JPH02210882A - ホトトランジスタとその作製方法 - 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、スイッチング機能および増幅機能を有する光
センサ等に用いられるホトトランジスタおよびその作製
方法に関する。

〔従来の技術〕

従来のホトトランジスタはバイポーラトランジスタを基
本構造とするものであった。従がってべ。

−スに光が当る構造になっており、ベースへの少数キャ
リアの注入は光によって行われるものであった。また、
特願昭５７−２２０６４１には、太陽電池やホトダイオ
ード等半導体装置の素子形成において、透明電極として
ａ−８ｉ／金属界面反応層を用いることが示されている
。

〔発明が解決しようとする’ＩＡＭ３ ところで、上記従来のバイポーラトランジスタは光の利
用効率、指向性等の点で有効化を図ることが困難である
こと、また電解効果トランジスタへの展開をはかること
ができないなどの問題点を有していた。

この点を解決するために、特願昭６３−２４４１６７に
おいて、薄膜トランジスタ形のホトトランジスタが提案
されている。薄膜トランジスタは構造的に電解効果トラ
ンジスタであるため、入力インピーダンスが高い、電圧
制御形のデバイスであるなどの特徴を有しており、バイ
ポーラ型のものに比べ。

有利な点が多い、司かも製造方法が比較的簡単である。

しかしながら、上記従来例における薄膜形のホトトラン
ジスタは、ソース、ドレイン、ゲートの各電極が不透明
であり、ホトトランジスタのチャネル部のかなりの部分
がおおわれているため、光の利用率が低くなるという難
点を有していた。

本発明の目的は、上記ホトトランジスタにおける光の利
用効率を高め、高感度のホトトランジスタを提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明においては次のような
技術的手段を用いた。

まず入力インピーダンスが大きく、電圧制御型の電界効
果型ホトトランジスタを実現するために、薄膜トランジ
スタを用いた。また、製造方法を容易にするためにブレ
ーナ型の薄膜トランジスタとした。

さらに良好なホトトランジスタ特性を得るためにソース
電極とゲート電極間、ドレイン電極とゲート電極間のい
ずれかあるいは双方にギャップを設けた。また光の導入
を容易にし、光の利用効率を増大するためソース電極、
ドレイン電極およびゲート電極の少なくとも１個を透明
電極とした。

光センサであるためには不透明基板を用いることは制約
条件となるが１本発明においては簿膜トランジスタを用
いることにより透明基板すなわちガラス上へのホトトラ
ンジスタの形成を可能にした。

さらに光に対する感度を高めるために水素化非晶質シリ
コンを半導体層として用いている。水素化非晶質シリコ
ンは低温プロセスにより堆積可能な薄膜であり、長尺、
大面積のデバイスを作るのにとくに適した材料である。

プラズマＣＶＤ法に代表される製膜法はこの目的に特に
適した方法であり、ホトトランジスタの製造を簡略化す
るのに好適である。

〔作用〕

基板上に形成されたホトトランジスタはゲート電極、ゲ
ート絶縁膜、半魂体層、オーミックコンタクト層、ソー
ス電極、ドレイン電極からなる。

ゲート電極は半導体層にチャネルを形成する電圧制御型
電極として動作する。ゲート電極とオーバーラツプする
部分の半導体領域は基本的には光が入射しないので、９
ｉ気的スイツチ電極として動作する。

ソース電極とゲート電極間、ドレイン電極とゲート電極
間の間隙にある半導体層は光が照射する領域でホトキャ
リアが生成する。さらにソース電極およびドレイン電極
の透明電極を通しても光が入射し、ホトキャリアが生成
する。

ゲーｈｗ極、ソース電極、ドレイン電極をプレーナ状に
形成することにより、ホトトランジスタの製造方法を容
易にした。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図により説明する。

まず製造プロセスはつぎの通りである。基板１上にプラ
ズマＣＶＤ法により、半導体層としてのａ−５ｉ（水素
化非晶質シリコン）層２．ゲート絶縁膜の窒化シリコン
３をそれぞれ５００ｎｍ。

３００ｎｍの厚さに堆積する。堆積後ホトリソグラフィ
法により窒化シリコン３をパターニングし、この上にオ
ーミックコンタクト層であるｎ＋のａ−Ｓｉ層４および
ゲート電極となるＣｒＭをそれぞれプラズマＣＶＤ法お
よびスパッタ法にて堆積する。膜厚はそれぞれ３０ｎｍ
、２００ｎｍである。

Ｃｒ膜をパターニングしてゲート電極６を形成した後、
ＩＴＯをスパッタ法により堆積し、パターニングを行っ
てソース電極５、ドレイン電極７を形成する。これらの
電極５，６．７をマスクにしてｎ＋　７ｍ４を除去する
。これによりホトトランジスタが完成し、最後に保護膜
として窒化シリコン８を堆積し、コンタクトホールを形
成して全プロセスが完了する。

プラズマＣＶＤ法は真空容器中にモノシランＳｉＨ４を
ベースにしたガスを導入し、ＲＦパワーを印加すること
によりグロー放電によるプラズマを形成し、これにより
分解したＳｉおよび水素を基板上に堆積するものである
。この場合ａ　−８ｉ（ｉ層）が形成されるが、５ｉＨ
ａとともに窒素やアンモニアを導入すればＳｉＮが形成
される。またホスフィン（ＰＨａ）を導入すればｎ型不
純物である燐をドープしたａ−５ｉを形成することがで
きる。これらはゲート絶縁膜、保護膜およびオーミック
コンタクト層となる。なおｉ層およびｎ＋層のａ−８ｉ
を形成する場合、５ｉＨａに水素を加えて容器内に導入
することも有効である。

第１図に示したように本実施例においてはソース電極５
とゲート電極６．ドレイン電極７とゲート電極６の間に
間隙を有するようにパターニングを行う、ギャップ間隔
は５μｍである。トランジスタのＷ／Ｌは５００ｐｍ／
２０μｍである。すなわちゲート幅は１０μｍである。

上記のように作製したホトトランジスタを第２図のよう
にバイアスし、光をゲートな極６側から照射してその特
性を評価した。

第３図は５　＃　ＯＯＯＩｔ　ｘ　光照射時のドレイン
電圧とドレイン電流の関係を示したものである。ゲート
電極電位をソース電極電位と等電位もしくは負の電位と
したとき、ドレイン電流は低い水準に保持されるが、ゲ
ート電位を正にバイアスすると図に示したような良好な
飽和特性を持つドレイン電流が流れる。

第４図は同じくゲート電圧を一定値（Ｖｏ＝１０Ｖ）に
設定したときのドレイン電流の光電依存性を示したもの
である。また第５図は同じ＜ｓ、ｏｏ。

Ｑｘ照射下のドレイン電流とゲート電圧の関係を示した
ものである。暗時および光照射下のドレイン電流の比（
Ｉｐｈｏｔｏ／　Ｉｄａｒｋ）は６００であり、満足す
べき値となっている。

第６図は本発明の別の実施例を示したものである。

本実施例は第１図の実施例と類似であるが、透明電極と
その製作方法において異なる。ゲート絶縁膜である窒化
シリコン３をパターニング後、ａ−８ｉのｎ中層４をプ
ラズマＣＶＤ法により堆積し、ついでＣｒをスパッタ蒸
着法により堆積する。

この時、基板１は２００℃に熱しておく、これによりｎ
＋ａｓｉ４とＣｒの間に界面反応層１０が形成される。

この界面反応層１０は非晶質シリサイドと呼ぶべき層で
あって、極めて薄くこと（〜２ｎｍ）が特徴である。前
記した特願昭５７−２２０６４１に詳述されるように、
この界面層１０はその蒲さにも拘らず伝導性が高く、ま
たその薄さの故に光をよく透過する。したがって透明導
電膜として有用なものである。

本界面層１０はＣｒに限らずＭｏ、Ｗ、Ｔａ。

Ｔａ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、ＮｉおよびＣｕとイッた金属群
のなかの少なくとも一者を含有する金属であれば、同様
の結果を得ることができる。またこれら金属の堆積時に
基板を熱してもよく、常温近くで堆積後２００℃近傍の
温度で熱処理することによっても形成することが可能で
ある。このとき熱処理の雰囲気はとくに問わない、真空
、窒素。

空気等の雰囲気で行っても殆んど同じ結果が得られる。

界面層１０を形成した後、ソース電極５、ゲート電極６
．ドレイン電極７を分離して形成する。

このときＣｒ膜界面反応層、ｎ＋ａ−８ｉＪｉｌも分離
のためエッチオフする。ついで、ソース電極５、ドレイ
ン電極７を部分的に残し、Ｃｒを除去する。

これにより、界面反応層１０のゲート電極寄りの領域が
露出する。この層は透明電極として作用する。この構造
では、入射光はソース電極とゲート電極の間隙およびド
レイン電極７とゲート電極６の間隙に入ってホトキャリ
アを生成するばかりでなく、露出した界面層を通っても
入射して半導体層に達してホトキャリアを生成する。こ
れにより十分なキャリアの供給が行われ、良好な特性を
有するホトトランジスタを得ることができる。

本実施例の特徴はＩＴＯのようにプロセスに敏感な材料
を使うことなく、また簡単なプロセスでホトトランジス
タを作製することができる点である。

第７図は本発明のもう一つの実施例を示したもガラス基
板１の上にＣｒによる遮光膜１１を形成した後、絶縁膜
の窒化シリコン１２を堆積する。

この上にａ　−Ｓ　ｉの１層２、窒化シリコンのゲート
絶縁膜３を形成した後、バターニングを行う。

ａ−８ｉのｎ＋層４、Ｃｒを堆積後、Ｃｒのパターニン
グを行う、ゲート＠ｗ４６、ドレイン電極７がパターン
化されたＣｒにより影線される。ついで、Ｉ’１”Ｏを
スパッタ蒸着により形成し、透明なソース電極５を形成
する。更に、ソース電極５、ゲート電極６、ドレイン電
極７をマスクとして、ｎ＋ａ−８ｉ４をエツチングして
除去し、最後に保護膜８を堆積する。

以上により、基板側からの光の影響を極小化することが
でき、暗電流の水準を非常に低くすることができる。第
８図は本発明の別の実施例を示したものでありゲートと
ソースおよびゲートとドレインが半導体層を間に介在す
るようないわゆるスタガー型のトランジスタでゲート電
極６がＩＴＯで出来ており、ソース、ドレイン電極５，
７はＣｒで作られている。光は半導体層のほぼ全面に照
射され、光感度特性の良好なホトトランジスタが得られ
る。

以上本発明を実施例に即して述べて来たが、本発明はこ
れら実施例に限定されるものではない。

すなわち、半導体層は実施例で述べたａ−８ｉ以外にも
ａ−８ｉＣ，ａ−８ｉＧｅ等の非晶質材料、あるいはｔ
Ｕ−Ｖ族、１−ＩＶ族の化合物半導体であってもよい。

ゲート絶縁膜としては窒化シリコン以外にも、二酸化シ
リコン、Ｔ　ａ　ｚｏ　ｓ、　Ａ　Ｑ　ｔｏ　ｓ等の酸
化物であってもよく、これらを積層したもの、すなわち
Ｓ　ｉ　Ｎ／　Ｓ　ｉ　Ｏｘ、Ｔａｘｅｓ／　Ｓ　ｉ　
Ｎ、　Ａ１１ｚＯｓ／　Ｓ　ｉ　Ｎ等であってもよい、
またその製造方法もプラズマＣＶＤ法、スパッタ法等の
ドライプロセス、あるいは陽極化成に代表されるウェッ
トプロセスであってもよい。

また基板はガラス基板に限らず、不透明基板であっても
よい。

実施例においてはソース電極とゲート電極の間ツブがあ
る場合について述べたが、どちらかにオーバーラツプ部
があるホトトランジスタも可能である。

たとえば、ゲート電極とドレイン電極がオーバーラツプ
部を有し、ソース／ゲート間に間隙を有してもよい、も
ちろん、この場合ゲートとドレインの間は窒化シリコン
のような絶縁膜が介在している必要がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、薄膜トランジスタ型のホトトランジス
タを新しく提供することができる。

本発明においてはゲート、ソース、ドレイン電極のうち
少なくとも１ケを透明電極とすることにより光の利用率
を高め光感度の高いホトトランジスタを得ることができ
る。

また透明電極を用いることによりプレーナ型のホトトラ
ンジスタを作ることも比較的容易となる。

ａ　−Ｓ　ｉを半導体として用いることにより、光感度
が高く、Ｉ　ｏｎ　／　Ｉ　ｏｆｆ比およびＩ　ｐｈｏ
ｔｏ　／Ｉ　ｄａｒｋ比の高いホトトランジスタを提供
することができる。

透明電極に界面反応層を用いることにより製作が容易な
ホトトランジスタを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第６〜第８図は本発明の実施例のホトトラ
ンジスタの断面図、第２図は上記トランジスタへのバイ
アス印加例を示す回路図、第３〜第５図は第１図の実施
例のホトトランジスタの電流−電圧特性図である。 １・・・基板、２・・・半導体層、３・・・ゲート絶縁
膜、４・・・オーミックコンタクト、５・・・ソース電
極、６・・・ゲート電極、７・・・ドレイン電極、８・
・・保護膜、９・・・照射光、１０・・・界面反応層、
１１・・・遮光膜。 奉 早 力 Ｖｑ＜ｖ） 第　２ γ′ト 鞠 ＶｃＬ（Ｖ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、ゲート絶
   縁膜、半導体層を少なくとも有する薄膜トランジスタに
   おいて、ゲート電極とソース電極間およびゲート電極と
   ドレイン電極間のいずれかあるいは双方に重畳部分のな
   いように電極が配置され、かつソース電極、ドレイン電
   極、ゲート電極の内少なくともひとつが透明電極である
   ことを特徴とするホトトランジスタ。 ２、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極が同一平面
   上に形成されたことを特徴とする請求項１記載のホトト
   ランジスタ。 ３、半導体層が水素化非晶質シリコンからなることを特
   徴とする請求項１もしくは２記載のホトトランジスタ。 ４、透明電極がＩＴＯ（インジウム錫酸化物）であるこ
   とを特徴とする請求項１乃至３記載のホトトランジスタ
   。 ５、透明電極が金属と水素化非晶質シリコンとの界面反
   応層であることを特徴とする請求項３記載のホトトラン
   ジスタ。 ６、上記金属がＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｚｒ
   、Ｎｂ、Ｈｆ、ＮｉおよびＣｕ（７）群から選ばれた少
   なくとも一者を含有する金属であることを特徴とする請
   求項５記載のホトトランジスタ。 ７、非晶質シリコン上に請求項６記載の金属群の少なく
   とも一者を含有する金属を堆積して界面反応層を形成後
   、所定領域の金属を除去することによりソース電極ドレ
   イン電極、ゲート電極のうちの少なくともひとつを作成
   することを特徴とする請求項３もしくは５もしくは６記
   載のホトトランジスタの作製方法。