CN101877366A - 半导体装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种有关半导体装置的电极或具有接合工序的半导体装置的制造方法，本发明要解决的问题是(1)由于使用Al电极而使半导体装置具有高电阻；(2)Al与Si会形成合金；(3)利用溅射法形成的膜具有高电阻；(4)在接合工序中，若接合面的凹凸较大则发生接合不良。本发明的一种方式是一种半导体装置，包括：金属衬底或形成有金属膜的衬底；利用热压合法与金属衬底或金属膜接合的金属衬底或金属膜上的铜(Cu)镀膜；Cu镀膜上的阻挡膜；阻挡膜上的单晶硅膜；单晶硅膜上的电极层。

Description

半导体装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种包括太阳能电池的光电转换装置等的半导体装置及其制造方法。
背景技术
在专利文献1中公开了将硅片接合到衬底，并将硅(Si)膜从硅片剥离，来在衬底上形成硅膜的太阳能电池的制造方法。
以下示出专利文献1的图10所公开的太阳能电池的制造方法。在注入有氢的硅片上形成铝(Al)蒸镀层等的接合金属层。使接合金属层与Al类金属衬底密接。通过400℃至600℃的热处理分离硅片的一部分，在Al类金属衬底上隔着接合金属层形成硅膜，并且使接合金属层与Al类金属衬底接合。将Al类金属衬底用作阴极电极。在硅膜上形成阳极电极而制造太阳能电池。
[专利文献1]日本专利申请公开2003-17723号公报
发明内容
本发明的一个方式要解决的问题涉及半导体装置的电极或具有接合工序的半导体装置的制造方法。具体而言，本发明要解决的问题为如下：(1)由于使用Al电极而使半导体装置具有高电阻；(2)Al与Si会形成合金；(3)利用溅射法形成的膜具有高电阻；(4)在接合工序中，若接合面的凹凸较大则发生接合不良。以下说明(1)至(4)。
(1)在专利文献1中，在硅片上形成Al蒸镀层等的接合金属层，将该接合金属层及Al类金属衬底用作背面电极。然而，Al的电阻大约为2.66×10-8Ωm，相对较高。由此，在取出产生在太阳能电池中的电动势时，产生起因于其高电阻的损失。
(2)已知Al会与Si形成合金。在形成合金时，Al扩散到Si膜中，而使Si膜不起光电转换层的作用。
(3)一般而言，在形成电极时，如专利文献1那样大多利用蒸镀法或溅射法。尤其是利用溅射法而形成的金属膜有导电率降低的倾向。虽然也根据元素，但是这是因为在形成膜时使用的气体被引入到膜中，而使膜中的杂质浓度增高的缘故。
(4)在专利文献1中，使接合金属层与Al类金属衬底接合。在接合工序中，接合面的平坦性很重要。例如，在氧化硅膜彼此接合时，若其平均面粗糙度(Ra)为0.4nm左右，则可以容易进行接合。然而，若接合面的凹凸较大，则会产生接合不良。
鉴于上述问题，本发明的一个方式提供一种具有低电阻的电极且与Si不容易形成合金的半导体装置。此外，本发明的一个方式示出一种不产生接合不良的半导体装置的制造方法。
本发明的第一方式的半导体装置包括：金属衬底或形成有金属膜的衬底、金属衬底上或金属膜上的铜(Cu)镀膜、Cu镀膜上的阻挡膜、阻挡膜上的单晶硅膜、单晶硅膜上的电极层。
Cu膜的电阻大约为1.67×10-8Ωm，比Al的电阻低。此外，利用镀法形成的膜的导电率高于利用溅射法形成的膜的导电率。
由于具有阻挡膜所以Cu和Si不会形成合金，因此Si膜起光电转换层的作用，而可以得到高可靠性的半导体装置。
在金属衬底上或在金属膜上也可以具有晶种膜及使该晶种膜生长而形成的Cu镀膜。
金属衬底是Cu衬底，而形成有金属膜的衬底也可以是形成有Cu膜的玻璃衬底。
本发明的第二方式的半导体装置的制造方法包括如下步骤：将从氢气体产生的离子掺杂到单晶硅衬底的第一衬底的表面上，优选的是整个表面上，而在单晶硅衬底中形成脆弱层；在单晶硅衬底上形成阻挡膜；在阻挡膜上形成Cu镀膜；准备金属衬底或形成有金属膜的衬底的第二衬底；通过将Cu镀膜和金属衬底或金属膜热压合，来隔着Cu镀膜或隔着Cu镀膜和金属膜将单晶硅衬底与第二衬底接合；利用热处理从脆弱层剥离单晶硅衬底的一部分，而在第二衬底上隔着Cu镀膜或隔着Cu镀膜和金属膜形成单晶硅膜；在单晶硅膜上形成电极层。
一般而言，利用溅射法形成的金属膜的表面的平均面粗糙度(Ra)大约为0.8nm至1.5nm，而金属镀膜的表面的Ra大约为4nm。金属镀膜的表面的凹凸大于利用溅射法形成的金属膜的表面的凹凸。由此，要将形成有金属镀膜的衬底与对置衬底接合很困难。然而，上述制造方法即使表面上具有较大的凹凸也可以实现接合。
热压合也可以在如下条件下进行，即150℃以上且低于第一衬底及第二衬底的耐热温度，并且0.5MPa以上且20MPa以下。或者，热压合也可以在如下条件下进行，即150℃以上且低于第一衬底及第二衬底的耐热温度，并且2.0MPa以上且20MPa以下。
也可以在第一衬底上形成晶种膜，通过使该晶种膜成长而形成Cu镀膜。
也可以是，金属衬底是Cu衬底，形成有金属膜的衬底是形成有Cu膜的玻璃衬底。
注意，半导体装置包括具有太阳能电池的光电转换装置。
Cu镀膜的电阻低于Al膜或溅射膜的电阻。通过将Cu镀膜用于太阳能电池等的光电转换装置的电极，可以效率好地取出由光而产生的电荷。此外，由于具有阻挡膜，所以可以在不使Cu与Si形成合金的情况下得到高可靠性的半导体装置。另外，虽然使用了形成有其表面具有较大的凹凸的Cu镀膜的衬底，但是通过利用热压合可以使该衬底与对置衬底容易地接合。
附图说明
图1A和1B是说明实施方式1的立体图及截面图；
图2A和2B是说明实施方式2的截面图；
图3A至3C是说明实施方式2的截面图；
图4A至4C是说明实施方式2的截面图；
图5是说明实施方式2的截面图；
图6A和6B是说明实施例1的截面图；
图7A和7B是说明实施例1的截面图；
图8是说明实施例1的图；
图9A至9C是说明实施例3的截面图；
图10A和10B是说明实施例3的截面图；
图11A和11B是说明实施例3的图；
图12A和12B是说明实施例3的图。
具体实施方式
以下说明本发明的实施方式1和2。但是，本发明可以以多个不同形式来实施，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实，就是其方式和详细内容可以被变换为各种各样的形式而不脱离本发明的宗旨及其范围。因此，本发明不应该被解释为仅限定在本实施方式所记载的内容。
实施方式1示出半导体装置，而实施方式2示出半导体装置的制造方法。
实施方式1
在实施方式1中，参照图1A和1B说明一种半导体装置，其中包括：金属衬底或形成有金属膜的衬底；金属衬底上或金属膜上的铜(Cu)镀膜；Cu镀膜上的阻挡膜；阻挡膜上的单晶硅膜；单晶硅膜上的电极层。
图1A是半导体装置的立体图，而图1B是沿图1A的虚线A-B的截面图。
半导体装置包括衬底31上的金属膜32，金属膜32上的Cu镀膜24，Cu镀膜24上的阻挡膜26，阻挡膜26上的单晶硅膜34，单晶硅膜34上的电极层36。
作为衬底31，例如可以使用绝缘衬底诸如玻璃衬底、石英衬底、陶瓷衬底、塑料衬底；半导体衬底诸如硅衬底、硅锗衬底；金属衬底诸如Al衬底、Cu衬底、Ni衬底。在使用金属衬底时，优选使用Cu衬底。
在衬底31上以50nm至300nm的厚度形成金属膜32。利用蒸镀、溅射、CVD等的已知方法来形成金属膜32。金属膜32可以使用Al膜、Al-Nd合金膜、Ag膜、Au膜、Pt膜、Ag-Pd-Cu合金膜、Cu膜，但是优选使用Cu膜。此外，在使用衬底31时也可以不设置金属膜32。
利用已知的电镀、化学镀(electroless plating)以500nm至1.5μm的厚度形成Cu镀膜24。Cu镀膜24的导电率高于Al膜的导电率。此外，Cu镀膜24不会有溅射法所使用的气体被引入到膜中的情况。从而，Cu镀膜24的导电率高于溅射膜的导电率。而且，由于利用镀法，所以可以容易使Cu镀膜24的厚度增大。
在利用电镀法形成Cu镀膜24时，在形成由金属或合金构成的晶种膜后，使晶种膜成长来形成Cu镀膜24。晶种膜24使用Cu、Pd、钛(Ti)、Ni、Cr、Ag、Au或钛-钨(Ti-W)、镍-铁(NiFe)或这些合金。利用蒸镀、溅射等已知方法以50nm至300nm的厚度形成晶种膜。在利用无电解镀法时，不需要晶种膜。
阻挡膜26使用氮化钛、钛(Ti)、氮化钽、钽(Ta)、氮化钨、钨(W)等。阻挡膜26可以为单层膜或叠层膜。可以利用蒸镀、溅射等已知方法以10nm至100nm的厚度形成阻挡膜26。阻挡膜26防止Cu镀膜24的Cu扩散到单晶硅膜34中。由此，可以在Cu和Si不形成合金的情况下，得到高可靠性的半导体装置。
单晶硅膜34可以使用如下膜：i型单晶硅膜的单层膜；从衬底31一侧层叠有p型单晶硅膜及n型单晶硅膜的叠层膜；从衬底31一侧层叠有n型单晶硅膜及p型单晶硅膜的叠层膜；从衬底31一侧层叠有p型单晶硅膜、i型单晶硅膜以及n型单晶硅膜的叠层膜；或者从衬底31一侧层叠有n型单晶硅膜、i型单晶硅膜以及p型单晶硅膜的叠层膜。可以利用实施方式2所记载的方法来形成单晶硅膜34。可以以150nm至600nm的厚度形成单晶硅膜34。
光从电极层36一侧入射到单晶硅膜34。利用溅射法或蒸镀法并使用透明导电材料形成电极层36。作为透明导电材料，例如可以使用氧化铟锡合金(ITO)、氧化锌、氧化锡、氧化铟锌合金等金属氧化物。电极层36可以形成为梳形(图1A)或格子状。
也可以利用CVD法等以覆盖电极层36及单晶硅膜34的方式形成由氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜或这些的叠层膜构成的钝化膜(未图示)。钝化膜可以用作保护膜及抗反射膜。
Cu镀膜24的导电率高于Al膜的导电率。Cu镀膜24的导电率高于溅射膜的导电率。此外，由于具有阻挡膜26，所以可以在Cu和Si不形成合金的情况下，得到高可靠性的半导体装置。
实施方式2
在实施方式2中，参照图2A至5示出半导体装置的制造方法，其包括如下步骤：将从氢气体产生的离子掺杂到单晶硅衬底的第一衬底的表面上，优选的是整个表面上，而在单晶硅衬底中形成脆弱层；在单晶硅衬底上形成阻挡膜；在阻挡膜上形成Cu镀膜；准备金属衬底或形成有金属膜的衬底的第二衬底；将Cu镀膜和金属衬底或金属膜热压合，来隔着Cu镀膜或隔着Cu镀膜和金属膜将单晶硅衬底与第二衬底接合；利用热处理从脆弱层剥离单晶硅衬底的一部分，在第二衬底上隔着Cu镀膜或隔着Cu镀膜和金属膜形成单晶硅膜；在单晶硅膜上形成电极层。
准备第一衬底的单晶硅衬底21。单晶硅衬底21使用n型单晶硅衬底、i型单晶硅衬底或p型单晶硅衬底。在实施方式2中说明使用p型单晶硅衬底作为单晶硅衬底21的情况。
将从氢(H2)气体产生的离子23掺杂到单晶硅衬底21，而在单晶硅衬底21中形成脆弱层22(图2A)。另外，不限于H2气体，而也可以使用磷化氢(PH3)、乙硼烷(B2H6)等。对离子23的剂量没有特别的限制。将离子23的能量等调节为使脆弱层22形成在离单晶硅衬底21的表面有50nm以上且200nm以下的深度中。此外，优选在单晶硅衬底21的整个表面上掺杂离子23。这样，在后面的工序中，可以容易形成单晶硅膜33。
在上述离子的照射方法中，优选H3 +的比率占所产生的离子种(H+、H2 +、H3 +)的总量的50％以上，更优选占70％以上。若增加H3 +的比率，则可以缩短离子照射工序的生产节拍(takt time)，而可以提高产率和处理量。此外，通过照射相同质量的离子，可以在单晶硅衬底21的同一深度中集中地添加离子。
利用实施方式1所示的方法在单晶硅衬底21上以10nm至100nm的厚度形成阻挡膜26(图2B)。
在利用电镀法时，在阻挡膜26上形成晶种膜25(图2B)。利用实施方式1所示的方法以50nm至300nm的厚度形成晶种膜25。在利用无电解镀法时，不需要晶种膜25。
在利用电镀法时，通过使晶种膜25成长来以500nm至1.5μm的厚度形成Cu镀膜24(图2B)。在利用无电解镀法时，在阻挡膜26上形成Cu镀膜24。由于利用镀法，所以可以容易使Cu镀膜24的厚度为厚。Cu镀膜24的表面的凹凸大于利用溅射法、蒸镀法等形成的金属膜的表面的凹凸。
此外，虽然图2B示出在晶种膜25和Cu镀膜24之间有界面，但是由于是使晶种膜25成长而形成Cu镀膜24，所以有时会有在晶种膜25和Cu镀膜24之间没有明确的界面的情况。
准备衬底31(图3A)。衬底31成为第二衬底。衬底31可以使用实施方式1所示的衬底。但是，优选使用具有耐下述的热处理的温度以上的耐热性的衬底。
在衬底31上利用蒸镀、溅射、CVD等已知方法以10nm至300nm的厚度形成金属膜32(图3A)。金属膜32优选使用Cu膜。在使用金属衬底时，也可以不设置金属膜32。
单晶硅衬底21和衬底31配置为使Cu镀膜24和金属膜32彼此相对(图3B)，使用热压机进行热压合(图3C)。热压合在如下条件下进行，即150℃以上且300℃以下，并且0.5MPa以上且20MPa以下。或者，热压合在如下条件下进行，即150℃以上且低于第一衬底及第二衬底的耐热温度，并且2.0MPa以上且20MPa以下。设定为300℃以下是因为如下述那样，通过进行400℃以上的热处理，使单晶硅衬底21的一部分剥离的缘故。此外，热压合可以进行5分钟至4个小时。
在完成接合后，从热压机取出彼此接合的单晶硅衬底21和衬底31。接着，进行400℃以上的热处理。通过进行热处理，使在脆弱层22中形成的微小的空洞的体积变化。通过该体积变化以脆弱层22附近为边界剥离单晶硅衬底21的一部分，而在第二衬底31上隔着金属膜32、Cu镀膜24以及阻挡膜26以50nm至200nm的厚度形成单晶硅膜33(图4A)。
热处理可以使用加热炉如扩散炉或电阻加热炉等、快速热退火(RTA)装置、微波加热装置等。热处理的温度设定为400℃以上且低于单晶硅衬底21的耐热温度以及衬底31的耐热温度。例如，在单晶硅衬底21、衬底31使用玻璃衬底时，以400℃以上且650℃以下，处理时间为0.5小时至5小时进行热处理。
由于单晶硅衬底33的表面具有缺陷和较大的凹凸，所以也可以利用激光照射、CMP等减少缺陷，而使其表面平坦化(图4B)。
如上述那样，由于单晶硅衬底21为p型，所以单晶硅膜33为p型。在p型单晶硅衬底33上以50nm至200nm的厚度形成i型单晶硅衬底34，在i型单晶硅衬底34上以50nm至200nm的厚度形成n型的单晶硅膜35(图4C)。
在实施方式2中，利用固相成长(固相外延成长)或气相成长(气相外延成长)等的外延成长技术形成i型单晶硅膜34、n型单晶硅膜35。
首先，在p型单晶硅膜33上，利用CVD法等形成i型非晶硅膜或i型结晶硅膜。使i型非晶硅膜或i型结晶硅膜固相成长来形成i型单晶硅膜34。
在i型单晶硅膜34上利用CVD法等形成n型非晶硅膜或n型结晶硅膜。使n型非晶硅膜或n型结晶硅膜固相成长来形成n型单晶硅膜35。
进行固相成长的热处理使用上述RTA、炉、高频产生装置等的热处理装置。
i型单晶硅膜34及n型单晶硅膜35的形成方法不限于上述方法。例如，可以利用CVD法等形成非晶硅膜或结晶硅膜，并照射激光而形成单晶硅膜。
在n型单晶硅膜35上形成电极层36(图5)。由于将电极层36一侧用作光入射面，所以电极层36使用透明导电材料，利用溅射法或真空蒸镀法形成。作为透明导电材料，例如可以使用氧化铟锡合金、氧化锌、氧化锡、氧化铟锌合金等金属氧化物。电极层36的从上面看的形状可以形成为梳形(图1A)或格子状。
利用CVD法等使用氧化硅膜等形成钝化膜37(图5)。将该钝化膜37用作保护膜及抗反射膜。
在钝化膜37中形成接触孔，利用蒸镀法、光刻法等形成电连接到金属膜32的布线38以及电连接到电极层36的布线39(图5)。在利用印刷法、液滴喷射法等形成布线38、39时，不需要光掩模。根据需要形成布线38、布线39以及钝化膜37。
通过上述步骤，可以实现如下半导体装置，其中在金属衬底或形成有金属膜的衬底上形成有具有高导电率的Cu镀膜，并在该Cu镀膜上形成有单晶硅膜。Cu镀膜的表面的凹凸大于利用溅射法、蒸镀法等形成的金属膜的表面的凹凸，要使Cu镀膜与对置衬底接合很困难，但是通过本发明的制造方法可以实现该接合。
此外，由于在镀Cu时是将单晶硅衬底浸在镀液中，所以第二衬底不会接触到镀液。
作为单晶硅衬底21应用了p型单晶硅衬底，但是也可以使用n型单晶硅衬底。在此情况下，单晶硅膜33为n型单晶硅膜，而单晶硅膜35为p型单晶硅膜。此外，也可以使用i型单晶硅膜。
注意，实施方式2可以与实施方式1适当地组合。
实施例1
在实施例1中参照图6A至8示出半导体装置的制造方法，其中包括如下步骤：将具有Cu镀膜的第一衬底与形成有金属膜的第二衬底热压合；隔着Cu镀膜和金属膜将第一衬底与第二衬底接合。
在单晶硅衬底的第一衬底1上利用溅射法以25nm至100nm的厚度形成Ti膜、氮化钛膜或氮化钽膜作为阻挡膜4。
在阻挡膜4上利用溅射法以100nm至200nm的厚度形成Ni膜、Ag-Pd-Cu合金膜或Cu膜作为晶种膜3(图6A)。
在晶种膜3上形成Cu镀膜。Cu镀膜的形成有预处理、镀处理、后处理的步骤。
对预处理进行说明。在使用磷酸-有机化合物-水的混合溶液对形成有晶种膜3、阻挡膜4的第一衬底1进行5分钟至10分钟的处理，然后使用纯水清洗。接着，使用10％盐酸进行5分钟至10分钟的处理，然后使用纯水清洗。
对镀处理进行说明。在此使用电镀处理。作为镀液使用MICROFAB(注册商标)Cu300(日本电镀工程股份有限公司(Electroplating Engineers of Japan Ltd.)制造)。Cu300包含H2SO4、CuSO4(II)以及添加剂。在镀液中设置阳极和阴极，并将阳极和阴极连接到直流电源。作为阳极设置含磷铜，而作为阴极设置第一衬底1。电流密度为1A至5A/dm2，在室温下进行镀处理。以100nm至1μm的厚度形成Cu镀膜2。在镀处理后，从镀液中取出第一衬底1。
对后处理进行说明。使用纯水、10％硫酸以及1％草酸对第一衬底1进行超声波清洗。
通过上述步骤，形成Cu镀膜2(图6A)。虽然图6A示出在晶种膜3和Cu镀膜2之间有界面，但是由于是使晶种膜3成长而形成Cu镀膜2，所以有时会有在晶种膜3和Cu镀膜2之间没有明确的界面的情况。
另一方面，第二衬底11使用玻璃衬底。在实施例1中，使用具有1mm以下的厚度的AN100(旭硝子社制造，歪点大约为670℃)。在第二衬底11上利用溅射法以100nm至200nm的厚度形成Cu膜作为金属膜12(图6B)。
使用热压机将第一衬底1与第二衬底11热压合。
在热压机的下一侧的热板50上配置第一衬底1和第二衬底11。Cu镀膜2与Cu膜彼此相对而配置(图7A)。热板50和热板51连接到加热装置(未图示)。
使热板50上升，使用上一侧的热板51和下一侧的热板50将第一衬底1与第二衬底11热压合(图7B)。压力为2MPa至20MPa，温度为室温至300℃，热压合时间为0.25小时至3.5小时。
图8示出热压合的结果。纵轴是热压合时的压力(Pa)，而横轴是温度(℃)，圆圈符号示出能够使第一衬底1与第二衬底11实现接合的情况，而叉符号示出不能实现接合的情况。在150℃至300℃、2MPa以上且20MPa以下可以使第一衬底1与第二衬底11实现接合。通过进行0.25小时以上的热压合，可以使这些衬底彼此接合。此外，在温度为100℃以下不能实现接合。另外，因热压机的关系而将压力的下限值设定为2MPa，但是只要压力为O.5MPa以上就可以实现接合。
此外，虽然图7B示出在金属膜12和Cu镀膜2之间有界面，但是在金属膜12和Cu镀膜2都是由同一金属(Cu)形成的情况下，有时会有金属膜12和Cu镀膜2之间没有明确的界面的情况。
实施例2
在实施例2中，在第二衬底11上利用溅射法形成Al-Nd膜或Ag-Pd-Cu合金膜作为金属膜12。其他条件与实施例1同样。
在150℃至300℃、2MPa以上且20MPa以下可以使第一衬底1与第二衬底11实现接合。另外，因热压机的关系而将压力的下限值设定为2MPa，但是只要压力为O.5MPa以上就可以实现接合。
实施例3
在实施例3中，参照图9A至12B示出如下步骤：将从氢气体产生的离子掺杂到单晶硅衬底的第一衬底的整个表面上，而在单晶硅衬底中形成脆弱层；在单晶硅衬底上形成阻挡膜；在阻挡膜上形成Cu镀膜；准备形成有金属膜的衬底的第二衬底；将Cu镀膜和金属膜热压合，隔着Cu镀膜和金属膜将单晶硅衬底与第二衬底接合；利用热处理从脆弱层剥离单晶硅衬底的一部分，而在第二衬底上隔着Cu镀膜和金属膜形成单晶硅膜。
将从H2气体产生的离子23掺杂到单晶硅衬底21，而形成脆弱层22(图9A)。H2气体的流量为50sccm，加速电压为80kV，电流密度为5μA/cm2，剂量为2.0×1016cm-2。单晶硅衬底21中的氢离子浓度大约为2.0×1021cm-3。
在单晶硅衬底21上利用溅射法以25nm的厚度形成氮化钽膜或氮化钛膜作为阻挡膜26。
在阻挡膜26上利用溅射法形成Cu膜或Ni膜作为晶种膜25。以200nm的厚度形成Cu膜，而以100nm的厚度形成Ni膜。
使用实施例1所示出的方法和材料，在晶种膜25上以1μm的厚度形成Cu镀膜24。电流密度为2A/dm2，并在室温下进行镀处理(图9B)。此外，因为是使晶种膜25成长而形成Cu镀膜24，所以有时会有晶种膜25和Cu镀膜24之间没有明确的界面的情况。
作为衬底31，使用玻璃衬底AN100(旭硝子社制造)。
与实施例1同样地利用溅射法在玻璃衬底上以100nm至200nm的厚度形成Cu膜作为金属膜32。
在热压机的下一侧的热板50上将单晶硅衬底21与玻璃衬底配置为使Cu镀膜24与Cu膜彼此相对。热板50和热板51连接到加热装置(未图示)。使热板50上升，使用上一侧的热板51和下一侧的热板50将单晶硅衬底21与玻璃衬底热压合(图9C)。在150℃、2MPa以上且20MPa以下进行热压合。由此，能够使单晶硅衬底21与玻璃衬底实现接合(图10A)。因热压机的关系而将压力的下限值设定为2MPa，但是只要压力为O.5MPa以上就可以实现接合。此外，由于金属膜32与Cu镀膜24都是由同一Cu形成，所以有时会有金属膜32和Cu镀膜24之间没有明确的界面的情况。
在热压合后，从热压机取出接合的单晶硅衬底21和玻璃衬底，在加热炉中进行400℃以上、2小时至4小时的热处理。以脆弱层附近为边界剥离单晶硅衬底21的一部分，而可以在玻璃衬底上隔着Cu膜及Cu镀膜24以50nm至200nm的厚度形成单晶硅膜33(图10B)。
图11A示出以25nm的厚度形成氮化钽膜作为阻挡膜26，以200nm的厚度形成Cu膜作为晶种膜25，在150℃且10MPa下进行热压合，然后进行600℃、2小时的热处理，剥离单晶硅衬底21的一部分来形成单晶硅膜33的玻璃衬底。在玻璃衬底上形成有单晶硅膜33。在玻璃衬底的周边观察到Cu膜。
使用透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope：TEM)观察该形成有单晶硅膜33的玻璃衬底的截面，确认到在Cu膜上形成有单晶硅膜33(图11B)。此外，没能观察到晶种膜25、Cu镀膜24、金属膜32的界面。
图12A示出以25nm的厚度形成氮化钛膜作为阻挡膜26，以100nm的厚度形成Ni膜作为晶种膜25，在350℃且2MPa下进行热压合，然后进行400℃、2小时的热处理，并进一步进行600℃、4小时的热处理，剥离单晶硅衬底21的一部分来形成单晶硅膜33的玻璃衬底。在玻璃衬底上形成有单晶硅膜33。在玻璃衬底的周边观察到Cu膜。
使用TEM观察该形成有单晶硅膜33的玻璃衬底的截面，确认到在Cu膜上形成有单晶硅膜33(图12B)。此外，没能观察到晶种膜25、Cu镀膜24、金属膜32的界面。
本说明书根据2009年5月2日在日本专利局受理的日本专利申请编号2009-112367而制作，所述申请内容包括在本说明书中。

Claims (20)

1.一种半导体装置，包括：
具有用作电极的表面的衬底；
所述衬底上的铜(Cu)镀膜；
所述Cu镀膜上的阻挡膜；
所述阻挡膜上的单晶硅膜；以及
所述单晶硅膜上的电极层。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，还包括：
所述衬底上的晶种膜，
其中使所述晶种膜成长而形成所述Cu镀膜。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述衬底是金属衬底或设置有金属膜的衬底。
4.根据权利要求3所述的半导体装置，其中所述金属衬底是Cu衬底，并且所述设置有金属膜的衬底是设置有Cu膜的玻璃衬底。
5.一种包括根据权利要求1所述的半导体装置的光电转换装置。
6.一种太阳能电池，包括：
具有用作电极的表面的衬底；
所述衬底上的铜(Cu)镀膜；
所述Cu镀膜上的阻挡膜；
所述阻挡膜上的光电转换层；以及
所述光电转换层上的电极层，
其中，所述光电转换层由硅膜形成，
并且，所述电极层由透明导电材料形成。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池，还包括：
所述衬底上的晶种膜，
其中使所述晶种膜成长而形成所述Cu镀膜。
8.根据权利要求6所述的太阳能电池，其中所述衬底是金属衬底或设置有金属膜的衬底。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其中所述金属衬底是Cu衬底，并且所述设置有金属膜的衬底是设置有Cu膜的玻璃衬底。
10.根据权利要求6所述的太阳能电池，其中所述透明导电材料由选自氧化铟锡合金、氧化锌、氧化锡、氧化铟锌合金中的任一种形成。
11.一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：
将从氢气体产生的离子掺杂到单晶硅衬底的表面，而在所述单晶硅衬底中形成脆弱层；
在所述单晶硅衬底上形成阻挡膜；
在所述阻挡膜上形成铜(Cu)镀膜；
准备金属衬底；
通过将所述Cu镀膜和所述金属衬底热压合，来隔着所述Cu镀膜将所述单晶硅衬底与所述金属衬底接合；
利用热处理沿着所述脆弱层剥离所述单晶硅衬底的一部分，而在所述金属衬底上隔着所述Cu镀膜形成单晶硅膜；以及
在所述单晶硅膜上形成电极层。
12.根据权利要求11所述的半导体装置的制造方法，其中所述热压合在150℃以上且300℃以下、0.5MPa以上且20MPa以下进行。
13.根据权利要求11所述的半导体装置的制造方法，还包括如下步骤：
在所述阻挡膜上形成晶种膜；
其中，使该晶种膜成长而形成所述Cu镀膜。
14.根据权利要求11所述的半导体装置的制造方法，其中所述金属衬底是Cu衬底。
15.一种使用根据权利要求11所述的半导体装置的制造方法的光电转换装置的制造方法。
16.一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：
将从氢气体产生的离子掺杂到单晶硅衬底的表面，而在所述单晶硅衬底中形成脆弱层；
在所述单晶硅衬底上形成阻挡膜；
在所述阻挡膜上形成铜(Cu)镀膜；
准备设置有金属膜的衬底；
通过将所述Cu镀膜和所述金属膜热压合，来隔着所述Cu镀膜和所述金属膜将所述单晶硅衬底与所述设置有金属膜的衬底接合；
利用热处理沿着所述脆弱层剥离所述单晶硅衬底的一部分，而在所述设置有金属膜的衬底上隔着所述Cu镀膜和所述金属膜形成单晶硅膜；以及
在所述单晶硅膜上形成电极层。
17.根据权利要求16所述的半导体装置的制造方法，其中所述热压合在150℃以上且300℃以下、0.5MPa以上且20MPa以下进行。
18.根据权利要求16所述的半导体装置的制造方法，还包括如下步骤：
在所述阻挡膜上形成晶种膜；
其中，使该晶种膜成长而形成所述Cu镀膜。
19.根据权利要求16所述的半导体装置的制造方法，其中所述设置有金属膜的衬底是设置有Cu膜的玻璃衬底。
20.一种使用根据权利要求16所述的半导体装置的制造方法的光电转换装置的制造方法。
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