JPS60231372A - 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】 本発明は金属膜に３００〜３０００人の薄さを有せしめ
、レーザ光の熱エネルギを横方向に伝導放散させること
を防ぐとともに、下側には熱伝導率のき（２） わめて小さい有機樹脂膜を配設し、かかる被加工物にレ
ーザ光（Ｑスイッチパルス）を照射し、開港または開孔
を形成する方法に関する。

この発明は、光照射により光起電力を発生しうる接合を
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、有機樹脂の絶縁表面を有する基板特に可曲
性を有する基板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た、高い電圧の発生の
可能な光電変換装置の作製方法に関する。

本発明は有機樹脂表面上にアルミニュームまたはアルミ
ニュームを主成分とする金属を配設し、この導電膜をレ
ーザ光でスクライブする（以下単にＬＳという）ことに
より開講または開孔を形成し、この導電膜を複数の領域
に分離し、電極を形成せんとするものである。即ち、半
導体装置の電極材料として反射性を有すること、レーザ
加工を施しやすくするため昇華性を有し、かつ熱伝導率
が小さいこと、加えてこの後の半導体の積層等の工程に
際し、上下の材料と合金を作らないいわゆる耐（３） 熱性を有することがきわめて重要な要件である。

反射性を有し、電気伝導度に優れたアルミニュームまた
はアルミニュームを主成分とする金属（以下アルミニュ
ームまたはＡＩという）とその上に酸化インジューム、
酸化スズを主成分とする透光性導電膜（以下ＣＴＦとい
う）を積層した構造を有モ・しめ、特にこのＡｌ下の基
板の上層部の絶縁物の熱伝導度が無機絶縁物よりも５〜
１０倍も小さい有機樹脂絶縁物としたことにより、レー
ザ加工性を有し、反射率が高＜　（４００〜８００ｎｍ
の範囲で９０％以上）、シート抵抗が低く　（０，５〜
１Ω／口八０００人の厚さ）、かつその上の半導体との
非反応性用および反射防止膜用にＣＴＦとを積層した構
造とせしめたものである。

従来、レーザ加工を行うための金属膜としてクロム４１
体（純度９９．９％以上）を電極として用いることが知
られている。しかしこの金属クロムはその反射係数が小
さいいわゆるブラック・クロムとなってしまう。また硬
度が大きいため絶縁被膜上に形成され、熱処理（２００
℃、２時間）を行うと微小（４） のクランクが発生してしまう。

このため、電極用の被膜としてはある程度の柔らかさを
有することが光電変換装置の下側電極である第１の電極
としてはめられている。加えてレーザ光の照射された開
溝周辺部の残差物がその近傍に散在しないことがレーザ
加工が行われる導電膜として重要な要件である。

このためにはアルミニュームは優れた材料である。しか
しこのアルミニュームは熱伝導率が大きく　（有機フィ
ルム０．２２Ｗ／ｍＫ、クロム９０．３Ｗ／ｍＫ、ガラ
ス１．４讐／ｍＫ、アルミニューム２３７讐／ｍＫ）か
つ昇華性を有さない。その結果、一般にはレーザ加工用
の被加工材料としては不適当であると考えられていた。

特にこのアルミニュームがガラス基板等の無機絶縁物上
に形成された場合には開溝が充分に形成されず、さらに
周辺には酸化アルミニュームの残差物が残ってしまった
。

本発明はこれらの欠点を除去するためになされたもので
ある。

即ち、本発明は、金属膜の横方向への熱拡散を（５） 少なくするため、その薄さを３００〜３０００人とし、
また可曲性（フレキシブル）の金属箔の母材の苗土に耐
熱性有機樹脂絶縁被膜を０．１〜５μの厚さにコートし
た絶縁性表面を有する耐熱性可曲性基板シート（以下単
に基板という）を用いたものである。

そしてこの本発明の被加工物にＬＳ用のレーザ光例えば
波長１．０６μまたは０．５３μ好ましくは６００ｎｍ
以下の波長のＱスイッチがかけられたＹＡＧレーザ（焦
点距離４０ｍｍ、レーザ光径２０〜７０μ）を照射させ
た。

さらにそれを０．０５〜５ＩＩｌ／分例えば３０ｃｍ／
分の操作速度で移動せしめ、有機樹脂に損傷を与えるこ
となく金属膜（以下特にその代表例としてアルミニュー
ムを記す）に開港または開孔を作製することができた。

以下にさらにかかる加工方法を用いた光電変換半導体装
置について記す。

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（６） 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の
パターンを基として記す。

（７） この有機樹脂の熱伝導率を他の材料と比較すると以上の
ごとくである。

このことより、有機樹脂はすべて熱伝導率が低く無機絶
縁物の代表例であるガラスの１７５シか有さない。その
結果、その厚さが０．１　μ以上あればレーザ光の熱エ
ネルギを下側の金属箔に伝播せず保存できることがわか
った。

このため金属膜に対しレーザ光（６０）を照射すると、
第１図（八）に示されるごとく、金属箔（６）とその上
の有機樹脂（７）とよりなる基板に被加工物（２）を形
成してレーザを照射した時、下方向の熱損失（６１）横
方向の熱損失（６２）　、　（６２”）、上方向の熱損
失（６３）が存在する。

第１図において、クロムが被加工物であった場合は横方
向の熱転ｉ　（６２）　（６２′）が少なく、かつ昇華
性を有するため、下方向の熱転ｉ　（６１）がガラス基
板程度を有していても、十分な開講を得ることができた
。

しかしこの被加工物がアルミニュームの場合、下方向の
熱伝導がガラスにあっては開溝を十分得（８） ることができず、特にこのアルミニュームの厚さを３０
０〜２０００人のごとく横方向への熱伝導が少ない条件
にしても残差物が残ってしまった。これはレーザ光の光
エネルギにより照射部を蒸発温度よりも高い温度にさせ
ることができず、溶けた状態である程度で保存されてし
まうためと推定される。

しかし本発明において、この基板を有機樹脂膜（７）と
するならば、この下方向での熱伝導（６１）がガラスの
１１５となるためアルミニュームのごとき横方向の熱伝
導（６２）　（６２’　）が大きい材料でもレーザ加工
を行うことができることを実験的に見出したものである
。

さらにこの場合第１図（八）の構造よりもさらにこのア
ルミニューム（６７）上に透光性導電膜（６８）、即ち
、昇華性を有し、熱伝導度が余り大きくなく特にレーザ
光に対し反射防止膜となる材料を形成する第１図（Ｂ）
はさらにその加工性の向上に優れていた。

この材料として、ＩＴＯ＋５ｎＯｚ＋酸化チタン、クロ
ムシリサイド、ニッケルシリサイド等の非酸化物（９） 透光性導電膜も用いることができる。

第２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、絶縁表面処理がなされた金属箔の可曲性
基板（６）例えば１０〜２００μ一般には２０〜５０μ
の厚さのステンレス箔にポリイミド樹脂（７）を０．１
〜５μ一般的には約１．５　μの厚さに形成された基板
（１）であって、長さく図面では左右方向）６０ｃｍ　
、中２０ｃｍを用いた。さらにこの上面に全面にわたっ
て第１の導電膜（２）を形成させた。即ちアルミニュー
ムを３００〜３０００人の厚さに、さらにその上に酸化
スズ膜を１０００人の厚さにスパッタ法、特にマグネト
ロンＤＣスパッタ法により形成させた。

さらに、透光性導電膜として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またはＩ
ＴＯ（酸化スズ・インジュ−ム）（１５）（５０〜２０
００人代表的には５００〜１５００人）をマグネトロン
スパッタ法により形成させて、第１の導電膜とした。こ
のため同一スパッタ装置でターゲットを金属例えばアル
ミニュームと５ｎＯｚとにするこ（１０） とにより大気圧にすることなく連続しての形成が可能と
なった。

この第１の導電膜としてのアルミニュームは、金属膜が
後の２５０℃、３時間の熱処理工程で半導体中に逆拡散
してしまうことを防ぐため、酸化スズ（１３）のブロッ
キング層は有効であった。さらにこの酸化スズはその上
面のＰ型半導体層と、またこれをＩＴＯとするとその上
面のＮ型半導体層とのオーム接触性に優れており、加え
て入射光のうちの長波長光の裏面電極（第１の電極）で
の反射による実質的な光路長を大きくする時の反口・１
効果を向上させるためにも有効であった。

この後、このＷ板の上側より、ＹＡＧレーザ加工機（日
本電気製）により平均出力０．３〜舖（焦点距離４０ｍ
ｍ）を加え、スポット径２０〜７０１１φ代表的には４
０μφをマイクロコンピュータにより制御卸して上方よ
りレーザ光を照射し、その走査によりスクライブライン
用の第１の開溝（１３）を形成させ、各素子間領域（３
１）、　（１１）に第１の電極（３７）を作製した。

（１１） ■、Ｓにより形成された開溝（１３）は、ｒｌ約５０μ
長さ２０ｃｍであり、深さはそれぞれ第１の電極を構成
させるために完全に切断分離した。

かくして第１の素子（３１）および第２の素子（１１）
を構成する領域の巾は５〜４０ｍｍ例えば１５ｍｍとし
て形成させた。

この後、この上面にプラズマＣＶＤ法、フォトＣＶＤ法
またはＬＰＣＶＤ法により光照射により光起電力を発生
する非単結晶半導体即ちＰＮまたはＰＩＮ接合を有する
水素またはハロゲン元素が添加された非単結晶半導体層
（３）を０．３〜１．０μ代表的には０．７１！の厚さ
に形成させた。

その代表例はＰ型（ＳｉｘＣ＋−ＸＯ＜　ｘ　＜　１　
）半導体（約３００人）（４２）　−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０．７　
μ）（４３）−Ｎ型の微結晶（粒径約２００人）を有す
る半導体（４４）よりなる一つのＰＩＮ接合を有する非
単結晶半導体、またはＮ型微結晶珪素（約３００人）半
導体−Ｉ型半導体（約０．７　メｔ＞　−Ｐ型微結晶化
Ｓｔ半導体（約２００人）−Ｐ型５ｔｘＣ＋−ｘ（約５
０人　ｘ　＝０．２（１２） 〜０．３）半導体である。

かかる非単結晶半導体（３）を全面にわたって均一の膜
厚で形成させた。

さらに第２図（１１）に示されるごとく、第１の開溝（
１３）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１、Ｓ工程により形成させた。

かくして第２の開講（１８）は第１の電極の側面または
側面と−Ｌ端面（８）　、　（９）を露出さゼた。

さらに本発明は、第１の電極（３７）の透光性導電膜（
］５）さらに金属膜（５）の表面のみを露呈させてもよ
いが、製造歩留りの向」二のためにはレーザ光が０．１
〜１誓例えば０．８判で多少ばらついてもよいように、
この第１の電極（３７）の深さ方向のすべてを除去した
。　その結果、側面（８）（側面のみまたは側面と上面
の端部）に第１図（Ｃ）で第２の電極（３日）のＩＴＯ
とコネクタ（３０）で連結させてもその接触抵抗は酸化
物−酸化物コンタクト（酸化スズ−ＩＴＯコンタクト）
となりその界面に絶縁物バリア（絶縁物）が形成されな
いため、長期使用において抵抗が増大する等の異常がな
く、実用上杆（１３） ましいものであった。

第２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、表面の第２の導電膜（５）およびコネクタ
（３０）を形成した。

この後、第３のＬＳにより切断分離をして複数の第２の
電極（３９）　、　（３Ｂ）をアイソレイションして形
成し、第３の開溝（２０）を得た。

この第２の導電膜（４）は透光性導電膜（ＣＴＦ）　（
４５）を用いた。

このＣＴＦとして、ここではＮ型半導体と良好なオーム
接触をするＩＴＯ（酸化インジューム酸化スズを主成分
とする混合物）（４５）を９００〜１５００人の厚さに
形成した。このＣＴＦと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った。この結果、半導体に密接
して第２の電極（３Ｂ）　、　（３９）を有せしめた。

このＣＴＦとしてクロム−珪素化合物等の非酸化物導電
膜よりなる透光性導電膜を用いてもよい。

これらは電子ビーム蒸着法またはスパッタ法、フォ）Ｃ
ＶＤ法、フォト・プラズマＣＶＤ法を含むＣＶＤ（１４
） 法を用い、半導体層を劣化させないため、２５０℃以下
の温度で形成させた。

さらにこの第３の開溝の深さを単に第２の電極のみを除
去するのみでなくその下の半導体層（３）を含め同時に
除去し第１の電極をもその一部に露呈せしめることによ
り、アイソレイション（２０）を施した。これはレーザ
光がガウス分布をし、開溝形成の際の１．ｓの照射強度
（パワー密度）のバラツキにより、第２の電極の一部が
残存して、電気的に２つの素子が分離できなくなること
を防ぐために有効であった。

かくして第２図（Ｃ）に示されるごとく、複数の素子（
３１）　、　（１１）を連結部（４）で直列接続する光
電変換装置を作ることができた。

第２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る。即ちパッシベイション膜とし
てプラズマ気相法またはフォト・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、各素子間のリーク電流の湿気等の吸着によ
る発生をさらに防いだ。

（１５） さらに外部引出し端子（２３）を周辺部に設けた。

斯くして照射光（１０）に対しこの実施例のごとき基板
（６０ｃｍ　Ｘ　２Ｏｒ、ｍ）において、各素子を中１
４．３５ｍｍＸ１９２　ｍｍの短冊上に設け、さらに連
結部の中１５０ｍｍ、外部引出し電極部の巾１０ｍｍ、
周辺部４ｍｍにより、実質的に５８０ｍｍ　Ｘ　１９２
ｍｍ内に４０段を有し、有効面積（１９２ｍｍ　Ｘ　１
４．３５ｍｍ　４０段１１０２ｃｍ”即ち、９１．８χ
）を得ることができた。

その結果、セグメントが１０．８％（１，０５ｃｍ２）
の変換効率を有する場合、パネルにて５．８％（理論的
には７．３％になるが、４０段直列連結の抵抗により実
効変換効率が低下した（ＡＭＩ　Ｃ１Ｃ１０Ｏ／ｃｍ２
）　）にて、３８．０Ｗの出力電力を有せしめることが
できた。

またさらにこのパネル例えば４０ｃｍ　Ｘ　４０ｃｍま
たは６０ｃｍ　Ｘ　２０ｃｍを３ケまたは４ヶ直列にア
ルミサツシの固い枠内またカーボン・ブラックによる可
曲性枠内に組み合わせることによりパッケージさせ、１
２０ｃｍ　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。

（１６） またこのＮＥＤＯ規格のパネル用にはシーフレックスに
よりガラス基板の裏面（照射面の反対側）に本発明の光
電変換装置の上面をはりあわせて、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。

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。

即ち絶縁性被膜を有する金属箔基板（１）として約５０
μの厚さのステンレス箔の表面にポリイミド樹脂をＰＩ
Ｑを用いて１．５μの厚さにコー１−　した基板長さ６
０ｃｍＸ１］２０ｃ＋＋を用いた。

さらにその上にアルミニュームをマグネトロンＤＣスパ
ッタ法法により１２００人の厚さに形成し、さらにその
上面に５ｎ０２を１０５０人の厚さに同じ装置でのマグ
ネトロンＤＣスパッタ法により作製した。

次にこの後、第１の開溝をスポラ１〜径５０μ、出力０
．５−のＷＡＧレーザーをマイクロコンピュータにより
制御して０．３χ分の走査速度にて作製した。

（１７） 素子領域（３１）、　（１１）は１５ＩＩＩＩＩｌ巾と
した。

この後公知のＰＣＶＤ法、フォトＣＶＤ法またはフォト
・プラズマＣＶＤ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。

その全厚さは約０．７μであった。

かかる後、第１の開講をテレビにてモニターして、そこ
より５０μ第１の素子（３１）側にシフトさせ、スポッ
ト径５０μ、平均出力０．５Ｗ、室温、周波数３ＫＩｌ
ｚ、操作スピード６０ｃｍ／分にてＬＳにより第２の開
溝（１４）を作製した。

かくして得られた半導体全体上に、ＣＴＦであるＩＴＯ
をスパッタ法により平均膜厚７００人に作製して、第２
の導電膜（５）およびコネクタ（３０）を構成せしめた
。

さらに第３の開溝（２０）を同様にＬＳにより第２の開
溝（１４）より５０μ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。

この時第３の開溝の深さは図面に示すごとく、その底部
は第１の電極の表面にまで至っていた。

このため、ＣＴＦおよび半導体層は完全に除去さく１８
） れていた。

レーザ光は平均出力０．５−とし、他は第２の開溝の作
製と同一条件とした。

かくして第２図（Ｃ）を作製した。

第２図（Ｃ）の工程の後、パネルの端部をレーザ光出力
１−にて第１の電極、半導体、第２の電極のすべてをガ
ラス端より４ｍｍ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。

この後、パッシベイション膜（２］）をＰＣＶＤ法また
はフォト・プラズマＣＶＤ法により窒化珪素膜を１００
０人の厚さに２５０℃の温度にて作製した。

すると２０ｃｍ　Ｘ　６０ｃｍのパネルに１５ｍｎ＋中
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八Ｍｌ　（１００ｍＷ／ｃｍ２
）にて６．７％、出力５８．２Ｗを得ることができた。

有効面積は１１０２ｃｍ２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。

実施例２ 基板としてステンレス箔厚さ３０μ川上にＰＩＯコート
処理をした大きさ２０ｃｍ　Ｘ　６０ｃｍを用いた。さ
ら（１９） に一つの電卓用光電変換装置を５ｃｍ　Ｘ１ｃｍとして
５個同一基板上に直列に連結して作製した。

第１の電極はアルミニュームとした。ＩＴＯを同様のス
パッタ法で形成し、下側の第２の電極をＬＳにより形成
した。

さらに下側よりＮＩＰ接合を有する非単結晶半導体を実
施例１と同様に積層した。この後、裏面に水銀灯にて光
照射を行い１０００Å以下の深さの表面近傍を多結晶化
させた。さらに第２の電極をＰ型半導体上に酸化スズ（
５００人）を用いて作った。その他は実施例１と同様で
ある。

連結部は１００μとし、外部電極とは第１図（Ａ）（Ｂ
）の左端、右端を外部引き出し電極構造として設けた。

すると２５０ケの電卓用装置を一度に作ることができた
。

５．６％の実効変換効率以上を良品として螢光打丁５０
０　ｌｘでテストをした。

その結果７６％の最終製造歩留りを得ることができた。

（２０） これは従来方法においては４０〜５０％しか得られず、
かつ連結部の必要面積が大きかったことを考えると、き
わめて有効なものであった。

その他は実施例１と同様である。

さらにこのシートより切断する場合、１０〜１５Ｗの強
いパルス光を用いたＬＳにより自動切断が可能となった
。

この実施例においては、上側の光照射側に透光性保護用
有機樹脂（２２）例えば２Ｐ（紫外線照射により硬化す
る樹脂）を重合わセることにより、金属層と有機樹脂と
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。

本発明において、３００〜３０００人の薄さの金属膜と
してアルミニューｌ、を主として示した。しかしアルミ
ニュームに任意の添加物を加えたアルミニューム合金、
例えばジュラルミン、また銅、または珪素が添加された
アルミニューム合金であっても本発明の有機樹脂膜を形
成する場合は同様にレーザ加工性を有していた。さらに
反射率、電気伝（２１） 導度を考慮しなくてもよいならば、クロム、ステンレス
、ニッケル、モリブデン、チタン等の材料であっても、
本発明構造とするならばレーザ加工が可能であった。ま
たこの金属膜をアルミニュームとその上にチタンを１０
〜３００人（平均）形成した多層膜であっても、その厚
さが３０００Å以下であるならば残差物がほとんどない
状態でのレー加工が可能であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザ加工の原理を示す縦断面図であ
る。 第２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。 特許出願人 （２２）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、有機樹脂の絶縁表面を有する基板」二に、３００〜
   ３０００人の薄さを有する金属膜または該金属膜上の透
   光性導電膜とよりなる導電膜を形成し、前記金属膜にレ
   ーザ光を照射して開溝または開孔を形成することを特徴
   とする半導体装置作製方法。 ２、有機樹脂の絶縁表面を有する基板上に、３００〜３
   ０００人の薄さを有する金属膜または該金属膜と該金属
   膜上の透光性導電膜とを形成する工程と、前記第１の導
   電膜にレーザ光を照射して第１の開溝を形成し、前記第
   １の導電膜を複数の所定の形状に分割して複数の第１の
   電極を形成する工程と、該電極および前記開溝上に光照
   射により光起電力を発生させる非単結晶半導体を形成す
   る工程と、該半導体にレーザ光を照射して第２の開講ま
   たは開孔を（１） 形成する工程と、前記半導体および上記第２の開溝上に
   透光性導電膜を形成する工程と、該工程後、第２の導電
   膜にレーザ光を照射して前記第２の導電膜およびその下
   側の半導体を同時に除去して第３の開溝を形成し、複数
   の第２の電極を構成せしめることにより光電変換用半導
   体装置を作製することを特徴とする半導体装置作製方法
   。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項において、金属
   膜はアルミニュームまたはアルミニュームを主成分とし
   て有機物絶縁表面上に形成されたことを特徴とする半導
   体装置作製方法。 ４、特許請求の範囲第１項および第２項において、有機
   膜は０．１〜５メツの厚さを有して金属箔基板上に形成
   されたことを特徴とする半導体装置作製方法。