JPS5933867A - 半導体装置用電極材料 - 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、半導体装置用の電極材料に係り、特に太陽電
油などの比較的粗いパターンの電極を有する半導体素子
の製造に好適な電極材料に関する。

牛漢体素子の例として太陽電池の代表的な構成例を図に
示す。ｎ＋／　ｐ　／　Ｐ＋接合を形成したＳｉ基板の
受光面および裏面に受光面電極４．裏面電極５を形成し
た構造である。さらに一般には反射防止膜等も設けられ
る。

この太陽電６ｂ、の近年における型砂課題は、製造コス
トの低減に））す、受光面宿極４．裏面電極５の形成法
も併来の真空蒸着法にかわって、低コストｔｃメッキ法
や印刷法が検討されるようになってきた。このうち特に
印刷法は、自動化が家易で生産性が高いことから広く検
討されている。この印刷法は、金属粉末、ガラス粉末な
どを有機結合剤、有機溶剤と混練したペースト状の物質
（以下導電ペーストという）をスクリーン印刷法などで
塗布し、焼成する方法であり、上記の金牌粉末としては
銀粉末が一般的である。

このような導電ペーストは、太陽電池の電極形成用、あ
るいば１ｖ膜回路基板用などとして多数のものが市販さ
れている。

一方、太陽電池等の電極形成においては、市１極の接着
強叶の大きいこと、シリコンに対する接触抵抗のイ氏い
こと、拡散層に対してつきぬけのないこと（リーク電流
の小さいこと）などが要求される。

しかし本発明者らが市販の各種のＡｇ系、Ａｇ　−Ｐｄ
系導電ペーストについて検討した結果によると、いずれ
の導電ペーストも図に示した接合形成シリコンウエノ飄
上に印刷塗布し、乾燥、焼成した場合に次の問題があっ
た。すなわち、厚膜回路基板用のＡｇ系あるいはＡｇ　
−Ｐｄ系導電ペーストでは、シリコンウェハと電極との
間にバリアが生成し、接触抵抗が高く、比較的高い温度
の焼成では接合が破壊１．、リーク電流の増大が認めら
れｆ−。

太陽電池用のＡｇ系導電ペーストではシリコンウェハと
電極との間にバリアの生成しにくいものもおるがいずれ
も接触抵抗が高く、太陽電池の光照射時の電流−市、正
特性を調べると曲線因子が小さく、窩効率な太陽電池は
作れなかった。

また焼成温度を比較的高温にすると接触抵抗は低下する
傾向がみられたが、このさいにはリーク電流が増加する
問題が生じた。

このように上記従来の導電ペーストを用いて接合破壊を
起すことなく、接触抵抗の低い電極を形成することは非
常に困難であった。

本発明の目的は、上記した従来の導電ペーストにみられ
た欠点がなく、太陽電池などの半導体装置の電極材料と
して非常に有用な材料を提供することにある。

本発明の電極材料はＡｇ粉末と、希土類元素、特にスカ
ンジウム（Ｓｃ）、イツトリウム（Ｙ）　。

ランクン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（
Ｐｒ）、ネオシーム（Ｎｄ）から選ばれる少くとも一種
の金属と、有機結合剤と、有機溶剤と、必要に応じて加
えるガラスやＰｄ粉末とからなることを特徴とする。

本発明が従来の導電ペーストと異ＩＩる点は１、３　。

希土類元素、特ニＳｃ、　Ｙ、Ｌａ＋　Ｃｅ、　Ｐｒ、
　Ｎｄ　　から選ばれる少くとも一種の金属を含むこと
にある。

これはこれらの金属を配合した導電ペーストをシリコン
などの基板上に印刷し、構成すると、接合破壊を起す恐
れのない比較的低い温度（〈７５０°Ｃ）の焼成でも、
基板に対して非常に低い接触抵抗の電極が形成できるこ
とを見い出したことによる。

本発明の電極材料が従来の導電ペーストに比べ、上記の
ように非常に良好な電極形成が可能であるのは次の理由
によると考えている。すなわち、従来の導電ペーストを
例えばシリコン基板上に印刷し、焼成した場合、焼成雰
囲気中に含まれる酸素によってシリコン表面に絶縁性の
酸化ケイ素膜が生成してしまう。またこの酸化ケイ素膜
は導電ペーストが酸化鉛系の低融点ガラスを使用してい
る場合には酸化鉛とシリコンとの反応によっても生成し
てしまう。このようにシリコン表面に酸化ケイ素膜が生
成するため、焼成された［４とシリコン間の接触抵抗が
非常・　４　・ に高くなってしまうものと予想される。

一方、本発明による電極材料では上記と同様に酸化ケイ
素膜は生成すると考えられるが、電極材料中に含まれる
金属（希土類、％にＳｃ、　Ｙ。

Ｌａ＋　Ｃｅ＋　Ｐｒ、　Ｎｄ　）　　が酸化ケイ素膜
ト反応シ、シリコンの還元やこれらの金属のシリサイド
化合物の生成が起き、それによって電極とシリコンとの
接触抵抗が非常に低（なるものと予想される。

本発明の電極材料の成分について以下にさらに詳述する
。構成成分中のＡｇ粉末、有機結合剤。

有機溶剤は従来の導電ペーストで用いられているものと
同様のものを用いることができる。銀粉末としては粒径
１１ｇｎ以下のものが、有機結合剤としてはセルロース
系化合物や、ポリメタクリレート系化合物などが、有機
溶剤としては多価アルコール系のものが特に好適に用い
られ得る。

希土類元素％にＳｃ、　ｙ、　Ｌａ、　Ｃｅ＋　Ｐｒ＋
　Ｎｄの金属は、粉末の状態で用いるのが好適である。

ただし、これらの金也の粉末は活性が高いため、粉末表
面に薄い酸化膜を形成する方法等で安定化処理したもの
を用いるのが好適である。Ｓｃ。

Ｙ＋　Ｌａ、　Ｃｅ＋　Ｐｒ、　Ｎｄは一種を用いても
、二種以上を併用してもよい。さらには二種以上のもの
の合金粉末を用いることや、Ａｇ粉末表面にこれらの今
加、をコーティングして用いることなども可能である。

また本発明では、ガラスを含むことを必ずしも必要とし
ない。ただし、ガラスを配合すると、形成した電極の半
導体素子への接着強度が向上する。また電極の半田に対
する耐性も向上する。

このため特に太陽電池の電極形成などに用いる場合には
むしろガラスを配合するのが好ましい。

ここで用いるガラスの種類は％に限定されるものではな
い。また本発明の電極材料にＰｄ粉末を配合することに
より形成された電極の半田に対する削性かさらに向上し
、Ｐｔ粉末を配合することにより、電極の接着強度が向
上する。

また本発明の噴、極材料を特に太、陽Ｎ池の電極形成に
用いる場合には、希土類元素、特に８ｃ。

Ｙ、　Ｌａ、　Ｃｅ、　Ｐｒ、　Ｎｄから選ばれる少く
とも一種の金摩の配向比をＡｇ粉末の１００重量部に対
して０５〜３０重量部とするのが好適である。０１重量
部未満の配合比では形成された電極のシリコンに対する
接触抵抗が高くなり、３０重量部をこえる配合比では形
成した電極の抵抗値がやや高くなり、太陽電池の効率低
下を招き易くなる。

以下本発明の実施例について説明する。

実施例１ 粒径１μｍ以下のＡｇ粉末１０ｇと、表面を安定化処理
した粒径２μｍ以下のＣｅ粉末（Ａｇ粉末１０９重量部
に対して０．５〜６０重量部）と、ＰｂＯ−Ｂ２０ｎ−
８ｉｎ２系ガラスフリツ）　０．５ｇとを秤量した。こ
れにエチルセルロース１０重量部をα−テルピネオール
９０重量部に溶解した粘稠液を加えながら十分に混練し
、粘度が約２００ボイズ（ずり速度１００／秒）のペー
スト状電極材料を調整した。

太陽電池用の接合形成シリコン基板として図に示すよう
にＰ型シリコン基板１（比抵抗１〜５Ω−―、直直径３
ンンチ丸型ウエハの方面にイオン打込み法で深さ０３〜
０５μｍのｎ　層２（比抵抗約１．５Ｘ１０“３Ω−１
）と、反対面にＡｌ拡散法で深さ１〜２μｍのＰ十層３
を形成したものを用いた。

次にこのＰ型シリコン基板１のｎ層２上にはくし型パタ
ーン状に、Ｐ十層、ト３にはべたパーン状に上記のペー
スト状電極材料をスクリーン印刷し、１５０°Ｃ１１０
分間の乾燥処理をし受光面電極４、裏面電極５を形成し
た。次にこの基板を酸素５０ｐｐｍを含む♀素ガス雰囲
気中でろ００°Ｃ１１０分間焼成した。

このようにして作製した太陽電池の電流−電圧特性（１
−Ｖ特性）を訓べ、電極の接触抵抗。

逆バイアス（１Ｖ）でのリーク電流２臼線因子（Ｆ、Ｐ
、　　）、開数電圧（Ｖｏｃ　）　、短絡電流（Ｉｓｃ
　）を調べた。

第１表に示した如（、Ｃｅ粉末を配合した本発明の電極
材料を用いた太陽電池は比較例として示したＣｅ粉末を
配合しｔｘいものを用いた場合に比べ、接触抵抗が大幅
に低くなり、′Ｐ、Ｆ、Ｉｓｃ、８　。

が大きく、その結果として効率も大幅に向上した。また
、リーク重１流はいずれも１ｆｆ’Ａ／〜のオーダーで
あり、問題はまったく望められなかった。

このように本発明の電極材料は比較的低温の６００°Ｃ
の焼成でも接触抵抗が充分低く、ｎ十層の厚さが０３〜
０５μｍと非常に薄いにもかかわらずリーク電、流の増
加がなく、電極材料として従来の導電ペーストに比べ非
常に優れていることが確Ｖされた。

実施例２ 金属として８ｃ、　Ｙ、　Ｌａ、　Ｐｒ、　Ｎｄを配合
した本発明の電極材料の実施例について説明する。Ｓｃ
。

Ｙ、　Ｌａ、　Ｐｒ、　Ｎｄの令嬢粉末（表面に薄い酸
化膜を形成）と、粒径１μｍ以下のＡｇ粉末とガラスフ
リット（ホウケイ酸鉛系、ホウケイ酸亜鉛系。

リン酸系）とを各種組合せ、これにポリイソブチルメタ
クリレート４０重量部と分散剤０．５重量部をα−テル
ピネオール６０重量部に溶解１−だ粘稠液を加えながら
十分に混練し、粘度が約２００ボ、１１゜ ・　１２・ イズ（ずり速度１００／秒）の組成の異なる各種のペー
スト状電極材料を調整した。

この電極材料を実施例１と同様の接合形成シＩＪ　＝＋
ン基板表面にスクリーン印刷し、１５０°Ｃで１０分間
乾燥後、酸素５ｐｐｍ　を含む窒素ガス雰囲気中で６０
０°Ｃ１１０分間焼成した。このようにして作製した太
陽電池の特性を実施例１と同様にして調べた結果を電極
材料の無機成分とともに第２表に示した。Ｓｃ、　Ｙ、
　Ｌａ、　Ｐｒ、　Ｎｄ　ノ金属を配合した本発明の電
極イオ料は比較例１．２の組成に比べいずれも接触抵抗
が低くなり、Ｅ′Ｆ、。

Ｉｓｃが大きく、その結果として効率も大幅に向−ヒし
た。またリーク電流はいずれも１０−’　Ａ　／　ｅＩ
Ｉのオーダーであり、間四は認められなかった。

このように実施例２に示した本発明の電極材料も従来の
導電ペーストに比べ非常に優れた効果の得られることが
確認された。

以ヒのように本発明の電極材料は比較的低温の焼成でも
、浅い接合の半導体素子に対しても接合破壊やリーク電
流の増加を引き起すことなく、かつ接触抵抗の低い電極
形成を可能とする画１ｔＪＩ的な材料である。このため
太陽電池の電極形成に本発明の電極材料を用いると従来
の導電ペーストを用いた場合に比べ非常に効率の高い太
陽電池を得るこ２ができる。

また、本発明の電極材料は印刷法によって塗布でき、安
価に、高生産件に電極が形成でき工業的にも非常に有用
である。さらに本発明の電極材料は太陽電池以外の受光
素子や他の半導体装置の電極形成にも用いることが可能
である。

【図面の簡単な説明】

図は太陽電池の代表的な構成を示した断面図である。 １・・・Ｐ型シリコン基板 ２・・・ｎ＋層 ３・・・Ｐ層 ４・・・受光面電極 ５・・・裏面電極 第１頁の続き ＠発　明　者　磯貝時男 横浜市戸塚区吉田町２９２番地株 式会社日立製作所生産技術研究 所内 ０発　明　者　斉藤忠 国分寺市東恋ケ窪−丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 ０発　明　者　緑用澄之 日立市弁天町三丁目１０番２号日 立原町電子工業株式会社内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　　Ａｇ粉末と、希土類元素から選ばれる少なくと
   も一種の金属と、有機結合剤と、有機溶剤と、必要に応
   じて加えるガラス、Ｐｄ粉末、ｐｔ粉末とからなること
   を特徴とする半導体装置用電極材料。 ２、希土類元素から選ばれる少１ｃ　くとも二種の金属
   とＡｇ粉末の配合比が、Ａｇ粉末１００重量部に対して
   ０８１〜６０重量部であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の半導体装置用電極材料。 ３　希土類元素が、スカンジウム、イツトリウム、ラン
   タン、セリウム、プラセオジム、ネオジムの何れかであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項もしくは第２
   項記載の半導体装置用電極材料。