JPS6171665A - 半導体装置作製方法 - 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】 「発明の利用分野」 この発明は、ライトペン等を用いて光軌跡入力せしめ、
マトリックス配列した光検出装置により手書き文字等を
検出せしめたパターン書き込みを行う固体書き込み装置
の作製方法に関する。

「従来の技術」 他に、文字等の筆圧による圧力センサを平面に具備する
感圧式手書き装置よりなる固体書き込み装置がある。

「発明が解決しようとする問題点」 本発明はこの半導体装置の作製に必要なフォトマスク数
を６〜８枚より２または３枚（１回の精密重合わせ）と
することにより、その製造歩留りの向上を図らんとする
ものである。このためアクティブエレメントとその上側
の電極とは概略同一形状としてマトリックス構成の一方
の電極リード（以下配線ともいう）とせしめている。

加えて、感圧式の書き込み装置においては、その圧力に
対し信号検出が人の書き込み筆圧のバラツキにより微妙
である。また応答速度が遅い。加えて、この基板側に絶
えず局部圧力を加えるため基板側の機械疲労による破損
がみられ、高い信頼性を期待し得ない。

「問題を解決するための手段」 本発明はかかる問題を解決するため、ダイナミック交流
駆動方式を採用したためのアモルファス半導体等の水素
またはハロゲン元素が添加された非単結晶半４体よりな
る複合ダイオードを用いたことを主としている。

かかる本発明の光検出素子は一対のそれぞれの電極とは
オーム接触性を有するが、逆向整流特性を構成する複合
ダイオード構成の素子よりなるもので、その代表例は、
Ｎ型半導体−■型（以下真性または実質的に真性という
）半導体−Ｎ型半導体を積層して設けたＮＵＮ構造、即
ちＮｌ接合とＩＮ接合とが電気的に逆向きに連結され、
かつ半導体として一体化したＮＩＮ接合を有する半導体
をはじめ、それに類似の接合であるＮＮ−Ｎ、ＮＰ−Ｎ
、ＰＩＰ、ＰＰ−Ｐ、ＰＮ−Ｐ。

接合構造が好ましい。さらに電流を多量に流し得１：、
接合の数が多いため製造しにくいがＮＩＰＩＮまたはＰ
ＩＮＩＰ接合構造を有せしめた複合ダイオードであって
もよい。

かかる複合ダイオードは、ダイオード特性を互いに逆向
きに相対せしめ、そのビルドイン（立ち上がり）電圧（
しきい値）はＮｌ接合のＮ型半導体とＩ型半導体との差
（第４図（２１）　、　（２２）　）または■型半導体
に添加するＰまたはＮ型の不′Ｉｔ＠物の濃度で決める
ことができる。

さらにこのＮＩＮ接合において、■型半導体をＳｉでは
な（、水素またはハロゲン元素が添加された５ｉｘＣ＋
−ｘ　（０＜Ｘ＜１）とし、Ｎ型半導体を珪素とする５
ｉ（Ｎ）　−５ｉｘＣ＋−ｘ　（１＋Ｎ−またはｐ−）
−Ｓｉ（Ｎ）としても、しきい値を制御し得る。

本発明は、１つの大きな基板にマトリ・ノクス構成せし
めて、面としての光軌跡検出を実行させ得る。その際複
合ダイオードの外周辺とマトリックスを構成するＸ方向
の電極リード　（第１図においてＸ方向をＹ方向と言い
換えてもいいが、ここでは図面の横軸をＸ方向と簡単の
ために記す）とが概略同一形状を有し、１回のマスク合
わせを行うのみで完成してしまうため、２枚のみ（１回
の精密なマスク合わせ）でプロセスさせることができる
。この構造の代表例を第２図、第４図に示しである。

「作用」 光軌跡を基板上を前述した如く時間的に移動させ、光書
き込み方式として使用し得るに加えて、他の方法として
、所定の位置に複数の光点または光軌跡のＯＮ、ＯＦｆ
’の光信号を与えることにより、キーボードを］）正方
式より光タッチ方式のキーボードとすることができる。

以下に実施例に従って本発明を説明する。

「実施例１」 第１図は本発明の固体表示装置および固体書き込み装置
の等価回路（２×２の７トリソクスの場合）を示す。

図面において、基板上に設けられた光検出素子（フォト
センサ）（１０）がマトリックス構成で配列されている
。アドレス線（３）に光検出素子の第２の電極（２）が
連結し、他方、光検出素子（１０）の他の電極（第１の
電極）（１）は基板上の透光性導電膜により設けられた
Ｙ配線リード（５）に連結している。このＸ配線、Ｙ配
線は同一絶縁基板代表的にはガラス基板（第４図（Ｂ）
　、　（Ｃ）における（２０））上に設けられて光検出
素子をマトリックス構成させている。

図面では２×２とした。これはスケール・アップした表
示装置例えば（アクティブエレメント数が６４０　Ｘ５
２５）としても同一技術思想である。

かくの如き１つの旧Ｎ接合を存する半導体の積層体によ
る光検出素子の構成及び特性の例を第２図に示している
。

第２図（Ａ）は実際の光検出素子構造の縦断面図を示し
ている。

即ち第２図（八）において、ガラス基板（２０）上の透
光性導電膜（１）よりなる第２の電極（１）、Ｎ（１１
）１（１２）　Ｎ　（１３）半導体積層体よりなるＮＩ
Ｎ接合型複合ダイオード（１０）、　！光用クロムマス
ク（１４）　、アルミニューム導体（１５）よりなる１
００　μＯの面積の第２の電極（２）よりなっている。

この作製方法を略記する。即ち、絶縁性基板を有する基
板、代表的にはガラス板（２０）上に５００〜５０００
人の厚さの酸化スズ、ｉＴＯ等の透光性導電膜（ＣＴＦ
と略す）（１）を第１のフォトマスク■を用いて形成す
る。

次ぎにこの上面に公知のプラズマ気相反応、光ＣＶＤ法
を用いてシランまたはシランにＮ型不純物用のフォスヒ
ンを添加して、第１のＮ型半導体層（１０）（７００人
）、Ｉ型半導体層（１２）　（４０００人）、Ｎ型半導
体層（１３）　（７００人）を漸次積層して形成した。

さらに連光用及びアルミニュームと半導体との反応防止
用にクロム（１４）を５００〜３０００人の厚さに形成
した。

アルミニューム（１５）を０．５〜１．５μの厚さに形
成した。

かくして、ＮＩＮ構造が設けられ、第２図（Ｂ）にその
等価記号が記されている。即ちフォトトランジスタ構造
においても、１−Ｖ特性としてコレクタ電圧−コレクタ
電流特性に対応するが、コレクタの電流がトランジスタ
では飽和するが、本発明の光検出素子においては、第２
図（Ｃ）に示す如く、概略対称型の複合ダイオード特性
を得る。このため、第２図（Ｂ）の如き等価回路として
示した。

第２図（Ａ）の構成によって得られた特性を第２図（Ｃ
）に示す。

この特性は、（１６）　、　（１７）の原点に対し概略
対称型のＩ−Ｖ特性を示していた。

図面において（１６）　、　（１７）は「暗の時Ｊ（７
）Ｉ−Ｖ特性である。さらに、ここに４５０Ｌｘ　（室
内灯）を照射すると、それでは曲線（１６’　）、　（
１７’　）に変化する。

さらに５５００ＬＸ　（白熱灯）を加えると、（１６”
）、　（１７”）にそれぞれ変化した。

第３図（Ａ）〜（Ｄ）に本発明の光検出素子の動作原理
の概要を示す。

この第３図（Ａ）のＮＩＮ半導体（１０Ｈ，：＋Ｖまた
は−Ｖの電圧を加え、第３図（Ｃ）　、　（Ｄ）のバン
ド構成において、光（１００）の照射によりホール（２
５）　、　（２５″）と電子（２４）　、　（２４’　
）が生じ、ともにドリフトして電流が増巾されるとバリ
ア（２１）　、　（２２）力（それぞれ（２１’）。

（２３’）と低くなる。そのため電子（２３）　、　（
２３”）がこのハアをこえて流れるため対称性を有する
ダイオード特性が得られる。

さらに電界（＋Ｖまたは−Ｖ）により１層中で一部アハ
ランシエ効果をも誘発し得るため、電流はフォトトラン
ジスタの如（飽和することなく、電流はしきい値をこえ
ると急激に増大するため、第２図（Ｃ）の如き特性が得
られるものと推定される。

これらの信号をマトリ・７クス構成をした第１図ではデ
コーダ（８）のトランジスタ（７）で受けて出力（５゛
）または（６′）に取り出せばいい。

「実施例２」 この実施例は本発明の半導体装置の作製工程を■■■の
フォトマスクの順序に従って示す。

第４図にその平面図（八）及び縦断面図（Ｂ）　、　（
Ｃ）を示す。

さらに第４図（Ｂ）　、　（Ｃ）は（Ａ）におけるそれ
ぞれＡ−Ａ”、Ｂ−８’　での縦断面図を記す。

図面において、透光性絶縁基板として無アルカリガラス
（２０）を用いた。この上面に、スパッタ法または電子
ビーム蒸着法により導電膜であるＩＴＯまたは酸化スズ
膜等のＣＴＦを０．１〜０．５　μの厚さに、積層形成
した。この後、この導電膜にパターニングをし、電極リ
ードとする。即ち光検出素子（１０）用の下側電極（第
１の電極）即ち透光性導電膜（１）を第１のマスク■に
より不要部を除去して形成した。

この後、透光性導電膜のみによるリードのシート抵抗を
下げるための金属ここではクロムを形成し、光検出素子
となる領域（１０）の第１の電極（１）上のクロムを（
３２）を第２のマスク■を用いプラズマ気相反応により
除去した。

以上の結果、光検出素子（１０）の下側電極（１）（第
１の電極）はＣＴＦのみとなり、リード配線には遮光用
のクロム（３２）が設けられ、ライトペンの光またはそ
の他の光を遮光している。

この後、これらの全面に公知のプラズマ気相反応性また
は元気相反応性により光検出素子例えばＮＩＮ構造を有
する水素またはハロゲン元素が添加された非単結晶半導
体よりなる複合ダイオードを形成した。即ちＮ型半導体
（１１）をシランを水素にて３〜５倍に希釈し、１３．
５６ＭＨｚの高周波グロー放電を行うことにより２００
〜２５０℃に保持された基板上の被形成面上に、微結晶
構造を有する非単結晶半導体を作る。その電気伝導度は
１０−４〜１０（Ωｃｍ）−’を有し３００〜１０００
人の厚さとした。

さらにシランのみ、または水素と弗化珪素（ＳｉＦ、。

ｔｌ：＋ｓｉＦ、　１ｌｚｓｉＦ２または５ｉＦｚ）を
プラズマ反応炉内に導入し、プラズマ反応をさせ、■型
の水素またはハロゲン元素が添加された非単結晶半導体
（１２）を０．２〜１μの厚さにＮ型半導体（１１）上
に積層して形成した。さらに、再び、同様のＮ型半導体
（１３）を微結晶構造として、３００〜１０００人の厚
さに積層してＮＩＮ接合とした。このＩ型半導体中に、
ホウ素またはリンをＢｚＨ６／５ｉｌｌｎ＋　ｐＨ：＋
／５ｉｌ１４＝　１０−６〜１０−　’の割合で混入さ
せ、Ｐ−またはＮ−の導電型の半導体をその一部または
全部にわたって形成してもよい。

かくすると、ＮＰ−Ｎ、　ＮＮ−Ｎとすることができる
。

この後、この上面に遮光用のクロム（５００〜１５００
人）　（１４）　、さらにリードとして動作させるアル
ミニューム（厚さ０．１〜２μ”）　（１５）を電子ビ
ーム蒸着法またはスパッタ法により積層した。さらにこ
の後、Ｘ方向のリード（３）、光検出素子（１ｏ）とし
て設ける領域を除き、他部を第３のフォトマスク■を精
密マスク合わせをしてフォトエツチング法により除去し
た。

即ちレジストにより第４図に示す如く、アルミニューム
（１５）をＣＣ１，を用い、プラズマエツチングした。

さらにクロム（１４）をさらに半導体（１６）をエツチ
ングして除去し、Ｘ方向のリード（３）　、　（４）　
、第２の電極の外側周辺（第４図（Ｃ）　（４０）　）
と、その下の半導体の外周辺（（第４図（Ｃ）　（４０
’））とを概略同一形状とした。

かくして１回の精密な重合わせプロセスを行う第３のマ
スク■により、Ｘ方向のリード（３）、第２の電極（２
）とその下側に位置する光検出素子の半導体（１０）と
を概略同一形状にし得た。

以上のことより、１つの基板の一生面上にアクティフエ
レメントとしての光検出素子の電極を設け、かつリード
はＸ方向およびＹ方向に配設せしめている。この工程に
必要なマスクは■を略すると２種類のマスクを用いるの
みですみ、かつ精密なマスク合わせは１回の第３のマス
クのみでよい。

「効果Ｊ 本発明は以上に示す如く、同一基板上に非線型素子であ
る複合ダイオードを用いてへ〇駆動を行うことにより、
手書き用の書き込み装置をライトペン（発光部はペン側
）としてマトリックスを構成せしめたものである。この
半導体装置の製造工程に余分な半導体を作る工程等を有
しない。さらに半導体とその上の電極リードとが一体化
しているため、きわめて少ないマスク（２枚）（精密な
重合ゎせは１回）でパターニングを行うことができ、製
造歩留りを向上させることができる。

光検出素子に同一半導体材料を用い、かっこの半導体は
ＮＵＮ接合の順方向電流を用いるため、■型半導体表面
での寄生チャネルが形成される等による特性のバラツキ
が少ない。

本発明の光検出素子は交流駆動方式であり、特にそのダ
イオードのしきい値を気相反応法を用いた半導体層の積
層時におけるプロセス条件により制御し得る。

本発明における複合ダイオードはその形成後、そのダイ
オード部を含んで０．５３〜１．０６μの波長のパルス
光レーザ等により強光アニールを行い、水素またはハロ
ゲン元素が添加された多結晶半導体としてもよい。

本発明方法において、Ｉ、Ｎ−またはＰ−の半導体を単
に水素またはハロゲン元素が添加された珪素とするので
はなく、この中に炭素または窒素を添加した５ｉｘＣ＋
−ｘ　（０＜Ｘ４）、５ｉｘＮ４−ｘ　（０＜Ｘ＜４）
　　として耐圧の向上を図ることおよび印加電圧をＯＶ
とした時の電流（ゼロ電流）を１０−　”　Ａ／１．０
０μ口以下とすることばは有効である。

以上の説明において光は下側の基板側よりの人　。

射とした。しかし逆に上側電極を透光性とし、上側から
の入射としてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光検出素子を用いた２×２マトリツク
スの回路図を示す。 第２図は本発明の光検出素子の縦断面（Ａ）およびその
等価記号（Ｂ）　、　ｌ−Ｖ特性（Ｃ）を示す。 第３図は光検出素子の動作原理を示す。 第４図は本発明のアクティブエレメント構造を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に光検出素子をマトリックス構成をして配設
   する半導体装置に作製方法において、Ｘ方向の配線を形
   成する工程と、前記基板上および前記配線上の光照射に
   より発起電力を発生する水素またはハロゲン元素が添加
   された非単結晶半導体を形成するとともに、該半導体積
   層体上に電極用の導電膜を形成する工程と、前記導電膜
   によりＹ方向の電極リードを形成する工程と、該電極リ
   ードと概略同一形状に半導体を形成することによりＸ方
   向の電極リードとＹ方向の電極リードとの交叉部に光検
   出素子を形成せしめることを特徴とする半導体装置作製
   方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、光検出素子はＮＩ
   Ｎ接合またはそれに類似の接合を有する半導体が設けら
   れたことを特徴とする半導体装置作製方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、光検出素子の少な
   くとも一方の電極は透光性を有することを特徴とする半
   導体装置作製方法。