JP3272188B2 - 薄膜半導体装置の製造方法 - Google Patents

薄膜半導体装置の製造方法

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康樹 原田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、薄膜半導体装置の製
造方法に係り、特に高集積型の太陽電池装置に用いて好
適な製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、安価で容易に大面積の半導体
素子が形成できる材料として薄膜半導体が用いられてい
る。この薄膜半導体は、プラズマCVD法などを用いて
ガラス基板などの上に形成されている。
【0003】そして、形成された薄膜半導体に所望の機
能を持たせるために、これら薄膜半導体をパターニング
することが必要である。
【0004】このパターニングの方法としてレーザを用
いるレーザパターニング法が知られている。このレーザ
によるパターニングにおいては、レーザ光の入射方向な
どにより基板材料が限定されるという難点がある。ま
た、うまくパターニングできる薄膜半導体の膜厚の範囲
が狭く膜厚のムラによってパターニングが影響を受けや
すいこと、また、レーザ光照射の条件出しが煩雑である
という問題点があった。
【0005】さらに、比較的大面積の薄膜半導体素子を
形成する際には、基板のそり等によってレーザ光のビー
ムの焦点がずれることによりうまくパターニングできな
くなってしまうという問題点があった。
【0006】一方、集積型太陽電池装置の形成などに見
られるパターニングの方法として、特開昭62−334
77号(H01L 31/04)に開示されているよう
に、スクリーン印刷などによりマスクパターンを形成
し、その上から薄膜半導体を形成し、最後にマスクパタ
ーンを標的としてレーザを照射することにより、半導体
薄膜をパターニングする方法(以下、LWS(Lase
r Welding and Scribing)法と
いう。)がある。
【0007】このLWS法では、レーザの強度に対する
制限が少なくなるため、前述したレーザパターニング法
の問題点はかなり解決される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法においては、マスクパターンをスクリーン印刷により
形成しているので、ある程度以上細くマスクパターンを
形成できないために、素子の有効面積率を上げることが
できないという問題があった。
【0009】また、スクリーン印刷を用いることなく、
いわゆる写真蝕刻法によりパターニングする方法が知ら
れている。この写真蝕刻技術は細密加工の上で優れては
いるが、蝕刻パターンを規定するフォトレジストのピン
ホールや周縁での剥がれにより薄膜半導体に欠陥を生じ
させやすいという問題があった。しかも、マスクの形
成、転写のいずれのプロセスにおいてもパターニング位
置の制御が必要という観点から、この方法は素子の大面
積化には不利である。
【0010】この発明は、上述した従来の問題点を解消
するためになされたものにして、薄膜半導体を用いた素
子において、薄膜半導体の膜厚や基板材料のそりに影響
されずに、素子の有効面積率の低減を防止した薄膜半導
体素子の製造方法を提供することをその目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明は、マスクパタ
ーンを形成する際に、細く絞ったノズルの先からマスク
形成材料を噴出させ、基板上に直接マスクパターンを描
画し形成させる。その後、基板上に薄膜半導体を形成
し、液相中或いは気相中で処理しマスクパターンごと薄
膜半導体を除去してパターニングを行う。
【0012】このとき、異なるマスク材料で複数のマス
クパターンを形成した後、異なる溶液或いは気体を用い
て処理することにより、別々にマスク材料を除去してパ
ターニングを完成させる。
【0013】
【0014】
【作用】この発明は、液相中或いは気相中で処理してマ
スクパターンと薄膜半導体を除去することによってパタ
ーニングを行うことにより、薄膜半導体の膜厚のムラや
基板のそりに関係なく確実に薄膜半導体をパターニング
することができる。
【0015】
【0016】
【実施例】以下、この発明の実施例につき図面を参照し
て説明する。まず、この発明の参考として、ガラス基板
上に形成した酸化インジウム錫(ITO)をパターニン
グする手法につき説明する。
【0017】図1に示すように、30cm×40cmの
ガラス基板1上に、ノズル3からマスク形成材料を噴出
させ、マスクパターン2を形成する(図1(a))。こ
のマスク形成材料として、この実施例では、ABS(ア
クリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体)樹脂
を用い、線幅100μm、長さ40cmのマスクパター
ンを形成した。
【0018】続いて、基板1上にスパッタリング法によ
り膜厚750オングストロームのITO5を被着形成さ
せる(図1(b))。そして、トルエンを処理用液に用
いて、マスクパターン2とその上のITO5を除去し、
リフトオフによりパターニングを行った(図1
(c))。
【0019】図2は上記方法によりガラス基板1上に形
成したITO5をパターニングした結果を示す分離抵抗
の特性図である。この図2から明らかなように、トルエ
ンでの処理時間を増やすと分離抵抗が増大しており、A
BS樹脂がトルエンに溶解することによりパターニング
が完成していることが分かる。
【0020】前述したLWS法においては、パターニン
グ用のレーザの標的になるマスクパターンをスクリーン
印刷法等により形成しているので、マスク形成材料が下
地材料に圧迫して形成され、マスク材料のにじみ及びし
み出し等により線幅が太くなる。その結果、レーザによ
るパターニング幅を狭くできても、残留したマスク材料
により無効部分が発生し、パターニング幅としては25
0μm程度が限界である。これに対して、この発明で
は、幅の狭いパターニングが容易に行える。すなわち、
ノズルから噴射により形成するマスクパターンの線幅は
10μm〜200μmの範囲で形成することができるの
で、このマスクパターンを標的に用いることにより、よ
り幅の狭いパターニングを行うことができ、素子の有効
面積を大きくすることができる。また、比較的大面積な
ものでも確実にパターニングできることがこの実施例か
らも理解できる。
【0021】また、マスク形成方法としては、炭素など
の微粒子粉末を適当な溶媒に溶解し、それをノズルの先
から噴出させて形成させても良いし、また、薄膜半導体
の形成条件が許すならば、適当な高分子材料を用いても
良い。溶媒に溶かした材料をマスクに用いれば、その溶
媒を蒸発させてマスクを形成し、マスク除去を行うとき
には同じ溶媒で処理することにより可能である。銀ペー
スト等の金属材料をマスクに用いてやれば、前述したL
WS方式を用いるレーザの標的にすることができる。
【0022】さらに、マスク材料として用いることがで
きる高分子材料としては、例えば、フェノール系樹脂、
ABS樹脂、ポリプロピレン、アクリル樹脂、アセター
ル樹脂、ユリア樹脂などがある。但し、高分子材料をマ
スク材料として用いる場合には、それぞれの高分子材料
に対して、最適な処理溶液を選択する必要がある。
【0023】例えば、アセタール樹脂は塩酸に溶解する
が、ABS樹脂は溶解しない。これに対して、ABS樹
脂はトルエンには溶解するが、アセタール樹脂は溶解し
ない。従って、処理溶液及びマスク材料は、酸性、アル
カリ性を問わないし、有機、無機溶媒を問わない。
【0024】また、上記マスクパターンの形成をノズル
からマスク形成材料を噴出して基板上に被着させてい
る。このノズルからの噴出の手法は、インクジェット記
録と同様の手法により容易に行える。
【0025】次に、異なる2種類のマスク材料及び処理
溶液を用いて、集積型非晶質シリコン太陽電池装置をこ
の発明法を用いて製造する実施例を図3に従い説明す
る。
【0026】透明なガラス等の絶縁材料からなる基板1
0上に、パターニングされたITO等からなる透明電極
11が設けられる(図3(a))。この透明電極11の
パターニングは上述の図1に示す方法や、レーザビーム
の照射による方法などが用いられる。
【0027】次に、ノズル12からマスク形成材料を基
板10に向けて噴出させ、透明電極11の一部に重なる
ようにして基板10上に第1のマスク13を形成する
(図3(b))。このマスク形成材料として、この実施
例では、ABS樹脂を用い、線幅は10〜200μmの
間で選択した。
【0028】続いて、別のノズル15からマスク形成材
料を基板10に向けて噴出させ、第1のマスク13に隣
接して透明電極11上に第2のマスク14を形成する
(図3(c))。このマスク形成材料として、この実施
例では、アセタール樹脂を用いた。
【0029】そして、透明電極11、第1、第2のマス
ク13、14を含んで基板10全面に光電変換に有効に
寄与する膜厚2000〜7000オングストロームの非
晶質シリコンからなる薄膜半導体膜16がプラズマCV
D法などにより形成される(図3(d))。この薄膜半
導体膜16は内部に膜面に平行なpin接合が形成さ
れ、例えばp型非晶質シリコン層、i型非晶質シリコン
層、n型非晶質シリコン層が順次積層形成されている。
【0030】次に、サンプルを有機溶媒中で処理し、第
1のマスク13とその上の薄膜半導体膜16を除去し、
リフトオフによる1回目のパターニングを行う(図3
(e))。この有機溶媒は、ABS樹脂は溶解するが、
アセタール樹脂は溶解しない溶媒を用いる。
【0031】続いて、半導体薄膜16及び透明電極11
の露出部分を含んで基板10上全面に膜厚4000オン
グストローム〜2μm程度のアルミニウムなどからなる
金属電極17がスパッタリング法などにより形成される
(図3(f))。
【0032】そして、サンプルを有機溶媒中で処理し、
第2のマスク14とその上の金属電極17を除去し、リ
フトオフによる2回目のパターニングを行って、集積型
太陽電池装置が形成される(図3(g))。この有機溶
媒は、アセタール樹脂が溶解する溶媒を用いる。
【0033】上述した実施例においては、リフトオフを
有機溶媒の溶液を用いた液相法で行ったが、反応ガスを
用いる気相法でマスクを除去する方法を用いることもで
きる。
【0034】次に、異なる2種類のマスク材料及びレー
ザを用いて、集積型非晶質シリコン太陽電池装置を製
する参考例を図4に従い説明する。
【0035】前述の実施例と同様に透明なガラス等の絶
縁材料からなる基板10上に、パターニングされたIT
O等からなる透明電極11が設けられる(図4
(a))。
【0036】次に、ノズル22から導電性を有するマス
ク形成材料を基板10に向けて噴出させ、透明電極11
の一部に重なるようにして基板10上に第1のマスク2
3を形成する(図3(b))。このマスク形成材料とし
ては、例えば、炭素、銀等の導電性物質の微粒子粉末を
適当な溶媒に溶解したものを用い、その溶媒を蒸発させ
てマスクを形成すればよい。また、マスクの線幅は10
〜200μmの間で選択される。
【0037】続いて、別のノズル25から絶縁部材から
なるマスク形成材料を基板10に向けて噴出させ、第1
のマスク23に隣接して透明電極11上に第2のマスク
24形成する(図4(c))。このマスク形成材料とし
ては、例えば、二酸化シリコンの微粒子粉末やその他の
無機材料の微粒子粉末を適当な溶媒に溶解したものを用
い、その溶媒を蒸発させてマスクを形成すればよい。
【0038】そして、透明電極11、第1、第2のマス
ク23、24を含んで基板10全面に光電変換に有効に
寄与する膜厚2000〜7000オングストロームの非
晶質シリコンからなる薄膜半導体膜16がプラズマCV
D法などにより形成される(図4(d))。この薄膜半
導体膜16は内部に膜面に平行なpin接合が形成さ
れ、例えばp型非晶質シリコン層、i型非晶質シリコン
層、n型非晶質シリコン層が順次積層形成されている。
【0039】次に、第1のマスク23を標的としてレー
ザ26を照射し、第1のマスク23上の薄膜半導体膜1
6を除去し、1回目のパターニングを行う(図4
(e))。
【0040】続いて、半導体薄膜16及び透明電極11
の露出部分を含んで基板10上全面に膜厚4000オン
グストローム〜2μm程度のアルミニウムなどからなる
金属電極17がスパッタリング法などにより形成される
(図4(f))。この金属電極17と透明電極11とは
第1のマスク23を介して電気的に接続される。
【0041】そして、第2のマスク24を標的としてレ
ーザ26を照射し、第2のマスク24上の金属電極17
を除去し、2回目のパターニングを行って、集積型太陽
電池装置が形成される(図4(g))。
【0042】なお、上述した参考例は、基板上に透明電
極を設けているが、基板として、表面が絶縁処理された
ステンレス基板を用い、その上に金属電極を設け、薄膜
半導体膜に透明電極を設ける構成の集積型太陽電池装置
についても、この発明を適用できることはもちろんのこ
とである。また、この参考例では集積型太陽電池装置
を形成する際の例を示したが、他の薄膜半導体素子、例
えば薄膜トランジスタ(TFT)などの加工技術として
も用いることができる。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、薄膜半導体の膜厚のムラや基板のそりなどに関係な
く薄膜半導体材料をパターニングすることができる。
【0044】
【0045】さらに、基板材料の面積、材質、透光性の
有無を問わず薄膜半導体素子のパターニングが行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の参考となるITOのパターニング
示す工程図である。
【図2】有機溶媒中での処理時間とITOとの分離抵抗
の関係を示す図である。
【図3】この発明集積型太陽電池装置の製造方法に用
いた実施例を示す工程図である。
【図4】この発明の参考となる集積型太陽電池装置の製
造方法示す工程図である。
【符号の説明】
10 基板 11 透明電極 12,15 ノズル 13 第1のマスク 14 第2のマスク 16 薄膜半導体 17 金属電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/04 - 31/078 H01L 21/306 - 21/308 H01L 29/78 - 29/792

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ノズルからマスク材料を基板に向けて噴
    出させて基板上にマスクパターンを直接形成した後、上
    記基板上に薄膜半導体層を形成し、リフトオフにより薄
    膜半導体層をパターニングする薄膜半導体装置の製造方
    において、 異なる種類のマスク材料により複数のマス
    クパターンを形成し、同一種類のマスク材料により形成
    されたマスクパターンのみ除去することにより、複数回
    に亘ってパターニングすることを特徴とする薄膜半導体
    装置の製造方法。
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