JPH0559865U - 焦電型センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ドレイン、ソース及びゲートの各電極とＳｉ
半導体とを備えたＭＯＳ型素子のドレイン電極上に、Ｐ
ｂＴｉＯ_３等の焦電体を直接成膜する際の成膜温度を低
下させる。 【構成】 ドレイン電極４においては、Ｓｉ半導体２へ
の接続側を、Ｓｉ又はＳｉＯ_２とオーミックコンタクト
の良好なＡｌ等の材料で構成する一方、ＰｂＴｉＯ_３等
の成膜される部分を、これらと格子定数の差が３％以内
となるようなＰｔ等の材料で構成する。また焦電体又は
強誘電体が酸化物系のものである場合に、これらの成膜
される部分を、これらと同じ結晶構造の酸化物超電導体
等で構成する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案はＭＯＳ型素子を利用した焦電型センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

金属、酸化物絶縁膜、半導体を組合わせたＭＯＳ型の電界効果トランジスタ（ ＦＥＴ）を利用した表示素子の一例を図５に示す。同図において、３１は石英、 ガラス等の透明基板、３２はＰ型Ｓｉ半導体、３３はＳｉＯ_２、３４はドレイン 電極、３５はソース電極、３６はゲート電極をそれぞれ示している。この場合、 ドレイン電極３４は、アモルファスＩＴＯ（錫をドープした酸化インジウム）に よって形成されると共に、その上に液晶３７等が配置され、これらによって表示 素子が構成されている。

【０００３】 ところで上記のような素子構造を利用して焦電型イメージセンサを構成しよう とする場合、図４に示すように、上記液晶３７に代えてＰｂＴｉＯ_３のような焦 電体２７を、ドレイン電極３４上に直接成膜することが考えられる。なお成膜法 を用いてイメージセンサを製造する点は、特開平２−２８０３７３号公報に開示 されている。なお図４及び図５における３６ａは、絶縁用のＳｉＯ_２を示すもの である。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら上記のようにドレイン電極３４上に焦電体を直接成膜する場合に は、次のような間題の生ずることが予想される。それはＳｉ半導体にドープした 物質の熱拡散を防止したり、Ａｌ製の配線部分の溶損を防止するため、かなり低 温での成膜を行う必要がある反面、このような低温では、アモルファスＩＴＯ３ ４上へ成膜した焦電体２７の結晶化が困難であるということである。

【０００５】 この考案は上記した従来の欠点を解決するためになされたものであって、その 目的は、結晶化した焦電体等を低温で成膜することを可能にし、そのため高能率 かつ安価に製造可能な焦電型センサを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

そこで請求項１の焦電型センサは、ドレイン、ソース及びゲートの各電極と、 Ｓｉ半導体とを備えたＭＯＳ型素子の上記ドレイン電極上に、強誘電体又は焦電 体を成膜して成る焦電型センサであって、上記ドレイン電極は、Ｓｉ又はＳｉＯ_２ とオーミックコンタクトが良好で、かつ強誘電体又は焦電体と格子定数の近接 した材料にて構成されていることを特徴としている。

【０００７】 また請求項２の焦電型センサは、上記ドレイン電極は、少なくとも２種類の材 質によって構成され、Ｓｉ半導体への接続側が、Ｓｉ又はＳｉＯ_２とオーミック コンタクトの良好なＡｌ等の材料で、またＰｂＴｉＯ_３等の強誘電体又は焦電体 の成膜される部分がこれらと格子定数の近接したＰｔ等の材料にてそれぞれ構成 されていることを特徴としている。

【０００８】 さらに請求項３の焦電型センサは、上記ドレイン電極における強誘電体又は焦 電体の成膜される部分の格子定数と、上記強誘電体又は焦電体と格子定数との差 が、１０％以内、好ましくは３％以内であることを特徴としている。

【０００９】 請求項４の焦電型センサは、上記ドレイン電極は、少なくとも２種類の材質に よって構成され、Ｓｉ半導体への接続側が、Ｓｉ又はＳｉＯ_２とオーミックコン タクトの良好なＡｌ等の材料で、またＰｂＴｉＯ_３等の酸化物系の強誘電体又は 焦電体の成膜される部分が、これらと格子定数が近接すると共に、これらと同じ 結晶構造を有する酸化物超電導体又は酸化物半導体にてそれぞれ構成されている ことを特徴としている。

【００１０】

【作用】

上記請求項１及び請求項２の焦電型センサにおいては、強誘電体又は焦電体と 格子定数の近接したドレイン電極上に成膜する構成であることから、例えば４０ ０℃以下の低温においても結晶化した成膜が可能である。またドレイン電極とし て、Ｓｉ又はＳｉＯ_２とのオーミックコンタクトを考慮した材質選択を行ってい るので、ＭＯＳ型素子としての機能を維持し得る。

【００１１】 また請求項３の焦電型センサでは、より低温での条件において、結晶化した成 膜が可能である。

【００１２】 さらに請求項４の焦電型センサでは、格子定数を近接させると共に、結晶構造 を合致させてあるので、成膜時に強誘電体又は焦電体がエピタキシャル成長し易 くなり、この点においても低温条件での結晶化した成膜が可能である。

【００１３】

【実施例】

図１において、１は基板、２はＰ型（あるいはｎ型）Ｓｉ半導体、３はＳｉＯ_２ 、４はドレイン電極、５はソース電極、６はゲート電極、７は焦電体膜をそれ ぞれ示している。この場合、上記ドレイン電極４は、Ｓｉ半導体２への接続部近 傍４ａがＡｌで形成される一方、それ以外の部分４ｂがＰｔで形成され、このＰ ｔで形成された部分４ｂの上にＰｂＴｉＯ_３より成る焦電体膜７が成膜されてい る。このようにＳｉ半導体２への接続部近傍４ａをＡｌで形成してあるのは、Ｓ ｉ又はＳｉＯ_２へのオーミックコンタクト（非整流性接触）を確保するためであ り、またそれ以外の部分４ｂをＰｔで形成してあるのは、Ａｌとの電気的接合が 良好でかつＰｔの格子定数が焦電体膜７（ＰｂＴｉＯ_３）の格子定数と近接して あるためである。ちなみにＰｔの格子定数が３．９０Åであるのに対し、ＰｂＴ ｉＯ_３の格子定数は３．９１Åである。なお同図における６ａは、絶縁用のＳｉ Ｏ_２を示している。

【００１４】 この成膜は、真空チャンバー内に配置したターゲットに、レーザビーム（Ａｒ Ｆエキシマレーザ〔波長１９３ｎｍ〕）を照射し、このターゲットから生成する 励起種を、ターゲットと相対向して同チャンバー内に配置した上記ドレイン電極 ４に蒸着させることによって行うが、その際の具体的な成膜条件は、以下の通り である。

【００１５】 レーザ強度 ：１〜３Ｊ／ｃｍ^２ 繰返し周波数 ：５〜３０Ｈｚ 電極温度 ：４００℃ 雰囲気酸素分圧：約０．１Ｔｏｒｒ ターゲット ：ＰｂＴｉＯ_３

【００１６】 上記において成膜したＰｂＴｉＯ_３膜のアズ・デポ状態でのＸ線回折パターン を図２に示すが、同図のように、Ｃ軸配向を示す指数（００１）のＸ線強度が高 く、これにより充分にＣ軸配向した結晶化膜の成膜が行われていることを確認で きた。なおこの場合、ドレイン電極４及びＰｂＴｉＯ_３膜７の厚さは、共に数μ ｍであった。

【００１７】 これに対し、従来のアモルファスＩＴＯ上に、上記同様の条件で成膜したＰｂ ＴｉＯ_３膜は、図３にＸ線回折パターンを示すように、結晶化がなされておらず 、このことから結晶化のためには、さらに成膜温度を上昇させる必要のあること が明らかである。

【００１８】 上記ドレイン電極４において、Ｓｉ半導体２への接続部近傍４ａをＡｌで形成 しているが、この部分はＡｕであってもよい。またそれ以外の部分４ｂは、Ｐｔ 以外にも、Ｐｄ、Ａｇ、ＳｎＯ_２、ＰｂＯ、ニオブをドープしたＳｒＴｉＯ_３、 Ｐｂ、Ｉｎ、Ｖ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＲｕＯ_２、ＲｅＯ_３、ＩｒＯ_２ 、ＴｉＯ_２、Ｂｉ_２Ｏ_３＋Ｗドープ等で形成してもよい。さらに焦電体膜７は 、強誘電体の膜であってもよいし、しかもＰｂＴｉＯ_３以外のもの、例えばＢａ ＴｉＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３等であってもよく、要はドレイン電極４ における成膜部４ｂとの格子定数が近接しているもの、例えば格子定数の差が１ ０％以下、好ましくは３％以下のものであればよい。さらに上記実施例では、ド レイン電極４を２つの金属にて形成しているが、場合によっては単一金属にて形 成することも可能である。

【００１９】 さらに上記実施例ではＭＯＳ型ＦＥＴでの適用例を示しているが、ＭＯＳ型Ｃ ＣＤにおいても略同様に実施可能である。

【００２０】 上記焦電体又は強誘電体の薄膜７が酸化物系のもの（例えば、ＰｂＴｉＯ_３） である場合、ドレイン電極４における成膜部４ｂとしては、格子定数が近接する と共に、同一の結晶構造（例えばペレブスカイト構造）を有する酸化物超電導体 （例えば、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７）又は酸化物半導体を使用できる。このような材 料選択を行った場合には、成膜部４ｂが金属である場合に比して、次のような利 点が生じる。

【００２１】 それは格子定数が近接しているのに加えて結晶構造が合致しているので、薄膜 ７がエピタキシャル成長し易く、そのため良好な結晶化薄膜７を低温で得られる ということである。またレーザアブレーション法によって平滑な成膜部４ｂを形 成し得るという利点もある。さらに成膜部４ｂと薄膜７との熱膨張率を近接させ 得ることから、薄膜７の成膜時にクラック等の欠陥を防止し得ることにもなる。 しかも上記酸化物超電導体等においては、その材料特性を調節して、充分な電気 伝導性を維持しながらも、熱伝導性を小さくしてセンサ感度を向上させることが 可能である。

【００２２】 なお酸化物超電導体等を赤外線透過層を兼ねた上部電極として使用すれば、輻 射率が金属よりも大であることから、センサの出力電荷を向上させることが可能 になる。

【００２３】 上記において用いる酸化物超電導体としては、具体的には次の（１）〜（５） を例示できる。 （１）Ｌｎ（ランタニド）を含む複合酸化物 （Ｌｎ_１−ｘＭ_ｘ）_２ＣｕＯ_４ （０≦ｘ≦１） Ｌｎ_１Ｍ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−ｙ （０≦ｙ≦１） Ｌｎ＝Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ Ｍ＝Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ等 （２）Ｂｉを含む複合酸化物 Ｂｉ_２Ｓｒ_２Ｃａ_ｎ−１Ｃｕ_ｎＯ_２ｎ＋４ （ｎ＝１〜５） Ｂａ_１−ｘＫ_ｘＢｉＯ_３ （０≦ｘ≦１） Ｂｉ_１−ｘＰｂ_ｘＢａＯ_３ （３）Ｔｌを含む複合酸化物 Ｔｌ_２Ｂａ_２Ｃａ_ｎ−１Ｃｕ_ｎＯ_２ｎ＋４ （ｎ＝１〜３） ＴｌＢａ_２Ｃａ_ｎ−１Ｃｕ_ｎＯ_２ｎ＋３ （ｎ＝１〜４） （４）Ｓｒを含む複合酸化物 ＳｒＣｕＯ_２ （Ｓｒ_１−ｘＣａ_ｘ）ＣｕＯ_２ （５）その他のＣｕを含む複合酸化物 Ｐｂ_２Ｓｒ_２ＲＣｕ_３Ｏ_８ Ｒ：希土類元素

【００２４】 また酸化物半導体としては、ＮｉＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｃｕ_２Ｏ、ＭｎＯ_２、Ｚｎ Ｏ、Ｖ_２Ｏ_５、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２を例示し得る。

【００２５】

【考案の効果】

上記請求項１及び請求項２の焦電型センサでは、ＭＯＳ型素子としての機能を 維持しつつも、結晶化した強誘電体又は焦電体を低温にて成膜し得るので、高能 率かつ安価に製造可能な焦電型センサを提供できる。

【００２６】 また請求項３及び請求項４の焦電型センサでは、結晶化膜の成膜条件をさらに 低温化し得るので、製造能率を一段と向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の焦電型センサの一実施例を示す中央
縦断面図である。

【図２】Ｐｔ製ドレイン電極上に成膜されたＰｂＴｉＯ
_３のＸ線回折パターンを示すグラフである。

【図３】アモルファスＩＴＯ製ドレイン電極上に成膜さ
れたＰｂＴｉＯ_３のＸ線回折パターンを示すグラフであ
る。

【図４】従来のＭＯＳ型素子を用いたときの焦電型セン
サの一例の中央縦断面図である。

【図５】従来のＭＯＳ型表示素子を液晶ディスプレイと
して用いたときの一例の中央縦断面図である。

【符号の説明】

２ Ｓｉ半導体 ４ ドレイン電極 ５ ソース電極 ６ ゲート電極 ７ 焦電体膜

フロントページの続き (72)考案者 藤岡 順三 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)考案者 南方 俊一 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)考案者 川合 知二 大阪府箕面市小野原2494−615 (72)考案者 河合 七雄 大阪府吹田市千里山西五丁目47−20

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ドレイン、ソース及びゲートの各電極
   と、Ｓｉ半導体とを備えたＭＯＳ型素子の上記ドレイン
   電極上に、強誘電体又は焦電体を成膜して成る焦電型セ
   ンサであって、上記ドレイン電極は、Ｓｉ又はＳｉＯ_２
   とオーミックコンタクトが良好で、かつ強誘電体又は焦
   電体と格子定数の近接した材料にて構成されていること
   を特徴とする焦電型センサ。
2. 【請求項２】 上記ドレイン電極は、少なくとも２種類
   の材質によって構成され、Ｓｉ半導体への接続側が、Ｓ
   ｉ又はＳｉＯ_２とオーミックコンタクトの良好なＡｌ等
   の材料で、またＰｂＴｉＯ_３等の強誘電体又は焦電体の
   成膜される部分が、これらと格子定数の近接したＰｔ等
   の材料にてそれぞれ構成されていることを特徴とする請
   求項１の焦電型センサ。
3. 【請求項３】 上記ドレイン電極における強誘電体又は
   焦電体の成膜される部分の格子定数と、上記強誘電体又
   は焦電体と格子定数との差が、１０％以内、好ましくは
   ３％以内であることを特徴とする請求項１又は請求項２
   の焦電型センサ。
4. 【請求項４】 上記ドレイン電極は、少なくとも２種類
   の材質によって構成され、Ｓｉ半導体への接続側が、Ｓ
   ｉ又はＳｉＯ_２とオーミックコンタクトの良好なＡｌ等
   の材料で、またＰｂＴｉＯ_３等の酸化物系の強誘電体又
   は焦電体の成膜される部分が、これらと格子定数が近接
   すると共に、これらと同じ結晶構造を有する酸化物超電
   導体又は酸化物半導体にてそれぞれ構成されていること
   を特徴とする請求項１の焦電型センサ。