(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非単結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタのソース領域とドレイン領域の間に光照射される活性層を形成した薄膜フォトトランジスタにおいて、
前記活性層の側部に入射光を反射する反射体を有し、
前記活性層の、基板と反対方向に光反射性のゲート電極を有し、
前記光反射性のゲート電極の、前記活性層側に凹凸部が構成されていることを特徴とする薄膜フォトトランジスタ。
【請求項２】
前記凹凸部が、球面状態であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜フォトトランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は薄膜フォトトランジスタに係り、特に階調づけの出力が得ることが可能な、高感度の薄膜フォトトランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜フォトトランジスタの出力に対して階調づけを行う場合、高感度のものを使用することが必要となる。そして高感度の薄膜フォトトランジスタを得るためには、センサ部の光感度を上げることが、例えば、ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＥＬＥＣＴＲＯＮ  ＤＥＶＩＣＥＳ，Ｖｏｌ．ＥＤ−３２，Ｎｏ．８，ＡＵＧＵＳＴ  １９８５「Ｈｉｇｈ−Ｇａｉｎ  Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ  ｉｎ  Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ  Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｆｒｏｍ  Ｌａｓｅｒ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｄ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｆｕｓｅｄ  Ｓｉｌｉｃａ」に記載されている。
【０００３】
この文献に記載されたものは、ソース領域とドレイン領域間のチャネル領域を、ｐ領域の上にｎ領域を形成した２層構成とすることにより、入力光により発生した電子−ホール対の電子がｎ領域に存在するようにすることにより、再結合を防止し、高感度化したものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のものは、チャネル領域をｐ領域の上にｎ領域を設けた２層構成にすることが必要であるが、このようにｐ領域の上にｎ領域を良好に作成することが非常に困難であった。
【０００５】
従って、本発明の目的は、このような問題点を改善するため、チャネル領域を２層構成とすることなく、光感度をあげた薄膜フォトトランジスタを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明では、非単結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタのソース領域とドレイン領域の間に光照射される活性層を形成した薄膜フォトトランジスタにおいて、前記活性層の側部に入射光を反射する反射体を有し、前記活性層の、基板と反対方向に光反射性のゲート電極を有し、前記光反射性のゲート電極の、前記活性層側に凹凸部が構成されていることを特徴とする。
【０００７】
【作用】
これにより種々の方向から入射される入射光を効率的に活性層に集めることができるので、階調づけの出力を得ることが可能な光感度の大きな薄膜フォトトランジスタを得ることができる。
【０００８】
更に、種々の方向から入射される入射光を更に効率的に活性層に集めることができるので、光感度の更に大きな薄膜フォトトランジスタを得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
Ａ．第１参考例の説明
本発明の第１参考例を図１、図２及び図３に基づき説明する。
【００１０】
(1) 透明基板１として、例えばコーニング社製７０５９（商品名）ガラスを用い、この上に反射率のよいＷシリサイドをスパッタ法により約３０００Åの厚さに形成する。それからこれをパターニングして反射体２、２を透明基板１上に形成する（図２（Ａ）参照）。
【００１１】
(2) この上に、ＳｉＯ2 層３をＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）法により約１０００Å形成する（図２（Ｂ）参照）。
【００１２】
このときの成膜条件は以下の通りである。
【００１３】
ＴＥＯＳガス          ５０ＳＣＣＭ
温度                  ７００℃
圧力                  ０．５Ｔｏｒｒ
(3) 次に前記（２）により成膜したＳｉＯ2 層３上に活性シリコン層４を約１５００Å成膜し、パターニングする（図２（Ｃ）参照）。
【００１４】
このときの成膜条件は以下の通りである。
【００１５】
Ｓｉ2 Ｈ6             １００ＳＣＣＭ
Ｈｅ                  ５００ＳＣＣＭ
ＴＥＭＰ              ４５０℃
Ｐｒｅｓｓ            ０．５Ｔｏｒｒ
この成膜した非晶質シリコン層に対して、エキシマレーザアニール（例えばＫｒＦ）を施し、結晶化させた非単結晶シリコン膜よりなる活性シリコン層４を得る。
【００１６】
アニール工程の条件は以下の通りである。
【００１７】
基板温度              ３００〜４５０℃
パワー                ２５０〜４５０ｍＪ／ｃｍ2 
波長                  ２４８ｎｍ
パルス幅              ３０ｎｓｅｃ
(4) 前記（３）においてアニール工程を施した結晶化させた非単結晶の活性シリコン層４上にゲート絶縁膜となるＳｉＯ2 膜５をプラズマＣＶＤ法により、約１０００Åの厚さに成膜する（図２（Ｄ）参照）。
【００１８】
成膜条件は以下の通りである。
【００１９】
ＴＥＯＳガス          ５〜５０ＳＣＣＭ
Ｏ2 ガス              ５００ＳＣＣＭ
ＴＥＭＰ              ３００〜６００℃
Ｐｏｗｅｒ            ５０〜２００（Ｗ）
圧力                  ０．１〜０．５Ｔｏｒｒ
(5) 次に前記ゲート絶縁膜となるＳｉＯ2 膜５上のゲート電極位置に反射率のよいＷシリサイドを約２０００Å形成し、パターニングを行って、ゲート電極６を形成する（図３（Ａ）参照）。
【００２０】
(6) それからゲート電極６をマスクとして、イオンドーピング法により、ソース領域４−１、ドレイン領域４−２となる領域に、例えばＰを打ち込み、ドープする。なお、ＰをドープするときはＮｃｈを形成する場合であり、Ｐｃｈを形成する場合には、例えばＢを打ち込む（図３（Ｂ）参照）。
【００２１】
そして例えばＮ2 雰囲気中で５５０℃で５時間加熱しドーパントの活性化を行う。
【００２２】
更に、水素雰囲気中で４００℃で３０分加熱して水素化を行い、半導体層の欠陥準位を減少させる。
【００２３】
(7) この上に、ＴＥＯＳ法により層間膜７となるＳｉＯ2 膜を８０００Å形成する（図３（Ｃ）参照）。
【００２４】
成膜条件は以下の通りである。
【００２５】
ＴＥＯＳガス            １０〜５０ＳＣＣＭ
Ｏ2 ガス                ５００ＳＣＣＭ
ＴＥＭＰ                ４００℃
Ｐｏｗｅｒ              ５０〜３００Ｗ
なお層間膜７としてはＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）を使用することもできる。
【００２６】
(8) それからこの層間膜７にコンタクトホ−ルを開け、電極用のＡｌを蒸着し、パターニングして電極８を形成し、配線を行い、薄膜フォトトランジスタを得る（図３（Ｄ）参照）。
【００２７】
第１参考例によれば、図１に示す如く、透明基板１に対して斜行方向からの入射光Ｌ0 、Ｌ1 、Ｌ2 が、反射率の高い物質で構成された反射体２やゲート電極６に反射されて、非単結晶の活性シリコン層４に入射される。従って図示省略した原稿部からの光を有効にこのセンサ部分である活性シリコン層４に取り込むことができるので、その光感度を後述する図８に示す如く、約５倍にも上げることができた。
【００２８】
Ｂ．第２参考例の説明
本発明の第２参考例を図４により説明する。前記第１参考例では、原稿からの入射光はいずれも下から、つまり透明基板側から入射していたが、第２参考例では、入射光は上側、つまりゲート電極側から入射されるように構成されている。そのため、ゲート電極としてはＩＴＯの如き透明電極２６を使用する。そして基板２０上には反射率のよいメタル、又はそのシリサイド、例えばＷシリサイドで反射体２、２及び約１０００Åの厚さの反射層１１を構成する。
【００２９】
これら反射体２、２及び反射層１１は、基板２０上に約３０００Åの厚さにスパッタ法により形成したあと、これからパターニングすることにより得られる。
【００３０】
なお図４において、３はＳｉＯ2 層、４は結晶化された非単結晶の活性シリコン層、４−１はソース領域、４−２はドレイン領域、５はＳｉＯ2 のゲート酸化膜、７は同じくＳｉＯ2 の層間膜、８は電極である。この電極８は、初め約２０００ÅのＣｒを蒸着したあとその上に約５０００ÅのＡｌを蒸着したのち、パターニングされることにより配線することができる。
【００３１】
透明電極２６で構成されるゲート電極側から入射される光のうち、入射光Ｌ20の如く、この薄膜フォトトランジスタに対して略垂直に入射されるものはそのまま活性シリコン層４に達する。また入射光Ｌ21、Ｌ22の如き、低い入射角度の入射光は、反射体２、２に反射されたあと反射層１１に反射されたのち活性シリコン層４に達する。
【００３２】
このように、第２参考例では広い範囲の入射光を有効にセンサ部である活性シリコン層に取り込むので光センサの感度をこれまた約５倍位あげることができた。
【００３３】
第２参考例における透明電極もＩＴＯに限定されるものではなく、他の透明導電体のものを使用することができる。
【００３４】
本発明の実施例の説明
本発明の一実施例を図５乃至図７に基づき説明する。図５及び図６は本発明の一実施例の製造工程説明図であり、図７はその動作説明図である。
【００３５】
(1) 透明基板１０として耐熱ガラスを用い、この上に反射率のよいＷシリサイドをスパッタ法により約３０００Åの厚さに形成する。それからこれをパターニングして反射体２、２を透明基板１０上に形成する（図５（Ａ）参照）。
【００３６】
(2) この上にＳｉＯ2 層３をＴＥＯＳ法により約１０００Å形成する（図５（Ｂ）参照）。
【００３７】
このときの成膜条件は以下の通りである。
【００３８】
ＴＥＯＳガス        ５０ＳＣＣＭ
温度                ７００℃
圧力                ０．５Ｔｏｒｒ
(3) 次に前記(2) により成膜したＳｉＯ2 層３上に活性シリコン層４になる非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）膜を約１５００Å成膜し、パターニングする（図５（Ｃ）参照）。
【００３９】
このときの成膜条件は以下の通りである。
【００４０】
Ｓｉ2 Ｈ6           １００ＳＣＣＭ
Ｈｅ                ５００ＳＣＣＭ
ＴＥＭＰ            ４５０℃
Ｐｒｅｓｓ          ０．５Ｔｏｒｒ
それから前記成膜した非晶質シリコン膜に対して、アニール工程を施して結晶化させた非単結晶Ｓｉ膜を得て、これを活性シリコン層４とする。
【００４１】
このときのアニール条件は以下の通りである。
【００４２】
Ｎ2 雰囲気
ＴＥＭＰ            ５００℃〜６５０℃
処理時間            ８〜４８ｈｒ
(4) 前記活性シリコン層４を含む透明基板１０を熱酸化させて、活性シリコン層４の上に約１０００Åのゲート酸化膜５を形成する（図５（Ｄ）参照）。
【００４３】
ゲート酸化膜５の成膜条件は以下の通りである。
【００４４】
Ｏ2                 ５ＳＬＭ
ＴＥＭＰ            １０００℃
処理時間            ３ｈｒ
なおこの工程は、約１０００Åのゲート酸化膜５を得るためだけではなく、この熱処理により前記活性シリコン層４のアニールをも兼用している。このアニールにより薄膜フォトトランジスタとしての特性を向上させることができる。
【００４５】
(5) 次にゲート酸化膜５上に凹凸部をエッチングにより形成し、この上に反射率のよいＷシリサイドを約２０００Å形成し、パターニングを行って、ゲート電極１６を形成する（図６（Ａ）参照）。
【００４６】
(6) それからゲート電極１６をマスクとして、イオンドーピング法により、ソース領域４−１、ドレイン領域４−２となる領域に、例えばＰを打ち込み、ドープする。なおＰをドープするときはＮｃｈを形成する場合でありＰｃｈを形成する場合には、例えばＢを打ち込む（図６（Ｂ）参照）。
【００４７】
そして例えばＮ2 雰囲気で５５０℃で５時間加熱し、ドーパントの活性化を行う。
【００４８】
更に、水素雰囲気中で４００℃で３０分加熱して水素化を行い、半導体層の欠陥準位を減少する。
【００４９】
(7) この上にＴＥＯＳ法により層間膜７となるＳｉＯ2 膜を８０００Å形成する（図６（Ｃ）参照）。
【００５０】
成膜条件は以下の通りである。
【００５１】
ＴＥＯＳガス        １０〜５０ＳＣＣＭ
Ｏ2 ガス            ５００ＳＣＣＭ
ＴＥＭＰ            ４００℃
Ｐｏｗｅｒ          ５０〜３００Ｗ
なお層間膜７としては、ＰＳＧを使用することもできる。
【００５２】
(8) それからこの層間膜７にコンタクトホールを開け、電極用のＡｌを蒸着し、パターニングして電極８を形成し、配線を行い、薄膜フォトトランジスタを得る（図６（Ｄ）参照）。
【００５３】
ところで本発明の一実施例によれば、前記（５）により凹凸部をエッチングにより形成する場合、その角部分は丸くなり球面状態になるので、これにゲート電極１６を形成したとき図７に示す如きものとなる。
【００５４】
したがって、図７に示す如く、ゲート電極１６に対して低い角度で入射する入射光Ｌ10、Ｌ11もこの球状面に反射されて、その下方に存在する活性シリコン層に入射することになる。このように一実施例によれば、第１参考例よりも更に入射光を集めることができるので、この凹凸構成により約１．５倍の光感度を得ることができる。
【００５５】
本発明の薄膜フォトトランジスタの特性について図８により説明する。
【００５６】
図８は、ゲート電圧ＶG を５Ｖにしたときの、従来の構成の薄膜フォトトランジスタと本発明の第１参考例構成の薄膜フォトトランジスタ、本発明の一実施例構成の薄膜フォトトランジスタのドレイン電圧−ドレイン電流特性を示すものである。
【００５７】
曲線Ａはこれら３つのケースのダーク状態の特性を示し、曲線Ｂは従来の構成の薄膜フォトトランジスタの光照射状態つまりフォト特性を示し、曲線Ｃは、本発明の第１参考例構成の薄膜フォトトランジスタのフォト特性を示し、曲線Ｄは本発明の一実施例構成の薄膜フォトトランジスタのフォト特性を示す。
【００５８】
これにより明らかなように、曲線ＡとＢ、曲線ＡとＣを比較して明らかなように、第１参考例構成では、ドレイン電圧が約４Ｖ以上の領域では、従来のものに比較して約５倍ものドレイン電流が得られることがわかる。
【００５９】
更に一実施例構成では、第１参考例構成に比較して約１．５倍ものドレイン電流を得ることができる。
【００６０】
上記実施例では、反射率のよい材料としてＷシリサイドを使用した例について説明したが、本発明では勿論これに限定されるものではなく、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ又はこれらのシリサイド等を使用することができる。
【００６１】
また、上記実施例では、電極としてＡｌを使用した例について説明したが、第２参考例と同様にＣｒを蒸着したのちにＡｌを蒸着したものを使用することができる。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１に記載された本発明によれば、種々の方向から入射される入射光を効率的に活性層に集めることができるので、階調づけの出力を得ることが可能な光感度の大きな薄膜フォトトランジスタを得ることができる。
【００６３】
請求項２に記載された本発明によれば、種々の方向から入射される入射光を更に効率的に活性層に集めることができるので、光感度の更に大きな薄膜フォトトランジスタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１参考例構成図である。
【図２】  本発明の第１参考例製造工程説明図（その１）である。
【図３】  本発明の第１参考例製造工程説明図（その２）である。
【図４】  本発明の第２参考例構成図である。
【図５】  本発明の一実施例製造工程説明図（その１）である。
【図６】  本発明の一実施例製造工程説明図（その２）である。
【図７】  本発明の一実施例の動作説明図である。
【図８】  本発明の一実施例及び第１参考例の特性図である。
【符号の説明】
１  透明基板
２  反射体
３  ＳｉＯ2 層
４  非単結晶の活性シリコン層
４−１  ソース領域
４−２  ドレイン領域
６  ゲート電極
７  層間膜
８  電極
１０  透明基板
１１  反射層
１６  ゲート電極
２０  基板
２６  透明電極
【図１】
0003650416.tif 000002
【図２】
0003650416.tif 000003
【図３】
0003650416.tif 000004
【図４】
0003650416.tif 000005
【図５】
0003650416.tif 000006
【図６】
0003650416.tif 000007
【図７】
0003650416.tif 000008
【図８】
0003650416.tif 000009