JPS61280680A - 半導体装置の製造方法 - 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】 イ）産業上の利用分野 本考案はレーザビームの如きエネルギビームを利用した
半導体装置の製造方法に関する。

ｒ：１）従来技術 半導体膜を光活性１とする半導体装置として太陽電池や
一次元元センチ等が存在する。

第１図は米国特許第４，２８１，２０８号に開示されて
いると共に、既に実用化されている太陽電池の基本構造
を示し、　（１１はガラス、耐熱プラスチック等の絶縁
性且つ透光性を有する基板、（２＆）（２１１１）（２
０）・・・は基板（１）上に一定間隔で被着された透明
電極膜、（３ａ　）　（５’ｂ　）　（３０）　・−は
各透明電極膜上に重畳被着された非晶質シリコン等の非
晶質半導体膜、（４３）（４１））（４０）・・・は各
非晶質半導体膜上に重畳被着され、かつ各右隣りの透明
電極膜（２１））（２０）・・・に部分的に重畳せる裏
面電極膜で、斯る透明電極膜（２ａ　）　（２１）　）
　（２０）−・・乃至裏面電極膜（４ａ）（４１））　
（４０）・・・の各瑣１体により元゛１変換領域（５ａ
）（５ｂ）（ｓｏ）・・・が構成されている。

各非晶質半導体膜（３１！Ｌ　）　（３１）　）　（！
Ｉ　Ｏ）　・・・は、その内部に例えば膜面に平行なＰ
ＩＮ接合を含み、従って透光性基板（１）及び透明電極
膜（１）（２ｂ）（２０）・・・を順次弁して光入射が
あると、光起電力を発生する。各非晶質半導体膜（３ａ
）（３ｂ）（３ｏ）・・・内で発生した光起電力は裏面
電極膜（４！Ｌ）（４’ｂ）（４０）・・・での接続に
より直列的に相加される。

通常、斯る構成の太陽電池にあっては細密加工性に優れ
ている写真蝕刻技術が用いられている。

この技術による場合、基板（１）上全面への透明電極膜
の被着工程と、フォトレジスト及びエツチングによる各
個別の透明電極膜Ｃ２＆）＜２’Ｆ３）Ｃ２ｏ）−＃）
分離、即ち、各透明ｔｔＭｖＡ（２！Ｌ）（２ｔ））（
２（）・・・の隣接間隔部分の除去工程と、これら各透
明電極膜上を含む基板（１）上全面への非晶質半導体膜
の被着工程と、フォトレジスト及びエツチングによる各
個別の非晶質半導体膜（５１Ｌ）（！１１））（３Ｇ）
・・・の分離、即ち、各非晶質半導体膜（３ａ）（３ｂ
）（３（）・・・の隣接間隔部分の除去工程とを順次経
ることになる。

然し乍ら。写真蝕刻技術は細密加工の上で優れてはいる
が、＠刻パターンを規定するフォトレジストのピンホー
ルや周縁での剥れにより非晶質半導体膜に欠陥を生じさ
せやすい。

特開昭５７−１２５６８号公報に開示された先行技術は
、レーザビームの照射による膜の焼き切９で上記隣接間
隔を設けるものであり、写真蝕刻技術で必要なフォトレ
ジスト、即ちクエットプロセスを一切使わず細密加工性
に富むその技法は上記の課題を解決する上で極めて有効
である。

レーザ使用の際に留意すべきことは、斯るレーザ加工は
本質的に熱加工であり、加工せんとする膜部分の下に他
の膜が存在しておれば、それに損傷を与えないことであ
る。さもなければ、目的の膜部分を焼き切った上、必要
としない下の膜まで焼き切ってしまったり、或いは炊き
切らないまでも熱的なダメ−ｙを与えてしまう。上記先
行技術は、この要求を満たすために、レーザ出力やパル
ス周波数を６膜に対して選択することを提案している。

然し乍ら、上記先行技術の第１の欠点は、被加工膜に於
けるレーザの加工閾値エネルギ密度はその膜厚によって
吸収率が変動するために一定とならず、従って斯る膜厚
による閾値エネルギ密度の変化を無視して加工を施すと
、レーザ出力が小さいと被加工膜の成るところに対して
は加工不足を生じ、またレーザ出力が大きいと下層の膜
をレーザビームが直撃するところが発生し、その箇所は
少なくとも熱的なダメージを被る。例えば波長１゜０６
、〆へのＱスイッチ付Ｎａ：ＹＡＧレーザにより非晶質
ノリコン系半導体／透明電極膜／透光性基板の構造にお
いて非晶質シリコン系の半導体膜を除去する場合の吸収
率（Ａ）１反射率（Ｒ）、透過率（Ｔ）と膜厚との関係
は第２図の通りであり、膜４友化幅約７００＾の範囲に
於いて吸収率（Ａ−ザにより半導体膜を加工する際、最
低吸収率（Ａ）である５％の膜厚であっても、その半導
体膜部分を加工できるようにレーザ出力を決定すると。

２０％の吸収率の膜厚を有する半導体膜部分に対しては
その膜厚部分の閾値エネルギ密度の４倍の出力のレーザ
ビームが照射されることになり、従って斯る半導体膜部
分に於ける下層に存在する透明電極膜の熱的ダメージは
免れない。同様に、最大吸収率（Ａ）である２０％にレ
ーザ出力を設定すると、最低吸収率（Ａ）付近の膜厚を
宵する半導体部分は、除去されず、切残しとなって存在
し。

セル出力の低下の原因となる。さらに第２の欠点は上記
先行技術では、非晶質半導体膜形成後、膜表面を露出の
まｔ、第２のレーザスクライプを行うため、はこυやち
シの膜表面への付着、膜の飛散物の再付着があシ、シャ
ント抵抗を増大きせ。

膜特性の劣化を゛招くことになる。また、空気中の湿気
やほこりによりはく離事故など信頼性の点で問題が生じ
る。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 本発明は大面積に対するへ〇密加工性に富むレーザビー
ムを使用したにも拘らず、半導体膜の膜厚に対する加工
しきい値エネルギー密度の変動（よυ加工不足や下Ｆ！
！にダメ−ｉ７を与えたりする要因を取り除くことにあ
る。また、半導体膜単独のスクライプ工程を省き、工程
を簡略化し簡単に第１電極膜と第２ｔ！極膜を接続する
方法を提供するものである。さらに半導体膜のスクライ
プ時に半導体層上面へのほこりやちりあるいは飛散物等
の付着によるンヤント抵抗の増大や、湿気等による膜質
の劣化を防ぐことにある。

に）問題点を解決するための手段 本発明製造方法は上述の問題点を解決するために、基板
の絶縁表面上の複数の領域に分割配置された複数の第１
電極膜を連続的に覆うべく半導体膜及び第２電極膜を重
畳被着した後、上記複数の領域に於いて第２電極膜及び
半導体膜をエネルギビームの照射により溶融し、この溶
融物を介して領域の異なる第１を極膜と第２電極膜を電
気的に接続したことを特徴とする。

（ホ）作　用 上述の如く半導体膜単独での分割工程を省略することに
よって、半導体膜の膜厚変化に対するエネルギビームの
加工エネルギ密度の変動を回避すると共に。半導体膜と
第２電極膜との界面状態を改善すべく作用する。

（へ）実施例 以下８３図乃至第１４図を参照して、本発明製造方法を
太陽電池の製造方法に適用した実施例につき詳述する。

第３図乃至第７図は本発明を実施せる太ＶＪ電池の製造
方法が工程別に示されている。第３図の工程では、厚さ
１ｓ１１〜３調面積１０備ｘｉｏ１〜４ＱａｉＸ４０Ｃ
＋１程度の透明なガラス等の基板αα上全面に、厚さ２
０００Ａ〜５０００Ａの酸化錫（Ｓｎ０２）から成る透
明電極膜（１１）が被着される。

第４図の工程では、隣接間隔部（ｉｌｌがレーザビーム
（ＬＢ）の照射により除去されて、個別の各透明電極膜
（１１ａ）（１１１））（１１Ｇ）・・・が分離形成さ
れる。使用されるレーザ装置は基板α〔にほとんど吸収
されることのない波長が適当であシ。

上記ガラスに対しては０．３５１ＩｒＰＬ−２，５μに
の波長のパルス出力型が好ましい。斯る好適な実施例は
。

波長約ｔ０６ス（れエネルギ密度１３　Ｊ　／　ｊ、パ
ルス繰返し周波数５ＫＥＬのＱスイッチ付きＮ（Ｌ　：
ＹＡＧレーザであ）、隣接間隔部σＤの間隔は約１００
ハに設定される。

第５図の工程では、各透明電極膜（１１ａ）（ｉｔｂ）
（ｔｔｃ）・・・の表面を含んで基板（ＩＧ上全全面光
電変換に有効に寄与する厚さ５０００Ａ〜７０００Ａの
非晶質シリコン（ａ−８１）等の非晶質半導体膜α２が
被着される。斯る半導体膜αりはその内部に膜面に平行
なＰＩＮ接合を含み、従ってよシ具体的には、シリコン
化合物雰囲気中でのグロー放電によＦ）Ｐ型の非晶質シ
リコンカーバイドが被着され１次いで１型及びＮ型の非
晶質シリコンが順次Ｎ１被着される。

ｆｆ１８図の工程は、先行技術において隣接間隔部ａコ
がＱスイッチの動作によってパルス的に出方されるレー
ザビームの照射によシ除去されて、個別の各非晶質半導
体膜（１２ａ）（１２１））（１２０）・・・が分離形
成されることを示している。斯るレーザビームの照射に
於いて留意すべきは、非晶質シリコン系の半導体膜ｕ３
の先行技術に開示された波長１０６．ρルのＱスイッチ
付きＮ（１：ＹＡＧレーザに対する吸収率（Ａ）１反射
率（Ｒ）及び透過率（Ｔ）の光学的特性が！２図の通シ
極めて悪いことである。そこで第９図は実際に波長（λ
）が１０６Ｐのパルス出力型レーザ装置を用いてａ−８
ｉ系半棉体膜ａ’ａｔ除去するに必要な閾値エネルギ密
度と膜厚との関係を測定したものであり破線は各波長（
λ）に於ける下層の透明電極膜σＤが熱的ダメージを受
ける閾値エネルギ密度ヲ示している。

この様に、従来の１．０６μへの波長ｔａするパルス出
力型レーザ装置を用いてａ　−３１系の半導体膜（１２
）を加工しようとすれば、その閾値エネルギ密度に於い
て透明電極膜（Ｉｌｌの熱的ダメージを受ける値以上の
箇所が与圧しておシ、斯る熱的ダメージを回避するため
にはレーザビームのエネルギ密度を小さくすれば今度は
逆に熱的ダメージを回避できたとしても半導体膜α２が
加工されない部分が発生するに至ったのである。

従って本発明にあっては、非晶質シリコン系半導りから
なる半導体膜α２の分割の技術的な困難さを８５１して
分割させないまｔ第６因の工程に移る。

第６図の工程では、半導体ＰＡσり・・・及び透明電極
膜（１１ａ）（１１１））（１１０）・Ｏ各露出部分を
含んで基板ａＱ上全全面４０００Ａ〜２杯程度の摩さの
アルミニウム単層構造、或いは該アルミニウムにチタン
（Ｔ１）又はチタン銀金Ｑ（ＴｉＡｇ）を積層した二層
構造、更には斯る二層構造を二重に積み重ねた裏面電極
膜（１３が被着される。

この工程により、半導体膜σ４が形成された直後。

その全面に裏面電極Ｌ１３が被着されるため、該半導体
＠（１２１面上にほこりが付着すること、スゲライブ時
の飛散物の再付着することによるシート抵抗の増大會防
ぐことができ、さらに半導体膜１１３の酸化空気中の湿
気などによる膜特性の劣化を防ぐことができる。第７図
の液絡工程では、同工程上で相隣り合う光電変換領域（
１４ａ）（１４１））（１４ｃ）の直列接続部及び隣接
間隔部１１ｊが裏面電極膜ｕ３上方よりレーザ照射され
た異なるエネルギ密度条件によ）形成される。ここでの
長所は加工閾値エネルギ密度が膜厚依存性をもたないこ
とである。例えば第１０図は波長１．０６Ｐのレーザビ
ームをアルミニウム単層構造からなる裏面電極膜ｕ３に
照射したときの膜厚依存性を吸収率（Ａ）及び反射率（
Ｒ）について解析したものである。この解析結果から、
アルミニウム単層構造の裏面電極膜（ｔ３の波長ｔ　Ｏ
６Ｐのレーザビームに対する吸収率（Ａ）は１０チ未満
と低率であるにも拘らず膜厚依存性がないことが判る。

即ち、先ず直列接続部ｔこレーザビーム（ＬＢＩ）を強
めのパワーで照射し裏面電極膜（１３１と半導体＠ｑｚ
を同時に溶させて対位置に存在し分割配置されていた透
明電極膜（ｔｔｂ）（１ｔａ）・・・と裏面電極膜０と
を電気的に接続する。

次にエネルギ密度を低減させたレーザビーム（Ｉ、Ｂ２
）を用いて裏面電極膜α３を個別の光電変換領域（１４
！Ｌ）（１４’ｂ）（１４ｅ）・・・毎に分割する。レ
ーザビーム（Ｌｎｌ）（Ｌｎｚ）のエネルギ密度の変化
はレーザビーム（ＬＢＩ）（ＬＢｌ）のスポット径を調
整するフォーカス位置の変化やアッテネータによシ簡単
に行なうことができる。この様に、裏面電極膜（１５ａ
）（１５１））・・・と透明電極膜（１１１１）（１１
０）・・・との電気的接続工程と、実質的に同一工程に
より、裏面電極膜αＪの隣接間隔部（１３’がレーザビ
ーム（ＬＢｌ）の照射により除去されて１個別の各裏面
電極膜（１３ａ　）　（１３ｔ）　）　（１３Ｑ　）　
−・・が形成される。

その結果、相隣シ合う光電変換領域（１４ａ）（１４１
）　）　（１４Ｑ　）　・・・の裏面電極膜（１３ａ）
（１３１）・・・と透明電極膜（１１ｔｌ）（１１（１
）・・・とが隣接間隔部に於いて結合し、上記光電変換
領域（１４＆）（１４１））（１４Ｃ）・・・は上記合
金膜ｒｉ！１９ｆ、介して電気的に直列接続される。

第１１図及び第１２図は本発明製造方法の第２の実施例
を説明するための断面図である。

この実施例の特徴は透明電極膜（１１１））（１１ｃ）
・・・と、裏面電極膜ａ３と半導体膜〔りの溶融物であ
るシリサイド合金膜（１５１との結合界面に両者の結合
状態を増強せしめる金属膜（１６１を配挿せしめたとこ
ろにある。即ち、第１実施例に於ける第５図の半導体膜
被着工程までに、透明電極膜住りとマツチング性の強い
Ｔｉ、ＴｉＡｇ等のＴ１系金属膜α６１を第１１図の如
くレーザＯＶＤ法、マスク蒸着法、フォトリワグラフイ
技法等の選択手法を用いて予め定められた接続部に配置
し、その後第７図と同じく半導体膜ａり上に連続して重
畳被着された裏面電極膜０に、その上方よりレーザビー
ム（ＬＢｌ）が照射されて上記接続部の金属膜（１６１
上に於ける裏面電極膜ｔ１３及び半導体膜＋１３が溶融
され、他方裏面電極膜ａ３の隣接間隔部０が低出力のレ
ーザビーム（ＬＢｌ）の照射によυ除去される。

第１３図及び第１４図は本発明製造方法の更に第３の実
施例を示している。

この実施例にあっては基板（１〔の絶縁表面に分割配置
された複数の透明電極膜（１１ａ）（１ｒｂ）（１１（
り・・・を連続的に覆うべく半導体膜〔２及び裏面電極
膜（１３を重畳被着した後、＄１６図の如く上記裏面電
極膜ａ３の接続予定箇所にＴｏｏの透明電極膜（ｔｔｂ
）１１ｃ）・・・とマツチング性の良い上記Ｔｉ系の金
属膜１１？）を選択形成し１次いでレーザビーム（ＬＢ
ｌ）の照射により金属膜ａη。

裏面電極膜Ｕ及び半導体膜ａａを溶融する。斯る三者の
溶融によりその溶融物であるシリサイド合金膜ｔ１υと
透明電極膜（１１１））（１１０）・・・が溶融接触す
るのみならず、金属膜住ηの溶融物、即ち蛍属膜が裏面
電極膜（１３１及び半導体膜１１７Ｊの溶融孔を貫通し
一部上記透明電極膜（１１ｂ）（ｔｔｏ）・・・と直接
結合する。この合金膜（１軌９を介さない直接結合はり
Ｉ１１実施例の裏面電極膜α３と透明電極膜（ｌｉｔ）
）（１１０）・・・との結合及び第２実施例の裏面電極
膜αＪと透明電極膜（１１１））（１１ｍ）・・・上の
位属膜四との結合に於いても若干発生し接触抵抗の低減
を図っている。この第３の実施例にあっては裏面電極膜
α３上に配置された金属膜１１？）としてＴ１系の金属
を選択すればＡｉ系の裏面電極膜ｕ３より反射率が低い
ために、接続部に於けるレーザビーム（ＬＢ２）の照射
と裏面電極膜００分割のためのレーザビーム（ＬＢ２）
の照射と同一（ト］　　発明の効果 本発明製造方法は以上の説明から明らかな如く。

分割配置された第１ｉ８ｉｉ膜上に半導体膜を全面に形
成させたＭ後に第２電極膜を形成し、隣接する半導体膜
を電気的に接続させる手段として、エネルギビームを用
いて、　第２を極膜上に照射して第２電極膜及び半導体
膜を溶融させて′＃１１電極膜と第２電極膜を溶着させ
たので、半導体膜の膜厚の変化に対する加工エネルギ密
度の変動を回避し得。

安定な製造が可能となる。また、工程を簡略化したため
安価な製造法を提供することができると共に、半導体膜
表面が直接露出するバターニング工程がないので半導体
膜と第２電極膜との界面状態を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は太陽電池の典型例を示す断面図、第２図はａ　
−８１系半導体膜に於ける光学的特性の膜厚依存性を示
す特性図、第３図乃至第７図は本発明方法を適用した第
１の実施例である太陽電池の製造工程を工程別（示した
断面図、′ＩＪＩＩｓ図は従来法を適用した太陽電池の
製造工程の一部を示す断面図、第９図はａ−１９１系半
導体膜に於ける除去加工閾値エネルギ密度の膜厚依存性
を示す特性図。 第１０図は裏面電極膜に於ける光学的特性の裏面電極膜
の膜厚依存性を示す特性図、′！ＪＪ１１図乃至第１４
図は本発明方法を適用した′＠２．第２．実施例である
太陽電池の製造工程を工程別に示した断面図を、夫々示
している。 （１（１−・基板、（１１ａ）（１１ｔ））（１１０，
）・・・透明電極膜、（１２）（１２１Ｌ）（１２ｂ）
（１２ａ　）−−−ａ−８ｉ系半導体膜、（１３）（１
５１Ｌ）　（１３ｂ　）　（１３ｏ　）　＝裏面電極膜
、（１７１）　（１４１１１）　（１４ａ　）−ｆｔ、
ＭＬｌｌＬ換領域、　ｕｓａｓ−・・シリナイド合金膜
、（ＬＢ）（ＬＢｌ　）（ＬＢ２）・・・レーザビーム
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板の絶縁表面上の複数の領域に分割配置された
   複数の第１電極膜を連続的に覆うべく半導体膜及び第２
   電極膜を重畳被着した後、上記複数の領域に於いて第２
   電極膜及び半導体膜をエネルギビームの照射により溶融
   し、この溶融物を介して領域の異なる第１電極膜と第２
   電極膜を電気的に接続したことを特徴とする半導体装置
   の製造方法。