JPS60113476A - 半導体装置作製方法 - 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】 この発明は、光照射により光起電力を発生し得る接合を
少なくとも１つ有するアモルファス半導体を含む非単結
晶半導体を透光性絶縁基板上に設けた光電変換素子（単
に素子ともいう）を複数個電気的に直列接続して、高い
電圧を発生させる光電変換装置の作製方法に関する。

この発明は、マスクレス、プロセスであってレーザスク
ライブ方式（以下ＬＳという）を用い２つ（２） の素子を連結する連結部の製造方法に関する。

本発明の装置における素子の配置、大きさ、形状は設計
仕様によって決められる。しかし本発明の内容を簡単に
するため、以下の詳細な説明においては、第１の素子の
下側（基板側）の第１の電極と、その右隣りに配置した
第２の素子の第２の電極（半導体上即ち基板から離れた
側）とを電気的に直列接続させた場合を基として記す。

かかる構成において、第１の素子および第２の素子を連
結するための第２の開溝は、非単結晶半導体を除去しつ
つも、第１の素子の第１の電極である透光性導電膜（以
下ＣＴＦという）はＬＳにより除去せずに作製した。そ
の結果、第１の素子の第１の電極の上面に第２の素子の
第２の電極を構成する導電膜を延在させてコンタクトせ
しめ、連結部を構成させたものである。

本発明は非単結晶半導体の上面に耐熱性、低熱伝導率の
導体例えばクロムを主成分とする金属または窒化珪素の
ごとき絶縁物を設け、これをマスクとしてその下の半導
体を選択的にＬＳにより除去（３） する際、ＣＴＦは何等損傷を受けることなく作製が可能
であるという事実を用いて光電変換装置の連結部を作製
したものである。

本発明の光電変換装置、特に薄膜型光電変換装置にあっ
ては、それぞれの薄膜層である電極用導電性層、また半
導体層はともにそれぞれ５００人〜１μ、０．２〜１．
０　μの薄さであり、ＬＳ方式を用いることにより、コ
ンピュータコントロール方式の自動マスク合わせ機構で
作製することが可能なことが判明した。

その結果、従来のマスク合わせ工程のかわりに本発明は
マスクを全く用いないマスクレス工程であって、きわめ
て簡単かつ高精度であり、装置の製造コストの低下をも
たらし、そのため５００円／Ｗの製造も可能となり、そ
の製造規模の拡大により１００〜２００円／Ｗも可能に
なるというきわめて画期的な光電変換装置を提供するこ
とにある。

以下に図面に従って本発明の詳細を示す。

第１図は本発明の製造工程を示す縦断面図である。

（４） 図面において絶縁表面を有する透光性基板（１）例えば
ガラス扱（例えば厚さ０．６〜２．２ｍｍ例えば１．２
ｍｍ　、長さ〔図面では左右方向）　６０ｃｍ、中２０
ＣＩ１１）透光性有機樹脂またはこの樹脂上に窒化珪素
膜が３００〜２０００人の厚さに形成された複合有機樹
脂を用いた。さらにこの上面に全面にわたって透光性導
電膜例えばＩＴＯ（酸化インジューム酸化スズ混合物、
即ち酸化スズを酸化インジューム中に１０重量％添加し
た膜）（約１５００人）　＋ＳｎＯ，（２００〜４００
人）または弗素等のハロゲン元素が添加された酸化スズ
を主成分とする透光性導電膜（１５００〜２００００人
）を真空蒸着法、ＬＰＣＶ　Ｄ法、プラズマＣＶＤ法ま
たはスプレー法により形成させた。

この後、ＹＡＧレーザ加工加工日本レーザ製　波長１．
０６μまたは０．５８μ）により出力１〜３Ｗ（焦点距
離４０ｍｍ）を加え、スポット径２０〜７０μφ代表的
には５０μφをマイクロコンピュータにより制御した。

さらにこの照射レーザ光を走査させて、スクライブライ
ンである第１の開溝（１３）を形成させ、各素子間領域
（３１＞、＜　１１　）に第１の電極（２）（５） を作製した。

この第１のＬＳにより形成された第１の開溝（１３）は
、巾約５０μ長さ２０ｃｍ深さは第１のＣＴＦの電極そ
れぞれを完全に切断して電気的に分離した。

この後、この電極（２）２開溝（１３）の上面に公知の
プラズマＣＶＤ法または光ＣＶＤ法により光照射により
光起電力を発生させる非単結晶半導体層（３）を０．２
〜１．０μ代表的には０．５　μの厚さに形成させた。

その代表例はＰ型半導体（ＳｉｘＣ１−ｘｘ　＝０．８
約１００人）−１型アモルファスまたはセミアモルファ
スのシリコン半導体（約０．５μ）−Ｎ型の微結晶（約
５００人）を有する半導体珪素さらにこの上に５ｉｘ（
：１−ｘｘ＝０．９約５０人を積層させて一つのＰＩＮ
接合を有する非単結晶半導体、またはＰ型半導体（Ｓｉ
ｘＣ＋−ｘ）　Ｉ型、Ｎ型、Ｐ型Ｓｉ半導体−■型５ｉ
ｘＧｅ　ｌ−Ｘ半導体−Ｎ型Ｓｉ半導体よりなる２つの
ＰＩＮ接合と１つのＰＮ接合を有するタンデム型のＰＩ
ＮＦＩＮ、、、、、ＰＩＮ接合の半導体（３）である。

かかる非単結晶半導体（３）を第１の電極およ（６） び開溝のすべてを覆って全面にわたって均一の膜厚で形
成させた。

さらにこの半導体上面にクロムを主成分とする被膜（以
下クロムという）（Ｃ）を電子ビーム蒸着法により３０
０〜４０００人の厚さに作製した。このクロムは昇華性
であり熱伝導率が金属中でも低いものの代表例である。

さらに半導体にオーム接触をし、加えて室温〜１５０°
Ｃの高温長期使用に安定のため電極−半導体界面での劣
化がないという特長を有する。

次に、第１図（Ｂ）に示されるごとく、第１の開溝（１
３）の左方向側（第１の素子側）にわたって第２の開溝
（１８）を第２のＬＳＩ程により形成させた。

この第２の開溝は第２の素子（１１）の第１の電極の側
面（１６）より３０μ以上左側であればよく、３０〜２
００　μ第１の素子側にシフトさせた。即ち第１の素子
の第１の電極位置上にわたって設け、第１の電極の一部
（９）が製造上のマージンを与えるため残存させている
ことが特徴である。

（７） かくのごとき構造、即ち、ＣＴＦ　（２）−半導体（３
）−クロムにおいて、珪素を主成分とする半導体は昇華
性を有し、この上のクロムは耐熱性、耐酸化性を有する
。加えてレーザ光に対する反射光が少ないため、照射光
によりクロム自体とその下の半導体をも十分高い温度に
昇温させることができる。また熱伝導率が低いため、こ
の熱を横方向に伝播して放散してしまうことがあり、そ
して照射部での珪素を気化温度以上として気化させ、は
じけるように外に飛び散る。この時、珪素よりも気化し
にくいＣＴＦはそのままその下に表面を露呈して残存し
ている。加えて珪素の気化の気化熱によりこの裏面が露
呈（８）ＬＣＴＦは温度により変質してしまうことがな
かった。かくして第１図に示すごと＜、ＣＴＦ（２）の
上面（８）を露呈させることが可能となった。

かくして第２の開溝（１８）を、第１図（Ｂ）に示され
るごとく、第１の素子（３１）の第１の電極（３７）の
内部（９）に入って作製した。

この図面では第１および第２の開講（１３）、＜　１８
　）（８） の中心間を１００μずらしている。

かくして第２の開溝（］８）は第１の電極の上表面（８
）を露呈させた。

もちろん、ＬＳにおける平均出力を大きくしてこのＣＴ
Ｆをも除去してしまうことによりＣＴＦの側表面または
側表面と上表面端部と１〜５μの巾で露呈させることも
可能である。

さらにこの基板を希弗酸（４８％ＩＰを１０倍の水で希
釈した１　／ｌ０ＨＦをここでは用いた）にて１０秒〜
１分代表的には３０秒間超音波を加えてエツチングして
もよい。

即ち、従来より公知のごとく、単純に半導体上に何等の
耐熱性材料の形成をせずにＬＳを行った場合、大気中の
酸素と珪素とが反応し、加えてＣＴＦの表面がＣＴＦと
低級酸化珪素との混合化合物とにより絶縁性になってし
まうため、良好なコンタクトを作ることができない。し
かし、本発明は実験的に見いだしたもので、この半導体
上にクロムの如き断熱し低熱伝導度による保温性が大き
く、かつ耐熱性の非酸化性材料を形成しておくと、ＬＳ
に（９） よる化学反応が珪素とＣＴＦとの間で起きず、熱により
珪素のみを選択的に気化させることが条件によって可能
であることが判明した。

このため、ＣＴＦ上面も実質的に何等の損傷もなく、導
電性を有せしめることが可能になった。加えて、第１図
においては、このクロムをそのまま残存させ、第２の電
極の一部を構成させた。

さらにこの上面に第１図（Ｃ）に示されるごとく、裏面
の第２の電極（６）および連結部（コネクタＸ３０）を
形成した。

この連結部を構成させる導体としては、導電性酸化膜（
以下ＣＯというＸ４５）、＜４５’＞を形成した。

このＣ０（７）として、ここではＩＴＯ（酸化インジュ
ーム酸化スズを主成分とする混合物Ｘ４５）を形成した
。このＣＯとして酸化インジュームを主成分として形成
させることも可能である。このＩＴＯを５００〜３００
０人例えば１５００人の厚さに電子ビーム蒸着法、ＣＶ
Ｄ法、ＰＣＶＤ法で形成せしめると、他の金属に比べて
被膜形成の際きわめてまわりごみが起きやすい。このた
め第２の開溝（１８）の内部に（１０） 十分入り、ＣＴＰ　（３７）の底面（８）と電気的によ
く連結させコンタクト構成が可能となった。即ちＣＯは
このコネクタ（３０）を構成する導体が最初から酸化物
としての化合物を構成しているため、半導体（３）中に
連結部によりマイブレイトすることがなく、またＣＴＦ
　（３７）とｃｏ　（３０）との界面に酸化反応により
絶縁物が作製されることなく高信頼性を有せしめること
ができた。

このＣＯ上にニッケルを１００〜１０００人の厚さに真
空蒸着をさせ外部接続を促進することは有効である。

本発明の実施例において、クロムの下の半導体との界面
に反射性金属の銀、アルミニュームを５０〜５００人の
厚さに薄く形成させ、光電変換装置の変換効率の向上を
図るのは有効であった。

次に本発明においては、この第２の電極を構成させるた
め、第３の開溝（２０）を第１の素子領域（３１）にわ
たって設けた。即ち、第１の素子の開放電圧が発生する
電極（３９）、＜３８）間の電気的分離をレーザ光（２
０〜１００μφ代表的には５０μφ）を（１１） 第２の開ｉ　（１８）より約５０μ離間せしめて形成さ
せた。即ち第３の開講（２ｏ）の中心は第２の開溝（３
０）の中心に比べて３０〜２００μ代表的には１００μ
の深さに第１の素子側にわたって設けている。

かくのごとく第２の電極（４）を第３のＬＳのレーザ光
を上方より照射して切断分離して開溝（２ｏ）を形成し
た場合を示している。

かかる第３の開溝においても耐熱性導体のクロム（４６
）により珪素に加えられた熱エネルギをとしこめるため
、第２の開溝の形成と同時に半導体のすべてが除去され
、第１の電極の表面が露呈される。この時、珪素の気化
がはじけるように行われるため、第３の開溝の半導体の
側周辺は多結晶化してショートすることなく圧密に素子
（３１）を作ることが可能となった。この半導体の露呈
として側面を酸化してパッシベイションをすることは有
効である。

かくして第１図（Ｃ）に示されるごとく、複数の素子（
３１）、＜１１）を連結部（１２）で直列接続する光電
変換装置を作ることができた。

（１２） 第１図（Ｄ）はさらに本発明を光電変換装置として完成
させんとしたものであり、即ちパッシベイション膜とし
てプラズマ気相法により窒化珪素膜（２１）を５００〜
２０００人の厚さに均一に形成させ、湿気等の吸着によ
る各素子間のリーク電流の発生をさらに防いだ。

さらに外部引出し端子を周辺部（５）にて設けた。

これらにポリイミド、ポリアミド、カプトンまたはエポ
キシ等の有機樹脂（２２）を充填した。

かくして照射光（１０）により発生した光起電力は底面
コンタクトより矢印（３２）のごとく第１の素子の第１
の電極より第２の素子の第２の電極に流れ、直列接続を
させることができた。

そして、セグメントが１０．３％（１，０５ｃｍ）の変
換効率を有する場合、１０ｃｍ　Ｘ　１０ｃｍのパネル
にて８．６％（理論的には９．４％になるが、１２段連
結の抵抗により実効変換効率が低下したＸＡＭＩ　（１
００ｍＷ　／ｃｄ〕）　にて、０，８舖の出力電力を有
せしめることができた。

（Ｉ３） さらにこのパネルを１５０℃の高温放置テストを行うと
１０００時間を経て１０％以下例えばパネル数２０枚に
て最悪４％、Ｘ＝１．５％の低下しがみられなかった。

これは従来のマスク方式を用いて信頼性テストを同一条
件にて行う時、１０時間で動作不能パネル数が１６枚も
発生してしまうことを考えると、驚異的な値であった。

第２図は本発明の他の光電変換装置の作製方法を示す。

その工程を第１図と対応させて略記する。

第２図（Ａ）において、基板（１）上（７）　ＣＴＦ（
２）、第１の開溝、さらに非単結晶半導体を第１図と同
様の方法にて作製した。

次に第１図（Ａ）において、レーザ光の熱をため込む材
料であって、即ち熱伝導率が低く半導体と反応しにくい
材料をこの上面に被膜（４）として形成した。

被膜（４）は導体においてはクロムを主成分とする金属
を電子ビーム蒸着法、絶縁体においては窒化珪素をプラ
ズマ気相法により形成した。

（１４） さらに第１図（Ｂ）と同様にＬＳにより第２の開＠　（
１８）を形成し、第１の電極（３７）の表面（８）を露
呈させた。加えて第２図（Ｂ）に示すごとき被膜（４）
をエツチング法により除去した。

クロムのエツチングは硝酸、第２セリユーム、アンモニ
ュームと過塩素酸と水との混合液により、また窒化珪素
のエツチングに熱燐酸により実施した。

かくして第２図（Ｂ）を得た。

さらにこの上面に第２の電極として導電性酸化物（４５
）、＜４５’＞をＩＴＯの電子ビーム蒸着法により作製
した。さらにクロムを主成分とする金属（４６）。

（４６′）を作製した。クロムの代わりにアルミニュー
ム、銀のごときクロムよりも導電性を有する反射性金属
をその上面に窒化珪素絶縁膜として形成してもよい。

かかる後、第２図（Ｃ）に示すごとき第３の開溝を形成
した。するとこの第３の開溝（２０）は半導体を損傷さ
せることなく近傍を選択的に除去することができた。加
えてこの表面により半導体の（１５） 開溝上部が薄く酸化され、酸化で絶縁物（３４）のパッ
シベイションが可能となった。

さらに第２図（Ｄ）は、第１図（Ｄ）に示す図面とパッ
シベイション用窒化珪素膜およびコーティング絶縁膜（
２２）を作製した。

またこのパネル例えば４０ｃｍ　Ｘ　６０ｃｍまたは６
０ｃｍ　ｘ２０ｃｍ、　４０ｃｍＸ１２０ｃ＋ｎを２ケ
、４ケまたは１ケをアルミサツシまたは炭素繊維枠内に
組み合わせることによりパッケージされ、１２０ｃｍ　
Ｘ　４０ｃｍのＮＥＤＯ規格の大電力用のパネルを設け
ることが可能である。

またこのＮＥＤＯ規格のパネルはシーフレックスにより
弗素系保護膜を本発明の光電変換装置の反射面側（図面
では上側）にはりあわせて合わせ、風圧、雨等に対し機
械強度の増加を図ることも有効である。

実施例１ 第１図の図面に従ってこの実施例を示す。

即ち透光性基板（１）として化学強化ガラス厚さ１．１
ｍｍ　、長さ１０ｃｍ、巾１０ｃｍを用いた。

さらにその上にテクスチャー化（繊維構造を有（１６） する）されたＣＴＦをＩＴ○１６００人士５ｎＯｚ３０
０　人を電子ビーム蒸着法により作製した。

さらにこの後、第１の開溝をスポット径５０μ、出力Ｉ
ＷのＹＡＧレーザをマイクロコンピュータにより制御し
て３ｍ／分の走査速度にて作製した。

さらにパネルの端部をレーザ光出力１Δにて第１の電極
用半導体をガラス端より１．５　ｍｍ内側で長方形に走
査しく第１図（１３’）に対応）、パネルの枠と素子と
の電気的短絡を防止した。

素子領域（３１）、（１１）は８ｍｍ巾とした。

この後公知のＰＣＶＤ法により第２図に示したＰＩＮ接
合を１つ有する非単結晶半導体を作製した。

その厚さは約０．６　μであった。

さらに、クロム（４）を電子ビーム蒸着法により３００
０人の厚さに作製した。かかる後、第１の開溝より１０
０　μ第１の素子（３１）をシフトさせて、スポット径
５０μφにて出力１−にて大気中にてＬＳにより第２の
開溝（１８）を第１図（Ｂ）に示すごとく作製した。

さらにこの基板全体を１／１０■Ｆに３０秒浸し、開（
１７） 溝部の酸化物絶縁物を除去し、ＣＴＦの表面（８）を露
呈させた。さらにこの全体にＣＯとしてＩＴＯを電子ビ
ーム蒸着法により平均膜厚１０５０人に、電子ビーム蒸
着法により作製して、第２の電極（３８）。

（３９）の一部（４５）、＜４５’）を形成させ、加え
てコネクタ（３０）を構成せしめた。

さらに第３の開溝（２０）を同様に第３のＬＳにより第
２の開溝（１８）より１００μのわたり深さに第１の素
子（３１）側にシフトして形成させ、第２図（Ｃ）を得
た。レーザ光は出力ＩＷとし、他は第２の開溝の作製と
同一条件とした。

この後、パッシベイション膜（２１）をＰＣＶＤ法によ
り窒化珪素膜を１０００人の厚さに２００℃の温度にて
作製した。

すると１０ｃｌＩＩＸ　１０ｃｍのパネルに１２段の素
子を連結し、有効面積８８％を作ることができた。

パネルの実効効率としてＡＭＩ　（１００ｍＷ／ｃＪ）
にて８．６％、出力０．８３Ｗを得ることができた。

本発明における透光性基板（１）として透光性有機樹脂
例えば住友ベークライト社のスミラード（１８） １１００を用い、さらに、上側も保護用有機樹脂（２２
）を重合わせることにより、有機樹脂シートの間に光電
変換装置をはさむ構造とすることができ、可曲性を有し
、きわめて安価で多量生産が可能になった。

本発明における第２の開溝は非単結晶半導体の金属を除
去した。しかしこれを一部とした開孔により、またはパ
ネルの周辺部の半導体を残し、内部にのみ開講を形成し
て連結部の周辺部でのそれぞれの素子間のショートを防
ぐ構成にさせることは有効である。

第１図〜第２図において、光入射は下側の透光性絶縁基
板よりとした。

しかし本発明はその光入射側を下側に限定することなく
、上側の電極をＩＴＯとして上側より光照射を行うこと
も可能であり、また基板もガラス基板ではなく可曲性透
光性有機樹脂基板を用いることは可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光電変換装置の製造工程を示す縦断面
図である。 （１９） ｌノ　ｌノ　Ｊ 特許庁長官　殿 ■、事件の表示 昭和５８年特許願第２２１１７１号 ２、発明の名称 光電変換半導体装置作製方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 昭和５９年２月８日 （発送日　昭和５９年２月２８日） ５、補正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄 ６、補正の内容 明細書第１９頁第２０行目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、絶縁表面を有する基板上の透光性導電膜に第１の開
   溝を形成して複数の第１の電極領域を形成する工程と、
   該第１の開溝および前記電極領域上に光照射により光起
   電力を発生する非単結晶半導体と該半導体上に絶縁膜ま
   たは金属膜とを形成する工程と、第１の素子の前記絶縁
   膜または金属膜と該膜下の半導体とにレーザ光を照射す
   ることにより前記透光性導電膜を露呈させて第２の開講
   を形成する工程と、第２の電極および前記第２の開溝に
   導電膜を形成して前記第１の素子の第１の電極と前記第
   ２の素子の第２の電極とを前記導電膜により連結せしめ
   たことを特徴とする光電変換半導体装置作製方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、非単結晶半導体上
   に残存した金属上に積層した該導電膜（１） により、第１の素子の第１の電極と前記第２の素子の第
   ２の電極とを連結せしめたことを特徴とする光電変換半
   導体装置作製方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、非単結晶半導体上
   の絶縁膜または金属膜は第２の開溝を形成した後除去す
   ることを特徴とする光電変半導体装置作製方法。 ４、特許請求の範囲第１項において、第１の電極を損傷
   させることなく露呈させて第２の開溝を形成したことを
   特徴とする光電変換半導体装置作製方法。