JP2010199506A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】膜を複数の領域に分離するための加工不良を抑制して半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。基板上に膜を形成する。そして、膜を複数の領域に分離するために、基板を介して膜に光ビームを照射する。膜を形成する工程と、光ビームを照射する工程との間に、形成した膜面を洗浄する。上記膜を形成する工程は、基板上に半導体層を形成する工程、および半導体層上に裏面電極膜を形成する工程の少なくともいずれかである。
【選択図】図7
【解決手段】半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。基板上に膜を形成する。そして、膜を複数の領域に分離するために、基板を介して膜に光ビームを照射する。膜を形成する工程と、光ビームを照射する工程との間に、形成した膜面を洗浄する。上記膜を形成する工程は、基板上に半導体層を形成する工程、および半導体層上に裏面電極膜を形成する工程の少なくともいずれかである。
【選択図】図7
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、薄膜太陽電池の製造方法に関するものである。
薄膜太陽電池などの半導体装置の製造において、基板上の導電膜の一部を除去することによって、この導電膜を複数の領域に分離する工程が行なわれることがある。基板上の導電膜の一部を除去する方法として、たとえばレーザスクライブによって導電膜に分離溝を形成する方法がある。基板上の導電膜に対して基板の膜面側からレーザスクライブが行なわれると、処理中に膜面から除去されていく物質がレーザ光の進行の妨げとなり得る。このため、通常、基板の膜面(表面)側とは反対の側(裏面側)から導電膜へとレーザ光が入射される。すなわち、レーザ光は基板を介して入射される。
このレーザスクライブが行なわれると、レーザ光が入射された導電膜の内部およびその周辺に切り滓、バリ等のパーティクルが発生する。このパーティクルをそのまま残しておくと、分離した複数の領域間の短絡が発生してしまう。そこで、レーザスクライブによって発生したパーティクルを除去することが考えられる。
レーザスクライブによって発生したパーティクルを除去する技術として、たとえば特開2001−44467号公報(特許文献1)には、レーザスクライブ後の基板に噴射ノズル機構から洗浄水を噴射して洗浄する方法が記載されている。また、たとえば特開2001−44466号公報(特許文献2)では、レーザスクライブ後の基板を純水中に浸漬した状態で搬送させるとともに、洗浄液に超音波振動を付与する洗浄方法が記載されている。また、特開平11−330513号公報(特許文献3)には、レーザスクライブで生じたパーティクル(破片や完全に除去し得なかった不要部分)を粘着部材で除去する方法が記載されている。
上記特許文献1〜3において、基板上に膜を成膜すると、パウダーが発生し、このパウダーが基板の成膜面と反対の側(裏面側)に回り込む。この状態で、基板の裏面側からレーザスクライブにより導電膜を加工すると、パウダーがレーザ光の進行の妨げとなる。このため、導電膜を複数の領域に分離できていない加工不良が発生するという問題があった。
それゆえ本発明の目的は、膜を複数の領域に分離するための加工不良を抑制して半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。基板上に膜を形成する。そして、膜を複数の領域に分離するために、基板を介して膜に光ビームを照射する。膜を形成する工程と、光ビームを照射する工程との間に、形成した膜面を洗浄する。
本発明の半導体装置の製造方法によれば、膜を形成した後であって、かつ光ビームを照射する前に、形成した膜面を洗浄している。これにより、膜を形成する際にパウダーが発生しても、このパウダーを除去することができる。このため、膜を複数の領域に分離するために光ビームを照射する際に、光ビームの進行の妨げとなるパウダーが低減されている。したがって、加工不良を抑制して半導体装置を製造することができる。
なお、上記「基板上」とは、「基板表面上」、「基板表面上に形成された表面電極膜上」および「該表面電極膜上に形成された半導体層上」を含む。
上記半導体装置の製造方法において好ましくは、上記膜を形成する工程は、基板上に半導体層を形成する工程、および半導体層上に裏面電極膜を形成する工程の少なくともいずれかである。
半導体層および裏面電極膜は、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学蒸着)法で形成することが好ましいが、CVD法で形成するとパウダーが発生しやすい。このため、半導体層および裏面電極膜の少なくともいずれかを形成する際に、本発明が好適に用いられる。
上記半導体装置の製造方法において好ましくは、上記膜面を洗浄する工程では、膜面を選択的に洗浄する。
これにより、パウダーが発生する側である膜面のみを洗浄することも可能となる。このため、パウダーが裏面に回り込む前に膜面のみを洗浄することができる。
上記半導体装置の製造方法において好ましくは、上記膜面を洗浄する工程では、洗浄部材を膜面に接触しながら洗浄する。これにより、パウダーを効果的に除去することができる。
上記半導体装置において好ましくは、上記洗浄部材は、静電ブラシおよび粘着ロールの少なくともいずれか一方である。これにより、パウダーをより効果的に除去することができる。
以上説明したように、本発明の半導体装置の製造方法によれば、膜を形成する工程と、光ビームを照射する工程との間に、形成した膜面を洗浄する工程を備えているので、膜を複数の領域に分離するための加工不良を抑制して半導体装置の製造することができる。
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における半導体装置の構成を概略的に示す平面図である。また、図2(A)および(B)のそれぞれは、図1の線IIA−IIAおよび線IIB−IIBに沿った概略断面図である。図1および図2を参照して、本実施の形態の半導体装置の一例である薄膜太陽電池1aは、透明絶縁基板2と、透明電極層3と、半導体層としての半導体光電変換層4と、裏面電極膜としての裏面電極層5と、電極10とを備えている。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における半導体装置の構成を概略的に示す平面図である。また、図2(A)および(B)のそれぞれは、図1の線IIA−IIAおよび線IIB−IIBに沿った概略断面図である。図1および図2を参照して、本実施の形態の半導体装置の一例である薄膜太陽電池1aは、透明絶縁基板2と、透明電極層3と、半導体層としての半導体光電変換層4と、裏面電極膜としての裏面電極層5と、電極10とを備えている。
透明絶縁基板2は、透光性を有する基板である。透明絶縁基板2上には、透明電極層3、半導体光電変換層4および裏面電極層5がこの順序で積層されている。
透明電極層3は、導電膜であって、第1分離溝6によって複数の領域に分離されている。第1分離溝6は半導体光電変換層4で埋められている。
裏面電極層5は導電膜である。裏面電極層5および半導体光電変換層4は、第2分離溝8によって複数のセル領域11に分離されている。
また半導体光電変換層4には、貫通部であるコンタクトライン7が形成されている。コンタクトライン7は、裏面電極層5によって埋められており、隣り合うセル領域11間を電気的に直列に接続している。このように直列接続された複数のセル領域11の端子として、電極10が裏面電極層5上に設けられている。
続いて、本実施の形態の薄膜太陽電池1a(図1および図2)の製造方法について説明する。図3は、本発明の実施の形態1の半導体装置の製造工程を示すフローチャートである。図4〜図12は、本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の第1〜第9工程を工程順に概略的に示す図であり、図1の線IIA−IIAに沿った位置に対応する断面図(A)、および線IIB−IIB線に沿った位置に対応する断面図(B)である。
まず、主に図3、図4(A)および(B)を参照して、透光性を有する透明絶縁基板2の表面2a上に導電膜として透明電極層3を形成する(ステップS1)。
透明絶縁基板2は、表面2aと、表面2aと反対側の裏面2bとを有している。透明絶縁基板2は、たとえばガラス基板である。また透明電極層3の材料は、たとえば、SnO2(酸化スズ)、ITO(Indium Tin Oxide)またはZnO(酸化亜鉛)を用いることができる。
次に、主に図3を参照して、形成した膜面を洗浄する工程として、透明電極層3において透明絶縁基板2が形成された面と反対側の膜面を洗浄する(ステップS2)。これにより、膜面のパウダーを除去することができる。
この洗浄するステップS2において、膜面を選択的に洗浄することが好ましい。また、洗浄するステップS2において、洗浄部材(図7における洗浄部材100参照)を膜面に接触しながら洗浄することが好ましい。洗浄部材は、たとえば静電ブラシ、粘着ロール、エアーナイフなどのウエブクリーナードライ洗浄などを用いることができる。
次に、透明電極層3が形成された面と反対側の裏面2bを洗浄する。これにより、後述する第1スクライブ(ステップS3)において透明絶縁基板2の裏面2bから光ビームLM1の透過を向上することができる。この洗浄は、膜面を洗浄するステップS2と同様に行なうことができる。
次に、図3、図5(A)および(B)を参照して、透明電極層3を複数の領域に分離するために、透明絶縁基板2を介して光ビームLM1(レーザ光)を透明電極層3に選択的に照射する(第1スクライブ工程:ステップS3)。この照射によるレーザスクライブによって、透明電極層3を分離する第1分離溝6が形成される。
光ビームLM1の波長は、光の吸収が主に透明電極層3において生じるように選択され、たとえば1064nmである。この光ビームLM1によるレーザスクライブにより、透明電極層3を複数の領域に分離する第1分離溝6が形成される。
このレーザスクライブにおいて透明絶縁基板2の裏面2bに付着物があると、光ビームLM1の透明絶縁基板2中の透過が妨げられることに起因して、除去されるべき透明電極層3が残存した箇所、すなわち除去不良箇所が生じることがある。除去不良箇所において残存した透明電極層3である残存透明電極層は、電気的絶縁が確保されるべき透明電極層3間を短絡させてしまう。しかし、本実施の形態では、上述したように、透明電極層3の表面(膜面)側を洗浄しているので、パウダーなどが透明絶縁基板2の裏面2bに回り込むことを抑制できる。また、透明絶縁基板2の裏面2bを洗浄していると、透明絶縁基板2の裏面2bの付着物をさらに抑制することができる。このため、光ビームLM1の透明絶縁基板2中の透過が妨げられることを防止することができる。したがって、除去不良箇所の発生を抑制することができるので、電気的絶縁が確保されるべき透明電極層3間の短絡を防止することができる。
なお、除去不良箇所の有無を調べてもよい。この工程を実施する場合には、たとえば以下のように行なわれる。
透明電極層3のうち第1分離溝6により分離された場合の互いに隣り合う1対の間の抵抗を測定する。抵抗の測定の際には、上記1対の透明電極層3の間に抵抗計を接続する。そして、測定した抵抗値の大小により、除去不良箇所が存在するか否かを判定し、除去不良箇所が存在する場合には、除去不良箇所が存在する第1分離溝6を特定する。これにより、除去不良箇所の位置を特定する。
その後、除去不良箇所に対してリペアを行なう。つまり、残存透明電極層の除去が行なわれることによって、透明電極層3の間、すなわち第1分離溝6の電気的絶縁が確保される。
リペアの方法としては、たとえば透明絶縁基板2の透明電極層3が形成された側から光ビームを照射することで残存透明電極層をアブレーションする方法を用いることができる。あるいは、たとえばニードルを用い、メカニカル加工により残存透明電極層を除去する方法を用いることができる。
次に、主に図3を参照して、レーザスクライブにより生じたパーティクルを洗浄する(ステップS4)。
次に、図3および図6(A)および(B)を参照して、第1分離溝6を埋めるように透明電極層3を覆う半導体光電変換層4を形成する(ステップS5)。半導体光電変換層4は、たとえば、アモルファスシリコン薄膜からなるp層、i層およびn層が順次積層された構造を有し、200nm以上5μm以下の厚さを有する。
この半導体光電変換層4は、たとえばCVD法により成膜される。このとき、成膜中に生じたシリコン膜の剥がれなどパウダーが発生する。
次に、図3および図7に示すように、形成した膜面を洗浄する工程として、半導体光電変換層4において透明電極層3が形成された面と反対側の膜面を洗浄する(ステップS6)。これにより、膜面に付着したパウダーを除去することができる。特に、ステップS5において、シリコン膜を形成する際にパウダーが発生しやすいため、このステップS6を実施することが好ましい。
この洗浄するステップS6において、膜面を選択的に洗浄することが好ましい。また、洗浄するステップS6において、図7(A)および(B)に示すように、洗浄部材100を膜面に接触しながら洗浄することが好ましい。この場合、ガスの吹き付けや、液体中での洗浄よりも、パウダー状の付着物を除去しやすい。洗浄部材100は、たとえば静電ブラシ、粘着ロール、エアーナイフなどのウエブクリーナードライ洗浄などを用いることができる。洗浄部材100として静電ブラシを用いる場合には、膜面に付着したパウダーを除去できるとともに、静電ブラシが接地されているため、膜面を除電することもできる。
次に、膜面を洗浄するステップS6と同様に、透明絶縁基板2の裏面2bを洗浄してもよい。これにより、後述する第2スクライブ(ステップS7)において透明絶縁基板2の裏面2bから光ビームLM2の透過を向上することができる。
次に、図3および図8(A)および(B)を参照して、透明絶縁基板2を介して透明電極層3および半導体光電変換層4に光ビームLM2を照射する(第2スクライブ工程:ステップS7)。光ビームLM2の波長は、光の吸収が主に半導体光電変換層4において生じるように選択され、たとえば532nmである。これにより、半導体光電変換層4の一部がアブレーションされることでコンタクトライン7が形成される。
光ビームLM2の照射の前に半導体光電変換層4の膜面を洗浄しているので、光ビームLM2の透明絶縁基板2および透明電極層3中の透過が妨げられることを防止することができる。このため、半導体光電変換層4において除去不良箇所の発生を抑制することができる。
また、レーザスクライブにより生じたパーティクルを洗浄してもよい(ステップS7−1)。
次に、主に図3、図9(A)および(B)を参照して、コンタクトライン7を埋めるように半導体光電変換層4を覆う裏面電極層5を形成する(ステップS8)。裏面電極層5は、たとえばZnO層とAg(銀)層との積層体である。
この裏面電極層5は、たとえばCVD法により成膜される。このとき、成膜中に生じたZnO層またはAg層の剥がれなどパウダーが発生する。
次に、主に図3を参照して、形成した膜面を洗浄する工程として、裏面電極層5において半導体光電変換層4が形成された面と反対側の膜面を洗浄する(ステップS9)。これにより、膜面に付着したパウダーを除去することができる。特に、ステップS8において、裏面電極層5を形成する際にパウダーが発生しやすいため、このステップS9を実施することが好ましい。
この洗浄するステップS9は、上述した洗浄するステップS6と同様であるので、その説明は繰り返さない。
次に、膜面を洗浄するステップS9と同様に、透明絶縁基板2の裏面2bを洗浄してもよい。これにより、後述する第3および第4スクライブ(ステップS10、S11)において透明絶縁基板2の裏面2bから光ビームLM3、LM4の透過を向上することができる。
次に、主に図3、図10(A)および(B)を参照して、透明絶縁基板2を介して透明電極層3、半導体光電変換層4および裏面電極層5に光ビームLM3が照射される(第3スクライブ工程:ステップS10)。光ビームLM3の波長は、光の吸収が主に半導体光電変換層4において生じるように選択され、たとえば532nmである。これにより半導体光電変換層4および裏面電極層5の一部がアブレーションされることで第2分離溝8が形成される。
光ビームLM3の照射の前に裏面電極層5の膜面を洗浄しているので、光ビームLM3の透明絶縁基板2および透明電極層3中の透過が妨げられることを防止することができる。このため、半導体光電変換層4および裏面電極層5において除去不良箇所の発生を抑制することができる。
なお、除去不良箇所の有無を調べてもよい。除去不良箇所の有無を調べる工程は、上述した工程と同様であるので、その説明を繰り返さない。
また、レーザスクライブにより生じたパーティクルを洗浄してもよい(ステップS10−1)。
次に、主に図3、図11(A)および(B)を参照して、透明絶縁基板2を介して透明電極層3、半導体光電変換層4および裏面電極層5に、光ビームLM4を照射する(第4スクライブ工程:S11)。光ビームLM4の波長は、光の吸収が主に半導体光電変換層4において生じるように選択され、たとえば532nmである。これにより半導体光電変換層4および裏面電極層5の一部がアブレーションされることで、第2分離溝8の長手方向の両端(図11(A)の左右端)の各々の近傍に周縁溝9が形成される。
光ビームLM4の照射の前に裏面電極層5の膜面を洗浄しているので、光ビームLM4の透明絶縁基板2および透明電極層3中の透過が妨げられることを防止することができる。このため、半導体光電変換層4および裏面電極層5において除去不良箇所の発生を抑制することができる。これにより、周縁溝9の電気的絶縁が確保される。
なお、除去不良箇所の有無を調べてもよい。除去不良箇所の有無を調べる工程は、上述した工程と同様であるので、その説明を繰り返さない。
また、レーザスクライブにより生じたパーティクルを洗浄してもよい(ステップS11−1)。
次に、膜面を洗浄するステップS9と同様に、透明絶縁基板2の裏面2bを洗浄してもよい。これにより、後述するトリミング(ステップS12)において透明絶縁基板2の裏面2bから光ビームLM5の透過を向上することができる。
次に、図3、図12(A)および(B)を参照して、周縁溝9のさらに外側(図12(A)の破線部の外側)の領域と、第2分離溝8の延在方向に沿った外側(図12(B)の左右側)の領域とに、光ビームLM5を照射する(トリミング工程:ステップS12)。光ビームLM5の波長は、光の吸収が主に透明電極層3において生じるように選択され、たとえば1064nmである。これにより、透明電極層3、半導体光電変換層4および裏面電極層5の一部がアブレーションされる。
なお、また、レーザスクライブにより生じたパーティクルを洗浄してもよい(ステップS12−1)。
次に、図2(A)および(B)を参照して、第2分離溝8の延在方向に直交する方向の両端の裏面電極層5の表面(膜面)上に、第2分離溝8の延在方向と同じ方向に延在する電極10を形成する。
以上のステップS1〜S12により、本実施の形態の半導体装置である薄膜太陽電池1aが得られる。なお、成膜後に膜面を洗浄するステップS2、S6、S9は、いずれか1つの工程のみ実施してもよい。透明絶縁基板2上に半導体光電変換層4を形成するステップS5後、および半導体光電変換層4上に裏面電極層5を形成するステップS8後、第2〜第4スクライブ工程S7、S10、S11前に、成膜後に膜面を洗浄するステップS6、S9の少なくとも一方を実施することが好ましく、両方実施することがより好ましい。ステップS5、S8では、成膜時にパウダーが発生しやすいため、ステップS6、S9で膜面を洗浄することにより、裏面2b側に回り込むパウダーを効果的に抑制することができる。
また、本実施の形態では半導体装置の一例として薄膜太陽電池1aを例に挙げて説明したが、本発明の半導体装置は薄膜太陽電池に限定されない。また、薄膜太陽電池はタンデム型構造を有してもよい。図13は、本発明の実施の形態1の変形例における半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。主に図13を参照して、たとえばダンデム型構造の薄膜太陽電池1bは、薄膜太陽電池1a(図2(B))の半導体光電変換層4として、非晶質の第1半導体光電変換層4aと、中間反射層80と、結晶質の第2半導体光電変換層4bとを有する。第1半導体光電変換層4aおよび中間反射層80は、中間分離溝24を有する。第1半導体光電変換層4aおよび中間反射層80を形成した後、中間分離溝24を形成する前、および、第2半導体光電変換層4bを形成した後、コンタクトライン7を形成する前にも、上述した膜面を洗浄する工程を適用することができる。
本実施の形態の半導体装置としての薄膜太陽電池1a、1bの製造方法によれば、透明絶縁基板2の表面2a上に透明電極層3、半導体光電変換層4または裏面電極層5を形成するステップS1、S5、S8と、透明電極層3、半導体光電変換層4または裏面電極層5を複数の領域に分離するために、透明絶縁基板2を介して透明電極層3、半導体光電変換層4または裏面電極層5に光ビームを照射するステップS3、S7、S10およびS11と、透明電極層3、半導体光電変換層4または裏面電極層5を形成するステップS1、S5、S8と、光ビームを照射するS3、S7、S10およびS11との間に、形成した透明電極層3の膜面、半導体光電変換層4の膜面または裏面電極層5の膜面を洗浄するステップS2、S6、S9とを備えている。
本実施の形態における半導体装置としての薄膜態様電池1a、1bの製造方法によれば、透明電極層3、半導体光電変換層4または裏面電極層5を形成した後であって、かつ光ビームを照射する前に、形成した透明電極層3の膜面、半導体光電変換層4の膜面または裏面電極層5の膜面を洗浄している。これにより、透明電極層3、半導体光電変換層4または裏面電極層5を形成する際にパウダーが発生しても、このパウダーを除去することができる。このため、透明電極層3、半導体光電変換層4または裏面電極層5を複数の領域に分離するために光ビームLM1〜LM4を照射する際に、光ビームLM1〜LM5の進行の妨げとなるパウダーが低減されている。したがって、加工不良を抑制して半導体装置としての薄膜太陽電池1a、1bを製造することができる。
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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明の半導体装置の製造方法は、薄膜太陽電池の製造方法に有利に適用することができる。
1a,1b 薄膜太陽電池、2 透明絶縁基板、2a 表面、2b 裏面、3 透明電極層、4 半導体光電変換層、4a 第1半導体光電変換層、4b 第2半導体光電変換層、5 裏面電極層、6 第1分離溝、7 コンタクトライン、8 第2分離溝、9 周縁溝、10 電極、11 セル領域、24 中間分離溝、80 中間反射層、100 洗浄部材、LM1,LM2,LM3,LM4,LM5 光ビーム。
Claims (5)
- 基板上に膜を形成する工程と、
前記膜を複数の領域に分離するために、前記基板を介して前記膜に光ビームを照射する工程と、
前記膜を形成する工程と、前記光ビームを照射する工程との間に、形成した前記膜面を洗浄する工程とを備えた、半導体装置の製造方法。 - 前記膜を形成する工程は、前記基板上に半導体層を形成する工程、および前記半導体層上に裏面電極膜を形成する工程の少なくともいずれかである、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記膜面を洗浄する工程では、前記膜面を選択的に洗浄する、請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記膜面を洗浄する工程では、洗浄部材を前記膜面に接触しながら洗浄する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記洗浄部材は、静電ブラシおよび粘着ロールの少なくともいずれか一方である、請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
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