JPH0518277B2 - - Google Patents
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Description
〔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(SixC1-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
SixC1-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
(SixC1-x)−I型、N型、P型Si半導体−I型
SixGe1-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。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a plurality of photoelectric conversion elements (also simply referred to as elements) in which a non-single crystal semiconductor including an amorphous semiconductor having at least one PN or PIN junction is provided on a transparent insulating substrate. The present invention relates to a method of manufacturing a photoelectric conversion device using a laser, which is electrically connected in series and generates a high voltage. [Prior Art and its Problems] One of the methods for manufacturing a semiconductor device uses a laser scribe. This uses computer-controlled laser light to process and process semiconductors and conductive films.
Since the device is formed by removing it, it becomes a maxless process, which is a manufacturing method particularly suitable for mass production of photoelectric conversion devices. Conventionally, silver or aluminum, which is a light reflective metal, has been used on the oxide conductive film of a photoelectric conversion semiconductor device. However, since these metals are not sublimable (easily vaporized by laser light) and have high thermal conductivity, they were found to be unsuitable as materials capable of laser scribing. Furthermore, silver has poor adhesion to the oxide conductive film and is easily peeled off. Aluminum undergoes an oxidation reaction at the interface with the oxide conductive film and becomes an aluminum oxide insulator. For these reasons, improvements to each layer on the oxide conductive film have been required. [Object of the Invention] An object of the present invention is to provide a method for scribing an oxide conductive film well when manufacturing a semiconductor device by laser scribing. [Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the present invention provides an oxide conductive film on a non-single crystal semiconductor on a substrate, which is in close contact with the semiconductor, and a conductive oxide film on the upper surface by magnetron sputtering. A step of forming a multilayer film having a metal film mainly composed of chromium, and a step of forming an open groove by selectively removing the multilayer film by irradiating the multilayer film with laser light. It is characterized by having the following. The present invention also provides a step of forming a plurality of first electrode regions by irradiating a conductive film on a substrate having an insulating surface with a laser beam to form a first trench, and a step of forming a plurality of first electrode regions by forming a plurality of first trenches. forming a non-single crystal semiconductor having at least one PN or PIN junction on an electrode region; and irradiating the semiconductor on each of the first electrode regions with a laser beam to selectively remove the semiconductor. forming a second groove exposing the first electrode; forming an oxide conductive film on the semiconductor and in the second groove; and forming a chromium layer on the upper surface by magnetron sputtering. a step of forming a multilayer film having a metal film whose main component is a metal film, and irradiating the multilayer film with a laser beam to selectively remove the multilayer film to form a third groove and forming a plurality of grooves. and a step of separating into two electrode regions, thereby:
the first electrode in each of the first electrode regions;
It is characterized in that an element is formed in which a semiconductor and a second electrode are laminated, and one of the elements and an element adjacent to it are connected in series. This invention forms a multilayer film having an oxide conductive film on a non-single-crystal semiconductor on a substrate and a metal film containing chromium as a main component on the upper surface of the oxide conductive film using magnetron sputtering method, and laser beams are applied to this multilayer film. By irradiating the film with , it is possible to selectively remove and form an open trench without damaging the semiconductor underneath the film or damaging it only to a depth of 500 Å or less. The arrangement, size, and shape of elements in the device of the present invention are determined by design specifications. However, in order to simplify the content of the present invention, in the following detailed description, the first electrode on the lower side (substrate side) of the first element and the second electrode on the right side of the first electrode will be described. 2
This description is based on the case where the electrodes (on the semiconductor, that is, on the side away from the substrate) are electrically connected in series. In such a configuration, the third groove for separating the second electrodes of the first element and the second element from each other is made of indium oxide or tin oxide in close contact with the P or N type non-single crystal semiconductor layer. Laser light is irradiated to scribe the multilayer film, which has an oxide conductive film mainly composed of chromium and a metal film mainly composed of chromium (hereinafter simply referred to as chromium) formed on the upper surface by magnetron sputtering method. It is formed by doing the following. That is, the present invention provides a second
The conductor for the electrode is scribed using a laser beam,
The electrodes are separated from each other, but at that time, they are exposed to laser light at a high temperature of 1800℃.
In order to prevent the underlying non-single-crystal semiconductor, especially the hydrogenated amorphous semiconductor, from becoming polycrystalline and becoming conductive, a laser scribe is performed by laminating sublimable chromium on a sublimable oxide conductive film. By making a compound of the semiconductor under the third trench,
It also prevents the semiconductor from becoming polycrystalline due to laser annealing. In addition, for example, 500% of chromium is added onto the oxide conductive film.
It was formed to a thickness of ~5000 Å. Experiments have shown that the oxide conductive film and chromium do not undergo interfacial oxidation because chromium has heat resistance (melting point 1800°C, boiling point 2660°C) and sublimation, and is a material that does not easily react with other materials. It turned out to be true. Furthermore, the sheet resistance could only be obtained from 10 to 30 Ω/□ (thickness 2000 Å) using the conventionally known electron beam method. Using the magnetron sputtering method, this becomes 0.7 to 3Ω/□ (thickness 2000Å), about 1/10
I was able to do it. In addition, the ohmic contact with chromium was also good, which was extremely desirable. This invention is maskless. This process is effective for producing a connecting part that connects two elements using a laser scribing method. The details of the invention are shown below with reference to the drawings. [Example] FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the manufacturing process of the present invention. In the drawings, a transparent substrate 1 having an insulating surface, such as a glass plate (for example, a thickness of 0.6 to 2.2 mm, for example, 1.2
mm, length (in the left-right direction in the drawing) 60 cm, width 20 cm). Furthermore, a light-transmitting conductive film such as ITO (indium oxide/tin oxide mixture, i.e., a film in which 10% by weight of tin oxide is added to indium oxide) (approximately 1500 Å) + SnO 2 (200 to 400
) or a translucent conductive film (1500~2000
Å) was formed by vacuum evaporation, LPCVD, plasma CVD, or spraying. After this, YAG laser processing machine (manufactured by Nippon Laser)
A power of 0.1 to 3 W (focal length 40 mm) was applied depending on the wavelength (1.06 μ or 0.53 μ), and a spot diameter of 20 to 70 μφ (typically 50 μφ) was controlled by a microcomputer. Furthermore, this irradiated laser beam is scanned to form a first groove 13 which is a scribe line,
The first electrode 2 was fabricated in each element region 31, 11. The first open groove 13 formed by this first laser scribe has a width of approximately 50μ and a length of 20cm.
Each of the electrodes of the light-transmitting conductive film was completely cut off, and each element region was electrically separated to form a first electrode. Thereafter, a non-single crystal semiconductor layer 3 for generating photovoltaic force by light irradiation is formed on the upper surface of the electrode 2 and the groove 13 by plasma CVD or LPCVD.
It was formed to a thickness of 0.8μ, typically 0.5μ. A typical example is a P-type semiconductor (SixC 1-x x=0.8 approx.
100 Å) - I-type amorphous or semi-amorphous silicon semiconductor (approximately 0.5 μ) - Semiconductor silicon having N-type microcrystals (approximately 500 Å)
SixC 1-x x=0.9 about 50Å is stacked to form one PIN
Non-single crystal semiconductor with junction or P-type semiconductor (SixC 1-x ) - I type, N type, P type Si semiconductor - I type
SixGe 1-x semiconductor - two types of N-type Si semiconductor
Tandem type with PIN junction and one PN junction
PINPIN...This is the semiconductor 3 of PIN junction. The non-single crystal semiconductor 3 was formed to have a uniform thickness over the entire surface. Furthermore, as shown in FIG.
The open grooves 18 were formed by a second laser scribing process. In this drawing, the first and second open grooves 13, 18
The centers of the two are shifted by 100μ. The second open groove 18 thus exposed the side surfaces 8, 9 and/or the top surface of the first electrode. In FIG. 1, as shown in FIG. 2C, a second electrode 4 and a connector 30 on the back side are formed on the top surface, and a third An open groove 20 was obtained. The second electrically conductive film 4 is formed by forming oxide conductive films 45, 45', which is a feature of the present invention, in close contact with a P or N type semiconductor. Its thickness is 100~3000Å
It was formed to a thickness of . As this oxide conductive film, ITO (a mixture whose main components are indium oxide and tin oxide) 45 was formed on the N-type semiconductor layer. It is also possible to form this oxide conductive film using dium oxide or tin oxide as a main component. This ITO is extremely susceptible to wrap-around during film formation. For this reason, it is enough to enter Group 7,
It became possible to electrically connect well with the bottom surface 6 of the transparent conductive film 37. These use a reactive sputtering method in which oxygen is added to prevent the semiconductor layer from deteriorating.
It was formed at a temperature below .degree. This oxide conductive film, ITO, is extremely important in the present invention. [1] The metals 46 and 46' of the second electrode do not form an alloy layer with the silicon 3, which prevents them from being abnormally diffused into the semiconductor 3 and causing a shot between the upper and lower electrodes. . That is, it is useful for improving reliability at the back electrode-semiconductor interface in high-temperature storage tests at 150 to 200°C. [2] When forming the third open groove 20 of the present invention, the laser scribing metal 46 enters the semiconductor 3 due to the high temperature of 1800° C. or higher of the laser beam, especially in the scribing region 20, and the metal 46 for laser scribing penetrates into the semiconductor 3 between the electrodes 39 and 38. This can prevent leakage current of 10 -7 A/cm or more from occurring. Therefore, it is possible to prevent a decrease in manufacturing yield due to the formation of the third open groove. [3] By forming an oxide conductive film that is compatible with P or N type semiconductors on the semiconductor, that is, N
An oxide conductive film containing indium oxide as a main component is provided on the ITO or P-type semiconductor layer in close proximity to the type semiconductor to lower the contact resistance between the semiconductor and the electrode, improving fill factor and conversion efficiency. be able to. [4] A contact is formed with the side surface or the side surface and the top surface of the first electrode 37 of the first element in the connecting portion 12 due to the strong wraparound, and since they are both oxides, this contact portion will prevent the contact from occurring at the interface during long-term use. No increase in insulation properties. That is, if there is contact between a metal such as aluminum and the transparent conductive film 37, the metal will react with the oxygen of the transparent conductive film over a long period of time, producing insulation at this interface. In the oxide-oxide contact using a conductive film, such insulation does not occur at the contact interface, and reliability is greatly improved. [5] Promote the reflection of long-wavelength light that is not absorbed within the semiconductor 3 in the incident light 10 by the reflective metal 46, and in particular, make the ITO thickness 900 to 1400 Å, preferably an average thickness of 1050 Å, and a length of 600 to 800 nm. This is effective in increasing the reflection of wavelength light and improving conversion efficiency. [6] The connector is also composed of this oxide conductive film,
Because it is adjacent to the sensitive active layer of semiconductors, especially PIN semiconductors, it prevents metal migration. It was also found that chromium is an excellent metal on the oxide conductive film. Experimentally, it was found to be an ideal metal without removing the semiconductor layer by laser scribing. To improve this low optical reflectance of chromium and thus improve the conversion efficiency of the device, 0.1-50% by weight of copper or silver in chromium, e.g. 2.0-10%
% by weight was added. That is, the back electrode is (1) oxide conductive film (100 to 3000 Å) Cr (300 to 5000 Å)
(2) Oxide conductive film (100-3000Å) Cr-Cu (2.5
%) (300-5000Å), (3) Oxide conductive film (100-1500Å) Cr-Ag (2.5
%) Cr (300-5000 Å) had excellent workability for laser scribing. Next, in the present invention, in order to prevent the connector 30 of the oxide conductive film 45 constituting the second electrode from electrically shorting, the third groove 20 is formed so that the semiconductor underneath it is not damaged or It was provided over the first element region 31 so as to cause damage only to a depth of 500 Å or less. That is, by forming a multilayer film of the oxide conductive film of the present invention and chromium on its upper surface, these respective components interact, vaporize, and scatter during laser beam irradiation, so that the amorphous silicon underneath is formed. It does not polycrystallize or remove non-single-crystalline semiconductors,
It has been experimentally found that this is an ideal symmetrical electrode for laser irradiation. As a result of this step, the electrical isolation between the electrodes 39 and 38 where the open circuit voltage of the first element is generated is achieved by applying a laser beam (20 to 100μφ, typically 50μφ) to the second open groove 18.
They were formed at a distance of about 100μ from each other. That is, the third
The center of the open groove 20 is provided on the first element side at a depth of 50 to 200 μm, typically 100 μm, compared to the center of the second open groove 30. This shows the case where the second electrode 4 is cut and separated by irradiating the laser beam of the third laser scribe from above to form the open groove 20. Furthermore, the semiconductor layer under this groove 20 is heated at room temperature to 200°C.
℃ oxidation atmosphere (1 to 10 days of oxidation) or plasma oxidation atmosphere (100 to 250℃ for 1 to 5 hours) to form silicon oxide 34 to a thickness of 100 to 1000 Å, and then form the two electrodes 39. , 38 was further prevented. In this way, as shown in FIG. 1C, a photoelectric conversion device in which a plurality of elements 31, 11 are directly connected by the connecting portion 12 was able to be manufactured. FIG. 1D shows an attempt to further complete the present invention as a photoelectric conversion device, that is, a silicon nitride film 2 is made by plasma vapor phase method as a passivation film.
1 was uniformly formed to a thickness of 500 to 2000 Å to further prevent leakage current between each element due to adsorption of moisture, etc. Furthermore, an external lead-out terminal was provided at the peripheral portion 5. These were filled with an organic resin 22 such as polyimide, polyamide, Kapton or epoxy. In this way, the photovoltaic force generated by the irradiation light 10 flows from the first electrode of the first element to the second electrode of the second element from the bottom contact as shown by the arrow 32.
I was able to connect them in series. As a result, each element on this board (60 cm x 20 cm) has a width of 14.35 mm, a width of the connecting part of 150 μm, a width of the external lead electrode part of 10 mm, and a peripheral part of 4 mm.
There are 40 stages within mm x 192 mm, and the effective area (192 mm x
14.35 mm 40 stages 1102 cm 2 or 91.8%). If the segment has a conversion efficiency of 10.8% (1.05cm), the panel has a conversion efficiency of 7.7% (theoretically it would be 9.8%, but the effective conversion efficiency was reduced due to the resistance of the 40-stage connection) (AM1 [100mW /cm 2 ]),
It was possible to have an output power of 8.1W. Furthermore, when this panel is subjected to a high temperature storage test at 150℃, the percentage decreases to below 10% after 1000 hours, for example, 20 panels.
The worst case scenario was a decline of only 4% (X = 1.5%). This is an astonishing value considering that when conducting a reliability test under the same conditions using the conventional mask method, as many as 17 panels were rendered inoperable in 10 hours. FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view and a plan view (end portion) showing the most typical positional relationship of the grooves formed in three laser scribing steps. The numbers and steps are the same as in FIG. FIG. 2A shows the first open groove 13, the first element 31,
It has a second element 11 and a connecting part 12. Furthermore, the second groove 18 is provided across the first electrode 2 side of the semiconductor 3 that constitutes the first element, and both of these are removed. A group 7 is also fabricated by side etching to connect the oxide conductive film of the second electrode to the bottom surface 6 of the first electrode. This third open groove 20 is shifted toward the first element 31 side to a depth of about 60μ. Therefore, the right end portion of the third open groove 20 is slightly (approximately 10μ) closer to the first element 3 than the part of the connector portion 30.
It is provided over one side. Further, by long-term oxidation at low temperature, oxide insulator 3
4, the second electrodes 4 of the first and second elements 31, 11 are electrically cut and separated from each other, and leakage between these electrodes is also reduced to 10 -7 A/cm.
(meaning on the order of 10 -7 A per 1 cm width). FIG. 2B shows a plan view, and at its end (lower side in the drawing) the first, second and third open grooves 13,
18 and 20 are provided. Furthermore, at the end of the element (lower side of the drawing), the first electrode 2 was cut and separated at 13'. Further, this was covered with the semiconductor 3 and the material of the second electrode 4, and furthermore, this second electrode conductor 4 was separated by a third groove 50 at an outer end portion than 13'. This longitudinal section is similar to the end section of FIG. 3A. In this case as well, a passivation film is formed to cover these open grooves 50. In this drawing, the widths of the first, second, and third opening grooves are 70 to 20μ, and the width of the connecting portion is typically 350 to 80μ, typically 200μ. By reducing the spot diameter of the above YAG laser based on the technical concept, the area required for this connection can be reduced, and the effective area (effective efficiency) as a photoelectric conversion device can be further improved. have. FIG. 3 shows the external lead electrode section of the photoelectric conversion device. 3A corresponds to FIG. 1, the external extraction electrode section 5 has a pad 49 that contacts the external extraction electrode 47, and this pad 49 is connected to the second electrode (upper electrode) 4. ing. At this time, even if the pressure applied to the electrode 47 is too strong and the pad 49 penetrates the semiconductor 3 underneath and comes into contact with the first electrode 2, the groove 13' is provided to prevent the pad 49 and 2 from being shot. Further, the outer part is cut and separated by an open groove 50 which is formed by simultaneously scribing the first electrode, the semiconductor, and the second electrode with one laser scribe. Furthermore, FIG. 3B shows that another pad 48 connected to the lower first electrode 2 is made of a second electrode material at 18'.
They are connected to each other. Furthermore, the pad 48 is in contact with the external extraction electrode 46 and is electrically connected to the outside. Here again, the pad 48 is completely electrically isolated from the adjacent photoelectric conversion device by the opening grooves 18', 20'', and 50, and the bottom contact with the first electrode 2 is formed at 18' at 6. In other words, the photoelectric conversion device is covered with an organic resin mold 22 except for the electrode parts 5 and 45, which improves the moisture resistance.
By combining 2, 4 or 1 piece of 20cm, 40cm x 120cm in an aluminum sash or carbon fiber frame, you can create a package of 120cm x 40cm NEDO.
It is possible to provide panels for standard high power. It is also effective for NEDO standard panels to have a fluorine-based protective film attached to the reflective surface side (upper side in the drawing) of the photoelectric conversion device of the present invention using Seaflex to increase mechanical strength against wind pressure, rain, etc. be. In the present invention, glass is particularly used as the substrate among light-transmitting insulating substrates. However, it is effective to use as this substrate a composite substrate in which organic resin, aluminum oxide, silicon oxide or silicon nitride is formed on a thin film of flexible organic resin, aluminum, stainless steel, etc. to a thickness of 0.1 to 2 μm. Further, the details of the present invention will be supplemented by describing examples below. [Specific Example] This example will be shown according to the drawing in FIG. That is, the thickness of chemically strengthened glass as the transparent substrate 1
1.1 mm, length 60 cm, and width 20 cm were used. A silicon nitride film with a thickness of 0.1 μm was applied to this upper surface to form a blocking layer. Furthermore, on top of that, CTF is ITO1600Å + SnO 2 300Å
was fabricated by electron beam evaporation. Furthermore, after this, the first open groove was made with a spot diameter of 50μ.
A YAG laser with an output of 1 W was controlled by a microcomputer at a scanning speed of 3 m/min. Furthermore, the first electrode semiconductor was scanned in a rectangular manner at a position 5 mm inside the glass edge at the edge of the panel using a laser beam output of 1 W to prevent an electrical short circuit with the frame of the panel. The element regions 31 and 11 were 15 mm wide. After this, the well-known PCVD method was used to create the image shown in Figure 2.
A non-single crystal semiconductor with one PIN junction was fabricated. Its thickness was approximately 0.5μ. After this, the first element 3 is removed by 100μ from the first groove.
By shifting 1, the output is 1W with a spot diameter of 50μφ.
A second open groove 18 was formed by laser scribing in the atmosphere as shown in FIG. 2B. Furthermore, ITO was applied as an oxide conductive film to the entire surface using a reactive sputtering method to an average film thickness of 1050 Å.
Furthermore, chromium was formed on the upper surface to a thickness of 1000 to 1500 Å by the Macnetron sputtering method, thereby forming the second electrode 45 and the connector 30.
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。
According to the present invention, a multilayer film including an oxide conductive film and a metal film mainly composed of chromium is formed on the top surface of the oxide conductive film on a non-single-crystal semiconductor on a substrate using a magnetron sputtering method, and a laser beam is applied to this multilayer film. By irradiating the semiconductor with light, it can be made without polycrystallization.
In addition, it was possible to selectively remove and form open trenches without damaging the semiconductor or damaging it only to a depth of 500 Å or less. In addition, interfacial oxidation could be prevented. Furthermore, by using the magnetron sputtering method, the sheet resistance can be reduced to 0.7~3Ω/□ (thickness 2000Ω/□).
Å) compared to the conventional electron beam method. In addition, the ohmic contact with chromium was also good, which was extremely desirable.
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。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the manufacturing process of a photoelectric conversion device according to the present invention. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a photoelectric conversion device according to the present invention. FIG. 3 is a partially enlarged longitudinal sectional view of another photoelectric conversion device according to the present invention.
Claims (1)
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。[Scope of Claims] 1. On a non-single crystal semiconductor on a substrate, an oxide conductive film in close contact with the semiconductor, and a metal film containing chromium as a main component formed on the upper surface by magnetron sputtering method. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: forming a multilayer film having a laser beam; and forming an open groove by selectively removing the multilayer film by irradiating the multilayer film with a laser beam. 2. A step of irradiating a conductive film on a substrate having an insulating surface with a laser beam to form a first trench to form a plurality of first electrode regions, and a step of forming a plurality of first electrode regions on the first trench and the electrode region. At least one PN or PIN junction
a second step of irradiating the semiconductor on each of the first electrode regions with a laser beam to selectively remove the semiconductor to expose the first electrode; a step of forming an open groove; a multilayer comprising an oxide conductive film on the semiconductor and in the second open groove; and a metal film containing chromium as a main component formed on the upper surface by a magnetron sputtering method; a step of forming a film; and a step of selectively removing the multilayer film by irradiating the multilayer film with a laser beam to form a third groove and separating the multilayer film into a plurality of second electrode regions. As a result, the first electrode, the semiconductor, and the second electrode are provided in each of the first electrode regions.
An element with laminated electrodes is formed, and
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that one of the elements and an element adjacent thereto are connected in series.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59060165A JPS6086875A (en) | 1984-03-28 | 1984-03-28 | Semiconductor device manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59060165A JPS6086875A (en) | 1984-03-28 | 1984-03-28 | Semiconductor device manufacturing method |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58194877A Division JPS6085574A (en) | 1983-10-18 | 1983-10-18 | Manufacture of semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6086875A JPS6086875A (en) | 1985-05-16 |
JPH0518277B2 true JPH0518277B2 (en) | 1993-03-11 |
Family
ID=13134269
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59060165A Granted JPS6086875A (en) | 1984-03-28 | 1984-03-28 | Semiconductor device manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6086875A (en) |
-
1984
- 1984-03-28 JP JP59060165A patent/JPS6086875A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6086875A (en) | 1985-05-16 |
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