JPH0656883B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0656883B2
JPH0656883B2 JP61047122A JP4712286A JPH0656883B2 JP H0656883 B2 JPH0656883 B2 JP H0656883B2 JP 61047122 A JP61047122 A JP 61047122A JP 4712286 A JP4712286 A JP 4712286A JP H0656883 B2 JPH0656883 B2 JP H0656883B2
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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に関する。さらに詳しくは、耐熱性
を向上させる金属電極材料を用いた半導体装置に関す
る。
[従来の技術・発明が解決しようとする問題点] 従来の半導体装置、たとえば非晶質シリコン太陽電池や
pin フォトセンサーなどは、ガラスやプラスチックフィ
ルムなどの透光性基板上に、スパッタリング法、電子ビ
ーム蒸着法、熱CVD 法あるいはスプレー法などによっ
て、ITO 、ITO /SnO2、SnO2、In2O3 、CdXSnOy(x=
0.5 〜2、y=2〜4)、IrZO1-z(z=0.33〜0.5 )な
どからなる透明導電薄膜を形成したのち、この上にpin
構造の非晶質シリコン層を形成し、ついでマスクなどを
用いて、たとえばAl、Ag、Niなどを金属電極として抵抗
加熱蒸着法あるいは電子ビーム蒸着法などにより設ける
ことにより製造されている。
前記金属電極として必要な条件は、 (1)薄膜であっても電気抵抗値の小さいこと (2)半導体層との間で電位障壁を形成することなく、い
わゆるオーミック性が良好であること (3)半導体層と金属電極の付着強度が強いこと (4)半導体装置が太陽電池やフォトセンサーであるばあ
いには、反射率の高い金属であること (5)熱的に安定な金属で半導体層中に拡散しにくいこと などがあげられ、これらの条件が半導体装置の特性、寿
命に大きく影響する。
従来の金属電極材料として、一般にAl、Ag、Niなどが用
いられている。そのうちAlは(1)〜(4)に関して単一金属
材料の中では優れた性質を有する材料であるが、たとえ
ば半導体に非晶質シリコンなどを用いたばあいには、高
温になるとAlが半導体中に拡散しやすいという欠点があ
る。従ってAl電極を設けた微結晶質を含んでいてもよい
非晶質半導体を製造する際に、Al電極を形成した素子が
比較的高温にさらされたばあいや半導体装置の使用中に
温度が上昇したばあいなどには、Alが容易に半導体中に
拡散して半導体特性が低下しやすいため、半導体装置の
製造工程が著しく制限されたり、半導体の寿命が著しく
短かくなる原因となる。たとえば屋外に設置される非晶
質シリコン系太陽電池の裏面電極としてAlを用いたばあ
いには、太陽光が照射されるとき約80℃にもなり、Alの
拡散による太陽電池性能の低下がおこる。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、Al電極を設けた微結晶質を含んでいてもよい
非晶質半導体装置を製造するとき、Al電極を形成後製造
工程において素子が比較的高温にさらされたばあい、あ
るいは半導体装置の使用中に温度が上昇するばあいなど
に生ずるAlの半導体中への拡散による半導体装置の特性
の低下を防ぐためになされたものであり、微結晶質を含
んでいてもよい非晶質半導体に電気的に接続する金属電
極の第1成分がAlから構成されている半導体装置であっ
て、前記金属電極の他成分としてAgを0.1 〜90atm%含有
することを特徴とする半導体装置に関する。
[実施例] 本発明に用いる微結晶質を含んでいてもよい非晶質半導
体としては、シリコン系の非晶質半導体または微結晶質
を含む非晶質半導体であればとくに限定はない。このよ
うな半導体の具体例としては、a-Si:H、a-Si:F:
H、a-Si:N:F:H、a-SiC :H、:a-SiC :F:
H、a-SiO :H、a-SiO :F:H、a-SiN :H、μc−
Si:H、μc−Si:F:Hなどがあげられる。前記半導
体は、p型、n型、真性のいずれであってもよい。
本発明に用いる微結晶質を含んでいてもよい非晶質半導
体と電気的に接続される金属電極を形成する材料として
は、Alを第1成分とし、他成分として、固相においてAl
中に一部あるいは完全に固溶し、Siと完全共晶形状態図
を作る元素であるAgが、耐熱性の向上の点から好まし
い。
前記Agの金属電極を形成する材料中にしめる割合として
は、0.1 〜90tam%、好ましくは0.1 〜25atm%、さらに好
ましくは0.1 〜10atm%である。
Agを金属電極の他成分として使用するため、反射率の低
下あるいは電気抵抗の増加をおこすことなく、かつ耐熱
性を向上させることができる 金属電極の厚さは20〜100000Åが好ましく、40〜5000Å
であることがさらに好ましい。金属電極層の厚さは蒸着
時の振動子モニター値を用いて測定してもよいし、SIMS
などの表面分析から求めた厚さに基づく検量線を利用し
て測定してもよい。
前記金属電極は、通常p型半導体層、n型半導体層ある
いはp型、n型両半導体層と電気的に接続するように設
けられる。
前記金属電極と半導体をはさんで反対側に電極を形成す
るばあいには、たとえばITO 、ITO /SiO2、In2O3 、Cd
XSnOy(x=0.5 〜2、y=2〜4)、IrZO1-Z(z=0.
33〜0.5 )などからなるなる金属化合物などの電極が代
表例としてあげられるが、これらに限定されるものでは
ない。
なお本明細書にいう半導体装置とは、0.01〜100 μmの
厚さを有する微結晶質を含んでいてもよい非晶質半導体
層を有する、たとえば太陽電池、フォトセンサー、感光
ドラム、薄膜トランジスター、エレクトロルミネッセン
ス素子などで代表される半導体装置を意味する。
つぎに本発明の半導体装置の製法を光入射側から順にp
型、i型、n型の半導体を設けた太陽電池を例にとり説
明する。
まず透明電極を設けた透光性基板上にプラズマCVD 法に
より、たとえばp型a-SiC:H、i型a-Si:H、n型μ
c−Si:H層を形成し、そののち電子ビーム蒸着法によ
り所定の厚さに金属電極を形成する。蒸着源に蒸着物が
所定の組成になる様なAl合金を用いてもよいし、多元電
子ビームによりAlおよびAgの蒸着源を所定の組成になる
ようにビームを交互に照射しながら蒸着してもよい。ま
たスパッタリングにより所定の組成になるようなAl合金
ターゲットをスパッターして設けてもよいし、AlとAgを
コスパッターし、Al合金層を設けてもよい。もちろん抵
抗加熱蒸着法により、Al合金蒸着源を用いて形成しても
よいし、多元蒸着を行なってAl合金層を設けてもよい。
このとき、p層、i層、n層を形成した基板の温度は室
温〜300 ℃、好ましくは室温〜200 とである。
上記説明ではpin 型太陽電池について説明したが、pi
型、pn型の太陽電池や、これらの半導体の1種以上を積
層してタンデム構造にした太陽電池、あるいは他の半導
体装置についても同様である。また太陽電池はヘテロ接
合の太陽電池について説明したが、もちろんホモ接合の
太陽電池であってもよい。
このようにして製造される本発明の半導体装置は、高い
初期性能を維持し、Al電極を設けた半導体装置にみられ
るような金属電極を構成する元素の半導体中への拡散が
防止され、金属電極形成後130 ℃以上の温度、とくに15
0 ℃以上の温度で半導体装置が製造される、あるいは使
用中に長期間80℃以上になるような用途に使用される太
陽電池やフォトセンサーなどに好適に使用される。
つぎに本発明の半導体装置を実施例に基き説明する。
実施例1 厚さ1.1 mmのガラス基板上に厚さ4500Åのフッ素ドープ
SnO2透明電極を堆積させ、その上に基板温度約200 ℃、
圧力0.5 〜1.0Torr にてSiH4、CH4 、 B2H6 からなる混
合ガス、SiH4、H2からなる混合ガス、SiH4、PH3 、H2
らなる混合ガスをこの順に用いてグロー放電分解法にて
それぞれp型非晶質半導体層を150 Å、i型非晶質半導
体層を7000Å、n型微結晶質半導体層を300 Åの厚さに
なるように堆積させた。そののちAlとAgとの合金で各々
の割合が97atm %、3atm %の金属電極を5000Åの厚さ
になるように基板温度150 ℃にて電子ビーム蒸着法で堆
積させた。
えられた太陽電池50個の平均特性および230 ℃、6時間
加熱したのちの50個の平均特性をしらべた。結果を第1
表に示す。
太陽電池特性は、AM-1、100mW /cm2のソーラシミュレ
ーターを用いて測定した。
実施例2 AlとAgとの合金で各々の割合が97atm %、3atm %の金
属電極のかわりに、AlとAgとの合金で各々の割合が75at
m %、25atm %の金属電極を用いた他は実施例1と同様
にして太陽電池を作製し、えられた太陽電池50個の平均
特性および230 ℃、6時間加熱したのちの50個の平均特
性を評価した。結果を第1表に示す。
比較例1 AlとAgとの合金で各々の割合が97atm %、3atm %の金
属電極のかわりに、AlとMgとの合金で各々の割合が99at
m %、1atm %の金属電極を用いた他は実施例1と同様
にして太陽電池を作製し、えられた太陽電池50個の平均
特性および200 ℃、6時間加熱したのちの50個の平均特
性を評価した。結果を第1表に示す。
比較例2 AlとAgとの合金で各々の割合で97atm %、3atm %の金
属電極のかわりに、Alのみの電極を用いた他は実施例1
と同様にして太陽電池を作製し、えられた太陽電池50個
の平均特性および200 ℃、6時間加熱したのちの50個の
平均特性を評価した。結果を第1表に示す。
比較例3 実施例1で用いたAl合金のかわりに、Al(98atm%)−Au
(2atm%)、Al(95atm%)−Zn(5atm%)、Al(97atm
%)−Ni(3atm%)およびAl(98atm%)−Si(2atm%)
の各合金を用いた他は同様の条件で太陽電池を作製し
た。
えられた太陽電池各2個について実施例1と同様にして
加熱試験を行なったところ、いずれも加熱前の変換効率
を80% 以上保有していたが、Al-Ag 合金のばあいよりも
劣っていた。
実施例3〜4および比較例4〜5 AlとAgとの合金で各々の割合が97atm%と3atm%との金属
電極のかわりに、AlとAgとの合金で各々の割合が99atm%
と1atm%(実施例3)、13atm%と87atm%(実施例4)、
7atm%と93atm%(比較例4)、0atm%と100atm% (比較
例5)の金属電極を用いた他は実施例1と同様にして太
陽電池を作製し、えられた太陽電池50個の平均特性およ
び230 ℃、6時間加熱したのちの50個の平均特性を評価
した。また、裏面電極の付着性をスコッチテープテスト
により評価した。結果を第2表に示す。
なお、スコッチテープテストは、裏面電極上に市販のス
コッチテープ(スリーエム(3M)社製)を強くはりつ
けてひきはがしたばあいに、a-Si/裏面電極界面で剥離
するか調べた。その結果、テープに裏面電極が付着しな
い、すなわち、a-Si/裏面電極界面で剥離しないばあい
を良、テープに裏面電極が付着する、すなわち、a-Si/
裏面電極界面で剥離したばあいを不良として評価した。
比較例6〜7 AlとAgとの合金で各々の割合が97atm%と3atm%との金属
電極のかわりに、AlとSiとの合金で各々の割合が95atm%
と5atm%との金属電極(比較例6)、AlとCuとの合金で
各々の割合が98.7atm%と1.3atm% との金属電極(比較例
7)を用いた他は実施例3と同様にして太陽電池を作製
し、評価した。結果を第2表に示す。
[発明の効果] 以上説明したように、半導体装置を製造するばあいに微
結晶質を含んでいてもよい非晶質半導体の電気的接続用
の金属電極として、第1成分がAlであり、他成分がAgか
らなる金属電極を設けることにより、たとえば半導体装
置を製造する際あるいは半導体装置の使用中のように、
金属電極形成後に素子が比較的高温にさらされたばあい
などに、金属電極を構成する金属の半導体中への拡散を
防ぎ、半導体装置の特性の低下を少なくすることができ
る。さらには製品の歩留を向上させ、また製品の寿命を
大きくのばすことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−39072(JP,A) 特開 昭58−98985(JP,A) 特開 昭59−104184(JP,A)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】微結晶質を含んでいてもよい非晶質半導体
    に電気的に接続する金属電極の第1成分がAlから構成さ
    れている半導体装置であって、前記金属電極の他成分と
    してAgを0.1 〜90atm%含有することを特徴とする半導体
    装置。
  2. 【請求項2】前記金属電極の他成分であるAgの含量が0.
    10〜25atm%である特許請求の範囲第1項記載の半導体装
    置。
  3. 【請求項3】前記金属電極の厚さが20〜100000Åである
    特許請求の範囲第1項または第2項記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】微結晶質を含んでいてもよい非晶質半導体
    が厚さ0.01〜100 μmの半導体である特許請求の範囲第
    1項記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】微結晶質を含んでいてもよい非晶質半導体
    が、pin 型、pi型、pn型あるいはこれらpin 型、pi型、
    pn型の1種以上を積層させた構造である特許請求の範囲
    第1項または第4項記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】前記金属電極がp型半導体層、n型半導体
    層あるいはp型、n型両半導体層と電気的に接続する電
    極である特許請求の範囲第1項、第2項または第3項記
    載の半導体装置。
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