JPS62169382A - 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】 「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
（イメージセンサ）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、対称型のｒ−ｖ特
性を有し、しきい値をこえると急激に電流が増大する複
合ダイオード特性を用いている。本発明はこのしきい値
をこえた領域で非単結晶半導体に固有に見られると推定
される低い電界での電流増殖作用（アバランシェプラズ
マ効果）を利用している。このため、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
導体よりなる複合ダイオード構造を有する光検出素子で
ある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ＮＩＮ構造、即
ちＮＩ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旧Ｎ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。

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）はそれぞれのＮＩ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型の不純物の濃度で決
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
なく、水素またはハロゲン元素が添加された５ｉＸＣ１
−Ｘ（０＜Ｘ＜１）またはＳｉｘＮ、−ｘ（０＜Ｘ′＆
′）とし、Ｎ型半導体を珪素とする５ｉ（Ｎ）−Ｓｉｘ
Ｃ１−ｘまたはＳｉｘＮ４−ｘ（Ｉ、Ｎ−またはＰ−）
　−５ｉ（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ックス構成せしめ
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、キーボードを筆圧方式よ
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のマトリックスの場合）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ＮＩＮ接合を有する半導体の積層体に
よる本発明の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（Δ）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（１
１）　１（１２）　Ｎ　（１３）半導体積層体よりなる
ＮＩＮ接合型複合ダイオード（１０）、遮光用クロムマ
スク（１４）　、アルミニューム導体（１５）よりなる
１００８口の面積の第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、ＴＴＯ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ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法
を用いた。そしてシランに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）
をシランのみにより■型半導体層（１２）　（４０００
人）を、さらにシランにＮ型不純物を添加してＮ型半導
体Ｊｉ！　（１３）　（７００人）を漸次積層して形成
した。

さらに遮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、Ｉ−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、第一
２図（Ｃ）に示す如（、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（＾）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’Ｌ　（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）　（７）ＮＩＮ半導体（１０）ニ＋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
（２５）　、　（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）がそれぞれ（２１’）。

（２３′）と低（なる。そのため電子（２３）　、　（
２３’）がこのバ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層中で一部アバ
ランシエ効果をも誘発し得るため、電流はフォトトラン
ジスタの如く飽和することなく、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ックス構成をした第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（Ａ）及び縦断面図（Ｂ）　、　（
Ｃ）を示す。

さらに第４図（Ｂ）　、　（Ｃ）は（八）におけるそれ
ぞれＡ−＾’、Ｂ−Ｂ’　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透光性導電膜であるＩＴＯまたは酸
化スズ膜等のＣＴＰ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てはクロムを形成し、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法また
は元気相反応性により光検出素子例えばＮＩＮ構造を存
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．
５６Ｍ１ｌｚＯ高周波グロー放電を行うことにより２０
０〜２５０°Ｃ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−’〜１０（０ｃｍ）　−’を有し３００−１
０００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（ＳｉＦ４゜
ＨｚＳｉＦ、　ＨｚＳｉＦｚ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０６２〜１μ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■型半導体中に、ホウ素
またはリンをＢｚＨｈ／ＳｉＨ４，Ｐｔｈ／５ｉＨｎ　
＝　１０−’〜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（１０）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ＣＣｌ４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−１面上にアクティブエ
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」 本発明は以上に示す如（、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ＡＣ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
重合わせは１回）でバ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、かつこの半導体は
ＮＩＮ接合の順方向電流を用いるため、Ｉ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。

本発明方決において、１．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ＳｉｘＣ１
−ｘ　（０〈Ｘ４）、ＳｉｘＮ４−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／１００
μ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入射とした
。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・ノ
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）　、　Ｉ−Ｖ特性（Ｃ）を示す。 第３図は本発明の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、基板上に第１の電極と、該電極上にＮまたはＰ型半
   導体、感光性の真性または実質的に真性のＩ、Ｎ＾−ま
   たはＰ＾−型の半導体およびＮまたはＰ型半導体を積層
   して非単結晶半導体を設け、該非単結晶半導体上に第２
   の電極を設けた半導体装置において、感光性の真性また
   は実質的に真性の半導体は水素またはハロゲン元素が添
   加されたＳｉ＿ｘＣ＿１＿−＿ｘ（０＜Ｘ＜１）、Ｓｉ
   ＿ｘＮ＿４＿−＿ｘ（０＜Ｘ＜４）よりなり、Ｎ型半導
   体はリンとともに水素またはハロゲン元素が添加された
   珪素よりなる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、真性または実質的
   に真性の半導体の一部または全部にわたって１０＾−＾
   ６〜１０＾−＾４の割合でホウ素またはリンを混入せし
   めたことを特徴とする半導体装置。