のガラ
ス転移温度を有することを特徴とする、請求項1に記載
の薄膜トランジスタ。 - 【請求項3】前記金属が、クロム,タンタル,モリブデ
ン,タングステン,銅,およびそれらの合金からなる群
から選択された金属であることを特徴とする、請求項1
に記載の薄膜トランジスタ。 - 【請求項4】前記ゲート電極が、Cr/M/Cr、Cr
/Al/CrおよびTi/M/Tiよりなる群から選択
された3層であり、Mが、クロム,タンタル,モリブデ
ン,タングステン,銅,およびそれらの合金からなる群
から選択された金属であることを特徴とする、請求項1
に記載の薄膜トランジスタ。 - 【請求項5】前記ゲート絶縁体が、アモルファスチッ化
Siであることを特徴とする、請求項1に記載の薄膜ト
ランジスタ。 - 【請求項6】前記チャネル層が、アモルファスシリコン
であることを特徴とする、請求項1に記載の薄膜トラン
ジスタ。 - 【請求項7】前記絶縁性封止層が、アモルファスチッ化
Siであることを特徴とする、請求項1に記載の薄膜ト
ランジスタ。 - 【請求項8】前記コンタクト層が、n型半導体であるこ
とを特徴とする、請求項1に記載の薄膜トランジスタ。 - 【請求項9】前記n型半導体が、リンでドープされたa
−Si:Hであることを特徴とする、請求項8に記載の
薄膜トランジスタ。 - 【請求項10】前記コンタクト層が、低い仕事関数の金
属であることを特徴とする、請求項1に記載の薄膜トラ
ンジスタ。 - 【請求項11】a)基板と、 b)前記基板を被覆するポリマー封止膜と、 c)ゲート電極と、 d)ゲート絶縁体層と、 e)前記ゲート絶縁体層の上部に付着された半導体チャ
ネル層と、 f)前記チャネル層の上に配置され、2つの部分からな
るように不連続のコンタクト層と、 g)前記コンタクト層の前記2つの部分の一方と接触す
るソース電極と、 h)前記コンタクト層の前記2つの部分の他方と接触す
るドレイン電極と、 i)前記ソース電極,前記ドレイン電極,前記チャネル
層,前記コンタクト層の少なくとも一部と接触する絶縁
性封止層と、 を備え、前記基板がプラスチックであることを特徴とす
る薄膜トランジスタ。 - 【請求項12】前記プラスチックが、200℃以下のガ
ラス転移温度を有することを特徴とする、請求項11に
記載の薄膜トランジスタ。 - 【請求項13】a)基板と、 b)前記基板を被覆するポリマー封止膜と、 c)導電性ゲート層と、 d)前記ゲート層の上部の保護層と、 e)ゲート絶縁体層と、 f)前記ゲート絶縁体層の上部に付着された半導体チャ
ネル層と、 g)前記チャネル層の上に配置され、2つの開口を有す
る絶縁性封止層と、 h)前記開口の各々の中と、前記絶縁性封止層の上部の
一部の上とに配置され、前記開口の壁を被覆し前記チャ
ネル層に接触する薄いコンタクト層と、 i)前記開口の一方の中に付着され、前記コンタクト層
と接触する導電性ポリマーよりなるソース電極と、 j)前記開口の他方の中に付着され、前記コンタクト層
と接触する導電性ポリマーよりなるドレイン電極と、 を備え、前記基板がプラスチックであることを特徴とす
る薄膜トランジスタ。 - 【請求項14】前記ゲート層が、導電性ポリマーである
ことを特徴とする、請求項13に記載の薄膜トランジス
タ。 - 【請求項15】前記導電性ポリマーが、ポリアニリン,
ポリアセチレン,およびポリフェニレンビニレンからな
る群から選択されたポリマーであることを特徴とする、
請求項14に記載の薄膜トランジスタ。 - 【請求項16】前記保護層が、ドープされたn型のa−
Si:H層またはクロムであることを特徴とする、請求
項13に記載の薄膜トランジスタ。 - 【請求項17】前記ゲート絶縁体が、アモルファスチッ
化Siであることを特徴とする、請求項13に記載の薄
膜トランジスタ。 - 【請求項18】前記チャネル層が、アモルファスシリコ
ンであることを特徴とする、請求項13に記載の薄膜ト
ランジスタ。 - 【請求項19】前記絶縁性封止層が、アモルファスチッ
化Siであることを特徴とする、請求項13に記載の薄
膜トランジスタ。 - 【請求項20】前記プラスチックが、200℃以下のガ
ラス転移温度を有することを特徴とする、請求項13に
記載の薄膜トランジスタ。
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