JPS6158276A - 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、水素またはハロゲン外素が添加されたＰＩ
Ｎ接合を有するアモルファス半導体を含む非単結晶半導
体にパルス状の強光を照射し、その結晶性を向上させた
半導体装置の作製方法に関する。

「従来の技術」 従来、水素またはハロゲン元素が添加された非単結晶半
４体としてアモルファス半導体が知られている。しかし
、かかる半導体はアモルファス構造を有し、結晶性を積
極的に用いていないため、ＰＩＮ接合における■型半導
体層のキャリアの空乏層が狭く、またＡＭＩ　（１００
ｄ／ｃｍ”）での光照射に対し劣化が生じてしまった。

「本発明が解決しようとする問題点」 本発明は、かかるアモルファス半導体を含む非単結晶半
導体に対し、その結晶化を助長せしめ、光照射に対する
劣化を防ぎ、かっＰＩＮ接合を有する光電変換装置にあ
っては、Ｉ型半導体への空乏層を１μ以上と大きく巾広
にすることを特徴としている。

「問題を解決しようとする手段」 本発明は透光性電極側よりこの電極を透過して内部の非
単結晶半導体に対し、５００ｎｍ以上の波長のパルス状
の強光（パルス中ｌＯ〜１００ｎ秒）ヲ照射して、■型
半導体層およびそれに近接したＰまたはＮ型半導体層を
水素またはハロゲン元素を内部に保存しつつ結晶性を促
しめるものである。

特に本発明は、その光吸収が小さい５００　ｎｍ以上一
般には０．５〜２μ例えば０．５３μまたは１．０６μ
のＹＡＧレーザのパルス状の強光を照射し、全体または
内部の十分深い領域までの■型半導体の結晶性を促進さ
せる、いわゆる光アニールを行った。このため、光は半
導体の光吸収係数の比較的少ない５００ｎｍ以上の波長
を用いた。

本発明は、この先アニールにより、同時に伴う電気伝導
度の増加が集積化構造にあってアイソレイションの妨げ
になってはならない。このため本発明方法においては、
この先アニールを活性半導体領域のみに対して行った。

さらにこの光アニールと同時またはその後、この導電膜
およびその下の非活性領域に連結部を構成するため、非
単結晶半導体をレーザ光　（Ｑスイッチ）がかけられた
ＹＡＧ　レーザ光によりスクライプし、除去したもので
ある。

「作用」 その結果、レーザアニールにより得られる結晶化助長領
域は、各セル間のアイソレイション領域には何等行わな
いため、集積化光電変換装置の製造に他の余分の工程を
伴わずに完了させることができるという特長を有する。

本発明の装置における素子の配置、大きさ、形状は設計
仕様によっ゛て決められる。しかし本発明の内容を簡単
にするため、以下の詳細な説明においては、第１の素子
の下側（基板側）の第１の電極と、その右隣りに配置し
た第２の素子の第２の電極（半導体上即ち基板から離れ
た側）とを電気的に直列接続させた場合のパターンを基
として記す。

そしてこの規定された位置にＬＳ用のレーザ光、例えば
波長１．０６μ（光径約５０μ）または０．５３μ（光
径約２５μ）のＹＡＧレーザ（焦点距離４０ｍｍ）を照
射させる。

さらにそれを０．０５〜ｂ 操作速度で移動せしめ、前工程と従属関係の開講を作製
せしめる。

本発明は、基板が透光性のガラスである場合、また、非
透光性基板上に半導体を形成し、その上面の光照射に対
し５００ｎｍ以上のレーザ光アニール（エネルギ密度は
ｌＸｌ０’〜Ｉ　Ｘ１０ｈＷ／ｃがでありレーザスクラ
イプの際のエネルギ密度の５Ｘ１０’〜５　Ｘ　１０７
Ｗ／ｃｍ″よす１／１０−１／１０３テある）を行った
もので、製造工程を増加させることなしに歩留りを従来
の約６０％より８７％にまで高めることができるという
画期的な光電変換装置の作製方法を提供することにある
。

以下に図面に従って本発明の詳細を示す。

「実施例１」 第１図は本発明の製造工程を示す縦断面図である。

図面において、絶縁表面を有する基板例えばガラス基板
（１）であって、長さく図面では左右方向）１０ｃｍ、
中１０ｃｍを用いた。さらにこの上面に、全面にわたう
て第１の導電膜（２）、透光性導電膜（２）を０．１〜
０．５μの厚さに形成させた。

この透光性導ｔＪＩ５１（２）として弗素等のハロゲン
元素が添加された酸化スズを主成分とする透光性導電膜
またはＩＴＯ（酸化スズ・インジェーム）　（５００〜
５０００人代表的には５００〜１５００人）をスパック
法またはスプレー法により形成させて、第１の導電膜と
した。

この後、この基板の上側より、ＹＡＧレーザ（波長０．
５３μ（パルス中３０ｎ秒）加工機（日本電気層）によ
り平均出力０．３〜３Ｗ　（焦点距離４０ｍｍ）を加え
、直径５ｍｍφのレーザ光を集光し、スポット径２０〜
７０μφ代表的には２５μφをマイクロコンピュータに
より制御して、上方よりレーザ光を照射し、その走査に
より、スクライプライン用の第１の開講（１３）を形成
させ、各活性素子領域（３１）、（１１）に第１の電極
（１５）をレーザスクライプ（ＬＳという）により作製
した。

ＬＳにより形成された開講（１３）は、巾約５０μ長さ
１０ｃｍであり、深さはそれぞれ第１の電極を構成させ
るために完全に切断分離した。

かくして第１の素子（３１）および第２の素子（１１）
を構成する領域の巾は５〜４０１ｎ１１１例えば１０ｍ
ｍとして形成させた。

この後、この上面にプラズマＣＶＤ法、フォトＣＶＤ法
またはＬＰＣＶ　Ｄ法により、光照射により光起電力を
発生する非単結晶半導体即ちＰＩＮ接合を有する水素ま
たはハロゲン元素が添加された非単結晶半導体層（３）
をＩ型半導体中の平均酸素濃度を５×１０”ｃｍ−’以
下とし、かつその厚さを０．３〜３．０　μ代表的には
１．５μの厚さに形成させた。

その代表例は光照射が基板側からの場合であるため、Ｐ
型（ＳｉｘＣ＋−ｘ　Ｏ＜　ｘ　＜　１　）半導体（約
２００人）−１型アモルファスまたはセミアモルファス
のシリコン半導体（約１．５μ）−Ｎ型の微結晶（約５
００　人）を有する半導体よりなる１つのＰＩＮ接合を
有する非単結晶半導体（３）とした。

かかる非単結晶半導体（３）を全面にわたって均一の膜
厚で形成させた。

さらに第１図（［１）に示されるごとく、第１の開ｍ（
１３）の左方向側（第１の素子側）にわたって第２の開
７？Ｉ（１４）を第２のＬＳＩ程により形成させた。

この図面では第１および第２の開講（１３）　、　（１
４）の中心間を１００μずらしている。

かくして第２の開溝（１８）は第１の電極の側面（８）
　、　（９）を露出させた。

さらに本発明は、第１の電極（２）の透光性導電膜（１
５）の表面のみを露呈させてもよいが、製造歩留りの向
上のためにはレーザ光が０．１〜ＩＷ例えば０．８−で
は多少強すぎ、この第１の電極（１５）の深さ方向のす
べてを除去した。しかし、その側面（８）（側面のみま
たは側面と上面の端部）に第１図（Ｃ）で第２の電極（
３８）とのコネクタ（３０）が密接してもその接触抵抗
が一般に酸化物−酸化物コンタクト（酸化スズ−ＩＴＯ
コンタクト）となり、その界面に絶縁物バリアが形成さ
れ゛ないため、実用上回等問題はなかった。

第１図において、さらにこの上面に第１図（Ｃ）に示さ
れるごと（、表面の第２の導電膜（５）およびコネクタ
（３０）を形成した。

さらに本発明方法における５００　ｎｍ以上の波長（一
般には５３０ｎ醜または１．０６μ）を発光するＹＡＧ
パルス光レーザアニール装置の概要およびその方法を示
す。

被照射構造物は第１図（Ｂ）または（Ｃ）に示す。

第２の透光性電極（５）を形成する前または後の構造物
を光アニール工程における対象基体として用いた。

光源は直径５ｍＩＩＩ　φのＹＡＧパルスレーザ光を用
いた。特にここではＮＥＣ製レーザ発振器を用いた。

さらにこのレーザ光はレンズで集光せず、直径′５ｍｓ
＋φのパルス光（周波数３００Ｈｚ　〜３０Ｋｌｌｚ）
を有し５に一／ｃａｌ（巾１ｍｌ１１の場合）となった
。

この照射光（２５）を被照射面に一定速度の移動基体に
照射させた。

かくすると、非単結晶半導体中で１層の全厚さく波長１
．０６μの場合）または０．５３μの波長を用いる場合
にその半分程度の０．３〜０．７　μｍの深さの領域の
結晶化を助長させることができた。この結晶化は、この
工程の後レーザラマン分光測定を行うことにより判明し
た。加えて、この本発明方法のアニールは光パルスアニ
ールのため、結晶化の際、既に含有している水素または
ノ１０ゲン元素を外部に脱気することがない、加えて結
晶性または秩序性を光アニールにより促進するため、光
劣化特性が小さくなり、加えてＰＮ間の１層中の空乏層
の巾をアモルファス構造のＰＩＮ接合における０、３μ
より１〜３μと伸ばすことができるという二重の特長を
有していた。このため１層の最適厚さをアモルファス半
４体の０．５μより１．５〜２．０μにまで厚くさせる
ことができた。

このレーザアニールは、第１図（Ｃ）において、（３３
）　、　（３４）の間、（３３°）、（３４’）の間の
活性領域（３１）。

（１１）に限られる。そして（４）の非活性領域は高抵
抗型の半導体、特にアモルファス半導体であり、（２０
）の下側の半導体、（１３）の部分の半導体により電極
間のリークがないようにせしめた。

このレーザアニールの後、第３のＬＳにより切断分離を
して複数の第２の電極（３９）　、　（３８）を第３の
開講（２０）を形成してアイソレイションした。

この第２の導電膜（５）は金属と透光性導電酸化膜（Ｃ
ＴＦ）　　とを用いた。その厚さはそれぞれ３００〜１
５００人に形成させた。

このＣＴＦとしてクロム−珪素化合物等の非酸化物導電
膜よりなる透光性心電膜を用いてもよい。

これらは電子ビーム蒸着法またはスパッタ法、フォ）Ｃ
ＶＤ法、フォト・プラズマＣＶＤ法を含むＣＶＤ法を用
い、半導体層を劣化させないため、２５０℃以下の温度
で形成させた。

かくして第１図（Ｃ）に示されるごとく、複数の素子（
３１）　、　（１１）を連結部（４）で直列接続する光
電変換装置を作ることができた。

第１図（Ｄ）はさらに本発明を光電変換装置として完成
させんとしたものである。即ちパッシベイション膜とし
てプラズマ気相法またはフォト・プラズマ気相法により
窒化珪素膜（２１）を５００〜２０００人の厚さに均一
に形成させ、各素子間のリーク電流の湿気等の吸着によ
る発生をさらに防いだ。

さらに外部引出し端子（２３）を周辺部に設けた。

斯くして照射光（１０）に対し、この実施例のごとき基
板（１０ｃｍ　Ｘ　１０ｃｍ）において、各素子を巾１
０ｍｍ　Ｘ　９２ｍｍの短冊上に設け、さらに連結部の
ｒｌｌ１５０μｍ外部引出し電極部の巾３問、周辺部４
＋ｎｍにより、実質的に８８ｍｍ　ｘ　９２ｍｍ内に１
０段を有せしめた。

その結果、セグメントが１１．３％（１，０５ｃｍ″）
の変換効率を有する場合、パネルにて７．６％（理論的
には９．３％になるが、９段直列連結抵抗により実効変
換効率が低下した（八Ｍｌ　（１００ｍＷ　／ｃｍ２）
　））にて、６．３　Ｗｏの出力電力を存せしめること
ができた。

またさらにこのパネルを大きくし、例えば４０ｃｍＸ　
６０ｃｍを２ヶ直列にアルミサツシの固い枠内またカー
ボン・ブラックによる可曲性枠内に組み合わせることに
よりパッケージさせ、１２０ｃｍ　Ｘ　４０ｃｌｌｌの
ＮＥＤＯ規格の大電力用のパネルを設けることが可能で
ある。

またこのＮＥＤＯ規格のパネル用にはシーフレックスに
よりガラス基板の裏面（照射面の反対側）に本発明の光
電変換装置の上面をはりあわせて、風圧、雨等に対し機
械強度の増加を図ることも有効である。

実施例２ 第１図の図面に従ってこの実施例を示す。

即ち絶縁性被膜を有する金属箔基板として約１００μの
厚さのステンレス箔の表面にポリイミド樹脂をＰＩＱを
用い１．５　μの厚さにコートした基板（１）長さｆｏ
ｃｉ、１１１０ｃｍ＋を用いた。

さらに上面に５ｎＯｔを１０５０人の厚さにスパッタ法
により作製した。

次にこの後、第１の開講をスポット径５０μ、出力０．
釦のＹＡＧレーザをマイクロコンピュータにより制御し
て０．１〜１ｍ／分（平均０．３ｍ／分）の走査速度に
て作製した。

素子領域（３１）　、　（１１）は１０ｍｍ巾とした。

この後公知のｐｃｖｏ法、フォトＣＶＤ法またはフォト
・プラズマＣＶＤ法により第１図に示したＰＩＮ接合を
１つ有する非単結晶半導体を作製した。

光照射が上側の第２の電極側からの場合であるため、基
板側の第１の電極（２）上にＮ型微結晶珪素（約３００
人）半導体−■型半導体（１，２μ）−Ｐ型機結晶化Ｓ
ｉ半導体（３００人）−Ｐ型５ｉＸＣＩ−バ約５０人　
ｘ　＝０．２〜０．３）半導体と積層しである。

その全厚さは約１．３μであった。

かかる後、第１の開溝をテレビにてモニターして、そこ
より５０μ第１の素子（３１）側にシフトさせ、スポッ
ト径５０μ、平均出力０．５Ｗ、室温、周波数３にＨｚ
、操作スピード６０ｃｍ／分にてＬＳにより第２の開溝
（１４）を作製した。

この後、２１φＹＡＧレーザ（波長０．５μ）のバ　　
　　　・シス光（２５）　（この場合は第１図に示すと
逆向きの照射光とみる）により、光アニール処理を上側
のＰ型半導体を通してＩ型半導体層に行った。するとこ
の微結晶化したＰ型半導体層およびその下の■型半導体
層との結晶化または秩序性を助長せしめ、いわゆる多結
晶化領域として構成せしめることができた。

か（して得られた半導体を１　／ｌ０ＩＩＦ中に浸漬し
て半導体表面の絶縁酸化物を除去し、さらにこの全体を
ＣＴＦであるＩＴＯをスパック法により平均膜厚７００
人に作製して、第２の導電膜（５）およびコネクタ（３
０）を構成せしめた。

さらに第３の開溝（２ｏ）を同様にしＳにより第２の開
溝（１４）より１００μのわたり深さに第１の素子（３
１）側にシフトして形成させ第１図（Ｃ）を得た。

レーザ光は平均出力０．５Ｗとし、他は第２の開講の作
製と同一条件とした。

第１図（Ｃ）の工程の後、パネルの端部をレーザ光出力
ＩＷにて第１の電極、半導体、第２の電極のすべてをス
テンレス基板端より４ｆｆｌＩＩ内側で長方形に走査し
、パネルの枠との電気的短絡を防止した。

この後、パッシベイション膜（２１）をＰＣＶＤ法また
はフォト・プラズマＣＶＤ法により窒化珪素膜を１００
０人の厚さに２５０℃の温度にて作製した。

すると１０ｃｍ　ｘ　１０ｃｍのパネルに１０ＩＩＩＩ
Ｉ＋巾の素子を９段作ることができた。

パネルノ実効効率としＴ：ＡＭｌ　　（１００ｍＷ／ｃ
ｒｓりにて８．７％、出カフ、８ｗを得ることができた
。

、　有効面積は８２．８ｃｍ”であり、パネル全体の８
２．８％を有効に利用することができた。

本発明におけるレーザアニールは０．５３μパルス巾３
０ｎ秒または１．０６μ（パルスｒｌ１７０ｒ１秒）の
波長のＹＡＧ　レーザを月■）た。

しかしこの５００（０，５μ）　〜５０００ｎｍ（５＃
ｍ）の波長光を他のレーザ光キセノンランプ等を用いて
行うことは有効であった。

本発明の実施例は半導体装置における特に光電変換装置
に関して記した。しかし同じ構造のＰＩＮまたはＮＩＰ
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
結晶半導体をダイオードとして用いた液晶またはエレク
トロクロミックの固体表示装置、またフォトセンサ、イ
メージセンサに対して本発明を適用してもよいことはい
うまでもない。

「効果」 本発明は第２図に示す如く、光照射（ＡＭＬ　（１００
ｍｗ／ｃｍす）効果に対してきわめて有効である。そし
てその１例として一般的なアモルファスＰＩＮ型半導体
の劣化特性（５０）に比べて、Ｉ型半導体の場合は１．
３〜２μと厚いにもかかわらず、きわめてその劣化が少
ない結果（５１）を本発明では得ることができた。　（
５１）は実施例１、（５２）は実施例２の特性である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光電変換装置の製造工程を示す縦断面
図である。 第２図は本発明の光パルスアニールを行なわない光電変
換装置と、本発明の光パルスアニールを行った光電変換
装置の光照射特性である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．絶縁表面を有する基板上に第１の電極と、該電極上
   に密接してＰＩＮ接合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と、該半導体上に第２の電
   極とを形成し、前記半導体または該半導体に密接して第
   １または第２の透光性電極を透過して５００ｎｍ以上の
   波長のパルス状の強光により光アニールを行う工程を有
   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項において、光アニールを施す
   ことによりＰＩＮ接合を有する非単結晶半導体のＩ型半
   導体の結晶化を促進せしめたことを特徴とする半導体装
   置作製方法。