JPS5933869A - 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。

に太陽電池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。

半導体素子の例として太陽電池の代表的な竺１１成例を
図に示す。ｎ　＋／Ｐ／Ｐ　接合を形成したＳＬ基。

板の受光面および裏面に受光面電極４．裏面室。

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。

この太陽電池の近年における重要課題は、製５造コスト
の低減にあ如、受光面電極４．裏面室・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。このうち特に
印刷法は、自動化・が容易で生産性が高いことから広く
検討されて０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。

−ン印刷法などで塗布し、焼成する方法であり、。

上記の金鵜粉末としては銀粉末が一般的である。１゜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ｔ＆影形成おいては、電。

極の接着強度の大きいこと、シリコンに対する０ 接触抵抗の低いこと、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。

しかし発明者らが市販の各種のＡ系、Ａ、ケｔ１’。ダ 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ェハ
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、淳膜回路・基板用のＡ、、系あるいは
Ａ！１−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ｌ・）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・られた
。

太陽電池用のＡ、系導篭ペーストでは、シリコ。

ンウエハと電極との間にバリアの生成しにくい１゜もの
もあるがいずれも接触抵抗が高く、太陽電。

池の光照射時の電流−電圧特性を調べると曲線。

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、とのさいに２１１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ベース５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。

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なる点は、１゜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、焼成すると、接合破壊を起す恐れ。

のない比較的低い温度（＜７５０℃）の焼成でも、２゜
祷　Ｏ・ 基板姉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５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１１）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べ。

焼成された電極とシリコン間の接触抵抗が非常。

に高くなってしまうものと予想される。　　　１゜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、。

やこれらの金塊のシリサイド化合物の生成が桐。

・　４　・ き、それによって電極とシリコンとの接触抵抗。

が非常に低く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Ａ、粉末、有機結合剤Ｌ・有
機溶材は従来の導電ペーストで用いられてい５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１μｍ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１０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川。

いるのが好適である。′ＪＩ＃；、Ｊ／、　、　Ｆ　、
　Ｎｉ、＝Ｍｓは−４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本を用いることや、。

Ａ！１粉末表面にこれらの金属をコーティングして。

用いることなども可能である。　　　　　　　２゜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。たたし、ガラスを配合すると、゛形成
した電極の半導体連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５層合にはむしろガラスを
配合するのが好ましト・ここで用いるガラスの種類は特
に限定されるも・のではない。また本発明の電極材料に
Ｐｄ粉木を・配合することにより形成された電極の半田
に対・する耐性がさらに向上し、Ｐｉ粉末を配合すると
１０とによシ、電極の接着強度が向上する。

末の１００重量部に対してα５〜３Ｏｉ量部とす１５る
のが好適である。０．５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。　　　　　　　　　２゜以１
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Ａ、粉末１０ｑと、表面を安定化。

処理した粒径２μｍ以下のＡ／、４粉末（Ａ、粉末１０
０重量部に対してα５〜３０重舊°部）と、ｐ、０−ム
ｑ−５５、ｑ系ガラスフリット０．５ｑ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
・−ル９０重量部に溶解した粘稠液を加えなから十・分
に混練し、釉層が約２００ボイズ（ず多速度１００／秒
）のペースト状電極材料を調整した。太陽〇電池用の接
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−１ｃｍ
、直径３インチ丸型ウェハ）の片面にイオン、打込み法
で深さ０．３〜０．５μｍの１層の（比抵抗約Ｌ　５　
Ｘ　、１０　　Ω−ａｍ）と、反対面にＡｔ拡散法工。

探さｌ〜２μ専の２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ｌの１層上２にはく。

し型パターン状に、２層上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、１
５０℃、１０分間の乾燥処理をし受光面電気。

０７　。

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呂＼ −１ 、８。

４、裏面電極５を形成した。次にこの基板を酸・素５０
ｐｐｍを含む窒素ガス雰囲気中で６００℃、　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−電・正特性（
１−Ｖ％性）を調べ、電極の接触抵抗５逆バイアス（ｌ
Ｖ）でのリーク電流、曲線因子（。

Ｆ′、Ｆ、）、開放電圧（Ｖｏｃ　）　、　’ｍ絡１ｔ
Ｒ（ｌ５ｃ）　・を調べた。

第１表に示した如＜、Ａ／、、粉末を配合した不発。

明の！極材料を用いた太陽電池は比較例として。

示したＮ４粉末を配合しないものを用いた場合に。

比べ、接触抵抗が大幅に低くなり、Ｆ、　Ｆ、　、　Ｉ
、ｃ。

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’Ａ／ｃｉの。

オーダーであシ、問題はまったく認められなかった。

このように本発明の電極材料は比較的低温の６００℃の
焼成でも接触抵抗が充分低く、１層のルさがα３〜α５
μｍ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・＆誌された。

電極材料の実施例について説明する。Ｍ、　、　Ｆ　、
　Ｓホウケイ酸鉛系、ホウケイ酸亜鉛系、リン酸菊・と
を各種組合せ、これにポリイソプチルメタク。

リレート４０重量部と分散剤０．５重重７部をα−テ１
゜ルビネオール６０重量部に溶解した粘調液を加え。

なから十分に混練し、粘ｍが約２００ポイズ（ず。

多速度１０　ｏＡ／Ｊ−）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１５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５ｐｐｍを含む窒素ガス雰囲気中。

で６００℃、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を実施例１と同様にして調。

べだ結果を電極材料の無機成分とともに第２表、１１゜ 、１２゜ に示した。Ｍ、、Ｗ、Ｎｉ５こ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、Ｐ、Ｆ、、Ｉｓｏ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’Ａ／ａｍ”のオーダーであり、５
問題は認められなかった。このように実施例２・に示し
た本発明の電極材料も従来の導電ベース・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。

以上のように本発明の電極材料は比較的低温１（）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。

画期的な材料である。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、高生産性に電極が形成でき工。

業的にも非常に有用である。さらに本発明の罵。

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。 ｌ・・・Ｐ型シリコン基板 ２・・・ル層 ３・・・１層 ４・・・受光面電極 ５・・・裏面電極　　　　　　　　　　　１゜代理人弁
珂士　薄　１）利ｑｔ。 第１１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】 くとも一種の金属と、有機結合剤と、有機浴剤・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０ ２、　　　　　、−　　、モリブデン、タングステル１
   １σ□＼ ニッケル、　を喧＝たテテから選ばれる少くとも一種？
   の金属の配合割合が、Ａ、粉末１００重量部に対し６て
   α５〜３０重量部であることを特徴とする特許。 請求の範囲第一項記載の牛導体装置用電極材粍。