JPS58118142A - 半導体装置 - 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】 本発明は、基板上に非単結晶半導体を積層して設けるダ
イオードアレー構造を有する半導体装置に関する。

本発明は従来よシ知られていたシリコン単結晶を用いた
ダイオードアレーの如く、各ダイオードごとを互いに電
気的にアイソレイションを行なうため、熱拡散法等にょ
Ｉｘｏｏｏ’ｏ以上の高置層を作る必要がなく、逆Ｋ　
２００−！ＳＯＱ’Ｏの低温で半導体層を積層するのみ
で作製可能なきわめて簡単な構造を有するダイオードア
レーに関するＯ 本発明は非単結晶学導体％にアモルファス（非晶質）ま
たは半非晶質（５〜１００ムの微結晶性を有するセ々ア
モルファス）構造の半導体に水嵩またはハロゲン元素（
例えばフッ素または塩素）を添加させた。こうした半導
体材料を用い、この半導体の電子・ホールの拡散度が単
結晶半導体に比べて１／１０〜１／１０’であること、
すなわち単結晶半導体におけるアイソレイションが不要
であるという特性を利用して設けた積層型の構造を有す
るダイオードアレーに関する。

本発明は従来のダイオードを集積化して！トリックス構
成せしめたいわゆるダイオードアレーにおいて、その電
気的配線層がいわゆるアイソレイシロンを必要とするた
め、単結晶珪素半導体の一主面に二層配線をして設けて
い良。

このためフォトエツチング工程等が複雑になり、結果と
してコストアップに連がってきている。しかし本発明に
おいては、半導体層を基板上に１００〜ｆ５００’ｏ代
表的には２００〜３００°Ｃでグツズ１ＣＶＤ法によ多
積層する方法を周込るため、この半導体層の下層に！ま
たは工方向の配線層を、またこの半導体の上側に！また
１−１１方向の配線層を設けることができる。このため
、この配線層間にリード線間の絶縁用の層間絶縁物を必
要とせず、きわめて簡単に２層配線を実施する仁とがで
きるという特徴を有する。

第１図はダイオードアレーの配線回路図の一例を示す。

図面け４Ｘ４のマトリックスを示す・入力側（ハ）にお
いて、論理式ム、ム、ＢＳＢを与え、また出力側ｔｉｃ
　ｈｙｌ　ｉｓ、　ｉｆｉ、ムＢを与える場合のダイオ
ードアレーの回路図である。

入されている０がくすることＫよ）、例えば入力側の４
種類の信号を基にして、出方ＹＫその組合せ信号を得る
ことができる。

これは２値論理よシュ０１ｕ法の論理を得る場合で、多
くの応用がある。もちろんこのダイオードアレーと同様
にこの入力側または出力側にＩＧＦＢＴ　（絶縁ゲイト
型電界効果半導体装置）ダイオード、トランジスタ婢を
設けてもよい。この第１図はダイオードアレーの一例で
あって、電気回路は例えば電子回路ハンドブック（丸善
体式会社）咎に基すき、任意に設計することができる。

本発明はこのダイオードアレーを作るための半導体装置
に関するものである０ 第２図は従来よル知られ九祭株型のダイオードアレーを
構成するための断面図を示す０図面において半導体基板
（１）代表的には単結晶シリコン例えばＮｕα０Ｏ）１
間、ＱＯ皿に対しＰ型不純物であるホウ素を拡散し、Ｐ
ウェル（３）を１〜３声の深さに形成する・さらにこの
中ＫＮの半導体領域（５）をｏ、ａ〜１μの深さに１０
００〜１１Ｆ５σ０の温度にて熱拡散をして作製した。

この後これら半導体上の拡散に用いたマスクの酸化珪素
膜（１喧に電極用穴あけを行ない、第１の配越層（２）
を設け、さらに層間絶縁物（財）を作製した後、第２の
配線層（６）、（６’）を作製してダイオードアレーを
作製した。図面よシ明らかな如く、フォトマスクはダイ
オードを構成させるために２′１い、見極配線層を作る
ために番まいを必要としている。しかもこのフォトマス
クはそれぞれを合わせごみを必要とするため、精度のよ
いマスク合せ作業をしなくてはならない。仁のため価格
も高くなシ、また同一主面上にのみ２層配線、を作る必
要かあ）、工程が単にダイオードのアレーを作るのみで
あるにもがかわらず、複雑で高価になってしまった。

本発明はかかる多くの欠点を除去したもので第３図にそ
のたて断面図を示す。

以下に図面に従い本発明を示す。

第３図（４）は本発明のダイオードアレーを示すための
半導体装置のたて断面図である。

図面において基板（１）特にアルミナ、ガラスまたはダ
レイズドセラミックス等の絶縁基板上に一二。

印刷箋により第１の電極（２）およびこの電極に連結す
る配線層（２）を示している。このｔ箇、配線層はニッ
ケル、クローム、モリブデン、珪化モリブデン等の耐熱
性金属材料を０．１〜２μの厚さに形成したものを用い
た。さらにこの上面特に電極および電極間の絶縁基板上
に非単結晶半導体よシなる半導体層００）を作製した。

この半導体Ｊ−は真性または実質的に真性（装置のパッ
クグラウンドレベルでの不純物の混入しかない真性の導
電型を有する）（以下これらを合わせて単・に１層とい
う）を中心とし、その上方および下方に接してＮ型導電
層およびＰ型導を層を作っている。実際はプラズマａＶ
Ｖ法特にグ四−またはアーク放電法を用いて１００〜５
００’Ｏ代表的には２００〜３００°Ｃとし、半導体材
料用気体例えばシランまたはフッ化珪素を分解し、その
際Ｐ型半導体１輪としてはホウ素を、またＮ型半導体層
としてはリンを０．１〜２モルチ添加したものである。

かくすることによシ、非単結晶半導体層はＰ型半導体層
（３）を１００〜２０００ムの厚さに、ＩＰ＃ｉ←）を
２０００Ａ〜１μの厚さに、さらにＮ型半導体層（５）
を１００〜２０００ムの厚さに積層して形成した。特に
この際１層への不純物の混入を防ぐため、Ｐ層（３）中
に炭素を５〜５０モルチ添加してもよい。

これらの被膜を基板上に形成する際、領域（イ）はマス
クでおおって作製すればよい。

この非単結晶半導体はその材料として珪素が中心である
が、ゲルマニューム、炭化珪素またはこれらの混合体Ｓ
　１ＸＯ１−、（０＜　Ｘ　（１）　、８１Ｔ−ＧＩＪ
−（（ＣＬ−１＜υを用いてもよい。またこの非単結晶
中帰休はアモルファスまたは５〜１００Ａの　　°　　
　ショートレンジオーダーでの徴結晶性を有するセミア
モルファス構造を有し、これらに再結合中心中和用材料
としての水素またはハロゲン元素が０．１〜２０モルチ
添九され、その電気伝導度が珪素にあっては％　；Ｉ　
Ｘ　Ｉ　Ｏ”＝２　Ｘ　Ｎｏ　ＣＪ’ＬＱ　ｍ）、　％
４　ＸＩＬ　Ｏ〜３×１６χ４０　ｍ）’が五Ｍ　１（
１００ｍＷ／ｃ　ｍ）の条件下にて得られるものを用い
た。特にセミアモルファス構造の場合はへ＝ｌＸ１０〜
２Ｘ１０　（ｆ２ｃｍ）、”；ｋ　”Ｉ　Ｘ　ＩＱ−’
〜５Ｘ１０　（Ａｃｍ）が得られる。このためにはバッ
クグラウンドレベルに混入する不純物特に酸素、窒累等
の半導体材料と混合するとＨ，ａ性になりかつアモルフ
ァス化を促す不純物の混入をＩＰＰＭ以下好ましくは０
．０ＩＰＰＭ以下にすることがきわめて重要であった〇 さらにこの上面に印刷法、スパッタ法または蒸屓法を用
いて第２の電極および金属配線層（６）を公知技術によ
シ設けた。この半導体層００）およびそれに接する電極
（２）　（６）　Ｋ（ハ）しては、本発明式のυｊ顯に
なる特許願１半導体装置　昭和５２年フ」 月８日（５３−８３４６１，８３４６８号）米国特許４
．２５帖４２９（１９Ｂ１．３．３公告）に示されてい
る。さらにこのダイオードを光電変換装置に応用したも
のとして、本発明式の特許願　光電変換装置、昭和５３
年７月１７日（５３−８６８６’７．８６８６８号）米
国特許第３図（４）において、第１の電極（２）とその
上方の第２の電極とによシダイオード（））が設けられ
半導体層００）がＰＩＮ接合を有する場合は（１７）の
６己号で示されるダイオードが積層している。ま九領域
（９）は第１図におけるマトリックス構造での交さ部で
、ダイオードが設けられていない部分を示す。特にこの
２つの領域（７）　（９）の中間にてダフ イオードと同一半導体が連結したアイソレイション領域
が設けられている。しかしこのアイソレイション領域は
第２図におけるアイソレイション用接合（ロ）を有して
おらず、非単結晶半導体のＣ（に初めて可能になってい
る。図面において領域に）においては下側のＭｌの配線
層の外部とυ出し電極を、また（至）は第２の配線層の
外部とシ出し電極を示す。

以上の図面において明らかな如く、精密なマスク合せを
全く必要としていない点がきわめて大きな特徴であシ、
かつフォトエツチングも第その製造工程はきわめて簡単
である。

第３図（２）は本発明の他のダイオードアレー〇九て断
面図を示す。

第３図＠において第３図（４）と同様に絶縁基板（η上
に複数個の第１の電極およびこの電極に連続した配線層
（２）が印刷法またはフォトエツチング法によシ設けら
れている。さらにこの上面に選択的に層間絶縁物（ト）
、α◆を設けた。この実施例においては、第１図のマト
リックスの交点に対応する部分のすべてに下側の第１の
電極（２）、（匂およびそれに対応して上方に上側の第
２の電極（６）が設けられている。そしてこれらの電極
を連続する配線層は互いに直立してＸＳＹ方向に設けら
れた２層配線構造を有している０かかる構造において、
交点にダイオードを設けずオフ状態を作ろうとする時、
第３図（４）における領域（９）とするのではなく、半
導体と電極との間に絶縁物（ハ）を設けて領域（９）を
構成せしめたものであるＯ 第３図（２）においてはこの第１の電極（２）、絶縁物
（へ）、さらにこれらが設けられていない基板表面上に
第３図（ト）と同様の非単結晶半導体αＱをＰ型半導体
層（３）、工型半導体層（４）、Ｎ型半導体層（５）と
して設けてＰ工Ｎ構造を作った。さらにこの上面に第２
の電極および配線層（６）を設けることによシ、ダイオ
ード（））、信号α力およびダイオードのない領域（９
）さらに隣シあったダイオード間のアイソレイション領
域（８）が設けられている。

図面においては外部とシ出し電極（Ｉ呻α場がさらに半
導体接着ペーストで作られた。さらにこの上面全体をお
おってエポキシまたはポリイミド樹脂でオーバーコーν
τて信頼性の向上に務めた。このオーバーコートは湿気
の侵入の防止、機械強度の増強に有効であった。

その他の製造工程方法は第３図（４）と同様に行なった
。

第３図（０）は本発明の他の実施例を示している。

図面において基板（呻上に１に極（２）、半導体層（１
０）が設けられている。この半導体層はＰ層（勢、１層
（４）、ｘ層（５）よシなシ、第３図（Ａ）とその製造
は同様に行った。さらにこの非単結晶半導体αＯ）上に
選択的に絶縁物α◆に）を設けた。この絶縁物αＩにお
いては、ダイオードマトリックスの交点をオフ状態に構
成せしめ、また０４として第１または腑２の電極、配線
層−）（６）と半導体００）間の絶縁に用いた。さらに
この後外部引出し電極（至）（至）を設けた。最後にこ
れら全体をエポキシまたはポリイミド樹脂等の有機物ま
たは酸化珪素等の無機物によジオーバーコード鈷を０．
１〜１５μの厚さに単層または多層に作製し九０第３図
（４）と同様に半導体ダイオード（財）の領域（））、
ダイオードのない領域（９）、アイソレイション領＃（
８）が設けられている。以上の如く基板上にマトリック
ス構造を有して設けられたダイオードがアレーを構成し
ていても、互いに電気的にリークすることなく、ダイオ
ードアレーを構成させることができ、本発明はきわめて
低価格で多量主意性にすぐれた半導体装置とすることが
できるようになった。

第４図は本発明が第３図（４）、ＣＢ）、（○）におい
て作られたダイオードの特性例である。すなわちいわゆ
るＰ工Ｎ接合を有するダイオード（））においては流の
リークがなく、非単結晶半導体を用いたためキャリアの
ライフタイムが半導体の厚さ方向に比べて十分大きいた
め、実質的にアイソレイションがなされ曲線０１）が作
られる。この瞬シあった交点間かくけ、その半導体の厚
さが０．２〜２Ｐを有する場合２〜２０μ以上と１０倍
以上を必要とし、２５〜５０倍あれば全く実用上問題に
ならず、簡単にアイソレイションをすることができ九〇 さらに本発明の実施例においては、ＰＩＮ接合ため逆方
向特性を利用するならば曲線ｏ１をオン状態の番地、曲
線（６）をオフ状態のそれとすることができる。

またＰ工Ｎ接合を有していても、その所定の番地に対し
２０〜４０ｖの高い電圧、５×１０〜２×ｌＯｖ／ｃｍ
の電界強度のパルス（１〜５００ｍ秒）を加えると同様
に曲線に）を曲線に）とすることができる。このためす
べての番地をＰ工Ｎ接合で設は半導体装置が作られてし
まった後、特定の番地のみをプログラムを行ない、曲線
鰺關よシ曲線α尤Ｉを設けてプログラム可能なダイオー
ドアレーとすることができる。これはＩ爽の量のダイオ
ードアレーを作る場合に有効である。

以上の説明において半導体はＰ工Ｎ接合を重点に行ない
、この半導体層をプツズマＯＶＤ法で作る場合、下側よ
多Ｐ層、１層、Ｎ層と順次積層していった。しかしこれ
は単に現在作られた特性で、順方向、逆方向に整流性が
みられたからであって、これをＮＩＮ接合としても、ま
門−１または第２の電極を用いたショットキまたはＭＩ
日接合を有せしめるダイオードとして〔も、よい。

また本発明はダイオードのみを示した。しかしこのダイ
オードと工ＧＦＩＴとを組合させ、同一基板上に集積化
してもよい。この工Ｇ？ＥＴに関しては本発明人の出願
になる　絶縁ゲイト型電界効果半導体装置およびその作
製方法ヨ　５６−００１７１００１’７６８　（８５６
，’１．９．出願）等があシ、その詳細は前記し之特許
願に準する。

本発明のダイオードアレーは単に二進法−１０進法の変
換用等ではなく、このそれぞれをダイオード構造を有す
るフォトセンサとし、いわゆるフォトセンサアレーとし
て構成をさせることができる。かかる構造においては、
その構造例えば第３図（Ｂ）において、絶縁物１’ｌ′
Ｊを除去し、基板（１）を透光性絶縁物例えばガラスと
し、さらにこの上面の第１の電極（２）はｘｒｏ　、酸
化スズまたは工Ｔｏ（２０００〜２５００ム）およびこ
の上面に酸化スズ（１００〜５００Ａ）の積層構造を有
する第１の透明電極を設け、さらにこの上面のＰ　）ｆ
ｉｔ　（３）を５０〜３００ムの厚さとし、加えてその
光学的Ｅｇを１．１〜２．５ｅＶと１層の１．５〜１．
９ｅＶ　Ｋ比べて０．２〜０、５ｅＶ大きくした。かく
することによ多信号用の光の１層（４）への透過を助長
せしめた。この光照射により光起電力を発生せしめ、Ｎ
層（５）Ｐ層（３）に電子・ホールをそれぞれ分離させ
て作ればよい。その他は第３図体）の実施例に基ずく。

かくすることによシ、−次元のアレーにおいてはカード
リーダ一または二次元のアレーにおいてはイメージセン
サ−を作ることができる。

光のコントラストを向上させるため、電極廖）の電極間
は光じゃへい材でおおい、ゴーストの防止に努めること
はさらにその特性の向上に有効であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体装置を用いたダイオードアレー
マトリックスの一例の回路図を示す。 第２図は従来のダイオードアレーのたて断面図を示す。 第３図は本発明のダイオードアレーのたて断を示す。 ２０２１ 球、３【 算４０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上の第１の複数個よりなる電極と該電極を連結
   するＸまたはＹ方向の配線層と該電極および該配線層と
   をおおって前記基板上に非単結晶半導体層を設け、該半
   導体層上であってかつ前記第１の電極上方に第２の複数
   の電極と該電極を連結するＹまたはＸ方向の配線層とを
   設けることによシ、前記基板上の複数のダイオードが同
   −半導体層を共有して設けられたことを特徴とする半導
   体装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、非単結晶半導体層
   はＰ工Ｎ接合を有し、かつ水素またはハロゲン元素が添
   加された珪素、ゲルマニュームまたは炭化珪素ｉσγ１
   れらの混合物よりなることを特徴とする半導体装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、第１′！。 たは第２の電極に接するＰまたはＮ型の半導体層は、真
   性または実質的に真性の半導体層に比べて広いエネルギ
   バンド巾を有することを特徴とする半導体装置。