专利名称：导电性糊剂、半导体装置用电极、半导体装置和半导体装置的制造方法
技术领域：
本发明涉及导电性糊剂、半导体装置用电极、半导体装置和半导体装置的制造方法。
背景技术：
近年来，从能源枯竭的问题、大气中的(X)2增加之类的地球环境问题等出发，希望开发出清洁能源，半导体装置中尤其是使用太阳能电池的太阳光发电作为新能源已被开发并实用化，正走在发展的道路上。迄今主流的太阳能电池是双面电极型太阳能电池，例如如下制造通过在单晶或多晶硅基板的受光面扩散与硅基板的导电型相反的导电型的杂质而形成pn接合，在硅基板的受光面和受光面相反侧的背面分别形成电极而制成(例如参照日本特开2007-234884 号公报(专利文献1))。另外，在双面电极型的太阳能电池中，通常也通过在硅基板的背面以高浓度扩散与硅基板相同的导电型的杂质，从而利用背面电场效应而获得高输出功率化。另外，也在研究开发在硅基板的受光面不形成电极而仅在背面形成电极的背面电极型太阳能电池(例如参照日本特开2006-332273号公报(专利文献2))。以下，参照图14(a) 图14(f)的示意截面图，说明专利文献1所述的太阳能电池的制造方法。首先，如图14(a)所示，准备ρ型硅基板100，接着如图14(b)所示，通过在ρ型硅基板100的表面整面使作为η型掺杂剂的磷扩散，从而在ρ型硅基板100的表面整面形成 η型掺杂剂扩散层200。接着，如图14(c)所示，除去η型掺杂剂扩散层200的一部分，使得在ρ型硅基板 100的表面整面形成的η型掺杂剂扩散层200仅残留于P型硅基板100受光面的表面。这里，η型掺杂剂扩散层200的除去可如下进行利用抗蚀剂保护η型掺杂剂扩散层200形成后的P型硅基板100的受光面，然后通过蚀刻处理将未利用抗蚀剂保护的η型掺杂剂扩散层200除去，之后用有机溶剂等除去残存的抗蚀剂。接着，如图14(d)所示，在ρ型硅基板100的表面的η型掺杂剂扩散层200上形成发挥防反射膜功能的氮化硅膜300。这里，氮化硅膜300可使用减压热CVD法、等离子体CVD 法而形成。接着，如图14(e)所示，在ρ型硅基板100的受光面相反侧的背面上的期望位置分别网版印刷铝糊剂600和背面用银糊剂700后进行干燥，并且在氮化硅膜300的表面上的期望位置网版印刷受光面用银糊剂800后进行干燥。之后，通过将ρ型硅基板100在干燥空气环境中的近红外炉中于800 V 850°〇烧制数分钟 十数分钟，从而如图14(f)所示在ρ型硅基板100受光面的η型掺杂剂扩散层 200上形成受光面银电极801，并且在ρ型硅基板100的背面上形成背面铝电极601和背面银电极701。这里，在P型硅基板100的受光面侧，在上述烧制中受光面用银糊剂800通过烧穿 (fire through)而贯通氮化硅膜300、在上述烧制后形成与ρ型硅基板100的表面的η型掺杂剂扩散层200电接触的受光面银电极801。另外，在ρ型硅基板100的背面侧，通过在上述烧制中作为ρ型掺杂剂的铝从铝糊剂600向ρ型硅基板100的背面扩散，从而在ρ型硅基板100的背面形成ρ型掺杂剂扩散层400，在上述烧制后铝糊剂600形成背面铝电极601，并且背面用银糊剂700形成背面银电极701。如上所述，可以制造专利文献1所述的太阳能电池。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2007-2；34884号公报专利文献2 日本特开2006-332273号公报
发明内容
近年，在使用了单晶或多晶硅基板的结晶系太阳能电池中，需要以更低成本制造优异特性的产品。在此，在结晶系太阳能电池的制造中，由于形成银电极所使用的银糊剂是最高成本，所以要以低成本制造结晶系太阳能电池，最有效的是降低银糊剂的使用量。另一方面， 如果降低银糊剂的使用量，则银电极的串联电阻增加，由此太阳能电池的特性下降。因此，进行了既抑制太阳能电池的特性下降又减少银糊剂的使用量的各种尝试， 但该尝试最近也已达到极限。该问题不仅是局限于结晶系太阳能电池的问题，而且也是其它半导体装置共同的问题。鉴于上述情况，本发明的目的在于提供能够抑制半导体装置的特性下降且能够低成本地制造的导电性糊剂、半导体装置用电极、半导体装置和半导体装置的制造方法。本发明是一种导电性糊剂，是含有由多个导电性粒子形成的导电性粉末的导电性糊剂，导电性粒子含有基材和将基材的外表面的至少一部分覆盖的导电层。另外，本发明的导电性糊剂可以进一步含有由多个银粒子形成的银粉末。另外，本发明是一种半导体装置用电极，是含有多个导电性粒子的半导体装置用电极，导电性粒子含有基材和将基材的外表面的至少一部分覆盖的导电层。另外，本发明是一种半导体装置，是含有半导体基板和设置于半导体基板的表面上的半导体装置用电极的半导体装置，半导体装置用电极含有多个导电性粒子，导电性粒子含有基材和将基材的外表面的至少一部分覆盖的导电层。另外，本发明是一种半导体装置的制造方法，包含在半导体基板上涂布含有由多个导电性粒子形成的导电性粉末的导电性糊剂的工序，和烧制导电性糊剂的工序。根据本发明，可以提供能够抑制半导体装置的特性下降且能够低成本地制造的导电性糊剂、半导体装置用电极、半导体装置和半导体装置的制造方法。
[图1](a) (h)是对实施方式1的太阳能电池的制造方法进行图解的示意截面图。[图2]是图解涂布于ρ型硅基板的表面上的导电性糊剂的一例的示意截面图。[图3]是导电性糊剂所含的导电性粒子的一例的示意截面图。[图4]是实施方式1的太阳能电池的受光面的示意平面图。[图5]是实施方式1的太阳能电池的背面的示意平面图。[图6]是对使用实施方式1的太阳能电池制造太阳能电池模组的方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意立体图。[图7]是对使用实施方式1的太阳能电池制造太阳能电池模组的方法的一例的制造工序的其它部分进行图解的示意立体图。[图8]是对使用实施方式1的太阳能电池制造太阳能电池模组的方法的一例的制造工序的其它部分进行图解的示意立体图。[图9]是对使用实施方式1的太阳能电池制造太阳能电池模组的方法的一例的制造工序的其它部分进行图解的示意立体图。[图10]是使用了实施方式1的太阳能电池的太阳能电池模组的一例的示意截面图。[图11]是将铝框等安装到图10所示的太阳能电池模组上的构成的一例的示意侧视图。[图12](a) (h)是对实施方式2的太阳能电池的制造方法进行图解的示意截面图。[图13](a) (h)是对实施方式3的太阳能电池的制造方法进行图解的示意截面图。[图14](a) (f)是对专利文献1所述的太阳能电池的制造方法进行图解的示意截面图。
具体实施例方式以下，说明本发明的实施方式。应予说明，在本发明的附图中，同一参照符号表示同一部分或相应部分。<实施方式1>在图1 (a) 图1 (h)中表示了对实施方式1的太阳能电池的制造方法进行图解的示意截面图。首先，如图1(a)所示，通过用例如钢丝锯等切割单晶或多晶ρ型硅锭从而得到ρ 型硅基板1。在此，在P型硅基板1的表面整面形成了切割上述硅锭时产生的损坏层la。接着，如图1(b)所示，通过蚀刻ρ型硅基板1的表面整面从而除去形成于P型硅基板1的表面整面的损坏层la。在此，通过调整蚀刻条件，也可以在P型硅基板1的表面形成例如纹理结构等微小的凹凸。由此，当在P型硅基板1的表面形成微小的凹凸时，由于能减少入射到P型硅基板1的具有微小凹凸的表面的太阳光的反射，所以能提高太阳能电池的转换效率。
接着，如图1(c)所示，在P型硅基板1的表面中具有最大面积的2个主面中的一个主面(以下称为“第1主面”)形成η型掺杂剂扩散层2。在此，η型掺杂剂扩散层2可以通过例如使用POCl3等作为η型掺杂剂的含磷气体的气相扩散或者使用含有磷化合物的掺杂剂液的涂布扩散等方法而形成。应予说明，当经过磷的扩散而在P型硅基板1的第1主面形成磷硅酸盐玻璃层时，磷硅酸盐玻璃层例如可通过酸处理等除去。接着，如图1 (d)所示，在ρ型硅基板1的第1主面的η型掺杂剂扩散层2上形成防反射膜3。在此，防反射膜3可通过例如使用等离子体CVD法形成氮化硅膜的方法或者使用常压CVD法形成氧化钛膜的方法等而形成。接着，如图1(e)所示，在P型硅基板1的第1主面相反侧的第2主面涂布导电性糊剂7，之后进行干燥。在此，作为导电性糊剂7，代替以往的银糊剂而使用将以往银糊剂的银粉末的至少一部分替换成比该银粉末廉价的导电性粉末而得的糊剂。图2表示对涂布于ρ型硅基板1的表面上的导电性糊剂7的一例进行图解的示意截面图。在此，导电性糊剂7含有由多个导电性粒子21形成的导电性粉末、由多个银粒子 22形成的银粉末和其它成分23。图3表示导电性糊剂7所含的导电性粒子21的一例的示意截面图。在此，导电性粒子21由基材21a、和将基材21a的外表面的至少一部分覆盖的导电性导电层21b构成。作为基材21a，例如可以使用氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、硅酸盐玻璃或镍等比银廉价的导电性或电绝缘性的物质。另外，作为导电层21b，例如可以使用银等导电性物质。应予说明，作为用导电层 21b覆盖基材21a的外表面的至少一部分的方法，例如可使用非电解镀法等。另外，作为其它成分23，例如可使用玻璃粉、树脂、添加剂和有机溶剂等以往银糊剂所使用的成分等。具有以上构成的导电性糊剂7例如可通过采用以往公知的方法将由多个导电性粒子21形成的导电性粉末、由多个银粒子22形成的银粉末和其它成分23混合从而制造。应予说明，在上述内容中，作为导电性糊剂7的一例，对将银粉末的一部分替换成导电性粉末的构成进行了说明，但也可以是导电性糊剂7中完全不含银粉末而仅含上述导电性粉末的构成。接着，如图1(f)所示，在ρ型硅基板1的第2主面涂布铝糊剂6，然后进行干燥。 在此，作为铝糊剂6，例如可使用含有铝粉末、玻璃粉、树脂、添加剂和有机溶剂等的以往公知的材料。另外，作为铝糊剂6的涂布方法，例如可使用网版印刷法等。应予说明，在本实施方式中，铝糊剂6按照露出ρ型硅基板1的第2主面的周边部分且与导电性糊剂7的一部分重叠的方式进行涂布。接着，如图1(g)所示，在P型硅基板1的第1主面上的防反射膜3上涂布银糊剂 8，然后进行干燥。在此，作为银糊剂8，例如可使用含有银粉末、玻璃粉、树脂、添加剂和有机溶剂等的以往公知的材料。另外，作为银糊剂8的涂布方法，例如可使用网版印刷法等。然后，通过烧制铝糊剂6、导电性糊剂7和银糊剂8，从而如图1(h)所示在ρ型硅基板1的第2主面上形成铝电极61和背面电极71，并且在ρ型硅基板1的第1主面上形成受光面银电极81。
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在此，ρ型硅基板1的第2主面上的铝电极61通过烧制铝糊剂6而形成，背面电极71通过烧制导电性糊剂7而形成。另外，ρ型硅基板1的第1主面上的受光面银电极81通过烧制银糊剂8而形成。应予说明，在上述烧制时，铝糊剂6中的铝通过扩散到ρ型硅基板1的第2主面， 从而在P型硅基板1的第2主面形成P型掺杂剂扩散层4。另外，在上述烧制时，银糊剂8通过烧穿而贯通防反射膜3，从而形成与η型掺杂剂扩散层2电连接的受光面银电极81。如上操作，可以制造实施方式1的太阳能电池10。图4表示实施方式1的太阳能电池10的受光面的示意平面图，图5表示实施方式 1的太阳能电池10的背面的示意平面图。如图4所示，实施方式1的太阳能电池10的受光面侧的受光面银电极81形成为格子状。另外，如图5所示，实施方式1的太阳能电池10的背面侧的背面电极71形成为矩形状，按照与背面电极71的一部分重叠的方式形成铝电极61。应予说明，受光面银电极81 的形状不限定于图4所示的形状，铝电极61和背面电极71的形状也不限定于图5所示的形状。在此，利用烧制上述导电性糊剂7而形成背面电极71的工序由于在小于导电性糊剂7中的导电性粒子21 (和银粒子22)的熔融温度的温度加热导电性糊剂7而进行，所以背面电极71是导电性粒子21 (和银粒子22)不发生熔融地凝集并固结的构成。因此，即使使用电绝缘性材质作为导电性糊剂7中的导电性粒子21的基材21a，也可以通过连通导电性粒子21的基材21a的外表面的导电性的导电层21b而使电导通，从而保证背面电极71的导电性。另外，烧制导电性糊剂7而形成的背面电极71由于具有与烧制以往的银糊剂而形成的银电极几乎同等程度的电极特性，所以也可以抑制背面电极71和ρ型硅基板1第2主面的串联电阻的上升。如上所述，通过代替以往的银糊剂而使用将以往的银糊剂的银粉末的至少一部分替换成比该银粉末廉价的导电性粉末的导电性糊剂7，从而既可以尽可能抑制太阳能电池的特性下降，又可以降低太阳能电池的制造成本。另外，例如如下所述，可以使用上述实施方式1的太阳能电池10制造太阳能电池模组。首先，如图6的示意立体图所示，在实施方式1的太阳能电池10的受光面银电极 81上连接作为导电性部件的互连线路(interc0rmect0r)33的一端。接着，如图7的示意立体图所示，将连接有互连线路33的太阳能电池10排成一列，将太阳能电池10的受光面银电极81所连接的互连线路33的另一端顺次连接在与该太阳能电池10邻接的其它太阳能电池10的背面的背面电极71上，由此制成太阳能电池串 35。接着，如图8的示意立体图所示，通过并列太阳能电池串35，用作为导电性部件的配线部件34将分别从太阳能电池串35的两端突出的互连线路33和从与该太阳能电池串 35邻接的其它太阳能电池串35的两端突出的互连线路33连接，从而将邻接的太阳能电池串35彼此串联地连接。然后，如图9的示意立体图所示，在玻璃基板等透明基板36和PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜等背面保护片材38之间，夹入用EVA(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)等密封材料37密封上述连接后的太阳能电池串35而得的构件。由此，可以制得使用了实施方式1 太阳能电池10的太阳能电池模组。图10表示上述制得的使用了实施方式1太阳能电池10的太阳能电池模组的一例的示意截面图。在此，在太阳能电池模组50中，在透明基板36和背面保护片材38间的密封材料37中密封有太阳能电池10。而且，互连线路33的一端与太阳能电池10的受光面银电极81电连接，互连线路33的另一端与太阳能电池10的背面的背面电极71电连接。另外，如图11的示意侧视图所示，也可以将铝框42安装到图10所示构成的太阳能电池模组50的周边，并且在太阳能电池模组50的背面侧安装具备电缆40的端子箱39。应予说明，上述内容中，作为太阳能电池的半导体基板使用了 ρ型硅基板，但也可以使用P型硅基板以外的半导体基板。<实施方式2>本实施方式中，其特征在于，不仅在ρ型硅基板1的第2主面上，而且也在ρ型硅基板1的第1主面上的防反射膜3上涂布导电性糊剂7。以下，参照图12(a) 图12(h)的示意截面图，对实施方式2的太阳能电池的制造方法进行说明。首先，如图12 (a)所示，准备表面整面形成了损坏层Ia的ρ型硅基板1，接着，如图 12(b)所示，通过蚀刻ρ型硅基板1的表面整面而除去损坏层la。接着，如图12 (c)所示，在ρ型硅基板1的第1主面形成η型掺杂剂扩散层2，如图 12 (d)所示，在ρ型硅基板1的第1主面的η型掺杂剂扩散层2上形成防反射膜3。接着，如图12 (e)所示，在ρ型硅基板1的第2主面涂布导电性糊剂7后进行干燥， 并且如图12(f)所示，在ρ型硅基板1的第2主面涂布铝糊剂6后进行干燥。到此为止的工序与实施方式1相同。接着，如图12(g)所示，在ρ型硅基板1的第1主面上的防反射膜3上也涂布导电性糊剂7，然后进行干燥。在此，作为在ρ型硅基板1的第1主面上的防反射膜3上涂布的导电性糊剂7，例如可以使用与上述说明的糊剂相同结构的糊剂。然后，通过烧制铝糊剂6、导电性糊剂7和银糊剂8，从而如图12(h)所示，在ρ型硅基板1的第2主面上形成铝电极61和背面电极71，并且在ρ型硅基板1的第2主面形成 P型掺杂剂扩散层4，另外在ρ型硅基板1的第1主面上形成受光面电极72。如上操作，可以制造实施方式2的太阳能电池10。在此，烧制上述导电性糊剂7而形成受光面电极72的工序由于在小于导电性糊剂 7中的导电性粒子21 (和银粒子2 的熔融温度的温度加热导电性糊剂7而进行，所以受光面电极72是导电性粒子21 (和银粒子22)不熔融地凝集并固结的构成。因此，即使使用电绝缘性材质作为导电性糊剂7中的导电性粒子21的基材21a，也可以通过连通导电性粒子21的基材21a的外表面的导电性导电层21b而将电导通，从而可以保证受光面电极72的导电性。另外，烧制导电性糊剂7而形成的受光面电极72由于具有与烧制银糊剂而形成的实施方式1的受光面银电极81几乎同等程度的电极特性，所以也可以抑制受光面电极72 与ρ型硅基板1的第1主面的η型掺杂剂扩散层2的串联电阻的上升。
如上所述，在实施方式2中，由于不仅在ρ型硅基板1的第2主面上而且也在ρ型硅基板1的第1主面上的防反射膜3上涂布导电性糊剂7来制造太阳能电池10，所以可以较实施方式1进一步降低太阳能电池的制造成本。实施方式2的上述以外的说明与实施方式1相同，因此省略其说明。<实施方式3>在本实施方式中，其特征在于，在ρ型硅基板1的第2主面上不涂布导电性糊剂7 而仅在P型硅基板1的第1主面上的防反射膜3上涂布导电性糊剂7。以下，参照图13(a) 图13(h)的示意截面图，对实施方式3的太阳能电池的制造方法进行说明。首先，如图13 (a)所示，准备表面整面形成有损坏层Ia的ρ型硅基板1，接着，如图 13(b)所示，通过蚀刻ρ型硅基板1的表面整面从而除去损坏层la。接着，如图13 (c)所示，在ρ型硅基板1的第1主面形成η型掺杂剂扩散层2，如图 13 (d)所示，在ρ型硅基板1的第1主面的η型掺杂剂扩散层2上形成防反射膜3。到此为止的工序与实施方式1和实施方式2相同。接着，如图13(e)所示，在ρ型硅基板1的第2主面涂布银糊剂8后进行干燥。在此，作为在P型硅基板1的第2主面涂布的银糊剂8，例如可使用与上述说明的糊剂相同构成的糊剂。接着，如图13 (f)所示，在ρ型硅基板1的第2主面涂布铝糊剂6后进行干燥，然后如图13(g)所示，在ρ型硅基板1的第1主面上的防反射膜3上涂布导电性糊剂7后进行干燥。然后，通过烧制铝糊剂6、导电性糊剂7和银糊剂8，从而如图13(h)所示，在P型硅基板1的第2主面上形成铝电极61和背面银电极82，并且在ρ型硅基板1的第2主面形成P型掺杂剂扩散层4，另外在ρ型硅基板1的第1主面上形成受光面电极72。如上操作， 可以制造实施方式3的太阳能电池10。如上所述，在实施方式3中，由于在P型硅基板1的第1主面上的防反射膜3上涂布导电性糊剂7而形成电极面积更大的太阳能电池10的受光面侧电极，所以可以较实施方式1进一步降低太阳能电池的制造成本。实施方式3的上述以外的说明由于与实施方式1和实施方式2相同，所以省略其说明。实施例〈实施例1>首先，制造具有1边为156mm的正方形状的2个主面且厚200 μ m的ρ型多晶硅基板。在此，P型多晶硅基板通过用钢丝锯切割P型多晶硅锭后用碱溶液蚀刻而除去表面的损坏层从而制得。接着，在ρ型多晶硅基板的一个主面涂布磷硅酸盐玻璃液(PSG液)后将ρ型多晶硅基板设置在约900°C的温度环境中，由此磷扩散到ρ型多晶硅基板的一个主面而形成η型掺杂剂扩散层。在此，η型掺杂剂扩散层的表面电阻约为50Ω / 口。接着，在ρ型多晶硅基板的主面的η型掺杂剂扩散层上采用等离子体CVD法形成厚80nm的氮化硅膜。
如上操作，制作多个一个主面上形成有氮化硅膜的ρ型多晶硅基板，分别在这些 ρ型硅基板的氮化硅膜形成侧的相反侧的另一主面的一部分采用网版印刷法涂布下述表ι 所示的配合A的银糊剂或配合B G的导电性糊剂，然后按照与其一部分重叠的方式分别在ρ型硅基板的主面的几乎整面利用网版印刷法涂布市售的铝糊剂。然后，分别将ρ型多晶硅基板的主面所涂布的导电性糊剂、银糊剂和铝糊剂在150°C左右的温度环境进行干燥。在此，配合A的银糊剂和配合B G的导电性糊剂分别是将表1所示的成分配合成表1所示的配合(质量％)并用混合器混炼后，用三辊磨使导电性粉末和/或银粉末分散从而制得。应予说明，配合A的银糊剂的粘度和配合B G的导电性糊剂的粘度分别约是170Pa · s (使用BR00KFIELD公司制的粘度计以旋转速度IOrpm测定)。应予说明，实施例1中，作为导电性粉末，使用用由银构成的导电层覆盖具有矩形表面的板状氧化铝基材的全部外表面而得的导电性粒子所形成的ECKA公司制的导电性粉末。另外，对于实施例1中使用的导电性粉末的导电性粒子，导电性粒子的中值粒径(D50) 为7μπι，由银构成的导电层的质量相对于各导电性粒子的质量的比例是30质量％。另外，作为玻璃粉，使用硼硅酸铅玻璃，作为树脂，使用乙基纤维素，作为溶剂，使用二乙二醇丁醚醋酸酯。[表1]
权利要求
1.一种导电性糊剂(7)，是含有由多个导电性粒子形成的导电性粉末的导电性糊剂⑵，所述导电性粒子具有基材(21a)和将所述基材(21a)的外表面的至少一部分覆盖的导电层(21b)。
2.如权利要求1所述的导电性糊剂(7)，其中，进一步含有由多个银粒子0 形成的银粉末。
3.一种半导体装置用电极(71、72、81、82)，是含有多个导电性粒子Ql)的半导体装置用电极(71、72、81、82)，所述导电性粒子具有基材(21a)和将所述基材Ola)的外表面的至少一部分覆盖的导电层(21b)。
4.一种半导体装置(10、35)，是含有半导体基板(1)、和在所述半导体基板(1)的表面上设置的半导体装置用电极(71、72、81、82)的半导体装置(10、35)，所述半导体装置用电极(71、72、81、82)含有多个导电性粒子01)，所述导电性粒子具有基材(21a)和覆盖所述基材Ola)的外表面的至少一部分的导电层Olb)。
5.一种半导体装置(10、3幻的制造方法，包括在半导体基板(1)上涂布含有由多个导电性粒子形成的导电性粉末的导电性糊剂(7)的工序，和烧制所述导电性糊剂(7) 的工序。
全文摘要
本发明涉及导电性糊剂(7)、使用其而形成的半导体装置用电极(71、72、81、82)和半导体装置(10、35)、以及使用其的半导体装置(10、35)的制造方法，所述导电性糊剂(7)含有由多个导电性粒子(21)形成的导电性粉末，导电性粒子(21)具有基材(21a)和将基材(21a)的外表面至少一部分覆盖的导电层(21b)。
文档编号H01L31/04GK102483968SQ20108003810
公开日2012年5月30日 申请日期2010年7月26日 优先权日2009年8月31日
发明者山本真也, 田中聪 申请人:夏普株式会社