JPS60111472A - 半導体装置 - 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 本発明は新規な薄膜電界効果トランジスタ（ＴＰＴ）に
関する。本発明のＴＰＴにはバンド間準位密度が少なく
暗抵抗が高く、且つ光導電性が小さい半導体を用いてい
るかつ高いオン電流カドれるとともに、オフ電流が小さ
く、且つ外部入射光に起因する光電溝が小さい特徴をも
つ。従って画像表示装置やイメージセンサ等のスイッチ
ング素子等外光が必然的に入射する環境下に於ても容易
に使用し得る。

ｓ”−：’ 従来例の構成とその問題点 第１図に水素化非晶質シリコン（ａ−３ｉ：Ｈ）半導体
層を用いた典型的な薄膜電界効果ｌ・ランリスタ（ＴＰ
Ｔ）の構造断面図を示す。

本ＴＰＴの製造工程を下記に示す。先ずガラス等の基板
１上にＣｒ等の金属を蒸着しゲート電極２となるべき部
分を残してエツチングする。次にプラズマＣＶＤ法によ
り窒化シリコン膜３（以下５ｉＮ）を０．１〜０．５　
μｍ　、ａｓ　ｉ　：　Ｈ膜４を０．１〜０．５　ｐｍ
　、　ｎ＋にドープしたａＳｉ：Ｈ膜５を５００人程度
連続堆積する。次にＴＰＴとして残すべき部分をレジス
トで被覆し、残余の部分のｎ”ａｓ　ｉ　：　Ｈ。

ａＳｉ：Ｈをエツチング除去する。

次に１２等の金属を蒸着し、ソース６、ドレイン７電極
をパタニングする。更にＡｆｌ電極６，７をマスクとし
て、両電極間に存在するｎ＋ａＳｉ：Ｈの部分領域８を
エツチングすることにより第１図ａの構造が完成する。

しかしながら上述の従来例では以下の問題がある。先ず
製造上では前述のｎ”ａ−８ｔ：８層５の部分領域８の
完全な選択除去が困難である。ａｓｉ：Ｈは弗酸・硝酸
系液でエツチングが可能であるが、Ｈ９−ドープ領域８
と非ドープ領域とのエツチングの選択性にとほしい。更
に金属・半導体の接合部付近ではエツチング液を介して
の電池作用等の為か、異常な高速エツチングが起る。従
って部分拡大図（第２図ｂ）に示すようにＴＰＴのチャ
ンネルとして保存されねばならぬａｓｉ：Ｈ層４の部分
領域９が消失しがちである０又エツチングをひかえ目に
すると完全除去されねばならぬｎ″一層の部分８が一部
残存しＯＦＦ　抵抗が十分大きくならない。部分領域８
のみの完全除去制御は上述のように極めて困難である。

エツチングがやや過少であればＴＰＴのオフ抵抗が十分
大きくならず、過大であればＴＰＴ動作そのものを消失
する。

次にａｓｉ：Ｈが良好な光導電性半導体であることに起
因する問題がある。第１図ａの構造で暗時に良好な○Ｎ
１０ＦＦ電流比（通常５桁以上）を示しても、外部から
半導体部に光が入射すると光励起電荷が発生し、ＯＦＦ
　抵抗を減少させる。この５　ページ 為半導体部への入射光を阻止する為、第２図のように、
更に絶縁膜１０を介して金属遮光膜１１を付設しなけれ
ばならなくなる。これは製造工程を複雑にし、かつ歩留
り低下の主原因ともなっている。

発明の目的 本発明は新規な構造を有する改良された半導体装置、特
に薄膜トランジスタ（ＴＰＴ）に関する。

本発明の第１の目的は製造が容易なＴＰＴを提供するも
のであり、第２の目的は外部光入射条件のもとでも正常
に動作する簡単な構造を有するＴＰＴを提供するもので
ある。更に他の目的は上記ＴＰＴを用いた画像表示装置
１画像読取装置等を提供することにある。

発明の構成 本発明の第１の特徴はＴＰＴの主要部である半導体材料
として非晶質炭化硅素５１１−ｘＣｘ（ｘ：組成）を用
いた点にあり、第２の特徴は組成（ｘ）が膜厚の方向に
依存して変化することであり、更に第３の特徴は組成（
ｘ）の異方るヘテロ接合を有する６′°−″ 点にある。

上記の材料・構造上の特徴をＴＰＴに与えることにより
、前記した従来例の問題点が解消された製造が容易で、
簡単な構造を有し、かつ特性の優れたＴＰＴを得るもの
である。

実施例の説明 以下実施例を用いて図面とともに本発明の詳細な説明す
る。

〔実施例１〕 第３図に第１の実施例を示す。本実施例の装置は以下の
ようにして製作された。先ずガラス等の基板１の１主面
上にＣｒを１ＱｏＯＡスパッタ蒸着し、ゲート２として
残すべき所望の部分を除いてエツチング除去する。次に
本基板をプラズマＣＶＤ装置中に設置し、これを所望の
温度に加熱後Ｓ　Ｉ　Ｈ４とＮＨ３を含むガスを導入し
てグロ放電分解を行ない窒化シリコン膜３を０．２μｍ
堆積し、−担プラズマＣＶＤ装置中のガスを置換後、改
めてＳ　Ｉ　Ｈ４とＣＨ４を所望の混合比で導入しこの
ガス中でのグロー放電分解により、ａ　８１１□ＣＸ：
Ｈ膜２１７ベー：′ を０．２μｍ堆積する。次いでガス置換後改めてＳｉＨ
４を導入しａｓｉ：Ｈ膜２２を５００人堆積後、ＳｉＨ
とＰＨ３を導入して燐が０．５　％ドープされたｎ＋ａ
ｓｉ：Ｈ層２３を５００人堆積した。次に上記工程で堆
積した半導体層の所望の領域を残し、他の部分をプラズ
マエッチにより除去する。（この段階では層２２．２３
の部分領域２２’、２３’は残っている）。

次にＡ℃を蒸着し、これをパターン出しして、ソース電
極６．ドレイン電極７を形成する。その後形成されたＡ
ｎ電極パターンを用いて、ｎ＋ａｓｉ：Ｈ及びａｓｉ：
Ｈの部分領域２３’、２２’を弗硝酸混合液により除去
すれば第３図の構造が完成する。

上記工程に於て特長的なことは、ａＳｉｌ−ｘＣｘ膜２
１が弗硝酸液に対し強い耐性をもつ故に、ａｓｉ膜２３
’、２２’とのエツチングの選択性が大きい点にある。

従って第１図すで例示しだように半導体層が除去されて
し甘うような不都合はなくなり、極めて選択性良くオー
ミック接触を確保する為の層２２’、２３’を除去でき
る。

上記本実施例で導入したｎ”ａｓｉ：Ｈ層２３は、ソー
ス６、ドレイン了電極と半導体層２１〜２３とのオーミ
ック接触を確保するだめのものであり、真性層２２は、
ｎ”ａＳｉ：Ｈの部分層２３′を除去した後、層２１の
表面にｎ彫工細物としてのＰが残存しない様十分に除去
する為に導入されている。

本実施例により製作したＴＰＴのドレイン電流より対ゲ
ート電圧ＶＤ特性を第４図曲線ａ、ｂに示す。曲線ａは
外部光が入射しない暗時の特性であり、曲線すは３ｏＯ
ｏＬｘの外光を照射した場合の特性であ、る。

又同図の曲線ｃ、ｄは前述の従来例の方法により製作し
たＴＦＴの暗時及び３ｏ○○Ｌｘ照射時の特性であり比
較の示したものである。

本実施性により製作されたＴＰＴは、従来例のものに比
べ外部光が入射しない場合（曲線ａ、ｃ）に於ても、Ｏ
ＦＦ　時（ＶＧ−０）の電流が小さく、０Ｎ１０ＦＦ電
流比がより犬きくとれる。更に外光３ｏｏｏＬｘ照射時
に於て従来例ではＯＦＦ　電流が１００ｎＡ程度に増加
するのに比べ、本実施例では９ページ ｐＡのオーダーである。外光入射時のＯＦＦ　電流を小
さく保持する為に、従来例では第１図ａの構造に加え遮
光手段を施す必要があるが、本実施例のＴＰＴでは第３
図の構造のままで外光入射時に於ても使用可能である。

〔実施例２〕 第３図に示す前実施例と同様の方法により、前実施例の
層２２を省略したＴＰＴを製作した。光照射時のＯＦＦ
　電流の増加を含め、電流、電圧特性の概略は前実施例
と実質上同程度であった。但し暗時のＯＦＦ　電流のバ
ラツキは前実施例に比べやや大きく、ＯＮ電流は前実施
例よりやや小さかった。

〔実施例３〕 実施例１と同様の製法により、第３図の非晶質炭化硅素
層２１の組成Ｘを変化させたＴＰＴを製作した。

従来例（組成ｘ−０）に比べ組成Ｘが１％で部分層２３
’、２２’の選択エツチングに明らかな優位性が認めら
れると共に、ＯＦＦ　時の光電流の低下１ｏページ も認められた。

一方Ｘが７０％を越えると、ＴＰＴをオンするに要する
ゲート電圧が高くなり実用性が低下する。

〔実施例４〕 第５図に第４の実施例の装置の断面図を示す。

第１の実施例と異る点は、窒化シリコン膜３を０．４μ
ｍ堆積後、Ｓ　Ｉ　Ｈ４のプラズマ分解によりａ−８ｔ
：Ｈ層２４を０．３１１ｍ堆積し、次いでＳ　Ｉ　Ｈ４
とＣＨ４の分解により炭化硅素層２６を５００人堆積し
た。その後の工程は実施例１と同様である。

本実施例に於ても炭化硅素層２５の存在のため、部分層
２３’、２２’の完全選択除去が非常に容易であり、第
１図すに例示するソース・ドレイン間の半導体層が消失
するような問題はなくなった。更に炭化硅素層２５は光
吸収性であるが、光電導性が小さいため、光照射時のＯ
ＦＦ　電流は従来例に比べ減少した。

以上の実施例で説明したＴＰＴの非晶質半導体ａＳｉ１
．．−ｘＣｘ中の炭素組成Ｘの分布を、絶縁体半導体界
面からの距離ｄの関数として第６図に示す。

１１　”−）’ 同図ａは実施例１の組成分布を示したものであり、０≦
ｄ≦ｄ１間は一定組成Ｘの炭化硅素層。

ｄｌくｄく６２間はｘ−ｏのａＳｉ：Ｈ７ｄ２くｄく６
３間はｎ＋ドープしたａｓｉ：Ｈ層である。実施例２の
ＴＰＴではｄｌくｄく６２間のａＳｉ：Ｈ層が省かれて
いる。

第６図すは実施例４のＴＰＴの組成分布を示す。

ｏくｄく８１間はａｓｉ：Ｈ層、ｄｌくｄく６２間はａ
　Ｓ　１１−ｘＣｘ層、ｄ２くｄく６３間はａＳｉ：Ｈ
層。

ｄ３くｄく６４間はｎ＋ドープしたａｓｉ：Ｈ層である
。

特に実施例として説明はしなかったが、第６図と同様の
座標系を用いて第７図に例示する濃度分布及びその他の
分布も本発明の思想の１実施形態として考えられる。

なお、以上説明した半導体層のうち、炭素を含有しない
非晶質シリコン層として、結晶化シリコンを用いても良
く、更に半導体中に含有される水素に代えハロゲン族が
用いられても良い。

発明の効果 以上実施例を用いて説明したように、非晶質炭化硅素層
をＴＰＴの半導体層に導入することにより下記の効果を
得た。第１にソース・ドレイン電極と半導体層とのオー
ミ、ツク接触を確保する為のｎドープ層のうち、ソース
・ドレイン両電極間の部分層の選択的完全除去が極めて
容易となシ、結果と１７でＴＰＴを多数（〉１Ｑ）集積
して使用する画像表示装置用ＴＰＴアレーの歩留りが飛
躍的に向上した。第２にＴＰＴとして残存すべきチャン
ネル部を光導電性の小さい非晶質炭化硅素層とすること
により、外部入射光の光伝導によるＯＦＦ電流の増加が
小さいＴＰＴを得た。更に第３に上記の結果として外部
入射光の条件下でも特別に遮光の手段を構することなく
、画像表示装置や画像読取装置用スイッチング素子とし
て十分な０Ｎ１０ＦＦ　電流比を有するＴＰＴを得るこ
とが可能となり、工程が極めて簡単で歩留りの向上した
ＴＰＴアレーを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは従来例のＴＰＴ断面を示す図、第１図すは同
ＴＰＴのチャンネル部の部分拡大図で半１３ページ 導体の消失の模様を模式的に示す図、第２図は外部光入
射を防ぐだめの遮光を施した従来例のＴＰＴ断面図、第
３図は本発明の第１の実施例のＴＰＴ断面図、第４図は
本発明の一実施例および遮光を施さない従来のＴＦＴの
暗時及び３ｏｏｏＬｘ照射時の静特性を示す図、第６図
は本発明の他の実施例のＴＰＴを示す断面図、第６図ａ
、ｂ、第７図ａ、ｂはゲート絶縁膜・半導体界面（ｄ＝
ｏ）より非晶質ａｓｉ１．−ｘＣｘの組成の分布の例を
示す図である。 １・・・基板、２・・・・ゲート電極、３・・・・・ゲ
ート絶縁膜、６．７・・・・・ソース・ドレイン電極、
２１・・・・・非晶質炭化硅素膜、２２・・・・・・ノ
ンドープａｓｉ：Ｈ層、２３−−　ｎ、”ドープａｓｉ
：Ｈ層、２２′。 ２３′・・・・ａｓｉ：Ｈの選択除去領域、２４・・・
・−ａｓｉ：Ｈ層、２５・・・非晶質炭化硅素層。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
１！Ｉ ｌ　７ 第６図 ｔθノ 第　７　図 ｒａ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）第１の電極と誘電体層を界して半導体層が存在し
   、該半導体層に実質上オーミック接触をなす第２．第３
   の電極を有し、前記半導体層が水素又はハロゲン族元素
   を含有する炭化硅素の層を有することを特徴とする半導
   体装置。 （２）炭化硅素層中の炭素含有量が硅素に対して１原子
   チ以上７０原子チ以下である事を特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の半導体装置。 （３）炭化硅素層中の炭素濃度が誘電体と半導体界面か
   らの距離によシ変化することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の半導体装置。 （４）誘電体と半導体界面から予め定められた一定膜厚
   の間、半導体層中の炭素濃度は実質上一定の組成を有し
   、更に前記界面からへだたるにつれて炭素組成が減少す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の半導体
   装置。 ２ぺ、ジ （６）第２．第３の電極と半導体層の界面近傍に低炭素
   濃度のｎ＋トド一層、ノンドープ真性層を有することを
   特徴とする特許請求の範囲第３または第４項記載の半導
   体装置。 （６）第２．第３の電極が半導体層と接していない半導
   体層内の低炭素濃度のｎ＋トド一層、ノンドープ真性層
   が除去されている事を特徴とする特許請求の範囲第３．
   第４または第６項記載の半導体装置０