JPS62152176A

JPS62152176A - 薄膜ダイオ−ド

Info

Publication number: JPS62152176A
Application number: JP60292341A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kobayashi; 浩志小林; Takuo Sato; 佐藤　拓生; Shinichi Nishi; 眞一西
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1985-12-26
Filing date: 1985-12-26
Publication date: 1987-07-07

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、液晶、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）、エ
レクトロクロミズム（ＥＣ）などの表示要素からなるマ
トリクス型表示装置において、前記表示要素を駆動する
ために用いられる薄膜ダイオードに関する。

〔技術の背景〕

液晶、ＥＬ、ＥＣなどの表示要素からなるマトリクス型
表示装置においては、解像度が高く＋１￥細な画像を得
るためには、高密度のマトリクス構成が必要とされる。

このような要請に答える技術として、近年においては、
各表示素子をスイッチング素子によって直接的に駆動す
る、いわゆるアクティブマトリクス表示が注目されてい
る。

このようなアクティブマトリクス表示において用いられ
るスイッチング素子としては、通常、７・す膜トランジ
スタなどの３端子素子あるいは薄膜ダイオード、バリス
タ、ＭＩＭなどの２端子素子より構成される能動素子が
用いられている。中でも、アモルファスシリコンを用い
た薄膜ダイオード（以下、ｒａ−３ｉ型薄膜ダイオード
」という）は、（１）素子の構成が簡易で微細なマトリ
クスｔ５造を有する表示装置を高い歩留まりで製造する
ことができること、（２）表示品質が良好なことなどか
ら有望視されている。かかる薄膜ダイオードをアクティ
ブマトリクス表示に用いた例としては、たとえば文１１
ｉＪＮ、５ｚｙｄｌｏｅｔ　ａｌ、、Ｊａｐ８ｎ　ｌ１
ｉｓｐｌａｙ’８３．Ｐｒｏｃ、ＩＤｌＩＣ，、Ｉ’４
１６〜４１８　（１９８３）において、ノヨソトキダイ
オードを直列かつ逆方向に接続したもの、特開昭５９−
５７２７３号公報において、ＰＩＮダイオードあるいは
ショットキダイオードを並列かつ逆方向に接続したもの
が開示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このよ−）なａ−３ｉ型薄膜ダイオードにおいては、通
常、アモルファスシリコンにおけるソリコン（Ｓｉ）の
未結合手（ダングリングボンド）に水素原子（Ｈ）を導
入して水素化アモルファスシリコンとすることにより、
未結合手によるキャリアのトラップを防止している。

しかし、水素化アモルファスシリコンを用いた薄膜ダイ
オードにおいては、水素化アモルファスシリコンを構成
するＳｉとＨとの結合力があまり大きくないため、半導
体層を３００℃以上の高温雰囲気下に置くと、半導体中
のＨが離脱して半導体層の特性が変化するだけでなく、
発生した水素ガスが半導体層と電極層との間に気泡状態
で存在することとなってダイオード特性が劣化するとい
う問題がある。このような問題点は、薄膜ダイオード素
子を作製した後に行われる窒化シリコン等の１色縁膜に
よる被覆処理において、特に顕著となる。

これは、絶縁膜による彼）Ｗ処理においては、処理され
る薄膜ダイオードが、通常、熱ＣＶＩ）（化学的気相成
長）法を用いた場合には８００°Ｃ以上、プラズマＣＶ
Ｄ　（化学的気相成長）法を用いた場合には３００℃以
上の高温度に加７ｐ−されることによる。

また、水素化アモルファスシリコンを用いた薄膜ダイオ
ードにおいては、各未結合手に対応してそれぞれＨが導
入されれば問題はないが、実際には必要以上のＨが半導
体中に含まれ、その一部はＳ　ｉ−Ｈ，（ｘ＝２．３）
のような鎖状結合を形成し、この鎖状結合の存在によっ
て禁制帯内に新たに局在準位が形成されて所定の特性の
７ｙＪ膜ダイオードを得ることができないという問題が
ある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述した水素化アモルファスシリコン
を用いた薄膜ダイオードにおける問題を解決し、耐熱性
が優れ、しかも局在準位の密度が小さく良好な特性を有
する薄膜ダイオードを提供！することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、第一電極層、半導体層および第二電極層
を順次積層して構成される薄膜ダイオードにおいて、前記半導体層が、フッ素を含有するアモルファスシリコ
ンよりなることを特徴とする薄膜ダイオードによって解
決される。

すなわち、本発明の薄膜ダイオードは、その半導体層を
構成するアモルファスシリコンのＳｉの未結合手に結合
する原子の一部に、ＨよりもＳｉうこ対する結合エネル
ギが大きいフッ素元素（Ｆ）を導入することにより、耐
地性の向上および局在〈Ｖ位審度の減少を図ることがで
き、電流−電圧特性、しきい値などの点で優れた特性を
有する。

本発明において、半導体層に含有されるＦは、オーノエ
電子分光分析あるいはＸ線光電子分光分析によるθり定
力２１での含有割合が０．１−１０％であることが好ま
しい。通常、ＦのほかにＨも併用されるが、Ｈの′＋導
体層における含有割合は、本発明の効果を十分に得るた
めには１０％以下とする必要がある。また、Ｆは半導体
層の全体において含有されることが好ましいが、これに
限らず半導体層の一部において含まれてもよい。

さらに、半導体層は、フッ素化水素化アモルファスシリ
コン（ａ−３ｉ：Ｈ：Ｆ）に限定されず、他の■族元素
を含む、ａ−３ｉＣ：Ｈ’：Ｆ、ａ　−３ｉＧｅ：Ｈ：
Ｆ、　　　ａ−３ｉＳｎ：Ｈ：Ｆ、　　　ａ　　−３ｉ
Ｐｂ：Ｈ：Ｆでもよく、また窒素元素を含むａ−５ｉＮ
：Ｈ：Ｆでもよい。

本発明においては、半導体層の構成は特に限定されず、
ショットキバリア型あるいはＰＩＮ型のいずれでもよい
。

本発明においては、′、π梅層を構成する材料は特に限
定されず、得ようとする薄＋１Ａダイオードの構成に応
して選択される。

たとえば、ショットキバリア型の薄膜ダイオードの場合
には、前記第一電極層および第二電極層のいずれか一方
の電極層を構成する材料は、半導体とオーミック接触が
可能な材料または半’、、ｎ体との界面において生ずる
障壁がもう一方の電極層と半導体との界面における障壁
より小さいものを用いることができ、このような材ｒ１
としては、たとえば、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（
Ａｆｆ）、マグネシウム（Ｍ［）、ニッケル（Ｎｉ）な
どを用いることができる。また、他方の電極層を構成す
る材料は、半導体層との界面において障壁を形成する材
料、たとえば、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム
（Ｐｄ）−タングステン（Ｗ）、ロジウム（Ｒｈ）、チ
タン（ＴＩ）、モリブデン（Ｍｏ）、イリジウム（Ｉ　
ｒ）などを用いることができる。

また、ＰＩＮ型の薄膜ダイオードにおいては、第一電極
層Ｅｌおよび第二電極層Ｅ２を構成する材料は、半導体
とオーミック接触が可能な材料を用いることができ、こ
のような材料としては、たとえば、クロム（Ｃｒ）、ア
ルミニウム（Ａ６）、モリブデン（Ｍｏ）、マグネシウ
ム（Ｍｇ）　、ニッケル（Ｎｉ＞などを用いることがで
きる。

本発明においては、各層の膜厚は特に限定されないが、
たとえば、第一電極層の膜厚は２００〜５０００人、半
導体層の膜厚は０．１〜５μｍ、第二電極層の膜ｊ７は
２００〜５０００人程度とされることが好ましい。

本発明の薄膜ダイオードは、たとえば、基（股上に第一
電極層、半導体層および第二電極層を順次形成したのち
、第二電極層、半導体層および第一電極層の順にホトリ
ソグラフィによってパターニングを行うことにより形成
することができる。なお、基板上に形成される層構成は
、上記積層順序と逆転した状態であってもよい。上記各
層は、通常のプラズマＣＶＤ　（化学的気相成長）法、
スパッタリング法、真空蒸着法などの薄８９．形成手段
を用いて形成することができる□ 本発明の薄膜ダイオードは、液晶、ＥＬ、ＥＣなどの表
示要素からなるマトリクス型表示装置に適用することが
できる。そして、表示要素として液晶を用いる場合には
、液晶の種類は特に制限されず、たとえば、ネマティッ
ク液晶、カイラルネマティック液晶、コレステリック液
晶、スメクテインク液晶、カイラルスメクテイノク液晶
その他公知のものを用いることができ、またこれらを組
合わせることもできる。また、液晶表示装置における表
示モードとしては、ツイストネマティック（ＴＮ）型モ
ード、ゲスト・ホスト（Ｇ　１１　）型モード、電圧制
御複屈折（ＥＣＢ）型モード、コレステリック−ネマテ
ィック型相転移モード、動的散乱（ＤＳ）型モードなど
のいずれのモードも用いることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら製
造工程に則して詳細に説明する。

実施例１第１図は、本実施例の薄膜ダイオードを示す説明用断面
図である。この薄膜ダイオードは、基板ｌ上に、第一電
極層Ｅｌ、Ｎ型土導体層ＳｌとＩユ１！手厚体層Ｓ２と
の２層構造を有する半導体層Ｓおよび第二電極層Ｅ２が
順次積層された構成を有し、第一電極層Ｅｌと半４体層
Ｓとの界面においてはオーミック接触が形成され、また
半導体層Ｓと第二電価層Ｅ２との界面においてはソヨノ
トキハリアが形成された構成とされている。かかるショ
ットキバリア型のＦＷ１２ダイオードは、たとえば以下
の工程によって製造される。

（イ）第一電極層Ｅｌの形成ガラス板、溶融石英板などからなる基板ｌ上に、真空蒸
着法によりクロムを１１２４１０００〜５０００人で成
膜して第一電極層Ｅｌを形成する。

（ロ）半導体［Ｓの形成上記第一電極層Ｅ１の上にプラズマＣＶＤにより、アモ
ルファスシリコンよりなる、膜１’！１０００〜４００
０人のＮ型半導体層Ｓ１と膜ｒ￥、２０００人〜１μｍ
のＩ型半導体層Ｓ２を形成する。半導体層Ｓの形成は、
たとえば、容量結合型プラズマｃｖＤ装置を用いて次の
条件下で行うことができる。

反応ガス：５ｉＦｎ　とＨ２とを９＝１の体積比で混合
したものをガス流５１１１００５ＣＣで供給（希釈ガス
としてＡｒ、Ｈｅなどを含んでいてもよい）ガス圧：１
Ｔｏｒｒ高周波型カニ５０ＷＷ）膜温度　：２５０　°Ｃなお、Ｎ型半導体層ＳＬは上記反応ガスにホスフィン（
ＰＨｆｆ）ガスを微”ｆｌ？ｎ合することにより形成す
ることができる。

（ハ）第二電極層巳２の形成上記半導体層Ｓの上にリフトオフ法によって第二電極層
Ｅ２のバターニングを行うためのレジスト膜を形成した
のち、真空蒸着法により白金を膜厚２００〜１０００人
で成膜して第二電極層Ｅ２を形成する。なお、レジスト
膜上に遺著された白金は、レジスト膜の除去により取り
除くことができる。

（ニ）半導体層Ｓおよび第−電極層Ｅ１のホトリソグラ
フィによるパターニング以上のようにして得られた薄膜ダイオードにおける半導
体層ＳのＦ含有割合は、約２％であった。

また、この薄膜グイオートについて耐性性を調べる［］
的で、ＩＪｎ色試験（８５℃で５０００時間放置）後に
号ける′１−衆−電圧得、￥性を求めた。その結果を第
２Ｍｏこおいて実キ♀で示す。これにより、本実施例Ｓ
こｂいて：よ、曲弘試験後においても、逆方向特性のし
きい値電圧（■い）値における電流の立ち上がりが急峻
であり、第二電極層Ｅ２との間に良好な障壁が形成され
、したがって地による劣化がほとんどないことが６″「
認された。

比較例１反応ガスとして５ｉＦ＝を含まないほかは、実施例１と
同様にして水素化アモルファスシリコンからなる薄膜ダ
イオードを形成した。この薄膜ダイオードについて実施
例１において述べたと同様に耐熱性を調べる目的で、加
熱試験（８５℃で５０００時間放置）後における電流−
電圧特性を求めた。

その結果を第２図において破線で示す。これにより、こ
の例においては、加熱試験前においては実施例１と同様
に良好な電流−電圧特性が得られたが（第２図の実線を
参照）、加熱試験後においては、逆方向特性のしきい値
電圧（Ｖい）値における電流の立ち七がりが緩慢であり
、第二電極層１三２との間に形成された障壁の劣化がみ
られた。また、ダイオードの相互間に特性のハラつきが
生しており、再現性が良くないことが確認された。

実施例２半導体層Ｓの製膜条件を以下のようにしたほかは、実施
例１と同様にして薄膜ダイオードを構成した。なお、そ
のａ成約構成は、実施例１と同様であるので、図示を省
略する。

反応ガス：ＳｉＦ４と５ｉＨａ　とを１：１の体積比で
混合したものをガス流量１１００５ｅｃで供給（希釈ガ
スとしてＡｒ、Ｈｅなどを含んでいてもよい）ガス圧：　０．３Ｔｏｒｒ高周波型カニｌＱＷ基板温度：２５０“Ｃなお、Ｎ型半導体層Ｓ１は上記反応ガスにホスウィンＨ
’＋（３）ガスを微■混合することにより形成すること
ができる。

以上のようＧこして得られた薄膜ダイオードにおける半
導体層ＳのＦ含有割合は、灼２．５％であった。

実施例３第３図は、本実施例の）Ｗ膜ダイオードを示す説明用断
面図である。この薄膜ダイオードは、基板１上に、第一
電極層Ｅｌ、Ｐ型半導型層導体層Ｓ３土導体層Ｓ２とＮ
型半導体層Ｓ１との３層構造を存する半導体層Ｓおよび
第二電極層Ｅ２が順次積層された構成を有するＰＩＮ型
の薄膜ダイオードである。かかるＰＩＮ型の薄膜ダイオ
ードは、たとえば以下の工程によって製造される。

（イ）第一電極層Ｅｌの形成ガラス仮、溶融石英板などからなる基板１上に、真空蒸
着法によりクロムを１１列７１０００〜５０００人で製
膜して第一電極層Ｅｌを形成する。

（ロ）半導体層Ｓの形成上記第一電極層Ｅｌの上にプラズマＣＶＤ法により、ア
モルファスシリコンよりなる、膜厚１０００〜４０００
人のＰ型半導体層Ｓ３と膜厚２０００人〜１μｍの■型
土導体層Ｓ２と膜厚１０００〜４０００人のＮ型半導体
層Ｓ１を形成する。半導体層Ｓは、たとえば、容量結合
型プラズマＣＶＤ装置を用いて次の条件下で形成するこ
とができる。

反応ガス圧５ｉＦｎ　とＨ２とを９：１の体積比で混合
したものをガス流１ｌ１００５ＣＣで供給（希釈ガスと
してＡｒ、Ｈｅなどを含んでいてもよい）ガス圧：１Ｔ
ｏｒｒ高周波型カニ５０Ｗ基板温度＋２５０’ｃなお、Ｎ型半導体層Ｓｌはリン等を用いてドーピングす
ることにより形成することができ、そのときのＰ１１３
のＳ　ｉ　Ｆ　４に対する体積比は、１：１０−’であ
る。また、Ｐ型土導体層Ｓ３は、ホウ素等を用いてドー
ピングすることにより形成することができ、そのとｌき
のＢ　２　ＩＩ　ｂのＳｉＦ４に対する体積比は、ｔ：
１ｏ−’である。

（ハ）第二電極層Ｅ２の形成上記半導体層Ｓの上にリフトオフ法によって第二電極層
Ｅ２のバターニングを行うためのレジスト膜を形成した
のち、真空蒸着法により白金を膜厚２００〜１０００人
で成ｊ１りして第二電極層Ｅ２を形成する。なお　レジ
スト１１り上に濱着された白金は、レジスト膜の除去に
より取り除くことができる。

（ニ）半導体層Ｓおよび第一電極層Ｅ　］のホトリソグ
ラフィによるパターニング以上のようにして得られた薄膜ダイオードにおける半導
体層ＳのＦ含有割合は、約２％であった。

以上本発明の実施例について述べたが、本発明はこれら
に限定されず、たとえば、基板１に対する層の積層順序
が逆転した構成であってもよい。

〔発明の効果〕

本発明の薄膜ダイオードによれば、半導体層にフッ素原
子を含有することにより、耐熱性が優れ、しかも局在率
位の密度が小さく良好な特性を有する薄膜ダイオードを
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例を示す説明用断面図、
第２図は、薄膜ダイオードの電流−電圧特性を示すグラ
フ、第３図は、本発明の第３の実施例を示す説明用断面
図である、 ■・・・基板　　　　　　　Ｅｌ・・第一電極層Ｓ・・
・半導体層　　　　　Ｓｌ・Ｎ型土Ｊｎ体層Ｓ２・・・
Ｉ型半導体層　　Ｓ３・・Ｐ型半導体層Ｅ２・・・第二
電極層条１図案２図

Claims

【特許請求の範囲】

１）第一電極層、半導体層および第二電極層を順次積層
して構成される薄膜ダイオードにおいて、前記半導体層
が、フッ素を含有するアモルファスシリコンよりなるこ
とを特徴とする薄膜ダイオード。