JPS6276721A - 非晶質半導体装置の製造方法 - 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】 （イ〉　産業上の利用分野 本発明は、非晶質半導体装置、例えば非晶質半導体膜を
備える光起電力装置の製造方法に関するものである。

〈口）従来の技術 非晶質半導体膜を備える光起電力装置の様な半導体装置
の製造に際しては、非晶質半導体膜を所定のパターンに
分割する工程が要求され、従来より、斯る分割工程につ
き、種々の提案がなされている。

先行技術として示す第５図Ａ乃至Ｆは、特開昭５９−１
８２５７８号公報に開示妨れた、非晶質半導体膜を備え
る光起電力装置の製造工程を示している。

第５図Ａに示す工程では、ガラス等の透光性かつ絶縁性
基板＜１０）上全面に酸化錫、酸化インジウム・錫等の
透光性第１導電膜（１１）がＣＶＤ手法により形成され
る。第５図Ｂに示す工程では、第１導電膜（１１）がレ
ーザビームにより所定パターンに分割きれて、複数の第
１電極（ｌｌａ）となる。第５図Ｃに示す工程では、各
第１電極＜１ｌａ）表面を含む基板（１０）上全面に非
晶質半導体膜（１２）がＣＶＤ手法により形成される。

より具体的には、Ｐ型、■型、Ｎ型の各非晶質シリコン
膜を順次プラズマＣＶＤにより堆積するものである。第
５図りに示す工程では、各第ｉｔ極（ｌｌａ）の隣接部
に存在する非晶質半導体膜部分（１２ａ）をレーザビー
ムにより除去することにより、非晶質半導体膜（１２）
が所定パターンに分割きれる。第５図Ｅに示す工程では
、非晶質半導体膜（１２）表面及び第１ＴＭ、ｔｉ（ｌ
ｌａ）の露出表面を含む基板（１０）上にアルミニウム
などからなる第２導電膜（１３）が蒸着形成される。第
５図Ｆに示す最終工程では、第１電極（ｈａ）表面上に
直接存在する第２導電膜部分（１３ａ）をレーザビーム
により除去することにより、第２導電膜（１３）が所定
パターンに分割され、複数の第２電極（１３ｂ）となる
。

斯る先行技術は、第１、第２電極（１１ａＨ１３ｂ）の
パターン分割に加え、非晶質半導体膜（１２）のパター
ン分割をもレーザビームにより行うものであり、従って
、装置形成のためのはｙ全工程のドライプロセス化を可
能にし、又連続一貫生産の可能性をもたらす。前者のド
ライプロセス化は、エツチング液を用いるウェットプロ
セスにつきもののピンホールやアンダーエツチングの問
題を全く有さす、装置の信頼性を高めると共に、ウェッ
トプロセスに比し、大面積基板の使用を可能にする。

後者の連続一貫生産は、前記先行技術に記載きれている
如く、第５図Ａ乃至Ｆの各工程を実施するための部屋を
、それら各工程に対応して個別に設け、工程の推移に従
って、基板（１０）を途中、外部雰囲気に曝すことなく
部屋から部屋へと順次移送することにより行うもので、
この様な生産方式は、生産の自動化をもたらし、又、生
産途中における外部雰囲気からの有害不純物の混入をな
くし装置の信頼性を高める。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 前述の先行技術により製造される光起電力装置の特性、
例えば発電効率のバラツキの一因は、非晶質半導体膜を
パターン分割する際、レーザビームのエネルギ密度が許
容範囲からずれることに存することが認識された。

即ち、レーザビームのエネルギ密度は、前記除去すべき
非晶質半導体膜の所定部分＜１２ａ）（第５図Ｄ）を溶
融飛散させるに十分大きな値でなければならないが、大
きすぎると所定部分（１２ａ）に近い領域にある非晶質
半導体膜が熱により変質するほか、第１電極（ｌｌａ＞
が熱的損傷を受けるため、そのエネルギ密度には許容範
囲が存在する。そして、この許容範囲内にエネルギ密度
を留めるためには、第１にレーザ出力が安定していなけ
ればならない。第２に、半導体膜によるレーザビームエ
ネルギの吸収量は膜の干渉効果により膜厚に依存するの
で、実質的に一定のエネルギ密度を得ようとすれば半導
体膜の厚さは均一でなければならない。第３に、半導体
膜はレーザビーム形成用光学系の一定位置（例えば焦点
付近）に置かれて、一定径のビームに曝きれねばならな
い。

然るに、現実には、レーザ出力の変動や半導体膜の膜厚
の不均一分布が存在し、又基板（１０）の反りに伴う半
導体膜のうねりにより、レーザビーム、形成用光学系に
対する半導体膜の不等距離配置が存在し、これらがレー
ザビームのエネルギ密度を許容範囲よりはずす。前記膜
厚の不均一分布と、半導体膜の不等距離配置の影響は、
基板面積が大きくなるに従い顕著となり、前述した如き
ドライプロセスの利点の一つである大面積基板の使用可
能性を軽減せしめる。

従って本発明は、非晶質半導体膜をレーザビームにより
所定のパターンに分割する際、レーザビームのエネルギ
密度の許容範囲をできるだけ大きくすることにより前記
間１題点を解決しようとするものである。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明の特徴は、非晶質半導体膜をレーザビームにより
所定のパターンに分割する際、前記半導体膜の温度状態
を１００℃〜３００℃におくことにあ′る。

尚、従来、非晶質半導体膜をレーザビームにより所定の
パターンに分割する際、前記半導体膜の温度状態には全
く考慮が払われず、例えば室温状態で行われていた。

（ホ）作用 本発明によれば、レーザビームのエネルギ密度に対する
前記許容範囲が拡がる。

（へ〉　実施例 本発明実施例としての光起電力装置の製造方法は、第５
図りの工程が一部変更きれる点を除いて、第５ｒｙＪの
各工程と同様である。

より具体的には、基板（１０）は約１〜２閾厚のガラス
、第１を極（ｌｌａ）は約５０００人厚の酸化インジウ
ム・錫膜、第２電極（１３ｂ）は約１０００〜１０００
０大写のアルミニウムからなる。非晶質半導体膜（１２
）はプラズマＣＶＤ手法により形成されたＰ型、■型、
Ｎ型の非晶質シリコンからなり、膜（１２）の厚さは約
５０００人である。

第５図りに示す工程は、非晶質半導体膜（１２）を、レ
ーザビームにより所定バクーンに分割するものであるが
、このとき本発明の特徴として、非晶質半導体膜（１２
）は１００℃〜３００℃、より好ましくは１５０℃〜２
５０℃の温度に保持されている。この様な温度保持は、
当該工程を行う部屋内にヒータを配置することにより行
われる。あるいは、第５図Ｃに示す前工程で基板（１０
）が同温度に加熱されている場合には、断る前工程の後
、基板（１０）の温度が下がらないうちに第５図りの工
程を実施することにより、ヒータを用いずに、実質的に
非晶質半導体膜（１２）を前記の温度状態におくことが
できる。

尚、才実施例として変更された第５図りの工程では、Ｑ
スイッチ付のＮｄ：ＹＡＧレーザ（基本波長１．０６μ
ｍ）が用いられ、半導体膜（１２）上におけるレーザの
ビーム径１００〜３００μｍ１エネルギ密度０．２７Ｊ
／ｃｍ２の条件でビーム走査が行われ、除去きれた非晶
質半導体膜部分（１２ａ）の幅りは１００〜３００μｍ
である。

第１図は、第５図りの工程において、非晶質半導体膜温
度と許容エネルギ密＆範囲との関係を測定したものであ
る。即ち図中点線〈３０ンは、第５図りの工程で非晶質
半導体膜部分（１２ａ）を除去するに必要な最小のエネ
ルギ密度が非晶質半導体膜温度の上昇に伴い低下するこ
とを示し、一点鎖線（３１）は第１を極（ｌｌａ）がレ
ーザビーム照射により損傷を受は始める最ツノ１のエネ
ルギ密度を示し、それは非晶質半導体膜温度の上昇にほ
とんど依存せずはｙ゛一定であることを示している。従
って第５図りの工程を実施する際のレーザビームのエネ
ルギ密度許容範囲は、点ｆｉ！（３０）と一点鎖ｆｉ（
３１）との間の範囲（Ａ）にて表わされ、この範囲は非
晶質半導体膜温度の上昇に伴い拡がることが理解できる
。

尚第１１ｍ中、直線（３２）は、一定のエネルギ密度（
０，２７Ｊ／ａｍ２）のレーザビームを非晶質半導体膜
〈１２〉に照射した場合の加工径、即ち非晶質半導体膜
がレーザビーム照射により除去きれる直径が、非晶質半
導体膜温度の上昇に伴って増加することを示している。

この様な加工径の増加は、−回のレーザビーム照射で除
去できる半導体膜範囲が増えることを意味し、カロエ速
度の点で有利である。

第２図は、第５図りの工程における非晶質膜温度と光起
電力特性との関係を示すものである。この関係は次の比
較実験に基いて求められた。

まず第３図Ａに示す如く、ガラス基板り４０）上に、透
明な第１を極（４１）、Ｐ型、１型、Ｎ型の各非晶質シ
リコン層を含む非晶質半導体膜（４２）をｊ＠次被着し
た後、この半導体膜上に、１ｃＩＴｌ平方のアルミニウ
ムからなる第２電極（４３）を被着して第１試料として
の光起電力装置を作成する。次に、斯る第１試料に所定
の光（ＡＭＩ）を入射して、そのときの起電力（Ｐｍａ
χ〉を測定する。

その後、非晶質半導体膜（４２）の温度を所定値に保っ
た状態で、第３図Ｂに示す如く、レーザビームにより第
２電極（４３）の中央を凝断する配置にて、第１電極（
４１）の表面に達する分離溝（４４）を形成し、第２試
料を作成する。このとき、Ｑスイッチ付のＮｄ：　ＹＡ
Ｇレーザ（基本波長１．０６ｕｍ）を用い、半導体膜（
４２）上でのレーザビーム径約１００μｍ、エネルギ密
度０．３Ｊ／ｃ＋ｎ２０条件でビーム走査が行われた。

分離溝（４４）の幅は１００μｍである。従って、第２
試料は、分離溝（４４〉の存在により２つの個別の光起
電力装置から構成きれることになる。次に斯る第２試料
に、第１試料のときと同一条件で光入射を行い、その場
合の２個の光起電力装置の起電力（Ｐ　ｍａｘ）を測定
する。

前記第１試料の測定起電力を（Ｐｍａｘ−Ｉ）、第２試
料の個々の測定起電力を（Ｐ　ｍａｘ　−ＩＩ　ａ）、
（Ｐｗａｘ−πｂ）として、劣化率 即ち、この劣化率が１より／ＪＸｅければ、レーザビー
ム照射により半導体膜（４２）が損傷を受は光起電力特
性が劣化したことを意味する。尚、第２試料では、分離
溝（４４）の存在により有効発電面積が第１試料のそれ
より小さいが、その面積減少分は非常に小さいので上記
劣化率にほとんど影響を与えない。

以上の比較実験が前記分離溝形成時の半導体膜温度のみ
を種々変えて行われ、前記各半導体膜温度での劣化率を
プロットしたのが第２図である。

同図より非晶質半導体膜温度の上昇に伴い、レーザビー
ム照射時の特性劣化が大きくなることが判る。

第４図は、非晶質半導体膜（５０）にレーザビームを照
射した場合の膜（５０〉内の等温分布を計算により求め
たもので、縦軸は膜表面からの深き、横軸はビーム中心
からの距離を表わし、第４図Ａは膜温度が２５０℃の場
合、第４図Ｂは膜温度が３００℃の場合である。非晶質
シリコンは約１０００＠Ｋから１２００°にの温度範囲
で微結晶化する性質をもつが、第４図から明らかな如く
、膜温度が高くなるに従い、等温分布の拡がりが大きく
なるため、膜中の微結晶化領域（第４図中斜線で示す）
が拡がる。このことは、膜温度が大きくなるに従い、非
晶質半導体膜の膜質の変化領域が拡がり、光起電力特性
に与える影響が大きくなることを意味し、この事実は、
第２図に示す如く、膜温度の上昇に伴い、レーザビーム
照射時の特性劣化が大きくなる現象を良く説明している
。

以上のことより、第５図りの工程を行う際、非晶質半導
体膜（１２）の温度を高くすればする程、レーザエネル
ギ密度の許容範囲が大となり有利である。即ちエネルギ
密度の標準値を許容範囲の中央値付近に設定しておけば
、諸々の原因でエネルギ密度が変化しても、許容範囲が
広いので、エネルギ密度がその範囲よりはずれることが
ない。しかし、装置の特性劣化の面からは、非晶質半導
体膜温度が３００℃を越えることはできない。そして斯
る膜厚温度の下限は、実用的な面から１００’Ｃが適当
である。非晶質半導体膜温度の更に好適な範囲は１５０
℃〜２５０℃である。

上記実施例では、非晶質半導体として非晶質シリコンを
挙げたが、他の非晶質半導体物質、例えば、非晶質シリ
コン・ゲルマニウムにも本発明は適用できる。更に本発
明は、光起電力装置以外の他の半導体装置の製造方法に
とっても有効である。

（ト）　発明の効果 本発明によれば、基板上に非晶質半導体膜を形成した後
、この半導体膜を、レーザビームにより所定のパターン
に分割する工程を含む非晶質半導体装置の製造方法にお
いて、レーザビームのエネルギ密度の許容範囲が拡がる
ので、諸々の原因でエネルギ密度が変化してもそれが許
容範囲からはずれることがなく、従って工程の管理が容
易になるほか、得られた装置の特性のバラツキも小さく
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明を説明するためのもので、第
１図、第２図、第４図は特性図、第３図は断ｆｉＪ図、
第５図Ａ乃至Ｆは従来例及び本発明実施例を説明するた
めの工程別断面図である。 （１０）・・・基板、（ｌｌａ）・・・第１電極、（１
２）・・非晶質半導体膜、（１３ｂ）・・・第２電極。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に非晶質半導体膜を形成した後、前記半導
   体膜を、レーザビームにより所定パターンに分割する工
   程を含む非晶質半導体装置の製造方法において、前記レ
   ーザビームによるパターン分割は、前記半導体膜が１０
   ０℃〜３００℃の温度状態にあるとき行われることを特
   徴とする非晶質半導体装置の製造方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、前記半導体装置
   は、前記半導体膜の表裏面に対向位置する電極を含む光
   起電力装置であることを特徴とする非晶質半導体装置の
   製造方法。
3. （３）特許請求の範囲第１項又は第２項において、前記
   温度状態は１５０℃〜２５０℃の範囲であることを特徴
   とする非晶質半導体装置の製造方法。