JPS629672A - 半導体素子およびその製造方法 - 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） 本発明は、ガラス板、高分子フィルム等の絶縁材基板上
に形成した電界効果トランジスタ等の半導体素子および
その製造方法に関し、特に、可撓性の高分子フィルムを
基板にした半導体素子を構成する絶縁材層が高分子フィ
ルム基板に剥離することなく確実に被着し得るようにし
たものである。

（従来の技術） この種の半導体素子、すなわち、絶縁材基板に直接に被
着した絶縁材層を構成要素とする絶縁ゲー）を界効果ト
ランジスタ等の半導体素子においては、従来、溶融水晶
あるいは硝子等の耐熱性絶縁材基板に直接に被着した金
属酸化物被膜をゲート絶縁層等の絶縁性構成要素として
いた。

−万、フラット液晶ディスプレイパネル駆動用などとし
て可撓性の高分子フィルム上に電界効果トランジスタ等
のこの種の半導体素子を被着形成することが近来要望さ
れて米ている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、高分子フィルムを基板にしてその上に従
来どおりＥここの糧の半導体素子、例えば電界効果トラ
ンジスタを被着形成しようとすると。

絶縁性構成要素としてその高分子フィルム基板に被着さ
せた金属酸化物層が剥離し易く、あるいは、ピンホール
が生じ易いために、安定確実に使用し・得る電界効果ト
ランジスタ等を形成するのが極めて困難であった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、高分子フィルムを基板として電界効果トラン
ジスタ等の半導体素子を製作する場合に３ける上述した
問題点を解決するために、電界効果トランジスタのゲー
ト絶縁層など高分子フィルム基板に直接に被着丁べき構
成要素の絶縁材層自体を高分子フィルム基板に対して親
和性のある同質のポリマによって得成し、高分子フィル
ム全基゛板にして電界効果トランジスタ等の半導体素子
を製作する際に、ゲート絶縁層等の絶縁材要素を構成す
るポリマをプラズマ重合により形成するようにしたもの
である。

（作用〕 すなわち、例えば、従来の絶縁ゲート電界効果トランジ
スタのゲート絶縁膜は金属の熱酸化、陽極酸化、あるい
は、酸化物そのものの薄膜化によって形成していたので
、高分子フィルムを基板とした場合には、形成中の金属
酸化膜が高分子フイ・ルム基板から剥離し、あるいは、
金属酸化膜にピンホールが生ずるなどにより、電界効果
トランジスタを製作し得なかったが、ゲート絶縁膜自体
をも高分子フィルム基板と同質のポリマにして′、電界
効果トランジスタ製作中にプラズマ重合により形成する
ことにより、高分子フィルム基板に安定確実に被着した
ゲート絶縁膜が得られ、可撓性絶縁材基板上に良質の電
界効果トランジスタなど所要の半導体素子を製作するこ
とが可能となる。

（実施例） 以下に図面を参照して実施例につき本発明の詳細な説明
する。

本発明の実施例として、第１図に示す構成の電界効果ト
ランジスタｔ−ｇ作したが、その製作に当っては、まず
、従来慣用の硝子基板上にポリマをゲート絶縁膜とした
電界効果トランジスタを製作して、ゲート絶縁膜をポリ
マとした電界効果トランジスタの製作方法および性能を
確認したうえで、所要の高分子フィルムを基板とした薄
膜電界効果トランジスタを硝子基板を用いたときと同様
の方法により製作することにより、ポリマをゲート絶縁
膜とした電界効果トランジスタ自体の性能の点とポリマ
ゲート絶縁膜と高分子フィルム基板との親和性の点とを
分離して確認した。

すなわち、本発明による電界効果トランジスタは、第１
図（ａ）　、　（ｂ）に示すように、基板Ｓ上Ｇこゲー
ト電極ｌを被着形成し、そのゲート電極１を覆って基板
Ｓ上にポリマ絶縁膜２′ｊｋ被着形成し、そのポリマ絶
縁膜２上にゲート電極１の部分を空けてソース電極８お
よびドレイン電極４１！″被着形成し、それらの電極８
．４とゲート電極１の部分のポリマ絶縁膜２とにそれぞ
れ接してゲート電極１との間にポリマ絶縁膜２ｔ−挾ん
だ形態に半導体膜５を被着形成して構成する。

かかる構成による電界効果トランジスタの裏作に当って
は、ポリマ・ゲート絶縁膜２を除く各構成要素１，８，
４．５を真空蒸着によって裏作し、ポリマ・ゲート絶縁
膜２はプラズマ重合によって製作する。すなわち、まず
、ゲート電極】として基板Ｓ上に金を真空蒸着し、その
ゲート電極１金覆って基板Ｓ上にゲート絶Ｒ膜２として
アセトニトリル、ベンゼン等のモノマをプラズマ重合し
たポリマを生成させる０このプラズマ重合は、反応容器
内を真空にして、例えばアセトニトリルのモノマガスを
その反応容器内ｔこ導入し、平行平板容量結合方式によ
る高周波電界を印加して反応容器内にプラズマを発生さ
せることによりモノマを重合させて行なった。その後に
、ソース電極８およびドレイン電極４七して、半導体膜
５とする半導体テルルに対して良好なオーミック接触が
得られる金属ニッケルを真空蒸着によって被着形成し、
最後に、電極８，４とゲート絶縁膜２とＩこ共通ｌこ接
触するようにして半導体テルルを蒸着して半導体膜５を
形成した。

上述のようにして、高分子フィルム基板上にアセトニト
リルのプラズマ重合１こよシ形成したゲート絶縁膜を用
いて裏作し次薄膜電界効果トランジスタは、第２図に示
すように艮好な出力特性を呈している。なお、絶縁ゲー
ト電界効果トランジスタのかかる出力特性はつぎのよう
なワイマー（Ｐ。

・Ｋ、　Ｗｅｉｍｅｒ　）の理論式によって示される。

すなわち、電界効果トランジスタのドレイン電流よりは
、ドレイン電圧ＶＤおよびゲート電圧ＶＧに対してつぎ
の関係を有する。

九だし、Ｖｐ　（（ＶＧ　　ＶＴ）　　、　　Ｖｏ＞　
ＶＴここで、Ｌはチャネル長、Ｗはチャネル幅、μはキ
ャリアの電界効果移動度、Ｃ工は単位面積当シのゲート
容量であり、ｖＴはしきい値電圧であって、半導体膜の
膜圧ｔｈ、半導体膜内の初期電荷密度をｎｏとすると、 ・によって与えられる。なお、ｑは電子の電荷である。

以上のように電界効果トランジスタのドレイン電流は、
ドレイン電圧およびゲート電圧を与えることによって制
御することができる。

なお、第１図示の構成例ｆこおいては、絶縁材基板Ｓ上
に被着形成したゲート電極１を覆ってポリマ絶縁膜２を
絶縁付基板Ｓ上ｌこ被着形成し、そのポリマ絶縁［２上
にゲート電極１の部分を空けてソース電極８３よびドレ
イン電極４を被着形成し九が、本発明をこよる電界効果
トランジスタはこの例に限ることな（、つぎのように構
成することもできる。

すなわち、ゲート電極１ｔ−覆って絶縁材基板Ｓ上に被
着形成したポリマ絶縁膜２ｔ″パターニングによりゲー
ト電極１に接した部分のみを残して除去し、その除去に
よって露出した絶縁材基板Ｓ上に、ゲート電極１を覆っ
て端部が絶縁物基板Ｓに接した形態のポリマ絶縁膜２′
ｔ″一部覆うようにしてソース電極３およびドレイン電
極４をそれぞれ・被着形成し、それらの電極８，４およ
び中間に露出したポリマ絶産膜２＃こ共通に接するよう
にして半導体層５ｔ−被着形成することにより、ソース
電極°８とドレイン電極４とを接続する半導体層５にポ
リマ絶縁膜２を介してゲート電極１が対向した形態の絶
縁ゲート電界効果トランジスタを構成するこａができる
。

さらに、本発明半導体素子は、上述した電界効果トラン
ジスタの例１こ限るこさなく、上述した電界効果トラン
ジスタの例と同様に、ポリマ薄膜等の可撓性絶縁材基板
上に被着形成した電極を覆ってその絶縁材基板上に被着
したポリマ絶縁膜上に他の電極を被着形成した金属−絶
縁物−金属（ＭＩＭ）ダイオード、あるいは、そのポリ
マ絶縁膜上【こ半導体層を被着形成した金属−絶縁物一
半導体（ＭＩＳ　）’ダイオード等、ポリマ絶縁膜ｆｔ
構成要素とした他の半導体素子も、上述し次と同様に安
定確実番こ裏作することができる。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明により、例えば
電界効果トランジスタのゲート絶縁膜として用いるプラ
ズマ重合ポリマ薄膜は、一般に、高密度に架橋し次組目
構造を有し、化学的および機械的に安定であって、ピン
ホールがほとんど生じないのがその長所であシ、ま九、
基板とする高分子フィルムに対して良好な被着性を有し
ており。

Ｌ　７’Ｃカって、プラズマ重合ポリマ薄膜を絶縁材基
板に少なくともその一部を被着させるべき絶縁膜を構成
要素とする電界効果トランジスタ等の半導体素子を高分
子フィルム基板に対しても安定確実に製作することがで
きる。

かかる高分子フィルムからなる可撓性基板上に形成した
電界効果トランジスタは、例えば、アクティブマトリッ
クス駆動方式フラット液晶ディスプレイパネルにおける
表示素子のスイッチングに用いるに好適である。すなわ
ち、高分子フィルム上に表示素子をマトリックス配置す
ることによって明るさ８よび視角依存性について優れた
特性を呈する高分子フィルムｊＲ液晶ディスプレイパネ
ルに対し、各画素毎の表示素子にそれぞれスイッチ・ン
グ素子を対応させて駆動するアクティブマトリックス駆
動方式を適用することが、上述のようにポリマ絶縁膜上
構成要素とすることによって実現可能となり、一層高解
像度および高コントラストにした液晶ディスプレイパネ
ルが得られる、という格別の効果が本発明によって得ら
れる。

表口面の簡単な説明 第１図（揚８よびΦ）は本発明による電界効果トランジ
スタの構成例をそれぞれ示す側断面図および上面図、 第２図は同じ（その電界効果トランジスタの出力特性の
例を示す特性曲線図である。

Ｓ・・・絶縁材基板 １・・・ゲート電極　　　　２・・・ゲート絶縁膜ａ・
・・ソース電極　　　　４・・・ドレイン電極５・・・
半導体層 第２図 ドレイン電圧　ＶＯ（Ｖ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁材基層に被着したポリマ薄膜よりなる絶縁層を
   有することを特徴とする半導体素子。 ２、前記絶縁材基層がポリマ薄膜よりなることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の半導体素子。 ３、前記絶縁層をゲート絶縁層として電界効果トランジ
   スタを構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   または第２項記載の半導体素子。 ４、半導体素子が有する絶縁層とするポリマ薄膜をプラ
   ズマ重合により絶縁材基層に被着して形成することを特
   徴とする半導体素子製造方法。 ５、前記絶縁材基層をポリマ薄膜により形成したことを
   特徴とする特許請求の範囲第４項記載の半導体素子製造
   方法。 ６、前記絶縁層をゲート絶縁層として電界効果トランジ
   スタを形成することを特徴とする特許請求の範囲第４項
   または第５項記載の半導体素子製造方法。 ７、絶縁材基層上にゲート電極用導電体を形成し、その
   ゲート電極用導電体を覆つて前記絶縁材基層にプラズマ
   重合によりゲート絶縁層用ポリマ薄膜を被着して形成し
   、そのゲート絶縁層用ポリマ薄膜上もしくは前記絶縁材
   基層上にドレイン電極用およびソース電極用の導電体層
   を被着形成し、それらの導電体層および前記ゲート絶縁
   層用ポリマ薄膜にそれぞれ接する半導体層を形成するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の半導体素子
   製造方法。