JPS60253266A - 半導体装置 - 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、かかるクロム合金としてクロム
に銅または銀を０．１〜５０重量％添加して電極として
設けた半導体装置に関する。

「従来の技術」 従来、半導体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」 しかしこの金属クロｌ、はその反射係数が小さいいわゆ
るブラ・２り・クロムとなってしまう。また硬度が大き
いため、半導体薄膜または透光性導電膜膜（ＣＴＦ）上
に形成させ、熱処理（２００℃、２時間）を行うと微小
のクラック（ＸＩＯＱ〜×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ビーリング
（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講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Ｊ 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
Ｌ’：　ｕ　−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合金またはへｇ−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りまたは半導体−に
の透光性導電膜１−にスパッタ法特にマグネトロンＤＣ
スパッタ法にて３００　人〜０．５７７のｆ均膜厚に設
けたものである。

「作用ｊ 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−にまたはスズまたはイン
ジュ−ムの酸化物または窒化物よりなる透光性導電膜ま
たはクロムと硅素との合金の透光性導電膜トに形成し、
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（３００人〜０．５　μ
ｍ般ちは３０００Å以下の厚さ）を有し、優れた光学的
反射特性を有し、かつａ械的に柔らかい即ち下側に形成
されている半導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。

実施例１ 第１図は、本発明のＣｏ−Ｃｒ（クロム・銅合金）、Ｃ
ｕＡｇ（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（＾）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Ｖ
χ添加したもの（５２）をその波長を４００〜８００ｎ
ｍ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〜Ｂ００ｎＩ１１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１−も反射率が大き
くなったことがわかる。特に４００〜６００ｎＩ１１の
短波長光での向上が著しく、クロム単体即ちブランク・
クロムに比べて著しく反射率が向上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。ごのＣｕ、Ａｇはクロムと原子半径が１０
％以丁しか違わず、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」二を考える
と、０．１重量％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−Ｆ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
たはは銅の物性が強（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４００　ｎｍ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、５〜１．１　μ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、Ａｇ−Ｃｒ合金の被
膜形成にはマグネトロンＤＣスパッタ法を用いた。条件
はアルゴンでスパッタし、高速排気をクライオポンプを
用いて行うことによって１〜３Ω７０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ノロを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ＰＥＴを用いた。ここではガラス基板１０ｃｍ　
Ｘ　］　Ｏｃｎ＋を用いた。

この基板」二に弗素が添加された酸化スズを」二面に有
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
ッタ法により５００〜３０００人の厚さに形成させた。

この後、この基板の上側より、ＹＡＧレーザ加工機（日
本電気製）により平均出力０．３〜３−（焦点距離４０
酔）を加え、スポット径２０〜１０１１φ代表的には４
０μφをマイクロコンピュータにより制御して」二方よ
りレーザ光を照射し、その走査によりスクライプライン
用の第１の開講（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。

レーザスクライブ（ＬＳ）により形成された開＃（１３
）は、巾約５０μ長さ］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５〜４０ｍｍ例えば８．３ｎ＋ｎ
＋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ｃｖｎ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代表的には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０．７　μ
の厚さに形成させた。

その代表例はＰ型（ＳｉｘＣ＋−、Ｏ＜　ｘ　＜　ｌ　
）半導体（約３００人）−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０．７μ）−Ｎ型の
微結晶（粒径約２００人）を有する半導体（約５００人
）よりなる一つのＰＩＮ接合を有する非単結晶半導導体
、または基板側よりＮ型微結晶珪素（約３００人）半導
体−■型半導体（約０．７μ）−ｐ型機結晶化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。

（９） 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（Ｒ）に示されるごとく、第１の開講（１
３）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１．ｓ工程により形成させた。

かくして第２の開溝（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。

この第２の間溝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−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。

（１０） 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。

この後、第３のＬＳにより切断分離をして複数の第２　
（７）電極（３９）、　（３８）をＬＳによりアイソレ
イションして形成し、第３の開溝（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ＣＴＰ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型半導体上には酸化スズ
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（ＩＩ） ムー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．
５μ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。

この第３の開溝形成にＬＳの条件としてレーザ光例えば
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４０ｍｍ、レーザ
光径２０〜７０μ周波数１〜３０ＫＨｚ）好ましくは０
゜６μ以下のパルス光（パルスデュレイション５〜５０
ｎ秒）を照射させた。

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。

さらにこの第３の開溝の深さは、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
クライプすることなく半導体を何等損傷させることなく
その上面またはそのごく近傍（１２） （〜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溝形成の際この第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。

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（１３
） 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、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
（ｌｏｃｎ＋　Ｘ　１０ｃｍ）において、各素子をｌ］
Ｂ、３ｍｍＸ９４ｎ＋ｍ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巾３ｍｍ、周辺部
３ｍｍ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８５．８ｃｍ”即ち、８．６％）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
（１４） 効変換効率が低下した（＾旧（１００ｍＷ　／ｃｍ２）
　）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６０ｃｍ　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　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。

またこのＮＥＤＯ規格のパネル用るこはシーフレックス
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。

ｒ効果ｊ 本発明において、かくのど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長光の裏面電極
の反射を助長させることができ、その結果半導体装置例
えば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〜（１５
） ３０００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−クロム合金も製造価格が若干高価となる欠
点を有するが、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し、硬度を柔らかく
し、かつ反射特性を向上させる目的で作られたクロム合
金は同様にレーザ光に対しての昇華性を有していた。

本発明において半導体装置として光電変換装置（１６） 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。

本発明において、透光性導電膜はスズまたはインジュ−
ムの酸化物で構成せしめた。しかしこれらを窒化インジ
ューム（ＩｎＮ）、窒化スズ（ＳｎＪ４−や）または窒
化インジュームスズ（ＩｎＳＮＸＮ、））としてスパッ
タ法、プラズマ気相法により設けてもよいことはいうま
でもない。

【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 （１７） ミＬ（（ＰＬ＋η〕　（Ａ） 凌−を気）　。、） 翠１（２） （８）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体表面上に銅または銀が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
   半導体上の透光性導電膜と該膜上の前記金属とよりなる
   導電膜とを設けたことを特徴とする半導体装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、半導体は水素また
   はハロゲン元素が添加された珪素を主成分とする非単結
   晶半導体よりなることを特徴とする半導体装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、透光性導電膜はイ
   ンジュ−ムまたはスズを主成分とする酸化物または窒化
   物よりなることを特徴とする半導体装置。−！ ４、特許請求の範囲第１項において、透光性導電膜はク
   ロムの珪化物を有することを特徴とする半導体装置。 ５、特許請求の範囲第１項において、導電膜は光電変換
   装置の一方の電極として設けられたこ−とを特徴とする
   半導体装置。