Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
6.1.3. Изготовление ТПТ и их характеристики
Со времени опубликования [13] в 1979 г. данных о создании первого ТПТ на основе a-Si появилось много сообщений, посвященных не только фундаментальному изучению собственно a-Si-ТПТ, но и их использованию в таких областях, как логические схемы, датчики изображения, панели дисплея на жидких кристаллах с адресацией [3] и приборы с зарядовой связью.
Из рассмотрения результатов этих исследований сделаны следующие заключения о преимуществах a-Si-ТПТ:
1. Большое отношение вкл./выкл., имеющее порядок величины выше шести, из-за высокого сопротивления a-Si обусловливает то, что прибор не требует какой-либо специальной изоляции, как в приборах с р-п-переходом, и может быть изготовлен с упрощенной структурой.
2. Транзисторы изготавливаются при низких температурах (< 350 °С), так что возможно их применение в приборах большой площади на стеклянных подложках малой стоимости.
3. Все процессы получения a-Si-ТПТ могут выполняться с помощью обычной фотолитографической техники, что обеспечивает воспроизводимость, дешевизну производства и высокую степень интеграции. Однако малая подвижность эффекта поля, обычно порядка 0,1 см2/(В с), и низкая надежность a-Si, обусловленная выделением водорода, вероятно, приведут к некоторым затруднениям в применении приборов.
286
Структуры приборов и процессы их производства
Структуры. На рис. 6.1.5 показаны поперечные сечения а-5і-ТПТ, пригодных для интеграции. ТПТ со ступенчатым расположением электродов, в которых затворный электрод формируется на противоположной стороне по отношению к электродам стока и истока, показаны на рис. 6.1.5, а, а компланарные ТПТ, в которых все три электрода располагаются на одной стороне, - на рис 6.1.5, б. Основная масса ТПТ изготавливается" на подложках из стекла или плавленого кварца. Однако
Рис. 6.1.5. Сечение структур основных a-Si-ТПТ:
1 - подложка; 2 - изолятор; 3 - легированный a-S?.4 a-Si
некоторые ТПТ с целью исследования основных свойств материала a-Si изготавливаются на подложках из кристаллического кремния [14, 151, который не пригоден для интеграции. В подавляющем большинстве описанных ТПТ во избежание ухудшения свойств пленок a-Si они осаждались на подзатворный диэлектрик. Ухудшение свойств, в основном, обусловлено выделением водорода из пленок a-Si, которое ускоряется при высоких температурах, используемых для осаждения и отжига подзатворного диэлектрика.
В структуре, представленной на рис. 6.1.6, для улучшения динамических ха-
II 1 II 1 по |
SlOz (Х0) . Подложка
Подложка
SL02 (ХО)
Подложка
Si02 (ХО)
n+a-Si
Siu2 (ХО)
Подложка
в г
Рис. 6.1.6. Этапы производства самосовмешенного a-Si-ТПТ (Сугиура и др.): Si(); (ХО) - химически осажденный Si02
287
рактеристик электроды стока и истока формируются таким образом, что они являются самосовмещенными по отношению к электроду затвора. Процесс получения осуществляется в четыре последовательные стадии а. б. в. г, представленные на рис. 6.1.6. Слой металлического молибдена толщиной 6000 А, используемого в качестве затворного электрода, и слой фоторезиста удаляются сухим химическим травлением до появления слоя n+-a-Si.
Пленка a-Si имеет высокую фотопроводимость, поэтому окончательная структура a-Si-ТПТ должна иметь светозащитные слои выше и ниже района канапирования. В работе Кавая и др. при изготовлении панели дисплея на жидких кристаллах с адресацией использовались a-Si-ТПТ с полными светозащитными слоями.
Одной из особенностей приборов на основе a-Si является возможность осаждения пленок аморфного кремния на широкий спектр материалов при низких температурах. Это обеспечивает создание многослойных a-Si-ТПТ. Пара и др. изготовили инвертор в интегральном исполнении с двухслойными a-Si-ТПТ, в которых два a-Si-TIIT разделены слоем SiO,, нанесенным'ХГФО (рис. 6.1.7) .
Слой a-Si. Для получения a-Si-ТПТ с высокими характеристиками очень важно иметь слои a-Si и подзатворного диэлектрика улучшенного качества. ТПТ были изготовлены, главным образом, на основе гидрогенизированного аморфного кремния (a-Si : II), ав некоторых случаях на основе a-Si : F | 16] или a-Si . И . F. Только слой a-Si : F, нанесенный реактивным распылением, проявил хорошую стабильность к действию высоких температур, вплоть до 600 °С [ 161. Пленки a-Si : Н осаждались в ВЧ тлеющем разряде (ВЧТР), тлеющем разряде постоянного тока (ТРПТ) или дуговом разряде постоянного тока (ДРПТ). При осаждении в ТРПТ подзатворный диэлектрик деградирует из-за проколов, являющихся результатом разряда прн осаждении [17]. Транзисторы a-Si-ТПТ, полученные в дуговом разряде, обладают лучшими характеристиками, чем транзисторы, полученные в тлеющем разряде. При дуговом разряде малой мощности в одном процессе можно получать много образцов. На основании данных по фотопроводимости вплоть до 10"2 См/см предполагается, что свойства a-Si, полученного в дуговом разряде, будут фактически такими же, как свойства a-Si,полученного в тлеющем разряде.
Диэлектрики. Характеристики a-Si-ТПТ в значительной мере определяются не только свойствами самого аморфного кремния, но и свойствами подзатворного диэлектрика. В качестве подзатворного диэлектрика в a-Si-ТПТ использовались: пленки термически выраженного S?02; пленки Si02. полученные при химическом разложении в реакторе пониженного давления: пленки Si02, полученные плазменным химическим осаждением; пленки Si N[13,15] и S О N, полученные в дуговом разряде. Для исследования основных характеристик прибора часто исполь-
