(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体を設け、
基体の前面上に予め定められた数の半導体層を形成し、
選択された半導体層上に前部接続金属被覆を付着し、
基体の表面上に後部接続金属被覆を付着し、
前部および後部接続金属被覆を焼結し、
基体の後面に隣接してマスクを配置し、
基体の周縁部と、前部接続金属被覆の反対側の基体の地域とにおいて厚い区域を設けるために、マスクを通して基体の後面をマイクロブラストにより処理して基体の予め定められた選択された区域を薄くし、
厚い区域は、マスクに対応する反復的な構造パターンを有し、かつ、薄い基体を支持する相互接続されたビームを構成していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体装置は、基体上に形成された複数の太陽電池であり、基体の前部表面上に予め定められた数の半導体層を形成する段階において、ウエハの前部表面上に光起電層を形成し、光起電層の一部分上に反射防止被覆層を付着し、
さらに、個々の太陽電池を基体から切断する段階を有している請求項１記載の方法。
【請求項３】
基体を設ける段階は、砒化ガリウムの基体を設けることによって特徴づけられる請求項１記載の方法。
【請求項４】
基体を設ける段階は、ゲルマニウムの基体を設けることによって特徴づけられる請求項１記載の方法。
【請求項５】
基体を設ける段階は、シリコンの基体を設けることによって特徴づけられる請求項１記載の方法。
【請求項６】
基体の前部表面上に光起電層を形成する段階において、酸化金属化学気相付着法によって光起電層を付着する請求項１記載の方法。
【請求項７】
基体の前部表面上に光起電層を形成する段階において、拡散法によって光起電層を形成する請求項１記載の方法。
【請求項８】
半導体装置は太陽電池で構成され、予め定められた数の半導体層を形成する段階において、基体の前部表面上に光起電層を形成し、
さらに、光起電層の一部分に反射防止被覆層を付着し、
基体から個々の太陽電池を切断する段階を含んでいる請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般的に半導体およびその製造方法に関し、特に薄い太陽電池構造およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄い太陽電池を製造するための現在の技術は、太陽電池ウエハ（Ｓｉ、III −Ｖ族およびII−VI族）の厚さを約０．００７インチから約０．００２５乃至０．００３５インチに減少するために湿式化学エッチングを使用する。しかしながら、優先的な化学エッチングによってウエハにおいてリネージ（線欠陥）が起こり、それによってウエハが破損してしまう。また、プレーナエッチング処理の後に、次の太陽電池製造処理の段階の期間中と、後の回路組立中およびパネルボンディング処理の期間中に高い消耗が生じる。化学エッチング方法によって製造された薄い太陽電池に銀の相互接続部を溶接処理によって付着させることは大変困難であり、また高い圧力を必要とするため、そこへコバールまたはモリブデンの相互接続部を溶接することはほとんど不可能である。溶接されたコバール接続部が長期間に渡って高い疲労に対する抵抗性および極端な環境における耐性を有することはよく知られており、それ故に相互接続構造に好ましい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
人工衛星を打上げるコストが高いため、効率が高く、低質量のパネルの設計が人工衛星太陽パネルの設計者によって日夜試みられている。現在の人工衛星の設計の目標は高パワーを得ることであり、これによって高い効率の太陽電池パネル技術が推進される。これはＧａＡｓおよびIII −Ｖ族またはII−VI族型の太陽電池が従来のＳｉ太陽電池の代りとして魅力的なものとする。都合の悪いことに、ＧａＡｓまたはＧｅ等の効率の高い太陽電池の基体は、Ｓｉベースの太陽電池の２倍以上の質量ペナルティを有しており、それ故にＳｉの重量当りのパワーを超過するために実質的に薄くされなければならない。このように薄くすることによって、効率の高い太陽電池は、太陽電池およびパネルの製造期間中のみならず、ストレスの多い環境におけるその寿命全体を通して非常に脆いものとなってしまう。
【０００４】
従って、本発明の目的は、従来の薄い太陽電池の制限を克服する薄い太陽電池構造およびその製造方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明は薄い半導体装置、特に太陽電池およびその製造方法を提供する。一般的に、半導体装置は基体を具備しており、予め定められた数の半導体層は基体の前部表面に配置されている。前部接続金属被覆は選択された半導体層上に配置され、後部接続金属被覆は基体上に配置されている。前部および後部接続金属被覆は焼結されている。基体の予め定められた区域は、外部フレームと、薄い基体を支持する複数の相互接続されたビームとを含む基体に予め定められた構造パターンを形成するために薄くされる。
【０００６】
一般的に、半導体装置を製造する方法は以下の段階を含んでいる。まず、基体を設ける。基体の前部表面上に予め定められた数の半導体層を形成する。選択された半導体層上に前部接続金属被覆を付着する。基体の表面上に後部接続金属被覆を付着する。前部および後部接続金属被覆を焼結する。基体の後部に隣接してマスクを配置する。基体の選択された区域を薄くするためにマスクを通して基体にマイクロブラストをする。基体の周縁部および前部接続金属被覆の反対側の基体の地域に元の厚さの厚い区域を設け、そこにおいて厚い区域はマスクに対応するパターンを有し、薄い基体を支持する相互接続されたビームを構成している。
【０００７】
本発明の例示的な実施例において、太陽電池は、その前部表面上に配置された光起電層を有するウエハを具備している。複数の前部金属接続は、光起電層の前部表面の一部分上に配置され、反射防止被覆層も光起電層の前部表面の一部分上に配置されている。単一の厚い金属接続部または複数の厚い後部金属接続部は、ウエハの後部表面上に配置されている。ウエハの予め定められた区域は、外部フレームおよび複数の相互接続されたビームを含むウエハ中の予め定められた構造パターンを形成するために薄くされる。
【０００８】
本発明による太陽電池の一製造方法は以下の段階を有している。ウエハが設けられ、光起電層がウエハの前部表面上に形成される。前部接続金属被覆が反射防止被覆層に隣接している光起電層の一部分上に形成される。反射防止被覆層が光起電層の一部分上に付着される。後部接続金属被覆がウエハの後部表面上に形成される。金属被覆接続部はウエハの前部および後部表面と付着するように焼結される。
【０００９】
マスクは、予め定められたパターンを有してウエハの後部に隣接して配置される。ウエハの周縁部、前部接続金属被覆の反対側のウエハの後部の地域、および対応する後部金属被覆接続部に厚い区域を設けるために、ウエハはマスクを通して高速度の研磨粒子で衝撃を加えられ、その選択された区域は薄くされる。厚い区域はマスクに対応するパターンを有し、金属被覆接続区域と同様に薄いウエハを支持する相互接続されたビームを形成する。
【００１０】
本発明はマイクロブラスト方法を使用し、そこにおいてマスクを通して光起電セルのウエハをエッチングするために微細な研磨粒子が使用される。太陽電池の最終的な形態において、約２０％の区域は元の厚さを有しており、残りの８０％はかなり薄い厚さ（０．００２乃至０．００４インチ）までエッチングされる。厚い区域は、太陽電池の周縁部と、前部相互接続付着パッドの裏側の太陽電池の地域と、対応する後部相互接続付着区域で残される。加えて、薄いウエハ区域を支持する相互接続されたビームを構成している厚い区域がパターンの中にある。
【００１１】
従って本発明は、より厚い太陽電池と同じ強度を有し、効率が高く、軽量である太陽電池を提供する。良品率が高いため、製造コストは従来の薄い太陽電池よりもかなり低くなる。本発明による製造方法および太陽電池の構成を薄いＳｉセルに使用することによって結果的に生産効率が増加する。
【００１２】
本発明によって、従来の方法で製造されたものよりも丈夫な太陽電池を提供することができる。例えば、コバール型の相互接続は、通常の０．００７インチの厚さの太陽電池を使用するときと同じように容易に太陽電池上に溶接される。さらに、本発明による太陽電池は、熱サイクルの期間における亀裂伝播に対してより抵抗性があるため、人工衛星において使用できる寿命の期間における従来の薄い太陽電池よりも丈夫である。
【００１３】
いかなる半導体装置も本発明の原理を使用して薄くされることができ、また、それは太陽電池およびその製造のみに制限されるものではない。本発明は、例えば、基体の厚さが放熱能力を制限するような高パワー装置の製造等の別の適用にも使用される。
【００１４】
高パワーで効率が高い太陽電池パネルが望ましいので、ＧａＡｓおよびその他のIII −Ｖ族またはII−VI族型のセルが従来のＳｉセルより好ましい。本発明によってほとんどまたは全く重量ペナルティのない機械的に丈夫で高出力の太陽電池を製造することができる。厚い周縁部、相互接続付着パッド構造、および相互接続された交差ビームはその良品率を増加することによってコストを下げることができる。本発明は、低コストでより信頼性の高い太陽電池を提供し、また、人工衛星のパワーを増加させる効果的で軽量の（薄い）ＧａＡｓおよびＧｅ太陽電池パネルの製造を可能にする。
【００１５】
【実施例】
図面に関して、図１は本発明の原理に従って製造された太陽電池10の後側からの斜視図である。太陽電池10は、基体11またはガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、またはシリコン（Ｓｉ）ウエハ等のウエハ11から構成されており、約０．００７インチの厚さを有している。一連の付着された層12（図２に示されているように５つの層から構成されている）は、ウエハ11の前部表面上に配置されている。複数の前部金属接続27（図２参照）は、一連の付着された層12の露出された最前部の層上に配置されている。１以上の反射防止（ＡＲ）被覆層13は、一連の付着された層12の最上部に配置されている。複数の厚い後部金属接続14は、ウエハ11の後部表面上に配置されている。例えば、コバール型の相互接続（図には示されていない）が、はんだまたは溶接によって後部金属接続14および前部金属接続27（図２参照）に対して使用されることができる。例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）およびゲルマニウム（Ｇｅ）のウエハ等は比抵抗が低いため、後部金属接続14は局部的に金属被覆され、そこにおいて、はんだ付けされたまたは溶接されたジョイントによって太陽電池10の外部で接続が行われる。
【００１６】
ウエハ11の予め定められた区域16（薄くされた区域16）は、例えばマイクロブラスト方法等を使用して元の厚さ０．００７インチから約０．００２乃至０．００４インチにまで薄くされる。薄くする処理はマスクを通した反復的なラスタ動作を含み、その結果、かなり広い区域においてウエハ11の厚さを減少することができる。これによって、図１に示されているような、外部フレーム17および複数の相互接続されたビーム18を含む蜂の巣状の構造が形成される。蜂の巣状の構造の形態は、マイクロブラスト方法の期間中に使用されるマスクの構造の関数である。従って、異なった構造のパターンは、使用されるマスクに依存してウエハ11に形成される。図１は、六角形の相互接続されたビーム18と、組立て強度のための厚い接続および周辺区域（フレーム17）とを有する薄くされたウエハ11の一例である。正方形、菱形、三角形、楕円形、長方形または円形等の異なる相互接続されたビーム構造が類似した方法で形成されてもよい。最適な設計とは、最軽量で最大の強度を有するものである。今までに行われた試験結果によって、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）のウエハ11は、ウエハに整列された最上部のマスクを使用して確実に調和して薄くされ、複雑にパターン化されることができることが示されている。
【００１７】
ウエハ11の最終的な形態において、その区域の約２０％が元の厚さを有し、残りの８０％はエッチングされてかなり薄く（０．００２乃至０．００４インチ）なる。厚い区域は、ウエハ11の周辺と、前部相互接続付着パッドまたは接続部の後ろのウエハ11の地域14a と、それに対応する厚い後部金属接続14に隣接する後部相互接続付着区域にある。加えて、厚い区域はマイクロブラストマスクに対応するパターンで配置されている。これらの厚い区域は、ウエハ11の薄い区域16を支持するためにフレーム17および相互接続されたビーム18を提供する。
【００１８】
薄くされた区域16は元のウエハ11の半分以下の厚さ（ウエハ11の厚さ０．００７インチに対して約０．００２５乃至０．００３インチ）に製造される。本発明の太陽電池10は、残りの厚いフレーム17および相互接続されたビーム18を使用して薄い区域16の強度の２０乃至２５％を補うように設計されている。これによって元の０．００７インチの厚さのウエハ11全体の半分の質量を有するが、機械的強度において実質的に等しいウエハ11（および太陽電池10）が得られる。
【００１９】
図２は、本発明の薄くされた太陽電池10の拡大断面図である。ビーム18のひとつのようなウエハ11の厚い部分が図２の右側に示されており、それはビーム18の左の薄い区域16へ移行している。図２に示されているように、太陽電池10は、金属層14が付着されている基体またはウエハ11から構成されており、それは金属相互接続（図には示されていない）が結合されている接続区域に設けられている。一連の付着された層12は、ＧａＡｓバッファ層22、ＧａＡｓベース層23、ＧａＡｓエミッタ層24、ＡｌＧａＡｓウィンド層25、およびＧａＡｓキャップ層26から構成されている。これらの個々の各層22乃至26は化学気相付着処理によって付着される。Ｐ型の接続部を具備している金属接続層27はＧａＡｓキャップ層26の最上部に形成される。一般的に、太陽電池10の製造方法はよく知られており、薄くされた区域16を形成することが本発明の焦点となる。
【００２０】
図３は、本発明の原理による太陽電池10の製造方法30のフロー図を示している。特定の処理フローは特定の装置および特定の製造業者の技術によって大きく変化するが、本発明による太陽電池の製造方法30の好ましい実施例は以下の通りである。
【００２１】
段階３１に示されているように、基体11、または、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）ウエハ等のウエハ11が設けられる。その後、段階32に示されているように、例えば酸化金属化学気相付着（ＭＯＣＶＤ）方法または拡散方法によって光起電層12がウエハ11の前部表面上に形成される。次に、段階33のように、前部接続金属被覆27が光起電層12の前部表面上に付着される。次に、段階34のように、１以上の反射防止（ＡＲ）被覆層13が光起電層12の露出された部分に付着される。次に、段階35のように、後部接続金属被覆14がウエハ11の後部表面上に付着される。そして、段階36のように後部金属被覆接続部14および前部金属被覆接続部27は、金属をウエハの表面に結合するために焼結される。
【００２２】
その後、本発明に従って、段階37に示されているように、ウエハ11の選択された区域を約０．００７インチの厚さから約０．００２乃至０．００４インチに薄くするように、マイクロブラスト方法が使用される。マイクロブラスト方法において、マスクを通してウエハ材料をエッチングして取り除くために微細な研磨粒子が使用される。最終的なウエハ11の形態は、その区域の約２０％が元の厚さを有し、残りの８０％はエッチングされてかなり薄くなる（約０．００２乃至０．００４インチ）。厚い区域はウエハ11の周縁部と、前部相互接続金属被覆27の反対側のウエハ11の領域と、対応する後部相互接続付着区域とにある。加えて、薄いウエハ11を支持するビーム18を具備している、マスクに対応するパターン中に厚い区域がある。最後に、段階38に示されているように、薄くした後に、個々の太陽電池10はウエハ11から切断される。
【００２３】
従って、本発明は、より厚い従来の太陽電池と同じ強度を有する、非常に効果的で軽量の太陽電池10を提供する。生産効率が高いので、製造にかかるコストは従来の薄い太陽電池よりも著しく少ない。本発明による製造方法30および太陽電池10は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）、または多重接合の太陽電池として構成され、結果的に生産能力を増加させている。本発明によって従来の方法で製造された太陽電池よりもはるかに丈夫な太陽電池を製造することができる。本発明による太陽電池10は、熱サイクルによる亀裂の伝播に対してより抵抗性が強いため、従来の薄い太陽電池よりも丈夫である。
【００２４】
本発明によって、重量に関するペナルティをほとんどまたは全く有さずに機械的に丈夫で高出力の太陽電池10を製造することができる。厚い周縁部分、相互接続付着パッド構造、および相互接続された交差ビームは、良品率を増加することによって製造コストを下げることができる。本発明による方法30を使用してウエハを薄くすることの主要な利点は、薄くする操作は太陽電池を製造する過程の終りの方で行われるために、薄くされた太陽電池10の取扱いを減少することができるということである。本発明は、例えば基体の厚さが放熱能力を制限する高パワー装置の製造等の、その他の適用に使用されることができる。
【００２５】
以上、従来の薄い半導体および太陽電池の制限を克服する、太陽電池を含む新しく改良された薄い半導体構造およびその製造方法が説明されてきた。しかし、上述の実施例は、本発明の原理を適用する多数の特定の実施例のいくつかにすぎないことは理解されるべきである。従って、本発明の技術的範囲から逸脱することなく多数のその他の変更、修正が当業者によって容易に行われることは明らかである。
【００２６】
本発明の種々の特徴および利点は、添付された図面に関する詳細な説明に関して容易に理解され、図面における参照番号は構造上の素子を示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理に従って製造された太陽電池の後部からの斜視図。
【図２】図１の太陽電池の拡大断面図。
【図３】本発明の原理による太陽電池の製造方法を示すフロー図。
【図１】
0003816551.tif 000002
【図２】
0003816551.tif 000003
【図３】
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