(57)【要約】【課題】高品質、低コストな結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】光源に半導体レーザ７を用いることにより、並列に配置して大面積のシリコン膜を一括して照射することが容易となり、基本波をレーザ結晶化に用いることができるので、エネルギーの無駄が無く効率的に処理することができる。この結果、高品質、低コストな結晶シリコン系薄膜半導体装置が得られる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶シリコンとは異なる異種基板上に結晶性シリコン層を形成する結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法において、上記異種基板上に非単結晶シリコン層を形成し、該非単結晶シリコン層に半導体レーザを光源とするレーザ光を照射しながら上記非単結晶シリコン層若しくは上記レーザ光を相対移動させることにより上記非単結晶シリコン層を融解した後結晶化させることを特徴とする結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項２】
上記異種基板中の物質が上記レーザ光照射によって融解したシリコン層中に拡散するのを防止するための拡散防止層を上記異種基板上に形成した後で結晶シリコン系薄膜半導体装置を製造する請求項１に記載の結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項３】
上記拡散防止層として、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化チタン、酸化亜鉛及び酸化錫のいずれか若しくはこれらの化合物を用いる請求項２に記載の結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項４】
上記拡散防止層として、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化チタン、酸化亜鉛及び酸化錫のいずれか若しくはこれらの化合物のうちの少なくとも２種類の層を積層した積層構造を有する請求項２に記載の結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項５】
裏面電極として、導電性を有し、非晶質シリコン、結晶シリコン若しくは結晶系シリコンのいずれかよりも融点が高く、最も表面側の層が酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタン若しくはこれらの化合物を主成分とし、少なくとも２種類の成分を有する物質を上記異種基板上に設けた後で、結晶シリコン系薄膜半導体装置を製造する請求項１に記載の結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項６】
上記非単結晶シリコン層の上に酸化シリコン層を形成した後で結晶シリコン系薄膜半導体装置を製造する請求項１に記載の結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項７】
上記非単結晶シリコン層にシリコンのバンドギャップ幅を変化させる不純物を混入した後で結晶シリコン系薄膜半導体装置を製造する請求項１に記載の結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項８】
上記半導体レーザが、ＡｌＧａＡｓを活性材料として用いていることを特徴とする請求項１に記載の結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項９】
上記半導体レーザが、発振中に半導体レーザにおける活性材料の温度を一定に保持する冷却機構もしくは温度保持機構を具備していることを特徴とする請求項１に記載の結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
上記半導体レーザが、少なくとも２個以上の半導体レーザから構成されていることを特徴とする請求項１、８、９のいずれかに記載の結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
上記半導体レーザが、共に平行なレーザ光を発振することを特徴とする請求項１０に記載の結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
上記半導体レーザの中心波長が５４０〜１５００ｎｍであることを特徴とする請求項１、８〜１１のいずれかに記載の結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
上記半導体レーザが、少なくとも融解、結晶化したい非単結晶シリコン層を走査する時間の間、連続的に出力することを特徴とする請求項１、８〜１２のいずれかに記載の結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
非単結晶シリコン層の全面、もしくは所望の部分を選択的に結晶することを特徴とする請求項１に記載の結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、非導電性の異種基板上、例えば、ガラス基板上等にシリコン結晶薄膜を形成する研究が盛んに行われている。このガラス基板上に形成したシリコン結晶薄膜の用途は広く、液晶デバイス用ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）、薄膜太陽光発電素子（薄膜光電変換素子）等に用いることができる。
【０００３】
薄膜太陽光発電素子は、安価な基板上に低温プロセスで良好な結晶性を有する結晶シリコン薄膜を形成し、この結晶シリコン薄膜を光電変換装置に用いて低コスト化と高性能化とを図るものである。
【０００４】
この結晶シリコン薄膜を光電変換素子に用いることにより、非晶質シリコン光電変換素子で問題となっている光劣化が観測されず、さらに非晶質光電変換素子では感度の無い、長波長光をも電気的エネルギーに変換することができる。この変換技術は光電変換素子のみではなく、光センサ等の光電変換装置への応用も可能であると期待されている。
【０００５】
このシリコン結晶光電変換素子は、一般にプラズマＣＶＤによって直接結晶シリコン薄膜を堆積させる方法が用いられている。このような堆積方法によって、基板上に低温で結晶シリコンが形成されうることが知られており、低コスト化に有効であるとされている。
【０００６】
この堆積方法において、プラズマＣＶＤ成形条件としては、水素でシラン系原料ガスを１５倍以上に希釈し、プラズマ反応室内圧力を１０ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ、基板温度を１５０℃〜５５０℃、望ましくは４００℃以下の範囲内に制御して成膜する。これによって結晶性のシリコン薄膜が基板上に形成される。
【０００７】
しかし、この方法では結晶粒径の大きな多結晶シリコンを形成することは困難であった。また、発電機能の根幹を担うｉ層は、素子構造最適化のためにドーピングを行うと、品質が急激に低下する。これらのことから、低コスト化に有利なシングルセルで１０％を大きく上回る効率を達成することは困難であった。
【０００８】
一方、レーザ光の走査によって結晶化させる試みも種々検討されており、連続波を用いる方法が開示されている（特開２００１−３５１８６３号公報参照）。
【０００９】
この方法は、異種基板上に非晶質シリコン層を形成し、帯状の連続波光源を走査することで多結晶シリコン層に融解・結晶化するもので、走査方向に長い結晶粒を成長させることを可能としている。
【００１０】
この連続波を用いて結晶化を行う場合、Ｎｂ：ＹＡＧやＮｂ：ＹＶＯ４等の固体レーザを用いて結晶化を行うことが試みられている。これら固体レーザを用いることで、ランニングコストを大幅に低下させると同時に品質の高い多結晶シリコンを形成することが可能となった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法では、レーザ光の断面形状をシリコン膜の結晶化に使用できる形状に加工する必要があり、加工後のレーザ光の近視野像の大きさは長径方向にせいぜい数百μｍ程度しかない。そのため、一回の照射でレーザ光の照射できる面積は限られており、１ｍｍ角の基板を全面結晶化するために多くの時間を有する。具体的には、レーザ光の近視野像の長径方向の長さを５００μｍとし、走査速度を５０ｃｍ／ｓｅｃと仮定すると、一回の走査に少なくとも２秒要する。１ｍｍ角の基板を全面結晶化するには、２０００回の走査が必要となり、それに要する時間は約６７分である。このことから、大面積のシリコン膜の結晶化を低コストで作製する必要のある光電変換素子に適用するためにはさらなる課題があった。
【００１２】
また、これらの固体レーザは、中心波長５３２ｎｍの第二高調波を用いる。この波長のレーザ光は、非晶質シリコン層の表面から０．１μｍ以内の深度までしか到達しない。結晶シリコン層の場合でもレーザ光の到達深度は１μｍ以内である。
【００１３】
一方、光電変換素子として十分な特性を出すためには、結晶シリコンの膜厚を１μｍ以上、好ましくは２μｍ以上の膜厚にしなければならない。そのため、数μｍの膜厚の非晶質シリコンに波長５３２ｎｍのレーザ光を照射すると、表面近傍で急激にレーザ光が吸収され、シリコンの融点を大きく超える温度となる。
【００１４】
これに対して非晶質シリコンの内部はレーザ光が到達しないために温度上昇は緩やかとなる。その結果、膜全体を融解させるには表面をさらに高温にする必要があり、アブレーションを引き起こす原因となる。
【００１５】
また、もう一つの問題として、スループットの問題があった。波長５３２ｎｍのＮｂ：ＹＡＧレーザ等の固体レーザは、その装置自体の大きさやエネルギーから並列に配置することが難しい。従って、１本のレーザ光で何度も走査を行って結晶化を行う必要があった。このため、１ｍ角サイズの大面積のシリコン膜を結晶化させるためには、１０００回を超す走査回数が必要となり、低コスト化の障害となっていた。
【００１６】
これらのことから、高品質かつ低コストな光電変換素子を作製するには、従来の技術では解決できない問題が存在していた。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、高品質、低コストな結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、結晶シリコンとは異なる異種基板上に結晶性シリコン層を形成する結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法において、異種基板上に非単結晶シリコン層を形成し、非単結晶シリコン層に半導体レーザを光源とするレーザ光を照射しながら非単結晶シリコン層若しくはレーザ光を相対移動させることにより非単結晶シリコン層を融解した後結晶化させるものである。
【００１９】
非単結晶シリコンとは、非晶質シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコン、非晶質シリコンと結晶シリコンとの混合物等、単結晶ではないシリコン系物質のことを指す。これらの物質は、その組成を制御することにより吸収係数を制御することができる。
【００２０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の構成に加え、異種基板中の物質がレーザ光照射によって融解したシリコン層中に拡散するのを防止するための拡散防止層を異種基板上に形成した後で結晶シリコン系薄膜半導体装置を製造するものである。
【００２１】
請求項３の発明は、請求項２に記載の構成に加え、拡散防止層として、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化チタン、酸化亜鉛及び酸化錫のいずれか若しくはこれらの化合物を用いるものである。
【００２２】
請求項４の発明は、請求項２に記載の構成に加え、拡散防止層が酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化チタン、酸化亜鉛及び酸化錫のいずれかもしくはこれらの化合物のうちの少なくとも２種類の層を積層する積層構造を有するものである。
【００２３】
請求項５の発明は、請求項１に記載の構成に加え、裏面電極として、導電性を有し、非晶質シリコン、結晶シリコン若しくは結晶系シリコンのいずれかよりも融点が高く、最も表面側の層が酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタン若しくはこれらの化合物を主成分とし、少なくとも２種類の成分を有する物質を異種基板上に設けた後で、結晶シリコン系薄膜半導体装置を製造するものである。
【００２４】
請求項６の発明は、請求項１に記載の構成に加え、非単結晶シリコン層の上に酸化シリコン層を形成した後で結晶シリコン系薄膜半導体装置を製造するものである。
【００２５】
請求項７の発明は、請求項１に記載の構成に加え、非単結晶シリコン層にシリコンのバンドギャップ幅を変化させる不純物を混入した後で結晶シリコン系薄膜半導体装置を製造するものである。
【００２６】
請求項８の発明は、請求項１に記載の構成に加え、半導体レーザが、ＡｌＧａＡｓを活性材料として用いているものである。
【００２７】
請求項９の発明は、請求項１に記載の構成に加え、半導体レーザが、発振中に半導体レーザにおける活性材料の温度を一定に保持する冷却機構もしくは温度保持機構を具備しているものである。
【００２８】
請求項１０の発明は、請求項１、８、９のいずれかに記載の構成に加え、半導体レーザが、少なくとも２個以上の半導体レーザから構成されているものである。
【００２９】
請求項１１の発明は、請求項１０に記載の構成に加え、半導体レーザが、共に平行なレーザ光を発振するものである。
【００３０】
請求項１２の発明は、請求項１、８〜１１のいずれかに記載の構成に加え、半導体レーザの中心波長が５４０〜１５００ｎｍであるものである。
【００３１】
請求項１３の発明は、請求項１、８〜１２のいずれかに記載の構成に加え、半導体レーザが、少なくとも融解、結晶化したい非単結晶シリコン層を走査する時間の間、連続的に出力するものである。
【００３２】
請求項１４の発明は、請求項１に記載の構成に加え、上記非単結晶シリコン層の全面、もしくは所望の部分を選択的に結晶化するものである。
【００３３】
本発明によれば、光源に半導体レーザを用いることにより、並列に配置して大面積のシリコン膜を一括して照射することが容易となり、基本波をレーザ結晶化に用いることができるので、エネルギーの無駄が無く効率的に処理することができる。この結果、高品質、低コストな結晶シリコン系薄膜半導体装置が得られる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳述する。
【００３５】
まず、本発明の結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法の主な特徴について述べる。
【００３６】
本発明は、非晶質シリコン膜若しくは結晶性シリコン膜を融解させるレーザに半導体レーザを光源とするレーザ光を用いることを主な特徴とするものである。半導体レーザは、固体レーザと異なり、そのサイズが小さいため、並列に配置して大面積のシリコン膜を一括して照射することが容易である。
【００３７】
Ｎｂ：ＹＡＧレーザやＮｂ：ＹＶＯ４レーザ等の固体レーザは基本波として波長１０６３ｎｍのレーザ光を発生するが、この固体レーザ光はＴＦＴ用の薄い膜厚の非晶質シリコンが吸収するには波長が長すぎるため、第二高調波である５３２ｎｍの光をレーザ光として用いることが考えられる。しかし、第二高調波のエネルギーは、基本波のエネルギーの数十％程度しかない。
【００３８】
レーザ光の近視野像は均一な所望の形に成形する必要がある。このため、最終的にはレーザに入力したエネルギーの１０％程度しか利用できないこととなる。
【００３９】
このような固体レーザに対して、半導体レーザは基本波をレーザ結晶化に用いることができる。例えばＡｌＧａＡｓを活性層に用いた半導体レーザの場合、基本波として波長８００ｎｍ付近に中心波長を有するレーザ光を発生する。この波長域は、非晶質シリコン中への到達深度が１μｍ前後であり、数μｍ程度の非晶質シリコン層を結晶化するのに最適な波長である。
【００４０】
半導体レーザは、基本波をレーザ結晶化に用いることができる点や、非晶質シリコンの結晶化に有利な近視野像を有するレーザ光を発振する点が有利な点である。半導体レーザは、近視野像が略長方形のレーザ光を発振する。このような形状は、レーザ光を直線状に走査するのに都合がよい。そのため、レーザ光の近視野像を大きく整形する必要がない。
【００４１】
以上より、半導体レーザのエネルギーの使用効率は、固体レーザの１０倍程度であり、低コスト化に有効である。また、Ｎｂ：ＹＡＧレーザ等の波長５３２ｎｍの第二高調波を数μｍ非晶質層の結晶化に用いる場合、レーザ光の到達深度が浅すぎるため、非晶質層の表面層が結晶シリコンの融点を大幅に超える温度となり、アブレーションの原因となることは前述したとおりである。
【００４２】
これに対して半導体レーザを用いた場合は、レーザ光の到達深度が数μｍと深いため、比較的均一にエネルギーをシリコン膜に与えることができる。また、プリカーサ膜の膜質を積極的に最適化させることも可能である。
【００４３】
図３は各レーザとプリカーサ膜内の到達深度との関係を示す図であり、横軸は波長を示し、縦軸は到達深度１／αを示す。
【００４４】
同図より、厚いシリコン膜にレーザ光を照射してもアブレーションが生じにくく、安定した結晶化を行うことができる。
【００４５】
また、半導体レーザにはＡｌＧａＡｓを活性層に用いた半導体レーザ以外にも多くの半導体レーザが存在する。一例としてＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系レーザ、ＩｎＧａＡｌＰ系レーザ、ＩｎＧａＡｓＰ系レーザ、ＧａＮ系レーザ等があり、発振波長もそれぞれ異なる。今後も波長が異なる新たなレーザが開発されることが予想される。これら種々のレーザを用いることにより、結晶化できるプリカーサ膜の吸収係数と膜厚の自由度とが増加することとなり、その結果、作製プロセスの自由度が増加するというメリットが生じる。このことから、どのような半導体レーザであっても本発明を適用できることは自明である。一例としては、短波長レーザを適用することで、厚さ数十ｎｍの多結晶シリコン膜が必要であるＴＦＴ用薄膜にも本発明を適用することができる。
【００４６】
以上より、半導体レーザを結晶化に用いることによって、以下の利点が生じる。
【００４７】
▲１▼従来例と比較して１桁厚い膜厚の非晶質シリコンを安定に融解、結晶化させることが可能となる。
【００４８】
▲２▼レーザの走査回数が低減すると共にランニングコストを大きく低減させることが可能となる。
【００４９】
ここで、▲１▼については、太陽電池作製には不可欠な要素である。▲２▼については低価格な太陽電池作製に不可欠であると共に、ＴＦＴ用結晶基板をはじめ、その他の半導体装置作製においても重要な要素である。本発明は、これらの利点を同時に実現するものである。
【００５０】
次に本発明の結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法について述べる。
【００５１】
まず、ガラス基板等の結晶シリコンとは異なる異種基板上に結晶シリコン層の元となるプリカーサ膜を形成する。プリカーサ膜には従来から用いられている非晶質シリコンの他、多結晶シリコンや微結晶シリコンや結晶成分を微量に含む非晶質シリコンを用いることができる。また、炭素やゲルマニウムを混入させることも結晶化膜のバンドギャップ制御に有効である。このプリカーサ膜の膜厚は数十ｎｍから数μｍの厚さとすることができる。さらに、結晶化後に結晶シリコン中に基板から混入する不純物が問題となる場合には、基板とプリカーサ膜との間に拡散防止層を形成することが有効である。この拡散防止層には、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化亜鉛、酸化錫、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）、酸化チタン等、不純物の混入を防止することができるものであれば何でもよく、異なる種類の材質からなる膜を積層してもよい。
【００５２】
例えば膜の構造が緻密な窒化シリコン膜や酸窒化シリコン膜を基板側に形成し、これらいずれかのシリコン膜上に酸化シリコン膜を形成する。酸化シリコンは結晶シリコンとの整合性がよい。このような構成とすることで、基板からの不純物の混入を防止し、かつ、結晶シリコンの裏面での表面再結合速度をより低下させることが可能となる。また、光電変換素子用の結晶シリコン薄膜を形成する場合には基板側に反射率が高く、導電率の高い高導電率層を形成する。この高導電率層の上部に、透明性及び導電性を有する導電性透明層を形成する。
【００５３】
例えば、基板側に形成された銀層と、銀層の上に形成された酸化錫層とが挙げられる。このような構成とすることにより、光電変換素子の短絡電流密度を向上させることができ、高品質化を図ることが可能となる。また、基板上に高融点材料層を形成し、その高融点材料層の上部にプリカーサ膜を形成してもよい。この高融点材料層にはタングステンやモリブデンを用いることができるが、限定されるものではない。
【００５４】
アブレーションを防止するには、プリカーサ膜の上部に酸化シリコン層を形成するのが有効である。
【００５５】
このようにして形成した基板上のシリコン膜に半導体レーザを照射する。この半導体レーザは一つの半導体レーザを用いて結晶化を行ってもよいが、半導体レーザ単体の大きさが小さいため、複数の半導体レーザを並べて同時に照射することが可能であり、スループットの低減に繋がり、高品質化が図れる。
【００５６】
例えば、１０個の半導体レーザを同時に一括照射すると、Ｎｂ：ＹＡＧ等の固体レーザで結晶化する場合と比べて、単純に１０倍のスループットとなる。その上、エネルギー使用効率は１０倍であることから、この工程に要するエネルギーは固体レーザの場合と同様である。このことから、固体レーザを用いた場合、大幅に作製コストを低減させることができる。
【００５７】
一般にレーザ光による結晶化は、そのレーザの状態が結晶化に影響を及ぼす。半導体レーザはレーザの活性層の温度が変化すると、出力光の波長がわずかに変化することが知られている。そのため、温度保持機能を半導体レーザに設けることで、結晶化をより安定して行うことができ、高品質化を図れる。
【００５８】
【実施例】
次に本発明の結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法の一実施例について具体的な数値を挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５９】
（実施例１）
図１（ａ）は本発明の結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法を適用する前の結晶シリコン系薄膜半導体装置の模式図であり、図１（ｂ）は本発明の結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法の一実施例を示す説明図であり、図１（ｃ）は本発明の結晶シリコン系薄膜半導体装置の完成模式図である。尚、図１（ｂ）において、光学系は省略されている。
【００６０】
本実施例ではプラズマＣＶＤを用いてプリカーサ膜を形成することを試みた。
【００６１】
まず、異種基板としてガラス基板１を準備し、ガラス基板１の上に第一の拡散防止層としての厚さ約２００ｎｍのＳｉＮ層２を形成した。そのＳｉＮ層２の上に第二の拡散防止層としてのＳｉＯ２層３を形成した。このような積層構造の拡散防止層２、３を形成したガラス基板１上にプラズマＣＶＤを用いて厚さ約１μｍの非晶質シリコン層４ａを形成した。非晶質シリコン層４ａの形成には、プラズマＣＶＤを用いた。非晶質シリコン層４ａの形成条件は、ＳｉＨ４（１０ｃｃｍ）とＰＨ４（０．０１ｃｃｍ）との混合ガスを用い、基板温度を約５００℃とし、プラズマ電源としてＲＦ（高周波）電源を用いた。この条件では、ｎ型のドーパントを含んだ非晶質シリコン層４ａが形成される（図１（ａ））。
【００６２】
非晶質シリコン層４ａに半導体レーザ光５を鉛直方向に照射してを結晶化させた。走査方法は１０ｃｍ／ｓｅｃの速度で、直線状に走査する方法を用いた（図では半導体レーザ光５を矢印６方向に走査しているが、半導体レーザ７を固定してガラス基板１を水平方向に移動させてもよく、両者を同時に移動させてもよい。）。半導体レーザ７にはＡｌＧａＡｓレーザを用いた。半導体レーザ７には、半導体レーザにおける活性材料の温度が一定となるように水冷式の図示しない冷却機構（若しくは温度保持機構）を設けた（図１（ｂ））。
【００６３】
レーザ光５の照射によって厚さ約１μｍの非晶質シリコン４ａは全て融解（４ｂ）し、結晶化した。融解した後結晶化したシリコンは多結晶シリコン層４ｃとなった。拡散防止層２、３は、ＳｉＯ、ＳｉＮの他に、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、ＩＴＯ、ＴｉＯ２、ＳｉＯＮ等を用いてもよい（図１（ｃ））。
【００６４】
（実施例２）
本実施例では、実施例１と同様の構成でプリカーサ膜を微結晶シリコンとした。実施例１と同様に基板上に拡散防止層を形成した後、プラズマＣＶＤを用いて厚さ約２μｍの微結晶シリコン層を形成した。この微結晶シリコン層に実施例１と同様のレーザ光を照射したところ、アブレーションを起こすことなく全て融解、再結晶化した。
【００６５】
（実施例３）
本実施例では、プリカーサ膜を多結晶シリコンとした。まず、基板として石英基板を用い、その石英基板の上に実施例１と同様の拡散防止層を形成した後、熱ＣＶＤを用いて厚さ約３μｍの多結晶シリコン層を形成した。この多結晶シリコン層に実施例１と同様のレーザ光を照射したところ、アブレーションを起こすことなく全て融解、再結晶化した。
【００６６】
尚、本実施例において、レーザ強度によってはアブレーションを起こすことがあったが、このような場合においても多結晶シリコン層上にＳｉＯ層を形成することで、アブレーションを起こすことが稀となり、安定した結晶化を行うことができた。
【００６７】
（実施例４）
本実施例では、半導体レーザを３個並列に配置して結晶化することを試みた。レーザ光を照射する試料は実施例１〜３に記載の構造で、それぞれプリカーサ膜が形成された基板を準備した。これらの基板にレーザ光を照射して結晶化した。このとき、半導体レーザには、温度を一定に保つため図示しない水冷機構で冷却を行い、レーザ光は３本全てが平行になるようにした。このレーザ光照射によりプリカーサ膜を全面にわたって結晶化した。このような場合にもプリカーサ膜は安定して融解、結晶化し、膜中一様かつ全面均一に結晶化した。
【００６８】
（実施例５）
本実施例では、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｂｒａｇｇ　ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：分布帰還型）パルスレーザを用いて結晶化することを試みた。試料は実施例１に記載のものを用い、レーザのエネルギーを１００ｍＷ程度としたが、走査速度を遅くすることで融解、結晶化が可能であることが分かった。この他、ＩｎＧａＡｌＰ系レーザ、ＩｎＧａＡｓＰ系レーザを用いたが、このような場合にもプリカーサ膜の膜厚と走査速度を最適化することで融解、結晶化が可能であった。
【００６９】
（実施例６）
本実施例では、実施例１のプリカーサ膜中にＧｅを混入させて、実施例１と同様の処理を行った。このような場合でも実施例１と同様に結晶化することができた。結晶化した膜はＳｉＧｅの混晶であった。また、Ｃ（炭素）を混入させた場合についても同様であった。
【００７０】
（実施例７）
図２（ａ）は本発明の結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法を適用した結晶シリコン系薄膜半導体装置としての太陽電池の作製途中の模式図であり、図２（ｂ）は太陽電池の完成模式図である。
【００７１】
本実施例では、結晶シリコン層１３ｂの裏面（図では下側）側に電極１１を有する構造について検討した。
【００７２】
異種基板としての石英基板１０上に第一の電極層としてＡｇ電極１１を形成し、そのＡｇ電極１１上に第二の電極層としてのＳｎＯ２電極１２を形成し、さらにそのＳｎＯ２電極１２上にプリカーサ層として非晶質シリコン層１３ａを形成した。この積層体に実施例１に示した半導体レーザ光を走査した。この場合においても照射した箇所は膜中全部が結晶化した。この結晶化したシリコン層１３ｂ上にＡｌ電極１４を形成した後、ドライエッチングで裏面側の電極層１２の一部を露出させてＩ−Ｖ測定を行った結果、裏面側の電極層１２と結晶シリコン層１３ｂとはオーミック接触となっていることを確認した。
【００７３】
また、裏面電極１２にタングステンのみを用いた場合についても検討した。この場合についてもタングステンが融解されることなく電極構造を維持し、結晶シリコン層１３ｂとはオーミック接触となっていることが確認できた。さらに、第二の電極層１２として、ＳｎＯ２の他にもＺｎＯ、ＩＴＯ、ＴｉＯ２等でも同様であった。
【００７４】
以上、さまざまな実施例について説明したが、それぞれの実施例において、半導体レーザは１個ではなく２個以上用いることにより、より高速に非単結晶シリコン層を結晶化することができる。また、この場合、それぞれの半導体レーザは平行なレーザ光を発振する方が良い。そして、このとき、半導体レーザの中心波長が５４０〜１５００ｎｍの範囲内にあるときがもっとも良い効果を得ることができる。また、半導体レーザは、少なくとも融解、結晶化したい非単結晶シリコン層を走査する時間の間、連続的に出力することが好ましい。また、非単結晶シリコン層を結晶化する際には、全面を結晶化するだけでなく、所望の部分だけを選択的に結晶化することも可能である。
【００７５】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、高品質、低コストな結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法を適用する前の結晶シリコン系薄膜半導体装置の模式図であり、（ｂ）は本発明の結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法の一実施例を示す説明図であり、（ｃ）は本発明の結晶シリコン系薄膜半導体装置の完成模式図である。
【図２】（ａ）は本発明の結晶シリコン系薄膜半導体装置の製造方法を適用した結晶シリコン系薄膜半導体装置としての太陽電池の作製途中の模式図であり、（ｂ）は太陽電池の完成模式図である。
【図３】各レーザとプリカーサ膜内の到達深度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１　異種基板（ガラス基板）
２　第一の拡散防止層（ＳｉＮ層）
３　第二の拡散防止層（ＳｉＯ２層）
４ａ　非晶質シリコン層
４ｂ　融解シリコン層
４ｃ　多結晶シリコン層
５　レーザ光
７　半導体レーザ
【図１】
2004087667.tif 000003
【図２】
2004087667.tif 000004
【図３】
2004087667.tif 000005