半导体元件的接合方法及接合结构技术

本发明专利技术提供在界面确保优良的导电性及透明性并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。提供在界面确保优良的导电性并且能够进行有利于元件特性的光学特性的设计的半导体元件的接合方法以及基于该接合方法的接合结构。将未被有机分子覆盖的导电性纳米粒子无光学损失地配置于半导体元件的表面，使另一个半导体元件压接于该导电性纳米粒子上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供在界面确保优良的导电性及透明性并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。提供在界面确保优良的导电性并且能够进行有利于元件特性的光学特性的设计的半导体元件的接合方法以及基于该接合方法的接合结构。将未被有机分子覆盖的导电性纳米粒子无光学损失地配置于半导体元件的表面，使另一个半导体元件压接于该导电性纳米粒子上。【专利说明】半导体元件的接合方法及接合结构
本专利技术涉及半导体元件的接合方法及接合结构。
技术介绍
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II1-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I)，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:W02005/122998 号非专利文献非专利文献 1:Loo et al., Journal of the American ChemicalSociety, 124(2002), 7654.非专利文献2:Hatab et al.，ACS Nano, 2 (2008)，377.
技术实现思路
专利技术要解决的课题本专利技术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。另外，本专利技术的其他目的在于提供一种在界面确保优良的导电性并且能够进行有利于元件特性的光学特性的设计的半导体元件的接合方法以及基于该接合方法的接合结构。用于解决课题的方案在为了达到上述目的而进行的各种实验研究的过程中，本申请专利技术人发现，即便在将未被有机分子覆盖的导电性纳米粒子排列于所接合的半导体元件界面的情况下，也能够不使用通常使用的有机分子等的粘接剂及粘接用材料地将两个半导体元件接合，并且能够将半导体元件之间导电连接。本专利技术的接合方法基于以上述目的为前提的上述认知，其特征在于，将未被有机分子覆盖的导电性纳米粒子的单层排列于半导体元件的表面，在其上压接另一个半导体元件。S卩，本专利技术具有如下特征。(I) 一种半导体元件的接合方法，其特征在于，将未被有机分子覆盖的导电性纳米粒子排列于一个半导体元件表面，在该导电性纳米粒子之上压接另一个半导体元件。(2)根据上述⑴所述的半导体元件的接合方法，其特征在于，导电性纳米粒子在上述半导体元件表面的排列是以嵌段共聚物薄膜作为模板而形成的。(3)根据上述(1)所述的半导体元件的接合方法，其特征在于，导电性纳米粒子在上述半导体元件表面的排列通过利用具备形状图案的印模的转印方法而形成。(4)根据上述(1)~(3)中任一项所述的半导体元件的接合方法，其特征在于，上述导电性纳米粒子的尺寸为100纳米以上500纳米以下。(5)根据上述(1)或(2)所述的半导体元件的接合方法，其特征在于，上述导电性纳米粒子的尺寸为10纳米以上200纳米以下。(6)根据上述(1)~(5)中任一项所述的半导体元件的接合方法，其特征在于，上述导电性纳米粒子的排列间隔是导电性纳米粒子尺寸的2倍以上10倍以下的距离。(7)根据上述(1)~(6)中任一项所述的半导体元件的接合方法，其特征在于，上述导电性纳米粒子由Pd、Au、Ag、Pt、N1、Al、In、Ιη203、Zn、ZnO或者它们的复合体构成。(8)根据上述(1)~(7)中任一项所述的半导体元件的接合方法，其特征在于，上述半导体元件是使用结晶Si类、非晶Si类、微结晶Si类、有机类或黄铜矿类材料的单接合太阳能电池或者由在GaAs、InP、GaSb或Ge基板上等层叠的两接合以上构成的太阳能电池。(9) 一种半导体元件的接合结构，是一对半导体元件的接合结构，在两个半导体元件的接合面夹有未被有机分子覆盖的导电性纳米粒子。(10)根据上述(9)所述的半导体元件的接合结构，其特征在于，夹在两个半导体元件的接合面的导电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体元件的接合方法，其特征在于，将未被有机分子覆盖的导电性纳米粒子排列于一个半导体元件表面，在该导电性纳米粒子之上压接另一个半导体元件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：水野英范，牧田纪久夫，
申请(专利权)人：独立行政法人产业技术综合研究所，
类型：发明
国别省市：日本;JP