JP7178431B2

JP7178431B2 - 大判半導体基板および割断半導体基板の製造方法

Info

Publication number: JP7178431B2
Application number: JP2020572257A
Authority: JP
Inventors: 邦裕中野; 恒宇津
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 2019-02-12
Filing date: 2020-02-12
Publication date: 2022-11-25
Anticipated expiration: 2040-02-12
Also published as: JPWO2020166583A1; WO2020166583A1

Description

本発明は、大判半導体基板および割断半導体基板の製造方法に関する。

例えば太陽電池セルでは、従来、ラウンド（円）形状の大判半導体基板（semiconductor wafer）をカットしたスクエア（四角）形状またはセミスクエア（四角形状の四隅をカットした八角）形状の半導体基板が用いられていた（例えば、特許文献１参照）。これにより、太陽電池モジュールにおける限られた太陽電池セル実装面積に、より多くの太陽電池セルが実装可能になり、光電変換のための受光面積が増え、太陽電池モジュールの出力が向上する。

このようなカット工程を省略するため、例えば太陽電池セルでは、近年、ラウンド形状の大判半導体基板に代えて、スクエア形状またはセミスクエア形状の大判半導体基板が用いられている。

特開平９－１４８６０１号公報

例えば太陽電池セルは、様々な分野で利用されることが期待されており、スクエア形状またはセミスクエア形状の太陽電池セルのみならず、様々な形状の太陽電池セル、特に円形状または楕円形状の太陽電池セルが望まれている。そのため、スクエア形状またはセミスクエア形状の大判半導体基板をカットして、ラウンド形状の半導体基板を形成する必要がある。

例えば、レーザまたはダイシングソーなどにより大判半導体基板に割断溝を形成し（ハーフカット）、割断溝に沿って折り割ることにより、スクエア形状またはセミスクエア形状の大判半導体基板を割断したラウンド形状の割断半導体基板を得る。

本発明は、ラウンド形状の割断半導体基板を得るための大判半導体基板、およびラウンド形状の割断半導体基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る大判半導体基板は、割断によって割断半導体基板を得るために、少なくとも一方主面に割断のための割断溝または割断痕を有する大判半導体基板であって、割断溝は、割断半導体基板の形状に沿う主割断溝であって、少なくとも一部が円形状または楕円形状である閉曲線状の主割断溝と、主割断溝から大判半導体基板の周縁に向けて延びる補助割断溝とを含み、割断痕は、割断半導体基板の形状に沿う主割断痕であって、少なくとも一部が円形状または楕円形状である閉曲線状の主割断痕と、主割断痕から大判半導体基板の周縁に向けて延びる補助割断痕とを含む。

本発明に係る割断半導体基板の製造方法は、上記の大判半導体基板を割断することによって割断半導体基板を得る割断半導体基板の製造方法であって、大判半導体基板において、主割断溝および補助割断溝と大判半導体基板の周縁とで囲まれた部分を、主割断溝および補助割断溝に沿って折り割ることにより除去する、または、主割断痕および補助割断痕と大判半導体基板の周縁とで囲まれた部分を、主割断痕および補助割断痕に沿って折り割ることにより除去する。

本発明によれば、大判半導体基板を割断することにより、ラウンド形状の割断半導体基板を得ることができる。

本実施形態に係る大判半導体基板の一例を示す図である。本実施形態に係る大判半導体基板の他の一例を示す図である。図１または図２に示す大判半導体基板を割断することによって得られる割断半導体基板の一例を示す図である。本実施形態の変形例１に係る大判半導体基板の一例を示す図である。本実施形態の変形例１に係る大判半導体基板の他の一例を示す図である。本実施形態の変形例２に係る大判半導体基板の一例を示す図である。本実施形態の変形例２に係る大判半導体基板の他の一例を示す図である。図４または図５に示す変形例１の大判半導体基板、または図６または図７に示す変形例２の大判半導体基板を割断することによって得られる割断半導体基板の一例を示す図である。比較例に係る大判半導体基板の一例を示す図である。図９に示す比較例の大判半導体基板を割断することによって得られる割断半導体基板の一例を示す図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。また、便宜上、ハッチングや部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。

図１は、本実施形態に係る大判半導体基板の一例を示す図であり、図２は、本実施形態に係る大判半導体基板の他の一例を示す図である。図１または図２に示す大判半導体基板１は、例えば太陽電池セルに用いられる半導体基板であり、スクエア形状またはセミスクエア形状の半導体基板である。大判半導体基板１は、少なくとも一方主面に、折り割りによって割断を行うための割断溝または割断痕（後述の１０および１２）を有する。図３に、大判半導体基板１を割断することによって得られる円形状（真円形状）の割断半導体基板２の一例を示す。

割断溝（１０，１２）は、レーザまたはダイシングソーなどによりハーフカットされて形成される。或いは、割断痕（１０，１２）は、レーザを半導体基板内部に集光することにより、半導体基板内部に形成されるレーザ痕である（所謂、ステルスダイシング）。例えば大判半導体基板１が太陽電池セルとして用いられる場合、割断溝または割断痕（１０，１２）の形成は、太陽電池セルの各層の積層（製膜）後に行われてもよいし、太陽電池セルの各層の積層（製膜）前に行われてもよい。

すなわち、半導体基板（semiconductor wafer）とは、結晶シリコン層等の基材層（substrate layer）に、ｉ型半導体層、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層、ＴＣＯ（Transparent Conductive Oxide）層および金属電極層等の種々の機能層が形成（製膜）された基板（wafer）であってもよいし、これらの機能層が形成（製膜）される前の結晶シリコン層等の基材層（substrate layer）のみからなる基板（wafer）であってもよい。
大判半導体基板１がいずれの構成であっても、割断溝（１０，１２）は結晶シリコン層等の基材層まで形成され、割断痕（１０，１２）は結晶シリコン層等の基材層の内部に形成される。

このような大判半導体基板１は、結晶シリコン層等の基材層の結晶構造（結晶方位）に起因して、対角線に沿って直交する２つの劈開方向５を有する。

割断溝は、主割断溝１０と補助割断溝１２とを含む。或いは、割断痕は、主割断痕１０と補助割断痕１２とを含む。
主割断溝または主割断痕１０は、割断半導体基板２の形状に沿う閉曲線状をなす。図１および図２では、主割断溝または主割断痕１０は、円形状、特に真円形状の閉曲線状をなす。

補助割断溝または補助割断痕１２は、主割断溝または主割断痕１０から大判半導体基板１の周縁に向けて直線状に延びる。補助割断溝または補助割断痕１２は、大判半導体基板１の劈開方向５に対して１５°以上４５°以下の角度θ（鋭角側）を有する。なお、図１ではθ＝４５°であり、図２ではθ＝１５°である。

以上説明したように、本実施形態の大判半導体基板１によれば、割断半導体基板２の形状に沿う円形状（真円形状）である閉曲線状の主割断溝１０と、主割断溝１０から大判半導体基板１の周縁に向けて延びる補助割断溝１２とを有する。この大判半導体基板１では、主割断溝１０および補助割断溝１２と大判半導体基板１の周縁とで囲まれた部分を、主割断溝１０および補助割断溝１２に沿って折り割り、除去することにより、ラウンド形状の割断半導体基板２が得られる。或いは、本実施形態の大判半導体基板１によれば、割断半導体基板２の形状に沿う円形状（真円形状）である閉曲線状の主割断痕１０と、主割断痕１０から大判半導体基板１の周縁に向けて延びる補助割断痕１２とを有する。この大判半導体基板１では、主割断痕１０および補助割断痕１２と大判半導体基板１の周縁とで囲まれた部分を、主割断痕１０および補助割断痕１２に沿って折り割り、除去することにより、ラウンド形状の割断半導体基板２が得られる。

ここで、図９に、比較例の大判半導体基板の一例を示し、図１０に、比較例の大判半導体基板を割断することによって得られる割断半導体基板の一例を示す。図９に示す比較例の大判半導体基板１Ｘは、図１または図２に示す本実施形態の大判半導体基板１と比較して、補助割断溝１２Ｘが大判半導体基板１Ｘの劈開方向５Ｘに対して０°の角度θを有する点で異なる。
比較例の大判半導体基板１Ｘは、一方主面に、割断半導体基板２Ｘの形状に沿う円形状（真円形状）の閉曲線状をなす主割断溝１０Ｘと、主割断溝１０Ｘから大判半導体基板１Ｘの周縁に向けて直線状に延びる補助割断溝１２Ｘとを有する。

比較例の大判半導体基板１Ｘでは、主割断溝１０Ｘおよび補助割断溝１２Ｘと大判半導体基板１Ｘの周縁とで囲まれた部分を、主割断溝１０Ｘおよび補助割断溝１２Ｘに沿って折り割る際、主割断溝１０Ｘの内部においても、補助割断溝１２Ｘの延長上の劈開方向５Ｘに沿って割断されてしまう可能性がある。これにより、図１０に示すように、円形状（真円形状）の割断半導体基板２が４つに分割されてしまう可能性がある。その結果、大判半導体基板１Ｘを太陽電池セルとして用いる際に、太陽電池セルの歩留りが低下してしまう。

なお、主割断溝１０Ｘの内部において、補助割断溝１２Ｘの延長上の劈開方向５Ｘに沿って割断されないとしても、補助割断溝１２Ｘの延長上の劈開方向５Ｘにダメージが生じる可能性がある。その結果、大判半導体基板１Ｘを太陽電池セルとして用いる際に、太陽電池セルの性能が低下してしまう。

これに対して、本実施形態の大判半導体基板１によれば、補助割断溝（または補助割断痕）１２が、大判半導体基板１の劈開方向５に対して１５°以上４５°以下の角度θ（鋭角側）をなす。これにより、主割断溝（または主割断痕）１０および補助割断溝（または補助割断痕）１２と大判半導体基板１の周縁とで囲まれた部分を、主割断溝（または主割断痕）１０および補助割断溝（または補助割断痕）１２に沿って折り割る際、主割断溝（または主割断痕）１０の内部において、補助割断溝（または補助割断痕）１２の延長上の劈開方向５に沿って割断されること、および補助割断溝（または補助割断痕）１２の延長上の劈開方向５にダメージが生じることが抑制される。その結果、大判半導体基板１を太陽電池セルとして用いる際に、太陽電池セルの歩留り低下を抑制でき、また太陽電池セルの性能低下を抑制できる。

ところで、レーザを用いたフルカットでは、割断半導体基板の端面、特に結晶シリコン層等の基材層にダメージを与えてしまうことが知られている。
これに対して、本実施形態の大判半導体基板１によれば、ハーフカット（または内部レーザ痕）と折り割りとにより、割断半導体基板２の端面、特に結晶シリコン層等の基材層に与えるダメージを抑制することができる。その結果、大判半導体基板１を太陽電池セルとして用いる際に、太陽電池セルの性能低下を抑制できる。

（変形例１）
図４は、本実施形態の変形例１に係る大判半導体基板の一例を示す図であり、図５は、本実施形態の変形例１に係る大判半導体基板の他の一例を示す図である。また、図８は、比較例１の大判半導体基板を割断することによって得られる楕円形状の割断半導体基板２の一例を示す図である。
図４に示す変形例１の大判半導体基板１は、図１に示す大判半導体基板１と比較して、主割断溝または主割断痕１０が楕円形状の閉曲線状をなす点で異なる。同様に、図５に示す変形例１の大判半導体基板１は、図２に示す大判半導体基板１と比較して、主割断溝または主割断痕１０が楕円形状の閉曲線状をなす点で異なる。

主割断溝または主割断痕１０の楕円形状における長軸は、補助割断溝または補助割断痕１２の延長上に位置する。すなわち、主割断溝または主割断痕１０の楕円形状における長軸は、大判半導体基板１の劈開方向５に対して１５°以上４５°以下の角度θ（鋭角側）を有する。図１ではθ＝４５°であり、図２ではθ＝１５°である。

この変形例１の大判半導体基板１でも、上述した実施形態の大判半導体基板１と同様の利点を得ることができる。

（変形例２）
図６は、本実施形態の変形例２に係る大判半導体基板の一例を示す図であり、図７は、本実施形態の変形例２に係る大判半導体基板の他の一例を示す図である。また、図８は、変形例２の大判半導体基板を割断することによって得られる楕円形状の割断半導体基板２の一例をも示す図である。
図６に示す変形例２の大判半導体基板１は、図４に示す変形例１の大判半導体基板１と比較して、主割断溝または主割断痕１０の楕円形状における長軸が補助割断溝または補助割断痕１２の延長上に位置しない点で異なる。同様に、図７に示す変形例２の大判半導体基板１は、図５に示す変形例１の大判半導体基板１と比較して、主割断溝または主割断痕１０の楕円形状における長軸が補助割断溝または補助割断痕１２の延長上に位置しない点で異なる。

このように、主割断溝または主割断痕１０の楕円形状における長軸と補助割断溝または補助割断痕１２とは一直線上に位置していなくともよい。図６では、大判半導体基板１の劈開方向５に対する主割断溝または主割断痕１０の楕円形状における長軸の角度θ１（鋭角側）は４５°であり、大判半導体基板１の劈開方向５に対する補助割断溝または補助割断痕１２の角度θ２（鋭角側）は１５°である。一方、図７では、大判半導体基板１の劈開方向５に対する主割断溝または主割断痕１０の楕円形状における長軸の角度θ１（鋭角側）は１５°であり、大判半導体基板１の劈開方向５に対する補助割断溝または補助割断痕１２の角度θ２（鋭角側）は４５°である。

この変形例２の大判半導体基板１でも、上述した実施形態および変形例１の大判半導体基板１と同様の利点を得ることができる。

以上、本発明の実施形態および変形例について説明したが、本発明は上述した実施形態および変形例に限定されることなく、種々の変更および変形が可能である。例えば、上述した実施形態および変形例では、円形状（真円形状）または楕円形状の割断半導体基板を得るための大判半導体基板を例示した。しかし、本発明はこれに限定されず、少なくとも一部が円形状（真円形状）または楕円形状の割断半導体基板を得るための大判半導体基板にも適用可能である。この場合、主割断溝または主割断痕は、割断半導体基板の形状に沿う主割断溝または主割断痕であって、少なくとも一部が円形状または楕円形状である閉曲線状であればよい。

また、上述した実施形態および変形例では、補助割断溝または補助割断痕が直線状に延びる大判半導体基板を例示したが、本発明はこれに限定されず、補助割断溝または補助割断痕が曲線状に延びる大判半導体基板にも適用可能である。

また、上述した実施形態および変形例では、結晶シリコン層の基材層（substrate layer）を含む大判半導体基板（semiconductor wafer）を例示した。しかし、本発明はこれに限定されず、結晶構造（結晶方位）に起因する劈開方向を有するＧａＡｓ等の種々の基材層を含む大判半導体基板に適用可能である。

また、上述した実施形態および変形例では、太陽電池セルに用いられる割断半導体基板を得るための大判半導体基板を例示した。しかし、本発明はこれに限定されず、割断によって割断半導体基板を得るための種々の大判半導体基板に適用可能である。

１，１Ｘ大判半導体基板
２，２Ｘ割断半導体基板
５，５Ｘ劈開方向（結晶方位）
１０，１０Ｘ主割断溝または主割断痕
１２，１２Ｘ補助割断溝または補助割断痕

Claims

割断によって割断半導体基板を得るために、少なくとも一方主面に前記割断のための割断溝または割断痕を有する大判半導体基板であって、
前記割断溝は、
前記割断半導体基板の形状に沿う主割断溝であって、楕円形状である閉曲線状の前記主割断溝と、
前記主割断溝から前記大判半導体基板の周縁に向けて延びる補助割断溝と、
を含み、
前記割断痕は、
前記割断半導体基板の形状に沿う主割断痕であって、楕円形状である閉曲線状の前記主割断痕と、
前記主割断痕から前記大判半導体基板の周縁に向けて延びる補助割断痕と、
を含み、
前記主割断溝または前記主割断痕の前記楕円形状における長軸は、前記大判半導体基板の劈開方向に対して１５°以上４５°以下の角度を有する、
大判半導体基板。
前記補助割断溝または補助割断痕は、前記大判半導体基板の劈開方向に対して１５°以上４５°以下の角度を有する、請求項１に記載の大判半導体基板。
割断によって割断半導体基板を得るために、少なくとも一方主面に前記割断のための割断溝または割断痕を有する大判半導体基板であって、
前記割断溝は、
前記割断半導体基板の形状に沿う主割断溝であって、少なくとも一部が円形状または楕円形状である閉曲線状の前記主割断溝と、
前記主割断溝から前記大判半導体基板の周縁に向けて延びる補助割断溝と、
を含み、
前記割断痕は、
前記割断半導体基板の形状に沿う主割断痕であって、少なくとも一部が円形状または楕円形状である閉曲線状の前記主割断痕と、
前記主割断痕から前記大判半導体基板の周縁に向けて延びる補助割断痕と、
を含み、
前記補助割断溝または補助割断痕は、前記大判半導体基板の劈開方向に対して１５°以上４５°以下の角度を有する、
大判半導体基板。
前記主割断溝または前記主割断痕は真円形状である、請求項３に記載の大判半導体基板。
前記主割断溝または前記主割断痕は楕円形状である、請求項３に記載の大判半導体基板。
請求項１～５のいずれか１項に記載の大判半導体基板を割断することによって割断半導体基板を得る割断半導体基板の製造方法であって、
前記大判半導体基板において、前記主割断溝および前記補助割断溝と前記大判半導体基板の周縁とで囲まれた部分を、前記主割断溝および前記補助割断溝に沿って折り割ることにより除去する、または、前記主割断痕および前記補助割断痕と前記大判半導体基板の周縁とで囲まれた部分を、前記主割断痕および前記補助割断痕に沿って折り割ることにより除去する、割断半導体基板の製造方法。