JPS6158278A - 半導体装置の作製方法 - 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元素が添加された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
体を絶縁表面を有する基板に設けた光電変換素子（単に
素子という）を複数個電気的に直列接合をした高い電圧
の発生の可能な光電変換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
導体としてアモルファス半４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０．３μ以下と狭く、またＡ
ＷＬ　（１００ｍＷ／ｃｍ”）　Ｔ：　（７）光照射に
対し劣化が生じてしまうた。

「本発明が解決しようとする間嶋点」 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、活性半導体領域での結晶化を助長せしめ、
光照射に対する劣化を防ぎ、かつＰＩＮ接合を有する光
電変換装置にあっては、■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。

さらに連結部を構成する非活性半導体領域はアモルファ
ス半導体の高抵抗とし、この非活性領域での電極間リー
クを防ぐものである。

「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（パルス巾１０〜１００ｎ秒）を照射して、１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夏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。

さらにこの先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ブし、除去したもので
ある。

「作用Ｊ 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（焦点路Ａｌｌ　４０ｍｍ
）を照射させる。

さらにそれを０．０５〜５ｍ／分例えば３０ｃｍ　７分
の操作速度で移動せしめ、前工程と従属関係の開溝を作
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
１　ｘｔｏ’　〜Ｉ　Ｘ１０ｈＷ／ｃｍ”でありレーザ
スクライブの際のエネルギ密度の５Ｘ１０ｈ〜５　Ｘ　
１０’Ｗ／ｃｍ”より１／１０〜１／１０”である）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、
巾１０ｃｍを用いた。さらにこの上面に、全面にわたっ
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。

この透光性導電膜（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・インジューム）　（５００〜５００
０人代表的には５００〜１５００人）をスパッタ法また
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（パルス巾３０ｎ秒）加工機（日本電気型）によ
り平均出力０．３〜３−（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２０〜７
０μφ代表的には４０μφ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、スクライブライン用の第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）をレーザスクライブ（ＬＳという）により作製
した。

ＬＳにより形成された開溝（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５〜４０ｍｍ例えば１０ｍｍ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８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”ｃｎ＋−”
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（ＳｉｘＣｔ−、Ｏ＜　ｘ　＜　１　）半導体（約２
００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５０
０人ン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）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（Ｂ）に示されるごとく、第１の開溝（１
３）の左方向側（第１の素子側）にわたって第２の開：
ａ（１４）を第２のＬＳＩ程により形成させたいこの図
面では第１および第２の開溝（１３）　、　（１４）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０．１〜１−例えば０．８Ｗ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、実用上可算問題はなかった。

第１図において、さらにこの上面に第１図（Ｃ）に示さ
れるごとく、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５３０ｎｍまたは１．０６ｐ）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。

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
。

光源の照射光面積はｌｍｍＸ９ｍｍのＹＡＧパルスレー
ザ光を用いた。特にこの巾は活性領域の中上。

ｆｆｌｌ１１とし、１回の走査で活性領域のすべてを光
アニールさせた。このため、ここでは９ｍｍとした。ま
た、スキャンスピードとの関係でその厚さを１ｍ１１１
として、照射エネルギ密度を制御するため、ｌＯＯμ〜
３ｍｍまで可変させてもよい。

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長方形に集光し、パルス
光（周波数３００Ｈｚ　〜３０ＫＩｌｚ）を有し５ＫＷ
　／ｃｕｔ（巾１ｍｍ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３０００〜５０００人の深さの領域の
結晶化を助長させることができた。この結晶化の事実は
、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
またはハロゲン元素を外部に脱気することが少なく、ま
た結晶粒界の不対結合手を中和させ得る。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間のアモルファス半導体
における１層中の空乏層の巾をアモルファス構造のＰＩ
Ｎ接合における０、３μより結晶性を有せしめるため、
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導体
の０．５μより１．５〜２．０μにまで厚くさせること
ができ、光電変換装置としての電流を増加させ得る。

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。

さらにこのレーザアニールは素子の巾方向の両端部より
１〜２ｍｎ＋内側とし、両端部に至らないようにした。

そのため、アモルファス半導体が両端部に残存している
。換言すれば、活性領域の外周辺部は高抵抗度のアモル
ファス半導体で取り囲む構造とした。かくすることによ
り、活性半導体の周辺部での上下電極間のリーク即ち等
価回路的にいうならば並列抵抗の低下を防ぐことができ
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？？！　（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３００〜１５
００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
膜よりなる透光性導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Ｉ−
（：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°Ｃ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ＣＤ）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（２２）　、　（２２”）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（１０ｃ＋ＩＩＸ　１０ｃｍ）において、各素子を巾
１０ｍ１ｌｌ　Ｘ　９２ｎ＋ｎ＋の短冊上に設け、さら
に連結部の中２００μｍ外部引出し電極部の巾３＋ｎＩ
Ｉ、　Ｊｉ辺部４ｍｍにより、実質的に８８ｍｍ　Ｘ　
９２ｍｎ＋内に１０段を有せしめた。

その結果、セグメントが１１．３％（１，０５ｃｍりの
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（ＡＭＩ　（１００ｍＷ　／ｃｍ”　）
　））にて、６．３Ｗの出力電力を有せしめることがで
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
よりパンケージさせ、１２０ｃｍ　Ｘ　４０ｃｍのＮＥ
ＤＯ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１０
ｃｍ、巾１０ｃｍを用いた。

さらに上面にＳｎｕｇ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の開溝をスポット径５０μ、出力０．
５Ｗ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−Ｉ型半導体（１，２μ）−Ｐ型機結晶化Ｓ
ｉ半導体（３００人＞−ｐ型Ｓｉ＋ｃＣｔ−バ約５０Ａ
　　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１００μ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３ＫＨ
ｚ、操作スピード６０ｃａ／分にてＬＳにより第２の開
講（１４）を作製した。

この後、２ＩＩＩ１１　φＹＡＧ　レーザ（波長０．５
μ）　（２５）のパルス光（２５）　（この場合は第１
図に示すと逆向きの上側からのパルス光となる）により
、光アニール処理を上側のＰ型半導体を通して■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Ｉ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。

かくして得られた半導体を１　／１０）ＩＦ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をスパッタ法により平均膜厚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（２０）を同様にＬＳ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０．５−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
１−にて第１の電極、半４体、第２の電極のすべてをス
テンレス基板端より４ｎ＋ｍ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ｐｃｖｏ法また
はフォト・プラズマＣＶＤ法により窒化珪素膜を１ｏｏ
ｏ人の厚さに２５０℃の温度にて作製した。

すると１０ｃｍ　Ｘ　１０ｃｎ＋のパネルに１０ｍｍ巾
の素子を９段作ることができた。

パネルの実効効率としてＡＭＩ　　（１００ｍＷ／ｃｍ
”）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８２．
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（パルス巾７０ｎ秒）の波長の
ＹＡＧ　レーザを用いた。

しかしこの５００（０，５μ）　〜５０００ｎｍ　（５
，１７ｍ）の波長光を他のレーザ光、またはフラッシュ
状の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（ＡＭＩ　（１００
ｍｗ／ｃｍ”））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型半辱
体の劣化特性（５０）に比べて、■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)

【特許請求の範囲】
1. 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
   電極とを有する光電変換素子を複数個直列に連結部より
   連結して設けた半導体装置の作製方法において、前記非
   単結晶半導体における活性領域に対し、５００ｎｍ以上
   の波長の強光を照射することにより、該領域の半導体の
   結晶性を助長せしめるとともに、連結部を構成する非活
   性領域に対して前記強光を照射しないことにより、高抵
   抗性を保持せしめたことを特徴とする半導体装置の作製
   方法。