JPH0817789A - エッチング方法、半導体素子の製造方法及びそれに使用し得るエッチング処理剤 - Google Patents

エッチング方法、半導体素子の製造方法及びそれに使用し得るエッチング処理剤

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JPH0817789A
JPH0817789A JP7104317A JP10431795A JPH0817789A JP H0817789 A JPH0817789 A JP H0817789A JP 7104317 A JP7104317 A JP 7104317A JP 10431795 A JP10431795 A JP 10431795A JP H0817789 A JPH0817789 A JP H0817789A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、処理工程が少なく簡便で選択精度
に優れ、長期的にも安定なのエッチング方法、半導体素
子の製造方法及びそれら方法に用いられるエッチング剤
を提供する。 【構成】 本発明は、少なくとも1種類の微粒子体とエ
ッチング性溶液とを有するエッチング剤であるペースト
物を前記材料上に配する工程を有することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エッチング方法、半導
体素子の製造方法及びそれに使用し得るエッチング処理
剤に関し、より詳しくは、簡単で選択精度に優れ、非エ
ッチング領域及び非エッチング層への損傷を非常に少な
くすることが可能なエッチング方法及び該エッチング方
法を用いることにより、良好な特性の光起電力素子等の
半導体素子の製造方法及びその方法に使用し得るエッチ
ング剤に関する。
【0002】
【従来の技術】エッチングの技術は光起電力の一つであ
る太陽電池やフォトダイオードなどの様々な用途の半導
体素子の製造過程において広く使用される。
【0003】例えば、ダイオード、IC等の半導体素子
においては、金属導電膜もしくは透明導電膜の電極もし
くは基材あるいは半導体層のパターニング分離等に使用
されている。
【0004】また、太陽電池等の半導体素子において
は、透明導電膜や電極半導体層のパターニング、分離等
に使用されている。集積型太陽電池においても導電層・
半導体層の分離パターニング等に使用されている。
【0005】具体的には、例えば、非晶質シリコン太陽
電池では、光透過性基板上に設けられた透明性導電膜の
パターニング分離等に使用されたり、非晶質シリコン層
上に設けられた透明性導電膜のパターニング分離等に使
用されている。
【0006】具体的な製造工程の概略の例をあげて説明
する。光透過性絶縁基板上に透明性導電膜を成膜し、こ
の膜にエッチングにより太陽電池セルの所定パターンを
形成し、パターニングされた透明性導電膜上に光電変換
層である非晶質シリコン層を成膜し、その上に背面電極
を形成することにより製造される非晶質シリコン太陽電
池に使用されている。
【0007】また、別には、金属基板に非晶質シリコン
層を成膜し、次に、透明性導電膜を成膜し、この膜をエ
ッチングによりパターン形成し、その上に銀などの集電
用のグリッド電極を形成し製造される非晶質シリコン太
陽電池に使用されている。
【0008】基板上の透明性導電膜を成膜後、選択的エ
ッチングによりパターニングする方法としては、特開昭
55−108779号公報及び米国特許4419530
号に開示されているような化学エッチング法が知られて
いる。
【0009】より具体的に透明性導電膜のパターニング
方法の一例について説明する。まず、透明性導電膜上に
シルクスクリーン印刷やフレキソ印刷あるいはその他の
印刷方法によって、またはスピンナーや印刷によって形
成されたフォトレジストに所望パターンで露光、現像し
てレジストによる所望のポジパターンを形成する。次
に、レジストパターンのネガ部分(透明性導電膜の露出
部分)に相当する透明性導電膜を、塩化第二鉄溶液や酸
性溶液である硝酸溶液などのエッチング液でエッチング
して除去し、レジストパターンに対応した透明性導電膜
を残す。あるいは、レジストパターンのネガ部分をプラ
ズマエッチング処理などのドライエッチング方法などで
処理してレジストパターンに対応した透明性導電膜を残
す。そして、ポジ部分に残っているレジストパターン
(シルクスクリーン用インクなどの印刷インクや樹脂、
フォトレジストの硬化物のパターン)を剥離剤によって
溶解除去及び/又は剥離除去し、又はドライプロセス
(プラズマ灰化処理など)等によって除去して、所望の
パターン形状の透明性導電膜を得ていた。
【0010】しかしながら、従来のエッチングの方法に
よるパターニングではいずれもフォトレジストなどによ
るレジストのポジパターンの形成し、露光、現像、エッ
チングレジスト剥離、後処理とエッチングの前工程及び
後工程が多い。
【0011】また、化学エッチングはエッチング溶液中
で行うため、レジストの膨張、剥離によるエッチング精
度低下を呈することがある。また、厳密な溶液の温度管
理も必要である。
【0012】一方、ドライエッチングは精度の他界パタ
ーニングが可能であるが、処理速度が遅く、装置自身の
処理能力が低く結果として製造コストが高くなる。
【0013】またフォトレジストの剥離には非常に強力
な酸化剤を必要とする場合がある。強力な酸化剤は、取
り扱いが危険であること、廃液処理も難しい。プラズマ
灰化法によるレジストの除去は溶液を使用せず無公害な
レジスト除去方法であるといえるが、全てのレジストに
対して利用できるわけではない。
【0014】一方、透明性導電膜をエッチングしてパタ
ーニングする工程を経て形成された太陽電池では、パタ
ーニング不良(パターニングライン断線等)が生じると
ショートやシャントや外観不良が生じる場合がある。そ
の結果、変換効率等の特性低下や性能のばらつき、ある
いは製造歩留まりの低下を生じる場合がある。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記したよう
な問題点に鑑みて成されたものであり、処理工程数が少
なく、簡便で選択精度に優れ、エッチングによる損傷が
非常に少ないエッチング方法および該方法を利用した工
程を有する半導体素子の製造方法を提供することを目的
とする。
【0016】また、本発明は安定して被エッチング膜を
含む被エッチング材料エッチングすることが可能で工程
不良の発生がなく、低コストで効率の良いエッチング処
理を行うことのできる被エッチング膜のエッチング方法
および該方法を利用した工程を有する半導体素子の製造
方法を提供することを目的とする。
【0017】加えて本発明は、歩留りが高く、エッチン
グ不良によって発生することのあるショートやシャン
ト、あるいは外観不良がない被エッチング膜のエッチン
グ方法を利用した工程を有する半導体素子の製造方法を
提供することを目的とする。
【0018】更に本発明は長時間の保存でも安定した特
性を有するエッチング処理剤を提供することを目的とす
る。
【0019】加えて、本発明は導電膜、更には透明性導
電膜のエッチングに用いて好適なエッチング方法、該エ
ッチング方法を有する半導体素子の製造方法及びそれに
使用し得るエッチング処理剤を提供するものである。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明のエッチング方法
は、少なくとも一種類の微粒子体とエッチング性溶液と
を有するペースト物を被エッチング材料上に配すること
を特徴とする。
【0021】また、本発明の半導体素子の製造方法は、
少なくとも一種類の微粒体とエッチング性溶液とを有す
るペースト物を配する工程を有することを特徴とする。
【0022】また、本発明のエッチング処理剤は、エッ
チング性溶液と少なくと一種の高分子微粒子体とを有す
ることが望ましい。
【0023】
【作用】本発明では少なくとも一種類の高分子材料で形
成された微粒子体とエッチング性溶液とを混練したペー
ストを利用して被エッチング物のエッチングを行う。こ
のような本発明のエッチング法は、高分子微粒子体及び
エッチング溶液の配合及び必要に応じて行われる熱処理
条件の相互の関係において、良好なエッチングパターン
の得られる条件を実験的に見いだし、更に実験を進めて
完成したものである。
【0024】(エッチング)本発明により良好なエッチ
ングパターン得られる理由は以下のように考えられる。
【0025】一般に、化学エッチングと呼ばれる方法で
は、酸やアルカル等のエッチング製溶液を用いる。ここ
では、被エッチング膜の表面の原子とエッチング溶液が
反応し、出来た反応生成物が溶解し除去される。
【0026】一方、例えば、非晶質太陽電池などに用い
られる透明製導電膜としては、可視光に対する透明性と
電気伝導性で優れた特性をもつSnO2,In23,I
TO(In23+SnO2)膜などが使用される。これ
らの透明性導電膜の製法としては、真空蒸着法、イオン
化蒸着方、スパッタリング法、CVD法、プラズマCV
D法、スプレー法等を用いることができ、所望に応じて
適宜選択される。
【0027】これらの透明性導電膜は、例えば、前記酸
やアルカリ等のエッチング性溶液、すなわち濃硫酸、濃
塩酸、塩化鉄溶液などと接触させた状態で熱を加えるこ
とにより透明性導電膜とエッチング性溶液とが反応し溶
解する。従って、透明性導電膜を形成した基板をエッチ
ング溶液に浸漬させ加熱することにより透明性導電膜を
エッチングすることが可能である。
【0028】しかしながら、透明性導電膜を所望のパタ
ーンにパターンニングするためには前述のごとく透明性
導電膜を残したい部分に対応して表面をマスクしてエッ
チング性溶液と接触させないためレジストのパターン形
成が必須となり、フォトレジストと通称される感光剤な
どを用いて複雑なパターニングを行っている。
【0029】本発明では、エッチング性溶液を単独で用
いて、それとレジストを表面に形成した透明性導電膜を
接触させるのではなく、高分子微粒子体と混練したペー
スト物を透明性導電膜上に積層してパターニングを同時
に行う。従って、マスクによるパターニングを必要とし
ない。しかも、ポジパターンの形成、露光、現像といっ
たエッチング前工程、マスクの剥離といったエッチング
後工程を必要とせず工程を大幅に少なくすることが出来
る。また、100℃以上に加熱することによりエッチン
グ性溶液と透明性導電膜との反応を速めることができエ
ッチング時間を短縮できる。なお、60℃未満の場合
は、エッチング性溶液と透明性導電膜との反応が不十分
なため、パターニングによって得られるラインの線幅が
不均一になることや、断線が生じることがある。加え
て、本発明ではエッチング性溶液に基板全体を浸漬する
わけではないため、多層上の透明性導電膜をエッチング
する場合であっても、透明性導電膜の下層の膜に溶液の
影響を及ぼすことも避けられる。
【0030】本発明において、前記高分子微粒子体はエ
ッチング性溶液と混練することにより粘度を増加させる
役割を果たす。粘度が増加したペースト物は液体状では
ないため、処理時間を短縮化することにより、だれずに
パターニングすることが可能となる。微粒子体の材料と
して高分子樹脂の微粒子体を用いることにより容易にペ
ースト物が得られる。
【0031】使用される高分子樹脂としてはポリメタク
リル酸メチルのようなアクリル樹脂、シリコーン樹脂、
ベンゾグアナミン樹脂、四フッ化エチレン樹脂やポリフ
ッ化ビニルのようなフッ素樹脂、ウレタン樹脂、ポリス
チレン樹脂が好適に使用される。これらの高分子樹脂は
更に耐溶剤性や耐酸性が付与されることにより耐腐蝕性
が向上し、より安定なペースト物が得られる。
【0032】エッチング反応を速めるため100℃以上
で加熱する場合には、加熱温度で組成や状態が変化しな
いように加熱温度より融点の高い分子樹脂が好適に用い
られる。このような高分子樹脂を選択することで高分子
樹脂はエッチング時の加熱で変化しないため、ペースト
物内のエッチング液が反応中に高分子微粒子体は無用な
変化をしたり反応することがなく、ペースト物が基板に
結着して除去しにくくなる等の弊害から逃れられる。
【0033】高分子微粒子体の形状は基本的には均質な
球状粒子であるが、それ以外の様々な形状のものでも良
く、構造的にも多種の高分子の混ざりあった構造又は積
層された構造、他の材料との複合粒子構造であってもよ
い。
【0034】また、高分子微粒子体とエッチング性溶液
を均一に混練、分散することにより、ペースト物が透明
性導電膜等の被エッチング膜上に付与された部分では、
エッチング性溶液が透明性導電膜等の被エッチング膜と
均一に接触、反応することができ均一なパターン形成が
可能になる。本発明に使用される高分子微粒子体の粒子
径は均質分散可能なだけ小さく設計されることが望まし
い。具体的には平均粒子径を20μm以下とするのが好
ましく、より好ましくは0.1μm〜20μm、更に好
ましくは0.2μm〜10μmとするのが望ましい。
【0035】また、印刷法を用いる際には高分子微粒子
体に柔軟性を付与したり、グリセリンなどを添加し潤滑
性を持たせて印刷性を向上させると良い。なお、平均粒
子径やグリセリンの添加量、その他ペーストの粘度をあ
げる増粘剤や水のようなペーストの粘度を下げたり腐食
性をコントロールする希釈剤やその添加量はエッチング
する線幅や精度に合わせて適宜選択して混合することが
好ましい。
【0036】前記ペースト物を透明性導電膜等の被エッ
チング膜上に所望のパターンで形成するためには公知の
方法が用いられる。すなわち、ある程度の粘度を持つた
めスクリーン印刷が可能であり、所望のパターニングを
形成した版を用いてパターン形成が出来る。また、塗布
法やドッティング法を用いて簡易的にパターン形成する
こともできる。更には、ディスペンサーによってペース
ト物を付与しても良い。
【0037】また、前記ペースト物の膜厚はエッチング
除去される透明性導電膜等の被エッチング膜の材質や厚
さや範囲によって適宜決められるが、具体的には10μ
m以上2mm未満とするのが好ましい。たいていの場合
10μm以上とするとペースト物内のエッチング液が透
明性導電膜等の被エッチング膜と十分に反応し、未エッ
チング部なしにパターン形成でき、2mm未満とすると
ペースト物の横方向へのだれが生じず、線幅の均一なパ
ターン形成ができる。
【0038】ペースト物を積層した後は、所望の条件で
温風オーブンやIR(赤外)オーブンを用いて加熱す
る。エッチング反応を速めるために高温で加熱すること
が効果的であり、100℃以上の温度とするのが望まし
い。また、100℃以上に加熱し反応を速めることによ
りペーストの液だれを防止することができ、より一層良
好なパターニングが可能となる。加熱完了後、水または
溶剤でペースト物を洗い流し除去する。用いる高分子微
粒子体の融点を加熱温度より高くすると、微粒子体は加
熱時においても熱的に安定であり、微粒子同士で反応す
ることもなく、溶融して基板に決着することがないので
容易に除去される。
【0039】次に、本発明のエッチング方法を利用して
作製された半導体素子の一つである光起電力素子200
を図1を用いて説明する。図において201は支持基
板、202は下部電極、203,204,205はそれ
ぞれ半導体層、206は上部電極としての透明性導電
膜、207はエッチングにより透明性導電膜が除去され
パターニングされた部分、208はグリッド電極を表
す。
【0040】支持基板201上には下部電極202が形
成され、該電極202上にアモルファス、多結晶又は微
結晶を有する非単結晶の半導体層203,204,20
5が順に積層される。この非単結晶の半導体層203,
204,205はシリコン原子を有するものが好適に使
用される。具体的には非晶質シリコン系半導体を有する
半導体層が好適である。非単結晶の半導体層203,2
04,205は一般にはn型(p型),i型,p型(n
型)の導電型をそれぞれ有する。半導体層204はその
中を更に多層領域に分けてもよく、たとえば3つの領域
に分けて、上下を非単結晶シリコン半導体領域、その間
に非単結晶シリコンゲルマニウム半導体領域を設けてよ
い。
【0041】また、nip型(又はpin型)の組を図
1に示されるような1つ有するいわゆるシングルセルタ
イプ以外に、2つ有するいわゆるタンデムセルタイプや
3つ有するいわゆるトリプルセルタイプ(図2)、ある
いはそれ以上有してもよい。
【0042】図1においては半導体層205上に上部電
極としての透明性導電膜206が形成され、所望のパタ
ーンにパターニングされて上部電極とされる。そして該
透明性導電膜206上には必要に応じてグリッド電極が
形成されている。
【0043】太陽電池により、より多くの電力を得るに
は大面積化の必要があるが、変換効率は面積が大きくな
るにつれて減少する傾向にある。これは透明性導電膜2
06の抵抗による電力損失などが主たる原因である。そ
のため、グリッド電極208の集電効率との関係から太
陽電池の有効面積が決定されるが、透明性導電膜206
のパターニングを正確に行うことにより、太陽電池の有
効面積が増加し、出力の向上がはかれる。
【0044】また、パターニングの際にパターニングラ
イン207が所望通り形成されないと、有効面積外のシ
ャント部からリーク電流が発生し効率低下の原因とな
る。従って、エッチングの際、透明性導電膜が完全に除
去されることが必要となる。
【0045】
【実施態様例】次に本発明が好適に適用可能な太陽電池
の(光起電力素子の)他の実施態様構成例について図を
用いて説明する。
【0046】本発明を適用することができる太陽電池の
好適な構成例を図2及び図3にそれぞれ模式的に示す。
【0047】図1に示した光起電力素子は基板と反対側
から光入射するシングルセル構造のたとえば非晶質シリ
コン系太陽電池の例であったが、前述したように図2に
示されるようにトリプル構造とした非晶質シリコン系太
陽電池としてもよい。
【0048】なお、図3は図1及び図2の太陽電池を光
入射側から見た図である。図3においては基板201の
大きさとその上に設けられる下部電極202、半導体層
203,204,205(又は半導体層203,20
4,205,213,214,215,223,22
4,225)、透明性導電膜206の外周が一致された
場合を示している。
【0049】更に、図示しないが、透明性絶縁基板上に
堆積した非晶質シリコン系太陽電池においても本発明の
思想を用いた構成は適用可能であることは言うまでもな
い。
【0050】(基板)基板201はアモルファスシリコ
ンのような薄膜の太陽電池の場合の半導体層203,2
04,205を機械的に支持する部材であり、また場合
によっては電極として用いられる。前記基板201は、
半導体層203,204,205を成膜するときの加熱
温度に耐える耐熱性が要求されるが、導電性のものでも
電気絶縁性のものでも良く、導電性の材料としては、具
体的にはFe,Ni,Cr,Al,Mo,Au,Nb,
Ta,V,Ti,Pt,Pb,Ti等の金属またはこれ
らの合金、例えば真鍮、ステンレス鋼等の薄板及びその
複合体やカーボンシート、亜鉛メッキ鋼板等が挙げら
れ、電気絶縁性材料としては、ポリエステル、ポリエチ
レン、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリ
プロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポ
リスチレン、ポリアミド、ポリイミド、エポキシ等の耐
熱性合成樹脂のフィルムまたはシートまたはこれらとガ
ラスファイバー、カーボンファイバー、ホウ素ファイバ
ー、金属繊維等との複合体、及びこれらの金属の薄板、
樹脂シート等の表面に異種材質の金属薄膜及び/または
SiO 2,Si34,Al23,AlN等の絶縁性薄膜
を、スパッタ法、蒸着法、鍍金法等により表面コーティ
ング処理を行ったもの、及びガラス、セラミックス等、
あるいはそれらの積層構造体が挙げられる。
【0051】(下部電極)下部電極202は、半導体層
203,204,205で発生した電力を取り出すため
の一方の電極であり、半導体層203に対してはオーミ
ックコンタクトするような仕事関数を持つことが要求さ
れる。材料としては、Al,Ag,Pt,Au,Ni,
Ti,Mo,W,Fe,V,Cr,Cu,ステンレス,
真鍮,ニクロムSnO2,In23,ZnO,ITO等
のいわゆる金属単体又は合金、及び透明導電性酸化物
(TCO)等が用いられる。
【0052】前記下部電極202の表面は平滑であるこ
とが好ましいが、光の乱反射を起こさせる場合には必要
に応じて凹凸を形成してテクスチャー化しても良い。ま
た、基板201が半導体層203とオーミックコンタク
トする導電性材料であるときは、前記下部電極202は
必ずしも設ける必要はない。下部電極はメッキ、蒸着、
スパッタ等の方法を用いて形成することができる。
【0053】(半導体層)半導体層は上述したようにア
モルファス材料、多結晶材料、微結晶材料もしくはそれ
らの混在物を含む非単結晶材料を用いることができる。
【0054】上述したように、非単結晶の半導体層とし
てはアモルファスシリコン系半導体が好適に使用し得る
が、中でもi型導電型の半導体層204を形成する半導
体材料としては、a−Si:H,a−Si:F,a−S
i:H:F,a−SiGe:H,a−SiGe:F,a
−SiGe:H:F,a−SiC:H,a−SiC:,
SiC:H:F等のいわゆるIV族及びIV族合金系ア
モルファス半導体が好適な材料として挙げられる。
【0055】i型導電型の半導体層204の両側に設け
られるp型導電型又はn型導電型の半導体層203,2
05を構成する半導体材料としては、前述したi型導電
型層を構成する半導体材料に価電子制御剤をドーピング
することによって得られる。
【0056】具体的には、p型半導体を得るための価電
子制御剤としては周期律表第III族の元素を挙げるこ
とができ、原料としてこの元素を含む化合物が用いられ
る。第III族の元素としては、B,Al,Ga,In
が挙げられ、特にBが好ましい元素として挙げられる。
n型半導体を得るための価電子制御剤としては周期律表
第V族の元素を挙げることができ、原料としてこの元素
を含む化合物が用いられる。第V族の元素としては、
P,N,As,Sbが挙げられ、特にP,Asが好まし
い元素として挙げられる。
【0057】アモルファスシリコン半導体層の成膜法と
しては、蒸着法、スパッタリング法、RFプラズマCV
D法、マイクロ波プラズマCVD法、VHF波プラズマ
CVD法、ECR法、熱CVD法、LPCV法、光CV
D法等の公知の方法を所望に応じて用いることができ
る。工業的に採用されている方法としては、原料ガスを
RFプラズマで分解し、基板上に体積させるRFプラズ
マCVD法が好んで用いられる。さらに、RFプラズマ
CVD法に於いては、原料ガスの分解効率が約10%と
低いことや、堆積速度が1Å/secから10Å/se
c程度と遅いことが問題であるが、この点を改善できる
成膜法としてマイクロ波プラズマCVD法やVHF波プ
ラズマCVD法が注目されている。
【0058】以上の成膜を行うため反応装置としては、
バッチ式の装置や連続成膜装置などの公知の装置が所望
に応じて使用できる。本発明の半導体装置、中でも太陽
電池に於いては、分光感度や電圧の向上を目的として半
導体接合を2以上積層するいわゆるタンデムセルやトリ
プルセルにも用いることが出来る。
【0059】(上部電極)上部電極として使用可能な材
料は基本的に下部電極に使用可能な材料が適用可能であ
る。また、光透過性の電極とするか遮光性の電極とする
かは、素子への光入射が上部電極側から成されるか基板
側から成されるかで適宜決められる。
【0060】上部電極は、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム
加熱蒸着法、スパッタリング法、スプレー法等を用いる
ことができ、所望に応じて適宜選択される。
【0061】もちろん、先に形成されている半導体層や
下部電極に悪影響を与えることのない方法や形成温度が
採用される。
【0062】図7は太陽電池(光起動力半導体装置)と
しての別の半導体装置の層構造の一例を説明するための
模式的断面図である。
【0063】図7に示されるように、作製される光起電
力装置400、基板401、第1の電極402、半導体
404、第2の電極406を含む構造を有し、第1の電
極層をエッチングした第1の溝403、半導体層をエッ
チングした第2の溝405、第2の電極層をエッチング
した溝407もまた図7に示される。
【0064】この構造は以下のように形成される。ま
ず、第1の電極層が基板401上に堆積され、該第1の
電極層がエッチングによってパターニングされ第1の溝
403と第1の電極402が形成される。半導体層は第
1の電極402と基板401上に堆積され、該半導体層
は半導体404を形成するために半導体層をエッチング
して形成された第2の溝405によって分離される。
【0065】続いて第2の電極層が半導体と第1の電極
上に堆積され、第2の電極層は第2の電極406を形成
するために第2の電極層をエッチングして形成された溝
407によって分離される。
【0066】上述した溝は本発明のエッチングペースト
を使用して各電極層又は半導体層から除去され形成され
る。
【0067】上述した工程によって図7に示される太陽
電池は得られる。この太陽電池は横方向に並んで配され
直列に複数の半導体を接続される。
【0068】
【実施例】次に本発明の高分子微粒子体およびエッチン
グ性溶液を混練したペースト物を用いたエッチング法に
ついて必要に応じて図面を使用して具体的に説明する。
【0069】(実施例1)図1及び図2はそれぞれ本実
施例のパターニングを説明するための模式的断面図であ
る。
【0070】まず、11cm×11cm角のガラス基板
101上にスプレー法によってSnO2膜102を成膜
した。なお、成膜温度は450℃、膜厚は450nmと
した。
【0071】次いで、以下のようにしてエッチングペー
スト物を作製した。まず、結晶水を有する塩化第二鉄
(6水和物)57gを80℃で湯浴加熱して溶融しエッ
チング性溶液として用い、これに粒子径5μmのアクリ
ル樹脂の微粒子体(アクリルビーズ)40g及びグリセ
リン18gを混練し、ペースト物を作製した。次に、不
図示のスクリーン印刷機で線幅1mmのラインで、10
cm×10cm角のパターンで前記ペースト物103を
膜厚30μmで印刷し(図4)、不図示の赤外線オーブ
ン170℃で5分間加熱した。その後基板をオーブンか
ら取り出して冷却後、基板を純水で洗浄しペースト物を
除去した。これを前記オーブンで80℃で3分間保持
し、乾燥し、10cm×10cm角のパターン104が
得られた(図5)。同様のパターニングを施した基板を
合計100個作製し、エッチングを評価した。
【0072】上記のように透明性導電膜はパターニング
された基板の実際のラインの観察と線幅計測を行ったと
ころ、線幅は平均で1.0mm±0.1mmを有する均
一なパターニングラインが形成された。
【0073】(実施例2)高分子微粒子体を粒径10μ
mのシリコーン樹脂の微粒子(シリコーンビーズ、融点
300℃)を用い、ペースト配合を以下のようにした以
外は実施例1と同様にして透明性導電膜をパターニング
し、実施例1と同様にラインの観察と線幅計測を行った
ところ、エッチングのむらはなく、線幅の平均値が1.
0mm±0.1mmの均一なパターニングラインが得ら
れていた。
【0074】塩化鉄(6水和物) 58.8g シリコーンビーズ 40.0g グリセリン 18.0g
【0075】(実施例3)高分子微粒子体を粒径5μm
のシリコーン樹脂の微粒子(融点300℃)及び8μm
のアクリル樹脂の微粒子(融点250℃)を50%分量
ずつ混合する以外は実施例1と同様にして透明導電膜を
パターニングし、実施例1と同様の観察と線幅計測を行
ったところ、線幅は1.0mm±0.1mmで均一なパ
ターニングラインが得られた。
【0076】(実施例4)実施例1と同様なガラス基板
にスパッタリング法によってITO膜(成膜温度450
℃、膜厚500μm)を成膜した後、実施例1と同様に
してエッチングパターニングを行った。その後、実施例
1と同様の観察と線幅計測をおこなったところ、エッチ
ングむらもなく、線幅の平均も1.0mm±0.1mm
で均一なラインのパターニングを行うことができた。
【0077】(実施例5)エッチングによるパターニン
グ処理温度を60℃、100℃、200℃、300℃と
した以外は実施例1と同様にして、それぞれ50個ずつ
のパターニングを施した基板を作製した。作製された基
板を実施例1と同様の観察と線幅計測を行った。その結
果を表1に示す。
【0078】
【表1】
【0079】表1に示されるように、加熱温度を調製す
ることで同じエッチングペーストを使用した場合であっ
てもパターニング精度が変化することがわかる。特に加
熱温度が低いもの程線幅が不均一になるが、これはエッ
チング処理時間を適切にすることで解消することができ
る。たとえば、加熱温度を100℃とした場合、10分
間の処理でエッチングむらなく、線幅を1.0mm±
0.1mmとすることができる。言いかえれば、適切な
加熱温度とすることで短時間で不良エッチング部のない
高精度のパターニングを行うことができる。
【0080】また、粒子体の融点温度以下で加熱するこ
とは、基板洗浄後に基板上へのペーストの残存もなく、
外観上より良好なパターニングを行うことができるとこ
とがわかる。
【0081】(実施例6)次に高分子微粒子体の粒子径
を0.01μm、0.1μm、20μm、30μmとす
る以外は実施例1と同様にして、それぞれ50個ずつの
パターニングを施した基板を作製した。作製された基板
を実施例1と同様の観察と線幅計測を行った。その結果
を表2に示す。
【0082】
【表2】
【0083】表2に示されるように、高分子微粒子体の
粒子径を調製することで同じエッチング性溶液、添加剤
としてのグリセリンを使用した場合であってもパターニ
ング精度が変化することがわかる。
【0084】本実施例の結果からは、とくに線幅1.0
mmのパターンを形成する場合、高分子粒子体の粒子径
を0.1μm〜20μmにすることによりエッチング性
溶液が粒子体と均一に混ざり合い、且つ液だれを生じ
ず、粒子体がエッチング性溶液を効果的に支持し、良好
なパターニングを行えることがわかる。
【0085】もちろん、スクリーンやパターニング線幅
を考慮すれば0.01μmや30μmの粒子径の高分子
粒子体であっても良好なエッチングを行うことができ
る。
【0086】(比較例1)高分子微粒子体のかわりに粒
径10μmのタンパク微粒子体を用いた以外は実施例1
と同様にして透明性導電膜をパターニングし、次に実施
例1と同様の観察を行った。
【0087】その結果、基板洗浄後に基板上にエッチン
グペーストの残存が観察された。線幅は0.1mm〜
2.0mmと不均一なものであった。
【0088】(実施例7)本発明の一実施例として、本
発明のエッチングパターニング工程を入れたpin接合
型シング構成の非晶質太陽電池200(図1)の作製方
法について説明する。
【0089】まず、十分に脱脂、洗浄したSUS基板S
US430BA製基板201を不示図のDCスパッタ装
置に入れAgを4000Å厚堆積し、その後該Ag上に
ZnOを4000Å厚堆積して下部電極202を形成し
た。DCスパッタ装置から基板を取り出し、不図示のR
FプラズマCVD成膜装置に入れ、n層203、i層2
04、p層205の順で半導体層の堆積を行った。その
後、RFプラズマCVD成膜装置から基板を取り出し、
不図示の抵抗加熱の蒸着装置に入れ、反射防止効果を兼
ねた機能を有する透明性導電膜206としてITO膜を
成膜(成膜温度450℃、膜厚700Å)し、蒸着装置
から基板を取り出した。
【0090】次に、実施例1と同様にしてペースト物を
作製し、不図示のスクリーン印刷機でITO膜上に図に
示すように線幅1mmのラインで、10cm×10cm
角のパターンに印刷し、不図示の赤外線オーブン170
℃で5分間加熱した。その後基板をオーブンから取り出
して冷却後、基板を純水で洗浄しペースト物を除去し、
10cm×10cm角のパターン207を得た。これを
前記オーブンで80℃で3分間保持し乾燥した。さら
に、集電用のグリッド電極208を銀ペーストのスクリ
ーン印刷で形成した。
【0091】上記のように、パターニングされた非晶質
太陽電池を100個作製し、その初期特性を以下のよう
に測定した。
【0092】まず、暗状態での電圧電流特性を測定し、
原点付近の傾きからシャント抵抗を求めたところ、平均
で120.2kΩcm2であった。
【0093】次に、AM1.5グローバルの太陽光スペ
クトルで100mWcm2 の光量の擬似太陽光源(SP
IRE社製)を用いて太陽電池特性を測定し、変換効率
を求めたところ、平均で7.5%であった。
【0094】また、実施例1と同様の観察を行ったとこ
ろ、ITO膜で形成された透明性導電膜206は不良の
未エッチング部やエッチングむらがなく、線幅も均一で
極めて良好にパターニングされていた。
【0095】以上のとおり、本発明のエッチングを用い
て作製した太陽電池は不要なショートやシャント、断線
もなく良好な特性を示した。
【0096】(実施例8)高分子微粒子体を粒径8μm
のボリエチレン樹脂の微粒子体とした以外は実施例7と
同様にして透明性導電膜をパターニングし、非晶質太陽
電池を100個作製した。次に実施例7と同様の手順で
初期特性を測定したところ、シャント抵抗が平均11
5.5kΩcm2、変換効率が平均7.5%であった。
【0097】また、実施例1と同様の観察を行ったとこ
ろ、透明性導電膜は不良の未エッチング部やエッチング
むらがなく、均一な線幅のパターニングが行われてい
た。
【0098】以上のとおり、本実施例の太陽電池も不必
要なショートやシャント、断線がなく、良好な特性を示
した。
【0099】(実施例9)太陽電池の構成をトリプルセ
ル型として半導体層の形成にマイクロ波CVD法を用い
た以外はほぼ実施例7と同様の方法で以下のようにして
非晶質太陽電池300を作製した。まず、SUS基板2
01上にAgとZnOからなる下部電極202を形成
し、その後、不図示のマイクロ波プラズマCVD成膜装
置に入れ、n層203、i層204、p層205の順で
ボトム層を形成した。次に、同様にn層213、i層2
14、p層215の順でミドル層を形成し、続いてn層
223、i層224、p層225の順でトップ層を順次
形成し、半導体層を堆積した。次に実施例7と同様に反
射防止効果を兼ねた機能を有する透明性導電膜206と
してITO膜を成膜し、エッチングによるパターニング
を行い、非晶質太陽電池300を100個作製した。
【0100】次に実施例7と同様の手順で初期特性を測
定したところ、シャント抵抗が平均123.0kΩcm
2、変換効率が平均10.4%であった。また実施例1
と同様の観察を行ったところ、不良な未エッチング部や
エッチングむらもなく、均一な線幅のパターニングが行
われていた。
【0101】以上のとおり、本実施例のトリプルセル型
太陽電池もシングルセル型の太陽電池と同様にショート
がなく、シャント不良や断線もない良好なものであっ
た。
【0102】(実施例10)エッチング処理時の加熱温
度を60℃、100℃、200℃、300℃とした以外
は実施例7と同様にシングルセル型太陽電池をそれぞれ
50個ずつ作製し、それぞれ実施例7と同様に初期特性
の測定とパターニング部の観察を行った。その結果を表
3に示す。
【0103】
【表3】
【0104】表3に示されるように加熱温度を調製する
ことで同じエッチングペーストを用いて同じ処理を行っ
た場合でも完成した太陽電池の特性が変化することがわ
かる。特に加熱温度の低いものはシャント抵抗および変
換効率いずれも低い値になっている。しかしながら、こ
れは、エッチング処理時間を調整することで充分なシャ
ント抵抗・変換効率とすることができる。
【0105】また、より高温に加熱することでより短時
間で処理を行うことができるが、粒子体の融点以下とす
ることはペースト残渣が生じずにより好ましいこともわ
かった。
【0106】(比較例2)実施例7と同様の工程を経て
透明性導電膜まで形成した後、透明性導電膜上に感光性
樹脂のレジストを塗布、乾燥した。次に実施例7と同様
のパターンを形成するため、感光性樹脂上にマスクを重
ね、紫外線光をマスクを通して感光性樹脂に照射した
(露光)。続いて、マスクを除去した後、感光性樹脂を
現像し、所望のレジストパターンを形成した。
【0107】レジストパターンが形成された太陽電池基
板を塩化鉄溶液内に30分間浸漬し透明性導電膜をエッ
チング処理した後、十分に純水洗浄した。洗浄後レジス
トパターンをアルコールを用いて除去し、再び純水洗浄
した後、乾燥した。
【0108】続いて、実施例7と同様に透明性導電膜上
に集電電極を形成しシングルセル型の太陽電池を完成し
た。
【0109】完成した太陽電池の初期特性を実施例7と
同様に測定したところ、シャント抵抗が10kΩcm2
のものが10%あり、また変換効率は5.3±1.8%
とばらつきが大きかった。シャントが生じているものの
パターニングラインを顕微鏡で観察したところ、不充分
なエッチング状態であった。
【0110】この不良は、感光性樹脂のパターニングの
際に不要な感光性樹脂の除去が不充分であったためと考
えられる。また、変換効率の低いもののなかには、シリ
ーズ抵抗が高いものがあり、これは液処理中に半導体層
の一部に剥離が生じたためと考えられる。
【0111】(実施例11)エッチングの長期安定性を
確認するために、実施例1と同様な方法を自動化し、1
0秒タクトで1000回印刷、実施例1と同様にしてパ
ターニングを行った。その後10000回目に透明性導
電膜がパターニングされた基板について実施例1と同様
の観察、線幅の測定を行ったところ実施例1と同様に良
好なパターンが得られた。
【0112】(実施例12)エッチングの長期安定性を
確認するためにペースト物作製後、60日間保存後に、
実施例1と同様にしてパターニングを行った。また、実
施例1と同様の観察、線幅の測定を行ったところ実施例
1と同様に良好なパターンが得られた。
【0113】(実施例13)1つのpin構造を有する
アモルファス太陽電池(400)を上述した本発明のパ
ターニング工程を含む工程を用いて作製した。
【0114】まず、絶縁体としてDCスパッタリングに
よって堆積されたSiC層を有するステンレス基板40
1を準備し、その基板をDCスパッタリング装置(不図
示)中に載置した。アルミニウム膜がSiC層上に堆積
され、エッチングペーストを用いて第1の電極が形成さ
れた。
【0115】エッチングペーストは燐酸、硝酸、そして
酢酸の混合液のエッチング液を使用したものを除いて実
施例1と同様に準備した。そのエッチングペーストを微
細なパターンを形成するためスクリーン印刷機(不図
示)を使用して第1の電極層上に塗布した。
【0116】次に実施例7に述べたようにベーキング
(熱処理)、洗浄、乾燥した。次にn型層、i型層、そ
してp型層を順に有する半導体層を実施例7のように第
1の電極と基板上に堆積した。
【0117】微細パターン(溝405)を形成するため
スクリーン印刷機(不図示)によって半導体層上にフッ
酸、硝酸そして酢酸を混合した溶液を有するエッチング
ペーストを印刷した。
【0118】次に、半導体形成後、第2の電極を形成す
るため半導体と第1の電極上にITOを堆積した。
【0119】次に、実施例1と同様にエッチングペース
トを準備し、スクリーン印刷機(不図示)を使用してI
TO上に塗布した。上記エッチングペーストを使用して
パターニングされ、溝407が形成された。
【0120】上述したごとく作製された100個の太陽
電池(直列接続モノシリック型)を実施例7と同様に初
期特性を測定した。
【0121】その結果、シャント抵抗の平均値は12
1.5kΩcm2で変換効率の平均値は7.8%であっ
た。
【0122】エッチングの品質は目視で判定した。その
結果エッチングされる領域中に残渣を見い出せなかっ
た。また、エッチングの均一性に優れ、得られたパター
ンは均一な線幅を有していた。
【0123】以上のように本発明のエッチング技術を用
いて作製された太陽電池は電気的な短絡やシャントの欠
陥がなく優れた特性を示した。また形成された線の断線
も生じなかった。
【0124】なお、本発明は上述の実施例に限定される
ものではなく、本発明の主旨の範囲内で適宜変形、組合
せが可能である。
【0125】また、半導体素子は上記した太陽電池のよ
うな光起電力素子以外に、透明性導電膜を有するフォト
トランジスタ、フォトダイオード、CCDなどのような
フォトセンサも含まれ、また広義には、液晶装置のよう
な基板上に透明性導電膜を被着したような素子も含む。
【0126】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
処理工程数が少なく、簡便で選択精度に優れたエッチン
グ方法および該方法を利用した工程を有する半導体素子
の製造方法を提供することができる。
【0127】また、本発明によれば、安定して透明性導
電膜をエッチングすることが可能で、工程不良の発生が
なく、低コストで効率の良いエッチング処理を行うこと
のできる透明性導電膜のエッチング方法および該方法を
利用した工程を有する半導体素子の製造方法を提供する
ことができる。
【0128】加えて本発明によれば、歩留りが高く、エ
ッチング不良によって発生することのあるショートやシ
ャントあるいは外観不良がない透明性導電膜のエッチン
グ方法を利用した工程を有する半導体素子の製造方法を
提供することができる。
【0129】また、本発明によれば、長時間の保存でも
安定した特性を有するエッチング処理剤を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】太陽電池の層構成の一例を説明するための模式
的断面図である。
【図2】太陽電池の層構成の一例を説明するための模式
的断面図である。
【図3】太陽電池の上面構成の一例を説明するための模
式的平面図である。
【図4】エッチング処理の一例を説明するための被処理
物の模式的断面図である。
【図5】エッチング処理の一例を説明するための被処理
物の模式的断面図である。
【図6】図5に示される被処理物の模式的平面図であ
る。
【図7】本発明を使用して直列化した太陽電池(光起電
力素子)の模式的断面図である。
【符号の説明】
101ガラス基板、 102,106 透明性導電膜、 103 ペースト物、 104,207 パターニングライン、 200,300 光起電力素子本体、 201 SUS基板、 202 下部電極、 203,213,223 n層、 204,214,224 i層、 205,215,225 p層、 208 グリッド電極、 400 光起電力装置、 401 基板、 402 第1の電極、 403 第1の電極層をエッチングした第1の溝、 404 半導体、 405 半導体層をエッチングした第2の溝、 406 第2の電極、 407 第2の電極層をエッチングした溝。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 31/04 M S (72)発明者 新倉 諭 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ ン株式会社内

Claims (43)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一種類の微粒子体とエッチン
    グ性溶液とを有するペースト物をエッチングされる材料
    上に配する工程を有することを特徴とするエッチング方
    法。
  2. 【請求項2】 前記微粒子体は高分子樹脂を有する請求
    項1に記載のエッチング方法。
  3. 【請求項3】 前記高分子樹脂はアクリル樹脂、シリコ
    ーン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、フッ素樹脂、ウレタ
    ン樹脂、ポリスチレン樹脂からなる群から選択された少
    なくとも一種の樹脂を有する請求項2に記載のエッチン
    グ方法。
  4. 【請求項4】 更に前記材料上のペーストを少なくとも
    熱処理する工程を有する請求項1に記載のエッチング方
    法。
  5. 【請求項5】 前記高分子微粒子体の融点が熱処理温度
    より高温度である請求項1に記載のエッチング方法。
  6. 【請求項6】 前記熱処理の熱処理温度は100℃以上
    である請求項1に記載のエッチング方法。
  7. 【請求項7】 前記高分子微粒子体の平均粒子径が20
    μm以下である請求項1に記載のエッチング方法。
  8. 【請求項8】 前記ペースト物は印刷法、塗布法または
    ドッティング法のいずれかにより配される請求項1に記
    載のエッチング方法。
  9. 【請求項9】 前記材料は膜を含む請求項1に記載のエ
    ッチング方法。
  10. 【請求項10】 前記材料は透明性導電膜を有する請求
    項1に記載のエッチング方法。
  11. 【請求項11】 前記材料は金属を有する請求項1に記
    載のエッチング方法。
  12. 【請求項12】 前記微粒子体は高分子微粒子を有する
    請求項1に記載のエッチング方法。
  13. 【請求項13】 該エッチングされる材料上に少なくと
    も一種類の微粒子体とエッチング性溶液とを有するペー
    スト物を配する工程を有することを特徴とする半導体素
    子の製造方法。
  14. 【請求項14】 前記微粒子体は高分子樹脂を有する請
    求項13に記載の半導体素子の製造方法。
  15. 【請求項15】 前記高分子樹脂はアクリル樹脂、シリ
    コーン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、フッ素樹脂、ウレ
    タン樹脂、ポリスチレン樹脂からなる群から選択された
    少なくとも一種の樹脂を有する請求項14に記載の半導
    体素子の製造方法。
  16. 【請求項16】 更に少なくとも前記材料の前記ペース
    トを熱処理する工程を有する請求項13に記載の半導体
    素子の製造方法。
  17. 【請求項17】 前記微粒子体の融点が熱処理温度より
    高温度である請求項16に記載の半導体素子の製造方
    法。
  18. 【請求項18】 前記熱処理の処理温度は100℃以上
    である請求項16に記載の半導体素子の製造方法。
  19. 【請求項19】 前記微粒子体の平均粒子径が20μm
    以下である請求項13に記載の半導体素子の製造方法。
  20. 【請求項20】 前記ペースト物は印刷法、塗布法また
    はドッティング法のいずれかにより配される請求項13
    に記載の半導体素子の製造方法。
  21. 【請求項21】 前記半導体素子は非単結晶半導体層を
    有する請求項8に記載の半導体素子の製造方法。
  22. 【請求項22】 前記非単結晶半導体層はシリコン原子
    を含む非晶質半導体材料を有する請求項21に記載の半
    導体素子の製造方法。
  23. 【請求項23】 前記半導体素子は光起電力素子、フォ
    トセンサ、液晶装置から選択された1つである請求項1
    3に記載の半導体素子の製造方法。
  24. 【請求項24】 前記材料は膜を含む請求項13に記載
    の半導体素子の製造方法。
  25. 【請求項25】 前記材料は透明性導電膜を有する請求
    項13に記載の半導体素子の製造方法。
  26. 【請求項26】 前記材料は金属を有する請求項13に
    記載の半導体素子の製造方法。
  27. 【請求項27】 前記微粒子体は高分子微粒子を有する
    請求項13に記載の半導体素子の製造方法。
  28. 【請求項28】 エッチング性溶液と少なくとも一種の
    微粒子体とを有するエッチング処理剤。
  29. 【請求項29】 前記微粒子体は高分子樹脂を有するこ
    とを特徴とする請求項28に記載のエッチング処理剤。
  30. 【請求項30】 前記高分子樹脂はアクリル樹脂、シリ
    コーン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、フッ素樹脂、ウレ
    タン樹脂、ポリスチレン樹脂からなる群から選択された
    少なくとも一種の樹脂を有することを特徴とする請求項
    29に記載のエッチング処理剤。
  31. 【請求項31】 前記微粒子体の平均粒子径が20μm
    以下である請求項28に記載のエッチング処理剤。
  32. 【請求項32】 更にグリセリンを有する請求項28に
    記載のエッチング処理剤。
  33. 【請求項33】 更に希釈剤を有する請求項28又は3
    2に記載のエッチング処理剤。
  34. 【請求項34】 前記微粒子体は高分子樹脂を有するこ
    とを特徴とする請求項28に記載のエッチング処理剤。
  35. 【請求項35】 前記ペースト物は10μm以上2mm
    未満の厚さに配される請求項1に記載のエッチング方
    法。
  36. 【請求項36】 前記ペースト物は更にグリセリンを有
    する請求項1に記載のエッチング方法。
  37. 【請求項37】 該ペースト物を洗浄除去する工程を有
    する請求項1に記載のエッチング方法。
  38. 【請求項38】 前記熱処理後に前記ペースト物を洗浄
    除去する工程を有する請求項4に記載のエッチング方
    法。
  39. 【請求項39】 前記ペースト物は10μm以上2mm
    未満の厚さに配される請求項13に記載の半導体素子の
    製造方法。
  40. 【請求項40】 前記ペースト物は更にグリセリンを有
    する請求項13に記載の半導体素子の製造方法。
  41. 【請求項41】 前記半導体層はp型半導体層、i型半
    導体層およびn型半導体層をこの順で有する請求項13
    に記載の半導体素子の製造方法。
  42. 【請求項42】 該ペースト物を洗浄除去する工程を有
    する請求項13に記載の半導体素子の製造方法。
  43. 【請求項43】 前記熱処理工程後に前記ペースト物を
    洗浄除去する工程を有する請求項16に記載の半導体素
    子の製造方法。
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