(57)【要約】【課題】  太陽電池セルの反りが抑制される半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  まず、ｎ型半導体層３および半導体基板２を含む太陽電池セル１が形成される。その太陽電池セル１の太陽光線を受光する側の表面に、たとえば印刷法、蒸着法またはスパッタ法等によって主面電極４が形成される。その主面電極４に対し、発電した電力を取り出すためのインタコネクタ６が接続される。次に、太陽電池セル１において太陽光線が入射する側とは反対側の面に、たとえば印刷法、蒸着法またはメッキ法等によって裏面電極５が形成される。このようにしてＣＩＣ型の太陽電池セルを備えた半導体装置が完成する。【選択図】        図１
2006041209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池セルを備えた半導体装置の製造方法であって、
太陽光線を受光する第１主表面を有する太陽電池セルを形成する工程と、
前記太陽電池セルの第１主表面に第１電極を形成する工程と、
前記太陽電池セルにおいて、前記第１主表面とは反対側の第２主表面に第２電極を形成する工程と、
前記第１電極に対し、前記太陽電池セルにより発電した電力を取り出すための導電部材を接続する工程と
を備え、
前記導電部材を接続する工程は、前記第１電極を形成する工程の後、前記第２電極を形成する工程の前に行われる、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記太陽電池セルを形成する工程では半導体基板が用いられ、
前記第２電極を形成する前に前記半導体基板を薄くする工程を備えた、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記太陽電池セルを形成する工程は、エピタキシャル成長のための所定の半導体基板上に半導体層を形成する工程を含み、
前記第２電極を形成する前に前記半導体基板を剥離する工程を備えた、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記半導体層を形成する工程では、前記半導体層は厚さ１．５μｍ以上で５０μｍを超えないように形成される、請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記半導体層を形成する工程では、単結晶の化合物半導体が形成される、請求項３または４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２電極を形成する前に前記太陽電池セルの前記第１主表面に前記太陽電池セルを支持するための支持基板を装着する工程を備えた、請求項３〜５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記支持基板を装着する工程では前記支持基板としてカバーガラスが用いられる、請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法によって製造された、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法とそれによって製造された半導体装置に関し、特に太陽電池セルを備えた半導体装置の製造方法と、その製造方法によって製造された半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池セルを備えた半導体装置の一例として、たとえば特許文献１に記載された半導体装置がある。この半導体装置では、図１１に示すように、太陽電池セルとしての半導体層１０１において太陽光線を受光する側の面に主面電極１０２が形成されている。一方、太陽光線を受光する側とは反対側の面には裏面電極１０３が形成されている。さらに、太陽電池セルで発電された電力を取り出すために、太陽電池セルの裏面電極１０３あるいは主面電極１０２にインタコネクタ１０４が接続されている。
【０００３】
次に、その半導体装置の製造方法について簡単に説明する。まず、図１２に示すように、半導体層１０１において太陽光線を受光する側の面に主面電極１０２が形成され、太陽光線を受光する側とは反対側の面に裏面電極１０３が形成される。次に、発電された電力を取り出すためのインタコネクタ１０４が溶接により主面電極１０２または裏面電極１０３に取付けられる。このようにして、図１１に示す半導体装置が完成する。
【特許文献１】特開２００３−３３８６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の半導体装置の製造方法では次のような問題があった。太陽電池セルでは、太陽光線が受光する側とは反対側の半導体層１０１の面の全面に裏面電極１０３が形成されている。その裏面電極１０３の熱線膨張係数と半導体層１０１の熱線膨張係数とは異なっているため、太陽電池セルそのものが反ってしまうことになる。この傾向は、太陽電池セルの面積が広くなるにしたがってより顕著になる。また、太陽電池セルが薄くなるにしたがってより顕著になる。
【０００５】
一方、太陽電池セルでは発電効率を高めるため、太陽電池セルに形成される主面電極の領域を最小限に設定することが望まれる。そのため、インタコネクタを溶接する領域の面積は非常に限定されることになる。したがって、反ってしまった、あるいは反りやすくなった太陽電池セルの主面電極等にインタコネクタを溶接し、かつ、インタコネクタと太陽電池セルとの機械的強度を確保することがますます困難な状況になっている。
【０００６】
特に、近年では、生産コストの削減に対応するために半導体層をより薄くすることが求められており、半導体層の厚さとしては５０μｍ以下となっている。この程度の厚さの半導体層では、インタコネクタの溶接の際に半導体層そのものの機械的強度を確保することは極めて困難となって太陽電池セルが割れてしまい、これが歩留まりを下げる要因の一つとなっていた。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、太陽電池セルの反りが抑制される半導体装置の製造方法を提供することであり、他の目的は、そのような製造方法によって製造される半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、太陽電池セルを備えた半導体装置の製造方法であって、以下の工程を備えている。太陽光線を受光する第１主表面を有する太陽電池セルを形成する。太陽電池セルの第１主表面に第１電極を形成する。太陽電池セルにおいて、第１主表面とは反対側の第２主表面に第２電極を形成する。第１電極に対し、太陽電池セルにより発電した電力を取り出すための導電部材を接続する。その導電部材を接続する工程は、第１電極を形成する工程の後、第２電極を形成する工程の前に行われる。
【０００９】
この方法によれば、導電部材は太陽電池セルに第２電極がまだ形成されていない状態で、第１電極に接続される。そのため、導電部材を接続する際に太陽電池セルが加熱されても、太陽電池セルは反ることがなくなる。これにより、導電部材を第１電極に押し付けて接続する際に必要以上の力で抑え付ける必要がなく、太陽電池セルが割れてしまうのを防止することができる。その結果、歩留まりを下げることなく半導体装置を製造することができる。
【００１０】
その太陽電池セルを形成する工程で半導体基板が用いられる場合に、第２電極を形成する前にその半導体基板を薄くする工程を備えていることが好ましい。これにより、半導体装置の軽量化に寄与することができる。
【００１１】
また、太陽電池セルを形成する工程として、エピタキシャル成長のための所定の半導体基板上に半導体層を形成する工程を含み、第２電極を形成する前にその半導体基板を剥離する工程を備えていてもよい。
【００１２】
その半導体層を形成する工程では、半導体層は、その厚さが太陽電池セルを形成するために要求される最小の厚さ１．５μｍ以上であって５０μｍを超えないように形成されていてもよく、特に、このような薄い半導体層を備える場合にも、導電部材を太陽電池セルに良好に接続することができる。
【００１３】
より具体的に、半導体層としては単結晶の化合物半導体が形成されることが好ましい。
【００１４】
また、所定の半導体基板を取り除くために、第２電極を形成する前に太陽電池セルの第１主表面に太陽電池セルを支持するための支持基板を装着する工程を備えていてもよい。
【００１５】
そのような支持基板を装着する工程では、支持基板としてカバーガラスが用いられることが好ましい。これにより、支持基板を後で取り除く工程を省くことができる。
【００１６】
本発明に係る半導体装置は、請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置である。当該製造方法を適用することにより、軽量化が図られる半導体装置を高い歩留まりで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る太陽電池セルを備えた半導体装置はＣＩＣ（Connector and Coverglass Integrated Cell）型の半導体装置であり、そのＣＩＣ型の半導体装置は次のようにして製造される。まず、たとえば拡散法またはイオン注入法により半導体層を含む半導体基板にｐｎ接合が形成される。太陽光線を受光する半導体基板の主面上に、たとえば印刷法、蒸着法またはスパッタ法等によって主面電極が形成される。次に、主面電極に対し、たとえばハンダまたは溶接によって、発電した電力を取り出すためのインタコネクタが接続される。次に、たとえばシリコーン樹脂あるいは有機ワックス等により、支持基板となるカバーガラスが太陽電池セルの主面上に接着される。
【００１８】
次に、半導体基板において太陽光線が入射する側とは反対の裏面に、たとえばエッチング処理または研削処理を施すことにより半導体基板を薄くする。次に、太陽電池セルにおいて太陽光線が入射する側とは反対側の面上に、たとえば印刷法、蒸着法またはメッキ法等によって裏面電極が形成される。このようにしてＣＩＣ型の太陽電池セルを備えた半導体装置が完成する。
【００１９】
上述した製造方法によって半導体装置を製造することで、太陽電池セルの大型化あるいは薄型化に伴って、半導体基板に反りが生じたり機械的強度が低下しても、歩留まりが低下するのを抑制することができる。以下、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について、具体的に説明する。
【００２０】
実施の形態１
ＣＩＣ型の太陽電池セルを備えた半導体装置では、図１に示すように、半導体基板２およびｎ型半導体層３により太陽電池セル１が構成される。太陽電池セル１において、太陽光線が入射する側の主表面には主面電極４が形成され、一方、太陽光線が入射する側とは反対側の主表面には裏面電極５が形成されている。また、太陽電池セル１において発電した電力を取り出すとともに、隣接する他の太陽電池セル（図示せず）と電気的に接続するために、主面電極４に対しインタコネクタ６が接続されている。さらに、太陽電池セル１の太陽光線が入射する側の主表面には、シリコン樹脂８を介在させて太陽電池セル１を保護するためのカバーグラス７が装着されている。
【００２１】
次に、上述した半導体装置の製造方法について説明する。まず、単結晶ｐ型シリコンの半導体基板の主表面にリン溶液をスピンコート法により塗布し、温度約９００℃の拡散炉内にて時間約１０分の熱処理を施すことにより、リンを拡散させて半導体基板内にｎ型半導体層が形成される。これにより、ｐ型の半導体基板とｎ型半導体層によるｐｎ接合が形成される。また、必要に応じて半導体基板を研削することで半導体基板の厚さがより薄くされる。
【００２２】
このようにして、図２に示すように、半導体基板２とｎ型半導体層３を含む太陽電池セル１が形成される。そのｎ型半導体層３の主表面にたとえばスクリーン印刷法により主面電極４が形成される。具体的には、主面電極４は、銀ペーストをｎ型半導体層３の主表面にスクリーン印刷して、温度約２００℃にて焼結し、その後、焼結された銀ペーストの表面をハンダメッキすることによって形成される。
【００２３】
次に、図３に示すように、あらかじめハンダメッキが施されたインタコネクタ６を主面電極４に接触するように載置し、ホットプレート上で温度約３８０℃程度に加熱することにより、インタコネクタ６と主面電極４とを溶融したハンダで溶着させる。次に、図４に示すように、太陽電池セル１において太陽光線が入射する側とは反対側の裏面に裏面電極５が形成される。具体的には、裏面電極５は、アルミペーストを半導体基板２の表面にスクリーン印刷し、温度約２３０℃にて焼結することにより、バックサーフェスフィールド層とともに形成される。
【００２４】
次に、図５に示すように、太陽電池セル１の主表面上にシリコン樹脂８が塗布されてカバーガラス７が接着される。その後、室温のもとで乾燥させることにより図１に示すＣＩＣ型の太陽電池セルを備えた半導体装置が完成する。
【００２５】
上述した半導体装置の製造方法では、インタコネクタ６と主面電極４とは溶融したハンダによって溶着される。溶着する際には、半導体基板２の裏面には裏面電極がまだ形成されていない状態で、所定の温度のもとで加熱しながらインタコネクタ６を主面電極４に押し付けることが行なわれる。これにより、半導体基板２の裏面に裏面電極が形成された状態でインタコネクタが主面電極に接続される場合と比べて、以下のような効果が得られることになる。
【００２６】
インタコネクタ６と主面電極４とは溶融したハンダによって溶着する際に、すでに半導体基板２の裏面にアルミニウムの裏面電極が形成されているとすると、裏面電極５をなすアルミニウムと半導体基板２あるいはｎ型半導体層３をなすシリコンとでは線熱膨張係数が異なるために、裏面電極５が形成された半導体基板２とｎ型半導体層３は反ってしまう。
【００２７】
また、主面電極４は太陽電池セル１において太陽光線を受光する主面に形成されるため、発電効率を高めるためにインタコネクタ６が配設される領域の面積は必要最小限とされる。そのため、反った太陽電池セル１に対してそのような狭い領域にインタコネクタ６を接続しなければならず、インタコネクタ６の接続の作業性が悪くなってしまう。さらに、太陽電池セル１の反りを軽減しようとしてインタコネクタ６をより強く主面電極４に押し付けようとすると、薄くされた半導体基板または半導体層では機械的強度が弱く、太陽電池セル１が割れてしまうことがある。その結果、半導体装置の歩留まりが低下することになる。
【００２８】
これに対して、上述した半導体装置の製造方法では、半導体基板２の裏面に裏面電極５がまだ形成されていない状態で、インタコネクタ６が主面電極４に接続される。そのため、ハンダを溶融するために半導体基板２等が加熱されても、半導体基板２等は反ることがなくなる。これにより、インタコネクタ６を主面電極４に押し付けて接続する際に必要以上の力で押え付ける必要がなく、太陽電池セル１が割れてしまうのを防止することができる。その結果、歩留まりを下げることなく半導体装置を製造することができる。
【００２９】
なお、上述した半導体装置の製造方法では、半導体基板２および半導体層３としてシリコン、裏面電極５としてアルミニウムを適用した場合について説明したが、これらの材料に限定されるものではなく、半導体基板２等と裏面電極５とに対してそれぞれの熱線膨張係数の異なる材料を適用することができる。
【００３０】
実施の形態２
ＣＩＣ型の太陽電池セルを備えた他の半導体装置では、図５に示すように、ｐ型ＧａＡｓ層１１およびｎ型ＧａＡｓ層１２により太陽電池セル１が構成される。なお、これ以外の構成については図１に示す半導体装置と同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を省略する。
【００３１】
次に、上述した半導体装置の製造方法について説明する。まず、図６に示すように、エピタキシャル成長をさせるための基板としてＧａＡｓ基板１３が用意される。そのＧａＡｓ基板１３の表面に、エピタキシャル成長法によりＡｌＡｓ層１４、ｐ型ＧａＡｓ層１１およびｎ型ＧａＡｓ層１２が形成される。
【００３２】
次に、そのｎ型ＧａＡｓ層１２の主表面上に、フォトリソグラフィ工程、蒸着工程およびリフトオフ工程を経て、ＡｕＧｅ/Ｎｉ/Ａｕ/Ａｇ(０．０３μｍ/０．０２μｍ/０．１μｍ/５μｍ)からなる主面電極４が形成される。その後、温度約４００℃、時間約１分の熱処理を施すことにより主面電極４とｎ型ＧａＡｓ層１２とが電気的に接続される。
【００３３】
そのｎ型ＧａＡｓ層１２上に所定のレジストパターン（図示せず）を形成し、そのレジストパターンをマスクとして、ウエットエッチングを施すことで、太陽電池セルを形成しない領域に位置するＰ型ＧａＡｓ層１１およびｎ型ＧａＡｓ層１２の部分が除去される（図７参照）。なお、ＧａＡｓ層をエッチングを施すための代表的な薬液としては、たとえばアンモニア、過酸化水素水および水の混合液が用いられる。
【００３４】
次に、図７に示すように、主面電極１２に対して銀箔のインタコネクタ６が所定の溶接機を用いて溶接される。次に、図８に示すように、太陽電池セル１を覆うようにワックス１６が塗布される。そのワックス１６上に支持基板１７が載置されて、真空オーブンにて、温度約１５０℃のもとでワックス１６等に含まれる空気が脱泡される。
【００３５】
次に、ＡｌＡｓのみをエッチングすることができる所定の薬液に、支持基板１７に支持された太陽電池セル１を浸漬してＡｌＡｓ層１４にエッチングを施すことにより、図９に示すように、ＧａＡｓ基板１３を太陽電池セル１から分離させる。この場合の代表的な薬液としてフッ酸が用いられる。なお、ｐ型ＧａＡｓ層１１の一部にエッチングを施すことによりＧａＡｓ基板１３を分離させてもよい。あるいは、太陽電池セル１がワックス１６によってその全面が覆われていることで、ＧａＡｓ基板１３とＡｌＡｓ層１４の双方にウエットエッチングを施して除去するようにしてもよい。
【００３６】
次に、露出したｐ型ＧａＡｓ層１１の表面、すなわち太陽電池セル１の裏面に、たとえば蒸着法によりＡｕ/Ａｇ(０．３μｍ/５μｍ)からなる裏面電極５が形成される（図１０参照）。次に、適当な有機溶剤を用いてワックス２１を溶解することにより、図１０に示すように、支持基板１７を太陽電池セル１から分離させる。次に、太陽電池セル１の主表面上にシリコン樹脂が塗布されてカバーガラスが接着される。その後、室温のもとで乾燥させることにより図５に示すＣＩＣ型の太陽電池セルを備えた半導体装置が完成する。
【００３７】
上述した半導体装置の製造方法では、インタコネクタ６は主面電極４に対し溶接により接続される。溶接する際には、太陽電池セル１の裏面に裏面電極５がまだ形成されていない状態で、所定の温度のもとで加熱しながらインタコネクタ６を主面電極４に押し付けることが行なわれる。これにより、太陽電池セル１の裏面に裏面電極５が形成された状態でインタコネクタ６が主面電極４に接続される場合と比べて、以下のような効果が得られることになる。
【００３８】
インタコネクタ６を主面電極４に溶接により接続する際に、すでに太陽電池セル１の裏面に裏面電極５が形成されているとすると、裏面電極５と太陽電池セル１とでは線熱膨張係数が異なり、しかも、太陽電池セル１は裏面電極５に比べて十分に薄いため、裏面電極５が形成された太陽電池セル１は反ってしまう。
【００３９】
また、主面電極４は太陽電池セル１において太陽光線を受光する主面に形成されるため、発電効率を高めるためにインタコネクタ６が配設される領域の面積は必要最小限とされる。そのため、反った太陽電池セル１に対してそのような狭い領域にインタコネクタ６を接続しなければならず、インタコネクタ６の接続の作業性が悪くなってしまう。さらに、太陽電池セル１の反りを軽減しようとしてインタコネクタ６をより強く主面電極４に押し付けようとすると、機械的強度が弱い太陽電池セル１が割れてしまうことがある。その結果、半導体装置の歩留まりが低下することになる。
【００４０】
これに対して、上述した半導体装置の製造方法では、太陽電池セル１の裏面に裏面電極５がまだ形成されておらず、太陽電池セル１は比較的厚いＧａＡｓ基板１３に支持された状態で、インタコネクタ６が主面電極４に接続される。そのため、インタコネクタ６を主面電極４に溶接により接続する際に、太陽電池セル１が加熱されても太陽電池セル１は反ることがなくなる。これにより、インタコネクタ６を主面電極４に押し付けて接続する際に必要以上の力で抑え付ける必要がなく、太陽電池セル１が割れてしまうのを防止することができる。その結果、歩留まりを下げることなく半導体装置を製造することができる。
【００４１】
なお、上述した半導体装置の製造方法において、支持基板１７の代わりにカバーガラスを用い、ワックス１６の代わりにシリコン樹脂を用いてもよい。この場合には、ワックスを溶解して支持基板１７を太陽電池セル１から分離させる工程を省くことができる。
【００４２】
次に、半導体装置の歩留まりの評価結果について説明する。まず、従来の方法により厚さ約５０μｍの単結晶シリコンの太陽電池セルを備えた半導体装置を製造する場合では、インタコネクタを主面電極に接続する工程における歩留まりは約６０％であり、また、厚さ約５０μｍの単結晶ＧａＡｓの太陽電池セルを備えた半導体装置を製造する場合では、インタコネクタを主面電極に接続する工程における歩留まりは約２０％であった。
【００４３】
これに対して、本発明に係る製造方法によって、ｐ型のＧａＡｓ層とｎ型のＧａＡｓ層とを合わせた厚さが約１０μｍのＣＩＣ型の太陽電池セル１を備えた半導体装置を製造する場合では、インタコネクタを主面電極に接続する工程における歩留まりは９０％を超えることが判明した。このことから、本発明に係る半導体装置の製造方法は、特に、厚さ５０μｍを超えない比較的薄い半導体層を用いた太陽電池セルを備えた半導体装置の歩留まり向上に大きく貢献できることが実証された。なお、半導体層は、太陽電池セルとしての機能を確保する観点から、薄くても１．５μｍ以上の厚さを有していることが必要とされる。
【００４４】
また、本発明に係る製造方法によって製造された半導体装置では、変換効率は半導体基板を薄くしない半導体装置と比べて、同レベルを達成できることがわかった。これにより、比較的大面積で高い変換効率であるという基本的な特性を確保しながら、半導体装置の軽量化を図ることができ、しかも、そのような半導体装置を高い歩留まりをもって製造することができることがわかった。
【００４５】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る太陽電池セルを備えた半導体装置の断面図である。
【図２】同実施の形態において、図１に示す半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図３】同実施の形態において、図２に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図４】同実施の形態において、図３に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る太陽電池セルを備えた半導体装置の断面図である。
【図６】同実施の形態において、図５に示す半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図７】同実施の形態において、図６に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図８】同実施の形態において、図７に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図９】同実施の形態において、図８に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図１０】同実施の形態において、図９に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。
【図１１】従来の太陽電池セルを備えた半導体装置の断面図である。
【図１２】図１１に示す半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  太陽電池セル、２  半導体基板、３  ｎ型半導体層、４  主面電極、５  裏面電極、６  インタコネクタ、７  カバーガラス、８  シリコン樹脂、１１  ｐ型ＧａＡｓ層、１２  ｎ型ＧａＡｓ層、１３  ＧａＡｓ基板、１４  ＡｌＡｓ層、１６  ワックス、１７  支持基板。
【図１】
2006041209.tif 000003
【図２】
2006041209.tif 000004
【図３】
2006041209.tif 000005
【図４】
2006041209.tif 000006
【図５】
2006041209.tif 000007
【図６】
2006041209.tif 000008
【図７】
2006041209.tif 000009
【図８】
2006041209.tif 000010
【図９】
2006041209.tif 000011
【図１０】
2006041209.tif 000012
【図１１】
2006041209.tif 000013
【図１２】
2006041209.tif 000014