JPS62140465A - 薄膜トランジスタの製造方法 - 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（以下ＴＰＴと略す）や
薄膜トランジスタアレイの製造方法に関し、特にセレン
化カドミウムを半導体層の主材料とした、経時変化の少
ない薄膜トランジスタの製造方法に関する。

（従来の技術） ＴＰＴは、ソース・ドレイン電極間の半導体の電気伝導
度を半導体と接する絶縁物層を介して設けられた第３の
電極（グー１〜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ＴＰＴは、大面積に渡ってスイッチングアレイを形
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
装置等のスイッチングアレイを目的に研究が続けられて
いる。

半導体層としてセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）を用い
たＴＦＴは、ＣｄＳｅが多結晶であるため、多くの粒界
が存在し、これが電荷トラップとなるため、ドレイン電
流の経時変化が大きいという欠点があった。そこで、こ
の粒界にクロム（Ｃｒ）やインジウム（Ｉｎ）を拡散さ
せて電荷トラップを減少させる方法がある（例えば、特
開昭６０−８１８７０号公報参照）。

また、従来ＴＰＴの半導体層の表面や、ソース・ドレイ
ン分極と半導体層との接触部の表面などは、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
から拡散することによって、電気的特性が大きく変動す
る。このためスパッタ法、電子ビーム蒸着法またはプラ
ズマＣＶＤ法により。

素子の表面をチッ化シリコン（８１３Ｎ４　）や二酸化
シリコン（Ｓｉｎ２）、酸化アルミニウムＵｔｚｏｉ）
等の金属酸化物からな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号公報参照
）。

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号公報参照）。

（発明が解決しようとする問題点） 上述したＣｒやＩｎは２粒界のみならずＣｄＳｅの結晶
中にも拡散するため、キャリア量が多くなり、ＴＰＴの
オフ時のドレイン電流を増加させてしまう。

また、これらの原子はＳｅと結合して他の物質となるた
め、ＣｄＳｅ本来の持つ電荷移動度が得られないという
欠点があった。

また、保護膜を形成したとしても、保護膜中を同様に酸
素ガスや水蒸気が拡散して、ＴＰＴの電気的特性に経時
変化をもたらすという欠点があった。

そこで本発明は、以上のような問題点を解決して、長期
安定なＴＰＴの製造方法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に、　ＴＰＴの製
造方法において、絶縁性基板上に形成したグー１−電極
を含む領域にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲー
ト絶縁膜上に不純物を含むセレン化カドミウムからなる
半導体層を形成する工程と、前記半導体層を含む領域に
ソースおよびドレイン電極を形成する工程と、少なくと
も前記ソースおよびドレイン電極間の半導体層上に保護
膜を形成する工程と、酸素を含む雰囲気中で熱処理をす
る工程とを有することを特徴としている。

（作　用） 本発明によれば、半導体層の表面を保護膜で覆った後、
酸素を含む雰囲気中で熱処理を行なうので、半導体層中
のみならず、保護膜中にも酸素ガスが十分に拡散し、半
導体層中に一度拡散した酸素ガスがぬけ出すのを防ぐこ
とができる。また半導体層中に拡散した酸素ガスは、Ｃ
ｄＳｅ中のＳｅ欠陥をうめて、Ｓｅ欠陥による余分な電
流の増加を防ぐことができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明する
。

第１図は、本発明のＴＰＴの製造方法の一実施例を示す
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アルミニウム（Ａｆｆ）からなるグ
ー１−電極２を真空蒸着法やフォトリングラフィ技術等
を用いて所定の形状に形成する。さらにそのゲート電極
２を含む絶縁性基板１上に５００ｎｍ程度の膜厚を有す
るアルミナＵｎｚｏ３）からなる絶縁膜３を高周波マグ
ネトロンスパッタ法等により形成する。さらにその上に
、５０ｎｍ程度の膜厚を有するＣｄＳｅからなる半導体
層４およびＩｎ等の不純物層５を真空蒸着法等により形
成する。ここで、不純物層５は、半導体層４の下に形成
してもよく、また半導体層４と同時に蒸着して混合して
もよい。

不純物層５の膜厚は、数人から数１０人程度であり。

アニール後には、導体層４中に拡散して、層としては残
らない。次に前記半導体層４の上に数μｍ〜数十μｍ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６及びドレイン電極７、さらに少な
くとも前記ソース電極６及びドレイン電極７間で露出し
ている半導体層４上にＡＮ２０．等からなる保護膜８を
、真空蒸着法やスパッタ法等により形成する。

次に、できあがったＴＰＴを例えば第２図に示したよう
な環状炉に入れ、一方の口から乾燥空気を導入し、他方
の口をロータリーポンプ等で真空引きしながら、バルブ
９や計量計１０を調節して、所定の真空度に保ちつつ約
３００°Ｃで１時間の熱処理を行なう。

この時、不純物層５は半導体層４中の粒界に主に拡散し
て、電荷トラップを減少させることができる。しかしな
がら、いく分かは、結晶中にも拡散して、Ｓｅと結合し
、Ｓｅの欠陥を生成する。このようにして、Ｃｄが余剰
となるが、保護膜で覆われているので、Ｃｄが再蒸発す
ることはない。このままでは、Ｃｄ５ａが非常に低抵抗
となってオフ時の電流が増加してしまうが、酸素中で熱
処理をしているので、余剰のＣｄと酸素が結合し、余分
なキャリアが増加するのを防ぐことができる。

以上のように、電荷トラップを減少しつつ、余分なキャ
リアの生成もおさえられるので、オン電流とオフ電流の
比が大きく、経時変化の少ないＴＰＴを作ることができ
る。

また酸素は、保護膜中にも拡散して過剰に存在するよう
になるので、ＣｄＳｅ中の酸素の濃度と保護膜中の酸素
の濃度との間に勾配が生じず、ＣｄＳｅ中の酸素が外へ
拡散でぬけ出すのを防ぐことができるため、同様にドレ
イン電流の経時変化を小さくすることができる。

不純物として、インジウムを導入した場合に、電荷トラ
ップを減少させる効果が特に大きく、本発明による製造
方法が有効であった。

また、ポリイミド樹脂は、例えばフォトニース（東し製
、商品名）等のようにスピンナーコートで簡単に形成す
ることができ、重合させるための熱処理を、酸素を含む
雰囲気で行なえば、ＣｄＳｅの熱処理と同時に行なうこ
とができ、大幅な製造工程の短縮を図ることができる。

以上の例では、保護膜を一層構造としたが、異なる材料
を何層積み重ねても同様の効果が得られることは言うま
でもない。

熱処理工程中の雰囲気の酸素の分圧は、２０Ｔｏｒｒ以
上では、ＣｄＳｅ中の酸素濃度が多くなり、キャリアが
生成されず、オン時のドレイン電流が小さくなってしま
う。また、０．１Ｔｏｒｒ以下では十分にＣｄＳｅ中に
酸素が拡散しないため、オフ時のドレイン電流が増加し
て、オン電流とオフ電流の比が小さくなり、また、外界
の酸素の影響を受けやすくなるため、経時変化が大きく
なってしまう。したがって、０．１Ｔｏｒｒから２０Ｔ
ｏｒｒの範囲で酸素の分圧を設定すれば、オン電流とオ
フ電流の比が大きく、経時変化の小さいＴＰＴを製造す
ることができる。

（発明の効果） 以上説明から明らかなように、本発明によれば、ＣｄＳ
ｅ中に存在する電荷トラップをＣｄＳｅのオフ時のドレ
イン電流を増加させることなく、効果的に減少させ、ま
た、ＣｄＳｅ中の酸素の外への拡散をおさえて、ＴＰＴ
の電気特性や安定性を大きく改善することができ、各種
表示装置やイメージセンサ等の駆動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ＴＰＴの製造方法の一実施例を示す
断面図、第２図は、ＴＰＴの熱処理工程を説明するため
の図である。 ４　・・・半導体層、　５　・・・不純物層。 ８・・・保護膜。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性基板上に形成したゲート電極を含む領域に
   ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に
   不純物を含むセレン化カドミウムからなる半導体層を形
   成する工程と、前記半導体層を含む領域にソースおよび
   ドレイン電極を形成する工程と、少なくとも前記ソース
   およびドレイン電極間の半導体層上に保護膜を形成する
   工程と、酸素を含む雰囲気中で熱処理をする工程とを有
   することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
2. （２）前記不純物がインジウムからなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第（１）項記載の薄膜トランジスタの
   製造方法。
3. （３）前記保護膜がポリイミド樹脂からなることを特徴
   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の製造方法。
4. （４）前記熱処理工程における雰囲気中の酸素の分圧が
   ０．１Ｔｏｒｒから２０Ｔｏｒｒの範囲であることを特
   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の製造方法。