[发明专利]半导体元件的接合方法及接合结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体元件的接合方法及接合结构。

背景技术

通过将各个半导体元件接合，能够实现半导体装置的高性能化。代表性的是，在作为光电转换半导体元件的太阳能电池中，通过使具有不同带隙的太阳能电池层叠并多接合化，能够使其吸收较宽范围的太阳光谱，提高光电转换效率。

这种多接合太阳能电池一般是在GaAs基板或Ge基板上统一生长III-V族半导体单电池(GaAs类)而形成的单片堆叠结构，在该情况下，作为底电池适用在长波长带具有灵敏度的Ge或InGaAs类，能够获得发电效率超过40%的性能。但是，这些材料的组合是晶格失配类，因此生长技术烦杂且成为成本增加的主要原因。

另一方面，最近受到注目的智能堆叠结构利用将多个单电池机械性地自由接合的结构能够将各种单电池容易地组合，从高性能/低成本化的观点出发，这是新一代太阳能电池的关键技术。在智能堆叠结构中，在各太阳能电池的接合界面处实现不仅确保导电性还确保透明性的接合结构这一点是重要的。另外，与确保透明性同等重要或者更重要的是实现有利于太阳能电池特性的光学特性。

以往，作为包括太阳能电池的半导体元件的接合方法，公知例如如专利文献1、2所示，通过导电性粘接剂、即包含微米尺寸的粒子状金属化合物、金属纳米丝的有机高分子树脂进行接合的方法。

另外，例如如专利文献3所记载的那样，报告了一种利用被直径尺寸为100纳米以下的有机分子覆盖的导电性纳米粒子，基于利用纳米尺寸化带来的熔点降低进行导电性纳米粒子间的低温烧结的半导体元件的接合方法。

但是在上述方法中，由于以下理由，在半导体元件界面上难以实现确保导电性和透明性的接合结构。另外，也难以实现有利于太阳能电池特性的光学特性。

首先，在专利文献1、2中，由于因接合后的装置动作时从元件自身发出的热、外部气温变化等而引起的有机高分子树脂的热膨胀，可能会产生粒子状金属化合物、金属纳米丝的非接触而导致导电性降低或失活。另外，为了维持透光性，需要降低粒子状金属化合物、金属纳米丝的浓度，这会对导电性产生不良影响。

接着，在专利文献3中，出于提高操作性的目的，通常将所使用的直径100纳米以下的导电性纳米粒子利用由有机分子构成的保护膜进行覆盖。但是，为了获得接合后良好的导电性，需要进行在烧结后不残留这些有机分子的工作。

另外，如上所述，为了在界面维持透明性及透光性，需要降低导电性纳米粒子浓度，使其在界面均匀地存在，防止生成大的导电性纳米粒子烧结体。但是，粒子浓度的降低会导致烧结频率的降低，因此接合本身会变得困难。

另一方面，虽然并不是上述这样的将太阳能电池等半导体元件彼此接合的技术，但还研究了将两亲性嵌段共聚物作为模板，在基板表面上二维地排列金属纳米粒子，进行向能够期待量子尺寸效果的元件等的应用（参照专利文献4、5）。但是，完全没有对经由排列于表面的金属(导电性)纳米粒子而不使用有机分子等粘接剂、粘接用材料地将半导体元件彼此导电性地接合的方式进行研究。

另外，虽然并不是上述这样的将太阳能电池等半导体元件彼此接合的技术，但还研究了利用具有任意三维形状图案的印模，将通过蒸镀法等堆积的金属等的薄膜转印到其他基板表面来制作纳米结构(非专利文献1)，进行向传感器元件等的应用(非专利文献2)。但是，关于使用该印模的技术，完全没有对经由排列于表面的金属(导电性)纳米粒子而不使用有机分子等粘接剂、粘接用材料地将半导体元件彼此导电性地接合的方式进行研究。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-309352号公报

专利文献2：日本特开2011-138711号公报

专利文献3：日本特开2004-107728号公报

专利文献4：日本特开2006-88310号公报

专利文献5：WO2005/122998号

非专利文献

非专利文献1：Loo et al.,Journal of the American Chemical Society,124(2002),7654.

非专利文献2：Hatab et al.,ACS Nano,2(2008),377.

发明内容

发明要解决的课题

本发明是为了弥补如上所述的将半导体彼此接合的现有方法的弱点而开发的方法，其目的在于提供一种在界面确保优良的导电性及透明性地将半导体元件接合的方法以及基于该接合方法的接合结构。