JPH01230272A - 半導体装置の製法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体装置の製法に関する。さらに詳しくは、
簡易な工程によりアモルファスシリコン系太陽電池の裏
面電極に完全なパターンを形成することのできる半導体
装置の製法に関する。

［従来の技術および発明が解決しようとする課題］ 従来より、集積化のためにレーザ光などのエネルギービ
ームを利用して裏面電極のパターン化が実施されている
。

しかしながら、裏面電極のレーザパターニングは作業難
度が高く、安定生産ができないという欠点がある。した
がって、エツチング法やリフトオフ法といった他の方法
を採用せざるをえず、このばあいには処理工程の増大、
生産性の低下による製造コストの一ヒ昇および歩留りの
低下という別の問題を発生していた。

この問題を解決するため本出願人はさきにアモルファス
シリコン系太陽電池の半導体層または裏面電極を形成す
る際に用いられる製膜装置を提案している（特願昭６２
−１１９３７２）。この装置は、第１図に示されるよう
に、基板（１）を収容するＣＶＤ　）レー本体（２）と
、該トレー本体（２）の基板（１）の収容部の上方に膜
形成面と実質上密着するように張設されたワイヤ（３）
と、背板（４）、ばね（５）、背板押え（６）および背
板押え治具（７）からなる固定手段と、ワイヤ（３）の
張力を調節する張力調節ネジ（８）と、基板（１）の位
置決め治具（９）とから構成されている。前記製膜装置
では基板の膜形成面に密着するよう細線のワイヤが張設
されているので、製膜と同時にパターン化を行うことが
でき、従来のパターニング工程を不要とし、それにより
大幅なコストダウンを図ることのできるものである。

しかしながら前記製膜装置によりパターン化するばあい
、とくにスパッタリング法により裏面電極をパターン化
するばあい、まわり込みが発生しやすいが、まわり込み
を防止するためのワイヤ調整が困難であり、そのためま
わり込みにより分離が不完全となるという問題があった
。

本発明は前記の点を改善しかつ簡易な工程により裏面電
極の完全なパターン形成を可能とする半導体装置の製法
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の半導体装置の製法は、基板上にパターン状に透
明電極、アモルファスシリコン系半導体層および裏面電
極をこの順序で形成する半導体装置の製法であって、裏
面電極のパターニングが、裏面電極にパターン線を透明
電極に到達しない深さに、好ましくはアモルファスシリ
コン系半導体層に到達しない程度の深さに形成する形成
工程と、該工程でえられたパターン線の底部に残存した
裏面電極を除去し透明電極またはアモルファスシリコン
系半導体層を露出させる除去工程により行われることを
特徴としている。

［実施例］ つぎに本発明の半導体装置の製法を説明する。

板ガラスなどの基板上にプラズマＣＶＤ法、スパッタリ
ング法、蒸着法などにより酸化スズなどからなる透明電
極を形成し、前記透明電極をレーザスクライブ法などに
よりパターン化したのち、前記基板を前述した特願昭０
２−１１９３７２号に開示されている製膜装置のワイヤ
マスクの張設されたＣｖＤトレーに固定し、プラズマＣ
ＶＤ法などによりアモルファスシリコン層が、通常の条
件で製膜されると同時にパターン形成がなされる。また
はワイヤマスクを用いずプラズマＣＶＤ法などにより通
常の条件でアモルファスシリコン系半導体層を製膜した
のち、レザースクライビング法、エツチング法などによ
りパターン形成が行われる。

しかるのち、通常の条件で、スパッタリング法、蒸着法
などによりＭ、、　Ｃｒ、　Ａｇなどの裏面電極を製膜
する。

このようにしてえられた裏面電極に裏面電極をパターン
に分割するための満（以下「パターン線」という）を透
明電極に到達しない深さに、好ましくはアモルファスシ
リコン系半導体層に到達しない程度の深さに形成する。

パターン線の形成は、機械的スクライビング、エネルギ
ービームスクライビングなどにより行うことができる。

機械的スクライビングに際しては、ガラスカッターなど
裏面電極の分割位置に前記パターン線を形成できるもの
であればいかなるものを用いてもよい。

エネルギービームスクライビングには、レーザビーム、
イオンビーム、電子ビームなど裏面電極の分割位置に前
記パターン線を形成できるものであればいかなるものを
用いてもよいが、真空中、大気中のどちらにも使用でき
、また容易にパルス発振ができるという点でレーザビー
ムを用いるのが好ましい。レーザビーム発生装置の具体
例としては、Ｑスイッチ付ＹＡＧレーザ、Ｑスイッチ付
ルビーレーザ、Ａｒレーザなどがあげられるが、とくに
これらに限定されるものではない。

またレーザビーム発生装置としてＱスイッチ付レーザを
用い、基本波（１，０Ｇ　虜）で使用するばあい、パル
ス周波数１〜１５ｋｌｌｚ　、平均出力０．０５〜１０
Ｗ１　シングルモードまたはマルチモードおよびパルス
幅５０〜ｆ３００ｎｓｅｃで運転するのが好ましく、ま
たＱスイッチ付ＹＡＧレーザを用い、第２高調波（５３
２ｎｍ）で使用するばあい、パルス周波数３〜５ｋＨ２
、平均出力０．０５〜Ｉ　Ｗ。

パルス幅２０〜５００ｎｓｅｃで運転するのが好ましい
。

前記工程によりパターン線の形成が終了したのち、パタ
ーン線底部に残存している薄い裏面電極を除去し透明電
極またはアモルファスシリコン系半導体層を露出させる
。

パターン線底部に残存している薄い裏面電極を除去する
方法としては、ウェットエツチング法、プラズマエツチ
ングなどのドライエツチング法、逆スパッタリング法な
どを採用することができる。

ウェットエツチング法によるばあい、たとえば裏面電極
としてＮを用いるときはリン酸、酢酸、硝酸および純水
の混合液中に基板全体を浸漬し、パターン線底部に残存
している薄い裏面電極を除去することができる。しかる
のち基板全体を純水で洗浄し乾燥する。前記混合液の容
積比は一例を示すならばリン酸、酢酸、硝酸、純水の順
に１８：２：１：１である。この容積比はＮ全体の膜厚
、パターン線の深さまたは幅に応じて適宜選定すればよ
く、たとえばパターン線の深さがアモルファスシリコン
系半導体層まで到達しない様な浅いばあいは容積比がリ
ン酸、酢酸、硝酸、純水の順に３２：４：２＝１の混合
液を用いるのが好ましい。

混合液の液温は、パターン線の底部に残存しているＮ電
極以外のＮ電極を過剰に除去するのを防ぐ点およびエツ
チングの制御のしやすさの点より１０〜４０℃のあいだ
であるのが好ましく、とくに２０〜３０℃のあいだであ
るのが好ましい。

エツチング時間はパターン線の底部に残存しているＮ電
極以外のＮ電極を過剰に除去するのを防ぐ点およびエツ
チングの制御のしやすさの点より１０秒〜５分のあいだ
であるのが好ましく、とくに３０秒〜１分のあいだであ
るのが好ましい。

なお、エツチング液としては前記した混合液以外に希塩
酸、ＫＯＩ＋水溶液または塩化第２鉄、濃塩酸および純
水との混合液なども好適に用いることができる。

裏面電極がＣｒまたはＡｇであるばあい、パターン線の
底部に残存している薄い裏面電極の除去は、使用するエ
ツチング液が［ｉ極のそれと異なる点を除いてＮ電極の
エツチングと同様に行うことができる。

すなわち、Ｃｒ電極のエツチング液の組成は、硝酸第２
セリウムアンモニウムｌｏｎｇに対し、過塩素酸２０〜
３０ｍ１．純水３００〜１０１００Ｏの範囲のものを用
いることができ、好ましい組成の一例として過塩素酸２
８ｍ１．純水４００　ｍｌをあげることができる。また
、へｇ電極のエツチング液の組成は、無水クロム酸３０
〜５０ｇ　、濃硫酸１０〜３０ｍ１および純水１０００
〜５０００ｍｌの混合液または３０〜ｅｏｗｔ、％硝酸
第２鉄水溶液の範囲のものを用いることができ、好まし
い組成の一例として無水クロム酸４０ｇ１濃硫酸２０ｍ
１および純水２０００ｍ１の混合液または５５ｗｔ、％
硝酸第２鉄水溶液をあげることができる。

なお、裏面電極を構成する金属のアモルファスシリコン
系半導体層中への拡散を防止するために二層構造の裏面
電極を形成するばあい、たとえばＣｒ（２０−１００人
）　／Ｎ１（１０００〜　ｔｏｏｏｏ人）のばあいも前
記同様にパターン形成を行うことができる。このばあい
は、Ｃｒ電極とＮ電極の除去を同時に行ってもよくまた
Ｎ電極の除去とＣｒ電極の除去を別々に行ってもよい。

同時に行うときは、エツチング液としてたとえば希塩酸
または希硫酸を用いることができる。

その他の金属電極すべてについてもこの方法と同様の方
法でパターン形成を行うことが可能である。

つぎに本発明の半導体装置の製法を実施例に基づいて説
明するが、本発明はもとよりかかる実施例にのみ限定さ
れるものではない。

実施例１ 厚さ　２，０■で大きさが　１５０ｍＩｌ！Ｘ　　４４
０ｍｍの青板ガラス上に６０００人の酸化スズの透明電
極をプラズマＣＶＤ法により形成し、えられた透明電極
をレーザビームを用いて所定のパターンに分離した。そ
ののちグロー放電分解法によって透明電極側から基板温
度１３０℃、圧力１．０Ｔｏｒｒにてｐ型アモルファス
シリコン層を１５０人、基板温度１８０℃、圧力０．５
Ｔｏｒｒにてｉ型アモルファスシリコン層を６０００人
、基板温度ｉ　ｓ　ｏ　”ｃ、圧力１．０Ｔｏｒｒにて
ｎ型微結晶シリコンを３００人形成した。

次に、レーザビームを用いてアモルファスシリコン層の
一部を除去し、透明電極の一部を露出させ、この露出し
た部分も含めて、スパッタリング条件、Ａｒ圧力６　Ｘ
　１Ｏ−３Ｔｏｒｒ、基板温度８０’Ｃにて５０００人
の厚さのＮを形成した。そののち、鋼製カッターベンを
アモルファスシリコン層にダメージを与えない様に高さ
を調整してｘ−Ｙテーブルに固定した。モしてｘ−Ｙテ
ーブルを移動させることにより、ＭＭ極の分離したい部
分にパターン線を形成した。さらに、パターン線を形成
した部分のＮを完全に除去するために、基板全体をリン
酸４００　ｍｌ、酢酸５０ｍ１、硝酸２５ｍ１、純水２
５ｍ１の溶液中に、液温２０℃で６０秒浸漬した。

このエツチングした基板を純水で洗浄し乾燥したのち、
パターン線の観察を行った。Ａｌの導通部分は認められ
ず、また精密投影機を用いてアモルファスシリコン層が
露出している部分の最小パターン幅を測定すると１７本
平均で１２５ｍ＋であった。

また、パターン線部以外のエツチングによるＡｆｌ電極
の減少は１５０人〜３００人であり、半導体装置の性能
に影響を及ぼすものではなかった。

以上の様にして１枚の基板上に１８個の光起電力素子が
直列につながった太陽電池を作製し、ＡＭ−１，５近似
のパルスシミュレータにより性能を測定した。結果を第
１表に示す。

実施例２ 実施例１の鋼製カッターペンでパターン線を形成する代
りにＱスイッチ付ＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３
２ｎｍ）を用いて、Ｎ電極にパターン線を形成した。用
いたレーザ条件は、平均出力０．２１３　Ｗ、　Ｑスイ
ッチ周波数３ｋｌ！、テーブルスピード５０ａｍ／ｓｅ
ｅ、である。パターン線形成後のエツチング条件はエツ
チング時間を３０秒とした以外は実施例１と同様である
。エツチングののちＮ電極の導通部分は認められず、ま
た精密投影機を用いてアモルファスシリコン層が露出し
ている部分の最小パターン幅を測定すると１７本平均で
１７０−であった。パターン線部以外のエツチングによ
るＭ電極厚の減少は、　１００〜２００人であった。え
られた太陽電池の性能を実施例１と同様の方法で測定し
た結果を第１表に示す。

比較例Ｉ Ｍ電極のパターン形成を、パターン線を形成することな
く、通常の化学エツチングで行った以外は、実施例１と
同様の条件で太陽電池を作製した。えられた太陽電池の
性能を第１表に示す。

第１表より、本発明によりえられた太陽電池は従来の技
術によりえられたものと同等もしくはそれ以上の性能を
存していることがわかる。

［以下余白］ 第　　１　　表 ［発明の効果］ 以上説明したとおり、本発明の半導体装置の製法による
ときは、裏面電極のパターン形成が簡易かつ確実に行う
ことができ、従来のレーザスクライブ法のように透明電
極および（または）アモルファスシリコン系半導体層に
損傷を与えることもなく、ワイヤマスクを用いていない
ためワイヤの調整を不要とし、またレーザスクライブに
おける条件設定も厳密に行う必要もなく、さらに通常の
エツチング法におけるレジスト塗布、レジスト硬化、レ
ジスト除去といった複雑な工程も不要となるという効果
かえられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本出願人がさきに提案した特願昭６２−１１９
３７２号に係る製膜装置の一実施例の平面図、第２図は
第１図の製膜装置に基板をセットした状態の（Ａ）−（
＾）線拡大断面図である。 （図面の主要符号） （１）二基　板 （２）　　：　　　ＣＶＤ　　　　ｌ−し　−（３）；
ワイヤ （８）；・張力調節ねじ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　基板上にパターン状に透明電極、アモルファスシリ
   コン系半導体層および裏面電極をこの順序で形成する半
   導体装置の製法であって、裏面電極のパターニングが、
   裏面電極にパターン線を透明電極に到達しない程度の深
   さに形成する形成工程と、該工程でえられたパターン線
   の底部に残存した裏面電極を除去しアモルファスシリコ
   ン系半導体層を露出させる除去工程により行われること
   を特徴とする半導体装置の製法。 ２　前記形成工程が機械的スクライビングにより行われ
   る請求項１記載の製法。 ３　前記形成工程がエネルギービームスクライビングに
   より行われる請求項１記載の製法。 ４　前記除去工程がエッチングにより行われる請求項１
   、請求項２または請求項３記載の製法。 ５　前記エッチングがウェットエッチングである請求項
   ４記載の製法。 ６　裏面電極がＡｌであり、エッチング液がリン酸、酢
   酸、硝酸および純水の混合液、希塩酸、ＫＯＨ水溶液ま
   たは塩化第２鉄、濃塩酸および純水の混合液である請求
   項５記載の製法。 ７　裏面電極がＣｒであり、エッチング液が硝酸第２セ
   リウムアンモニウム、過塩素酸および純水の混合液であ
   る請求項５記載の製法。 ８　裏面電極がＡｇであり、エッチング液が無水クロム
   酸、濃硫酸および純水の混合液、硝酸第２鉄水溶液、ア
   ンモニア水および過酸化水素水の混合液または希硝酸で
   ある請求項５記載の製法。 ９　裏面電極がＣｒおよびＡｌの二層構造である請求項
   ５記載の製法。 １０　裏面電極がＡｇおよびＡｌの二層構造である請求
   項５記載の製法。 １１　前記エッチングがドライエッチングである請求項
   ４記載の製法。 １２　前記ドライエッチングがプラズマエッチングであ
   る請求項１１記載の製法。 １３　前記除去工程が逆スパッタリングにより行われる
   請求項１、請求項２または請求項３記載の製法。