JPH0518277B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 この発明は、PNまたはPIN接合を少なくとも
１つ有するアモルフア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をレーザ
を用いて作製する方法に関する。 〔従来の技術およびその問題点〕 半導体装置作製方法の１つとしてレーザスクラ
イブを用いるものがある。これはコンピユータ制
御さたレーザ光により、半導体や導電膜を加工・
除去して装置を形成するため、マクスレスプロセ
スとなり、特に光電変換装置の多量生産には適し
た作製方法であつた。 従来は光電変換半導体装置の酸化物導電膜上に
は単に光の反射性金属である銀またはアルミニユ
ームが用いられていた。しかし、これらは昇華性
（レーザ光により気化し易い）の金属でなく、か
つ熱伝導率が大きいため、レーザスクライブを行
い得る材料としては不適当であることが判明し
た。 さらに銀は酸化物導電膜と密着性が悪く、容易
にはがれてしまう。アルミニユームは酸化物導電
膜と界面で酸化反応して酸化アルミニユーム絶縁
物になつてしまう。これらのことより、酸化物導
電膜上の各層の改良が求められていた。 〔発明の目的〕 この発明は、レーザスクライブによつて半導体
装置を作製するに際し、酸化物導電膜を良好にス
クライブする方法を提供することを目的とする。 〔問題を解決する手段〕 上記の問題を解決するために、本願発明は、基
板上の非単結晶半導体上に、該半導体に密接した
酸化物導電膜と、上表面にマグネトロンスパツタ
法にて形成された、クロムを主成分とする金属膜
とを有する多層膜を形成する工程と、前記多層膜
にレーザ光を照射して前記多層膜を選択的に除去
することにより開溝を形成する工程とを有するこ
とを特徴としている。 また本願発明は、絶縁表面を有する基板上の導
電膜にレーザ光を照射し第１の開溝を形成して複
数の第１の電極領域を形成する工程と、該第１の
開溝および前記電極領域上にPNまたはPIN接合
を少なくとも１つ有する非単結晶半導体を形成す
る工程と、前記各第１の電極領域上の前記半導体
にレーザ光を照射して前記半導体を選択的に除去
して前記第１の電極を露呈せしめる第２の開溝を
形成する工程と、前記半導体上および前記第２の
開溝内に酸化物導電膜と上表面にマグネトロンス
パツタ法によつて形成されたクロムを主成分とす
る金属膜とを有する多層膜を形成する工程と、前
記多層膜にレーザ光を照射して前記多層膜を選択
的に除去して第３の開溝を形成して複数の第２の
電極領域に分離する工程とを有し、これにより、
前記第１の電極領域の各々に、前記第１の電極、
半導体、第２の電極が積層された素子が形成され
るとともに、前記素子の内の１つの素子とそれに
隣接する素子が直列接続されたことを特徴として
いる。 この発明は基板上の非単結晶半導体上に酸化物
導電膜とその上面にマグネトロンスパツタ法を用
いてクロムを主成分とする金属膜とを有する多層
膜を形成せしめ、この多層膜にレーザ光を照射す
ることで、該膜下の半導体に損傷をさせることな
くまたは500Å以下の深さにしか損傷させること
なく選択的に除去して開溝を形成することを可能
とするものである。 本発明の装置における素子の配置、大きさ、形
状は設計仕様によつて決められる。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、ＰまたはＮ型の非単結晶半導体層に密接
して酸化インジユームまたは酸化スズを主成分と
する酸化物導電膜と上表面にマグネトロンスパツ
タ法にて形成されたクロムを主成分とする金属膜
（以下単にクロムという）を有する多層膜に対し
てレーザ光を照射してスクライブを行うことによ
り形成する。 すなわち本発明は、半導体上に設けられた第２
の電極用導体をレーザ光を用いてスクライブし、
互いの電極に分離形成せしめるものであるが、そ
の際、1800℃もの高温のレーザ光の照射に対し、
その下側の非単結晶半導体特に水素化アモルフア
ス半導体が多結晶化され、導電性になつてしまう
ことを防ぐため、昇華性の酸化物導電膜上に昇華
性のクロムを積層してかかるレーザスクライブに
より第３の開溝下の半導体を化合物を作つたり、
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、例えば酸化物導電膜上にクロムを500
〜5000Åの厚さに形成させた。すると酸化物導電
膜とクロムとはクロムが耐熱性（融点1800℃、沸
点2660℃）かつ昇華性を有し、かつ他材料との反
応をおこしにくい材料であるため、界面酸化をし
ないことが実験的に判明した。 さらにそのシート抵抗も、従来より公知の電子
ビーム法では10〜30Ω／□（厚さ2000Å）しか得
られなかつた。これをマグネトロンスパツタ法を
用いると、0.7〜3Ω／□（厚さ2000Å）と約1/10
にすることができた。 加えてクロムのオーム接触性もよく、きわめて
望ましいものであつた。 この発明は、マスクレス．プロセスであつてレ
ーザスクライブ方式を用い２つの素子を連結する
連結部の作製に有効である。 以下に図面に従つて本発明の詳細を示す。 〔実施例〕 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（例えば厚さ0.6〜2.2mm例えば1.2
mm、長さ〔図面では左右方向〕60cm、巾20cm）を
用いた。さらにこの上面に全面にわたつて透光性
導電膜例えばITO（酸化インジユーム酸化スズ混
合物、即ち酸化スズを酸化インジユーム中に10重
量％添加した膜）（約1500Å）＋SnO₂（200〜400
Å）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（1500〜2000
Å）を真空蒸着法、LPCVD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0.53μ）により出力0.1〜3W（焦点
距離40mm）を加え、スポツト径20〜70μφ代表的
には50μφをマイクロコンピユータにより制御し
た。さらにこの照射レーザ光を走査させ、スクラ
イブラインである第１の開溝１３を形成させて、
各素子領域３１，１１に第１の電極２を作製し
た。 この第１のレーザスクライブにより形成された
第１の開溝１３は、巾約50μ長さ20cm深さは第１
の透光性導電膜の電極それぞれを完全に切断する
程度とし、各々の素子領域に電気的に分離して第
１の電極とした。 この後、この電極２、開溝１３の上面にプラズ
マCVD法またはLPCVD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0.5μの厚さに形成させた。 その代表例はＰ型半導体（SixC_1-x ｘ＝0.8約
100Å）−Ｉ型アモルフアスまたはセミアモルフア
スのシリコン半導体（約0.5μ）−Ｎ型の微結晶
（約500Å）を有する半導体珪素さらにこの上に
SixC_1-x ｘ＝0.9約50Åを積層させて一つのPIN
接合を有する非単結晶半導体、またはＰ型半導体
（SixC_1-x）−Ｉ型、Ｎ型、Ｐ型Si半導体−Ｉ型
SixGe_1-x半導体−Ｎ型Si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
PINPIN…PIN接合の半導体３である。 かかる非単結晶半導体３を全面にわたつて均一
の膜厚で形成させた。 さらに第１図Ｂに示されるごとく、第１の開溝
１３の左方向側（第１の素子側）にわたつて第２
の開溝１８を第２のレーザスクライブ工程により
形成させた。 この図面では第１および第２の開溝１３，１８
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または／および上面を露出させた。 第１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、裏面の第２の電極４および連結
部（コネクタ）３０を形成し、さらに第３のレー
ザスクライブでの切断分離用の第３の開溝２０を
得た。 この第２の電膜４は本発明の特長である酸化物
導電膜４５，４５′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100〜3000Å
の厚さに形成させた。 この酸化物導電膜として、Ｎ型半導体層上にこ
こではITO（酸化インジユーム酸化スズを主成分
とする混合物）４５を形成した。この酸化物導電
膜として酸化イジユームまたは酸化スズを主成分
として形成させることも可能である。 このITOは被膜形成の際きわめてまわりこみが
起きやすい。このためグループ７にも十分入り、
透光性導電膜３７の底面６と電気的によく連結さ
せることが可能となつた。 これらは酸素が添加されたリアクテイブスパツ
タ法を用いて半導体層を劣化させないため、200
℃以下の温度で形成させた。 この酸化物導電膜であるITOは本発明において
はきわめて重要である。その効果は、 〔1〕 第２の電極の金属４６，４６′が珪素３と合
金層にならず、半導体３中に異常拡散されてし
まい上下の電極間をシヨートさせてしまうこと
を防いでいる。即ち150〜200℃での高温放置テ
ストにおける裏面電極−半導体界面での信頼性
向上に役立つている。 〔2〕 本発明の第３の開溝２０の形成の際、レー
ザ光の1800℃以上の高温、特にスクライブ領域
２０にてレーザスクライブ用金属４６が半導体
３内に侵入して電極３９，３８間でのリーク電
流が10^-7A／cm以上発生してしまうことを防ぐ
ことができる。 このため第３の開溝形成による製造上の歩留
りの低下を防ぐことができる。 〔3〕 半導体上のＰまたはＮ型半導体と相性のよ
い酸化物導電膜を形成することにより、即ちＮ
型半導体に密接してITOまたＰ型半導体層上に
は酸化インジユームを主成分とする酸化物導電
膜を設けて、この半導体、電極間の接触抵抗を
下げ、曲線因子、変換効率の向上をはかること
ができる。 〔4〕 強いまわりこみにより連結部１２における
第１の素子の第１の電極３７の側面または側面
と上面とコンタクトを構成し、互いに酸化物で
あるため、このコンタクト部にて長期使用にお
ける界面での絶縁性が増加することがない。即
ちもしアルミニユーム等の金属と透光性導電膜
３７とのコンタクトでは、金属が透光性導電膜
の酸素と長期間のうちに反応して絶縁性をこの
界面で生じさせてしまうが、この酸化物導電膜
による酸化物−酸化物コンタクトはかかる絶縁
性がコンタクト界面に生ずることがなく、信頼
性の向上が大きい。 〔5〕 入射光１０における半導体３内で吸収され
なかつた長波長光の反射用金属４６での反射を
促し、特にITOの厚さを900〜1400Å好ましく
は平均厚さ1050Åとして600〜800nｍの長波長
光の反射を大きくさせ、変換効率の向上に有効
である。 〔6〕 コネクタをもこの酸化物導電膜が構成し、
半導体特にPIN半導体のうちの敏感な活性層
に隣接しているため、金属がマイグレイトして
しまうことを防いでいる。 また酸化物導電膜上の金属はクロムが優れてい
ることが判明した。実験的にも半導体層をレーザ
スクライブにて除去することなく、理想的な金属
であつた。 このクロムの低い光学的反射率を向上させ、ひ
いては素子の変換効率を向上させるため、クロム
中に銅または銀を0.1〜50重量％、例えば2.0〜10
重量％添加した。即ち裏面電極は (1) 酸化物導電膜（100〜3000Å）Cr（300〜5000
Å）、 (2) 酸化物導電膜（100〜3000Å）Cr−Cu（2.5
％）（300〜5000Å）、 (3) 酸化物導電膜（100〜1500Å）Cr−Ag（2.5
％）Cr（300〜5000Å） がレーザスクライブに対する優れた加工性を有し
ていた。 次に本発明においては、この第２の電極を構成
する酸化物導電膜４５のコネクタ３０とが電気的
にシヨートしないために、第３の開溝２０をその
下の半導体が損傷しないよう、または500Å以下
の深さにしか損傷しないようにして、第１の素子
領域３１にわたつて設けた。即ち、本発明の酸化
物導電膜とその上面のクロム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
が相互作用して気化、飛散するため、その下のア
モルフア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称電極としては理想的であ
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
する電極３９，３８間の電気的分離をレーザ光
（20〜100μφ代表的には50μφ）を第２の開溝１８
より約100μ離間せしめて形成させた。即ち第３
の開溝２０の中心は第２の開溝３０の中心に比べ
て50〜200μ代表的には100μの深さに第１の素子
側にわたつて設けている。かくのごとく第２の電
極４を第３のレーザスクライブのレーザ光を上方
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。 さらにこの開溝２０下の半導体層を室温〜200
℃の酸化雰囲気（１〜10日間の酸化）またはプラ
ズマ酸化雰囲気（100〜250℃ １〜５時間）中で
酸化して酸化珪素３４を100〜1000Åの厚さに形
成して、２つの電極３９，３８間のクロストーク
をより防いだ。 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、即ちパツシベイシ
ヨン膜としてプラズマ気相法により窒化珪素膜２
１を500〜2000Å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。 かくして照射光１０により発生した光起電力は
底面コンタクトより矢印３２のごとく第１の素子
の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×20cm）において各
素子を巾14.35mm連結部の巾150μ、外部引出し電
極部の巾10mm、周辺部４mmにより、実質的に580
mm×192mm内に40段を有し、有効面積（192mm×
14.35mm40段1102cm²即ち91.8％）を得ることがで
きた。 そして、セグメントが10.8％（1.05cm）の変換
効率を有する場合、パネルにて7.7％（理論的に
は9.8％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）（AM1〔100ｍＷ／cm²〕）にて、
8.1Wの出力電力を有せしめることができた。 さらにこのパネルを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
かつた。 これは従来のマスク方式を用いて信頼性テスト
を同一条件にて行う時、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
的な値であつた。 第２図は３回のレーザスクライブ工程での開溝
を作る最も代表的なそれぞれの開溝の位置関係を
示した縦断面図および平面図（端部）である。 番号およびその工程は第２図と同様である。 第２図Ａは第１の開溝１３、第１の素子３１、
第２の素子１１、連結部１２を有している。 さらに第２の開溝１８は、第１の素子を構成す
べき半導体３の第１の電極２側にわたつて設けら
れ、これらいずれをも除去させている。 またサイドエツチによるグループ７が作製さ
れ、第１の電極の底面６に第２の電極の酸化物導
電膜を連結させている。 この第３の開溝２０が、約60μの深さに第１の
素子３１側にシフトしている。 このため、第３の開溝２０の右端部は、コネク
タ部３０の一部より若干（約10μ）第１の素子３
１側にわたつて設けられている。 さらに低温の長時間酸化により酸化物絶縁物３
４を形成し、第１および第２の素子３１，１１の
それぞれの第２の電極４を互いに電気的に切断分
離し、且つこの電極間のリークをも10^-7A／cm
（１cm巾あたり10^-7Aのオーダーの意）以下に小
さくすることができた。 第２図Ｂは平面図を示し、またその端部（図面
で下側）において第１、第２、第３の開溝１３，
１８，２０が設けられている。、 さらに素子の端部（図面下側）は、第１の電極
２を１３′にて切断分離した。 さらにこれを半導体３、第２の電極４の材料で
覆い、さらにこの第２の電極用導体４を１３′よ
りも外端部にて第３の開溝５０により分離した。 この縦断面図は第３図Ａの端部に類似してい
る。 この場合においてもこれら開溝５０を覆つてパ
ツシベイシヨン膜を形成させている。 この図面において、第１、第２、第３の開溝巾
は70〜20μを有し、連結部の巾350〜80μ代表的に
は200μを有せしめることができた。 以上のYAGレーザのスポツト径を技術思想に
おいて小さくすることにより、この連結部に必要
な面積をより小さく、ひいては光電変換装置とし
ての有効面積（実効効率）をより向上させること
ができるという進歩性を有している。 第３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３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４７に接触するパツ
ド４９を有し、このパツド４９は第２の電極（上
側電極）４と連結している。この時電極４７の加
圧が強すぎてパツド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４９と２とがシ
ヨ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
を同時に一方のレーザスクライブにてスクライブ
をした開溝５０で切断分離されている。 さらに第３図Ｂは下側の第１の電極２に連結し
た他のパツド４８が第２の電極材料により１８′
にて連結して設けられている。 さらにパツド４８は外部引出し電極４６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１８′，２０″，５０によりパツド
４８は全く隣の光電変換装置と電気的に分離され
ており、１８′にて第１の電極２と底面コンタク
トを６にて構成させている。 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
向上を図つた。 またこのパネル例えば40cm×60cmまたは60cm×
20cm、40cm×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
とによりパツケージさせ、120cm×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NEDO規格のパネルはシーフレツクスに
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ア
ルミニユーム、ステンレス等の薄膜上に有機樹
脂、酸化アルミニユーム、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。 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。 〔具体例〕 第１図の図面に従つてこの実施例を示す。 即ち透光性基板１として化学強化ガラス厚さ
1.1mm、長さ60cm、巾20cmを用いた。 この上面に窒化珪素膜を0.1μの厚さ塗付しブロ
ツキング層とした。 さらにその上にCTFをITO1600Å＋SnO₂300Å
を電子ビーム蒸着法により作製した。 さらにこの後、第１の開溝をスポツト径50μ、
出力1WのYAGレーザをマイクロコンピユータに
より制御して３ｍ／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1Wにて第
１の電極用半導体をガラス端より５mm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15mm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0.5μであつた。 かかる後、第１の開溝より100μ第１の素子３
１をシフトさせて、スポツト径50μφにて出力1W
にて大気中でレーザスクライブにより第２の開溝
１８を第２図Ｂに示すごとく作製した。 さらにこの全体に酸化物導電膜としてITOをリ
アクテイブスパツタ法により平均膜厚1050Åに、
さらにその上面にクロムを1000〜1500Åの厚さに
マクネトロンスパツタ法により作製して、第２の
電極４５、コネクタ３０を構成せしめた。

〔発明の効果〕

本発明により、基板上の非単結晶半導体上に酸
化物導電膜とその上面にマグネトロンスパツタ法
を用いてクロムを主成分とする金属膜とを有する
多層膜を形成せしめ、この多層膜にレーザ光を照
射することで、半導体を多結晶化することなく、
また半導体に損傷をさせることなくまは500Å以
下の深さにしか損傷させることなく選択的に除去
して開溝を形成することができた。 加えて界面酸化を防ぐことができた。 さらにそのシート抵抗も、マグネトロンスパツ
タ法を用いることで、0.7〜3Ω／□（厚さ2000
Å）と従来の電子ビーム法によるものと比べて約
１／１０にすることができた。 加えてクロムのオーム接触性もよく、きわめて
望ましいものであつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光電変換装置の製造工程
を示す縦断面図である。第２図は本発明による光
電変換装置の縦断面図である。第３図は本発明に
よる他の光電変換装置の部分拡大をした縦断面図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板上の非単結晶半導体上に、該半導体に密
   接した酸化物導電膜と、上表面にマグネトロンス
   パツタ法にて形成された、クロムを主成分とする
   金属膜とを有する多層膜を形成する工程と、前記
   多層膜にレーザ光を照射して前記多層膜を選択的
   に除去することにより開溝を形成する工程とを有
   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の導電膜にレーザ光
   を照射し第１の開溝を形成して複数の第１の電極
   領域を形成する工程と、該第１の開溝および前記
   電極領域上にPNまたはPIN接合を少なくとも１
   つ有する非単結晶半導体を形成する工程と、前記
   各第１の電極領域上の前記半導体にレーザ光を照
   射して前記半導体を選択的に除去して前記第１の
   電極を露呈せしめる第２の開溝を形成する工程
   と、前記半導体上および前記第２の開溝内に酸化
   物導電膜と上表面にマグネトロンスパツタ法によ
   つて形成されたクロムを主成分とする金属膜とを
   有する多層膜を形成する工程と、前記多層膜にレ
   ーザ光を照射して前記多層膜を選択的に除去して
   第３の開溝を形成して複数の第２の電極領域に分
   離する工程とを有し、これにより、前記第１の電
   極領域の各々に、前記第１の電極、半導体、第２
   の電極が積層された素子が形成されるとともに、
   前記素子の内の１つの素子とそれに隣接する素子
   が直列接続されたことを特徴とする半導体装置作
   製方法。