JPS60113477A - 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】 本発明は、アモルファス珪素を含む非単結晶半導体上に
、酸化インジュームまたは酸化スズを主成分とする透光
性導電膜（以下ＴＣＯという）と、その上面に金属膜と
、この金属膜上に絶縁膜との３層膜を設け、この３層膜
に溝状の開溝または穴状の開孔（以下これらを総称して
開溝という）をこの開溝またはその近傍にクロム、ＴＣ
Ｏ等の残存物を存在させることなく形成させる半導体装
置作製方法に関する。

本発明は３層膜に対しレーザ光を照射して開溝を形成す
る際、下地のアモルファス珪素を含む非単結晶半導体に
損傷を与えることなく開溝を形成することを目的として
いる。

（２） 従来より、一般に１８００〜２２００℃の高温照射が行
われるパルスレーザ光により、かかる半導体は照射に伴
っていわゆるレーザアニール現象が起こり、照射された
部分が１０〜５０μの巾にわたって多結晶化し結晶粒の
成長がおきる。また、さらにレーザ出力が大きい場合は
この半導体も溶融し、開溝を形成させるとともに、その
開溝またはその近傍には多結晶化した珪素と大気の酸素
とが反応した生成物が多量に残存しててしまう。

しかし、本発明はかかる半導体自体の変質を防ぎ、かつ
この半導体上の導電膜を昇華性（Ｓｕｂｌｉｍ−ａｔｉ
ｏｎ　）を有するＴＣＯとし、さらに導電性の金属およ
び断熱性を有する絶縁膜との３層膜とし、この被膜を選
択的にレーザ加工をして被膜の電極形成を行うことを特
徴としている。

従来、半導体上の導体の選択的なレーザ加工を行う目的
において、まったく本発明のごとき構造を有せしめるこ
とが不可能であった。

加えて、本発明の出願人によって非単結晶半導体を損傷
することなくその上面の導体を選択的に（３） レーザ光を用いて除去する方法が知られている。

それらが特願昭５８−１．９４８７６　（光電変換装置
）、５８−１９４８７７　（半導体装置作製方法）に示
されている。

その構造は非単結晶半導体上にＣＴＯを形成し、さらに
その上面に熱伝導度の低い昇華性金属のクロムを積層し
、この２層膜に対しＬＳを行うものである。

しかしこの金属導体のクロムは電気伝導度が悪いため、
そのシート抵抗は１０００〜３０００人の厚さで６Ω／
−〜３Ω／口である。他方、例えば銅の場合は１０００
〜３０００人の厚さで０．３Ω／口〜０．７７Ω／口で
あり、クロムの約１１５０である。このため、かかる０
、５Ω／口以下のシート抵抗を有し、さらにレーザ光を
有効に吸収し、加えて照射エネルギを十分導体、ＣＴＯ
に吸収し、はじけるようにしてこの導電膜を除去するこ
とができる構造がめられていた。本発明はかかる要求を
満たすものである。

本発明はかかる目的を満たすため、ＴＣＯとその上面に
アルミニューム、銅または銀を主成分とず（４） る金属被膜または５００〜５０００人の厚さのアルミニ
ューム上にニッケルまたはクロムを３００〜３０００　
Ａの厚さに形成する金属被膜において、さらにこの上面
に絶縁膜として窒化珪素またはＳｉＯを３００〜５００
０人の厚さに形成したものである。その結果、従来金属
がクロムのみにおいては、熱伝導度が低く、レーザ光の
熱エネルギを保存して昇華性酸化物導電膜のＩＴＯの温
度を昇華温度以上にさせて昇華させ、気化させることが
できたが、電気伝導度を向上させるに不十分であった。

このため本発明はＣＴＯ上に伝導率の高い金属のＡＩ、
Ａｇ、Ｃｕ等を形成し、さらにその上面に熱伝導度の低
い絶縁膜をコートした。その結果、熱保存は非酸化性絶
縁膜、また電気伝導度は金属半導体をと機能を分けて積
層したものである。かくして、半導体を損傷することな
く電気伝導度を良好にした被膜を作り得、加えてこの被
膜に開溝をＬＳにより形成し２つの被膜間を電気的アイ
ソレイションさせることが可能となった。

さらに本発明は、レーザ光を照射して開溝を形（５） 成したに加えて、この開溝またはその周辺部にクロム等
の残存物が導体または半導体と反応して密着することな
く、単に付着した状態で存在していた。このため本発明
においては、被加工物を洗浄溶液に浸し、超音波洗浄法
で残存物を除去してしまうことにより、この開溝により
隔てられていた２つの導電膜の抵抗を１０ヨΩ／ｃｍ　
（５０〜１００μ巾の開溝で１　ｃ、ｍあたり１０：ｌ
Ωの意味）以上の分離抵抗を有せしめたものである。以
下に図面に従って本発明の詳細をさらに説明する。

第１図は本発明の半導体装置の作製工程を示す。

第１図（Ａ）に基板例えばガラス、単結晶半導体、有機
樹脂、ステンレス等の金属基板（１）を有し、この上面
に公知のプラズマ気相反応法により水素化アモルファス
珪素等の非単結晶半導体を例えば０．５　μの厚さに形
成させた。

この半導体は図面にては■型アモルファス半導体（２＞
＜０．５μ＞、Ｎ型微結晶化半導体（５００人）とより
なる非単結晶半導体（４）としている。

さらにこの上面に電子ビーム蒸着法により酸化（６） スズまたは酸化インジューム等の透光性導電膜即ちＴＴ
Ｏ（酸化スズを１０重量％以下含有する酸化インジュー
ム、即ち、酸化インジュームを主成分とする透光性導電
膜）（５）を１００〜３０００人の厚さに形成し、さら
にこの」二面に金属導体（６）を電子ビーム蒸着法によ
り作製した。

この金属導体は以下の如くである。

１　）　Ａｌ　（３００〜５０００人）２＞Ｔｉ（５〜
５０人）　−Ａｇ　（１００〜５００　人）−ＡＩ（１
，０００〜５０００人） ３　）　ＡＩ　（３００〜５０００人）−Ｃｒ（３００
〜３ｏｏｏ人）４）八１　（３００〜５０００人）　−
Ｎｉ　（３００〜３０００人）以上において、Ｃｒ、Ｎ
ｉは反射率が低く、光エネルギを十分金属に加える目的
を有する。１）のＡＩは導体であり、半導体とオーム接
触をしやずく、また反射性金属である。２）のＴｉは反
射率の高い銀のＣＴＯとの密着性を向上させる目的であ
る。クロムは昇華性であり、レーザ加工しやすく、３）
は最もレーザ加工の出力周波数に余裕を有していた。Ｎ
ｉはその上面にハンダ付がしやすく、耐熱性（７） である。

さらにこの上面に基板温度を１５０〜２００℃として、
圧力０．１　ｔｏｒｒ周波数１３．５６ＭＨｚまたは３
０　Ｋ　ＩＩ　ｚにて５ｉＨｌまたは５ｉ２ｔｌ（とＮ
Ｈ，との反応により絶縁性被膜である窒化珪素被膜（７
）を５００〜５０００人の厚さに形成した。

この窒化珪素の代わりにＳｉＯを真空蒸着法で形成して
もよい。このＳｉＯは昇華性絶縁物であり、レーザ光の
照射により容易に導体（５）、＜　６　）と同時に除去
することができた。

第１図（Ｂ）に示すごとく、第１図（Ａ）の被加工物に
ＹＡＧレーザ（波長１．０６μ、０．５６μ、平均出力
０．１〜５Ｗ、繰り返し周波数１〜３０ＫＨｚ、焦点距
呂１ｔ５０ｍｍ、スキャンスピード１０〜３００ｃｍ　
７分）または窒素レーザ（波長３３７．１ｎｍ　）を照
射した。すると３層膜（５）、＜　６　）、＜　７　）
に開ｉ　（１０）が設けられ、領域（１１）、領域（１
２）に導体（５）、＜　６　）を分離することができた
。

この時、開講（１０）には残存物（１３）が残存し、さ
らに金属導体の端部（９）、＜９’）はそりあがった（
８） 形状を有し、基板（４）とは分離していた。さらにこの
３つの領域間の抵抗を調べると１００Ω／ｃｍ程度であ
った。

このレーザ加工において、その開溝形成の機構は以下の
ごとくに考えられる。即ち、本発明方法における透光性
導電膜は透光性を有する昇華性被膜である。また、この
上の窒化珪素膜はレーザ光の反射防止膜に作用し、かつ
熱伝導度が小さく、１．０６μ、３３７ｎｍの波長光エ
ネルギを十分金属導体、ＣＴＯに吸収させることができ
る。さらに、この熱は上面をコ−１−された絶縁膜によ
り断熱されるため、照射面が照射光により昇温し、ＩＴ
Ｏが昇華性でありかつ金属も溶融して上面が非反応性被
膜である窒化珪素で覆われているため反応せず、気化温
度以上の高温となり、その結果、金属の気化、ＣＴＯの
昇華温度以上となってはじけるように気化するものと推
定される。

さらにこの気化、昇華により気化熱を奪うため、半導体
はレーザアニールの時のごとくに多結晶化するに必要な
温度にまで昇温されず、半導体自体（９） の損傷または変質を防ぐとともに、レーザ光が照射され
た溶融金属もＴＣＯにより半導体と反応することを防ぐ
ことができるものと考えられる。

特にレーザ光はパルス光であり、そのパルス巾がＹＡＧ
レーザでは５０〜８０ｎ秒、窒素レーザ光でも１０〜３
０ｎ秒である。そのため、金属導体も液化する前に気化
させる方が残存物が少ない。このため、残存物が窒素レ
ーザの方が少なく、ＬＳにより開溝を形成した後超音波
洗浄をする必要が実質的になく、好ましかった。

さらにこのため本発明においては、この基板全体を洗浄
液例えば水、アセトン、アルコール、トリクレン、フレ
オン液体さらに弱酸液に浸漬し、超音波洗浄（周波数２
９．５ＫＩＩｚ　）を行った。残存物（１３）は単に半
導体上に残置しているのみであり、半導体と反応して溶
着していないため、容易に除去することができた。加え
て金属、絶縁物の端部の浮いた部分（９）、＜９’）を
超音波エネルギにより折りとって除去することができた
。

第１図（Ｃ）はこの形状の縦断面図を模型的に（１０） 示したものである。

この超音波洗浄により、２つの領域間の抵抗も１．５に
Ω以上とすることができ、アイソレイション抵抗を１０
倍も向上させることができた。

このため２つの領域間の電気的アイソレイションを行う
ことができた。加えて開溝により露呈した半導体部はレ
ーザアニールにより多結晶化したり、またえぐられて凹
部が形成されたりすることがなかった。

このことは半導体自体の光照射を調べても、単結晶、多
結晶に特有の低い吸収をするのではなく水素化アモルフ
ァス半導体特有の強い光吸収係数を有していたことより
推定することができた。

さらにこのアイソレイションの抵抗も、１週間を経ても
まったくその値を変化させることなく安定していた。こ
のことは、半導体に数百Å以下の厚さでレーザ加工と同
時にきわめて薄くレーザ酸化が起き、酸化珪素（１０）
が半導体のパッシベイションとして作られたものと推定
される。

本発明における半導体は水素または弗素が添加（１１〉 されたアモルファス珪素のみならず、５ｉｘ（：１−ｘ
　（０＜ｘ＜　１）、Ｓｌｌ　Ｎ４−、ｃ（０＜　ｘ　
＜　４　）、５ｉｘＧｅ　ｌ−Ｘ　（０＜ｘ＜　１＞、
５ｉｘＳｎ　＋−ｘ　（０＜ｘ＜　１）であってもよい
ことはいうまでもない。

以下に実施例を示し、本発明を補完する。

実施例１ 第１図において、基板はガラス（１）上にアモルファス
珪素（２）を０．５μ、低抵抗の微結晶Ｎ型珪素（３）
を５００人の厚さに形成した非単結晶半導体とした。

さらにＩＴＯを１０５０人（このＩＴＯのシート抵抗は
３５Ω／口）の厚さに電子ビーム蒸着法により作製した
。その上にアルミニューム２０００人、クロムまたはニ
ッケル５００人を電子ビーム法により作製した。さらに
ＰＣＶＤ法により窒化珪素被膜を１２００人の厚さに形
成した。この３層膜のシート抵抗は０．１Ω／口であう
た。

かかる被加工面にＹＡＧ　レーザ光を照射した。条件は
周波数３ＫＨｚ、平均出力０．１３Ｗ、操作スピード６
０ｃｍ／分、焦点距離５０ｍｍ、光径５０μとした。

（１２） かくして第１図（Ｂ）のごとく開溝（７）により２つの
領域（１０（１２＞を作製した。

この実施例は、開溝の巾が４０ｍｍにおいて、２５Ω（
１００Ω／ｃｍ）であった。これをアセトン中に浸し、
２９．５ＫＨ２の超音波周波数での洗浄を約５分間行っ
た。するとこの場合は５００Ω（２にΩ／ｃｍ）に向上
することができた。

そして残存物（１３）を完全に除去することができた。

加えて端部のそり上がった部分がほぼ完全に除去されて
いることが判明した。

以上の説明より明らかなごとく、本発明は昇華性の透光
性導電膜とその上に導電性に優れた金属導体と保温性に
優れた耐熱性絶縁膜被膜とを形成させ、かかる３層膜に
対しレーザ加工を行い、その開溝での電気的アイソレイ
ションを行うことができた。

なお本発明において、ＴＣＯはＩＴＯのみならず酸化ス
ズ、酸化アンチモン、酸化インジューム等の昇華性材料
において実施することができる。

また本発明において、ＣＴＯが残存されていない（Ｉ３
） 場合は、レーザ照射により金属導体と半導体とが反応を
してしまうため、十分な電気的アイソレイションをさせ
ることができなかった。

本発明において、非酸化性の絶縁膜として窒化珪素と同
様にプラズマ気相法により作られた炭化珪素被膜も有効
であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の作製工程を示す縦断面図である。 特許出願人 株式会社半導体エネルギー研究所 代表者　山　崎　舜　平 （１４）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非単結晶半導体と、該半導体上の酸化インジューム
   または酸化スズを主成分とする透光性導電膜と、該導電
   膜上に昇華性金属膜と、該金属膜上に絶縁膜とを有し、
   前記金属膜にレーザ光を照射し被照射領域およびその近
   傍の残存物を除去して開溝または開孔を形成せしめるこ
   とを特徴とする半導体装置作製方法。 ２、非単結晶半導体と、該半導体上の酸化インジューム
   または酸化スズを主成分とする透光性導電膜と、該導電
   膜上に金属膜と、該金属膜上に絶縁膜とを有し、前記膜
   にレーザ光を照射し開溝または開孔を形成せしめる工程
   と、該工程の後、洗浄液に浸して超音波洗浄を行うこと
   により残存物を除去する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項および第２項において、（１
   ） レーザ光を非単結晶半導体を損傷させることなく照射せ
   しめて開溝または開孔を形成することを特徴とする半導
   体装置作製方法。 ４、特許請求の範囲第１項および第２項において、絶縁
   膜は窒化珪素被膜または炭化珪素被膜よりなることを特
   徴とする半導体装置作製方法。