JPS60253281A - 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】 「産業の利用分野」 この発明は、半導体上面またはこの上の透光性導電膜上
にクロム合金を形成し、かかるクロム合金にレーザスク
ライブ加工を施す半導体装置の作製方法に関する。

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
半導体にて、絶縁表面を有する基板にレーザスクライブ
法を用いて光電変換素子（単に素子ともいう）を複数個
電気的に直列接続した、高い電圧の発生を可能とする光
電変換装置の作製方法に関する。

ｒ従来の技術」 従来、光電変換装置の電極としてアルミニュームが用い
られている。しかしこのアルミニュームはマスクを用い
て電極を形成する場合には適しているが、レーザ加工法
を用いたマクスレスプロセスでは本来酸化性気体または
珪素半導体との化学反応性が強く、かつ非昇華性材料で
あるため不適当な材料であった。

またこのためレーザ加工性を有する材料としてクロムを
用いる方法が本発明人により提案されている。このクロ
ム（純度９９．９％以上）はレーザ加工性に優れ、レー
ザスクライブ後その開溝部には金属残差物が残らないと
いう特長を有する。

「発明が解決しようとする問題ｊ 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、半導体またば透光性導電膜膜（ＣＴＦ）上に形成さ
せ、熱処理（２００′ｃ　、　２時間）を行うと微小の
クラック（Ｘ１００〜Ｘ　４００の金属顕微鏡で観察さ
れる）がスクライブ近傍または凹凸の段差部に多数発生
し、ひいてはクロム膜と半導体との界面よりピーリング
（剥離）現象が発生してしまう。

このため、電極用の被膜としてはある程度の柔らかさを
有するとともに半導体または透光性導電膜と密着性を有
する材料であることが半導体装置特に光電変換装置の裏
面側電極である第２の電極としてめられている。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
散在し付着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。

「発明が解決するための手段」 本発明はかかるクロム単体の持つ多くの欠点が除去され
た新材料として、銅または銀を添加したクロム合金即ち
Ｃｕ−Ｃｒ合金またはＡｇ−Ｃｒ合金を用いたものであ
る。

さらに本発明はこのＣｕ　Ｃｒ合金またはＡｇ−Ｃｒ合
金における銅または銀は０．１〜５０重量％に添加した
ものとした。かかる金属を半導体上または半導体上の透
光性導電膜上にスパッタ法特にマグネトロンＤＣスパッ
タ法にて形成したものである。

１作用」 本発明は、かかるクロム合金を水素またはハロゲン元素
が添加された非単結晶半導体上または透光性導電膜上に
形成し、電極材料としたことにより、そのシート抵抗を
５Ω／口以下一般には０．２〜２Ω／口を有し、優れた
光学的反射特性を有し、かつ機械的に柔らかい即ち下側
に形成されている生埋体材料等に機械的ストレスを加え
ない材料であり、そしてレーザ加工性に優れた材料とし
て見出したものである。

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のパターンを基と
して記す。

そしてこの規定された位置にＬＳ用のレーザ光例えば波
長１．０６μまたは０．５３μのＱスイッチがかけられ
たパルス光ＹＡＧレーザ（焦点距離４０１、レーザ光径
２０〜７０μ周波数１〜３０ＫＨｚ）好ましくは０．６
μ以下のパルス光（パルスデュレイション５〜５０ｎ秒
）を照射させる。

さらにそれを０．０５〜５ｍ／分例えば０．３ｍ／分の
操作速度で移動走査（スキャン）せしめ、前工程と従属
関係の開溝または開孔を作製せしめる。

実施例１ 第１図は、本発明のＣｕ−Ｃｒ（クロム・銅合金）、Ｃ
ｕ−Ａｇ（クロム・銀合金）を従来より公知のクロム単
体とその反射率を比較したものである。

第１図（八）は絶縁被膜表面上にクロム単体（５０）　
。

銅を２．５重量％添加したもの（５１）　、銅を５０重
量％添加したもの（５２）をその波長を４００〜８００
ｎｍの範囲で反射率の関係において示している。

さらに第１図（Ｂ）はガラス基板上にＩＴＯを１５００
人の厚さに形成し、その上に銅をＯχ添加（いわゆるク
ロム単体）（５３）、２．５重量％添加（５４）、５０
χ添加（５５）を１１００人の厚さに形成したもので、
４００〜８００ｎＩ１１の波長範囲に関し、ガラス面側
からの反射即ち照射光がＩＴＯを経てクロム合金で反射
させガラス面より外へ反射されてくる反射を調べたもの
である。

これらいずれの場合においても、本発明のクロム合金を
用いると、広い波長範囲で１０％以上も反射率が大きく
なったことがわかる。特に４００〜６００吐の短波長光
での向上が著しく、クロム単体即ちブラック・クロムに
比べて著しく反射率が向−１ニしたことがわかった。こ
れは目視観察においても深みのある黒白色よりいわゆる
金属銀白色の反射性に変わっていることから明らかでも
あった。このＣｕ、Ａｇはクロムと原子半径が１０％以
下しか違わず、その結果、任意の量でのアロイ（合金化
）を作り得る。しかしその反射率の向上を考えると、０
．１重量２以上添加することが必要であり、レーザ加工
性を考えると５０重量％以下実用的には１〜１０重量％
の範囲が適していた。また５１重量％以上添加する場合
には、レーザ加工に関して熱伝導率の高い銀または銅の
物性が強く出てしまうため、レーザ加工の際のパルス・
デュレイションを３０ｎ秒以下または照射光の波長をエ
キシマレーザを用い４００ｒｕｎ以下にすることにより
加工性を保証することが必要であった。即ち一般に用い
られる０、５〜１．１μの波長を用いる場合、量産性を
考えると５０重量％以下であることが適当であった。

本発明において、Ｃｕ−Ｃｒ合金、へｇ−Ｃｒ合金の被
膜形成にばマグネトロンＤＣスパッタ法を用いた。条件
はアルゴンでスパッタし、高速排気をタライオボンプを
用いて行うことによって１〜３Ω／口の値を１０００〜
１３００人の厚さで得ることができ、光電変換装置用の
電極としての５Ω／口以下のシート抵抗を得ることがで
きた。これらの合金を電子ビーム蒸着法によって作るこ
とも可能である。しかしかかる方法においては、そのシ
ート抵抗が１０〜２０Ω／口を１５００〜２０００人の
厚さで得たのみであった。さらに、本発明の合金をを用
いることによりクラックの発生を除去できる程度の柔ら
かいクロム合金であって、かつそのシート抵抗が小さく
、加えて反射率が大きい電極材料を作ることができるこ
とがわかった。

「実施例２」 以下に第２図に従って本発明を用いた光電変換装置の詳
細を示す。

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、透光性を有し、かつ絶縁表面を有する基
板（１）例えばガラスまたは透光性有機膜例えばＰＥＳ
またはｌ’ＥＴを用いた。ここではガラス基板１０ｃｍ
　Ｘ　１０ｃｍを用いた。

この基板上に弗素が添加された酸化スズを上面（９） に有する透光性導電膜を公知の電子ビーム蒸着法または
スパック法により５００〜３０００人の厚さに形成させ
た。

この後、この基板の上側より、ＷＡＧレーザ加工機（日
本電気製）により平均出力０．３〜３Ｗ　（焦点距離４
０ｍｍ）を加え、スポット径２０〜７０μφ代表的には
４０μφをマイクロコンピュータにより制御して上方よ
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。

レーザスクライプ（ＬＳ）により形成された開溝（１３
）は、巾約５０μ長さｌ　Ｏｃｍであり、深さはそれぞ
れ第１の電極間のアイソレイションを完全にするため開
溝部にＣＴＦの残差物がないように切断分離した。

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５〜４０ｍｎ＋例えば８．３ｍＪ
ｒｌ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ＬＰＣＶ　Ｄ法により光照射により光起電力を（
１０） 発生する非単結晶半導体代表的にはＰＮまたはＰＴＮ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．Ｏｔｔ代表的には０．
７μの厚さに形成させた。

その代表例はＰ型（ＳｉｘＣ１−、Ｏ＜　ｘ　＜　］　
）半導体（約３００　人）−Ｔ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０．７μ）　ｐ４
型の微結晶（粒径約２００人）を有する半導体（約５０
０人）よりなる一つのＰＩＮ接合を有する非単結晶半導
体、または基板側よりＮ型微結晶珪素（約３００人）半
導体−Ｉ型半導体（約０．７μ）−Ｐ型徹結晶化Ｓｉ半
導体（約２００人）−Ｐ型Ｓｉ、Ｃ，−ｘ（約５０人　
ｘ＝０．２〜０．３）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（Ｉｔ）に示されるごとく、第１の開講（
１３）の左方向側（第１の素子側）にわたって第２の開
講（１４）を第２のＬＳＩ程により形成させた。

かくして第２の開ａ（１４）は第１の電極の側面または
側面（８）と上端面（９）を露出させた。

（１１） この第２の開講は半導体の両端をも切断することなく、
１つまたは複数の開孔としてその一部の半導体を２つの
領域にて互いに連結させてもよい。

その結果、側面（８）（側面のみまたは側面と上面の端
部）に第２図（Ｃ）において透光性導電膜（ＣＴＦ）を
第２の電極（３８）の一部として形成した。ここではＩ
ＴＯ（１５）を電子ビーム蒸着法で形成した。そしてこ
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−ＴＴＯ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、長期使用において接触抵抗が増大する
等の異常がなく、実用上好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２図（Ｃ）に示さ
れるごとく、このＣＴＦ表面上に第２の導電膜（２５）
を実施例１に示すごとくここでは銅を２．５重量％添加
したクロムを主成分とする金属膜（クロム合金）をマク
ネトロンスパッタ法により１１００人の平均厚さくシー
ト抵抗１．４Ω／口）をもって形成した。

（１２） この後、第３の１．５により切断分離をして複数の第２
の電極（３９）　、　（３８）をＬＳによりアイソレイ
ションして形成し、第３の開講（２０）を得た。

この第２の導電膜（５）は透光性導電膜（ＣＴＦ）　（
１５）および本発明のクロム合金（２５）との積層体ま
たはクロム合金のみの単層体を用いた。

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）　（１５）を３００〜１５００人の厚さ
に形成した。このＣＴＦとしてＰ型半導体」二には酸化
スズを主成分として形成させることも有効であった。こ
の結果、半導体に密接して第２の電極（１５）　、　（
２５）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。

このクロム金属は銅または銀が０．１〜５０重量％添加
されたクロム合金の金属膜（２５）を３００人〜０．５
μの厚さ代表的には１０００〜１５００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。

（１３） さらにこの第３の開講の深さは、ＣＴＦおよびクロム合
金の２層膜導電膜においては非単結晶半導体を同時にス
クライブすることなく半導体を何等損傷させることなく
その一ヒ面またはそのごく近傍（〜２００人）までの深
さで開溝を形成させることができた。

他方ＣＴＦを形成せず、半導体上に密接してさらにクロ
ム合金を形成する場合においては開講形成の際この第２
の半導体のクロム金属のみを選択的に除去するではなく
、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。（図面はＣＴＦとクロム合金
よりなる電極の場合を示す）これはレーザ光がガウス分
布をし、開溝形成の際、上側の昇華性を有し、熱伝導度
がアルミニュームに比べて小さく、加えて耐酸化性を有
するクロム合金をその下側の昇華性を有する材料のＩＴ
Ｏ（クロム合金単層膜にあっては珪素半導体）が気化と
同時に弾き飛ばすようにして開溝を作る機構（メカニズ
ム）に起因するものと推定される。

（１４） 即ち被加工面を２つの層として捉えることによって第２
の導電膜をアイソレイションさせたものである。

かくして第２図（Ｃ）に示されるごとく、複数の素子（
３１Ｌ（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。即ちパンシベイション膜とし
てプラズマ気相法、充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。

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
（］Ｏｃｍ　Ｘ　１０ｃｍ）において、各素子を中８　
、３＋ａｍ×９４開の短冊状に設け、さらに連結部の中
１５０μｍ、外部引出し電極部の中３ｍｍ、周辺部３１
により、実質的に１００ｍｍ　Ｘ　１００ｍｍ内に１１
段を有し、有効面積（８，３ｍｍ　Ｘ９４ｍｍ　１１段
８５．８ｃｍ２即ち、８．６（１５） ％）を得ることができた。

その結果、セグメントが１１．３％（１，０５ｃｍ”）
の変換効率を有する場合、基板には９．４％（理論的に
は１０．３％になるが、１１段直列連結の抵抗により実
効変換効率が低下した（＾旧（１００ｍＷ　／ｃｍ”　
）　）にて、８．３Ｗ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　１２０ｃｍ
または６０ｃｎ＋　Ｘ　２０ｃｍを１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
、１２０ｃｍ　×４０ｃ、ｍの１ｔＥＤｏ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。

「効果ｊ 本発明において、かくのごとくにしてクロム合金を用い
ることにより光電変換装置における長波（１６） 長兄の裏面電極の反射を助長させることができ、その結
果光電変換装置としての変換効率の向上を促すことがで
きた。

加えて、かかる場合クロム合金の厚さは３００〜３００
０人一般には約１０００人の薄さであるため、電極価格
が安価となり、またそのシート抵抗も１〜３Ω／口であ
るため集積化しても直列抵抗の増加に実質的に寄与しな
いという特長を有する。

さらに重要なことは、１５０℃、４０００時間の高温放
置テストにおいて、クロム合金の成分が耐熱性のためア
ルミニューム電極においてみられるごとく半導体中に異
常拡散（マイグレイジョン）しショート不良を発生させ
ることがない。

これらの多くの特長がレーザ加工法にすることに加えて
他の特長として取り上げることができる。

本発明において、クロム合金として銅を主として示した
。しかし銀合金も同様の特性を得、また銅と銀とを同時
に混合した合金とし、クロムに対しその原子半径が１０
％以内しか異ならない金属材料を添加することにより作
られたクロム金属は同（１７） 様にレーザ光に対しての昇華性を有し、かつ反射率の大
きい導電膜の作製が可能であった。

本発明において半導体装置として光電変換装置を示した
。しかし本発明の電極を発光素子、フォトセンサ、絶縁
ゲイト型電界効果半導体装置等に用いることも有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクロム合金に対する光の反射率の基礎
特性を示す。 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 株式会社半導体エネルギー研究所 代表者　山　崎　舜　平 （１Ｂ） 、Ｊ　Ｏ ＯＪ　−ノ 堅串イン肴ｉ イΦ４畿肴３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体表面」−に銅または銀が０．１〜５０重量％
   添加されたクロムを主成分とする金属の導電膜、または
   前記半導体上の透光性導電膜と、該膜上の前記金属の導
   電膜とよりなる導電膜を形成し、該導電膜にレーザ光を
   照射して複数の領域に分割することを特徴とする半導体
   装置作製方法。 ２、絶縁表面を有する基板上に透光性導電膜を形成する
   工程と、前記第１の導電膜にレーザ光を照射して第１の
   開講を形成し、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形成する工程と、前記
   半導体および上記第２の開溝上に銅または銀が０．１〜
   ５０重量％添加されたクロムを主成分とする金属の導電
   膜または前記半導体−ヒの透光性導電膜上に前記クロム
   を主成分とする金属の導電膜により第２の電極を形成す
   る工程と、該工程後、第２の導電膜にレーザ光を照射し
   て第３の開講を前記第２の導電膜に形成することにより
   複数の第２の電極を有する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、銅ま
   たは銀が添加されたクロムを主成分とする金属はスパッ
   タ法により水素またはハロゲン元素が添加された非単結
   晶半導体または透光性導電膜上に形成されたことを特徴
   とする半導体装置作製方法。