JPH0519991B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ 産業上の利用分野 本発明はレーザビームの如きエネルギビームを
利用した半導体装置の製造方法に関する。

ロ 従来技術 半導体膜を光活性層とする半導体装置として太
陽電池や一次元光センサ等が存在する。

第１図は米国特許第4281208号に開示されてい
ると共に、既に実用化されている太陽電池の基本
構造を示し、１はガラス、耐熱プラスチツク等の
絶縁性且つ透光性を有する基板、２ａ，２ｂ，２
ｃ…は基板１上に一定間隔で被着された透明電極
膜、３ａ，３ｂ，３ｃ…は各透明電極膜上に重畳
被着された非晶質シリコン等の非晶質半導体膜、
４ａ，４ｂ，４ｃ…は各非晶質半導体膜上に重畳
被着され、かつ各右隣りの透明電極膜２ｂ，２ｃ
…に部分的に重畳せる裏面電極膜で、斯る透明電
極膜２ａ，２ｂ，２ｃ…乃至裏面電極膜４ａ，４
ｂ，４ｃ…の各積層体により光電変換領域５ａ，
５ｂ，５ｃ…が構成されている。

各非晶質半導体膜３ａ，３ｂ，３ｃ…は、その
内部に例えば膜面に平行なPIN接合を含み、従つ
て透光性基板１及び透明電極膜２ａ，２ｂ，２ｃ
…を順次介して光入射があると、光起電力を発生
する。各非晶質半導体膜３ａ，３ｂ，３ｃ…内で
発生した光起電力は裏面電極膜４ａ，４ｂ，４ｃ
…での接続により直列的に相加される。

通常、斯る構成の太陽電池にあつては細密加工
性に優れている写真蝕刻技術が用いられている。
この技術による場合、基板１上全面への透明電極
膜の被着工程と、フオトレジスト及びエツチング
による各個別の透明電極膜２ａ，２ｂ，２ｃ…の
分離、即ち、各透明電極膜２ａ，２ｂ，２ｃ…の
隣接間隔部分の除去工程と、これら各透明電極膜
上を含む基板１上全面への非晶質半導体膜の被着
工程と、フオトレジスト及びエツチングによる各
個別の非晶質半導体膜３ａ，３ｂ，３ｃ…の分
離、即ち、各非晶質半導体膜３ａ，３ｂ，３ｃ…
の隣接間隔部分の除去工程とを順次経ることにな
る。

然し乍ら、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オトレジ
ストのピンホールや周縁での剥れにより非晶質半
導体膜に欠陥を生じさせやすい。

特開昭57−12568号公報に開示された先行技術
は、レーザビームの照射による膜の焼き切りで上
記隣接間隔を設けるものであり、写真蝕刻技術で
必要なフオトレジスト、即ちウエツトプロセスを
一切使わず細密加工性に富むその技法は上記の課
題を解決する上で極めて有効である。

レーザ使用の際に留意すべきことは、斯るレー
ザ加工は本質的に熱加工であり、加工せんとする
膜部分の下に他の膜が存在しておれば、それに損
傷を与えないことである。さもなければ、目的の
膜部分を焼き切つた上、必要としない下の膜まで
焼き切つてしまつたり、或いは焼き切らないまで
も熱的なダメージを与えてしまう。上記先行技術
は、この要求を満たすために、レーザ出力やパル
ス周波数を各膜に対して選択することを提案して
いる。

然し乍ら、上記先行技術の第１の欠点は、被加
工膜に於けるレーザの加工閾値エネルギ密度はそ
の膜厚によつて吸収率が変動するために一定とな
らず、従つて斯る膜厚による閾値エネルギ密度の
変化を無視して加工を施すと、レーザ出力が小さ
いと被加工膜の或るところに対しては加工不足を
生じ、またレーザ出力が大きいと下層の膜をレー
ザビームが直撃するところが発生し、その箇所は
少なくとも熱的なダメージを被る。例えば波長
1.06μmのＱスイツチ付Nd：YAGレーザにより
非晶質シリコン系半導体／透明電極膜／透光性基
板の構造において非晶質シリコン系の半導体膜を
除去する場合の吸収率（Ａ）、反射率（Ｒ）、透過
率（Ｔ）と膜厚との関係は第２図の通りであり、
膜厚変化幅約700Åの範囲に於いて吸収率（Ａ）
は太陽電池の実用膜厚約4000Å程度以上で５％〜
20％と激しく変位する。即ち、斯るYAGレーザ
により半導体膜を加工する際、最低吸収率（Ａ）
である５％の膜厚であつても、その半導体膜部分
を加工できるようにレーザ出力を決定すると、20
％の吸収率の膜厚を有する半導体膜部分に対して
はその膜厚部分の閾値エネルギ密度の４倍の出力
のレーザビームが照射されることになり、従つて
斯る半導体膜部分に於ける下層に存在する透明電
極膜の熱的ダメージは免れない。同様に、最大吸
収率（Ａ）である20％にレーザ出力を設定する
と、最低吸収率（Ａ）付近の膜厚を有する半導体
部分は、除去されず、切残しとなつて存在し、セ
ル出力の低下の原因となる。さらに第２の欠点は
上記先行技術では、非晶質半導体膜形成後、膜表
面を露出のまま、第２のレーザスクライブを行う
ため、ほこりやちりの膜表面への付着、膜の飛散
物の再付着があり、シヤント抵抗を増大させ、膜
特性の劣化を招くことになる。また、空気中の湿
気やほこりによりはく離事故など信頼性の点で問
題が生じる。

(ハ) 発明が解決しようとする問題点 本発明は大面積に対する細密加工性に富むレー
ザビームを使用したにも拘らず、半導体膜の膜厚
に対する加工しきい値エネルギー密度の変動によ
り加工不足や下層にダメージを与えたりする要因
を取り除くことにある。また、半導体膜単独のス
クライブ工程を省き、工程を簡略化し簡単に第１
電極膜と第２電極膜を接続する方法を提供するも
のである。さらに半導体膜のスクライブ時に半導
体層上面へのほこりやちりあるいは飛散物等の付
着によるシヤント抵抗の増大や、湿気等による膜
質の劣化を防ぐことにある。

(ニ) 問題点を解決するための手段 本発明製造方法は、上述の問題点を解決するた
めに、第１電極膜、半導体膜及び第２電極膜の積
層体からなる複数の半導体素子領域を、一の素子
の第１電極膜と隣接する素子の第２電極膜とを電
気的に結合させることにより直列接続させた半導
体装置の製造方法であつて、基板の絶縁表面上の
複数の領域に分割配置された複数の第１電極膜を
連続的に覆うべく半導体膜及び第２電極膜を重畳
被着した後、上記第１電極膜上に於いて、第２電
極膜及び半導体膜をエネルギビームの照射により
溶融し、この溶融物を介して該第２電極膜と当該
溶融領域下の第１電極膜とを電気的に接続すると
共に、上記第２電極膜の一部を除去することによ
り該第２電極膜を各素子領域毎に電気的に分離し
て、上記複数の素子領域を直列接続したことを特
徴とする。

(ホ) 作用 上述の如く半導体膜単独での分割工程を省略す
ることによつて、半導体膜の膜厚変化に対するエ
ネルギビームの加工エネルギ密度の変動を回避す
ると共に、半導体膜と第２電極膜との界面状態を
改善すべく作用する。

(ヘ) 実施例 以下第３図乃至第１４図を参照して、本発明製
造方法を太陽電池の製造方法に適用した実施例に
つき詳述する。

第３図乃至第７図は本発明を実施せる太陽電池
の製造方法が工程別に示されている。第３図の工
程では、厚さ１mm〜３mm面積10cm×10cm〜40cm×
40cm程度の透明なガラス等の基板１０上全面に、
厚さ2000Å〜5000Åの酸化錫（sno₂）から成る透
明電極膜１１が被着される。

第４図の工程では、隣接間隔部１１′がレーザ
ビームLBの照射により除去されて、個別の各透
明電極膜１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…が分離形成さ
れる。使用されるレーザ装置は基板１０にほとん
ど吸収されることのない波長が適当であり、上記
ガラスに対しては0.35μm〜2.5μmの波長のパルス
出力型が好ましい。斯る好適な実施例は、波長約
1.06μmエネルギ密度13J／cm³、パルス繰返し周波
数3KHzのＱスイツチ付きNd：YAGレーザであ
り、隣接間隔部１１′の間隔は約100μmに設定さ
れる。

第５図の工程では、各透明電極膜１１ａ，１１
ｂ，１１ｃ…の表面を含んで基板１０上全面に光
電変換に有効に寄与する厚さ5000Å〜7000Åの非
晶質シリコン（ａ−Si）等の非晶質半導体膜１２
が被着される。斯る半導体膜１２はその内部に膜
面に平行なPIN接合を含み、従つてより具体的に
は、シリコン化合物雰囲気中でのグロー放電によ
りＰ型の非晶質シリコンカーバイドが被着され、
次いでＩ型及びＮ型の非晶質シリコンが順次積層
被着される。

第８図の工程は、先行技術において隣接間隔部
１２′がＱスイツチの動作によつてパルス的に出
力されるレーザビームの照射により除去されて、
個別の各非晶質半導体膜１２ａ，１２ｂ，１２ｃ
…が分離形成されることを示している。斯るレー
ザビームの照射に於いて留意すべきは、非晶質シ
リコン系の半導体膜１２の先行技術に開示された
波長1.06μmのＱスイツチ付きNd：YAGレーザ
に対する吸収率（Ａ）、反射率（Ｒ）及び透過率
（Ｔ）の光学的特性が第２図の通り極めて悪いこ
とである。そこで第９図は実際に波長（λ）が
1.06μmのパルス出力型レーザ装置を用いてａ−
Si系半導体膜１２を除去するに必要な閾値エネル
ギ密度と膜厚との関係を測定したものであり破線
は各波長（λ）に於ける下層の透明電極膜１１が
熱的ダメージを受ける閾値エネルギ密度を示して
いる。

この様に、従来の1.06μmの波長を有するパル
ス出力型レーザ装置を用いてａ−Si系の半導体膜
１２を加工しようとすれば、その閾値エネルギ密
度に於いて透明電極膜１１の熱的ダメージを受け
る値以上の箇所が存在しており、斯る熱的ダメー
ジを回避するためにはレーザビームのエネルギ密
度を小さくすれば今度は逆に熱的ダメージを回避
できたとしても半導体膜１２が加工されない部分
が発生するに至つたのである。

従つて本発明にあつては、非晶質シリコン系半
導体からなる半導体膜１２の分割の技術的な困難
さを考慮して分割させないまま第６図の工程に移
る。

第６図の工程では、半導体膜１２…及び透明電
極膜１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…の各露出部分を含
んで基板１０上全面に4000Å〜2μm程度の厚さの
アルミニウム単層構造、或いは該アルミニウムに
チタン（Ti）又はチタン銀合金（TiAg）を積層
した二層構造、更には斯る二層構造を二重に積み
重ねた裏面電極膜１３が被着される。この工程に
より、半導体膜１２が形成された直後、その全面
に裏面電極１３が被着されるため、該半導体膜１
２面上にほこりが付着すること、スクライブ時の
飛散物の再付着することによるシート抵抗の増大
を防ぐことができ、さらに半導体膜１２の酸化空
気中の湿気などによる膜特性の劣化を防ぐことが
できる。第７図の最終工程では、同工程上で相隣
り合う光電変換領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃの直
列接続部及び隣接間隔部１３′が裏面電極膜１３
上方よりレーザ照射された異なるエネルギ密度条
件により形成される。ここでの長所は加工閾値エ
ネルギ密度が膜厚依存性をもたないことである。
例えば第１０図は波長1.06μmのレーザビームを
アルミニウム単層構造からなる裏面電極膜１３に
照射したときの膜厚依存性を吸収率（Ａ）、透過
率（Ｔ）及び反射率（Ｒ）について解析したもの
である。この解析結果から、アルミニウム単層構
造の裏面電極膜１３の波長1.06μmのレーザビー
ムに対する吸収率（Ａ）は、裏面電極膜１３の膜
厚が約500Å以上の場合、10％未満と低率である
にも拘らず膜厚依存性がないことが判る。即ち、
先ず直列接続部にレーザビームLB１を強めのパ
ワーで照射し裏面電極膜１３と半導体膜１２を同
時に溶させてそれらの溶融物である導電性のシリ
サイド合金膜１５を得、その合金膜１５を介して
レーザビームLB１の照射位置に存在し分割配置
されていた透明電極膜１１ｂ，１１ｃ…と裏面電
極膜１３とを電気的に接続する。

次にエネルギ密度を低減させたレーザビーム
LB２を用いて裏面電極膜１３を個別の光電変換
領域１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…毎に分割する。レ
ーザビームLB１，LB２のエネルギ密度の変化は
レーザビームLB１，LB２のスポツト径を調整す
るフオーカス位置の変化やアツテネータにより簡
単に行なうことができる。この様に、裏面電極膜
１３ａ，１３ｂ…と透明電極膜１１ｂ，１１ｃ…
との電気的接続工程と、実質的に同一工程によ
り、裏面電極膜１３の隣接間隔部１３′がレーザ
ビームLB２の照射により除去されて、個別の各
裏面電極膜１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…が形成され
る。その結果、相隣り合う光電変換領域１４ａ，
１４ｂ，１４ｃ…の裏面電極膜１３ａ，１３ｂ…
と透明電極膜１１ｂ，１１ｃ…とが隣接間隔部に
於いて結合し、上記光電変換領域１４ａ，１４
ｂ，１４ｃ…は上記合金膜１５を介して電気的に
直列接続される。

第１１図及び第１２図は本発明製造方法の第２
の実施例を説明するための断面図である。

この実施例の特徴は透明電極膜１１ｂ，１１ｃ
…と、裏面電極膜１３と半導体膜１２の溶融物で
あるシリサイド合金膜１５との結合界面に両者の
結合状態を増強せしめる金属膜１６を配挿せしめ
たところにある。即ち、第１実施例に於ける第５
図の半導体膜被着工程までに、透明電極膜１１と
マツチング性の強いTi，TiAg等のTi系金属膜１
６を第１１図の如くレーザCVD法、マスク蒸着
法、フオトリソグラフイ技法等の選択手法を用い
て予め定められた接続部に配置し、その後第７図
と同じく半導体膜１２上に連続して重畳被着され
た裏面電極膜１３に、その上方よりレーザビーム
LB１が照射されて上記接続部の金属膜１６上に
於ける裏面電極膜１３及び半導体膜１２が溶融さ
れ、他方裏面電極膜１３の隣接間隔部１３′が低
出力のレーザビームLB２の照射により除去され
る。

第１３図及び第１４図は本発明製造方法の更に
第３の実施例を示している。

この実施例にあつては基板１０の絶縁表面に分
割配置された複数の透明電極膜１１ａ，１１ｂ，
１１ｃ…を連続的に覆うべく半導体膜１２及び裏
面電極膜１３を重畳被着した後、第１３図の如く
上記裏面電極膜１３の接続予定箇所にTCOの透
明電極膜１１ｂ，１１ｃ…とマツチング性の良い
上記Ti系の金属膜１７を選択形成し、次いでレ
ーザビームLB１の照射により金属膜１７、裏面
電極膜１３及び半導体膜１２を溶融する。斯る三
者の溶融によりその溶融物であるシリサイド合金
膜１８と透明電極膜１１ｂ，１１ｃ…が溶融接触
するのみならず、金属膜１７の溶融物、即ち金属
膜が裏面電極膜１３及び半導体膜１２の溶融孔を
貫通し一部上記透明電極膜１１ｂ，１１ｃ…と直
接結合する。この合金膜１８，１５を介さない直
接結合は第１実施例の裏面電極膜１３と透明電極
膜１１ｂ，１１ｃ…との結合及び第２実施例の裏
面電極膜１３と透明電極膜１１ｂ，１１ｃ…上の
金属膜１６との結合に於いても若干発生し接触抵
抗の低減を図つている。この第３の実施例にあつ
ては裏面電極膜１３上に配置された金属膜１７と
してTi系の金属を選択すればＡ系の裏面電極
膜１３より反射率が低いために、接続部に於ける
レーザビームLB１の照射と裏面電極膜１３の分
割のためのレーザビームLB２の照射と同一のエ
ネルギ密度のレーザビームLB１の照射により加
工を施すことが可能となる。

(ト) 発明の効果 本発明製造方法は以上の説明から明らかな如
く、分割配置された第１電極膜上に半導体膜を全
面に形成させた直後に第２電極膜を形成し、隣接
する半導体膜を電気的に接続させる手段として、
エネルギビームを用いて、第２電極膜上に照射し
て第２電極膜及び半導体膜を溶融させて第１電極
膜と第２電極膜を溶着させたので、半導体膜の膜
厚の変化に対する加工エネルギ密度の変動を回避
し得、安定な製造が可能となる。また、工程を簡
略化したため安価な製造法を提供することができ
ると共に、半導体膜表面が直接露出するパターニ
ング工程がないので半導体膜と第２電極膜との界
面状態を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は太陽電池の典型例を示す断面図、第２
図はａ−Si系半導体膜に於ける光学的特性の膜厚
依存性を示す特性図、第３図乃至第７図は本発明
方法を適用した第１の実施例である太陽電池の製
造工程を工程別に示した断面図、第８図は従来法
を適用した太陽電池の製造工程の一部を示す断面
図、第９図はａ−Si系半導体膜に於ける除去加工
閾値エネルギ密度の膜厚依存性を示す特性図、第
１０図は裏面電極膜に於ける光学的特性の裏面電
極膜の膜厚依存性を示す特性図、第１１図乃至第
１４図は本発明方法を適用した第２、第３の実施
例である太陽電池の製造工程を工程別に示した断
面図を、夫々示している。 １０……基板、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ……透
明電極膜、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ……ａ
−Si系半導体膜、１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ
……裏面電極膜、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ……光
電変換領域、１５，１８……シリサイド合金膜、
LB，LB１，LB２……レーザビーム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１電極膜、半導体膜及び第２電極膜の積層
   体からなる複数の半導体素子領域を、一の素子の
   第１電極膜と隣接する素子の第２電極膜とを電気
   的に結合させることにより直列接続させた半導体
   装置の製造方法であつて、 基板の絶縁表面上の複数の領域に分割配置され
   た複数の第１電極膜を連続的に覆うべく半導体膜
   及び第２電極膜を重畳被着した後、上記第１電極
   膜上に於いて、第２電極膜及び半導体膜をエネル
   ギビームの照射により溶融し、この溶融物を介し
   て該第２電極膜と当該溶融領域下の第１電極膜と
   を電気的に接続すると共に、上記第２電極膜の一
   部を除去することにより該第２電極膜を各素子領
   域毎に電気的に分離して、上記複数の素子領域を
   直列接続することを特徴とする半導体装置の製造
   方法。