JPS63280457A - 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
から構成され、安定性に優れ、ＯＦＦ時の電流を容易に
制御することのできる二重ゲート構造を有する薄膜トラ
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
の電気量導度を、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
大きくすることは、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ＯＮ電流を大きくするために
は、半導体膜の結晶性を上げて電子易動度を太き（すれ
ばよい。また、ＯＦＦ電流を小さくするためには、半導
体膜の両面の状態を制御してＯＦＦ時の導電率を小さく
する必要があるが、これには第４図に示す二重ゲート型
薄膜トランジスタが知られている。すなわち絶縁性基板
９の上に第一のゲート電極１０、第一のゲート絶縁膜１
１、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１２．１３に接続された半導体膜１４、第二のゲー
ト絶縁膜１５、第二のゲート電極１６から構成されてい
る。前記二重ゲート型薄膜トランジスタは、ＯＦＦ時に
おいて、半導体膜の両面に空乏層が発生するため、ＯＦ
Ｆ電流を小さく抑えることができる。

従来、上記薄膜トランジスタのゲート絶縁膜としては、
電子ビーム蒸着法あるいはスパッタ法で形成した、ＡＩ
！２０３、Ｔａ１０５、Ｓ　ｉ　Ｏ２，５ｉａＮａ等の
薄膜が用いられていた。

発明が解決しようとする問題点 半導体膜の結晶性を上げて電子易動度を太き（するため
には、半導体膜の膜厚を厚（する必要があるが、膜厚を
厚くすれば、半導体裏面の制御ができにくいために、Ｏ
Ｎ電流が増える以上にＯＦＦ電流が太き（なり、その結
果ＯＮ電流とＯＦＦ電流との比が小さくなるという欠点
がある。

二重ゲート型薄膜トランジスタにおいて、第二のゲート
絶縁膜１５を半導体薄膜１４上に形成するのに、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、二重ゲート型薄膜トランジスタを駆動回路として
用いる場合、ゲート容量が大きくなるためその動作スピ
ードが問題となるが、動作スピードを早めるためには、
第二のゲート絶縁膜を厚（して容量を小さくする必要が
ある。しかしながら上記したゲート絶縁膜材料では成長
速度をあまり早くできず、製造コストが高くなるという
欠点があった。

以上のような理由から、従来の二重ゲート型薄膜トラン
ジスタでは本来の特性が得られず、ＯＮ電流とＯＦＦ電
流との比を大きくすることができなかった。

そこで、本発明は、以上のような問題点を解決して、半
導体膜にダメージを与えることなく二重ゲート型薄膜ト
ランジスタを構成して、半導体膜の上下両面の状態を制
御し、ＯＦＦ電流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 絶縁性基板上に順次構成された、少な（とも第一のゲー
ト電極と、第一のゲート絶縁膜と、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
膜と、第二のゲート絶縁膜と、第二のゲート電極とから
成る二重ゲート型薄膜トランジスタにおいて、前記第二
のゲート絶縁膜を有機物薄膜を主体として構成する。

作用 本発明によれば、第二のゲート絶縁膜が有機物薄膜を主
体としているので、半導体膜にダメージがなく、効果的
に半導体薄膜の裏面の状態を制御して、ＯＦＦ電流を小
さくしてＯＮ電流とＯＦＦ電流との比を大きくすること
ができる。

また、これらの膜は耐酸素性や耐湿性にもすぐれており
、ガスや水蒸気によるＴＰＴの電気的特性の劣化を防ぐ
パシベーション膜としての役目も果たすことができる。

また、半導体膜が上下二つのゲート電極により遮光され
ているので、光導電性によるＯＦＦ電流の増加を防ぐこ
とができる。

また、有機物薄膜は簡単に膜厚を厚（することができる
ため製造コストを下げることができる。

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からなる第一のゲート電極２が形成されている
。さらにその第一のゲート電極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ＡＩｔｏｓからなる第一の
ゲート絶縁膜３が形成されている。さらにその上に、１
００　ｎｍ程度の膜厚を有し、抵抗加熱法により形成さ
れたＣｄＳｅからなる半導体膜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が形成されている。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二のゲート
絶縁膜７が形成され、さらにその上に２００ｎｍ程度の
膜厚を有するＡＩからなる第二のゲート電極８が、上記
半導体薄膜４を覆うように形成されている。

ポリイミドは、たとえば約２μｍのホトニースを回転塗
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、ジパラキシレンを約
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
の第二のゲート絶縁膜３として、本発明のポリイミドか
らなる有機物薄膜を用いた薄膜トランジスタ（Ａ）、ス
パッタ法により形成したＡｌｚＯｓを用いた薄膜トラン
ジスタ（Ｂ）、ＥＢ蒸着法により形成した５ｉｎｓを用
いた薄膜トランジスタ（Ｃ）と、第二のゲート絶縁膜お
よび第二のゲート電極のない単一ゲート薄膜トランジス
タ（Ｄ）とを試作した。

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、本発明以外の薄
膜トランジスタ（Ｂ）および（Ｃ）では、半導体薄膜が
第二のゲート絶縁膜を形成するさいダメージを受け、ゲ
ート電圧のしきい値がシフトすることにより、ＯＦＦ電
流が（Ｄ）の単一ゲート薄膜トランジスタよりも増加し
ている。一方、本発明の薄膜トランジスタでは、半導体
薄膜の裏面がうま（制御され、ＯＦＦ電流が非常に小さ
くなり、（Ｄ）の単一ゲート薄膜トランジスタの約１／
１０まで減少している。

また、（Ｂ）、（Ｃ）の薄膜トランジスタに比べて（Ａ
）の薄膜トランジスタでは、第二のゲート絶縁膜の膜厚
を容易に厚くすることができるため、ゲート容量は（Ｄ
）の薄膜トランジスタとほぼ同等とすることができ、駆
動回路として用いた場合にもスピードが遅くなる心配が
ない。

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。本発明の薄膜トランジスタ（Ａ）では、半導体膜
が露出していない（Ｂ）、（Ｃ）の薄膜トランジスタよ
りも十分に経時変化が少ない。これは、半導体膜と第二
のゲート絶縁膜との界面近傍において非常に密着性がよ
いことや、有機物薄膜が耐酸素性および耐湿性に優れて
いることに起因している。

本実施例においては、第２のゲート絶縁膜として有機物
薄膜一層のみの場合について述べたが、この上にさらに
スパッタ法もしくはプラズマＣｖＤ法により形成された
５ｉｓＮ＊や金属酸化物薄膜を用いて二層構造とすれば
、さらに耐酸素性や耐湿性が向上して薄膜トランジスタ
の経時変化を・小さくすることができる。また、このと
き半導体膜を直接プラズマ粒子がたたいて欠陥を生成す
ることもない。

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。すなわ
ち、半導体薄膜の膜厚を厚くして結晶性を改善し、電子
易動度を増してＯＮ時の電流を大きくすることができ、
一方ＯＦＦ時には単一ゲート薄膜トランジスタでは制御
できない半導体薄膜の裏面をうま（制御して、ＯＦＦ電
流を小さくしてＯＮ電流とＯＦＦ電流との比を大きくす
ることができるからである。

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。

発明の効果 本発明の薄膜トランジスタでは、第二のゲート絶縁膜と
して形成の容易な有機物薄膜を用いているので、半導体
薄膜への形成時のダメージもな（、効果的に半導体薄膜
の裏面を制御して、ＯＦＦ時の電流を小さくしてＯＮ電
流とＯＦＦ電流との比を大きくすることができる。また
、耐酸素性や耐湿性もよく薄膜トランジスタの長期安定
性を大きく改善することができる。また、ゲート絶縁膜
の容量がそれほど太き（ならないため、動作スピードが
遅（なることもな（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
図、第３図は各種薄膜トランジスタ特性の経時変化を示
す図、第４図は従来の薄膜トランジスタの断面図である
。 １・・・絶縁性基板、２・・・第一のゲート電極、３・
・・第一のゲート絶縁膜、４・・・半導体膜、５・・・
ソース電極、６・・・ドレイン電極、７・・・有機物薄
膜からなる第二のゲート絶縁膜、８・・・第二のゲート
電極。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名第１図 第２図 ケ゛−ト電万（ン

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、第
   一のゲート電極と、第一のゲート絶縁膜と、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
   た半導体膜と、第二のゲート絶縁膜と、第二のゲート電
   極とを備えた二重ゲート型薄膜トランジスタにおいて、
   前記第二のゲート絶縁膜が有機物薄膜を主体としてなる
   ことを特徴とする薄膜トランジスタ。
2. （２）第二のゲート絶縁膜が、少なくともポリイミド樹
   脂を主成分とする有機物薄膜から成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）第二のゲート絶縁膜が、半導体と接するポリイミ
   ド樹脂を主成分とする有機物薄膜と、スパッタ法もしく
   はプラズマＣＶＤ法により形成されたＳｉ＿３Ｎ＿４ま
   たは金属酸化物薄膜との二層構造から成ることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の薄膜トランジスタ。
4. （４）半導体膜が、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項記載の薄膜
   トランジスタ。
5. （５）半導体膜がＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅまたはそ
   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項記載の薄膜トランジスタ。