JPS6014441A - 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】 この発明は珪素を主成分とする薄膜半導体またはその上
面の薄膜導体に対してレーザ光によるスクライブ（以下
ＬＳという）またはレーザ光による酸化（以下ＬＯとい
う）に関する。

この発明は１μ以下の厚さを有する薄膜半導体であって
、かつ６００ｎｍ以下の短波長光に対し光の吸収係数の
大きい非単結晶半導体またはその半導体上の１μ以下の
波長を有する薄膜導体（以下単に被加工物という）に対
し、ＬＳまたはＬＯを施すことを目的としている。

この発明は、珪素を主成分とする非晶質（アモルファス
）、半非晶質（セミアモルファス）または微結晶（非晶
質と微結晶粒との混合物）を含む結晶粒径が０．１　μ
以下の非単結晶半導体薄膜またはこの薄膜上の導電膜に
対して、レーザ加工を実施したものである。

従来、レーザ光はＹＡＧレーザ（発光波長１．０６μ）
を用いたレーザ・アニールまたはＬＳがよく知られてい
る。

このＹＡＧ　レーザは赤外光であり、特にレーザ・アニ
ールをせんとする時、その基板の深部の単結晶半導体の
上面の浅部の非晶質半導体に対し、これを単結晶化する
ために実施している。このためには光が深部に強く加え
られることが必要であるため、１μまたはそれ以上の長
波長の光が適している。

また金属加工のＬＳにおいても、レーザ光が強い程加工
がしやすく優れているため、高出力の発光が可能なＹＡ
Ｇ　レーザが用いられている。

しかし他方、基板上に１μ以下の厚さの薄膜状の半導体
を形成し、この薄膜をその下側の下地（基板）への損傷
を可能な限り加えないようにして加工するには、まった
く逆である。即ち被加工物が照射されたレーザ光を強く
吸収し、浅部にて熱に変えることが重要である。このた
め本発明は１．００μ以上の長波長光ではなく、６００
ｎｍ　（０，６μ）以下の短波長を有するレーザ光例え
ばアルゴン・レーザ（発光波長４８８ｎｍ、５１２ｎｍ
　（Ｊまたはパルス光）を用いたことを特長としている
ヶ 第１図は光の波長に対する単結晶、非単結晶半導体の吸
収係数、光の到達深さに関する関係を示す、単結晶半導
体（７）、非単結晶半導体である非晶質珪素、微結晶珪
素の吸収係数（６＞、＜　６　）に関する。

すると光波長１μでは１０ヨｃｎ＋−’の吸収係数を有
し、照射光強度がｌ　／　ｅ　（ｅ　＝２．７２）にな
るのに１０．５μの深さく３３）を必要とする。またｉ
　／１００（９９％が熱に変換されるの意）にするのに
１０００μ以上の深さく３２）を必要としてしまう。し
かしこの照射光の波長が本発明のとと＜　５００ｎｍ　
（０，５μ）の短波長においては、吸収係ｔＪ　２　Ｘ
　１０’　ｃｍづと１μの波長の１００倍を有している
。このため照射光の強度が１／ｅになるのに７００人、
１　／１００になるのに１μの深さがあれば十分である
ことが判明した。　ど このことより、かがる１μ以下の厚さく好ましくは１０
０人〜０．７μの厚さ）の薄膜の非単結晶半導体に対し
ては、６００ｎｍ以下（好ましくは可視光であ）て短波
長光の４００〜５５０ｎｍ　）の波長とすることは、そ
の下地成分（基板）の損傷を防ぐためにきわめて有効で
あることが判明した。またががる高い吸収係数を有する
半導体の上面に密接して形成された１μ以下の厚さの薄
膜導体（好ましくは３００〜５０００人の厚さ）の切断
（ＬＳ）に対しても、その下側の半導体が上面近傍にお
いて強（光を吸収し、発熱をするため、半導体の上部の
みの選択的除去を含めて導体薄膜の除去をすることが可
能となった。これはＹＡＧ　レーザによる１、０６μの
長波長では半導体薄膜の全てが除去されてしまい、さら
に場合によってはその下側の下地導体すらも除去されて
しまった場合に比較して、工業的に開溝　（の厚さ方向
の制御にきわめて有効であることが判明した。

さらに波長を１．０６μではなく　６００ｎｍ以下の短
波長光とすると、焦点距離を３０〜１００ｍｍと長くし
、かつビーム・スポット径を３〜３０μφと小さくする
ことができる。そのためＹＡＧ　レーザでは５ｃｍ、５
０μφ、２ｃｍ、２０μφであるものが、５ｃｍ、１０
μφと長焦点距離を有し、かつビーム径を小さくするこ
とが光学的に可能となり、開溝、分離溝の太さく巾）を
従来の５０μより１０μ以下にまで狭くすることが可能
となった。

このため本発明方法を用いて薄膜状の光電変換装置を作
製せんとする時、特にその連結部にお番ノる面ｆｆＪｔ
Ｊｌ失を少なくすることができ、また製造歩留りをも向
上させることができた。

以下に本発明方法の実施１夕１１である光電変換装置の
作製の場合について、図面に従ってその詳細を示す。

第２図は本発明方法を用いた光電変換装置の製造工程を
示す縦断面図である。

この実施例においては、ｃｗ（連続発光）のアルゴン・
レーザ（発光波長５１４．５０ｍ　（緑）　、４８８ｎ
ｍ（青と４５８ｎｍ　（藍）、３５１　／３６３ｎｍ　
（紫外）以下０．５μの波長のレーザ光ともいう））を
用いた。発光源はΔｒレーザ（パルス光）、液体レーザ
（４００〜５００ｒ＋ｍ）窒素レーザ（３３７ｎｍ　（
紫外））を用い７もよ　゛い。

図面において透光性基板（１）例えばガラス板（例えば
厚さ０．３〜２．２ｍｍ例えば１．２ｍｍ　、長さ〔図
面では左右方向）　６０ｃｍ、　ｉ７　（前後方向）　
２０ｃｍ）を用いた。

さらにこの上面に全面にわたって透光性導電膜例えばＩ
ＴＯ（３００〜１５００人）　＋５ＩＩＯ！＋　（２０
０〜４００人）または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（５００〜２０００人）
（２）を真空蒸着法、ＬＰＧ、ＶＤ法またはプラズマＣ
ＶＤ法またはスプレー法により形成させた。

この後この透光性導電膜に、アルゴン・レー・ザ加工機
（日本電気層）により出力５〜８Ｗを加え、スポット径
３〜３０μφ代表的にはｌＯμφをマイクロコンピュー
タにより制御して、被膜側よりレーザ光を照射して、そ
の走査によりスクライブラインによる開溝（１７）を形
成させた。

スクライビングにより形成された開溝（１７）は巾約１
０μ、長さ２０ｃｍとし、各素子（１３）、（１１）を
構成する１１は１０〜３０ｍｍ例えば１８ｍｍ（１つの
セグメントは１８ｍｍ　Ｘ　２０ｃｍとする）とした。

この第１の電極（１４）、（１９）はこの実施例につい
ては透光性導電膜であるため、そのエネルギーバンド中
（約３　ｅＶ）に比べて大きい光エネルギーを有する（
４００　ｎｍ以下）の波長を用いることが好ましかった
。

従来より知られたＹＡＧ　レーザでは、パルス光であり
、かつ赤外熱光であるため、開溝（１７）下の基板（１
）上部に鱗状の深さ１〜３μのガラスの溶融によるキズ
ができてしまった。しかし本発明の６００ｎｍ以下の短
波長の連続発光（ＣＷ）の光源では、かかる傷の深さは
０．１　μ以内であり、実用上の支距ばまったく見られ
なかった。

かくして第１の電極を構成する（２）を切断しそれぞれ
の領域（１４）、（１７）を電気的に分離絶縁して、第
１の開溝を形成した。

この後、この上面にプラズマＣＶＤ法またはＬＰＣＶＤ
法によりＰＮまたはＰＩＮ接合を有する珪素を主成分と
する非単結晶半導体層（３）を０．２〜０．７μ代表ｒ
ｌ’Ｊ　Ａｊ　＆卸、、、、　５μの厚さに形成させた
。

その代表例はＰ型非晶質半導体（ＳｉｘＣよｘ＝０．８
約５０〜１５０人）−Ｉ型非晶質または半非晶質構造の
シリコン半導体（０，４〜０．６μ）−Ｎ型の微結晶ま
たは５ｉｘＣ，、ｔ　（ｘ　＝０．９，１００〜２００
人）を有する１μ以下好ましくは０．６μ以下の厚さの
半導体よりなる一つのＰＩＮ接合を有する非単結晶半導
体、またはＰ型非晶質半導体（ＳｉｘＣ＋−ぺ）−Ｉ型
非晶質またはＰ型珪素半導体−Ｎ型＝Ｐ型Ｓｉ微結晶化
半導体−Ｉ型非晶質５ｉｘＧｅ＋−べ半導体−Ｎ型非晶
質ＳｔにＣ）−Ｋｘ　＝０．９　）の半導体よりなる２
つのＰＩＮ接合と１つのＰＮ接合を有するタンデム型の
ＰＩＮＰＩＮ、、、。

、ＰＩＮ接合の厚さ１μ以下（好ましくは０．５〜０．
７μ）の半導体（３）である。

かかる非単結晶半導体は、第１図（６）に示す非晶質珪
素吸収特性および微結晶珪素の吸収特性（６）を有して
おり、またこれら開溝、分離溝の形成の対象になる半導
体は１μ以下の厚さ、ここでは約０．５μを有せしめる
。

また非単結晶半導体特性（６）、微結晶半導体特性（６
）は０．５μの同じ波長光において単結晶珪素の吸収係
数特性（７）に比べて約１０倍も大きく、この点におい
て本発明の短波長のレーザ光が単結晶ではなく非単結晶
半導体においてＬＳ、ＬＯのために特に有効であること
がわかる。

かかる非単結晶半導体層（３）を全面に均一の膜厚で形
成させた。さらに第２図（Ｂ）に示されるごとく、第１
の開溝（１３）の左方向側に第２の開ｍ　（１Ｂ）を第
２のＬＳＩ程により形成させた。

かかる半導体は第１図に示されるごと＜　、０．５μの
波長のレーザ光源にて１０”ｃｍ−１の吸収係数を有し
、その波長が１／ｅにするのに１０００Å以下であり、
１　／１００にするには１μあればよく、このため１μ
以下の薄膜のＬＳにはきわめて好ましいものであった。

そのためこの半導体の下側に３ｅＶのＣＴＦがあっても
、このＣＴＰに太き（損傷を与えることな（、第２図（
Ｂ）（８）に示されるごとき、１００〜５００人の浅さ
の凹状のサグリで半導体に開溝（１８）を形成すること
が可能になった。この結果、第１の電極（１４）とのコ
ネクタ（９）による接触面積が１０μｌ】と大きいため
、第２図＜Ｃ＞でのコネクタ（９）の接触抵抗を４Ω／
ｃｍ以下にすることが可能となった。

かくして第２の開溝（１８）は第１の電極の上面を一部
えぐって露出（８）さセた。

この第２の開溝（１８）は、第２の素子の第１の電極（
１９）の側面（６）より５μ以上左側であればよく、そ
の極端な例として、図面に示されるごとく、第１の素子
の第１の電極（１４）の内部に入ってしまってもよい。

逆にかくのごとく第１の素子側にわたってしまった方が
製造上の開溝形成の際のスポットのゆらぎによる接触不
良を少なくすることができ、製造歩留りを向上させるこ
とができた。

第２図において、さらにこの上面に第２図（Ｃ）に示さ
れるごと（、第２の電極用の導電膜（４）を形成し、さ
らに第３のＬＳでの切断分離用の第３の開溝（２０）を
得た。

この第２の電極は透光性導電膜を１００〜１４００人Ｉ
ＴＯ（Ｍ化インジュームスズ）を形成し、さらにその上
面に銀またはアルミニュームを３００〜３０００人の厚
さに形成させた。例えばＩＴＯを１０５０人、銀を１０
００人の２Ｎ構造とした。

このＣＴＦとして、ここではＩＴＯ（Ｍ化インジューム
酸化スズを主成分とする混合物）を形成した。

このＣＴＦ　として酸化インジュームを主成分として形
成させることも可能であった。

このＩＴＯと銀は裏面側での光電変換装置に照射される
光（１０）の反射を促して６００〜８００　ｎ　ｍの長
波長光を有効に光電変換させるためのものである。

これらは電子ビーム蒸着法またはＰＣＶＤ法を含むＣＶ
Ｄ法を用いて半導体層を劣化させない温度で形成させた
。

このＩＴＯは半導体と裏面電極との反応による信頼性低
下を防く上で役立っている。

かくのごとく、裏面に形成される電極用導電層を６００
ｎｍ以下の波長のレーザ光を上方より照射した場合を以
上においては示している。

この開／Ｆｊ（２０）作製を従来より知られたＹＡＧ　
レーザ（１，０６μ　α−１０ヨｃｍ−’　）で行う場
合は、レーザ光が半導体の全厚さをきわめて簡単に突き
抜けてしまうため、第２図（Ｃ）の四部（４０）にて停
まるのではなく、その下側の半導体のみならずさらにそ
の下側の導電膜（２）をも切断してしまいやす（、実用
性がまったくなかった。しかし本発明の非単結晶半導体
の光吸収が大きい０．５μ（α−１０５ｃｍ−’　）の
レーザ光の使用においては、その殆どすべての光エネル
ギーが半導体（２）の上部１０００Å以下で吸収されて
しまうため、レーザ光が第２の電極用導体（４）を切断
しても同時にその下のｌ型半導体層のすべてを切断する
ことがなく、その上部の導体に密接した１００〜３００
人の厚さの導電性を有するＮ型半導体を切断することに
とどまった。このことは逆に、２つの電極（１６）（１
５）間のリークが残存Ｎ型半導体により発生することを
完全に防ぐことができるという意味において、２重に優
れたものであった。

この凹部のえくりだしく４０）は第１の電極用のＣＴＦ
にまでは到達しないことが好ましく、この半導体層での
光の吸収を大きくするため、レーザ光を６００ｎｍ以下
にて出力に余裕を持たせることができることは、薄膜半
導体デバイス作製に関して工業上重要であった。

かくして第２図（Ｃ）に示されるごとく、複数の素子（
１１）、（１３）を連結部（１２）で直列接続する光電
変換装置を作ることができた。

第２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。即しパンシヘイション股とし
てプラズマ気相法により窒化珪素Ｂ’Ａ　（２１）を５
００〜２０００人の厚さに均一に形成させた。さらに外
部接続領域（５）を除き、ポリイミド、ポリアミド、カ
プトンまたはエポキシ等の有機樹脂（２２）を充填して
耐湿防止をした。

かくして照射光（１０）に対し、この実施例のごとき基
板（６０ｃｍ　Ｘ　２０ｃｍ）において、各素子を１８
ｍｍ連結部（１２＞　６０７７、外部引出し電極部の１
１月Ｏｍｍ、周辺部４ｍｍにより、実質的に５８０ｍｍ
　Ｘ　１９２ｍｍ内に３２段を有し、有効面積（１９２
ｍｍ　Ｘ　１８ｍｍ　Ｘ　３２段＝１１０６ｃｎ＋即ち
９２％）を得ることができた。

その結果セグメントが１０．２％の変換効率を有する場
合、パネルにて９．１％（八Ｍｌ　（１００ｍ１ｌ　／
　ｃｌ　）　）にて１０．１Ｗの出力電力を有せしめる
ことができた。

これは従来のマスク合わせ方式で行う場合、有効面積７
５％（３２段の場合）に比べζ、１７％もの実効面積の
向上を有し、究めて著しい変換効率の向上を有している
。

第３図、第４図、第５図は３回のレーザ・スクライブの
位置関係を示した縦断面図および平面図である。番号、
工程等は第２図と同様である。

第３図は連結部（１２）において第２の静レーザ・スク
ライブ工程を基板の上方より基板を逆向き（レーザ光が
下方向より照射）にして行い、開溝（１８）において第
１の電極のＣＴＦの側面（８）にてコネクタ（９）によ
りコンタクトを設けた場合である。

第３図（Ｂ）の平面図においては、半導体層（３）が第
１の電極（２）、第２の電極よりも周辺部で大きくなり
、第１の電極を覆い隠し、第１第２の電極間でのリーク
電流の発生を防止している。

第４図は、第１の開溝部（１３）、第２の開溝部（１８
）とが最近接した場合であり、第１の電極の側面（６）
とコネクタ（９）とが半導体（１３）によって絶縁され
ており、さらに第３の開溝部（２ｏ）を第３図よりも右
にして、連結部（１２）の形成により光電変換ができな
いいわゆるロス面積を最小にしたもので、２０μｌＪの
狭い連結部（１２）を有−１しめることができた。

第５図は基板が金属箔例えばステンレスまたはアルミニ
ューム箔（厚さ５０〜２００μＸ２３）で、その上面、
下面に酸化アルミニューム（０，５〜５μ）（２４＞、
（２５）をアルマイト処理により炸裂した基板（１）を
用いている。開溝部の位置関係に関しては、第３図、第
４図の中間で、一般的な連結部の縦断面図を示している
。この図面において、第１、第２の開溝部５０〜３μ例
えば１０μ、第３の開溝部５０〜５μ例えばｌＯμにお
いて、１５０〜２０μ例えば５０μの連結部のＩＩＩを
有せしめることができた。

またこの図面においては、第３の開溝は第２の電極（１
５）、＜１６）を作るための分Ｆ３１１７ｒｌｉ　（電
気的に絶縁分離するＩＭ）を構成し、そのため第２の電
極用の導体およびその下の半導体の酸化物絶縁物を四部
に充填（２３）させている。これはレーザ光の照射の際
、１００〜５００℃に加熱された酸素を同時に吹きつけ
、照射された材料の酸化をさせたいゎゆるＬＯ工程を実
施したものである。かくすると、半導体の上部（４０）
が大気にさらされることなく、きわめて高信頼性を有せ
しめることが可能になった。

以上のアルゴン・レーザのスボソｔ−ＪＭをその出力３
（３μφ）〜５Ｗ（１０μφ）、５〜２０ｗ（５０μφ
）を用いた場合であるが、そのスポット径を技術思想に
おいてさらに小さくするごとにより、この連結部に必要
な面積をより小さく、ひいては光電変換装置としての有
効面ＶＸ（実効効率）をより向上させることができると
いう進歩性を有している。

第６図は外ＲＩＤＩ出し電極部（５）を拡大して示した
ものである。

第６図（Δ）は第２図に対応しているが、外部引出し電
極（４３）はハンダ付け（４２）により上側電極（４）
と連結している。

さらに第６図（Ｂ）は下側の第１の電極（２）に連結し
たジヨイント（４４）が第２の電極材料により設しノら
れ、ハンダ（４２）を介して外部引出し電極（４３）に
より設けられている。本来の第２の電極（４）は第３の
開溝部（２０）により切断され、その切断面は窒化珪ｆ
ｆ１ｌＩＱ　（２１＞によりパノソヘイションされてい
る。

有機樹脂モールド（２２）は引出し電極固定用枠（４３
）の一部を覆っており、さらにこのパネル例えば４０ｃ
ｍ　Ｘ　２０ｃｍまたは６０ｃｍ　Ｘ　２０ｃｍを６ケ
または４ケアルミザノシ枠または炭素繊維樹脂枠により
パッケージし、１２０ｃｍ　Ｘ　４０ｃｍのＮＥＤＯ規
格の大電力用のパネルを設けることが可能となった。

またこのＮＩＥＤＯ規格のパネルはシーフレックスによ
り他のガラス板を装置の上側に張り合わせた合わせガラ
ス構造とし、その間に光電変換装置を配置し、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。

本発明における珪素を主成分とした半導体は、水素また
はハロゲン元素が添加された非晶質半導体のみでなく　
、５ｉｘＣ１＜　（０＜　ｘ　＜０．５　）　、Ｓｉ、
Ｎ、−。

（０＜ｘ＜　２）　、ＳｉｇＬ−＜　（０＜ｘ＜　１）
　、５１ｘＧａＨ−。

（０＜　ｘ　＜０．５　）を含むことはいうまでもない
。

この第２図〜第６図においては、光電変換装置の応用で
あるが、その他の非単結晶半導体を用いて、ＩＧＦＥＴ
、光センサ、圧力センサ等に対して用いてもまった（同
様に有効である。本発明は３１模非単結晶半導体および
その上面のＭ膜導体の切断、酸化に対して有効であり、
これを１μ以上とすると、この半導体での光エネルギー
の吸収が大きすぎ、開溝の作製が不可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は光波長に対する珪素半導体の吸収特性および減
衰特性を示す。 第２図は本発明方法を用いた光電変換装置の製造工程を
示ず縦断面図である。 第３図〜第６図は本発明方法を用いた他の光電変換装置
の部分拡大をした縦断面図である。 特許出願人 ｌ！ （％） ０・３　ｏ、５　０．７　０．？　ＩＩ５九五入（７） ポ１ｍ 「 ユ （Ｏ） １２ ｒ−（＝、 深Ｇ（象 １８３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被形成面上の１μ以下の厚さを有する珪素を主成分
   とする非単結晶半導体または該半導体上の１μ以下の厚
   さを有する導電性薄膜に対し、６００ｎｍ以下の発光波
   長を有するレーザ光を照射することにより開溝または分
   離溝を作製することを特徴とする半導体装置作製方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、非単結晶半導体は
   珪素を主成分とする非晶質、半非晶質または非晶質と微
   結晶質の混合物よりな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、６００ｎｍ以下の
   発光波長を有するレーザ光はアルゴン・レーザよりなる
   こと趨特徴とする半導体装置作製方法。