JPS5933868A - 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、半導体装置用のシ極材料に係り、特に太陽電
池などの比較的粗いパターンの４極？有する半導体素子
の製造に好適な成極材料に関する。

半導体素子の例として太陽′１池の代表的な構成例を図
に示す。ｎ＋層２＋Ｐ＋層３でｎ”／ｐ／ｐ＋接合を形
成したＳｉ基板１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り、さらに一般には反射
防止膜等も設けられる。

この太陽電池の近年における重要課題は製這コストの低
減にあり、図の受光面″１！Ｌ極４．裏面電極５の形成
法も従来の真空蒸着法にかわって。

低コストなメッキ法や印刷法が検討されるようになって
きた。このうち脣に印刷法は目動化が容易で生産性が高
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＊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、上記の金属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１着電池の電極形成用、
あるいは厚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、太陽電池等の成極形成においては、一極の接４強
度の大きいこと、シリコンに幻する接触抵抗の低いこと
、拡散層に河し℃つきぬけのないこと（リーク直流の小
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個のＡ、！７系、４−ｐｄ
系導喧ペーストについて検討した？Ｉ釆によると、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ェハ
上に印刷塗布し、乾燥、　ｖ８ｇした場仕に次の問題が
あった。

すなわち、厚膜回路基板用のＡｌ系あるいはＡｌ−ｐｄ
４導域ペーストではシリコンウェハと１ｔｍ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
では接合が破壊し、リーク電流の増大が認めらｎた。太
陽域池用のｙ９系導或べ〒ストではシリコンウェハと框
億との間にバリアの生成しにぐいものもあるがいずれも
接触抵抗が高く、太陽電池の光照射時の或流−屯圧特注
を調べると曲祿因子が小さく、高効率な太陽電池は作れ
なかった。

また焼成温度を比叔釣高温にすると接触抵抗は低下する
傾同がみられたが、このさいにはリーク直流が増加する
問題が生じた。

このように上記従来の導１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
常に困難でめった。

本発明の目的は、上記した従来の導１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１極材料と
して非常に有用な材料？提供することにある。

本発明の一極材料は、Ａｌ粉末とジルコニウム（Ｚｒ）
、ハフニウムＣＥｆ）、バナジウム（〆）。

二、１グＣＮＩ））、タンタル（Ｔα〕から選ばれる少
くとも一種の金属と、有・成績合剤と、有機溶剤１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４４ペーストと真なる点は、Ｚｒ　、　
Ｈｆ　、　Ｖ　、ＮＡ　、　Ｔａから選ばれる少〈くも
−櫨の金ｐｊ４Ｖ含むことにある。これはこれらの金属
を配付した導電ペースト？シリコンなどの基板上に印刷
し、焼成すると、接合破壊馨起す恐れのない比較的低い
温度（＜　７５０℃）の焼成でも、基板に対して非常に
低い接触抵抗の一極が形成できることを見い出したこと
による。

本発明の成極材料が従来の導電ペーストに比べ、上記の
ように非常に艮好な電極形成が９症であるのは次の理由
によると考え℃いる。

すなわち従来の導電ペーストを？Ｕ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系膜が性成
してしまう。またこの酸化ケイ索漠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筐う。このよう
にシリコン表面に酸化ケイ系族が生成するため焼成され
た電極とシリコン間の暖触抵抗が非常に高くなってしま
うものと予想される。

一方、本発明による一極材料では、上記と同様に酸化ケ
イ素膜は生成すると考えらｎるが、電極材料中に含まれ
る金属（Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ。

Ｎｂ　、　Ｔα〕が酸化ケイ索漠と反応し、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、
それによって一極とシリコンとの接触抵抗が非常に低く
なるものと予想される。

本発明の一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Ａｌ粉末、有磯結せ剤。

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工きる。銀粉末としては粒径
１μｍ以下のものが、有機結曾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
Ｒυとしては多（ｉｌｌｉ　７　ｋ　’：Ｚ−ル系のも
のが特に好適に用いられ得る。

Ｚｒ　、Ｈｆ　、Ｖ　、ＨＡ　、　Ｔａ（Ｄ金属ハ粉末
の状態で用いるのが好適である。ただしこれらの金属の
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
。Ｚｒ　、　Ｈｆ　、　Ｖ　、　Ｎｂ　、　Ｔａ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′ｌｚｒ：用いるこ
とや、Ａｙ粉末表面にこれらの金属をコーティングし−
〔用いることなどもｌ：ｉＴ能である。

址だ本発明では、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′ｕ１極の半
導体素子への接Ｍ頻度が向上する。またｒＩＬ極の半田
に対する耐性も向上する。

このため１゛芋に太陽′電池の電・函形成などに用いる
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櫨頌は、荷に１只定され゛るもの
ではない。また本発明の成極材料にｐｄ粉末’！’　配
合することにより、形）ａさ７ｔだ４４の半田に対する
耐性がさらに向上し、Ｐｔ粉末を配合することにより、
′Ｗｔ極の接７＃１強反が向上する。

また、本発明の′ｌｆ、極材料を脣に太陽電池の電極形
成に用いる場合には、ｚｒ　、ｉｒｊ’　、Ｖ　、ＩＯ
＋Ｔαから選ばれる少くとも一櫨の＊属の配向比をＡｌ
粉禾の１００−重量部に対して０．５〜６０重重部とす
るのが好適である。０．５ｉ菫都未満の配合比では形成
された成極のシリコンに対する接触抵抗が高くなり、３
０Ｘｔ郡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１−−池の効率低下を招き易くなる。

以下本発明の実施１＋口について説明する。

実施例 粒径１μｍ以下のＡ！ｉ粉末１０ダと、表面？安定化処
理した粒径２μｍ以下のＺｒ粉末ＣＡ、ｙ粉末１００重
重ｍＫＨしテ０．５〜５０　ｉ　ｊｉ　部）　ト、ＰＡ
Ｏ−Ｂ２０゜−め０２系ガラスフリット０．５！１とを
秤量した。これにエチルセルロース’　、Ｏｌｉ　ｊｔ
　部’４ｔα−テルピネオール２０重重部に溶解した粘
調液馨加え７よがら十分に混疎し、粘度が約２１ＪＯボ
イズ（ずり速腿１００／秒）のペースト状嘔極材料を調
螢した。

太陽電池用の接合形成シリコン基板としてＰ型シリコン
基板（比抵抗１〜５Ω−ｃｍ　、直径３インチ丸型ウェ
ハ）の片面に、イオン打込み法テ深す０．３〜０．５μ
ｍ　（Ｑ　ｎ”層（比抵抗約１．５　Ｘ　１０−”Ω−
０ｒ）Ｌ）と、反対面にＡｌ拡ｆｉ法で深さ１〜２μｍ
の１Ｌ’７ｄｖ形成したもの？用いた。次にこの捩合形
成シリコン基板のＷ＋増上には、クシ産パターン状に、
Ｐ＋層上にはベタパーン状に上ｄεのペースト状心極材
料をスクリーン印刷し、１５０℃。

１０分間の乾燥処理をした。

次にこの基板を酸素５０ＰＰｍを含む窒素ガス雰囲気中
で６００　’Ｃ、１０分間焼成した。このようにして作
製した太陽電池の電流−螺圧特性（１−ｒ％性〕を調べ
、電極の接触抵抗、逆バイアス（１Ｖ）でのリーク電流
、曲融因子（ｐ、ｐ、）　。

開放電圧（Ｖｏｃ　）、短絡電流（１，ｐｃ　）　Ｙ調
べた。

第１表に示した如（、Ｚｒ粉末を配合した本発明の１極
材料を用いた太陽電池は、比較・丙として示したＺｒ＃
末を配合しないものを用いた場合に比べ、接触抵抗か大
幅に低くなり、Ｆ、Ｆ、。

ｌｚｃが大きく、その結果とし℃効率も大幅に向上した
。筐だ、リーク電流はいずれも１０−’　Ａ／ａｍＪの
オーダーであり、問題はｌったく端のられなかった。

このように本発明の電極材料は、比較的低温の６００℃
の焼成でも接触抵抗が充分低く、ル＋層の厚さが０．３
〜０．５牌と非常に薄いにもかかわらずυ−り底流の増
加がなく、成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認された。

（以下余白） 実施例２ 金属としてＩｆ、〆、　ＨＡ　、　Ｔａ　　を配合した
本発明の゛１極材料の実施例について説明する。Ｈｆ５
Ｖ　、　ＨＡ　、　Ｔａの金属粉末〔表面に薄い酸化膜
を形成〕と、粒径１μｍ以下のＡ１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、これにポリインブチルメタクリレート４
０重ｆ部と分散剤０．５重ｔ　１Ｍ５　ｋα−テルピネ
オール６０重量部に溶解した粘調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）
の組成の異なる各種のペースト状蝋極材料を調整した。

この＋４Ｅ極材料′ｊｋ実１４例１と同様の接合形成シ
リコン基板表面にスクリーン印刷し、１５０℃で１０分
間乾燥後、酸素ｓ　ｐｐｍを含む諸系ガス雰囲気中で６
００℃、１０分間焼成した。このようにして作製した太
陽電池の特性？実施例１と同様にして調べた結果を一極
材料の無機成分とともに第２表に示した。

Ｈｆ、Ｖ、＃ｒ、Ｔαの金属を配合した本発明の電極材
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、Ｆ、Ｆ、、　Ｉｚｃが大きく、その結果として
効率も大幅に向上した。またリーク電流はいずれも１０
−６Ａ／ｃｍ”のオーダーであり、問題は認められなか
った。

このように実施例２に示した本発明の一極材料も従来の
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ｎた。

以上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ぼ
億形成を可能とする画期的な材料である。このため太陽
電池の一極形成に本発明の磁極材８を用いると、従来の
導電ペースト馨用いた場合に比べ非常に効率の高い太１
−゛嵯池？４ることができる。

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、Ｉ％ｉ生産性に電極が形成でき、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】

図は太湯喧池の代表的な構成を示した晰面図である。 １・・・シリコン基板　　２・・・ｎ＋層３・・・Ｐ＋
層　　　　　　４・・・受光面成極５・・・裏面電極 第１頁の続き ０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、Ａｙ粉末トシルコニウム、ハフニウム、バナジウム
   、ニオグツタンタルから選ばれる少くとも一項の金属と
   、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扮末とからなることを特徴とする半
   導体−ａＩｔ用域用材極材 料、Ａｙｌ＆末トシルコニウム、ハフニウム、バナジウ
   ム、ニオブ、タンタルから選ばｎる少くとも一種の金属
   の配合比が、Ａ、ｆ粉末１００１菫部に対して０．５〜
   ５０！ｍ都でめることを特徴とする時ｆｆ＃＃求の範囲
   第一項記載の早導体装置用電極材料。