JPH07221339A - 薄い半導体およびその製造方法 - Google Patents

薄い半導体およびその製造方法

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JPH07221339A JP6310929A JP31092994A JPH07221339A JP H07221339 A JPH07221339 A JP H07221339A JP 6310929 A JP6310929 A JP 6310929A JP 31092994 A JP31092994 A JP 31092994A JP H07221339 A JPH07221339 A JP H07221339A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、堅牢な構造で基板を薄くして軽量
にした太陽電池構造およびその製造方法を提供すること
を目的とする。 【構成】 基体11と、基体の後部表面上に配置された後
部接続金属被覆14と、基体11の前部表面上に配置された
光起電半導体層12と、選択された半導体層の前部表面上
に配置された前部接続金属被覆とを具備し、基体11の予
め定められた区域16は、薄い基体を支持する外部フレー
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ている
ことを特徴とする。

Description

【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（０．０
０２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、ＧａＡ
ｓ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（Ｇ
ｅ）、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０．００
７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（Ｇ
ａＡｓ）、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。
フロントページの続き (72)発明者 ビー・テレンス・カビッチ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91607、ノース・ハリウッド、ミランダ・ ストリート 12233

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基体と、 基体の後部表面上に配置された後部接続金属被覆と、 基体の前部表面上に配置された予め定められた数の半導
    体層と、 選択された半導体層の前部表面上に配置された前部接続
    金属被覆とを具備し、 基体の予め定められた区域は、薄い基体を支持する外部
    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てい
    ることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 半導体装置は、太陽電池であり、基体の
    前部表面上に配置された予め定められた数の半導体層
    は、基体の前部表面上に配置された光起電層および光起
    電層の一部分上に配置された反射防止被覆層を具備して
    いる請求項１記載の半導体装置。
  3. 【請求項３】 基体は、ガリウムヒ素の基体によって特
    徴づけられる請求項１記載の半導体装置。
  4. 【請求項４】 基体は、ゲルマニウムの基体によって特
    徴づけられる請求項１記載の半導体装置。
  5. 【請求項５】 基体は、シリコンの基体によって特徴づ
    けられる請求項１記載の半導体装置。
  6. 【請求項６】 基体の前部表面上に配置された光起電層
    と、光起電層の一部分に配置された反射防止被覆層とを
    特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  7. 【請求項７】 基体を設け、 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
    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、 基体の後部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
    基体をマイクロブラストして基体の選択された区域を薄
    くし、 厚い区域は、マスクに対応するパターンを有し、また、
    薄い基体を支持する相互接続されたビームを具備してい
    ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項８】 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は、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７記載の方法。
  9. 【請求項９】 基体を設ける段階は、ガリウムヒ素の基
    体を設けることによって特徴づけられる請求項７記載の
    方法。
  10. 【請求項１０】 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７記載
    の方法。
  11. 【請求項１１】 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７記載の方
    法。
  12. 【請求項１２】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で光起電層を付
    着する請求項７記載の方法。
  13. 【請求項１３】基体の前部表面上に光起電層を形成する
    段階において、拡散法で光起電層を形成する請求項７記
    載の方法。
  14. 【請求項１４】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請求項７記載の方
    法。
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