(57)【要約】【課題】長方形の形のレーザ光を用いて、大面積の非単結晶シリコン膜を結晶性シリコン膜とする半導体装置の製造方法を提供すること。【解決手段】非単結晶シリコン膜０５（又は１０）を形成し、該非単結晶シリコン膜に接して拡散防止層０３、０４（又は１１）が形成され、該拡散防止層の非単結晶シリコン膜と対向した面に接して光吸収層０２（又は１２）が形成されている状態で、該非単結晶シリコン膜０５（又は１０）に半導体レーザを発振源としたレーザ光３０を照射し走査することで、該非単結晶シリコン膜を融解、結晶化させて、結晶性シリコン膜０５ａ（１０ａ又は１８）とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非単結晶シリコン膜と光吸収層とを、拡散防止層における異なる面にそれぞれ形成し、半導体レーザを発振源としたレーザ光を前記光吸収層に照射、走査することにより発生する熱で、前記非単結晶シリコン膜を融解、結晶化させて結晶性シリコン膜とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
上記拡散防止層が、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸化窒化物のいずれか、もしくは、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸化窒化物の積層構造からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
上記光吸収層がシリコンの融点よりも高い融点を有する物質であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の半導体装置の製造方法において、
上記光吸収層がタングステンもしくはモリブデンであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
上記半導体レーザを発振源としたレーザ光の波長が７５０nm〜９００nmであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
上記半導体レーザを発振源としたレーザ光の断面形状が長方形であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の半導体装置の製造方法において、
上記半導体レーザを発振源としたレーザ光がレーザユニットを横に並べた半導体レーザアレイから出射され、且つ該レーザ光の断面形状が長方形であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
上記結晶性シリコン膜の膜厚が３００nm以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池用基板、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）用基板等の半導体素子用基板や半導体素子（以下、これらを半導体装置と総称する）を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、非導電性の異種基板上、例えばガラス基板等の上にシリコン結晶膜を形成する研究が盛んに行なわれている。このガラス基板上に形成したシリコン結晶膜の用途は広く、液晶デバイス用ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、光電変換素子などに用いることができる。
【０００３】
太陽電池は、安価な基板上に低温プロセスで良好な結晶性をもつ結晶シリコン膜を形成し、これを用いて光電変換を行ない、低コスト化と高性能化を図った光電変換素子のことであり、これを用いることにより、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、さらに非晶質シリコン光電変換素子では感度のない、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。この技術は太陽電池のみならず、光センサ素子等への応用も可能であると期待されている。
【０００４】
この太陽電池は、一般的にプラズマＣＶＤによって直接結晶シリコン膜を堆積させる手法が用いられている。この手法により、基板上に低温で結晶シリコン膜が形成され得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。
【０００５】
この手法においては、プラズマＣＶＤの形成条件として、水素でシラン系原料ガスを１５倍程度以上に希釈し、プラズマ反応室内の圧力を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。これにより結晶シリコン膜が基板上に形成される。しかし、この方法では結晶シリコン膜の結晶粒径は高々数μｍで膜厚以上に粒径を大きくすることは困難である。その上、この方法では基板上から柱状の結晶が成長するが、その結晶内部には欠陥が多く存在し、結晶の質もさほど良くない。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なうと品質が急激に低下する。これらのことから、光電変換素子としては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。また、液晶デバイス用の低温成長多結晶シリコンとしては、移動度が１０cm２／Ｖｓを超えることが困難であった。
【０００６】
一方、レーザ光の走査によって結晶化する試みも種々検討されており、連続波レーザを用いる方法が、その一例として特開２００１−３５１８６３号公報（特許文献１参照）に開示されている。この方法は異種基板上に非晶質シリコンを形成し、帯状の連続波レーザ光を走査することで多結晶シリコン膜を熔融・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にしている。
【０００７】
この連続波レーザ光を用いて結晶化を行なう場合、Ｎｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＶＯ４等の固体レーザの第二高調波を用いて結晶化を行な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膜を形成することが可能となった。
【０００８】
上記したように、従来、非晶質シリコンに連続波（ＣＷ）レーザ光を照射して結晶化する方法が提案されており、この方法では連続発振するＮｄ：ＹＡＧもしくはＮｄ：ＹＶＯ４レーザの第二高調波を照射する。この方法は液晶デバイス用ＴＦＴ向けに開発が進められている。従って、表面にはＭＯＳＦＥＴを形成することから平坦であることが求められており、固体レーザを用いることで非常に平坦にできることが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００９】
また、光吸収層を用いてＹＡＧレーザの基本波で加熱する方法が提案されている。この方法を用いることで上記第二高調波を用いる方法よりも効率良く大粒径の多結晶シリコン膜が得られるとされている（例えば、非特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−３５１８６３号公報
【非特許文献１】電子通信学会論文誌ｖｏｌ．ｊ８５−ｃＮｏ．８（２００２）ｐ６０１
【非特許文献２】第６３回応用物理学関係連合講演会  講演予稿集（２００２．９新潟大学）第二分冊２６ａ−Ｇ−６（ｐ７８０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
非晶質シリコン膜等のプリカーサ膜を直接加熱して融解するレーザ光としては、上記Ｎｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＶＯ４レーザの第二高調波があるが、これらのレーザ光は、現状では１０Ｗ程度のものしか存在しない。その為、レーザアニールに適したエネルギー強度とするためには、レーザ光の直径を数百μｍ程度以上にはできず、また、そのレーザ光の断面形状が円形に限定される。一方、上記液晶デバイス用の低温成長多結晶シリコン、太陽電池等のデバイスは大面積を均一に結晶化する必要がある。その場合、上記Ｎｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＶＯ４レーザの第二高調波では何百回もの走査を繰り返すことが必要であり、スループットが非常に悪くなる。
【００１１】
一方、Ｎｄ：ＹＡＧレーザやＮｄ：ＹＶＯ４レーザの基本波では、ＣＷ発振で２００Ｗ程度の出力を有するレーザ光源がある。しかしながら、このレーザ光源から発振されたレーザ光は、直径７ｍｍ程度の断面形状が円形のレーザ光であり、これを大面積走査に適した形状にするのは困難である。
【００１２】
ここで、大面積走査に適した形状について考えてみる。ある一定の出力を有するレーザ光を用いて走査を行なう場合、最も効率的に走査が可能なレーザ光の形状とはどのような形であるか考えてみる。
【００１３】
通常よくあるレーザ光の断面形状は、円形のガウス分布である。このような断面形状のレーザ光を走査した場合、断面の中心部分は、より強いエネルギー強度で、より長い時間、レーザ光が照射されることになる。これに対して断面の周辺部分は、より弱いエネルギー強度で、より短い時間しかレーザ光が照射されないことになる。このように断面形状が円形のガウス分布のレーザ光をレーザアニールに用いる場合、断面の場所によって、照射されるレーザ光のエネルギー強度が大きく違うことになる。従って、より大きな面積を結晶化させようとした場合、断面の中心部分には、断面の周辺部分で不足するエネルギーを補うために、より強いエネルギーを投入し、伝熱によって融解させる必要がある。この結果、断面の中心部分では基板温度が上昇するなど、多結晶シリコン膜を形成する上で望ましくない。また、レーザパワーの大部分が断面の中心部分に集中することから、実際のレーザスポットの大きさよりも小さい領域しか融解現象を起こすことができないことから、レーザエネルギーを有効に利用できないという問題もあった。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、断面が長方形のレーザ光により大面積の非単結晶シリコン膜を結晶性シリコン膜とする半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１６】
請求項１の発明に係る半導体装置の製造方法は、非単結晶シリコン膜と光吸収層とを、拡散防止層における異なる面にそれぞれ形成し、半導体レーザを発振源としたレーザ光を前記光吸収層に照射、走査することにより発生する熱で、前記非単結晶シリコン膜を融解、結晶化させて結晶性シリコン膜とすることを特徴とする。
【００１７】
ここで、非単結晶シリコン膜とは、単結晶シリコン膜以外のシリコン膜（非晶質シリコン膜、微結晶シリコン膜、多結晶シリコン膜等）のことをいい、また、結晶性シリコン膜とは、多結晶シリコン膜等のように結晶性を有するシリコン膜のことをいう。
【００１８】
本発明の半導体装置の製造方法に用いる半導体レーザとしては、活性層にＡｌＧａＡｓを用いているＡｌＧａＡｓ半導体レーザがある。
【００１９】
本発明において、光吸収層は、非単結晶シリコン膜の下部に形成されていてもよいし、非単結晶シリコン膜の上部に形成されていてもよい。また、光吸収層及び拡散防止層は、必要に応じ、レーザ光の照射による融解、結晶化の後、取り除くことができる。
【００２０】
請求項２の発明は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、上記拡散防止層が、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸化窒化物のいずれか、もしくは、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸化窒化物の積層構造からなることを特徴とする。
【００２１】
請求項３の発明は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、上記光吸収層がシリコンの融点よりも高い融点を有する物質であることを特徴とする。
【００２２】
請求項４の発明は、請求項３記載の半導体装置の製造方法において、上記光吸収層がタングステンもしくはモリブデンであることを特徴とする。
【００２３】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、上記半導体レーザを発振源としたレーザ光の波長が７５０nm〜９００nmであることを特徴とする。
【００２４】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、上記半導体レーザを発振源としたレーザ光の断面形状が長方形であることを特徴とする。
【００２５】
請求項７の発明は、請求項６記載の半導体装置の製造方法において、上記半導体レーザを発振源としたレーザ光がレーザユニットを横に並べた半導体レーザアレイから出射され、且つ該レーザ光の断面形状が長方形であることを特徴とする。
【００２６】
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、上記結晶性シリコン膜の膜厚が３００nm以下であることを特徴とする。
【００２７】
＜発明の要点＞
上記したように、従来、大面積の非単結晶シリコン膜に照射し走査して結晶性シリコン膜とするのに用いているレーザ光の断面形状は、円形のガウス分布である。
【００２８】
これに対して、断面形状が長方形であり、且つエネルギー強度が均一なレーザ光を用いることを考える。この場合、エネルギー強度は均一であるため、伝熱によって熱量を横方向に伝える必要がない。従って、このような形状であると照射する箇所のみを融解させるのに必要なエネルギーのレーザ光のみを照射させるだけでよい。また、長方形の短軸を短く、長軸を長くすることでより大きな面積を一度の走査で結晶化させることが可能である。
【００２９】
以上の理由によって、断面形状が長方形のレーザ光はレーザアニールに用いるのに非常に有利な形状である。
【００３０】
しかしながら、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ等、断面形状が円形のガウス分布のレーザ光をこの形状にすることは非常に困難である。これらのレーザ光は可干渉性が非常に高いため、適当に均一化することが難しい。また、断面形状が円形のレーザ光の断面形状を長方形に加工することも困難である。
【００３１】
さらにレーザ発振器のサイズにも問題点があった。固体レーザと呼ばれているもののレーザ光の発振原理は次の通りである。レーザ光を発振するのは結晶性の物質であり、この結晶性の物質（レーザ結晶）の中にイオンを注入し準位を形成する。そこへ励起光を照射することによって注入したイオンを励起させ、反転分布を形成することでレーザ発振する。特に４準位系と呼ばれるレーザ、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザや、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザは励起エネルギーが比較的小さくても、発振しやすいことから広く使用されている。しかしながら、励起するためには励起光源が必要であり、このことから、発振器は半導体レーザと比較して大掛かりになることが必定である。固体レーザ発振器の、一般的な構成は次の通りである。まず、レーザ結晶がセットされたレーザ発振ユニットと、励起用レーザ光源及び、電源である。一般に励起用レーザ光源はレーザ発振ユニットと別体のレーザ電源の中に組み込まれ、そこから光ファイバに集光されてレーザ発振ユニットに導入される。このようにレーザ発振ユニットとレーザ電源はファイバーで結ばれた構成となっている。このような構成であることから、１台当たり１０cmオーダーの幅が必要であり、そのため、大面積を照射する為に、断面形状が長方形の細長いレーザ光を形成するためには、幾つものレーザユニットを横に並べて照射することが必要である。しかし、これは困難である。
【００３２】
これに対して、本発明では、半導体レーザを用いる。半導体レーザはレーザ光を、例えば半導体レーザアレイから長方形の断面形状で出射する。従って、断面形状を大きく変形させる必要がない。個々の半導体レーザは長方形のレーザ出射口から直接、断面形状が長方形のレーザ光を出射することから、レーザ光の断面形状を大きく変える必要はない。また、そのサイズは４０Ｗの出力を有する半導体レーザアレイで厚さ１cm、高さ２cm、幅２．５cmであり、固体レーザ発振ユニットと比較して桁違いに小さい。このことから、このレーザユニットを積層させることによって１回の走査で同時に多くの面積を照射させることが可能である。また、その取り扱いも容易である。
【００３３】
半導体レーザは、一般的には縦方向にｐｉｎ構造（ｉ層を挟むように、ｐ層、ｎ層を形成した構造）で作製される。このｐｉｎ構造のうち、ｉ層を活性層として用いる。このプレーナ型の半導体レーザに順方向の電流を流すと、ｉ層内にはｐ型、ｎ型のキャリアが注入されるが、このキャリアが再結合する際にフォトンを放出する。このとき、エネルギーの高いキャリアを十分にｉ層内に注入させることによって反転分布を形成し、放出されたフォトンを共振させることで、レーザ光を発振する。従って、固体レーザのように励起光源が必要でないことから、装置構成は容易であり、メンテナンスは全く必要がない。
【００３４】
このように半導体レーザを使用することによって、高いスループットで大面積を結晶化させることが可能となる。また、上記固体レーザの基本波の波長は１０６４nmである。これに対して大出力半導体レーザはＡｌＧａＡｓを活性層に用いたもので波長が７５０〜９００nmのものがあり、固体レーザと比較して短波長である。このことから、プリカーサ膜の膜厚が厚い場合はプリカーサ膜にレーザ光を直接照射させることでも融解可能である。
【００３５】
しかし、プリカーサ膜が薄い場合や、よりエネルギー強度を低くして、大面積を一括で結晶化させる場合には、高融点材料、例えばタングステンやモリブデンから成る光吸収層を用いることが必要である。よりエネルギー強度を低くすると、同じレーザ発振器を用いた場合、より広い範囲を照射することが可能となる。従って、よりエネルギー強度を下げることはより広い面積を一括で結晶化できることを意味する。この場合においても、レーザ光の波長が短いことにより、光吸収層の膜厚を小さくすることが可能であり、スループットの向上に寄与する。また、光吸収層の使用を少なくすることが可能であることから、プリカーサ膜の融解時に光吸収層が持つ熱量が少なくて済む。このことから、下地のガラス基板へ流出する熱量がより少なく、ガラス基板からプリカーサ膜及び、結晶化後の多結晶シリコン膜へのボロン等の汚染物の拡散を最小限度に抑えることが可能になる。
【００３６】
また、光吸収層をプリカーサ膜に接して直接形成すると、融解時、プリカーサ膜中に不純物が混入することがある。光吸収層は瞬間的に２０００℃近い温度となることから、プリカーサ膜に不純物が混入することがある。その為、光吸収層として働く層とプリカーサ膜の間には拡散防止層を形成することが望ましい。この拡散防止層としては、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、酸化窒化膜や、これら（窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、酸化窒化膜）の積層構造が使用できる。この拡散防止層を用いることで、光吸収層から多結晶シリコン膜中に拡散する不純物は大きく減少する。
【００３７】
このように、高融点材料からなる光吸収層を有したプリカーサ膜に半導体レーザから発振されたレーザ光を照射し走査することで高品質な多結晶シリコン膜を形成することが可能となる。このようにして形成した多結晶シリコン膜は、太陽電池や、ＴＦＴ、その他の電子デバイスに使用可能である。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
【００３９】
本発明では、非単結晶シリコン膜に半導体レーザを発振源としたレーザ光を照射し走査することで、該非単結晶シリコン膜を融解、結晶化させて、結晶性シリコン膜とする。半導体レーザでは長方形のレーザ出射口から直接、断面が長方形のレーザ光が出射されることから、レーザ光の形状を大きく変える必要はない。
【００４０】
本発明に従い、半導体レーザを発振源とする、断面形状が長方形のレーザ光を用いた場合、エネルギー強度が均一であるため、伝熱によって熱量を横方向に伝える必要がない。従って、このようにレーザ光の断面形状が長方形であると、照射する箇所のみを融解させるに必要なエネルギーのレーザ光のみを照射させるだけでよい。また、長方形の短軸を短く、長軸を長くすることでより大きな面積を一度の走査で結晶化させることが可能である。
【００４１】
また本発明では、半導体レーザを発振源としたレーザ光が、レーザユニットを横に並べた半導体レーザアレイから出射され、且つ該レーザ光の断面形状が長方形である。半導体レーザは、固体レーザのように外部に励起光源を必要とせず、小サイズであるので、大面積を照射すべく、幾つものレーザユニットを横に並べ、断面形状が長方形の細長いビーム光を形成して、１回の走査で同時に広い面積を照射させることが可能である。また、その取り扱いも容易である。従って、半導体レーザを使用することによって、大面積を高いスループットで結晶化させることが可能となる。
【００４２】
本発明において、半導体レーザは、固体レーザのように励起光源が必要でないことから、装置構成は容易であり、メンテナンスは全く必要がない。
【００４３】
また、本発明において、光吸収層は瞬間的に２０００℃近い温度となることから、高融点材料、例えばタングステンやモリブデンから成る光吸収層を用いることが必要である。この光吸収層を用いることによりエネルギー強度を低くして、より広い面積を一括で結晶化させることができる。
【００４４】
本発明において、拡散防止層にはシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸化窒化物のいずれか、もしくは、これら（シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸化窒化物）の積層構造を用いる。かかる拡散防止層を用いることで、光吸収層から多結晶シリコン膜中に拡散する不純物は大きく減少する。
【００４５】
このように、高融点材料からなる光吸収層を有したプリカーサ膜に半導体レーザから発振されたレーザ光を照射し走査することで、高品質な多結晶シリコン膜を形成することが可能となる。このようにして形成した多結晶シリコン膜は太陽電池や、ＴＦＴ、その他の電子デバイスに使用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明の実施の形態を実施例を中心に説明する。なお、以下の実施例は本発明の一例を示すものであり、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４７】
［実施例１］
図１に示すように、石英基板０１上に、光吸収層として厚さ１００nmのタングステン膜０２をスパッタリングで形成し、その上部に拡散防止層として窒化シリコン膜０３、酸化シリコン膜０４をそれぞれ１００nmずつ形成した。その上部にプリカーサ膜として非晶質シリコン膜（非単結晶シリコン膜）０５を５０nm形成した。非晶質シリコン膜０５の形成にはプラズマＣＶＤ法を用いた。原料ガスとしてモノシランガスを１０ccm導入し、並行平板型電極にＲＦ電力を５Ｗ導入して形成した。
【００４８】
上記のようにして形成した基板の非晶質シリコン膜０５に、図２の如く、ＡｌＧａＡｓ半導体レーザの波長７５０nm〜９００nmのレーザ光３０を照射し、１０cm／ｓで走査したところ、上記非晶質シリコン膜０５の光学特性が変化していた。
【００４９】
レーザ光は、レーザ発振器から発振したレーザ光を光ファイバに集光することでガウシアン形状に変形させた、断面形状が円形のガウス分布のレーザ光を使用した。
【００５０】
図２に、非晶質シリコン膜０５が、レーザ光３０により融解し、融解したシリコン０６となった後、結晶化して結晶シリコン膜（結晶性シリコン膜）０５ａとなる状態を示す。
【００５１】
処理されたシリコン膜をラマン分光分析法で解析した結果、５２０cm−１に鋭いピークを持つことから、結晶シリコン膜０５ａに変化していることが分かった。さらに上記ＡｌＧａＡｓ半導体レーザの出力と走査速度を最適化することで、融解したシリコンは横方向に成長し、その結晶粒は幅１μｍ、縦方向には１０μｍ以上の大きさになった。
【００５２】
［実施例２］
図３に示すように、ガラス基板０７上に窒化シリコン膜０８を１００nm、酸化シリコン膜０９を５０nm形成した。その上部にプリカーサ膜として微結晶シリコン膜（非単結晶シリコン膜）１０をプラズマＣＶＤ法で１００nm形成した。その上部に拡散防止層として酸化シリコン膜１１を５０nm形成した後、光吸収層としてモリブデン膜１２を５０nm形成した。
【００５３】
次に図４に示すように、この基板に、実施例１で使用したものと同じ、ＡｌＧａＡｓを活性層に用いた半導体レーザのレーザ光３０を走査させることで照射した。
【００５４】
図４中に、微結晶シリコン膜１０が、レーザ光３０により融解し、融解したシリコン１３となった後、結晶化して結晶シリコン膜（結晶性シリコン膜）１０ａとなる状態を示す。
【００５５】
その後、上記酸化シリコン膜（拡散防止層）１１とモリブデン膜（光吸収層）１２を５％のＨＦリンスで除去すると、プリカーサ膜である微結晶シリコン膜１０は結晶化され、多結晶シリコン膜１０ａに変化していた。
【００５６】
この場合においても実施例１と同様に、レーザパワーと走査速度を最適化することによって、結晶シリコン膜１０ａをラテラル成長した。その結晶粒の大きさは幅１μｍ以上、長さ１０μｍ以上の巨大なものとなった。
【００５７】
上記方法を用いることで、光吸収層を除去した構造を作製することができる。例えばＴＦＴ駆動用の多結晶シリコン膜を形成したい場合に、本構造は有効である。
【００５８】
［実施例３］
図５に、実施例３の半導体装置として、太陽電池の構造を示す。
【００５９】
図５において、ガラス基板１４上に窒化シリコン膜１５を１００nm、酸化シリコン膜１６を５０nm形成した後、下部電極層としてタングステン層１７を５０nm形成した。
【００６０】
その上部にプリカーサ膜として５００nmの非晶質シリコン膜（非単結晶シリコン膜）（図５にはこれを半導体レーザのレーザ光で結晶化した後の結晶シリコン膜１８を示している）を形成した。この非晶質シリコン膜にはドーパントとして燐を１×１０１７cm−３混入させている。その上部に拡散防止層として酸化シリコン膜（図示せず）を５０nm形成した。その上部に光吸収層として５０nmのタングステン層（図示せず）を形成した。
【００６１】
これに実施例１で使用したレーザと同様のＡｌＧａＡｓを活性層に用いた半導体レーザのレーザ光３０を照射し走査させることで、プリカーサ膜の結晶化を行った。これにより上記非晶質シリコン膜（図示せず）は、半導体レーザのレーザ光で結晶化され、結晶シリコン膜（結晶性シリコン膜）１８となった。
【００６２】
その後、ＨＦリンスによって光吸収層のタングステン膜（図示せず）と拡散防止層の酸化シリコン膜（図示せず）を除去した。
【００６３】
プリカーサ膜の上部の膜をすべて除去した後、結晶化したプリカーサ膜（結晶シリコン膜１８）を観察した結果、プリカーサ膜はラテラル成長した多結晶シリコン膜（結晶シリコン膜１８）となっていることが分かった。
【００６４】
この多結晶シリコン膜（結晶シリコン膜１８）の上部に、ボロンを１×１０２０cm−３の濃度でドーピングしたｐ型の微結晶シリコン膜１９を１００nm形成し、透明導電膜としてＩＴＯ膜２０、さらにその上部の一部に取り出し用金属電極２１を形成し、太陽電池構造とした。
【００６５】
このようにして形成した太陽電池に１ＳＵＮの擬似太陽光を照射し、電流−電圧特性を測定したところ、開放電圧は０．５８Ｖを示した。この実施例３で作製した方法によれば、膜の上下に電極を持つデバイスを作製することができる。
【００６６】
［実施例４］
本実施例では、半導体レーザを、断面形状が長方形で均一なレーザ光としてレーザ照射を実施した。断面形状が均一な長方形の形状とは、長方形の短い辺をｘ軸、長い辺をｙ軸とすると、ｘ方向にはガウス分布、ｙ軸方向にはｘ座標が同じ箇所においては、１００μｍ以上の幅で±１０％以内の強度で均一なエネルギー強度となっているものである。
【００６７】
このような形状のレーザ光を、実施例１で作製した光吸収層を有したプリカーサ膜に照射したところ、実施例１と同様に融解、結晶化が起こり、出力と走査速度を制御することによって、その結晶はラテラル成長したことを示す結晶粒となっていることが、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）観察より確認できた。
【００６８】
この実施例４の方法を用いることで、従来の円形ビーム光よりも幅広い面積を一回の照射で結晶化させることが可能である。
【００６９】
なお、上記実施例１〜４においては、非単結晶シリコン膜として非晶質シリコン膜、微結晶シリコン膜を用いているが、非単結晶シリコン膜として粒径の小さな多結晶シリコン膜を用いることもできる。
【００７０】
つまり、非単結晶シリコン膜として粒径の小さな多結晶シリコン膜を用い、その上で光吸収層に半導体レーザを発振源としたレーザ光を照射、走査することにより、粒径の大きな多結晶シリコン膜（結晶性シリコン膜）を形成することも可能であり、このような実施の形態も本発明の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施例１における製造方法のレーザ光照射前を示す半導体装置の断面模式図である。
【図２】本発明の実施例１における製造方法のレーザ光照射工程を示す半導体装置の断面模式図である。
【図３】本発明の実施例２における製造方法のレーザ光照射前を示す半導体装置の断面模式図である。
【図４】本発明の実施例２における製造方法のレーザ光照射工程を示す半導体装置の断面模式図である。
【図５】本発明の実施例３における結晶シリコン系半導体装置の完成模式図である。
【符号の説明】
【００７２】
０１  石英基板
０２  タングステン膜（光吸収層）
０３  窒化シリコン膜（拡散防止層）
０４  酸化シリコン膜（拡散防止層）
０５  非晶質シリコン膜（非単結晶シリコン膜）
０５ａ  結晶シリコン膜（結晶性シリコン膜）
０６、１３  融解したシリコン
０７、１４  ガラス基板
０８、１５  窒化シリコン膜
０９、１６  酸化シリコン膜
１０  微結晶シリコン膜（非単結晶シリコン膜）
１０ａ  結晶シリコン膜（結晶性シリコン膜）
１１  酸化シリコン膜（拡散防止層）
１２  モリブデン膜（光吸収層）
１７  タングステン膜
１８  結晶シリコン膜（結晶性シリコン膜）
１９  ｐ型の微結晶シリコン膜
２０  ＩＴＯ膜
２１  取り出し用電極
３０  レーザ光
【図１】
2005236130.tif 000003
【図２】
2005236130.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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