JPS60123072A - 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】 この発明は非単結晶半導体を用いたレーザ加工法による
光電変換装置に関する。

この発明は基板上の非単結晶半導体上に導電性酸化物と
その膜上にＡＩ　、　Ａｇ、　Ｃｕ、　Ｍｇ、　Ｔｉま
たはＣｒを主成分とする金属導電膜よりなる第２の導電
膜と、さらにその膜上に絶縁膜との積層膜を形成せしめ
、この積層膜にレーザ光を照射して、半導体を損傷させ
ることなくまたは１０００Å以下の深さにしか損傷また
は酸化、絶縁化させることなく選択的に積層膜を除去し
て第２の導電膜と絶縁膜とに概略同−形状の開溝を形成
する（以下レーザ・スクライブ即ちＬＳという）ことを
目的とする。

この発明は、ＰＮまたはＰＩＮ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、高い電圧を発生させる
光電変換装置における第２の電極の構造に関する。

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の素子の第
２の電極を互いに分離するための第３の開溝は、Ｎまた
はＰ型の非単結晶半導体層に密接して酸化インジューム
または酸化スズを主成分とする導電膜（以下ＣＯという
）を設け、該導電膜上に導電性金属とさらに絶縁膜とを
積層させた積層膜を形成せしめたことを特徴とする。

本発明は、半導体上に設けられた第２の電極用導電膜を
レーザ光を用いてスクライブせしめ、互いの電極に分離
形成せしめるものである。その際、１８００℃もの高温
のレーザ光の照射に対し、その下側の半導体特に水素化
アモルファス半導体が多結晶化され、導電性になってし
まうことを防ぐため、ＣＯ上に単層または多層の導電性
金属とこの金属上に絶縁膜を積層して、かかるＬＳによ
り第３の開溝下の半導体と化合物を作ったり、またこの
半導体のレーザアニールによる多結晶化を防いだもので
ある。

加えてコノ導電性金属として、ＡＩ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｇ
、ＴＩ。

Ｃｒを用い、この裏面電極（第２の電極）のシート抵抗
を０．５Ω／口以下としたことを特徴としている。

本発明では光電変換装置としての裏面電極が、この裏面
において入射光を反射させることが変換効率の向上に有
効であった。

このためＣＯに密接して反射率の高い１０００〜２００
０人の厚さのアルミニュームとした２層構造または０〜
５０人の厚さのチタンとその上面に１００〜５００人の
厚さの銀と、さらにその上面に５００〜５０００人の厚
さのアルミニュームとを積層させ４層構造としたもので
ある。

かかる２層または４層構造は裏面での光の反射を大きく
し、変換効率の向上に役立たせることができる。さらに
電気伝導度をシート抵抗を０．５Ω／口以下として向上
させるとともに、金属自体が柔らかいため半導体に歪ス
トレスを与えることがないという特長を有する。しかし
もっとも重要なマスクレスのレーザ加工の実施に関して
は、このＣＯおよび導電性金属のみの積層膜ではこの導
電膜のみまたはこの導電膜とその下の半導体のみを選択
的に除去して開溝を形成することがきわめて微妙であり
、工業的には不十分であった。本発明はこれらの特長を
考えつつ、マスクレスのレーザ加工を加工に量産性のマ
ージンを有して実効するため、この導体上に絶縁物を形
成した積層体とし、ＬＳＯ際のレーザ照射光の熱を外部
に放散、することを防いだものである。即ちこの導電膜
上に絶縁膜例えば窒化珪素、炭化珪素、酸化珪素（Ｓｉ
Ｏ，５ｉＯｚ）を３００〜５０００人の厚さに形成した
。特にレーザ光に対し昇華性を有すＳｉＯがその下側に
形成されるＣＯ，金属と同じ電子ビーム蒸着法で作製し
得るため好ましかった。

本発明は導電性金属としてさらにそのＬＳの操作スピー
ドを向上させるため、導電膜金属をＡＩ＋ＣｒまたはＴ
ｉ＋Ａｇ＋ＡＩ＋ＣｒとＬ７’ＦＣｌムを１００〜３０
００人好ましくは３００〜１０００人の厚さに導電性金
属と絶縁膜との間に介在させ、レーザ光の反射を少なく
させ効率よく導体を昇温させた。

ＣＯは半導体と導電性金属との長期間使用での反応によ
る劣化を防ぎ、入射光の反射を助長しつつかつ昇華性を
有する。しかしＣＯは透光性のためレーザ光の吸収が小
さい。またＡＩ等の導電性金属は電気伝導度が大きく、
シート抵抗として０．５Ω／口以下をつくることができ
た。また基板側からの入射光の反射に優れている。しか
し昇華性ではなく、レーザ光の吸収エネルギの平面方向
外方向への熱伝導度が太き（ＬＳ部での昇温を妨げやす
い。

加えて照射レーザ光の反射率が大きい。

ＳｉＯ等の絶縁膜は照射されるレーザ光の反射防止膜で
あり、導電膜の昇温のための熱エネルギを外部（外方向
）に放散してしまうことを防ぐことができる。さらにク
ロムをサンドウィンチすると、反射率がＡＩ、Ａｇより
はるかに小さくレーザ光の熱エネルギの効率よい吸収を
絶縁膜と相まって実施することができる。

以上のことより本発明の光電変換装置の裏面電極として
のＣＯ−導電性金属−絶縁物の構造はそれぞれの機能を
有するためにきわめて有効な積層膜構造である。

このためこれらの各膜を組合せることにより、ＬＳのレ
ーザ光の照射された開溝部下の非単結晶半導体を熱によ
り多結晶化させることなく、変換効率を向上させつつこ
の開溝部のＣＯとその上の金属を選択的に除去して複数
の電極をマスクを用いることなく作製することができた
。

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。

図面において絶縁表面を有する透光性基板（１〉例えば
ガラス板、有機樹脂または有機樹脂上に窒化珪素膜がコ
ーティングされた可曲性基板（例えば１．２ｍｍ　、長
さ〔図面では左右方向〕６ｏｃｔ１１、中２０ｃｍ）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ェーム中に１０重量％添加した膜
〉（約１５００人）　＋５１１０２　（２００〜５００
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レーザ加工機（日本レーザ製　波長１．
０６μまたは０．５８μ）または窒素レーザ加工機（日
本レーザ製　波長３３７ｒ＋ｍ　）により出方０．３〜
３Ｗ（焦点距Ｍ４５ｖａ　ｍ　）を加え、スポット径２
０〜７゜μφ代表的には５ｏμφ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）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）の上面にプラズ
マＣＶＤ法またはＬＰＣＶ　Ｄ法、光ＣＶＤ法またはこ
れらを組み合わせた方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０．２〜０．８μ
代表的には０．７μの厚さに形成させた。

その代表例はＰ型半導体（ＳｉｘＣ１−ｙ　ｘ＝Ｑ、８
約１００人）−Ｉ型アモルフブスまたはセミアモルフブ
スのシリコン半導体（約０．７μ）−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（
：、Ｈ−×ｘ　＝０．９約５０人を積層させて一つのＰ
ＩＮ接合を有する非単結晶半導体、またはＰ型半導体（
ＳｉｘＣｌ−ｘ）　Ｔ型、Ｎ型、Ｐ型Ｓｔ半導体−■型
５ｉｘＧｅ　Ｈ−ｘ半導体−Ｎ型Ｓｔ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
ＰＩＮＦＩＮ、、、、、ＰＩＮ接合の半導体（３）であ
る。

かかる非単結晶半導体（３）を全面にわたって均一の膜
厚また裏面で全反射をするように基板および半導体裏面
をテクスチャー構造として形成させた。

さらに第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ＬＳ部程により形成させた。

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

かくして第２の開溝（１８）は第１の電極の側面（８）
、（９）を露出させた。さらに同様に０〜５μの巾に第
１の電極の上端部（７）もＬＳの操作スピードにより作
製することができた。

第１図において、さらにこの上面に第１図（Ｃ）に示さ
れるごとく、裏面の積層膜（４）および連結部（コネク
タ）（３０）を形成し、さらに第３のＬＳでの切断分離
用の第３の閉ｍ　（２０）を第２の導電膜とその上の絶
縁膜との概略同一形状にして作製して得た。

この第２の電極（４）は本発明の特長である導電性酸化
膜（ＣＯＸ４５）、（４５’）をＰまたはＮ型の半導体
上に密接させて形成させた。その厚さは１００〜３００
０人の厚さに形成させた。

このＣＯとして、ここではＮ型半導体層と密接してＩＴ
Ｏ（酸化インジューム酸化スズを主成分とする混合物）
（４５）、＜４５’＞を形成した。このＣＯとして酸化
インジュームまたはＰ型半導体層に密接して酸化スズを
主成分として形成させることも可能である。

これらは電子ビーム蒸着法またはＰＣＶＤ決を用いて半
導体層を劣化させないため、３００℃以下の温度で形成
させた。

Ｇｏ　（４５）上の金属（４６＞、＜４６’＞として同
様の電子ビーム蒸着法により検討したものは以下の通り
である。

ＡＩ、八ｇ＋　ＣｕＭｇ、　Ｔｉ　、　Ｃｒを作製した
。それらは１　）　ＡＩ　（１０００〜５０００人）２
）　ＡＩ　（１０００〜５０００人）　−Ｃｒ　（１０
０〜３０００人）３）Ｔｉ（０〜　５０人）　−Ａｇ　
（１００〜１０００人）−ＡＩ　（１０００〜５０００
人） ４）Ｔｉ（０〜　５０人）　Ａｇ　（１００〜１０００
人）−ＡＩ　（１０００〜５０００人＞　−Ｃｒ　（１
００〜３０００人）として積層させた。このＡＩの代わ
りに同様に反射率の高いＭｇまたはＡｇを用いてもよい
。また０、７〜２μの長波長光の反射を促すため、Ｃｕ
をＡ１の代わりに用いることは有効である。一般の太陽
光、螢光灯光に対しては前記１）２）が低価格とするこ
とができ実用的であった。

さらにこの上面に、本発明の特長である絶縁膜（４７）
を酸化珪素（ＳｉＯまたは５ｉＯｚ＞、窒化珪素（Ｓｉ
ＢＮＪまたは５ｉＢＮ４＜　（０＜　ｘ　＜　４　＞、
炭化珪素（ＳｉＣｌ−Ｘ　（０＜　ｘ　＜　１　）　）
　’ｌｉ：１１１ｌミニ１１１子ヒームＩマたはプラズ
マ気相法により積層した。

かかる積層膜の構造とすることにより、本発明のＬＳで
は１０００Å以下（一般的には２００Å以下）の深さに
しか損傷または酸化絶縁化（３４）　Ｌないようにして
、第１の素子領域（３１）にわたって形成させることが
できた。

本発明のＬＳによる開溝で導電膜と絶縁膜とが概略同一
形状を有し得るわけとして以下のように考えられる。即
ち、昇華性のＣＯとその上面のアルミニュームまたはＡ
ｌ−Ｃｒと絶縁膜の多層膜とすることにより、レーザ光
照射の際、このそれぞれの成分が相互作用してＣＯが昇
華温度よりも高くなり、この熱が十分導電膜内に蓄えら
れ、はじけるようにして気化、飛散される。その結果、
この気化により気化熱を奪うため、その下のアモルファ
スシリコンを含む非単結晶半導体を多結晶化させたりま
た除去したりすることがなく、レーザ照射がされる対象
電極として本発明の積層膜は理想的であることが実験的
に判明した。

この工程の結果、第１の素子の開放電圧が発生ずる第２
の電極（３９）、＜　３８　）間の電気的分離の第３の
開溝（２０）をレーザ光　（２０〜１００μφ代表的に
は５０μφ）を形成させた。

かくのごとく積層膜（４）を第３のＬＳのし〜ザ光を上
方より照射して切断分離して開溝（２０）を形成した場
合を示している。

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）で直接接続する光電
変換装置を作ることができた。

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。

この後これら全体を希弗酸に浸漬し、パッド領域（５）
の絶縁膜を溶去した。

かくして照射光（１０）により発生した光起電力はコン
タクト（３０）の第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
。

その結果、この基板（６０ｃｍ　Ｘ　２０ｃｍ＋）にお
いて各素子を巾１４．３５ｍｍ連結部の中１５０μ、外
部引出し電極部の中１０ｍｎ＋、周辺部４ＬＩｍにより
、実質的に５８０ｍ１　Ｘ　１９２ｎ＋ｌ内に４０段を
有し、有効面積（１９２ＩＩＩＲ＋×１４．３５ｎ＋ｍ
　４０段１１０２　ｃＪ即ち９１．８％）を得ることが
できた。

そして、セグメントが１０．５％（１，０５ｃｍ）の変
換効率を有する場合、パネルにて７．３％（理論的には
７．８％になるが、４０段連結の抵抗により実効変換効
率が低下した＞＜ＡＭＩ　Ｃ１Ｃ１０Ｏ／ｃＪ）　）に
て、６．１−の出力電力を有せしめることができた。

さらにこのパネルで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％の低下しかみられなかった
。

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
件にで行う時、１０時間で動作不能パネル数が１７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図は光電変換装置の外部引出し電極部を示したもの
である。

第２図（Ａ）は第１図に対応しているが、外部引出し電
極部（５）は外部引出し電極（５７）に接触するパッド
（４９）を有し、このバンド（４９）は第２の電極（上
側電極＞　＜４５　）、＜　４６　）と連結している。

この時電極（５７）の加圧が強すぎてパッド（４９）が
その下の半導体（３）を突き抜け、第１の電極（２）と
接触しても隣の素子の第１の電極とがショートしないよ
うに開溝（１３°〉が設けられている。

また外側部は第１の電極、半導体、第２の電極を同時に
一方のＬＳにてスクライブをした開溝（５０）で切断分
離されている。

さらに第２図（Ｂ）は下側の第１の電極（２）に（８’
＞（７つ連結した他のパッド（４８）が第２の電極材料
により（１Ｂ’＞にて連結して設けられている。

さらにパッド（４８）は外部引出し電極（５８）と接触
しており、外部に電気的に連結している。

ここでも開溝（１Ｂ’＞、（２０つ、（５０）によりパ
ッド（４８）は全く隣の光電変換装置と電気的に分離さ
れており、（８′）にて第１の電極（２）と側面コンタ
クトを構成させている。

つまり光電変換装置は有機樹脂モールド（２２）で電極
部（５）、＜４５）を除いて覆われており、耐湿性の向
上を図った。またこのモールド（２２）をマスクとして
バンド（５）、＜５５）上の絶縁物がエツチングされ、
絶縁物はあるモールド材下にのみ残存されている。

またこのパネル例えば４０ｃｍ　Ｘ　６０ｃｍまたは６
０ｃｓ　ｘ２０ｃｍ、　４０ｃｍ　Ｘ　１２０ｃｍ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せ、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。

本発明において、基板は透光性絶縁基板のうち特にガラ
スを用いている。

しかしこの基板として可曲性有機樹脂または可曲性有機
樹脂、アルミニューム、ステンレス等上に酸化アルミニ
ューム、酸化珪素または窒化珪素を０．１−〜２μの厚
さに形成した複合基板を用いることは有効である。特に
この複合基板を前記した実施例に適用すると、酸化珪素
または窒化珪素がこの上面のＣＴＦを損傷して基板とＣ
ＴＦとの混合物を作ってしまうことを防ぐ、いわゆるブ
ロッキング効果を有して特に有効であった。

さらに本発明を以下に実施例を記してその詳細を補完す
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）として透光性有機樹脂の住人ベー
クライト社製のスミライト１１００　厚さ１００μ、ま
たは透光性ガラス厚さ１．１＋＋＋ｍ、長さ６０ｃｍ、
中２０ｃ＋ｗを用いた。

この上面に窒化珪素膜を０．１　μの厚さにＰＣＶＤ法
で作製しブロッキング層とした。

さらにその上にＣＴＦをＩＴ　０１６００人＋５ｎ０２
３００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１
讐のＹＡＧレーザをマイクロコンピュータにより制御し
て１２０ｃｍ　７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ＩＷにて第１の電極
用半導体をガラス端より５ｎ＋ｍ内側で長方形に走査し
、パネルの枠との電気的短絡を防止した。

素子領域（３１＞、（１１）は１５１１１ＩＩｌ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０．７μであった。

かかる後、第１の開溝より１００μ第１の素子（３１）
をシフトさせて、スポット径５０μφにて６９ｃｍ／分
の操作スピード出力ＩＷにて大気中でＬＳにより第２の
開溝（１８）を第２図（Ｂ）に示すごとく作製した。

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、さらにその上面にアルミ
ニューム（２０００人）およびクロムを５００人の厚さ
に電子ビーム蒸着法により作“製して、第２の電極（４
５）、コネクタ（３０）を構成せしめた。

さらにＳｉＯを電子ビーム蒸着法により１２００人の厚
さに積層して積層体とした。

さらに第３の開溝（２０）を同様に第３のＬＳをＹＡＧ
レーザを用い、ＩＷの出力５０μφ、操作スピード９０
ｃｍ／分形成させ、導電膜と絶縁膜とを概略同一形状に
開溝部で形成させ、第２図（Ｃ）を得た。

この後、パンシベイション膜（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２０ｃｍ　Ｘ　６０ｃｍのパネルに１５ｍｍ巾の
素子を４０段作ることができた。

パネルの実効効率としてＡＭＩ　（１００ｍＷ／ｃ＋ａ
）にて７．８％、出力６．１−を得ることができた。

有効面積は１１０２ｃｓＪであり、パネル全体の９１．
８％を有効に利用することができた。

この実施例においては、第１図（Ｄ）に示すごとく、上
側の保護用有機樹脂（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。

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。 第２図は本発明の他の光電変換装置の部分拡大をした縦
断面図である。 特許出願人 −一で一−Ｓ−（、−−シ　ＣＯ） アｌ　１１　ｒｌ （Ａ　）　ＣＢ　） 訊２■

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁表面を有する基板上の第１の導電膜と、該導電
   膜上の非単結晶半導体と、該非半導体上の第２の導電膜
   とを有する光電変換半導体装置において、前記第２の導
   電膜は酸化物導電膜上、該導電膜上のアルミニューム、
   銀、銅、マグネシューム、チタンまたはクロムを主成分
   とする単層または多層の金属導電膜とよりなり、さらに
   前記第２の導電膜上の絶縁膜とよりなる積層膜に設けら
   れた開溝は前記第２の導電膜と該導電股上の絶縁膜とが
   概略同一形状で設けられたことを特徴とする光電変換半
   導体装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、金属導電膜はアル
   ミニューム、銀、マグネシューム、銅の単層膜またはア
   ルミニューム−クロム、銀−アルミニューム、銀−アル
   ミニューム−クロム、チタン−銀−アルミニューム、チ
   タン−銀−アルミニューム−クロム、チタン−銀−アル
   ミニューム−クロムの多層の金属導電膜より選ばれてな
   ることを特徴とする光電変換半導体装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、金属導電膜上の絶
   縁膜は酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素または炭化珪素
   より選ばれたことを特徴とする光電変換半導体装置。