JPS62186223A - 半導体装置の作成方法 - 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、液晶表示パネルを設けることにより、マイ
クロコンピュータ、ワードプロセッサまたはテレビ等の
表示部の薄型化を図るとともに、かかる表示装置の一方
の基板と同一基板に一体化せしめたライトペン等を用い
て光軌跡入力せしめるための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パターン書き込
みを行うための書き込み装置の作成方法に関する。

「従来の技術」 薄型表示パネルは各絵素を独立に制御するマトリックス
方式が大面積用として有効である。このようなマトリッ
クス構成をしたパネルとしてアクティブ素子を用い、１
つの絶縁ゲイト型電界効果半導体装置（ＩＧＦという）
とそれに直列に連結した液晶素子とよりなる１要素（ビ
クセルともいう）を構成せしめ、これをＸ、Ｙ配線に連
結してマトリックス構成せしめた方式が知られている。

またさらにパッシブ・マトリックス方式として単にＸ、
Ｙに電極・リードを配列し、その交差点のそれぞれを各
々ビクセルとする方式が知られている。

また、固体書き込み装置としては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も
のがある。

「発明が解決しようとする問題点」 しかし、この表示パネルにおいて、パッシブ方式であっ
ても製造プロセスに必要なフォトマスク数は２枚を必要
とする。

また、従来公知の感圧式の書き込み装置においても少な
くとも２枚のフォトマスクを更に必要とし、加えて、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疲労による
破損がみられ、高い信頼性を期待し得ない。さらに、こ
の固体表示素子と感圧書き込みを一体化せんとすると、
書き込みの筆圧がその下面に設けられている液晶にも加
わり、結果として液晶自体の疲労または液晶の上下電極
間に揺らぎが生ずることによる液晶の表示コントラスト
のバラツキが発生する等の大きな信頼性低下の要因を本
質的に内在している。

「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、液晶表示装置とし
てはパッシブ・マトリックス方式を用い、さらにこの一
方の電極を共通としてこの表示装置の各ビクセルに対応
してその上方または下方に重なって光検出素子（光検出
用半導体素子、フォトトランジスタまたはフォトセンサ
ともいう）を設けたものである。そしてその製造には３
枚のみのマスクで全工程を完成せしめたものである。本
発明は本発明人による特許側（特願昭５９−１８９１８
２昭和５９年９月１０日）および特許側（特願昭６０−
２０９７４８昭和６０年９月２０日）を更に改良したも
のである。

その結果、このマトリックス構成をして設けられた光検
出素子と、マトリックス構成をして設けられた固体表示
装置とを１：ｌの対応をさせて設ける。また一部の光検
出素子が機械的に破壊す蔦ことがないようその側周辺特
にその中挟の面に対し絶縁物好ましくは有機樹脂で補強
して設けたものである。

そしてこの絶縁物を光検出素子の側周辺に形成するに際
し、フォトマスクを何ら用いることなしに成就すること
により製造工程の簡略化を図る。

かかる本発明に用いる光検出素子は１つのＰＩＮ。

ＰＩ、Ｎｌまたはショットキ接合とその上下にコンタク
トを有する電極より構成されるダイオードを複数個用い
るものである。そしてこの光検出素子はアモルファス半
導体を少なくも一部に使った薄膜型素子よりなる。

さらに本発明は、そのディバイス構造としてそれぞれの
素子を少数同一基板に併設することも可能である。しか
しその最も効果的な構成は１つの大きな基板にマトリッ
クス構成せしめることで、面としての固体表示、光軌跡
検出を実行させ得る。

「作用」 本発明は、光軌跡方式による薄型書き込み装置と薄型表
示装置とが一体化している。このため、これまでのマイ
クロコンピュータの如き目の位置と指の位置が異なる場
合に生じた作業者の首の疲労がなくなり、また指もキー
ボードではなくライトペン方式を用いた新筆が伴う光軌
跡を利用する方式であるため、ワードプロセッサを学習
に使用する在宅学習システムに対し、文字等をライトベ
ンで書く作業を伴うため学習効果を高め得る。

また光軌跡を基板上を前述した如く時間的に移動させる
のではなく、所定の位置に複数の光点または光軌跡を与
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図は本発明の薄型表示装置および薄型書き込み装置
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、矩形で囲んだ１〜４の数字は第１の電極〜
第４の電極を示す。

基板上に設けられた１つのピクセル（１）は光検出素子
（フォトセンサ）（４）と表示素子（３）とよりなって
いる。この表示素子の一方の電極（５）（第１の電極）
はＹ配線（リードともいう）　（１８）に連結し、また
このＹ配線は同時にフォトセンサ（４）の第３の電極（
７）に連結している。他方、フォトセンサ（４）の他の
電極（第４の電極）（８）は基板上の導電膜により設け
られたＸ配線リード（１６）に連結し、その結果、フォ
トセンサはＸ　（１６）　、　Ｙ　（１８）マトリック
、スを構成した配線の交点に位置して設けられ、これら
により基体を構成している。他方、表示素子（３）は一
方の電極（５）（第１の電極）と相対する他の基板上に
設けられた透光性の第２の電極（６）に連結してＺ配線
（１４）に連結している。Ｘ配線、Ｙ配線は同一絶縁基
板代表的にはガラス基板（第２図（Ａ）　、　（Ｂ）　
、　（Ｃ）　、第３図における（２０））上に設けられ
てフォトセンサをマトリックス構成させ基体を構成して
いる。また、表示素子（３）はＸ配線を有する基板（２
０）とＺ配線（１４）を有する他の基板（２０’　）と
よりなり、これら一対の電極の交点に表示素子が設けら
れている。またこの表示素子は液晶が介在した液晶表示
素子が一般である。しがしＥＬ（エレクトロルミネッセ
ンス）等地の表示手段でもよい。以下の実施例は液晶を
表示素子に用いた場合を示す。

かかるアクティブエレメントを有するビクセル（１）を
マトリックス構成せしめ、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　ｘ４００）としても同一技術思想
である。

「実施例２」 この実施例は実施例１の等価回路を実際に素子化した場
合の実施例である。第２図にその平面図（Ａ）及び縦断
面図（Ｂ）　、　（Ｃ）および第３図が示されている。

液晶表示部分は第２図（Ｃ）、第３図に示し、第２図（
Ｂ）は基板とその上の半導体のみを示す。

この実施例は光検出素子に照射される光が表示素子の液
晶を透過してくる場合を示す。

さらに第２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。加えて、
第３図はそれぞれ第２図（八）におけるｃ−ｃ’の縦断
面図を示している。

図面において、透光性絶縁基板としてコーニンク７０５
９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遮光用に金属
モリブデン（８）を０．１〜０．５μの厚さに形成した
。

この後、これらの全面に公知のプラズマ気相反応法また
は光気相反応法により１つの接合を有する非単結晶半導
体素子例えばＰＩＮ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Ｐ型半導体をシランをホウ素を同時に
添加し、かつ水素にて３〜１０倍に希釈し、１３．５６
ＭＨｚの高周波グロー放電を行うことにより２００〜２
５０℃に保持された基板上の被形成面上に、非単結晶半
導体を作る。

その電気伝鹿度は１０−６〜１０２（０ｃｍ）　−’を
有し３００〜１０００人の厚さとした。

さらにシランＣ３ｉｎＨ２Ｂ＋ｚ　ｎ≧１）または弗化
珪素（ＳｉＦａ、ＨｚＳｉＦ、　）ＩｚＳｉＦｚまたは
５ｉｚＰＪ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
単結晶半導体を０．２〜１μの厚さにＰ型半導体上に積
層して形成した。さらに、再び、Ｎ型半導体を１００〜
５００人の厚さにリンを添加しっつシランのプラズマＣ
ＶＤ法により積層してＰＩＮ接合とした。この■型半導
体中に、ホウ素をＢＪａ／５ｉＨ４＝１０−Ｉ′〜１０
−’（７）割合で混入させ、Ｐ−または実質的に真性の
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、ＰＩＮ、ＰＰ−Ｎの積層体（４
）とすることができる。

この後、この上面にクロム（５０〜５００人）を電子ビ
ーム蒸着法またはスパッタ法により基板を１５０℃に加
熱して積層した。するとこのクロムとその下側のアモル
ファス珪素との界面に化学的に安定なりロムシリサイド
（１ｏ）を３Ｏ−１００人の厚さで設けることができる
。

この工程は高信頼性を求めないならば省略してもよい。

さらにこの後、第３の電極（１０）　、光検出素子用半
導体（４）さらにＹ方向の電極（８）およびそのリード
（１６）として設ける領域を除き、他部を第１のフォト
マスク■を用いてフォトエツチング法により除去した。

さらにこのフォトエツチングにより残った積層体（４）
の側周辺に絶縁物を充填した。例えばその充填方法は以
下の通りである。即ち基板及び積層体を覆ってこれら全
体に対し、光感光性有機樹脂を塗布した。するとこのガ
ラス基板（２０）上の積層体（４）上を含めすべてに有
機樹脂がコートされる。

この厚さは有機樹脂をキュアした後、積層体と概略同じ
高さとすることが好ましい。

さらに裏側より基板を通して紫外光を照射すると、この
積層体に設けられている以外の側周辺領域の有機樹脂を
光感光させることができる。そしてこの積層体上の有機
樹脂をマスクを用いることなしに選択的に除去すること
ができる。

この有機樹脂はポリイミド系のものを用いた。

すると感光・キュアにより約１７２に厚さが減少するた
め、この厚さを考慮しておくことが重要である。かくし
て露光の後、積層体の側周辺のみを残し他をリンスをし
、除去する。そして窒素中２００〜４００℃で所定の時
間キュアを行った。すると半導体素子を構成する積層体
（４）の周辺部を透光性の有機樹脂膜（２１）で包み、
積層体（第３図における円で囲んだ領域（４））を機械
的に保護することができた。

更にこの後、この上面のクロムを除去し、その下側の非
酸化物透光性導電膜を残存させる。するとこのクロムシ
リサイドは、きわめて安定な層を形成させている。この
合金層は透光性であり、厚さは３０〜１００　人である
。

さらにこの工程の後、これら全面に第２の電極・リード
（１６）となる透光性導電膜ここてはＩＴＯを全面に形
成した。

更にこの導電膜に対し第２図（＾）に示す如く、液晶の
一方の電極（第１の電極（５））とフォトセンサ（４）
の第３の電極（７）、リード（１８）を残し他を除去す
る。更にこの第２のマスク■及び有機樹脂をマスクとし
、光検出素子用の半導体素子間（２２）を併せて除去す
る。これは隣合った光検出素子同志間のクロストークを
除去するためである。

さらにこの結果、表示素子（３）の第１の電極（５）の
巾（第２図（Ａ）の（２６）で示される巾）と光電変換
素子（４）の第３の電極の巾とを同一にすることができ
る。そしてこの電極と半導体とが同一の大きさを有する
ため、光応答速度を速くし得るという特長を有する。

この工程の結果、積層体の長い機械的に丈夫な側周辺（
第２図（Ｂ））に示される側は有機樹脂で保護されてい
ないが、中挟側の側周辺（第３図に示される側）は有機
樹脂（２１）で包むことができた。

本発明の半導体装置においては、第２図（Ｃ）に示す如
く、さらに相対する他の基板（２０’）の内側に設けら
れた液晶の他方の対抗電極（第２の電極）（６）、リー
ド（１４）は、他の第１のマスク■により、Ｚ方向の配
線（この配線はフォトセンサのＸ方向の配線と平行に設
けている）として形成させ液晶表示素子（３）を構成し
ている。

そしてこの対抗電極・リード（６）　、　（１４）は上
下の基板の合わせ精度を荒く考慮すればよい。即ち表示
素子のピクセルの巾（第２図（Ａ）の（２５）で示され
る巾）よりも光検出素子のリード（１６）が逸脱しなけ
ればよく、中央部に対し±３００μものマージンを与え
ることができる。即ちフォトセンサ（４）。

リード（１６）により実質的に表示画素としての有効表
示面積が多少減少しても、その欠点を補って２つの基板
（２０）　、　（２０’　）の合わせ精度にマージンを
与えることができるという特長を有する。

もちろん第３図における液晶はその厚さが１〜４μであ
り、電極（５）　、　（６）はその巾が１００〜１００
０μであるため、液晶（２）を介しての隣の画素とはク
ロストークをまったくしない。

以上のことより、１つの基板の一生面上にフォトセンサ
（４）及び液晶表示素子（３）の一方のそれぞれの電極
（５）　、　（７）をリード（１８）と共通にＹ方向に
設け、かつ他の電極リード（８）　、　（１６）はＸ方
向に配設せしめている。

表示パネルの作成工程としては、この後、２つの相対す
る主面に配向処理を施し、相対する２つの基板（２０）
　、　（２０′）を約１〜１０μの巾に離間させ、その
隙間を真空引きした後、強誘電性液晶等のスメクチック
液晶、ＴＮ液晶等の公知の液晶（３）を封入した。

また強誘電性液晶のＥｃｉｍ界電界）を規定するために
その電極と液晶との間に強誘電体、フローティング電極
またはフローティング・クラスタ等を介在させてもよい
。

次に第１図に示す周辺回路（１１）　、　（１２）　、
　（１３）をハイブリッド構成として基板に単結晶ＩＣ
をボンディングして作製し得る。またコネクタを介して
他のプリント基板のＩＣと連結してデコーダ（１１）　
、　（１２）　。

（１３）とし得る。

「実施例３」 この実施例は実施例２の変形である。即ちこの実施例は
第２図、第３図において光を基板（２０）の外側（図面
では第２図（Ｂ）　、　（Ｃ）の下側）より光検出素子
に照射させたものである。実施例２において第２図に示
す基板（２０）上に透光性の電極・ＩＪ−ド（１６）　
、　（８）を設ける。更に実施例２に示すごとくに光検
出用半導体（４）およびクロムを形成する。

その後このクロムをそのまま残置させて光検出素子の第
３の電極とする。この上面および側周辺の有機樹脂（２
１）上に表示素子の第１の電Ｆｉおよびリード（１８）
を形成する。その他は実施例２と同じであり、等価回路
は実施例１と同じである。

かくするとライトペン用の光信号を第２図における基板
（２０）の側より照射することができた。

「効果」 本発明は以上に示す如く、−基板上に光検出素子を形成
し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。か
つそれらを必要な製造工程に余分な電極・リードを作る
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）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。また光検出素子と液晶とが厚いガラス基板を挟んで
設けられているため、１つのフォトセンサで得た信号を
ただちに対応するピクセルで表現させることができる。

斜め方向からの光に対しても光検出用ピクセルと表示用
ピクセルとがズレをおこすことな（１：１に対応させる
ことができる。

光検出素子は周辺を絶縁物で囲まれているため、■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。

本発明のフォトセンサ、表示パネルは強誘電性液晶を用
いるならば、液晶それ自体が不揮発性メモリ作用を有す
るため、プリンタの一部に用いることも可能である。即
ち実施例２の構造を用いるならば、ライトペンを用いる
ことなしに表示素子に表示されているイメージを外側の
光を利用してその下側のフォトセンサで対応して検出し
、この検出信号をプリンタに与えることによりディスプ
レイされている像をプリントさせることができる。

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、窒素、酸素、ゲルマニュームを
一部または全部に添加した５ｉ＝Ｃｔ−ｘ（０＜Ｘ〈１
）、５ｉｘＮａ−Ｘ（０＜Ｘ＜４）、５ｉＯｚ−ｘ（０
＜Ｘ＜２）、５ｉｘＧｅ＋−ｘ（０＜Ｘ＜１）　とする
ことは有効である。

本発明において、表示素子と光検出素子とはその数にお
いて１：１である必要はなく、光検出に必要な素子密度
を考慮して表示素子に比べて多くも少なくもし得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のパッシブ型表示素子およびフォトセン
サを用いた２×２マトリツクスの回路図を示す。 第２図及び第３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、第１の透光性基板上に第１の導体と、該導体上に光
   検出用半導体とを有する積層体を形成する工程と、該積
   層体および側周辺に絶縁物を充填する工程と、該絶縁物
   上および前記積層体上に電極およびリード用の第２の導
   体を形成する工程とを有せしめることにより、形成され
   た光検出用半導体装置を有する基体を形成する工程と、
   該基体上の第２の導体に対抗して他の電極およびリード
   を第２の透光性基板上に形成する工程と、前記第１およ
   び第２の透光性基板間に液晶を充填して表示装置を形成
   する工程とを有することを特徴とする半導体装置の作成
   方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、光検出用半導体を
   有する積層体の側周辺の絶縁物は、前記積層体および側
   周辺の基板上に感光性を有する有機樹脂を形成する工程
   と、前記基板側より光を照射して前記積層体上方を除く
   他部の有機樹脂を感光せしめる工程と、前記積層体上方
   の非感光領域の前記有機樹脂を除去して前記積層体の上
   面を露呈せしめる工程とを有せしめて形成することを特
   徴とする半導体装置の作成方法。