JP2006041263A

JP2006041263A - 光電変換素子の製造方法及び光電変換素子

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Publication number: JP2006041263A
Application number: JP2004220470A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Washio; 英俊鷲尾; Tatsuya Takamoto; 達也高本; Kazuyo Nakamura; 一世中村; Sunao Takahashi; 直高橋
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2004-07-28
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2024-07-28
Also published as: JP4911883B2

Abstract

【課題】化合物半導体層をエッチングするエッチング液への浸漬回数を低減するとともに、光電変換素子の移載や測定などの工程数を削減した光電変換素子の製造方法及び光電変換素子を提供する。
【解決手段】化合物半導体層（バッファ層２、１２、ベース層３、１３、エミッタ層４、１４）を切断し、基板１、１１をハーフダイシングすることによりハーフダイシング領域６を形成し、ダイシングにより生じた結晶欠陥などを含むメサエッチング領域７を化学処理によりメサエッチングする。その後、基板１１の素子形成領域９相互間で光電変換素子を相互に分離する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上に積層された組成の異なる複数の化合物半導体層によって少なくとも１つ以上のｐｎ接合が形成されている光電変換素子の製造方法及び光電変換素子に関する。

一般に光電変換素子（例えば太陽電池素子）の製造においては、発生電力を向上するためにｐｎ接合端面でのキャリア再結合を抑制することで、光電変換素子の並列抵抗の低下を防ぐ必要がある。基板の上に化合物半導体層によるｐｎ接合が形成されてなる光電変換素子では、ｐｎ接合端面でのキャリアの再結合を抑制する目的で、個々の光電変換素子を区分する境界領域（区分領域）にある化合物半導体層を化学処理によりメサエッチングし、メサエッチングした残りの部分（例えば基板部分）を機械的に分離（ダイシング）して個々の光電変換素子を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。

また、基板が半導体基板で、半導体基板の表面にｐｎ接合からなる光電変換素子が形成されている多接合型光電変換素子においても、基板上に形成された個々の光電変換素子を相互に区分する境界領域に形成された化合物半導体層及びｐｎ接合の一部を事前に化学処理によりメサエッチングしていた。

図７及び図８は従来例１に係る光電変換素子の製造方法を示す各工程での光電変換素子の断面を模式的に示す断面図である。

工程Ｓ１０１（図７（Ａ））：基板１０１の上には、化合物半導体層として、バッファ層１０２、ベース層１０３、エミッタ層１０４がこの順に積層して形成してある。基板１０１は例えばウエーハ状の形態を有し、バッファ層１０２、ベース層１０３、エミッタ層１０４が周知のプロセスで基板１０１上に積層して形成される。

工程Ｓ１０２（図７（Ｂ））：エミッタ層１０４の表面（化合物半導体層の最表面）上にフォトレジストからなる保護膜１０５を塗布形成する（保護膜形成工程）。

工程Ｓ１０３（図７（Ｃ））：後の工程Ｓ１０４（図７（Ｄ））で示す切断領域１１６をその領域に含むようにフォトレジスト（保護膜１０５）をパターニングすることにより、保護膜開口部１１７を開口して保護膜１１５を形成する（パターニング工程）。

工程Ｓ１０４（図７（Ｄ））：パターニングした保護膜１１５をエッチングマスクとして、メサエッチング領域１１８で、基板１０１の上に積層形成された化合物半導体層（バッファ層１０２、ベース層１０３、エミッタ層１０４）、またはこの化合物半導体層に加えて基板１０１の一部を化学処理にてメサエッチング（選択エッチング）する（メサエッチング工程）。これにより、メサエッチング領域１１８に対応して基板１０１の表面は露出し、その露出部分に切断領域１１６を含むように形成される。

このメサエッチング工程により個々の光電変換素子の所定形状（チップ形状）に対応して素子形成領域１０９が画定される。これにより、基板１０１、化合物半導体層（バッファ層１０２、ベース層１０３、エミッタ層１０４）は個々の光電変換素子（個々の素子形成領域１０９）に対応して、基板１１１、化合物半導体層（バッファ層１１２、ベース層１１３、エミッタ層１１４）を構成する。

メサエッチング工程の後、基板１１１の裏面に粘着シート１２０を貼付する（粘着シート貼付工程）。

工程Ｓ１０５（図８（Ｅ））：工程Ｓ１０４（メサエッチング工程、粘着シート貼付工程）の後、ウエーハ状の基板１１１を素子形成領域１０９相互間の適宜の切断領域１１６で機械的に切断（フルダイシング）して分離する（素子分離工程）。これにより、ウエーハ状の基板１１１は１個の光電変換素子の形状であるチップ状態（セル状態）に分離される。

工程Ｓ１０６（図８（Ｆ））：工程Ｓ１０５（素子分離工程）の後、切断の完了したチップ状態の基板１１１を粘着シート１２０から１つずつ取り出し、保護膜１１５を剥離する（保護膜剥離工程）。

工程Ｓ１０７（図８（Ｇ））：個々に分離した光電変換素子を１つずつ電極形成用装置に投入し、裏面電極１１０を形成し（電極形成工程）、熱処理を行った（熱処理工程）後に電気的特性を測定評価する（素子測定工程）。

従来例１に係る光電変換素子の製造方法は上述した工程のとおりであるが、次のような問題があった。

パターニング工程では、後の素子分離工程で個々の光電変換素子を分離する領域となる切断領域に予め合わせてパターニングの位置合わせを行う必要があり、製造工程が複雑となり歩留まりが低下するという問題があった。

また、基板の上に形成された化合物半導体層が３層以上である光電変換素子のメサエッチング（選択エッチング）においては、それぞれの化合物半導体層を溶解させるエッチャントの種類が異なる場合があり、同一のエッチャントへ複数回浸漬する必要がある場合があった。

例えば、化合物半導体層１０２及び１０４が同一のエッチャントＡで溶解される材料であり、化合物半導体層１０３がそれとは異なるエッチャントＢで溶解される材料である場合、化合物半導体層１０２、１０３及び１０４をエッチングして溶解するためには、エッチャントＡへの浸漬により化合物半導体層１０４をエッチングして化合物半導体層１０３を開口した後、エッチャントＢへの浸漬により化合物半導体層１０３をエッチングして化合物半導体層１０２を開口する。その後再度エッチャントＡへの浸漬を行い化合物半導体層１０２の所望の部分をエッチングするという作業が必要となり、合計３回の浸漬を実施する必要があり、エッチャントへの浸漬回数が多いという問題だけでなく、エッチャントＡに２度浸漬することにより、前の工程でエッチングされた化合物半導体層１０４の横方向のエッチング量が増し、形状が所望の形状とは異なることとなり、結果として得られる光電変換素子の特性が低下するという問題があった。

図９は従来例２に係る光電変換素子の製造方法を示す各工程での光電変換素子の断面を模式的に示す断面図である。従来例１（図７、図８）と同一の構成部分には同一の符号を付して重複する説明は省略する。なお、従来例１と共通する工程は適宜従来例１を用いて説明する。

工程Ｓ１１０（図９（Ａ））：従来例１の工程Ｓ１０１、Ｓ１０２（保護膜形成工程）、Ｓ１０３（パターニング工程）の後、基板１０１の裏面に粘着シート１２０を貼付する（粘着シート貼付工程）。

工程Ｓ１１１（図９（Ｂ））：保護膜開口部１１７の適宜の位置（切断領域１１６）で化合物半導体層（バッファ層１０２、ベース層１０３、エミッタ層１０４）を機械的に切断（フルダイシング）することにより、個々の光電変換素子（個々の素子区分領域１０８）に対応させて、基板１１１、化合物半導体層（バッファ層１１２、ベース層１１３、エミッタ層１１４）を形成する。切断領域１１６の周囲の化合物半導体層（バッファ層１１２、ベース層１１３、エミッタ層１１４）及び基板１１１にはダイシングによる影響を受けて生じた結晶欠陥を含むメサエッチング領域１１９が生成される。

工程Ｓ１１２（図９（Ｃ））：素子区分領域１０８に対応するチップ状の基板１１１を粘着シート１２０から剥離し、保護膜１１５をエッチングマスクとしてメサエッチングを行うことにより、素子形成領域１０９に対応した所定形状の光電変換素子を形成する。なお、粘着シート１２０に貼付した状態でメサエッチングする方法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

工程Ｓ１１３：従来例１の工程Ｓ１０６の一部工程（保護膜剥離工程）、工程Ｓ１０７（電極形成工程、熱処理工程、素子測定工程）を実行する。

従来例２に係る光電変換素子の製造方法は上述した工程のとおりであるが、従来例１での問題に加えて次のような問題があった。

基板を粘着シートに貼付した状態でメサエッチングすると、エッチング液が粘着シートの粘着物と反応することによりエッチング中に粘着シートの粘着力が低下することがある。このような粘着シートの粘着効果の低減により粘着シートと基板との間にエッチング液がしみ込んでしまった場合、エッチング液がしみ込んだ部分だけ基板がエッチングされることから、基板の裏面が平坦ではない光電変換素子（完成品）となる。また、テープの粘着物がエッチング液中にゴミとして介在する結果となり、プロセスの汚染原因になる恐れがあった。

従来例１、従来例２に示すように、従来は１つずつの光電変換素子に分割をした後に、裏面電極を形成する電極形成工程、電極特性安定化のための熱処理工程、光電変換素子の電気的特性を測定評価する測定評価工程を実施していたことから、作業頻度が高い（作業工程が多い）という問題があった。

従来例１、従来例２の他に、ハーフダイシングを実施せずにメサエッチングだけで素子の分離を実施する方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。これによれば、エッチャントへの浸漬回数が多いという問題だけでなく、化合物半導体層の横方向へのエッチング量が増加することから光電変換素子の特性が低下するという問題がある。なお、基板の厚さが２００μｍ以下のウエーハをハーフダイシングすると基板が割れやすいという報告もある（例えば、特許文献３参照。）。
特開平８−２７４３５８号公報特開２００２−３２４７６７号公報特開平１１−２２０１６５号公報

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、基板の上に複数層の化合物半導体層が形成されてなる光電変換素子の製造方法において、化合物半導体層をエッチングするエッチング液への浸漬回数を低減するとともに、ウエーハ上に形成した複数の光電変換素子を個々のチップ状（セル状）に分離する工程を光電変換素子の電気的特性を測定する工程の後に実施することにより、光電変換素子の移載や測定などでの作業回数を低減しつつ、特性が良好で製造工程の汚染からも回避できる光電変換素子の製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、本発明に係る光電変換素子の製造方法により製造された、均一で優れた素子特性を有し、安価で信頼性の高い光電変換素子を提供することを他の目的とする。

本発明に係る光電変換素子の製造方法は、基板上に積層された組成の異なる複数の化合物半導体層によって少なくとも１つのｐｎ接合が形成されており、前記複数の化合物半導体層は、少なくとも、第１のエッチング液でエッチングされ易くかつ第２のエッチング液でエッチングされ難い層と、第２のエッチング液でエッチングされ易くかつ第１のエッチング液でエッチングされ難い層とを含む光電変換素子の製造方法であって、前記化合物半導体層をメサエッチングするときに前記化合物半導体層の最表層をメサエッチング液から保護するための保護膜を前記最表層上に形成する保護膜形成工程と、前記化合物半導体層を切断して前記基板をハーフダイシングすることにより光電変換素子を区分する素子区分工程とを備え、前記保護膜形成工程及び素子区分工程を実施した後に、前記基板及び化合物半導体層をメサエッチングするメサエッチング工程と、前記基板に光電変換素子の裏面電極を形成する電極形成工程と、光電変換素子の電気的特性を測定する素子測定工程と、光電変換素子を個々に分離する素子分離工程とをこの順に実施することを特徴とする。

これにより、基板上に積層された複数の化合物半導体層を切断して基板をハーフダイシングした後に、化合物半導体層のメサエッチングを実施することとしたので、メサエッチングでの同一エッチング液への浸漬を最小回数で済ませることができる。メサエッチングにより結晶欠陥領域を除去して素子特性を改善する場合に、メサエッチングでの同一エッチング液への浸漬を最小回数で済ませることができるので、化合物半導体層で必要以上の過剰なエッチングを生じることがなく、化合物半導体層のエッチング状態を均一にすることができる。その結果として、素子特性が均一で、優れた素子特性を有する光電変換素子を製造することができる。

また、ウエーハ状の基板に複数の光電変換素子を形成し、ウエーハ状で各光電変換素子の裏面電極を形成し、各光電変換素子の電気的特性を測定評価した後に、個々の光電変換素子への分離分割を実施することとしたので、電極形成用装置への装着回数、電気的特性測定装置への装着回数、製造工程での移載作業を削減でき、製造工程を簡略化することができ、結果として光電変換素子を安価に製造することができる。

本発明に係る光電変換素子の製造方法は、基板上に積層された組成の異なる複数の化合物半導体層によって少なくとも１つのｐｎ接合が形成されており、前記複数の化合物半導体層は、少なくとも、第１のエッチング液でエッチングされ易くかつ第２のエッチング液でエッチングされ難い層と、第２のエッチング液でエッチングされ易くかつ第１のエッチング液でエッチングされ難い層とを含む光電変換素子の製造方法であって、前記化合物半導体層をメサエッチングするときに前記化合物半導体層の最表層をメサエッチング液から保護するための保護膜を前記最表層上に形成する保護膜形成工程と、前記化合物半導体層を切断して前記基板をハーフダイシングすることにより光電変換素子を区分する素子区分工程と、前記基板に光電変換素子の裏面電極を形成する電極形成工程とを備え、前記保護膜形成工程、素子区分工程及び電極形成工程を実施した後に、前記基板及び化合物半導体層をメサエッチングするメサエッチング工程と、光電変換素子の電気的特性を測定する素子測定工程と、光電変換素子を個々に分離する素子分離工程とをこの順に実施することを特徴とする。

これにより、メサエッチングでの同一エッチング液への浸漬を最小回数で済ませることができる。メサエッチングにより結晶欠陥領域を除去して素子特性を改善する場合に、メサエッチングでの同一エッチング液への浸漬を最小回数で済ませることができるので、化合物半導体層で必要以上の過剰なエッチングを生じることがなく、化合物半導体層のエッチング状態を均一にすることができる。その結果として、素子特性が均一で、優れた素子特性を有する光電変換素子を製造することができる。

また、ウエーハ状の基板に複数の光電変換素子を形成し、ウエーハ状で各光電変換素子の裏面電極を形成し、各光電変換素子の電気的特性を測定評価した後に、個々の光電変換素子への分離分割を実施することとしたので、電極形成用装置への装着回数、電気的特性測定装置への装着回数、製造工程での移載作業を削減でき、製造工程を簡略化することができる。

本発明に係る光電変換素子の製造方法では、前記保護膜はフォトレジストであり、前記メサエッチングの際のエッチングマスクとなるようにフォトレジストをパターニングするパターニング工程を備えることを特徴とする。これにより、メサエッチングの際のエッチングマスクを容易に形成することができる。

本発明に係る光電変換素子の製造方法では、前記基板または化合物半導体層はＧａＡｓ系化合物、またはＧａＰ系化合物であることを特徴とする。また、本発明に係る光電変換素子の製造方法では、前記基板はＧｅの結晶であることを特徴とする。これにより、所望の素子特性を備えた光電変換素子を製造することができる。

本発明に係る光電変換素子の製造方法では、前記第１または第２のエッチング液のいずれかはアンモニアを含むアルカリ性水溶液、硫酸を含む酸性水溶液、または塩酸を含む酸性水溶液であることを特徴とする。これにより、種々の材料から構成される基板、化合物半導体層の種類に応じた適切なメサエッチングをすることができる。つまり、ダイシング時の加工歪や活性層を、化合物半導体層または基板の露出部分に適応したエッチャントを使用してエッチングすることができる。

本発明に係る光電変換素子は、本発明に係る光電変換素子の製造方法のいずれかにより製造されたことを特徴とする。また、本発明に係る光電変換素子は、太陽電池素子であることを特徴とする。これにより、均一で優れた素子特性を備え、信頼性が高く、安価な光電変換素子、特には太陽電池素子を得ることができる。

本発明に係る光電変換素子の製造方法によれば、基板上に積層された複数の化合物半導体層を切断して基板をハーフダイシングした後に、化合物半導体層のメサエッチングを実施することとしたので、メサエッチングでの同一エッチング液への浸漬を最小回数で済ませることができ、メサエッチングにより結晶欠陥領域を除去して素子特性を改善する場合に、化合物半導体層で必要以上の過剰なエッチングを生じることがなく、化合物半導体層のエッチング状態を均一にすることができることから、均一で優れた素子特性を有する光電変換素子を製造することができるという効果を奏する。

本発明に係る光電変換素子の製造方法によれば、ウエーハ状の基板上に複数の光電変換素子を形成し、ウエーハ状で各光電変換素子の裏面電極を形成し、各光電変換素子の電気的特性を測定評価した後に、個々の光電変換素子への分離分割を実施することとしたので、電極形成用装置への装着回数、電気的特性測定装置への装着回数、製造工程での移載作業を削減でき、製造工程を簡略化することができるという効果を奏する。

本発明に係る光電変換素子の製造方法によれば、粘着シートに貼付した状態でメサエッチングをすることがないので、エッチング工程などでの汚染を生じることがないという効果を奏する。

本発明に係る光電変換素子の製造方法により製造された光電変換素子は、均一で優れた素子特性を備えることから、信頼性が高く安価に製造できるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について図を参照しながらより詳細に説明する。なお、いずれの図も光電変換素子の製造工程の一部のみを示しており、製造工程の全てを示すものではない。つまり、本発明の実施の形態を説明するのに必要な製造工程のみを示している。
＜実施の形態１＞
図１及び図２は、本発明の実施の形態１に係る光電変換素子の製造方法を示す各工程での光電変換素子の断面を模式的に示す断面図である。

工程Ｓ１（図１（Ａ））：基板１の上には、化合物半導体層として、例えば、第１化合物半導体層としてのバッファ層２、第２化合物半導体層としてのベース層３、第３化合物半導体層としてのエミッタ層４がこの順に積層して形成してある。基板１は例えばウエーハ状の形態を有し、バッファ層２、ベース層３、エミッタ層４が周知のプロセスで基板１上に積層して形成される。バッファ層２に接して形成したベース層３を第１導電型化合物半導体により構成し、エミッタ層４は第２導電型化合物半導体により構成する。

基板１としては、Ｇｅ、ＧａＰ、ＧａＡｓなどを用いることができる。基板１の厚さは適宜エッチングなどにより調整が可能であり、化合物半導体層（バッファ層２、ベース層３、エミッタ層４）を形成した後に適宜エッチングして薄くしても良い。

化合物半導体層としては、例えば、バッファ層２、ベース層３、エミッタ層４からなる３層構造としたが、これに限るものでなく例えば２層構造、４層構造などであっても良いことは言うまでもない。また、バッファ層２、ベース層３、エミッタ層４の他に、ＢＳＦ（ＢａｃｋＳｕｒｆａｃｅＦｉｅｌｄ：裏面電界）層、窓層、多接合型光電変換素子のトンネル接合層、多接合型光電変換素子の他のベース層、他のエミッタ層などの化合物半導体層を含むことができる。

つまり、基板１の上に積層形成された化合物半導体層は組成の異なる複数の化合物半導体層であり、複数の化合物半導体層によって少なくとも１つのｐｎ接合が形成されていれば良い。また、複数の化合物半導体層は、少なくとも、第１のエッチング液でエッチングされ易くかつ第２のエッチング液でエッチングされ難い層と、第２のエッチング液でエッチングされ易くかつ第１のエッチング液でエッチングされ難い層とを含むものであれば良い。

工程Ｓ２（図１（Ｂ））：積層形成された化合物半導体層（バッファ層２、ベース層３、エミッタ層４）の最表面（エミッタ層４の表面）を以降の化学処理（メサエッチング）から保護するために化合物半導体層の最表面（エミッタ層４の表面）上に保護膜５を塗布形成する（保護膜形成工程）。保護膜５は後の工程で化合物半導体層（バッファ層２、ベース層３、エミッタ層４）をエッチングするエッチャントに対する耐性を有するものであれば良く、フォトレジストであれば処理が容易、確実になる。

工程Ｓ３（図１（Ｂ））：工程Ｓ２（保護膜形成工程）の後、基板１の裏面（化合物半導体層形成面と反対の面）に粘着シート２０を貼付する（粘着シート貼付工程）。粘着シート２０は基板１の強度を保持できるものであれば良い。なお、後述するように工程Ｓ３は工程Ｓ２の前に実施しても良い。

工程Ｓ４（図１（Ｃ））：化合物半導体層（バッファ層２、ベース層３、エミッタ層４）を機械的に切断（ダイシング）し、さらに基板１の一部を同様に切断する。つまり、化合物半導体層（バッファ層２、ベース層３、エミッタ層４）を切断して基板１をハーフダイシングすることによりハーフダイシング領域６を形成する（素子区分工程）。ハーフダイシング領域６の側面には、以降のメサエッチング工程でエッチングされるべきメサエッチング領域７が生成される。メサエッチング領域７はダイシング（機械的な切断）による影響を受けて化合物半導体層の結晶欠陥などを多く含むことからｐｎ接合端面でのキャリア再結合を抑制するために以降のメサエッチング工程でエッチング除去されるべき領域である。

また、ハーフダイシング領域６により、個々の光電変換素子の所定形状（チップ形状またはセル形状）に対応して素子区分領域８が画定される。これにより、基板１、保護膜５及び化合物半導体層（バッファ層２、ベース層３、エミッタ層４）は個々の光電変換素子（個々の素子区分領域８）に対応して基板１１、保護膜１５、化合物半導体層（バッファ層１２、ベース層１３、エミッタ層１４）を構成する。なお、素子区分領域８は基板１１の最終的なチップサイズ（またはセルサイズ）よりやや大きいサイズに形成される。また、この工程では基板１１は、ウエーハ状に連結した状態を維持している。

図では、模式的に基板１のハーフダイシングの深さとして基板１の厚さの約半分程度まで切断した状態を示したが、基板１上に形成された化合物半導体層（バッファ層２、ベース層３、エミッタ層４）が完全に切断されていれば良く、基板１の切断量（切断深さ）が本発明の効果に影響を及ぼす事はない。但し、余り切断しすぎると基板としての強度、形状を維持しにくくなるため、基板１の切断量は化合物半導体層（バッファ層２）との接触面から約２０μｍ程度の深さまでが適当であることを実験により確認している。なお、このときの基板の厚さは１００〜２００μｍ程度である。また、ダイシング装置としては周知のダイシングマシーンを用いることができる。

なお、工程Ｓ２ないし工程Ｓ４の実施順序は特に限定するものではなく、基板１の裏面に粘着シート２０を貼付し、化合物半導体層（バッファ層２、ベース層３、エミッタ層４）を機械的に切断し、さらに基板１を機械的にハーフダイシングしてハーフダイシング領域６を形成した後に、化合物半導体層の最表面（化合物半導体層４の表面）上に保護膜５を形成しても良い。しかし、保護膜５（保護膜１５）の形成の容易性、確実性を考慮すれば、工程Ｓ４（素子区分工程）は工程Ｓ２（保護膜形成工程）の後に実施することが望ましい。

また、本実施の形態では、保護膜５を所定の形状に予めパターニングするパターニング工程の必要が無く、工程を簡略化することができるという効果を奏する。

なお、ハーフダイシングするときに粘着テープ２０を基板１の裏面に貼り付ける方法を示したが、ダイシング装置によっては粘着テープ２０を必要としないものもある。基板１の一部だけを機械的に切断（ハーフダイシング）する場合に、粘着テープ２０を必要としないダイシング装置を使用すれば、粘着シート２０を使用する必要がなくなり、従来例に比較して材料費、製造工程を削減できるという効果を奏する。

工程Ｓ５（図１（Ｄ））：工程Ｓ２（保護膜形成工程）、Ｓ４（素子区分工程）を実施した後、ハーフダイシングした基板１１を粘着シート２０から剥がして、基板１１および化合物半導体層（バッファ層１２、ベース層１３、エミッタ層１４）をエッチングできるエッチャント（エッチング液）に浸漬し、ハーフダイシング領域６（素子区分領域８）によりパターニングされた保護膜１５をエッチングマスクとしてメサエッチング領域７をメサエッチングする（メサエッチング工程）。

つまりダイシングにより形成された化合物半導体層（バッファ層１２、ベース層１３、エミッタ層１４）の切断部分（ハーフダイシング領域６）に対応する表面領域に生成された結晶欠陥を多く含む部分（メサエッチング領域７）、及び基板１１の切断部分（ハーフダイシング部分）を化学処理によりエッチングする。これにより、素子区分領域８に比較して光電変換素子のチップサイズにより近いサイズの素子形成領域９が形成される。また、メサエッチングのときに、基板１の裏面側（半導体層が形成されていない側）をエッチング液から保護するために基板１の裏面側に保護膜を形成しても良い。

また、メサエッチングする前にハーフダイシングされた基板１１から粘着シート２０を剥がし、基板１１の裏面に粘着シート２０が存在しない状態でエッチング処理を行うことから、基板１１の裏面と粘着シート２０との間へエッチング液がしみ込み、その部分の基板１１がエッチングされて、基板１１の裏面が平坦でなくなるという従来例２で説明したような問題はまったく生じない。つまり、基板１１の裏面を平坦に形成することができる。

化合物半導体層（バッファ層１２、ベース層１３、エミッタ層１４）としてＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＰなどを適用した場合に、これらに対するエッチング液としては、塩酸系エッチャント、アンモニア系エッチャント、硫酸系エッチャント、ブロム系エッチャントなどが挙げられる。

本実施の形態によれば、基板の上に形成された化合物半導体層の層数が異なる組成からなる３層以上の場合、それぞれの化合物半導体層を溶解させるエッチャントの種類が異なる場合でも、同一のエッチャントにより溶解する化合物半導体層は積層位置に関係なく切断面部分（ハーフダイシング領域６）から同時にエッチングが進行することにより１回の浸漬によりエッチングすることが可能であり、従来例１、従来例２で必要であった同一のエッチャントへ複数回浸漬する必要が無い。

例えば、バッファ層１２及びエミッタ層１４が同一のエッチャントＡで溶解される材料であり、ベース層１３がエッチャントＡとは異なるエッチャントＢで溶解される材料である場合でも、基板１をエッチャントＡ及びエッチャントＢにそれぞれ１回浸漬（メサエッチング工程としては合計２回浸漬）するだけで、化合物半導体層（バッファ層１２、ベース層１３、エミッタ層１４）のメサエッチング領域７をエッチングすることが可能である。

つまり、本実施の形態では、化合物半導体層（バッファ層２、ベース層３、エミッタ層４）を機械的に切断し、さらに基板１を機械的にハーフダイシングしてハーフダイシング領域６を形成した後に、メサエッチングを実施することから、エッチャントへの浸漬回数を低減でき、また化合物半導体層の横方向へのエッチング量を抑制（オーバーエッチングの抑制）をすることができ、均一性の良いメサエッチングを実行でき、光電変換素子の素子特性を均一化することができる。メサエッチングを制御性良く実施することができるので、所望の素子特性を容易に得られ、優れた素子特性を有する光電変換素子とすることができる。また、本実施の形態では、基板１の上に形成された化合物半導体層の層数を問わないので、工程を簡略化することができるという効果を奏する。

なお、本工程Ｓ５（メサエッチング工程）では、メサエッチング領域７に存在する化合物半導体層及び基板の種類に応じた適切なエッチャントを指定時間使用することが必要である。つまり、メサエッチング領域７に生成されたダイシングによる加工歪や活性層は除去しなければならない。特に、化合物半導体層または基板の露出部分（メサエッチング領域７）に現れた活性層は、光電変換素子のｐｎ接合端面でのキャリア再結合を抑制するために完全に除去する必要がある。この加工歪や活性層の除去により、光電変換素子の並列抵抗の低下を防ぐことができ、光電変換素子の発生電力を向上することが可能となる。

本実施の形態によるハーフダイシング領域６の側面に露出して生成されたメサエッチング領域７に対応する基板１１、化合物半導体層（バッファ層１２、ベース層１３、エミッタ層１４）がＩｎＧａＡｓ基板、ＧａＡｓ基板、Ｇｅ基板、ＩｎＧａＡｓ化合物半導体層、またはＧａＡｓ化合物半導体層などの場合は、アンモニア系もしくは硫酸系エッチャントを使用することが好ましい。このときのエッチャントの濃度つまり配合比をＮＨ₄ＯＨ：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝１：１：１０またはＨ₂ＳＯ₄：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝１：１：１０程度とした場合は、エッチング処理時間は６０〜９０秒程度が好ましい。

また、ＩｎＧａＰ基板、またはＧａＰ基板、ＩｎＧａＰ化合物半導体層、ＧａＰ化合物半導体層などの場合は、塩酸系エッチャントを使用することが好ましい。このとき、エッチャントとして濃塩酸を使用する場合には、エッチング処理時間は３０〜６０秒程度、エッチャントの配合比をＨＣｌ：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝１：１：１０程度とした場合は、エッチング処理時間は６０〜９０秒程度が好ましい。

なお、エッチング処理時間はエッチングする化合物半導体層の厚さや格子定数の違いによる層の種類には影響を受けないことが実験から明らかとなった。

工程Ｓ６（図２（Ｅ））：工程Ｓ５（メサエッチング工程）の後、メサエッチングのエッチングマスクとして用いた保護膜１５を剥離する（保護膜剥離工程）。

工程Ｓ７（図２（Ｆ））：工程Ｓ６（保護膜剥離工程）の後、ウエーハ状の基板１１を電極形成用装置に投入することにより、光電変換素子の裏面電極１０を各素子形成領域９に対応させて形成する（電極形成工程）。裏面電極１０の形成方法としては、蒸着、めっきなどの適宜の方法を用いることができる。また、電極材料も光電変換素子の仕様に応じて適宜選定すれば良い。裏面電極１０は、メタルマスクなどを利用して、個々の光電変換素子に対応して形成した場合を示すが、実施の形態３（図５（Ａ））で示すように基板１１の裏面全面に裏面電極１０を形成しても良い。

なお、裏面電極１０を形成した後、適宜の熱処理を施して基板１１と裏面電極１０との間のコンタクト抵抗、化合物半導体層（バッファ層２、ベース層３、エミッタ層４）と図示しない各層電極との間のコンタクト抵抗などを低減し、基板１１と裏面電極１０との間のコンタクト、化合物半導体層と各層電極との間のコンタクトを確実にする（熱処理工程）。

本実施の形態では、複数の光電変換素子が配置されたウエーハ状の基板１１の状態で裏面電極１０の形成やそれに伴う熱処理作業を実施する。例えば、裏面電極１０を形成するため電極形成用装置へ基板１１をセットする場合、基板１１を１枚セットする場合も個々に分離した光電変換素子１個をセットする場合もセット時間は同程度となることから、基板１１上に光電変換素子が１００個設けられている場合、セット時間は約１／１００倍で済むこととなる。これは熱処理用治工具へ基板１１をセットする場合も同様であり、本実施の形態でのプロセスによれば、作業頻度を削減でき、１個の光電変換素子あたりの作業時間を大きく低減できる。

工程Ｓ８（図２（Ｆ））：工程Ｓ７（電極形成工程、熱処理工程）の後、ウエーハ状の基板１１を適宜の測定装置に設定して、光電変換素子の電気的特性を測定評価する（素子測定工程）。本実施の形態では、複数の光電変換素子が配置されたウエーハ状の基板１１の状態で各光電変換素子の電気特性の測定評価を実施する。基板１１上に存在する複数の光電変換素子を１つずつ測定できる測定システムを使用することにより、測定装置へのセット時間を大幅に短縮でき、結果として各光電変換素子の電気特性の測定時間を大幅に低減できる。

工程Ｓ９（図２（Ｆ）（Ｇ））：工程Ｓ８（素子測定工程）の後、ウエーハ状の基板１１を素子形成領域９相互間の適宜の切断領域１６で切断して分離すること（素子分離工程）により、１個の光電変換素子の形状であるチップ状態（またはセル状態）の光電変換素子（図２（Ｇ））を得る。光電変換素子は基板１１の表面に化合物半導体層（バッファ層１２、ベース層１３、エミッタ層１４）を備え、基板１１の裏面に裏面電極１０を備えている。なお、チップ状態の光電変換素子の平面形状は通常は矩形であるがこれに限るものではない。また、光電変換素子は基板１１、化合物半導体層の構成を適宜調整することにより、太陽電池素子とすることができる。

ハーフダイシングによる素子区分工程、ハーフダイシング領域の側面からのメサエッチング工程などを備える本実施の形態で製造した光電変換素子の特性は良好であった。また、基板の厚さが２００μｍ以下のウエーハをハーフダイシングすると基板が割れやすいとの報告もある（例えば、特許文献３参照。）が、本実施の形態では問題なくプロセスを完了することができた。使用する製造装置、治工具などにより作業時間は異なるため、一概には比較できないが、ウエーハ状の基板１（１１）に形成された光電変換素子の数が３ないし４個以上であれば、従来例１などに比較して本実施の形態の方が作業時間は短縮できる。
＜実施の形態２＞
図３及び図４は、本発明の実施の形態２に係る光電変換素子の製造方法を示す各工程での光電変換素子の断面を模式的に示す断面図である。実施の形態１（図１、図２）と同一の構成部分には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

工程Ｓ１１（図３（Ａ））：実施の形態１の工程Ｓ１と同様であり、詳細な説明は省略する。

工程Ｓ１２（図３（Ｂ））：実施の形態１の工程Ｓ２（保護膜形成工程）と同様であり、詳細な説明は省略する。なお、本実施の形態では保護膜５はフォトレジストで形成し、後の工程Ｓ１３でのパターニングが容易、確実にできるようにしている。

工程Ｓ１３（図３（Ｃ））：後の工程Ｓ１５（図３（Ｄ））で形成するハーフダイシング領域６、メサエッチング領域７をその領域に含み、素子区分領域８を画定するようにフォトレジストをパターニングすることにより、保護膜開口部１７を開口して保護膜１５ｐを形成する（パターニング工程）。保護膜１５ｐは後の工程Ｓ１６（メサエッチング工程）でエッチングマスクとして作用する。

本実施の形態では、保護膜５としてのフォトレジストをパターニングすることにより、光学顕微鏡等による化合物半導体層のメサエッチング領域７のエッチング進行状況の確認が容易となり、メサエッチング工程の制御性、信頼性が高まり、光電変換素子の均一性、信頼性を向上できる。

工程Ｓ１４（図３（Ｃ））：工程Ｓ１３（パターニング工程）の後、基板１の裏面に粘着シート２０を貼付する（粘着シート貼付工程）。

工程Ｓ１５（図３（Ｄ））：化合物半導体層（バッファ層２、ベース層３、エミッタ層４）を機械的に切断（ダイシング）し、さらに基板１の一部を同様に切断する。つまり、化合物半導体層（バッファ層２、ベース層３、エミッタ層４）を切断して基板１をハーフダイシングすることによりハーフダイシング領域６を形成する（素子区分工程）。ハーフダイシング領域６の側面には、以降のメサエッチング工程でエッチングされるべきメサエッチング領域７が生成される。基本的には実施の形態１の工程Ｓ４と同様である。実施の形態１の場合と異なるのは、実施の形態１が保護膜５も同時にダイシングしているのに対し、保護膜開口部１７（保護膜１５ｐが除去されたパターン部）の内側の領域をダイシングして直接化合物半導体層を切断し、基板１をハーフダイシングしてハーフダイシング領域６を形成する点である。

本実施の形態では、保護膜１５ｐとしてのフォトレジストと化合物半導体層の接合面（塗布面）を直接切断（ダイシング）しないことから、化合物半導体層とフォトレジストとの密着力が弱くても、素子区分工程での機械的な切断によりフォトレジストが化合物半導体層から剥がれることは無いので、光電変換素子の受光部分がエッチングされ、光電変換素子の特性が低下するという問題は生じない。

工程Ｓ１６（図４（Ｅ））：ハーフダイシングした基板１１を粘着シート２０から剥がして、基板１１及び化合物半導体層（バッファ層１２、ベース層１３、エミッタ層１４）をエッチングできるエッチャント（エッチング液）に浸漬し、パターニングされた保護膜１５ｐをエッチングマスクとしてメサエッチング領域７（図３（Ｄ））をメサエッチングする（メサエッチング工程）。エッチングマスクが異なる点を除いて実施の形態１の工程Ｓ５と同様である。

工程Ｓ１７（図４（Ｆ））：工程Ｓ１６（メサエッチング工程）の後、メサエッチングのエッチングマスクとして用いた保護膜１５ｐを剥離する（保護膜剥離工程）。

工程Ｓ１８（図４（Ｇ））：工程Ｓ１７（保護膜剥離工程）の後、基板１１の裏面に光電変換素子の裏面電極１０を形成する（電極形成工程）。実施の形態１の工程Ｓ７と同様である。なお、実施の形態１と同様に熱処理工程も実施する。

工程Ｓ１９（図４（Ｇ））：工程Ｓ１８（電極形成工程、熱処理工程）の後、光電変換素子の電気的特性を測定評価する（素子測定工程）。実施の形態１の工程Ｓ８と同様である。

工程Ｓ２０（図４（Ｇ）（Ｈ））：工程Ｓ１９（素子測定工程）の後、ウエーハ状の基板１１を素子形成領域９相互間の適宜の切断領域１６で切断して分離すること（素子分離工程）により、光電変換素子（図４（Ｈ））を製造する。

なお、実施の形態２によっても、実施の形態１と同様な効果を奏することを確認できた。
＜実施の形態３＞
図５及び図６は、本発明の実施の形態３に係る光電変換素子の製造方法を示す各工程での光電変換素子の断面を模式的に示す断面図である。実施の形態１（図１、図２）、実施の形態２（図３、図４）と同一の構成部分には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

工程Ｓ２１（図５（Ａ））：基板１の上には、化合物半導体層として、バッファ層２、ベース層３、エミッタ層４がこの順に積層して形成してある。また、基板１の裏面には裏面電極１０が形成してある（電極形成工程）。裏面電極１０は基板１の裏面全面に形成した場合を示すが、メタルマスクなどを利用して光電変換素子ごとに裏面電極１０を形成しても良い（実施の形態１、実施の形態２参照）。実施の形態１の工程Ｓ１と工程Ｓ７（電極形成工程、熱処理工程）を組み合わせた工程である。また、実施の形態２の工程Ｓ１１と工程１８（電極形成工程、熱処理工程）を組み合わせた工程である。

工程Ｓ２２（図５（Ｂ））：実施の形態２の工程Ｓ１２（保護膜形成工程）と同様であり、詳細な説明は省略する。

工程Ｓ２３（図５（Ｃ））：後の工程Ｓ２５（素子区分工程）で形成するハーフダイシング領域６、メサエッチング領域７をその領域に含み、素子区分領域８を画定するようにフォトレジストをパターニングすることにより、保護膜開口部１７を開口して保護膜１５ｐを形成する（パターニング工程）。保護膜１５ｐは後の工程Ｓ２６（メサエッチング工程）でエッチングマスクとして作用する。実施の形態２の工程Ｓ１３（パターニング工程）と同様である。実施の形態２の工程Ｓ１３と異なるのは、予め裏面電極１０が形成されている点である。なお、本実施の形態では、保護膜５としてのフォトレジストをパターニングすることにより、実施の形態２と同様の効果を奏する。

工程Ｓ２４（図５（Ｄ））：工程Ｓ２３（パターニング工程）の後、基板１の裏面に後の工程Ｓ２６（メサエッチング工程）の際に裏面電極１０をエッチング液から保護するための電極保護膜１８を形成し（電極保護膜形成工程）、その表面に粘着シート２０を貼付する（粘着シート貼付工程）。なお、電極保護膜１８は、保護膜剥離工程（Ｓ２７）後、メサエッチング工程（工程Ｓ２６）の直前に形成しても同様の効果を奏する。

本実施の形態では、保護膜１５ｐとしてのフォトレジストと化合物半導体層の接合面を直接切断（ダイシング）しないことから、実施の形態２と同様の効果を奏する。

工程Ｓ２５（図５（Ｄ））：工程Ｓ２４（電極保護膜形成工程、粘着シート貼付工程）の後、化合物半導体層（バッファ層２、ベース層３、エミッタ層４）を機械的に切断（ダイシング）し、さらに基板１の一部を同様に切断する（素子区分工程）。実施の形態２の工程Ｓ１５（素子区分工程）と同様である。

工程Ｓ２６（図６（Ｅ））：工程Ｓ２５（素子区分工程）の後、ハーフダイシングした基板１１を粘着シート２０から剥がして、基板１１及び化合物半導体層（バッファ層１２、ベース層１３、エミッタ層１４）をエッチングできるエッチャントに浸漬し、パターニングされた保護膜１５ｐをエッチングマスクとしてメサエッチング領域７（図５（Ｄ）参照）をメサエッチングする（メサエッチング工程）。実施の形態２の工程Ｓ１６（メサエッチング工程）と同様である。

工程Ｓ２７（図６（Ｆ））：工程Ｓ２６（メサエッチング工程）の後、メサエッチングのエッチングマスクとして用いた保護膜１５ｐを剥離する（保護膜剥離工程）。実施の形態２の工程Ｓ１７（保護膜剥離工程）と同様である。さらに電極保護膜１８を剥離する（電極保護膜剥離工程）。

工程Ｓ２８（図６（Ｆ））：工程Ｓ２７（保護膜剥離工程、電極保護膜剥離工程）の後、光電変換素子の電気的特性を測定評価する（素子測定工程）。実施の形態２の工程Ｓ１９と同様である。

工程Ｓ２９（図６（Ｆ）（Ｇ））：工程Ｓ２８（素子測定工程）の後、ウエーハ状の基板１１を素子形成領域９相互間の適宜の切断領域１６で切断して分離すること（素子分離工程）により、光電変換素子（図６（Ｇ））を製造する。

なお、実施の形態３によっても、実施の形態１、実施の形態２と同様な効果を奏することを確認できた。

本発明の実施の形態１に係る光電変換素子の製造方法を示す各工程での光電変換素子の断面を模式的に示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る光電変換素子の製造方法を示す各工程での光電変換素子の断面を模式的に示す断面図である。本発明の実施の形態２に係る光電変換素子の製造方法を示す各工程での光電変換素子の断面を模式的に示す断面図である。本発明の実施の形態２に係る光電変換素子の製造方法を示す各工程での光電変換素子の断面を模式的に示す断面図である。本発明の実施の形態３に係る光電変換素子の製造方法を示す各工程での光電変換素子の断面を模式的に示す断面図である。本発明の実施の形態３に係る光電変換素子の製造方法を示す各工程での光電変換素子の断面を模式的に示す断面図である。従来例１に係る光電変換素子の製造方法を示す各工程での光電変換素子の断面を模式的に示す断面図である。従来例１に係る光電変換素子の製造方法を示す各工程での光電変換素子の断面を模式的に示す断面図である。従来例２に係る光電変換素子の製造方法を示す各工程での光電変換素子の断面を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１、１１基板
２、１２バッファ層
３、１３ベース層
４、１４エミッタ層
５、１５、１５ｐ保護膜
６ハーフダイシング領域
７メサエッチング領域
８素子区分領域
９素子形成領域
１０裏面電極
１６切断領域
１７保護膜開口部
２０粘着シート

Claims

基板上に積層された組成の異なる複数の化合物半導体層によって少なくとも１つのｐｎ接合が形成されており、前記複数の化合物半導体層は、少なくとも、第１のエッチング液でエッチングされ易くかつ第２のエッチング液でエッチングされ難い層と、第２のエッチング液でエッチングされ易くかつ第１のエッチング液でエッチングされ難い層とを含む光電変換素子の製造方法であって、
前記化合物半導体層をメサエッチングするときに前記化合物半導体層の最表層をメサエッチング液から保護するための保護膜を前記最表層上に形成する保護膜形成工程と、
前記化合物半導体層を切断して前記基板をハーフダイシングすることにより光電変換素子を区分する素子区分工程とを備え、
前記保護膜形成工程及び素子区分工程を実施した後に、
前記基板及び化合物半導体層をメサエッチングするメサエッチング工程と、
前記基板に光電変換素子の裏面電極を形成する電極形成工程と、
光電変換素子の電気的特性を測定する素子測定工程と、
光電変換素子を個々に分離する素子分離工程と
をこの順に実施することを特徴とする光電変換素子の製造方法。
基板上に積層された組成の異なる複数の化合物半導体層によって少なくとも１つのｐｎ接合が形成されており、前記複数の化合物半導体層は、少なくとも、第１のエッチング液でエッチングされ易くかつ第２のエッチング液でエッチングされ難い層と、第２のエッチング液でエッチングされ易くかつ第１のエッチング液でエッチングされ難い層とを含む光電変換素子の製造方法であって、
前記化合物半導体層をメサエッチングするときに前記化合物半導体層の最表層をメサエッチング液から保護するための保護膜を前記最表層上に形成する保護膜形成工程と、
前記化合物半導体層を切断して前記基板をハーフダイシングすることにより光電変換素子を区分する素子区分工程と、
前記基板に光電変換素子の裏面電極を形成する電極形成工程とを備え、
前記保護膜形成工程、素子区分工程及び電極形成工程を実施した後に、
前記基板及び化合物半導体層をメサエッチングするメサエッチング工程と、
光電変換素子の電気的特性を測定する素子測定工程と、
光電変換素子を個々に分離する素子分離工程と
をこの順に実施することを特徴とする光電変換素子の製造方法。
前記保護膜はフォトレジストであり、前記メサエッチングの際のエッチングマスクとなるようにフォトレジストをパターニングするパターニング工程を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光電変換素子の製造方法。
前記基板または化合物半導体層はＧａＡｓ系化合物であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の光電変換素子の製造方法。
前記基板または化合物半導体層はＧａＰ系化合物であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の光電変換素子の製造方法。
前記基板はＧｅの結晶であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の光電変換素子の製造方法。
前記第１または第２のエッチング液のいずれかはアンモニアを含むアルカリ性水溶液であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一つに記載の光電変換素子の製造方法。
前記第１または第２のエッチング液のいずれかは硫酸を含む酸性水溶液であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一つに記載の光電変換素子の製造方法。
前記第１または第２のエッチング液のいずれかは塩酸を含む酸性水溶液であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一つに記載の光電変換素子の製造方法。
請求項１ないし請求項９のいずれか一つに記載の光電変換素子の製造方法により製造されたことを特徴とする光電変換素子。
前記光電変換素子は太陽電池素子であることを特徴とする請求項１０に記載の光電変換素子。