JPS6381860A

JPS6381860A - Ｔｆｔ装置

Info

Publication number: JPS6381860A
Application number: JP22743086A
Authority: JP
Inventors: Satoru Itabashi; 板橋　哲; Masaki Fukaya; 深谷　正樹; Toshiyuki Komatsu; 利行小松; Yoshiyuki Osada; 芳幸長田; Ihachirou Gofuku; 伊八郎五福
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-09-25
Filing date: 1986-09-25
Publication date: 1988-04-12

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］検装置における光センサを駆動するための駆動装置に用
いて好適なＴＦＴ装置に係る。

［従来技術］従来、ＴＦＴ装置としては次の技術が先行技術として提
案されている。

すなわち、第４図に示すＴＦＴ装置（特願昭６１−１４
４９９０及び特願昭６１−１５３２８１、以下この技術
を先行例という、なお、この技術は公知ではない）であ
る。

この技術は、本出願人によって提案されたものである。

第４図は本出願人によって既に提案されているＴＦＴ装
置の概略を説明するための基本構成図である。

第４図において、透明又は不透明の絶縁基板１上には、
透明又は不透明の導電像がパターニングされてゲート電
極５が形成され、さらに、ＳｉＯｘやＳｉＮｘ等の絶縁
１１３６がスパッタリング法やグロー放電法等によって
形成されている。

絶縁膜６上には、Ｃｄ５−３ｓやａ−Ｓｉ：Ｈ（水素化
アモルファスシリコン）等の半導体層２、ドーピング半
導体層３．３’、主電極４゜４′　（ここではドレイン
電極４及びソース電極４′とする。）が各々形成されて
いる。

［発明が解決しようとする問題点］しかし、上記先行技術には次に述べるような問題点があ
る。

すなわち、第４図に示すＴＦＴ装首においては、 ■ゲート絶縁膜と半導体層との界面近傍に多量のトラッ
プが存在するため、ここに徐々にキャリアが捕獲される
。その結果、しきい値電圧Ｖｌの移動が生じ、ドレイン
電流の経時変化がひき起こされるという問題点がある。

■界面の影響（イオン、やトラップ）を受けやすく、ま
た、界面近傍の半導体層の安定性・再現性が乏しい。

［問題点を解決するための手段］上記問題点は、絶縁基板と、該絶縁基板上に形成された
半導体層と、該半導体層上に形成された一対の相対向す
る主電極と、Ｍ！２縁膜を介して該半導体層に形成され
たゲート電極とを有するＴＦＴ装置において、第Ｖ族に
属する原Ｔの少なくとも１種が不純物としてドープされ
ている領域が、該半導体層の、該半導体層と該絶縁膜と
の界面近傍に形成されていることを特徴とするＴＦＴ装
置によって解決される。

絶縁基板としては、たとえばガラス、セラミクス等を使
用すればよい、また、透明な絶縁基板を使用しても不透
明な絶縁基板を使用してもよい。

絶縁基板上に形成された半導体層の材料としては、水素
化アモルファスシリコが良好に実施される。また、Ｃｄ
５−５ｅや通常知られる半導体材料によっても同等の効
果を発揮しうろことは明白である。

該半導体層上に対応して形成された一対の主電極と、該
半導体層と絶縁膜を介して形成されるゲート電極の位置
関係としては、第３図ＣＤ）に示す型、いわゆる下ゲー
トコプレナー型、上ゲートコプレナー型あるいは下ゲー
トスタガー型とすることができる。

第Ｖ症に属する原子としては、主としてＶ（ｂ）に属す
る原子が用いられる。たとえば、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、
Ｂｉである。

また、これらの原子は１種でもよく、２種以上を併有し
てもよい。

不純物のドープ領域は、半導体層と絶縁膜との界面から
１００ＯＡまでとし、該領域における不純物濃度は、０
．１〜１１０００ｐＰで、かつ、半導体層に不可避的に
混入するｖ　（ｂ）族に属する原子の不純物濃度より高
くすることが好ましい。

不純物は、ドープ領域に均一に分布せしめてもよいし、
不均一に分布せしめてもよい、半導体層と該絶縁基板と
の界面の濃度をＯとし、この界面から一定の濃度勾配を
もたせてドープせしめてもよい。

また逆に、膜厚方向に傾斜を持たせ、ゲート絶縁膜近傍
の不純物濃度を多くし、絶縁膜から離れるに従って不純
物を下げた構成も考えられる。この構成では絶縁膜近傍
でのｎ型半導体のバンドはより急激に絶縁膜に向かって
深く曲げることができる。

なお、主電極には、Ａｎ、Ｃｒ等の導電性の全屈を用い
ればよい。その形成手段も例えばスパッタ法等の常用手
段によればよい。

また、不純物のドーピング手段としては、Ｓ　ｉ　Ｈ４
ガスからのグロー放電分解法の場合、ＰＨ３、Ｎ２　　
、ＮＨ３、ＡｓＨ３ガス等を混合してドープする等、通
常知られるもろもろの手段を用いることができる。

［作用］まず、ドーピングによってゲート絶縁膜の近傍をｎ型化
した場合の作用について図面を用いて説明する。

第１図はＴＦＴ装置における半導体層１３のバンド状ｆ
Ｅｊを示すモデル図である。

第１図（Ａ）は、先行例の場合すなわち、半導体層１３
に１層のみのａ−３ｉ’ｌａ導体層を用いた場合である
。

半導体層１３のゲート絶縁膜１２近傍をドーピングによ
りｎ型化することにより第１図（Ｂ）に示すように、絶
縁膜１２近傍の半導体層１３のバンドは、絶縁膜１２か
らある厚さのところをピークに絶縁膜１２に近ずくにつ
れ下がっていく。

そして本発明においては、上記界面近傍の深いトラップ
は、半導体ｆｉ１６のフェルミ準位の位置を適当に選ぶ
ことにより実効的に不活性化することができる。

以下により詳細に説明する。

ノンドープの場合（先行例の場合）においては、第１図（ａ）（Ａ）に示すように、ゲート絶縁膜１２と
半導体層１３の界面近傍のアクセプタ型のトラップ４０
は、ゲート電極１１へのバイアス電圧が零電圧（Ｖｃ＝
Ｏ）のとき、フェルミ準位（ＥＦ　）よりわずかに上位
のエネルギーレベルに位置する。

また、第１図（ｂ）ＣＢ）に示すように、ゲート電極１
１へ正のバイアス電圧を印加（ＶＧ　＞Ｏ）すると、界
面近傍のトラップ４０はフェルミ僧位の下位へ移動する
ため、上記トラップ４０は、比較的緩慢に電子を捕獲し
、負に帯電する。

このため、ＴＦＴのドレイン電流の経時的な減少を生ず
る。

一方、半導体層１３にｎ型のドーパントを微量に混入し
た場合（本発明の実施例の場合）においては、第１図（ｂ）（Ｂ）に示すように、ゲート電極１１への
バイアス電圧が零電位（Ｖｃ＝Ｏ）のときにも、トラッ
プ４０はフェルミ準位より下位のエネルギーレベルに位
置する。

また、第１図（ａ）（Ｂ）に示すように、ゲート電極１
１へ正のバイアス電圧を印加（Ｖｃ　＝Ｏ）しても、上
記位置関係は変化しない。

このため、ゲート電極１１へ正のバイアスを印加しても
ＴＦＴ装首のドレイン電流の経時的な減少は小さく抑え
ることができる。

図中、トラップレベルの斜線は、電子によるトラップさ
れている状態を示している。

ノンドープの場合（先行例の場合）にはゲートバイアス
正（ＴＦＴのＯＮの状態）へ変化したとき、アクセプタ
レベルへ電子がトラップする状態へ変化し、本発明では
、ゲートバイアス正へ変化したときにもＯ〜負のゲート
バイアス時にも電子がトラップされた状態のままであり
、変化を生じない。

［発明の実施例］以下本発明の実施例について説明する。

（第１実施例）第３図は本発明の実施例に係るＴＦＴ装置を作成する工
程を説明するための断面図である。

まず、両面研宕済みのガラス基板１０１　（コーニング
社製＃７０５９）に中性洗剤を用いて洗浄を施す。

次に、スパッタ法でＡ１１０２をＯ，ｌｐｍ厚に堆積さ
せ、ポジ型フォトレジス）　（ＯＦＰＲ−８００東京応
化工業性）を用いて所望の形状にフォトレジストパター
ンを形成した後、リン酩（８５％水溶液）、硝酸（６０
％水溶液）、酢酸及び水を１６：１：２：１の容積比で
混合した液（以下ｒＡｌ用エツチング液」という。）で
エツチングし、制御電極としてゲート電極を形成した。

フォトレジスト剥離後、容量結合型のグロー放電分塊装
置内にガラス基板をセットし、１×１０−６Ｔｏ　ｒ　
ｒｒｙ）排気真空下で２００°Ｃに維持した。

次に該装置内に水素希釈ｌＯり６ｓｉＨａガス（小松電
子製）を１０１００５ｅ、９９．９９９％のＮ　Ｈ３ガ
スを１０１００５ｅの流量で流入させ、ガス厚を０．４
Ｔｏｒｒに設定した後、１３．５６ＭＨ２（７）高周波
電源を用い、ＲＦ（Ｒａｄｉ　ｏ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
）放電パワー１００Ｗで６０分間グロー放電を行ない、
３０００ＡのＳｉＮｘ：Ｈ層１０３を形成した。

続いて、１０％５ｉＨｎ（Ｈ２ベース）３００ｓｅｃｍ
と、１０　ｐ　ｐｍＰＨ３（Ｈ２ベース）１．５ｓｅｃ
ｍ（Ｈ２ベース）を混合させ、ガス厚０．３ＴＯｒｒ（
７）条件でＲＦ放電パワー１５０Ｗで１５分間グロー放
電を行ない、ｎを水素化アモルファス半導体層１４（膜
厚５００Ａ）を形成した後、ｌ　Ｏｐ　ｐｍＰＨ：ｉの
ガスをとめ、ｌＯ％Ｓ　ｉ　Ｈ４（Ｈ２ベース）３００
ｓｅｃｍのみを流し、ｉ型ａ−５ｉ：Ｈ＄導体層１０５
を厚、乍４０００Ａで形成した。

次に、１０％５ｆＨｎ（Ｈ２ベース）ＺｏｏｓＣＣｍ、
１００ｐ１００ｐｐ　（Ｈ２ベース）４５０ｓｅｃｍ、
ガス圧０．５Ｔｏｒｒの条件でＲＦ放７Ｔｉパワー５０
０Ｗで４０分間グロー放電を行ない、オーミックコンタ
クト層のｎ゛層（膜厚１０００Ａ）１０６を形成した。

次に、スパッタ法により、Ｃｒ（膜厚５００（Ａ））、
ポジ型フォトレジストを用いて所望の形状にフォトレジ
ストパターンを形成し、硝酸第２セリウムアンモニウム
及び過塩素酸の混合水液（Ｃｒ用エッヂング液）でＣｒ
を、Ａｌ用エッチンダ液でＡｌをそれぞれエツチングし
て主電極４．４゛を形成した（第３図（Ｂ）”）。

主電極４．４′をマスクにしてフッ醜（５９％水溶液）
、硝酸（７０％水溶液）、酢酩を２：１０：８８の容積
比で混合した液にヨウ素を過飽和溶解させた溶液でｎ゛
層を選択的にエツチングして除去し、フォトレジストを
剥離した。

フォトレジストパターンを形成し、リアクティブイオン
エツチング装置（ＲＩ　Ｅ）を用いて不要な部分のａ−
３ｉ及びＳｉＮ、：Ｈ層を除去し、素子間の分離を行な
った（第３図（Ｃ）。

しかる後に電極の取り出し部具外のところにシリコーン
樹脂を塗付し、パッシベーション材とした。この時にｎ
型ａ−５ｉ領域中におけるリンのｅ度をＳＸＭＳで調べ
たところ５ｐｐｍであった。

このようにして作成したＴＦＴ装置について、ドレイン
電流の経時変化を調べた。その結果を第２図に示す。

第２図は、半導体層１３のフェルミ憎位の位置が伝導帯
に近づく程、ドレイン電流の経時変化が小さくなること
を示している。

このことより、本出願に係るＴＦＴ装養は、上記駆動装
置の駆動時における経時変化を小さく抑える効果を有す
るものである。

また、駆動装ととしての各種特性を調べたところ、その
特性は均一であり、かつ、再現性が良好であった・（実施例２）実施例１に示したｎ型ａ−３ｔ領域とｉ型ａ−Ｓｉ層の
作成方法を用いてＴＦＴ装置を作成した。

ただ、具体的条件は次の条件に従った。

まず、１０％５ｉＨａ（Ｈｚ　ベース）３００ｓＣＣｍ
と１０ｐｐｍＰＨａ　　（Ｈ２ベース）５ｓｅｃｍを混
合させ（ＰＨ３／ＳｉＨ４＝１．７ｐｐｍ）、圧力・パ
ワー共に実施例１と同じ条件とし、ＰＨ３のフローメー
ターを徐々に絞りながら、１５分後に流；１：がＯｓｃ
ｃｍになる様にしてｎ型ａ−Ｓｉ層を５００人形成した
。

次に、ｉ型ａ−３ｉ層を、実施例１と同じ条件で２時間
放電しＴＦＴ装訝を作成した。

以上のようにして作成したＴＦＴ装首につき実施例１と
同様にドレイン電流の経時変化を調べたところ、実施例
１と同様の結果が得られ、先行例より優れていた。

また、均一かつ再現性よく駆動特性を発揮した。

なお、実施例１と同様にｎ型ａ−３ｉ層中に含まれる不
純物濃度を調べたところ、その濃度は５ＰＰｍであった
。

（実施例３）ｎ型ａ−３ｉ層のドーピングガスにＮをドーパントとし
てｎ型ａ−５ｉ層を形成し、実施例１と同様の工程でｎ
型ａ−３ｔ膜を形成した。

水素希釈１０％ＳｉＳｉＨ４３００ｓｃに対し、水素希
釈１００１０００ｐｐ　を６０ｓｅｃｍ流し、ガスの流
量比Ｎ２　／Ｓ　ｉＨ４＝２０００ｐｐｍとして、やは
り１５分放電し５００Ａのｎ型ａ−３ｉを形成した。

その後のｉ層以下の形成方法は実施例１と同じである。

Ｎ２はＰ　Ｈ３に比べ分解効率が悪く、この時に、膜中
に取り込まれたＮ量は１１００ｐｐであった・以上のようにして作成したＴＦＴ装置につき実施例１と
同様にドレイン電流の経時変化を調べたところ、実施例
１と同様の結果が得られ、先行例より優れていた。

また、Ｎ２の分解効率がＰＨ３に比べ低いことは、逆に
、不純物濃度の微調整がしやすいという利点がある。

また、均一かつ再現性よく駆動特性を発揮した。

［発明の効果］本発明によれば次の効果が得られる。

■しきい値の変化が少なく、ドレイン電流の経時変化が
起こらない。

■ｎドープ領域はフェルミ制御を容易ならしめることが
できＶｔｈの制御が可能となり、均一性・再現性を向上
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＴＦＴ装置における半導体層１３のバンド状態
を示すモデル図である。第２図は第１実施例に係るＴＦ
Ｔ装置におけるドレイン電流の経時変化を示すグラフで
ある。第３図は第１実施例に係るＴＦＴ装着の製造過程
を示すための断面図である。第４図は先行例に係るＴＦ
Ｔ装置を示す断面図である。１・・絶縁基板、２・・半導体層、３，３′・・ドーピ
ング半導体層、４，４゛・・電極、５・・ゲート電極、
６・・絶縁膜、７・・直流電源、８・・可変直流電源、
ｌｌ・・ゲート電極、１２・・ゲート絶縁膜、１３・・
半導体層、１４゜１５・・ｎ型高密度不純物層、１６・
・ｎ領域、４０・・トラップ、１０１・・ガラス基板、
１０２・・ゲート電極（Ａ立）、１０３・φ絶縁膜、１
０４Ｑｅｎ型半導体領域、１０５・・ｉ型半導体層、１
０６・・オーミツクコタクト層、１０７・・主電極。第１図（ａ）第２図時間（分）第３図

Claims

【特許請求の範囲】１　絶縁基板と、該絶縁基板上に形成された半導体層と
、該半導体層上に形成された一対の相対向する主電極と
、絶縁膜を介して該半導体層に形成されたゲート電極と
を有するＴＦＴ装置において、第Ｖ族に属する原子の少
なくとも１種が不純物としてドープされている領域が、
該半導体層の、該半導体層と該絶縁膜との界面近傍に形
成されていることを特徴とするＴＦＴ装置。２　上記Ｖ族の不純物濃度の分布が膜厚方向に傾斜を持
っていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
ＴＦＴ装置。３　半導体層が水素化アモルファスシリコンである特許
請求の範囲第１項又は第２項記載のＴＦＴ装置。