JPH0744296B2 - 非線形抵抗素子およびその製造方法 - Google Patents
非線形抵抗素子およびその製造方法Info
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- JPH0744296B2 JPH0744296B2 JP15948289A JP15948289A JPH0744296B2 JP H0744296 B2 JPH0744296 B2 JP H0744296B2 JP 15948289 A JP15948289 A JP 15948289A JP 15948289 A JP15948289 A JP 15948289A JP H0744296 B2 JPH0744296 B2 JP H0744296B2
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- film
- linear resistance
- resistance element
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は非線形抵抗素子およびその製造方法に関し、さ
らに詳しくは壁掛けテレビジョン、コンピュータ端末用
ディスプレイ等に応用される大面積大容量のアクティブ
型液晶表示装置のスイッチングに用いるのに適した非線
形抵抗素子およびその製造方法に関するものである。
らに詳しくは壁掛けテレビジョン、コンピュータ端末用
ディスプレイ等に応用される大面積大容量のアクティブ
型液晶表示装置のスイッチングに用いるのに適した非線
形抵抗素子およびその製造方法に関するものである。
［従来の技術およびその課題］ 壁掛けカラーテレビジョンに代表される薄型パネルディ
スプレイとして、アクティブ素子を一方のガラス基板上
に各画素のスイッチとしてアレイ化したアクティブマト
リックス型液晶表示装置がある。このアクティブマトリ
ックス方式により液晶表示装置の表示品質の向上と大容
量化が可能となる。
スプレイとして、アクティブ素子を一方のガラス基板上
に各画素のスイッチとしてアレイ化したアクティブマト
リックス型液晶表示装置がある。このアクティブマトリ
ックス方式により液晶表示装置の表示品質の向上と大容
量化が可能となる。
現在、アクティブ素子には、薄膜トランジスタと非線形
抵抗素子が用いられている。しかしながら、非線形抵抗
素子のほうが薄膜トランジスタより構造が簡単であり、
製造コストの低下が期待されるため、有望視されてい
る。
抵抗素子が用いられている。しかしながら、非線形抵抗
素子のほうが薄膜トランジスタより構造が簡単であり、
製造コストの低下が期待されるため、有望視されてい
る。
また、配線容量の都合上、比誘電率は小さいほど表示装
置に適している。従来、比線形抵抗素子の比線形抵抗膜
に用いられる酸化タンタルは、比誘電率が約25と非常に
大きい。また、数十ボルトの印加電圧で必要量の電流を
流すためには膜厚を60nm以下にする必要があり、結果的
に比線形抵抗素子の単位面積当たりの容量が大きくなる
ことを余儀なくされる。比線形抵抗素子の駆動条件とし
て、比線形抵抗素子の容量は液晶の容量より十分小さく
なければならず、酸化タンタルを用いた場合、比線形抵
抗の素子面積は約20μm2以下にする必要がある。A4サイ
ズ以上の大面積にわたって以上のような微細加工を行う
ことは現在の技術水準では非常に困難である。
置に適している。従来、比線形抵抗素子の比線形抵抗膜
に用いられる酸化タンタルは、比誘電率が約25と非常に
大きい。また、数十ボルトの印加電圧で必要量の電流を
流すためには膜厚を60nm以下にする必要があり、結果的
に比線形抵抗素子の単位面積当たりの容量が大きくなる
ことを余儀なくされる。比線形抵抗素子の駆動条件とし
て、比線形抵抗素子の容量は液晶の容量より十分小さく
なければならず、酸化タンタルを用いた場合、比線形抵
抗の素子面積は約20μm2以下にする必要がある。A4サイ
ズ以上の大面積にわたって以上のような微細加工を行う
ことは現在の技術水準では非常に困難である。
素子面積の問題を解決する方法として、比誘電率が５〜
７のシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜を比線形抵
抗素子に用いた例が、特開昭61−260219号公報に示され
ている。この特許公開公報明細書中では、シリコン酸化
膜あるいはシリコン窒化膜の膜厚を100nm以上としても
比線形係数８以上が得られ、また素子面積100μm2以上
の大きな非線形抵抗素子も使用可能であるとしている。
７のシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜を比線形抵
抗素子に用いた例が、特開昭61−260219号公報に示され
ている。この特許公開公報明細書中では、シリコン酸化
膜あるいはシリコン窒化膜の膜厚を100nm以上としても
比線形係数８以上が得られ、また素子面積100μm2以上
の大きな非線形抵抗素子も使用可能であるとしている。
しかしながら、非線形係数の高い窒化シリコン膜は、低
電圧でショート（ダイオードが破壊）し易い傾向があっ
て、実用化には問題が残されており、この特許公開公報
明細書中でも非線形抵抗膜の耐電圧性については何等記
載されていなかった。
電圧でショート（ダイオードが破壊）し易い傾向があっ
て、実用化には問題が残されており、この特許公開公報
明細書中でも非線形抵抗膜の耐電圧性については何等記
載されていなかった。
本発明の目的は、液晶表示装置のアクティブ素子として
実用に耐え得る耐電圧性を有する非線形抵抗素子および
その製造方法を提供することにある。
実用に耐え得る耐電圧性を有する非線形抵抗素子および
その製造方法を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、絶縁性基板上に第１の導電膜、非線形抵抗
膜、第２の導電膜が順次積層されてなる非線形抵抗素子
において、非線形抵抗膜はＮ−Ｈ結合密度が5.0×1021c
m-3以下である水素化非晶質シリコン窒化膜で形成され
ていることを特徴とする非線形抵抗素子であり、またそ
の製造方法は、絶縁性基板上に第１の導電膜、非線形抵
抗膜、第２の導電膜を順次積層することよりなる非線形
抵抗素子の製造方法において、非線形抵抗膜は300〜500
℃で成膜することを特徴とするか、非線形抵抗膜は成膜
後に150〜500℃でアニールすることを特徴とするか、あ
るいは非線形抵抗膜は放電出力0.08〜0.16W/cm2のパワ
ーで成膜することを特徴とする。
膜、第２の導電膜が順次積層されてなる非線形抵抗素子
において、非線形抵抗膜はＮ−Ｈ結合密度が5.0×1021c
m-3以下である水素化非晶質シリコン窒化膜で形成され
ていることを特徴とする非線形抵抗素子であり、またそ
の製造方法は、絶縁性基板上に第１の導電膜、非線形抵
抗膜、第２の導電膜を順次積層することよりなる非線形
抵抗素子の製造方法において、非線形抵抗膜は300〜500
℃で成膜することを特徴とするか、非線形抵抗膜は成膜
後に150〜500℃でアニールすることを特徴とするか、あ
るいは非線形抵抗膜は放電出力0.08〜0.16W/cm2のパワ
ーで成膜することを特徴とする。
［作用］ 一般に、アモルファスシリコン、水素化非晶質シリコン
窒化膜等の非晶質膜において、水素およびその量は重要
な意味を持つ。水素化非晶質シリコン窒化膜において、
膜を構成する結合はSi−N,Si−H,N−Ｈからなり、その
うち後二者は、シリコンおよび窒素の終端子としての働
きを持つ結合である。即ち水素はシリコンおよび窒素の
未結合手と結合することで不対電子密度を減少させ、物
性的に安定した膜を作製することができる。
窒化膜等の非晶質膜において、水素およびその量は重要
な意味を持つ。水素化非晶質シリコン窒化膜において、
膜を構成する結合はSi−N,Si−H,N−Ｈからなり、その
うち後二者は、シリコンおよび窒素の終端子としての働
きを持つ結合である。即ち水素はシリコンおよび窒素の
未結合手と結合することで不対電子密度を減少させ、物
性的に安定した膜を作製することができる。
しかしながら、一方では、水素が膜中に入ることで、そ
の膜は構造的に柔軟性を持ち、外力により構造および結
合状態を変化させることが容易となる。即ち電圧の印加
等のストレスに対して電気的な特性を変化させることに
なり、デバイスとしての信頼性が低下することになる。
したがって、目的に応じて膜中の水素量を適当な量に制
御することが必要とされる。また、非線形抵抗素子とし
て使用可能な組成比は［N/Si］＝0.20〜1.0のものであ
り、比化学量論的な組成を持ったものである。
の膜は構造的に柔軟性を持ち、外力により構造および結
合状態を変化させることが容易となる。即ち電圧の印加
等のストレスに対して電気的な特性を変化させることに
なり、デバイスとしての信頼性が低下することになる。
したがって、目的に応じて膜中の水素量を適当な量に制
御することが必要とされる。また、非線形抵抗素子とし
て使用可能な組成比は［N/Si］＝0.20〜1.0のものであ
り、比化学量論的な組成を持ったものである。
（１）Si−Ｈ結合は基板温度の変化には殆ど依存しない
が、Ｎ−Ｈ結合は基板温度の上昇につれて減少してい
る。一般に、基板表面上における活性種等の分子の反応
には、吸着反応と離脱反応がある（式［Ｉ］参照）。
が、Ｎ−Ｈ結合は基板温度の上昇につれて減少してい
る。一般に、基板表面上における活性種等の分子の反応
には、吸着反応と離脱反応がある（式［Ｉ］参照）。
成膜またはエッチング＝吸着反応＋離脱反応 …［Ｉ］ 吸着反応が離脱反応に比べて大きい場合は成膜現象が、
逆に吸着反応に比べて離脱反応が大きい場合にはエッチ
ング現象がそれぞれ起こる。
逆に吸着反応に比べて離脱反応が大きい場合にはエッチ
ング現象がそれぞれ起こる。
シラン分子の分解による活性種等の分子は、一般に基板
表面温度の変化に対して反応は鈍感であることが知られ
ている。即ち、アモルファスシリコンの作製において、
基板加熱温度の変化に対して堆積速度に変化が殆ど見ら
れないのはこのためである。
表面温度の変化に対して反応は鈍感であることが知られ
ている。即ち、アモルファスシリコンの作製において、
基板加熱温度の変化に対して堆積速度に変化が殆ど見ら
れないのはこのためである。
一方、窒素または窒素水素化物分子の分解による活性種
等の分子は、温度に対して敏感である。シリコン窒化膜
の作製において堆積速度が基板温度の高温化に伴い小さ
くなるのは、主にこのためである。
等の分子は、温度に対して敏感である。シリコン窒化膜
の作製において堆積速度が基板温度の高温化に伴い小さ
くなるのは、主にこのためである。
したがって基板表面温度を300℃以上にすることは、主
にＮ−Ｈ系分子の表面反応に大きく作用する。特にＮ−
Ｈ系分子は表面吸着反応が起こっても、温度に依存する
部分が大きいので、特にそれが捻れたり曲がっているよ
うな形では、結合のエネルギーは不安定であるため膜の
構成には寄与せず、選択的に離脱反応を起こしてしま
う。そのため、薄膜は比較的安定した結合の成分が残さ
れることになる。
にＮ−Ｈ系分子の表面反応に大きく作用する。特にＮ−
Ｈ系分子は表面吸着反応が起こっても、温度に依存する
部分が大きいので、特にそれが捻れたり曲がっているよ
うな形では、結合のエネルギーは不安定であるため膜の
構成には寄与せず、選択的に離脱反応を起こしてしま
う。そのため、薄膜は比較的安定した結合の成分が残さ
れることになる。
Ｎ−Ｈ系の結合は、基板温度250℃で成膜した水素化非
晶質シリコン窒化膜のうち［N/Si］＝0.20〜1.0におけ
る薄膜中では殆ど不安定な状態で薄膜中に含まれる。そ
のため、Ｎ−Ｈ結合の多くは、非線形電動には寄与せず
に薄膜中の不安定点、即ちウィークスポットとなってい
る。このウィークスポットは高電界および熱的なストレ
ースに対して非常に不安定であることから、このような
点が熱的に破壊した場合、回りの結合をも同時に破壊し
てしまい。結果的には耐圧を下げる原因となっている。
ここで耐電圧とは、前記ダイオード素子を液晶と直列に
組み合わせて電圧を1/400duty単純マルチプレックス波
形で印加したとき、ダイオード素子が非線形抵抗素子と
して働く電圧の最大値を意味する。
晶質シリコン窒化膜のうち［N/Si］＝0.20〜1.0におけ
る薄膜中では殆ど不安定な状態で薄膜中に含まれる。そ
のため、Ｎ−Ｈ結合の多くは、非線形電動には寄与せず
に薄膜中の不安定点、即ちウィークスポットとなってい
る。このウィークスポットは高電界および熱的なストレ
ースに対して非常に不安定であることから、このような
点が熱的に破壊した場合、回りの結合をも同時に破壊し
てしまい。結果的には耐圧を下げる原因となっている。
ここで耐電圧とは、前記ダイオード素子を液晶と直列に
組み合わせて電圧を1/400duty単純マルチプレックス波
形で印加したとき、ダイオード素子が非線形抵抗素子と
して働く電圧の最大値を意味する。
薄膜に比較的安定した結合成分が残されるためには、Ｎ
−Ｈの結合密度が5.0×1021cm-3以下であることが必要
であり、この場合、薄膜は電圧印加に伴う熱等のストレ
スに対し安定なものとなり、耐電圧性の高い薄膜が作製
される。
−Ｈの結合密度が5.0×1021cm-3以下であることが必要
であり、この場合、薄膜は電圧印加に伴う熱等のストレ
スに対し安定なものとなり、耐電圧性の高い薄膜が作製
される。
（２）基板加熱温度を高温化することにより、基板方面
の温度が高温化する。基板表面に到達したSi−Ｈ系、Ｎ
−Ｈ系分子およびそれらの活性種のうちＮ−Ｈ系分子お
よびその活性種は基板表面の熱により、特に緩い結合を
持ったものは選択的に離脱反応が促進される。成膜温度
を300〜500℃とすると、Ｎ−Ｈ結合のうち不安定なもの
が取り除かれ、耐電圧性を持った薄膜が形成される。
の温度が高温化する。基板表面に到達したSi−Ｈ系、Ｎ
−Ｈ系分子およびそれらの活性種のうちＮ−Ｈ系分子お
よびその活性種は基板表面の熱により、特に緩い結合を
持ったものは選択的に離脱反応が促進される。成膜温度
を300〜500℃とすると、Ｎ−Ｈ結合のうち不安定なもの
が取り除かれ、耐電圧性を持った薄膜が形成される。
（３）アニール温度を上昇させることにより、耐電圧は
上昇する。これは、薄膜が形成された後、ダイオード素
子を高温で加熱することにより、結合の弱い部分を修復
もしくは離脱させるためである。即ち、適当な温度によ
るアニールは構成分子にエネルギーを与え、より自由エ
ネルギーの低い方向へ、つまり結合の安定化する方向へ
向かわせる働きがある。このアニール温度を150〜500℃
とすると、実用上必要とされる高耐電圧性を有する薄膜
が得られる。
上昇する。これは、薄膜が形成された後、ダイオード素
子を高温で加熱することにより、結合の弱い部分を修復
もしくは離脱させるためである。即ち、適当な温度によ
るアニールは構成分子にエネルギーを与え、より自由エ
ネルギーの低い方向へ、つまり結合の安定化する方向へ
向かわせる働きがある。このアニール温度を150〜500℃
とすると、実用上必要とされる高耐電圧性を有する薄膜
が得られる。
（４）放電出力を上昇させることにより、耐電圧は比例
的に上昇する。これは、放電出力の上昇により、原料ガ
スの分解効率が上昇するからである。そのため、基板表
面に到達する分子の数も増大し、基板表面での衝突が激
しくなり、基板表面を高温に加熱したときと同じ効果が
得られるようになる。したがって不安定な結合は離脱反
応が促進し、安定な結合はそのまま膜の構成分子とな
る。この放電出力を0.08〜0.16W/cm2とすることによ
り、実用上必要とされる高耐電圧性を有する薄膜が得ら
れる。
的に上昇する。これは、放電出力の上昇により、原料ガ
スの分解効率が上昇するからである。そのため、基板表
面に到達する分子の数も増大し、基板表面での衝突が激
しくなり、基板表面を高温に加熱したときと同じ効果が
得られるようになる。したがって不安定な結合は離脱反
応が促進し、安定な結合はそのまま膜の構成分子とな
る。この放電出力を0.08〜0.16W/cm2とすることによ
り、実用上必要とされる高耐電圧性を有する薄膜が得ら
れる。
［実施例］ 以下、本発明の実施例について説明する。
実施例１ 水素化非晶質シリコン窒化膜を、シラン流量15〜45scc
m、窒素流量500sccmを原料ガスとし、圧力100Pa、放電
出力0.08W/cm2のもとで膜厚1600Å、水素面積7.68×104
μm2で形成し、第１および第２導電膜にクロムを用いて
非線形抵抗素子を作製した。
m、窒素流量500sccmを原料ガスとし、圧力100Pa、放電
出力0.08W/cm2のもとで膜厚1600Å、水素面積7.68×104
μm2で形成し、第１および第２導電膜にクロムを用いて
非線形抵抗素子を作製した。
第１図は、Si−Ｈ結合およびＮ−Ｈ結合密度の基板加熱
温度依存性を示したものである。成膜温度の上昇によ
り、Ｎ−Ｈ結合密度が急激に減少しているのがわかる。
第２図は、このときの耐電圧を示したもので、基板温度
の高温化により、耐電圧が上昇しているのがわかる。
温度依存性を示したものである。成膜温度の上昇によ
り、Ｎ−Ｈ結合密度が急激に減少しているのがわかる。
第２図は、このときの耐電圧を示したもので、基板温度
の高温化により、耐電圧が上昇しているのがわかる。
実施例２ シラン流量を42sccm、基板加熱温度を250℃とし、実施
例１と同様にして非線形抵抗素子を作製した。素子作製
後に、アルゴン雰囲気中、約１時間のアニールを各設定
温度で行って第３図に示す結果を得た。本来、上記の条
件では、アニールしない場合は耐電圧が約20Vである
が、アニール温度を上昇させるに伴い、耐電圧も上昇し
ているのがわかる。なお、アニール雰囲気は、アルゴン
の他に窒素、ヘリウムで行っても可能である。
例１と同様にして非線形抵抗素子を作製した。素子作製
後に、アルゴン雰囲気中、約１時間のアニールを各設定
温度で行って第３図に示す結果を得た。本来、上記の条
件では、アニールしない場合は耐電圧が約20Vである
が、アニール温度を上昇させるに伴い、耐電圧も上昇し
ているのがわかる。なお、アニール雰囲気は、アルゴン
の他に窒素、ヘリウムで行っても可能である。
実施例３ 実施例１での成膜条件で放電出力0.02〜0.16W/cm2の間
で成膜を行った場合の耐電圧に対する放電出力の依存性
を第４図に示す。放電出力が特定の範囲で耐電圧が高く
なっていることがわかる。一般に放電出力を上昇させた
場合、窒素の分解効率が上昇する。このため低い出力で
の水素化非晶質シリコン窒化膜と高い出力での水素化非
晶質シリコン窒化膜では、高い出力での膜の方が、薄膜
中の窒素含有量は多くなる。したがって、放電出力の変
化に応じて殆ど電流の流れ易さが変化しないように、本
実施例ではシラン流量を変化させた。これは、窒素を減
少させることによっても同様な効果が得られる。
で成膜を行った場合の耐電圧に対する放電出力の依存性
を第４図に示す。放電出力が特定の範囲で耐電圧が高く
なっていることがわかる。一般に放電出力を上昇させた
場合、窒素の分解効率が上昇する。このため低い出力で
の水素化非晶質シリコン窒化膜と高い出力での水素化非
晶質シリコン窒化膜では、高い出力での膜の方が、薄膜
中の窒素含有量は多くなる。したがって、放電出力の変
化に応じて殆ど電流の流れ易さが変化しないように、本
実施例ではシラン流量を変化させた。これは、窒素を減
少させることによっても同様な効果が得られる。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明による非線形抵抗素子は、
スイッチング素子として用いることにより大面積、大容
量の液晶表示装置を簡単なプロセスで作製でき、かつ50
V以上の耐電圧を有するものである。
スイッチング素子として用いることにより大面積、大容
量の液晶表示装置を簡単なプロセスで作製でき、かつ50
V以上の耐電圧を有するものである。
第１図はSi−Ｈ結合およびＮ−Ｈ結合密度の基板加熱温
度依存性を示す特性図、第２図は耐電圧の成膜温度依存
性を示す特性図、第３図はダイオード素子形成後にアル
ゴン雰囲気中、約１時間のアニールを行った場合の耐電
圧のアニール温度依存性を示す特性図、第４図は耐電圧
の放電出力依存性を示す特性図である。
度依存性を示す特性図、第２図は耐電圧の成膜温度依存
性を示す特性図、第３図はダイオード素子形成後にアル
ゴン雰囲気中、約１時間のアニールを行った場合の耐電
圧のアニール温度依存性を示す特性図、第４図は耐電圧
の放電出力依存性を示す特性図である。
Claims (4)
- 【請求項１】絶縁性基板上に第１の導電膜、非線形抵抗
膜、第２の導電膜が順次積層されてなる非線形抵抗素子
において、非線形抵抗膜はＮ−Ｈ結合密度が5.0×1021c
m-3以下である水素化非晶質シリコン窒化膜で形成され
ていることを特徴とする非線形抵抗素子。 - 【請求項２】絶縁性基板上に１の導電膜、非線形抵抗
膜、第２の導電膜を順次積層し、非線形抵抗膜を、Ｎ−
Ｈ結合密度が5.0×1021cm-3以下である水素化非晶質シ
リコン窒化膜で形成する非線形抵抗素子の製造方法であ
って、非線形抵抗膜は300〜500℃で成膜することを特徴
とする非線形抵抗素子の製造方法。 - 【請求項３】絶縁性基板上に第１の導電膜、非線形抵抗
膜、第２の導電膜を順次積層し、非線形抵抗膜を、Ｎ−
Ｈ結合密度が5.0×1021cm-3以下である水素化非晶質シ
リコン窒化膜で形成する非線形抵抗素子の製造方法であ
って、非線形抵抗膜は成膜後に150〜500℃でアニールす
ることを特徴とする非線形抵抗素子の製造方法。 - 【請求項４】絶縁性基板上に第１の導電膜、非線形抵抗
膜、第２の導電膜を順次積層し、非線形抵抗膜を、Ｎ−
Ｈ結合密度が5.0×1021cm-3以下である水素化非晶質シ
リコン窒化膜で形成する非線形抵抗素子の製造方法であ
って、非線形抵抗膜は放電出力0.08〜0.16W/cm2のパワ
ーで成膜することを特徴とする非線形抵抗素子の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15948289A JPH0744296B2 (ja) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | 非線形抵抗素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15948289A JPH0744296B2 (ja) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | 非線形抵抗素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0325984A JPH0325984A (ja) | 1991-02-04 |
| JPH0744296B2 true JPH0744296B2 (ja) | 1995-05-15 |
Family
ID=15694736
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15948289A Expired - Lifetime JPH0744296B2 (ja) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | 非線形抵抗素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0744296B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102019123085A1 (de) * | 2019-08-28 | 2021-03-04 | TPMT-Tepin Microelectronic Technology Ltd. Co. | Solarzelle, zugehöriges Herstellungs- und Betriebsverfahren sowie Anordnung mit einer Solarzelle und einer Spannungsquelle |
| DE102019123088A1 (de) * | 2019-08-28 | 2021-03-04 | TPMT-Tepin Microelectronic Technology Ltd. Co. | Photoschalterstruktur, zugehöriges Herstellungsverfahren sowie Anordnung mit einer Photoschalterstruktur und einer Spannungsquelle |
-
1989
- 1989-06-23 JP JP15948289A patent/JPH0744296B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0325984A (ja) | 1991-02-04 |
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