JPS6016473A - 非線形抵抗素子 - 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】 本発明は、安定で経時変化の少ない、表示装置用薄膜非
線形抵抗素子に関する。

液晶、ＥＬ、ＥＣ１，Ｆ　Ｄ　Ｐ、蛍光表示等の各種表
示装置はいずれも実用化段階に達し、現在の目標は高密
度のマトリクス型表示にあると見・える。

またマトリクス駆動に問題のある表示方式では能動付加
素子を用いた所謂「アクティブ・マ）　ＩＪクス」法が
有効であり一表示装置に薄膜非線形抵抗素子を用いる廟
によって、高密度、高画質の表示が可能である。

なお薄膜非線形抵抗素子（薄膜整流素子）が表示装置用
能動付加素子として勝れている事は前出願（特願昭５７
−第１６７９４５号）に１己載ずみである。

従来の能動素−子としては、セラミックバリスタ（２ｎ
０）或は、ＭＩＭ型ダイオードがあるが、バラツキ等が
あり一表示装置に利用する際多くの問題を有していた。

これに対し薄膜非線形抵抗素子は従来の問題を多くの点
で克服している。だが、薄膜非線形抵抗素子においても
、実際に表示装置に利用する場合、非線形抵抗素子の形
成時或は、形成後の後処理工程で高温（約４００°Ｃ）
処理を通らなくてはならない。そのため熱処理により経
時変化を誘発し、表示装置の性能劣化につながり一非線
形抵抗素子の耐熱性向上及び安定化が要求される。

そこで本発明は一高温処理において安定である微結晶半
導体を非線形抵抗素子の半導体層に用いる事を要旨とし
耐熱性の向上及び長期安定性の向上ができ、表示装置の
性能を長期的に劣化させる事なく一高性能を保持する事
ができる非線形抵抗素子を提供することを目的とするも
のである。

以下−図面に基づき本発明の詳細な説明する。

第１図は、薄膜非線形抵抗素子の特性を示ずグラフであ
る。横軸は電圧■、縦軸は電流ｌのｌｏｇを取ったもの
である。薄膜非線形抵抗素子を表示装置に利用する場合
の評価因子として、非導通時の電流■。Ｆ　Ｆ　’＋閾
値電圧■１５、導通時の電流■。Ｎがある。良好な表示
装置用非線形抵抗素子とは、■ｏ□が十分小さい事−Ｖ
　ｔｈが大きい事−Ｉ　ＯＮが十分大きい事である、 第２図は一般的な薄膜非線形抵抗素子の構造例を示す断
面図である。第２図にお（・て、１は基板、２は第１電
極−６は半導体層でＰ型、■型、Ｎ型半導体層より構成
されている。４は一層間絶縁膜、５は第２電極である、
半導体層３は、第１冨極２とオーミック性を取るための
Ｐ型半導体層及び第２電極５とオーミック性を取るため
のＮ型半導体層及び非線形抵抗接続部の一部であるＩ型
半導体層から構成されている。

第３図は、第２図と異った一般的な非線形抵抗素子の構
造例を示す断面図である。第３図において、６は基板、
７は第１電極、８は半導体層、９は層間絶縁膜、１０は
第２電極である。半導体層８は、第１電極７とオーミッ
ク性を取るためのＰ型半導体層及び、第２電極１０と非
線形抵抗接続するＩ型半導体層から構成されている。前
記一般的な構造例と類似な構造の素子として、光起電力
素子いわゆる太陽電池があるが、要求される特性及び構
造が違っている。

そこで薄膜非線形抵抗素子にはどの様な特性及び構造が
要求されているかを理解するために一基本的には類似し
ているが要求されている特性及び構造が異なる太陽電池
を参照しながら薄膜非線形抵抗素子を説明する。特性的
には、薄膜非線形抵抗素子が順方向バイアス（大電流）
動作させるのに対して、太陽電池は光により励起された
電子及び正孔を電流として取り出すものである。

このため−要求される半導体膜特性が違ってくる。第４
図に太陽電池の電流−電圧特性のグラフを示す。Ｖ　ｎ
ｃは、開放端電圧、Ｉ　ａｃは短絡電流である。実際に
は、抵抗ＲＢを接続し、■、２とＩｍｐの積の電力が取
り出せるわけである、以上より。

太陽電池の半導体層は、光励起キャリヤーをできるだけ
多く形成、つまり、光が効率よく半導体層で吸収され一
外部へ取り出される事が重要である。

構造面でも一同様な事が言える。

つまり一太陽電池では、半導体層へ光が入射されなけれ
ばならないため、少な（ても片面は、光が半導体層へ入
射する様に透明電極が使われる。

これに対し一薄膜非線形抵抗素子は、Ｉ　ＯＦＦを極力
小さくおさえなくてはならないため、半導体層へは極力
光が入射されない様に半導体層の上下面を金属で覆い光
マスクを形成したり、半導体上へ光吸収層をもうけたり
、或は、光起電力を外部へ取り出さない様に薄膜非線形
抵抗素子を２個リング状に組み合せ、リング内で電流を
消費させたりする事が必要になる。

以上のべたように太陽電池と薄膜非線形抵抗素子の構造
は基本的には類似しているが多くの違った点も有してい
る。また、太陽電池の場合、高密度化は実際上、太陽電
池の実効面積低下につながるため行なわれておらず、実
際上必要がない。そのため−ホトリソを数工程通し、微
細素子を形成する事はあまり行なわれていない。これに
対し、表示装置用の薄膜非線形抵抗素子は、表示の高密
度化に伴い一微細素子化が要求され−レジストのベーキ
ング或は、層間絶縁膜形成、表示機能部分の形成等長（
の熱処理工程が必要になる。

以上のべた通り薄膜非線形抵抗素子は太陽電池と異り、
順方向バイアス（大電流）動作させるものであり−ｌ０
ＦＦを極力小さくおさえるため半導体層へは極力光が入
射されないようにする必要があり、さらに太陽電池では
実行しにくい素子の微細化を要求されており、また作業
時に多くの熱処理工程を必要とするものである。

そこで本発明は、基板の耐熱性或は、基板からの不純物
拡散の面からの基板の制約を受ける事なく、かつ、第１
電極の劣化を伴なう事なく一低温形成可能であり、さら
に、後処理工程に対して安定である微結晶半導体を半導
体層に用いた。その結果基板或は第１電極の半導体層へ
の不純物拡散を防止でき、かつ、半導体層自体の劣化も
防止できるため、半導体層の耐熱性が向上し、高温工程
においても安定になり、経時変化の少ない長幼な薄膜非
線形抵抗素子が形成できるようになった。

特に、半導体層が不純物制御された半導体層を含む場合
、例えば、半導体層がＰ型半導体層とＮ型半導体層から
成る場合−或は、Ｐ型半導体層とＮ型半導体層の間に低
不純物濃度のＩ型半導体層を有する場合、従来の半導体
層（例えばアモーファスシリコン）では−上層不純物形
成時に、下層不純物層からの上層への不純物拡散があっ
た。また−後処理工程においても不純物の凋拡散があっ
た。

そのため−不純物プロファイルが変わり一薄膜非線形抵
抗素子の１゜ＦＦの増加及び耐圧の減少−Ｖ　ｌｈのシ
フト等が起こり一表示用としての特性を満足しなくなっ
てしまう。

また、以後の熱処理に対しても不安定で、経時変化も大
きく、表示装置としての性能低下をもだもず。これに対
し、本発明では半導体層を微結晶化する事により一各不
純物半導体層が安定化され、不純物の再拡散の防止が促
進され、半導体層の不純物プロファイルをくずす事なく
薄膜非線形抵抗素子を形成する事ができる。薄膜非線形
抵抗素子が微結晶シリコンのＰ型、■型、Ｎ型半導体層
から成る場合、或は、微結晶シリコンとアモーファスシ
リコンとの組み合せから半導体層が形成されている場合
、Ｐ及びＮ型半導体層膜厚は、１層との非線形抵抗接合
性のため、膜厚は薄（ても可能である。

だが、Ｉ型半導体層は、耐圧及び耐熱性、非線形抵抗性
−安定性のために厚い膜（１００λ以上）が必要である
。又、■型半導体層の膜質が非線形抵抗素子の特性を左
右するため、良質の膜が必要である。そのため、■型半
導体層形成時間が一半導体層形成時間の大部分を占める
。そこで、第１層半導体層を微結晶膜で形成し、不純物
の結合状態を安定化させる。

次に−１層は一微結晶膜或は、アモルファス膜で形成す
る。微結晶かアモルファスかは、Ｖ　ｔｂ或は、Ｉ　Ｏ
，Ｎ等から選択される。次に最上層半導体層を微結晶膜
で形成する事により、不純物プロファイルの整ったー　
Ｉ。□が低く、ｌ　ＯＮが十分大きく、Ｖ　ｔｂの大き
な安定な薄膜非線形抵抗素子の形成ができる。微結晶半
導体層として、微結晶シリコン（マイクロクリスタル・
シリコン）を利用する事により大面積でバラツキの少な
い素子が形成で１不純物イオンによるＰ型或はＮ型制御
もできる。

以上より明らかな如く一本発明は一部１電極とその上に
形成された半導体層、及び半導体層上の第２電極から成
る薄膜非線形抵抗素子の半導体層に微結晶半導体を用い
る事により、安定で耐熱性のある経時変化の少ない素子
形成ができ、表示装置の性能を長期間安定に保つ事がで
きる構造を提供する。半導体層の一部が不純物制御され
ている場合、本発明により不純物プロファイルをくずす
事なく、ｌ　ＯＦＦを小さくおさえ、素子ノくラツキを
なくシ、耐圧向上を行なう事ができる。

第５図Ａより第５図Ｉはそれぞれ半導体層がＰ型半導体
層、Ｉ型半導体層−Ｎ型半導体層からなる本発明の薄膜
非線形抵抗素子の製造工程を表わす断面図である。

第５図Ａは、基板上へ透明電極（表示電極）及び第１電
極を形成した状態であり、第５図Ａにおし・て１１はガ
ラス或はセラミックス基板、１２ば、−透明電極でＩＴ
Ｏ或は、ＳｎＯ２或は薄膜金属である。１６は第１電極
でＣｒ或はＡｌ或はＮ１である。

第５図Ｂは、第１電極上へＰ型半導体層を形成した状態
であり、Ｐ型半導体層１４は不純物としてＢ（ホロン）
がドーピングしである微結晶シリコンである。微結晶シ
リコンは、プラズマＣＶＤで形成する。微結晶シリコン
は、高入力電力で水素による希釈率を大きくして形成し
、粒径は２０〜２００λ程度である。不純物としてＢが
混入されている事により容易に微結晶化できる。

第５図Ｃは、Ｐ型半導体層１４上へ不純物濃度の低いＩ
型半導体層を形成した状態であり、Ｉ型半導体層１５は
、微結晶シリコン或は−アモーファス・シリコンから成
っている。第５図１つは、１型半導体層１５上へＮ型半
導体層を形成した状１法であり、Ｎ型半導体層１６ば、
不純物としてＰ（リン）がドーピングしである微結晶シ
リコンである。Ｎ型半導体層１６は、Ｐ型と同様微結晶
化膜のため不純物拡散が少なく、耐熱性がある。

以上第５１八から第５図りまての工程により一部１電極
」二へ半導体ノ曽か形成ざスｔだ知になる。なお第５１
八より第５１２！Ｄにお℃・ては−半導体層は下側より
１）　Ｉ　Ｎを例に示したがＮ　Ｉ　Ｐ或は−１）　Ｎ
、Ｎ　Ｐでも同様である。またシリコンの他に−シリコ
ンゲルマ、シリコンカーバイド、シリコンナイトライド
でも可能である。半導体形成法としては、プラズマＣＶ
Ｄ法の他に、光ＣＶＤ法、スノくツク法−イオンブレー
ティング法が有効であり、ドーピング法としては−ガス
系からのドーピングを行なう。

第５図Ｅは、半導体層の安定化及び、エツチング、フメ
トリン工程による半導体層の劣化を防止するための金属
層を形成した状態であり、金属層１７は、Ａ　ｌ或ばＣ
ｒ膜である。第５図Ｆは一金属層１７と半導体層１１１
５．１６及び第１電極１６（光マスク金属）をパターニ
ングした状態であり、第５図Ｇは一透明電極１２をパタ
ーニングし、表示電極１２′を形成した状態である。第
５図１−１は、層間絶縁層１８を形成し、所定の所へ相
互接続用のコンタクトホールな形成した状態であり、層
間絶縁層１８は、５１０２、Ｓｉ３Ｎ４、ポリイミド樹
脂等である。第５図■は、相互配線層（第２電極）を形
成し、パターニングした状態である。

薄膜非線形抵抗素子と表示電極及び外部回路との相互配
線を行なう事により、薄膜非線形素子を有する表示基板
を形成する事ができる。１９が相互配線層で、Ａｌ或は
、Ｃｒである。第５図Ｉと各表示媒体を組み合せる事に
より一高密度で高画質の表示装置の形成ができる。

以上の如く、薄膜非線形抵抗素子の半導体層を微結晶化
する事により、安定な半導体層を得る事が可能となり、
安定で経時変化の少ない薄膜非線形抵抗素子の形成がで
き一不純物層を有する場合には特に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は一薄膜非綜形抵抗菓子σ）特性を７Ｊ（１−グ
ラフであり、第２図は、一般的な薄膜非線）杉抵抗素子
の半導体層の断面図で、Ｐ型、■型、Ｎ型半導体層から
成り、第３図は、第２図と異なる一般的な薄膜非線形抵
抗素子の半導体層の断面図で、Ｐハリ、■型半導体層か
ら成り、第４図は、太陽電池の光照射下での特性を表わ
すグラフであり、第５図Ａより第５図Ｉはそれぞれ本発
明σつ薄膜非線形抵抗素子の製造工程を示すし１面図て
゛ある。 Ｖ　ＯＦ　Ｆ・・・・・Ｉ　ＯＦ！’での電圧、Ｖ　Ｏ
Ｎ”’　”’　Ｉ　ＯＮでの電圧−１，６−１１・・・
・・・基板、６．８・・・・半導体１警。 １４・・・・・Ｐ型半導体層、 １５・・・・・・Ｉ型半導体層、 １６・・・・・・Ｎ型半導体装置 第１図 第４図 （Ｆ） （Ｇ） 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　第１電極と、該第１電極上の半導体層と、該半
   導体層上の第２電極から成る表示装置用薄膜非線形抵抗
   素子において、該半導体層が微結晶半導体から構成され
   ている事を特徴とする非線形抵抗素子。 （２）半導体層が−Ｐ型半導体層とＮ型半導体層から成
   る事を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の非線形抵
   抗素子。 （３）半導体層が、Ｐ型半導体層と−Ｎ型半導体層の間
   に低不純物濃度のｌ型半導体層を形成している事を特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の非線形抵抗素子。 （４）半導体層がｌ型半導体層であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の非線形抵抗素子、（５）第
   １電極或は、第２電極のいずれか一方と半導体層の電気
   的接触が非オーミツク性である事を特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の非線形抵抗素子。 （６）第１電極と、該第１電極上の半導体層と、該半導
   体層上の第２電極から成る表示装置用薄膜非線形抵抗素
   子において、前記半導体層が、Ｐ型半導体層と、ｌ型半
   導体層と、Ｎ型半導体層から成り、該半導体層の内−Ｐ
   型或は、Ｎ型半導体層のいずれか一方とｌ型半導体層が
   微結晶半導体から構成されているか、ｌ型半導体のみが
   微結晶半導体である事を特徴とする非線形抵抗素子。