JPH0323677A - 半導体装置のリペア方法 - 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】 本発明は非単結晶半導体を用いたダイオード特性を持つ
半導体装置において、非単結晶半導体層を形成する際こ
の半導体層内に不本意に形成されてしまう空孔またはビ
ンホールにより半導体装置の第１の電極と第２の電極と
が、これらの空孔またはピンホールを通して、互いにシ
ョートあるいはリーク状態となった半導体装置を修復す
ることを特徴とした半導体装置のリペア方法に関するも
のであります． 「従来技術」 従来より知られたダイオード特性を持つ半導体装置とし
て光電変換装置が知られている。この光電変換装置とし
ては数ｃｊの小面積のＰＩＮ接合を有する非単結晶半導
体を用いた物が主であった．また最近は数１０００ｃｄ
と大面積の光電変換装置を作り、その単位面積当たりの
製造原価を下げようとする試みがある．しかし、このよ
うな光電変換装置は、非単結晶半導体層の一部に空孔，
ビンホール．クランク等を必ず有しており、その部分が
短絡電流部（ショート）または弱いリーク部となってし
まうため、大面積の光電変換装置を作製した場合、この
短絡電流部または弱いリーク部の為に曲線因子（ＦＦ）
の低下が激しくエネルギー変換効率の低下を誘発し、製
造歩留まりが悪く結果として単位面積当たりの製造原価
を下げることは非常に困難だった． このため、大面積の光電変換装置を作製する際において
、電流短絡部のみを選択的に除去する方法が求められて
いる。その代表例として特開昭６０−４６０８０が示さ
れている。この発明は、ＰＩＮ接合を有する半導体上に
電極を形成し、さらにその表面をエッチング溶液に浸し
、加えて電流を流すことにより電流短絡部のみを選択的
に除去することを特徴としている。そのため使用する溶
液はエッチング溶液であり、その具体例がその明細書３
７６頁左上欄Ｌ９〜右下欄Ｌ１に示されている．これに
よるとシッートしている半導体上のＩＴＯを選択的にエ
ッチング除去する．そのための電解液として０．０１　
〜１２の塩化水素、０．０５モルのＮａＣ　ｌ塩希釈溶
液を用いている。

しかし、かかる電解液でＩＴＯおよびその下のショート
部の半導体を除去する従来公知の方法は、他の多くの欠
点を有する．即ちこの除去された領域に対しその後の工
程において選択的に絶縁物をコートしなければならない
。さらに酸水溶液中に非単結晶半導体層を浸積するため
、金属被膜等は、この工程が終了した後に形成しなけれ
ばならなかった。またこの工程の際に半導体層に吸着し
た不純物イオンおよび水分等を十分に除去する工程が必
要となり製造原価を引き上げることになってしまった． 「発明の目的」 本発明は、これらの欠点をなくするためにショート個所
をウエットエッチングを行い除去するのではなく、ショ
ート個所をダイオード特性を持つ半導体装置に逆バイア
スを加え、電気的に絶縁化する（以下この工程をＲＢを
行うという）．すなわち、ダイオード特性を持つ半導体
のＰ型非単結晶半導体層側の電極に負の電圧をＮ型非単
結晶半導体層側の電極に正の電圧を印加することにより
、不良個所を再現性よく、完全に修復しようというもの
です． 「発明の構成」 以下に図面に従って本発明を説明する．第１図は、本発
明の概要を示すものである．わかりやすくする゜為、光
電変換装置としては非品質珪素半導体を用いたＰＩＮ構
造となっている．構造としては硝子基板（１），第１の
電極（２）．　Ｐ型ａ一Ｓ　ｉ　（３），　　［型ａ−
Ｓｉ（４），　Ｎ型ａ　−　Ｓ　ｉ　（５），第２の電
極（６）となっている．本発明は特にこの構造のみに限
定されるものではない．次にこの第１の電極（２）に負
の電圧、第２の電極（６）に正の電圧が印加されるよう
に電源（７）を接続する．そしてこの電源（７）の出力
をＯ■よりゆっくり連続して、約８ｖまで増加していっ
た時の回路に流れる電流と電圧の関係を示すのが第２図
（ａ）のグラフである。

第２図（ａ）において、実線０（Ｄは印加電圧が約５．
５ｖ付近までは、電圧の増加に従って電流も増加してい
る．Ｏ〜１■までの抵抗値は８．６Ωと大変小さく光電
変換装置の半導体層中に短絡電流部（８）が存在するこ
とが容易に想像し得る．この後、電圧を増していくと電
流値の若干の落ち込み（＋６）．　０７）．　ａの等が
数多くみられ、約５．５ｖ以降急に電流が流れなくなる
。以後、約８ｖまで電圧を印加しても電流の増加量はほ
ぼ一定である．この時の抵抗値は、約８００″ＱでＯ〜
１ｖの時に比べ９０倍も抵抗が増した．これ以後、再び
この光電変換装置に逆バイアス電圧を印加しても、第２
図（ｂ）の実線θＯのようになり、ほぼ一定の抵抗値を
示し電流が急に流れたりすることはなく、個々の光電変
換装置の特性により異なるが、８■を印加した時最大で
１５ｓＩＡＬか電流が流れない。抵抗値としては５００
Ω以上だった。すなわち、Ｏｖから５．５ｖまで電圧を
加えている間に、半導体層中の空孔あるいはピンホール
により形成された短絡電流部にのみ電流が流れ、その短
絡電流部は焼け切れたか、または電気的に絶縁化されて
しまった為に、再び電圧を加えても異常な電流が流れる
ことはない． しかしながら、このシッート個所に存在する物質が何で
も完全に絶縁化できるものではない．例えば第２の電極
（６）としてＣｒを使用した場合は逆バイアスを加えて
も、第２図（ａ）に示すような電流値の落ち込み０６）
等が見られず、バイアス電圧を増してゆくとそれに伴っ
て電流値も増加する場合が多くあり、あまり電圧を上げ
過ぎると半導体層の耐圧を越えブレイクする場合もあっ
た．この現象はタングステン，モリブデン，白金．タン
タル等の金属でも同様に観察でき、完全に絶縁化できる
場合が少なかった． 一方この電極材料としてアルミニウム，酸化インジウム
スズ．銀．銅．ニッケルの場合には絶縁化することがで
きた． 本発明者が鋭意検討した結果、この絶縁化の可否にはビ
ンホール等に存在する電極材料の融点に大きく依存する
ことが判明した。

即ち、このピンホールに存在する電極材料の融点が１７
００゜Ｃ以下の場合には絶縁化でき、半導体装置のリペ
アが可能であったが１７００℃以上の高融点物の場合に
は絶縁化し難いという結果が得られた．一ａに、光電変
換装置のようにダイオード特性を持つものに素子が破壊
しない程度に逆バイアス電圧（ＲＢ）を加えると、高抵
抗（例えばＲ．とする）を示し、第２図（ａ）のように
電流が流れる事はない。今、半導体層中に空孔子または
ピンホール？よる短絡電流部（ショート）が存在したと
すると、その部分の抵抗値（例えばＲｌ，Ｒ■−Ｒｎと
する。

）は明らかに小さく、Ｒｅ＞＞Ｒ＋Ｒ１・・Ｒｎである
．この時電流は低抵抗の短絡電流部を選択的に流れる。

この空孔またはピンホールは、半導体層形成時のほこり
、ごみやフレーク等により発生するものであるから、短
絡電流部の面積は非常に小さい。よって、この微少面積
に電流が流れるために発熱し、局所的に非常に高温とな
り短絡電流部を形成する物質が１７００℃以下の低融点
材料であれば、焼け切れる、気化蒸発する、表面が酸化
する、溶け出る等、理由は、はっきりとはしないが、結
果として絶縁されてしまう。前述のアル箋ニウム，酸化
インジウムスズ，銀１　１ｉｔニッケル，金はいずれも
融点が１７００″Ｃ以下であり再現性よく、ショート部
分の絶縁化を行なうことができた。この為、一度ＲＢを
行った光電変換装置は並列抵抗が増加し開放電圧が増加
することになり、エネルギー変換効率の向上につながる
のである。このＲＢを行う際に印加する逆バイアス電圧
は、不良個所に過大電流を流しうるものであればどのよ
うな形でもよい．以下に実施例を示す．なお、本発明は
実施例のみに限定されることはない。

「実施例１」 第３図は本発明の工程を示す縦断面図である．第３図（
ａ）は平面図を示し、い）は（ａ）をＸ−Ｘ・で切った
ときの切断面図を示す．絶縁性基板（１）例えばガラス
板．アル逅ナ基板などこの実施例では、ｌ１０　Ｘ２５
０　Ｘ１．１ｔ（ｍｓ）のガラス基板を用いたさらにこ
の上に全面にわたってクロム（以下Ｃｒとする）を公知
のスパッタ法又は蒸着法によって形成させた。この後公
知のフォトリソ技術を用いて下側電極（２）としてＣｒ
をパターニング形成をした．バターニングしたＣｒは厚
さ１５００人程度であった。

この上面に、グロー放電法およびｆｉＣＲ　ＣＶＤ法を
含むプラズマＣＶＤ法又は光ＣｖＤ法等の気相法により
、ＰＮ又は，　ＰＩＮ接合又はショートキー接合を有す
る非単結晶半導体層を０．２〜１．０μｍ代表的には０
．５〜０．７μ一の厚さに形成せさた。

その代表例はＮ型半導体（ＳｉＸＣ＋−ＸＸ＝０．８厚
さ５０〜３００人）−１型アモルファスシリコン半導体
（０．４〜０．９μｓ＋　）　−　Ｐ型半導体（Ｓｉ．
　Ｃ＋−ＸＸ＝０．８厚さ５０〜３００人）を有する半
導体よりなる１つのＰＩＮ接合を有する非単結晶半導体
を全面に均一の膜厚で形成させた。この後公知のフォト
リソ技術を用いて非単結晶半導体をパターニングして第
３図（Ｃ）（ｄ）の半導体ＦＪＯ２１を形成した。

第３図（Ｃ）は平面図を示し、（ａ）は（Ｃ）をＸ−Ｘ
゜　で切った切断面図を示す。しかしこの半導体層０′
！Ｊにはビンホール（８）．　（８　＝　）　（８゜、
゜）が存在している。

このピンホールは通常の光学顕微鏡（１０００倍）では
、みることができないくらい小さい。

次の工程として半導体ＩＥｔＱ２）の直上に或膜形成す
る電極として、低融点導体を用いる。融点温度として１
気圧下で１７００゜Ｃ以下のものであればどんな材料で
もかまわない。例えばアルミニウム（融点６６０．４℃
）金（１０６４．４３゜Ｃ　）　．　ｖＡ（９６１．９
３゜Ｃ），ｌＦン（１６７５゜Ｃ）又はＩＴＯ（酸化イ
ンジウム　スズ（１６３０℃）などである。

この実施例では光を通す必要があるためにまずＩＴＯＱ
５）を公知のスパッタ法，蒸着法で形成し、その後公知
のフォトリソ技術を用いてパターニングをした．次にア
ルごニウム０つタンタル０４）を公知のスパッタ法，蒸
着法により形成し、その後公知のフォトリソ技術を用い
てパターニングをした。

こうして第３図（ｅ）（ｆ）を形成した．（ｅ）は平面
図で（ｆ）は（ｅ）をＸ−Ｘ＝　で切った切断面図であ
る。

前記ビンホール（８）．　（８　＝　）　（８゜”）に
は、ＩＴＯ０５）アルミニウム（１３）が充填された．
この状態で第３図（ｆ）のように半導体に逆バイアスを
印加していくと、ピンホールに充填されている導体を通
して電流が流れ発熱がおこる．ピンホールの大きさが小
さいため、電流密度が高く、低融点材料であれば溶けて
絶縁化してしまう． その電流電圧の様子は第２図と同様であった．逆バイア
ス印加にもかかわらず電流が大きく流れ、００で急に落
ちる．そこからまた上昇して６７）で落ちる．以下この
ような現象を繰り返して通常のダイオード特性になる．
印加電圧が半導体層の逆耐圧電圧以下までの範囲でピン
ホールに充填した半導体を絶縁化できるならぼリペアで
きたことになる．この処理の後に再度逆バイアス電圧を
半導体層に印加すると０１）のようにダイオード特性を
示すのみで、リークショートを補修できたことがわかる
。

本実施例において１００個のサンプルに対しリペアを行
なったところ全部のサンプルのりベアを行なうことがで
きた。

この実施例では、ＩＴＯとアル，ミニウムを用いたが、
ＩＴＯの代わりに数十人のＡｇでも同じことができる． このようにピンホール内に低融点金属が存在すれぼリペ
アは可能であり、低融点金属の上に他の金属を積層して
いても同様にリペア可能であった。

また比較例として、半導体Ｍ０２１上の電極にクロム（
融点１８５７’Ｃ）を用い、同様の素子構造として作威
し、このようなサンプル１００個に逆バイアス電圧を加
えた。このうち１５サンプルはリペア可能であったが、
残り８５個については完全にリペアできず、素子特性に
影響を与える程度のリーク電流が流れていた． 「実施例２」 本実施例で用いた光電変換装置は、第１図に示された物
と、ほぼ同様の構造をとっている硝子基板（１）上にＩ
　Ｔ　Ｏ−Ｓｎ０１の第１の電極（２）．　Ｐ型ａ−Ｓ
Ｌ（３）．　　Ｉ型ａ　−　Ｓ　ｉ　（４）　，　Ｎ型
ａ　−　Ｓ　ｉ　（５）を形成し、第２の電極（６）と
してＡＩを用いている．１５０個についてＲＢを行った
がＲＢ前後の光電変換装置の効率の生データを表１に示
す． 表１ このように素子としては、ほとんど使用不可能な物を完
全に使用可能な素子としてリペアすることができ、さら
に１つのサンプルにＲＢを行い、リペアをするのに要す
る時間は、わずか１０〜２０秒程度であった。そして１
５０個のサンプルのＲＢ前後の特性を表２に示す。

表２ 「効果」 本発明の構或について、再現性よく、半導体装置のシッ
ート，リーク個所をリペアすることができた．またその
リペアの確率もほぼｌ００％に近いものであった．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概略を示す図である。 第２図は本発明のＲＢ前後で逆バイアスを加えた時、光
電変換装置に流れる電流値を示す。 第３図は本発明の工程を示す縦断面図を示す。 ８ ショート個所 ３　．　４　．　５　．１２・ ・半導体層 ２　，　６　．１３，１４．１５・ ・電極 Ｏ ２ ｑ ６ ８ ＾−一 弔 ３ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、絶縁表面を有する基板上に第１の電極を形成する工
   程と該電極上に、ＰＮ、ＰＩＮまたはＮＩＰ接合を少な
   くとも１つ以上有する非単結晶半導体層を形成する工程
   と該非単結晶半導体層上に１７００℃以下の融点を持つ
   低融点材料からなる第２の電極を形成する工程と、これ
   らの工程の後、前記非単結晶半導体層の両端に逆バイア
   ス電圧を加え、非単結晶半導体層の不良個所を修復する
   工程を有することを特徴とするダイオード特性を持つ半
   導体装置のリペア方法。