(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
５０μｍ以上２００μｍ以下の厚さを有するシリコン基板とその少なくとも一方の面の全面又は部分的に金属膜を有し、かつその製造工程中の熱履歴により反りを有する半導体装置を、−７０℃以下で冷却し、次いで５５〜６０℃で加熱することにより半導体装置の反りを減少させる工程を含み、前記冷却後の反りが、前記冷却前の反りとは逆の向きを有し、かつ前記冷却前の反りより少ない反り量を有し、前記加熱後に、前記冷却後の反りの反り量が減少することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
冷却が、液体窒素、液体ヘリウム、液体アルゴン及び液体ネオンから選択される冷却媒体を用いて行なわれる請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
半導体装置が、太陽電池セルである請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
金属膜が、少なくともＡｇを含んでいる請求項３に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板と金属膜を有する半導体装置は、温度変化を伴うプロセスにより製造されるため、常温に戻したとき半導体基板（例えばシリコン基板）と金属膜（例えば銀電極）との熱膨張係数の差に起因して、反る現象が生じる。通常は昇温工程により半導体基板側を凸にして半導体装置全体が反る。
半導体基板側を凸にして反った場合、平坦なカバーガラスを装着するモジュール化工程の際にガラスと基板の間にスペースの発生、ガラスと基板の間に挿入される接着剤の未広がりや気泡の発生、更にモジュール用のサブストレートへの貼り付けの際にも接着剤の未広がり、気泡の発生等の問題があり修繕作業時間がかなり必要であった。このため真空引き装置や圧着装置等を用いて反った半導体装置を平坦にして固定する必要がある。しかし、薄い半導体装置では部分的な真空引きのために割れが発生したり変形したりして、その制御が難しかった。
また半導体装置を曲面に沿って固定するモジュールのように半導体装置のサブストレート自体が反っている場合には例え半導体装置に反りが無くても上記と同様な問題が生じる。
このような反りを除去する方法として、一旦−７０℃以下に冷却した後５０℃以下の常温で乾燥保持する方法が提案されている（特開２０００−３３２２７４号公報）。これにより半導体装置の反り量を大幅に減少させることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記方法では作製条件によっては、初め反っていた方向と逆側、すなわち金属膜側を凸にして反りが残ることがあることが判明した。よって、残存する反りを除去することが望まれていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
かくして本発明によれば、５０μｍ以上２００μｍ以下の厚さを有するシリコン基板とその少なくとも一方の面の全面又は部分的に金属膜を有し、かつその製造工程中の熱履歴により反りを有する半導体装置を、−７０℃以下で冷却し、次いで５５〜６０℃で加熱することにより半導体装置の反りを減少させる工程を含み、前記冷却後の反りが、前記冷却前の反りとは逆の向きを有し、かつ前記冷却前の反りより少ない反り量を有し、前記加熱後に、前記冷却後の反りの反り量が減少することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
半導体基板／金属膜を有する構造としては、例えば、
（１）半導体基板ａの一方の面の一部にのみ金属膜ｂが形成されている構造（図２（１）参照）
（２）半導体基板ａの一方の面の全面に金属膜ｂが形成されている構造（図２（２）参照）
（３）（２）の構造をもつ半導体基板ａの他方の面の一部あるいは全面に金属膜（ｃ、ｄ）が形成されている構造（図２（３）−１と（３）−２）
のいずれかの構造をもつ半導体装置に適用できる。
本発明で使用できる半導体基板としては、例えば、シリコン基板、ゲルマニウム基板や、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ等の化合物基板等が挙げられる。更に、半導体装置の用途によっても異なるが、半導体基板の厚さは、５０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。２００μｍより厚い場合、基板の剛性により反りがほとんど生じないので好ましくない。
【０００６】
本発明で使用できる金属膜としては、半導体基板との間に熱膨張係数の差があれば、特に限定されず、どのような種類の金属膜でも使用できる。具体的な金属膜としては、銀、アルミニウム、銅、金、亜鉛、スズ、チタン、タングステン、タンタル、モリブデン等の高融点金属、ＺｎＯ、ＳｎＯ2、ＩＴＯ等の透明導電性酸化物からなる膜、更にこれらを積層させた膜が挙げられる。また、半導体基板の両面に金属膜を有する場合でも、金属膜の種類、面積等が異なることで、半導体装置に反りを生じる場合にも本発明を適用することができる。
金属膜の形成方法は、公知の方法、例えば蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、レーザー堆積法等いずれの方法を用いてもよい。
【０００７】
金属膜が形成された基板は、冷却され、次いで加熱される。この冷却及び加熱を経ることで半導体装置の反りを減少させることができる（図１参照）。
基板の冷却温度は、半導体装置の製造工程時の熱履歴による反りを減少させることができさえすればどのような温度でもよい。この冷却により基板の反りをおおまかに除去することができる。
−７０℃以下への冷却方法としては、液体窒素（沸点−１９５．８℃）、液体ヘリウム（同−２６８．９℃）、液体ネオン（同−２４５．９℃）、液体アルゴン（同−１８５．９℃）等に浸漬する方法、液体に限らず−７０℃以下の気体中に保持する、あるいは吹き付ける方法、−７０℃以下の固体、液体や気体によって冷却された物体に接触させる方法等が挙げられる。
冷却後、基板を乾燥させることが好ましい。乾燥方法としては、乾燥窒素のような常温で安定に存在し腐食性がなく乾燥している気体でパージされた乾燥槽に静置する方法が挙げられる。
【０００８】
次に、基板は加熱される。この加熱により、基板の反りを更に除去することができる。基板の加熱温度は、５０℃以上であることが好ましい。
本発明の方法は、冷却だけを行い加熱を行なわない方法に比べて、約８０％以上反りを減少させることができる。そのため、従来よりも平坦な半導体装置を得ることができると共に、反り量を調節すれば、所望の曲率を有する半導体装置を得ることもできる。
また、本発明の方法は、太陽電池の製造方法に使用することが好ましい。
【０００９】
【実施例】
以下に半導体装置としてＰＮ接合型単結晶シリコン太陽電池セルを挙げ、本発明を詳述する。なおこの実施例は本発明を限定するものではない。
太陽電池セル１は図４（ｉ）の概略断面図のように半導体基板（シリコン基板）２の片方の表面に不純物を熱拡散させ作製されたＰＮ接合と、シリコン基板２の表面上で受光側に櫛型の表面電極６、裏面側のほぼ全面にＡｇからなる裏面電極７が形成されている。
図３(ａ)〜図５（ｋ）にＰＮ接合型単結晶シリコン太陽電池セルの製造工程を図示する。製造工程は大きく5つに分けられる。
【００１０】
第一工程（不純物拡散工程）ではシリコン基板２の表面にＰ／Ｎ接合を形成するため不純物を熱拡散させてＮ型の不純物拡散層３を形成する（図３（ａ））。その後片面の不純物拡散層３をエッチングにより取り除く（図３（ｂ））。なお符号４は受光面を示している。
半導体基板の厚さは、特に限定されるものではないが、半導体基板は薄いほど反り易くなる。このため半導体基板が２００μｍ以下の厚みとなったときに本発明を適用する効果が大いに発揮される。この実施例では１００μｍの基板を使用した。
【００１１】
続く第二工程（電極形成工程）では不純物拡散層３が残っている受光面４側にフォトレジストを使用して電極パターン５を形成する（図３（ｃ））。そこへ電極材料である銀を受光面４側に部分的に蒸着して表面電極６を成膜し（図３（ｄ））、その後電極パターン５を剥離し不要な電極材料を取り除く（図４（ｅ））。次にパターニングしたシリコン基板２の裏側にほぼ全面に電極材料を成膜する（図４（ｆ））。なお表面電極６と裏面電極７の成膜後には受光面側に反射防止膜８を成膜しておくことが望ましい（図４（ｇ））。最後にダイシング工程によって所定の形状にセルを切り出し太陽電池セルは作製される（図４（ｈ））。
電極の厚さについては特に限定されるものではないが、半導体基板同様、厚さが変化すれば、反り量の変化も異なってくるのでこの場合にはそれぞれの処理時間・温度設定を変更することで対応すればよい。
【００１２】
次の第三工程（冷却工程）でこの太陽電池セルの反りを大まかに除去する（以下、図７も参照）。反りを生じたシリコン基板２（図４（ｇ））を液体窒素（液温−１９６℃）に浸けることによりシリコン基板２は約−９０℃以下に冷却される。冷却後これを乾燥窒素でパージされた乾燥槽に相当時間静置し常温乾燥させる。この状態では冷却によって反り量は大幅に減少するが、今度は裏面電極７面に凸形に反りが残留し、反り量のばらつきが大きい。
【００１３】
第四工程（加熱工程）でこの太陽電池セルの反りを更に小さくする。セルを治具に保持し５０℃以上のオーブンの中にセル本体が暖まるまで相当時間入れる。その後に常温で保持するとセルは再び受光面を凸にして反り始める。１００μｍのシリコン基板を用いた時のオーブン温度と反り量との関係を表したグラフ例を図６に示す。このグラフから５５℃近傍の加熱処理温度で反り量が最も±０に近づくことがわかるが、この時の値は基板や電極の厚さが変化すれば応力状態が変わるため当然変化する。
【００１４】
５０℃以上への加熱方法としてはオーブンだけでなくホットプレート等の電気発熱器具、電磁波を用いたＩＲ加熱器、温水等の液体を用いた温浴、コンロ等火力による加熱器具等の加熱方法を用いることも可能である。すなわち太陽電池を損傷させることなく−７０℃以下に冷却、乾燥しかつ５０℃以上に加熱することができれば反り除去は可能でありどのような方法であっても構わない。
製造プロセス中の半導体基板の冷却・加熱による反り除去工程は反りが生じてからカバーガラス装着用の支持板に固定されるまでの間であればどの製造工程中であっても構わないが、より精確な反り量制御を必要とする場合は温度が加えられる最終工程かその後に行うのがよい。
【００１５】
最後の第五工程（カバーガラス装着工程）では図５（ｊ）に示されるように太陽電池セル保持時具３２に所定寸法に切り出された太陽電池セル１を受光面４を上にして載せる。次に片面にシリコンからなる接着剤１０（例えばダウコーニング社製ＤＣ９３−５００）を塗布したカバーガラス９をカバーガラス保持治具３１を用いて真空吸着する。続いてカバーガラス保持治具３１を太陽電池セル１に近づけて行き、太陽電池セル１とカバーガラス９が接触する直前にカバーガラス保持治具３１の真空状態を解除する。その後、カバーガラス９はカバーガラス保持治具３１から離れ、図５（ｋ）に示されるように太陽電池セル１の受光面４に接着され第五工程が完了する。なお符号３３は位置合わせ用ピンを示す。
【００１６】
ここで太陽電池セル１の反りが除去されていない場合には図８のように反りのない平坦なカバーガラス４９とセル受光面４４との間に無駄な空隙５０生じるためこれを埋めるためには接着剤の使用量を増やさなくてはならない。反りが除去されていれば使用される接着剤は少量で済み、接着剤１０中への気泡混入も防止できかつ厚さ・重量ともより均一にすることができる。また反った太陽電池セル本体４１を固定するために付属していた太陽電池セル保持治具３２への真空装置は不要となる。
一方、曲面に太陽電池セルを固定する場合には太陽電池セルの反りを利用することもできる。このような場合には先の冷却・加熱工程を上手く利用して所望の曲率を持つ太陽電池セルをある曲率を持つサブストレートへ固定することが可能である。
【００１７】
実際の反り除去処理プロセス要領図を図７に示す。このように本発明を用いた半導体装置の製造装置は反りを除去する第三・第四工程は、半導体装置を保持する保持部、−７０℃以下に保持できる冷却部、常温で半導体装置を乾燥させる乾燥部及び５０℃以上に加熱できる加熱部の４部から構成されている。半導体装置５２を半導体装置搬送キャリア５１にセットすることで一度に大量に処理することができる。
所定の形状にダイシングが終わった後、半導体装置搬送キャリア５１に半導体装置５２をセットし、冷却槽５４（冷却媒体５３としては例えば液体窒素）に保持し−９０℃前後まで冷却する。次に乾燥槽５６へと搬送し乾燥気体等を吹き付け常温で乾燥させる。更にこれを加熱槽５７（例えばオーブン）に入れ５０℃以上に加熱保持し、その後常温で保持し常温まで冷ます。なお符号５５は乾燥部ふたを示す。
【００１８】
この一連のプロセスは処理時間・処理温度を制御し搬送部を加えることで自動化することもできる。
この反り除去の物理的現象は、次のように説明される。冷却に伴って電極とシリコン基板との熱膨張係数の違いから電極部の収縮力の方が大きくなり、界面に大きな収縮力が生じる。冷却後この半導体装置を常温に戻す際、この収縮力が膨張力に転じ熱膨張係数の大きい金属部が半導体部より大きく膨張しようとするため、金属部を凸にするような応力がかかる。この応力がある一定の値を超えると界面付近の半導体、金属の両物質の結晶構造が耐えられなくなり、部分的な構造の転移を起こし反り量に変化が生じることとなる。加熱によって反りが半導体部を凸面にして変化する場合は、この逆の現象が起こっていると考えればよい。このように温度差を利用したこれら２つの現象をうまくバランスさせることで反りを更に小さくすることができる。
【００１９】
液体窒素に浸すような急冷を伴う反り除去プロセスでは、徐々に常温に戻ってくる際に応力が持続的に掛かり構造転移を起こす時間が十分に与えられるため、同じ温度変化を伴う場合においても反り量は冷却前と比べてより大きく変化する。逆に常温以上に加熱する場合についても、オーブン等で急加熱し徐々に常温に冷ましてくると逆方向、すなわち半導体基板に対して凸方向に持続的に応力がかかるため反り量が加熱前と比べて大きく変化する。
【００２０】
【発明の効果】
本方法によって反りを除去することで平坦固定に必要な真空装置が不要になるためモジュール化がより容易になる。また気泡等が入ることを防止できるため修繕時間が必要なく作業時間の大幅な短縮となる。更に、反りのない平坦なカバーガラスやモジュールの基板への装着の際にも、接着剤の原料の節約、軽量・薄型化、気泡混入防止等の高均一化等のメリットがある。
逆に曲面へ半導体装置を固定する場合には、反り除去プロセスの加熱・冷却条件を的確に利用することで所望の曲率に半導体装置の反りを制御し固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体装置の反り変化を示す概略断面図である。
【図２】半導体基板／金属膜を有する半導体装置の構造断面図である。
【図３】ＰＮ接合型単結晶シリコン太陽電池セルの概略製造工程断面図である。
【図４】ＰＮ接合型単結晶シリコン太陽電池セルの概略製造工程断面図である。
【図５】ＰＮ接合型単結晶シリコン太陽電池セルの概略製造工程断面図である。
【図６】液体窒素で冷却処理後の半導体装置の加熱処理温度と反り量の関係を表わしたグラフである。
【図７】本発明の反り除去プロセス要領図である。
【図８】従来の反りをもつ太陽電池セルのカバーガラス装着後の概略断面図である。
【符号の説明】
１：太陽電池セル
２：シリコン基板
３：不純物拡散層
４：受光面
５：電極パターン
６：表面電極
７：裏面電極
８：反射防止膜
９、４９：カバーガラス
１０：接着剤
３１：カバーガラス保持治具
３２：太陽電池セル保持治具
３３：位置合わせ用ピン
４１：太陽電池セル本体
４４：セル受光面
５０：空隙
５１：半導体装置搬送キャリア
５２：半導体装置
５３：冷却媒体
５４：冷却槽
５５：乾燥部ふた
５６：乾燥槽
５７：加熱槽
ａ：半導体基板
ｂ，ｃ，ｄ：金属膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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