(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板上に、複数の薄膜半導体素子からなる薄膜半導体装置をマスクフィルムを用いて同時に形成するロールツーロール方式またはステッピングロール方式の薄膜半導体装置の製造方法において、前記マスクフィルムは、前記絶縁基板とほぼ同じ熱変形率を有する接着性樹脂フィルムからなり、薄膜半導体層の形成温度よりも高い温度で、マスクフィルムと絶縁基板との間に圧力を加えることにより、マスクフィルムを絶縁基板の薄膜形成面上に固定し、薄膜半導体層および電極層を積層した後、マスクフィルムを絶縁基板から引き剥がすことにより、複数の薄膜半導体素子に分離することを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記マスクフィルムの開口部の角が曲線状であることを特徴とする請求項１記載の薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記マスクフィルムの面積が絶縁基板側の方が膜付着側よりも広いことを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項４】
粘着性の表面をもつロールにより、前記マスクフィルムを除去することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の薄膜半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜太陽電池等の絶縁基板上に形成された複数の薄膜半導体素子からなる薄膜半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
絶縁表面を有する基板上に形成された薄膜半導体装置の一つとして、薄膜太陽電池がある。薄膜太陽電池は、絶縁基板上に第一電極層、光電変換層である薄膜半導体層、第二電極層を積層した構造となっているが、特に第二電極層内での電圧降下による損失を避けるため、複数のユニットセル（薄膜半導体素子）に分割し、分割したユニットセルを、隣接するユニットセルと電気的に直列に接続する構造をとることが多い。複数のユニットセルに分割し、直列接続構造を形成するためには、各電極層および薄膜半導体層の形成時に、マスクを用いた選択形成したり、全面に形成した後レーザ加工により分離する等の方法が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、選択的な形成のためのマスクとしては、金属薄板のマスクを用いていたが、ポリイミド等の樹脂基板を使用すると、薄膜半導体層の形成時に熱収縮が起き、マスクがずれたり、マスクが基板に密着できずマスクぼけを生じたりした。また、フォトレジストなどの剥がれやすい膜をマスクとして利用するリフトオフ法では、マスクぼけは無くなるが、基板の熱収縮により、マスク膜が剥がれてしまうという問題が起きた。特に、ロールに巻いた長尺の基板を送り出しながら連続的に太陽電池を形成し、ロールに巻き取るいわゆるロールツーロール方式の成膜方法においては、ロール巻き取り時に、マスク膜が剥がれる等の問題もあった。
【０００４】
薄膜半導体層や電極層を全面に形成した後、レーザ加工により分離する方法では、透光性基板を用い、その両面に電極層や薄膜半導体層を形成した薄膜太陽電池の場合、レーザ光が基板を透過し、裏面の薄膜層にダメージを与えるという問題があった。以上の問題に鑑みて本発明の目的は、樹脂基板にも対応でき、高精度に精密なパターンを形成できる薄膜半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決のため本発明は、絶縁基板上に、複数の薄膜半導体素子からなる薄膜半導体装置をマスクフィルムを用いて同時に形成するロールツーロール方式またはステッピングロール方式の薄膜半導体装置の製造方法において、マスクフィルムは、絶縁基板とほぼ同じ熱変形率を有する接着性樹脂フィルムからなり、薄膜半導体層の形成温度よりも高い温度で、マスクフィルムと絶縁基板との間に圧力を加えることにより、マスクフィルムを絶縁基板の薄膜形成面上に固定し、薄膜半導体層および電極層を積層した後、マスクフィルムを絶縁基板から引き剥がすことにより、複数の薄膜半導体素子に分離するものとする。
【０００６】
【０００７】
【０００８】
【０００９】
【００１０】
そして、マスクフィルムの開口部の角が曲線状であるものとする。そのようにすれば、角部での応力集中が抑制される。また、マスクフィルムの面積が基板側の方が膜付着側よりも広いものとする。そのようにすれば、マスクフィルム近傍の電極層、薄膜半導体層の成膜時に影響することが少ない。
【００１１】
マスクフィルムの剥離方法としては、粘着性の表面をもつロールにより、マスクフィルムを除去する。
【００１２】
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、実施例の図を参照しながら説明する。本発明にかかる薄膜半導体装置の製造方法においては、絶縁基板と同等の熱変形率を有するマスクフィルムを用い、マスクフィルムと絶縁基板とを高温下において、圧着し、マスクフィルムを固定する。マスクフィルムを固定した絶縁基板上に第一電極層、薄膜半導体層、第二電極層を積層形成した後、マスクフィルムを絶縁基板から引き剥がすことにより、マスクフィルム上の電極層、薄膜半導体層を同時に除去し、所定のパターンの薄膜半導体装置を形成するものである。
［実施例１］
図２（ａ）は本発明により得られた薄膜太陽電池の平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【００１４】
図２（ｂ）において、５１、５２、５３は分離された太陽電池のユニットセルである。各ユニットセル５１、５２、５３は、ポリイミド樹脂の絶縁基板１上に堆積された第一電極層１０、薄膜半導体層２０、第二電極層３０からなる。第一電極層１０はスパッタされた厚さ０．２μｍの銀（Ａｇ）である。薄膜半導体層２０は、プラズマＣＶＤ法で堆積された厚さ約１μｍのアモルファスシリコン膜である。第二電極層３０はスパッタされた厚さ０．１μｍの酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）である。
【００１５】
薄膜半導体層２０は、図２（ａ）のＢの範囲に堆積されており、また１１は第一電極層１０の欠落部分である。同図の点線で囲んだ範囲では、第二電極３０はその下の第一電極層１０と接続しており、三つのユニットセル５１、５２、５３が直列接続されていることになる。図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の製造方法を説明する製造工程順の主な工程ごとの断面図である。
【００１６】
以下に、この図を参照しながら本発明の製造方法を説明する。厚さ５０μｍのポリイミドフィルムを絶縁基板１とする［図１（ａ）］。この絶縁基板１上に、厚さ１μｍのポリイミド樹脂からなる所定のパターンを形成したマスクフィルム２を、３００℃の高温下で圧着する［同図（ｂ）］。次に、マスクフィルム２を固定した絶縁基板１の上に、第一電極層１０としてスパッタ法により、銀を０．２μｍ、薄膜半導体層２０としてプラズマＣＶＤ法により、光電変換層となるアモルファスシリコン膜を１μｍ、第二電極層３０としてスパッタ法により、酸化インジウム膜を０．１μｍのそれぞれの厚さに形成する［同図（ｃ）］。
【００１７】
その後に、マスクフィルム２を絶縁基板１から引き剥がすことにより、マスクフィルム２上の電極層と薄膜半導体層とが同時に除去され、第一電極層１０、アモルファス半導体層２０、第二電極層３０が、三つのユニットセル５１、５２、５３に分断される。そして、ユニットセル５１、５２、５３が図示されない断面で直列接続された構造ができる［同図（ｄ）］。
【００１８】
図７（ａ）は、絶縁基板１にマスクフィルム２を形成する装置の立面図、図７（ｂ）は上方から見た透視平面図である。
ポリイミドの絶縁基板１は、送り出しロール４と巻き取りロール５により、ロールツーロール搬送される。絶縁基板１には、搬送用の位置決め孔６が開けられており、位置決めセンサ７で、位置決め孔６を認識し、搬送を停止することができる。
【００１９】
絶縁基板１とマスクフィルム２とを上下から離型シート８で挟み、上下にあるヒータ板９を移動させることにより、絶縁基板１とマスクフィルム２とを加熱圧着する。離型シート８は例えば四フッ化エチレン樹脂を含浸したガラスクロスである。上下にあるヒータ板９を離し、離型シート８を除くことにより、マスクフィルム２を固定した絶縁基板１ができる。これを巻き取りロール５に巻き取る。マスクフィルム２は図のようにマスクフィルムロール１４から供給される。
【００２０】
このマスクフィルム形成法は、一度に広い面積にマスクフィルムを形成できるため、基板内のマスク形成の精度が高いという利点がある。マスクフィルムの剥離方法としては、粘着性の表面をもつロールにより、マスクフィルムを除去する。そうすれば、均一な力で一様に剥離される。図８（ａ）は、絶縁基板上に形成されたマスクフィルム２の図であり、図８（ｂ）はマスクの一部の断面図である。同図に示すように、絶縁基板１に接する側を広く、薄膜が付着する側を狭くしている。これは、薄膜半導体層や電極層の形成時に、マスクフィルム２近傍の膜厚が薄くなるのを防ぐためである。マスクフィルム２が形成する薄膜半導体層や電極層よりも厚い場合には、このようにマスクフィルム２の形状を基板に接する側を大きくしないと、薄膜の形成法によっては、マスクフィルム２近傍の膜厚が異なり、不良の原因になってしまうこともある。
【００２１】
また図８（ｃ）はマスクフィルム２の角部の拡大図である。開口部の角は半径０．３ｍｍの弧状になっている。これは、開口部のかどを直角にすると、マスク作製や除去の際に応力集中によりマスクが裂け易くなるので、それを防止するためである。本実施例では、絶縁基板１にも、マスクフィルム２にもポリイミド樹脂を使用しているので、加熱時の熱収縮はあるもののその程度が同じであり、絶縁基板１の熱変形によるリフトオフ用のマスクフィルム２の剥がれやマスクぼけは無くなった。更に、マスク幅を１００μｍ程度まで細くできるようになった。
【００２２】
このように、薄膜形成時の高温による熱変形の大きい耐熱樹脂基板上で面積効率が高く、不良の少ない直列接続型太陽電池の製造が可能となった。
【００２３】
［実施例２］
図３（ａ）は、本発明の製造方法を適用した別の実施例の薄膜太陽電池の平面図、図３（ｂ）は、絶縁基板の裏面側の平面図である。
【００２４】
この例では、絶縁基板に貫通孔を開け、その貫通孔を利用して光電変換層の両側にある第一、第二電極層を絶縁基板裏面の第三電極層と接続し、直列接続構造を構成しているものである。１０は厚さ５０μｍの透光性のアラミドフィルムの絶縁基板１上にスパッタされた厚さ０．２μｍの銀（Ａｇ）の第一電極層、２０はプラズマＣＶＤ法で堆積された厚さ約１μｍのアモルファスシリコン膜の薄膜半導体層、３０は、スパッタされた厚さ０．１μｍの酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）の第二電極層である。６１〜６６は第一電極１０と、絶縁基板１の裏面に形成された第三電極層４０とを接続するための第一貫通孔であり、７１〜７６は第二電極３０と、第三電極層４０とを接続するための第二貫通孔である。各ユニットセル５４〜５６は、絶縁基板１上では完全に分離されている。
【００２５】
図３（ｂ）に見られるように絶縁基板１の裏面の第三電極４０も分離されている。ただし、その分離帯１３の位置は、絶縁基板１上面のユニットセル５４〜５６の分離帯１２の位置とはずらされている。図４（ａ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ’線に沿った断面図、図４（ｂ）は図３（ａ）のＤ−Ｄ’線に沿った断面図である。
【００２６】
図４（ａ）に見られるように第三電極層４０は第三電極内層４０ａと第三電極外層４０ｂの二層からなっており、第二貫通孔７１〜７３（図示されないが第二貫通孔７４〜７６も同じ）内で、第二電極層３０と第三電極外層４０ｂとが接続されていて、第二電極層３０の電位が絶縁基板１の裏面の第三電極層４０にもたらされている。絶縁基板上の電極層等の分離帯１２と、下側の分離帯１３との位置関係がわかる。
【００２７】
一方、図４（ｂ）に見られるように、第一貫通孔６１〜６３（図示されないが６４〜６６も同じ）内で、第一電極層１０と第三電極内層４０ａとが接続されていて、第一電極層１０の電位も絶縁基板１の裏面の第三電極層４０にもたらされている。図３（ａ）に見られるように、この第一貫通孔６１〜６６のある部分では、薄膜半導体層２０および第二電極層３０は形成されていないので、この第一貫通孔６１〜６６を介して第二電極層３０と第三電極層４０とが短絡されることはない。
【００２８】
図４（ａ）、（ｂ）からユニットセル５４、５５、５６が直列接続され、絶縁基板１の下面の図では左端の第三電極層４１と、右端の第三電極層４２との間に直列出力が出力されることがわかる。図５（ａ）〜（ｅ）は、実施例２の薄膜半導体装置の製造方法を説明する製造工程順の主な工程ごとの断面図である。ただし、図３（ａ）のＣ−Ｃ’線に沿った断面図である。
【００２９】
以下に、図５を参照しながら本発明の製造方法を説明する。厚さ５０μｍのアラミドフィルムを絶縁基板１の両面に、厚さ１μｍのポリイミド樹脂からなるマスクフィルム２を、３００℃の高温下で圧着する［同図（ａ）］。パンチで図の断面には現れないが第一貫通孔を形成した後、両面にマスクフィルム２を固定した絶縁基板１に、スパッタ法により、銀を０．２μｍ形成し、第一電極層１０とする。また絶縁基板１の裏面にもスパッタ法により、銀を０．２μｍ形成し、第三電極内層４０ａとする［同図（ｂ）］。このとき、銀膜はマスクフィルム２上にも形成される。第一電極層１０と第三電極内層４０ａとは、第一貫通孔の内面にも形成され、第一貫通孔の内部で電気的に接続される。
【００３０】
次に、パンチで絶縁基板１に第二貫通孔７１〜７６を開ける［同図（ｃ）］。プラズマＣＶＤ法によりアモルファスシリコン膜を１μｍ堆積して、光電変換層となる薄膜半導体層２０とする。続いて、第二電極層３０としてスパッタ法により、酸化インジウム膜を０．１μｍ形成する。更に、絶縁基板１の裏面側にスパッタ法により、銀を０．１μｍ形成し、第三電極外層４０ｂとする［同図（ｄ）］。このとき、第二貫通孔７１、７２、７３内で第二電極層３０と第三電極外層４０ｂとが接続される。また、アモルファスシリコン膜、酸化インジウム膜および銀膜は、マスクフィルム２上にも形成される。
【００３１】
その後に、両面のマスクフィルム２を絶縁基板１から引き剥がすことにより、マスクフィルム２上の薄膜が同時に除去され、絶縁基板１の上面での分離帯１２が形成され、第一電極層１０、アモルファス半導体層２０、第二電極層３０が、三つのユニットセル５４、５５、５６に分断される。同時に絶縁基板１の下面での分離帯１３が形成され、第二貫通孔７１、７２、７３と図示されない第一貫通孔の作用で、ユニットセル５４、５５、５６が直列接続された構造ができる［同図（ｅ）］。
【００３２】
本実施例では、絶縁基板１にアラミド樹脂を、マスクフィルム２にポリイミド樹脂を使用したが、マスクフィルム２の剥がれ等は生じなかった。アラミド樹脂、ポリイミド樹脂の熱収縮率はそれぞれ約０．２％、０．４％であり、それほど違わないためと考えられる。従って、絶縁基板１と同じ材質のマスクフィルム２でなくても、例えば１％以内の熱変形率の差をもつマスクフィルムであれば、マスクフィルムの剥がれ、マスクぼけは防止できると思われる。また、本実施例では、従来のレーザ加工法では困難であった透光性基板の両面に薄膜を形成した太陽電池の分離加工が精度良く行えるようになった。
【００３３】
【００３４】
【００３５】
【００３６】
【００３７】
【００３８】
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、絶縁基板上に、複数の薄膜半導体素子からなる薄膜半導体装置をマスクフィルムを用いて同時に形成するロールツーロール方式またはステッピングロール方式の薄膜半導体装置の製造方法において、マスクフィルムは、絶縁基板とほぼ同じ熱変形率を有する接着性樹脂フィルムからなり、薄膜半導体層の形成温度よりも高い温度で、マスクフィルムと絶縁基板との間に圧力を加えることにより、マスクフィルムを絶縁基板の薄膜形成面上に固定し、薄膜半導体層および電極層を積層した後、マスクフィルムを絶縁基板から引き剥がすことにより、複数の薄膜半導体素子に分離するものである。
【００４０】
基板と同じように熱変形するために、成膜プロセス中の熱応力等によるマスク剥がれや、マスクぼけがなく、高精度のパターン形成が可能になったばかりでなく、パターン自体の細密化ができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）ないし（ｄ）は本発明の製造方法による第一の実施例の太陽電池の製造工程順に示した断面図
【図２】  （ａ）は本発明の製造方法による第一の実施例の太陽電池の平面図、（ｂ）は断面図
【図３】  （ａ）は本発明の製造方法による第二の実施例の太陽電池の平面図、（ｂ）は裏面の平面図
【図４】  （ａ）、（ｂ）は本発明の製造方法による第二の実施例の太陽電池の断面図
【図５】  （ａ）ないし（ｅ）は本発明の製造方法による第二の実施例の太陽電池の製造工程順に示した断面図
【図６】  （ａ）は本発明の製造方法による第一の実施例の太陽電池の製造装置の立面図、（ｂ）はその透視平面図
【図７】  （ａ）は本発明の製造方法による第一の実施例の太陽電池のマスクフィルムの図、（ｂ）はその部分断面図、（ｃ）は角部の拡大図
【符号の説明】
１          絶縁基板
２          マスクフィルム
３          薄膜マスク
４          送り出しロール
５          巻き取りロール
６          位置決め孔
７          位置決め孔センサ
８          離型シート
９          ヒータ板
１０          第一電極層
１１          第一電極層の欠落部
１２          分離帯
１３          分離帯
１４          マスクフィルムロール
２０          薄膜半導体層
３０          第二電極層
４０          第三電極層
４０ａ        第三電極内層
４０ｂ        第三電極外層
５１、５２、５３  ユニットセル
５４、５５、５６  ユニットセル
６１〜６６    第一貫通孔
７１〜７６    第二貫通孔
【図１】
0003687198.tif 000002
【図２】
0003687198.tif 000003
【図３】
0003687198.tif 000004
【図４】
0003687198.tif 000005
【図５】
0003687198.tif 000006
【図６】
0003687198.tif 000007
【図７】
0003687198.tif 000008