CN101877368B - 光电转换装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种新的光电转换装置及其制造方法。在具有透光性的基础衬底上形成具有透光性的绝缘层、中间夹着绝缘层而固定的单晶半导体层。在单晶半导体层的表层中或表面上以带状的方式设置多个具有一种导电型的第一杂质半导体层,并且以带状的方式设置多个具有与所述一种导电型相反的导电型的第二杂质半导体层,所述第二杂质半导体层与所述第一杂质半导体层彼此不重叠地交替。设置与第一杂质半导体层接触的第一电极和与第二杂质半导体层接触的第二电极,由此实现背接触型元件,得到基础衬底一侧为受光面的光电转换装置。

Description

光电转换装置及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种光电转换装置及其制造方法。

背景技术

[0002] 全球变暖形势严峻,正在商讨代替化石燃料的能源的利用。其中,尤其是也称为太阳能电池的光电转换装置,作为下一代典型的创造能量的装置而被认为最有前途。此外,近年来,对该光电转换装置进行的研究和开发非常活跃,其市场也正急剧扩大。

[0003] 光电转换装置是将无穷无尽的太阳光作为能源并在发电时不排放二氧化碳的有很大吸引力的发电装置。然而,其现状存在每单位面积的光电转换效率不够、发电量受日照时间影响等问题,为了收回原始成本需要二十年左右的很长期间。上述问题妨碍了将光电转换装置普及到一般住宅,从而要求光电转换装置的高效率化、低成本化。

[0004] 光电转换装置可以使用硅类材料、化合物半导体类材料制造,市场上出售的光电转换装置主要是块状型硅太阳能电池、薄膜型硅太阳能电池等硅类太阳能电池。由单晶硅片、多晶硅片形成的块状型硅太阳能电池具有较高的转换效率。然而,实际上用于光电转换的区域不过是硅片的厚度方向上的一部分,其他区域仅仅用作具有导电性的支撑体。此外,当从锭块切出硅片时切出部分的损失、需要研磨加工等也是块状型硅太阳能电池的成本无法降低的主要原因。

[0005] 另一方面,薄膜型硅太阳能电池可以通过等离子体CVD法等形成必需数量的硅薄膜来构成。此外,薄膜型硅太阳能电池可以容易地通过激光加工法、丝网印刷法等集成,与块状型太阳能电池相比,在节省资源、扩大面积等方面可以削减制造成本。然而,薄膜型硅太阳能电池的缺点在于其转换效率低于块状型太阳能电池的转换效率。

[0006] 为了在确保高转换效率的同时谋求实现低成本化,提出了一种太阳能电池的制造方法,其中,在结晶半导体中注入氢离子,通过热处理切断该结晶半导体,从而得到成为光电转换层的结晶半导体层(例如,参照专利文献I)。在该方法中,将以层状的方式离子注入了预定元素的结晶半导体隔着导电粘合剂贴合到衬底上的绝缘层,进行300°C以上且5000C以下的热处理来固定。接着,通过500°C以上且700°C以下的热处理,在结晶半导体中以层状的方式离子注入了预定元素的区域形成空隙,并且利用热应变将空隙为分界来分割结晶半导体,以在衬底上形成成为光电转换层的结晶半导体层。

[0007] 此外,作为将太阳光不浪费地引入光电转换装置中的结构,提出了一种在受光面上不形成收集电极并且无阴影损耗的背接触结构(例如,参照非专利文献I)。在该背接触结构中,不仅将形成内部电场的半导体结设置在受光面的背面,而且将电极也都形成在背面。在正面仅形成变形结构或用来防止反射及防止载流子复合的钝化层,由此尽量消除起因于电池结构的损失,并且得到高转换效率。

[0008] 此外,还提出了一种方法,S卩,将表层为多孔质层的单晶硅片作为种子层,使单晶硅层外延生长,并且利用这样形成的单晶硅层形成光电转换元件,然后将其贴合到另一个衬底上,以与多孔质部分分离(例如,参照专利文献2)。在通过使单晶薄片阳极化而形成的多孔质层上,通过气相法或液相法使单晶硅外延生长。接着,利用包括η型或P型掺杂剂的低电阻材料形成图案,通过加热形成具有一种导电型的杂质层及电极。接着,在利用绝缘层覆盖整个表面后,在前面形成的电极以外的区域部分地开口,使具有与一种导电型相反的导电型的杂质层液相生长。将如此形成的背接触型光电转换装置用导电粘合剂贴合到另一个支撑衬底上,以多孔质层为分界进行分离。关于分离后的硅片,通过重复同样的工序使用多次。

[0009][专利文献I]日本专利申请公开特开平10-335683号公报

[0010][专利文献2]日本专利申请公开特开平11-214720号公报

[0011] [非专利文献 I] R.A.Sinton, Young Kwark, J.Y.Gan, and Richard M.Swanson,“27.5-Percent Si I icon Concentrator Solar Cells,,,IEEE ElectronDevice Lett.,vol.EDL-7, n0.10, pp.567-569, Oct.1986(R.A.Sinton, Young Kwark, J.Y.Gan, RichardM.Swanson,“27.5%硅聚光型太阳能电池” IEEE电子器件快报,卷EDL-7,第10篇,第567-569 页,1986 年 10 月)

[0012] 现有的使硅片薄层化的光电转换装置具有用导电粘合剂粘合成为支撑体的衬底和硅半导体层的结构。在使用该光电转换装置构成模块的情况下,因为物性不同的几种材料构成叠层体,所以要求对弯曲、扭曲具有耐受性的结构。此外,在环境耐受性方面,尤其是确保对温度变化所导致的翘曲、弯曲的耐受性也是很重要的课题。

[0013] 此外,用于导电粘合剂的金属填料对光电转换装置的吸收波长区域几乎没有透过率,所以采用将半导体层表面一侧用作受光面而不是支撑衬底一侧的结构。这种结构被称为衬底方式,其中,利用具有透光性的树脂等密封受光面来完成模块结构。衬底结构具有薄型、轻量的特征,但存在对弯曲、扭曲、推压等的耐受性低的问题,设置于建筑物的屋顶等的光电转换装置大多使用将支撑衬底一侧用作受光面的机械强度高的超直结构(super-straight structure)的模块。

[0014] 另一方面,薄膜型硅太阳能电池容易通过激光加工法、丝网印刷法等进行大面积的集成,并且也容易构成机械强度高的超直方式的模块结构。然而,利用与非单晶硅膜同样的方法形成大面积的光电转换效率高的单晶硅膜是很难的,成为很大的问题。

发明内容

[0015] 鉴于上述问题,而本发明的一种方式的目的之一在于提供一种有效地利用半导体材料的节省资源型的光电转换装置。此外,本发明的一种方式的目的之一还在于提供一种机械强度高且光电转换效率得到提高的光电转换装置。

[0016] 本发明的一种方式是一种光电转换装置,其中,在具有透光性的绝缘衬底上设置有以单晶半导体层为光吸收层的光电转换层,并且在具有透光性的绝缘衬底一侧设置有受光面。此外,要点在于形成一种光电转换模块,其中,在同一个具有透光性的绝缘衬底上设置多个上述光电转换层,各光电转换层彼此电连接。

[0017] 注意,本说明书中的“光电转换层”包括表示光电效果(内部光电效果)的半导体层,具有用来形成内部电场的半导体结。就是说,光电转换层是指形成有以Pn结、pin结等为典型例子的结的半导体层。

[0018] 首先,说明以形成在具有透光性的绝缘衬底上的单晶半导体为光吸收层的光电转换装置的结构。在具有透光性的绝缘衬底上,形成有具有透光性的绝缘层、中间夹着该绝缘层而固定的单晶半导体层。该单晶半导体层以薄片化的单晶半导体衬底为种子层进行外延生长,从而增加膜厚。

[0019] 在该单晶半导体层的表层或者表面上以带状方式设置有多个具有一种导电型的第一杂质半导体层。此外,以带状方式与第一杂质半导体层不重叠地交替设置有多个具有与一种导电型相反的导电型的第二杂质半导体层。在此,该单晶半导体层、第一杂质半导体层以及第二杂质半导体层形成光电转换层。并且,设置有与第一杂质半导体层接触的第一电极、与第二杂质半导体层接触的第二电极,从而形成将基础衬底一侧用作受光面的光电转换装置。

[0020] 此外,也可以在具有透光性的绝缘衬底上形成多个上述光电转换层,并且设置使相邻的光电转换层串联连接及/或并联连接的电极层,以形成光电转换模块。

[0021] 接着,将说明光电转换装置及光电转换模块的制造方法。准备多个第一导电型的单晶半导体衬底,在该单晶半导体衬底的表面上形成有具有透光性的绝缘层,并在预定深度的区域中形成有脆化层,并准备成为基础衬底的具有透光性的绝缘衬底。通过使多个单晶半导体衬底中间隔着绝缘层,在基础衬底上隔开预定间隔地配置,并且将绝缘层的表面和基础衬底的表面接合在一起,从而将多个单晶半导体衬底贴合到基础衬底上。通过以脆化层为分界,从基础衬底分离多个单晶半导体衬底,从而在基础衬底上形成多个层叠有绝缘层及第一单晶半导体层的叠层体。

[0022] 注意,本说明书中的“脆化层”是指结晶结构局部错乱而脆化了的区域,包括在分割工序中将单晶半导体衬底分割为单晶半导体层和剥离衬底(单晶半导体衬底)的区域及其附近。

[0023] 在此,脆化层可以通过在单晶半导体衬底的内部引入氢、氦及/或卤素来形成。或者,通过利用发生多光子吸收的激光束,将该激光束的焦点对准单晶半导体衬底的内部来扫描激光束,可以形成脆化层。此外,成为基础衬底的具有透光性的绝缘衬底优选使用玻璃衬底。

[0024] 接着,对隔开预定间隔配置的多个由绝缘层及第一单晶半导体层构成的叠层体进行最表层即第一单晶半导体层的结晶性恢复工序及平坦性恢复工序。当从第一单晶半导体层的上表面一侧照射激光束时,第一单晶半导体层熔融后固化,所以可以提高第一单晶半导体层的结晶性及平坦性。

[0025] 作为可应用于该激光处理的激光束,选择具有能被单晶半导体层吸收的波长的激光束。此外,激光束的波长可以根据激光束的趋肤深度(skincbpth)等决定。例如,选择振荡波长在紫外光区域至可见光区域的范围内的激光束。

[0026] 接着,形成半导体层,使其覆盖包括多个由绝缘层及第一单晶半导体层构成的叠层体的衬底的整个表面。此时,至少在第一单晶半导体层上形成单晶化了的第二单晶半导体层。此外,对形成在叠层体彼此之间的缝隙的半导体层有选择地进行蚀刻,以再次分离为每个置层体。

[0027] 第二单晶半导体层可以在形成了非单晶半导体层后,通过利用热处理的固相外延来形成。或者,可以通过利用等离子体CVD法等气相外延生长来形成。

[0028] 接着,在第二单晶半导体层的表面或者第二单晶半导体层的表层,以带状且不彼此重叠的方式设置多个具有一种导电型的杂质半导体层以及具有与一种导电型相反的导电型的杂质半导体层,在杂质半导体层与第二单晶半导体层之间或者在第二单晶半导体层的内部形成半导体结。再者,在半导体层上形成分别与该杂质半导体层接触的第一电极及第二电极,形成背接触型的光电转换装置。

[0029] 上述将具有一种导电型的杂质半导体层以及具有与一种导电型相反的导电型的杂质半导体层设置在第二单晶半导体层的表层中,是通过对第二单晶半导体层的表层引入赋予导电型的元素来进行的。此外,将这些杂质半导体层设置在第二单晶半导体层的表面,是通过在第二单晶半导体层的表面形成包含对半导体赋予导电型的元素的半导体膜来进行的。

[0030] 接着,在衬底上彼此相邻的光电转换层中,设置第一连接电极,该第一连接电极连接形成于一个光电转换层的第一电极和形成于另一个光电转换层的第二电极。并且,设置第二连接电极,该第二连接电极连接形成于相邻光电转换层的各第一电极、以及形成于相邻光电转换层的各第二电极。通过组合如此形成的该第一连接电极及该第二连接电极,形成能够取出所希望的电压及电流的模块结构。

[0031 ] 该第一连接电极及该第二连接电极优选与第一电极及第二电极同一层。

[0032] 在上述结构中,对第一单晶半导体层及第二单晶半导体层的导电型没有限定。第一单晶半导体层实质上是用来使第二单晶半导体层生长的薄种子层,不管是哪种导电型,其实质上对光电转换的贡献都很小。此外,对于第二单晶半导体层,不管其是哪种导电型,只要与具有与之相反的导电型的半导体层形成结,就可以产生内部电场。

[0033] 本说明书中的“单晶”是指结晶面、晶轴一致的结晶,是指构成该单晶的原子或分子在空间有规律地排列的结晶。该排列有部分错乱而包含晶格缺陷的单晶、故意或非故意地具有晶格缺陷的单晶等也包括在内。

[0034] 此外,在本说明书中,附加有“第一”、“第二”等序数词的用语是用来方便区别要素,不是用来限制个数,也不是用来限制配置及步骤的顺序。

[0035] 根据本发明的一种方式,可以提供一种将单晶半导体用于光电转换层并且谋求实现高效率及节省资源的光电转换装置。此外,通过将具有透光性的绝缘衬底用作支撑衬底,在半导体层的表面一侧形成半导体结及电极,可以实现在现有技术中难以实现的衬底一侧光入射的结构,可以得到机械强度高的模块结构。再者,对形成在大面积衬底上的多个单晶半导体层,可以通过成批处理来制造各光电转换装置,可以提供一种容易进行集成化工序的光电转换装置的制造方法。

附图说明

[0036] 图1是示出根据本发明的一种方式的光电转换装置的截面的模式图;

[0037] 图2是示出根据本发明的一种方式的光电转换装置的平面的模式图;

[0038] 图3A至3C是示出根据本发明的一种方式的光电转换装置的制造方法的截面图;

[0039] 图4A和4B是示出根据本发明的一种方式的光电转换装置的制造方法的截面图;

[0040] 图5A和5B是示出根据本发明的一种方式的光电转换装置的制造方法的截面图;

[0041] 图6A和6B是示出根据本发明的一种方式的光电转换装置的制造方法的截面图;

[0042] 图7A和7B是示出根据本发明的一种方式的光电转换装置的制造方法的截面图;

[0043] 图8是示出根据本发明的一种方式的光电转换装置的制造方法的俯视图;

[0044] 图9A和9B是示出根据本发明的一种方式的光电转换装置的制造方法的截面图;

[0045] 图1OA和1B是示出根据本发明的一种方式的光电转换装置的制造方法的截面图;

[0046] 图1lA至IlD是说明从圆形的单晶半导体衬底切割出具有预定形状的单晶半导体衬底的例子的图;

[0047] 图12A至12C是示出根据本发明的一种方式的光电转换装置的制造方法的截面图;

[0048] 图13是示出根据本发明的一种方式的光电转换装置的截面图;

[0049] 图14A至14C是示出根据本发明的一种方式的光电转换装置的制造方法的截面图;

[0050] 图15是示出脆化层的另一个方式的制造方法的截面图;

[0051] 图16A和16B是示出根据本发明的一种方式的光电转换装置的截面图;

[0052] 图17是示出通过照射激光来使半导体的表面平坦化的方法的截面图;

[0053] 图18A和18B是示出通过蚀刻来使半导体的表面平坦化的方法的截面图。

[0054] 标号说明

[0055] 101单晶半导体衬底

[0056] 103绝缘层

[0057] 105脆化层

[0058] 110基础衬底

[0059] 120光电转换层

[0060] 121第一单晶半导体层

[0061] 122第二单晶半导体层

[0062] 130磷离子

[0063] 131硼离子

[0064] 132光致抗蚀剂

[0065] 133光致抗蚀剂

[0066] 146第一连接电极

[0067] 147第二连接电极

[0068] 150真空反应室

[0069] 151激光照射用窗口

[0070] 152衬底加热用加热器

[0071] 155剥离衬底

[0072] 160激光束

[0073] 170 药液

[0074] 171 药液

[0075] 180保护膜

[0076] 190光致抗蚀剂

[0077] 200凹凸部

[0078] 203绝缘层

[0079] 204光学系统

[0080] 205变质区域

[0081] 210光致抗蚀剂

[0082] 211光致抗蚀剂

[0083] 220第一杂质半导体层

[0084] 221第二杂质半导体层

[0085] 250激光束

[0086] 1la单晶半导体衬底

[0087] 1lb单晶半导体衬底

[0088] 1lc单晶半导体衬底

[0089] 1ld单晶半导体衬底

[0090] 1le单晶半导体衬底

[0091] 1lf单晶半导体衬底

[0092] 123a第一杂质半导体层

[0093] 123b第二杂质半导体层

[0094] 123c第一杂质半导体层

[0095] 123d第二杂质半导体层

[0096] 123e第一杂质半导体层

[0097] 123f第二杂质半导体层

[0098] 140a光电转换层

[0099] 140b光电转换层

[0100] 140c光电转换层

[0101] 140d光电转换层

[0102] 140e光电转换层

[0103] 140f光电转换层

[0104] 144a 第一电极

[0105] 144b 第二电极

[0106] 144c 第一电极

[0107] 144d 第二电极

[0108] I44e 第一电极

[0109] 144f 第二电极

[0110] 203a第一杂质半导体层

[0111] 203b第二杂质半导体层

[0112] 203c第一杂质半导体层

[0113] 203d第二杂质半导体层

[0114] 203e第一杂质半导体层

[0115] 203f第二杂质半导体层

[0116] 204a 第一电极

[0117] 204b 第二电极

[0118] 204c 第一电极

[0119] 204d 第二电极

[0120] 204e 第一电极

[0121] 204f 第二电极

具体实施方式

[0122] 以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。但是,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:本发明不局限于以下的说明,其方式及详细内容在不脱离本发明的宗旨及其范围内的情况下可以变化为各种各样的形式。因此,本发明不应当被解释为仅限定在以下所示的实施方式所记载的内容中。注意,在以下说明的本发明的结构中,在不同附图中共同使用表示相同部分的附图标记。

[0123] 实施方式I

[0124] 本发明是具有单晶半导体层的光电转换装置。其特征在于,将具有透光性的绝缘衬底用作支撑衬底,在半导体层的表面一侧形成半导体结及电极,并且将受光面设置在支撑衬底一侧。

[0125] 图1示出在基础衬底上设置有光电转换层的光电转换装置的截面图。对光电转换层的平面形状没有特别的限定,可以采用包括正方形的矩形形状、多边形状或者圆形形状。

[0126] 作为基础衬底110,只要是可耐受本发明的光电转换装置的制造工艺并且具有透光性的衬底,就没有特别的限定,例如使用具有透光性的绝缘衬底。具体而言,可以举出石英衬底、陶瓷衬底、蓝宝石衬底、在电子工业中使用的各种玻璃衬底诸如铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、钡硼硅酸盐玻璃等。当使用可以实现大面积化且廉价的玻璃衬底时,可以降低成本、提高生产率,所以是优选的。

[0127] 在光电转换装置中,如图1的截面图所示,利用在基础衬底110上中间夹着绝缘层103而固定的单晶半导体层形成光电转换层120。然后,在光电转换层120上利用导电材料设置第一电极144a、144c、144e以及第二电极144b、144d、144f。在此,该电极在以带状的方式形成于光电转换层120的表层中的多个杂质半导体层上选择性地形成。因为该杂质半导体层的电阻高,所以优选将该电极也形成为带状。

[0128] 光电转换层120包括第一单晶半导体层121、第二单晶半导体层122、具有一种导电型的第一杂质半导体层123a、123c、123e以及具有与一种导电型相反的导电型的第二杂质半导体层123b、123d、123f。

[0129] 在此,形成于第二单晶半导体层122的表层中的该第一及第二杂质半导体层不局限于作为例子而图示的数量,可以根据光电转换层的尺寸、结晶性进行增减,优选以带状方式在光电转换层的整个表面上形成多个,且具有同一种导电型的杂质半导体层的间隔为0.1mm以上且1mm以下,优选为0.5mm以上且5mm以下。此外,优选将具有一种导电型的第一杂质半导体层和具有与一种导电型相反的导电型的第二杂质半导体层形成为彼此不重叠。

[0130] 此外,在第二单晶半导体层122具有P型或η型的导电型的情况下,在形成了该第一杂质半导体层附近或者该第二杂质半导体层的区域附近形成ρη结。虽然所例示的该第一杂质半导体层以及该第二杂质半导体层的接合面积是相同的,但是为了尽量不使光激发产生的载流子复合而取出,也可以增大ρη结一侧的面积。从而,该第一杂质半导体层和该第二杂质半导体层也可以不是相同的数量、相同的形状。此外,在第二单晶半导体层122的导电型为i型的情况下,因为空穴的使用寿命短于电子的使用寿命,所以如果使Pi结一侧的面积增大,则也可以尽量不使载流子复合而取出。在此情况下,也与上述ρη结的情况相同,也可以不以相同的数量、相同的形状形成该第一杂质半导体层和该第二杂质半导体层。

[0131] 第一单晶半导体层121由将单晶半导体衬底薄片化了的单晶半导体层形成。典型的是,通过利用将单晶硅衬底薄片化了的单晶硅层来形成第一单晶半导体层121。在本方式中,将第一单晶半导体层121用作使实质上成为光吸收层的第二单晶半导体层122生长时的种子层。此外,也可以使用多晶半导体衬底(典型的是多晶硅衬底)来代替单晶半导体衬底。在此情况下,相当于第一单晶半导体层121的区域由多晶半导体层(典型的是多晶娃)形成。

[0132] 第二单晶半导体层122通过固相生长、气相生长等外延生长技术使结晶生长来形成单晶半导体层。将包括第一单晶半导体层121和第二单晶半导体层122的光电转换层的厚度设定为Iym以上且10 μ m以下,优选为2 μ m以上且8 μ m以下。

[0133] 注意,虽然对第一单晶半导体层121的导电型没有限定,但是在此采用将P型单晶硅衬底薄片化了的单晶半导体层。此外,对第二单晶半导体层122的导电型也没有限定,但是在此采用i型单晶半导体层。另外,在由不同于本方式的导电型的组合构成光电转换层的情况下,可以例举使用将η型单晶硅衬底薄片化了的第一单晶半导体层121、包含成为掺杂剂的杂质元素而堆积的第二单晶半导体层122。

[0134] 接着,在第二单晶半导体层122的表层中设置η型及P型杂质半导体层,形成半导体结。作为赋予η型的杂质元素,典型的可以举出属于元素周期表中的第15族元素的磷、砷或锑等。作为赋予P型的杂质元素,典型的可以举出属于元素周期表中的第13族元素的硼或铝等。

[0135] 在本方式中,将P型单晶半导体衬底薄片化,来形成P型第一单晶半导体层121,利用外延生长技术来形成i型第二单晶半导体层122。此外,在第二单晶半导体层122的表层中形成包括赋予η型及P型的杂质元素的半导体层。在此,对作为第一杂质半导体层的123a、123c、123e赋予η型的导电性,对作为第二杂质半导体层的123b、123d、123f赋予P型的导电性。从而,在本方式的光电转换层120中,在第二单晶半导体层122与作为第一杂质半导体层的123a、123c、123e及作为第二杂质半导体层的123b、123d、123f之间形成nip(或 pin)结。

[0136] 注意,虽然在此是在第二单晶半导体层122的表层中以使杂质扩散的方式形成呈现η型及P型的导电性的杂质半导体层,但是也可以在第二单晶半导体层122的表面上以成膜的方式形成该杂质半导体层。

[0137] 在第一杂质半导体层123a、123c、123e及第二杂质半导体层123b、123d、123f的上部分别设置用来取出电流的第一电极144a、144c、144e及第二电极144b、144d、144f。电极使用包含镍、铝、银、焊料等金属的材料。具体而言,可以使用镍膏、银膏等通过丝网印刷法来形成。

[0138] 此外,在基础衬底110上设置多个光电转换层,形成用来连接形成于相邻的一个光电转换层的第一电极和形成于另一个光电转换层的第二电极的第一连接电极,并且形成用来连接形成于相邻光电转换层的第一电极彼此以及用来连接形成于相邻光电转换层的第二电极彼此的第二连接电极,从而也可以形成能够取出所希望的电压及电流的模块结构。

[0139] 从具有透光性的基础衬底110 —侧照射的光使得第一单晶半导体层121及实质上作为光吸收层的第二单晶半导体层122中产生载流子。所产生的载流子由于第一杂质半导体层123a、123c、123e与第二杂质半导体层123b、123d、123f之间形成的内部电场而移动,从而可以从第一电极144a、144c、144e及第二电极144b、144d、144f作为电流而取出。在具有透光性的基础衬底110与第一单晶半导体层121之间,只隔着具有透光性的绝缘层103,从而可以制造没有因收集电极的阴影而导致损失的高效率的光电转换装置。

[0140] 如上所述,根据本方式的光电转换装置可以将高效率的单晶半导体层用于光电转换层,同时节省资源。再者,由于光电转换装置采用背接触结构,所以在受光面一侧不需要设置收集电极,从而可以实现没有阴影损耗的高效率的光电转换装置。此外,因为在具有透光性的基础衬底一侧具有受光面,所以可以应用与薄膜光电转换装置同样的效率好的集成化工序,并且可以以机械强度高的结构的超直方式形成模块。

[0141] 注意,本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。

[0142] 实施方式2

[0143] 本发明的一种方式是具有单晶半导体层的光电转换装置。其特征在于,将具有透光性的绝缘衬底用作支撑衬底,在半导体层的表面一侧形成半导体结及电极,在支撑衬底一侧设置受光面。

[0144] 在本方式中,参照附图详细说明光电转换模块的制造方法。

[0145] 注意,在本说明书中,光电转换模块是指一种光电转换装置,并且是指使多个光电转换层串联连接或并联连接以得到所希望功率的结构。

[0146] 图2是在具有绝缘表面的同一个衬底上隔开预定间隔配置多个光电转换层的例子。在几个光电转换层中形成电极而串联连接成集合体,并使该集合体并联连接,并且设置从串联连接及并联连接的光电转换层取出功率的正负极端子。注意,设置于衬底上的光电转换层的个数、光电转换层的面积、各光电转换层的连接方法、从光电转换模块取出功率的方法等都是任意的,实施者根据所希望的功率、设置地点等适当地设计即可。

[0147] 在本方式中,示出在基础衬底110上隔开预定间隔配置光电转换层140a、光电转换层140b、光电转换层140c、光电转换层140d、光电转换层140e、光电转换层140f的例子。在此,示出如下例子:相邻光电转换层电连接,并配置两组由三个光电转换层串联连接形成的集合体,这两组光电转换层的集合体并联连接。

[0148] 作为基础衬底110,只要是可耐受本发明的光电转换装置的制造工序并且具有透光性的衬底,就没有特别的限定,例如使用透光性绝缘衬底。具体而言,可以举出石英衬底、陶瓷衬底、蓝宝石衬底、在电子工业中使用的各种玻璃衬底诸如铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、钡硼硅酸盐玻璃等。当使用可以实现大面积化且廉价的玻璃衬底时,可以降低成本、提闻生广率,所以是优选的。

[0149] 准备单晶半导体衬底101 (参照图3A)。

[0150] 作为单晶半导体衬底101,典型的是应用单晶硅衬底。此外,还可以应用周知的单晶半导体衬底,例如可以应用单晶锗衬底、单晶硅锗衬底等。此外,也可以应用多晶半导体衬底来代替单晶半导体衬底101,典型的是可以应用多晶硅衬底。因此,在应用多晶半导体衬底来代替单晶半导体衬底的情况下,以下说明中的“单晶半导体”可以替换成“多晶半导体”。

[0151] 作为单晶半导体衬底101,可以使用η型单晶半导体衬底或者P型单晶半导体衬底。例如,P型单晶半导体衬底的杂质浓度为I X 1014atoms/cm3以上且I X 1017atoms/cm3以下左右,比电阻为I X ΙΟ—1 Ω *cm以上且10 Ω.cm以下左右。在本方式中,示出使用P型单晶半导体衬底作为单晶半导体衬底101的例子。

[0152] 单晶半导体衬底101的尺寸(面积、平面形状以及厚度等)由实施者根据制造装置的规格、模块的规格决定即可。例如,作为单晶半导体衬底101的平面形状,可以应用普遍流通的圆形、或加工为所希望形状的形状。

[0153] 对该光电转换层的平面形状没有特别的限定,可以采用包括正方形的矩形形状、多边形状或者圆形形状。例如,采用大约为1cmXlOcm的面状。

[0154] 在此,说明单晶半导体衬底101的加工例子。例如,可以应用图1lA至IlD所示的单晶半导体衬底101。

[0155] 如图1lA所示,也可以就这样应用圆形单晶半导体衬底101。此外,如图1lBUlC所示,也可以从圆形的衬底切割出近似四边形的单晶半导体衬底101而使用。

[0156] 图1lB示出以使其尺寸在内接于圆形单晶半导体衬底101的尺寸中最大的方式切割出四边形的单晶半导体衬底101的例子。单晶半导体衬底101的角部顶点的角度大约为90。。

[0157] 图1lC示出以其对边的间隔比图1lB的长的方式切割出单晶半导体衬底101的例子。单晶半导体衬底101的角部顶点的角度不是90°,单晶半导体衬底101不是四边形而是多边形状。

[0158] 另外,如图1lD所示,也可以切割出六边形的单晶半导体衬底101。图1lD示出以使其尺寸在内接于圆形单晶半导体衬底101的尺寸中最大的方式切割出六边形的单晶半导体衬底101的例子。通过将单晶半导体衬底切割成六边形,与切割成四边形时相比,可以减少衬底端部的切掉量。

[0159] 注意,虽然在此示出从圆形的单晶半导体衬底切割出具有所希望的形状的衬底的例子,但是本发明的一种方式不局限于此,也可以从圆形以外的衬底切割成所希望的形状。通过将单晶半导体衬底加工成所希望的形状,容易应用于在光电转换装置的制造工序中使用的制造装置。此外,当构成光电转换模块时,可以容易使光电转换层彼此连接。

[0160] 单晶半导体衬底101可以采用普遍流通的具有按照SEMI标准的厚度的衬底。此夕卜,也可以在从锭块切割出时适当地调整其厚度。如果在从锭块切割出时增加所切割出的单晶半导体衬底的厚度,则可以减少多余的切出份儿,所以是优选的。

[0161] 另外,作为单晶半导体衬底1I,也可以使用大面积的衬底。作为单晶硅衬底,普遍流通直径大约为10mm(4英寸)、直径大约为150mm(6英寸)、直径大约为200mm(8英寸)、直径大约为300mm(12英寸)等尺寸,近年来直径大约为400mm(16英寸)的大面积衬底也开始流通。另外,也期待今后实现16英寸以上的大口径,并已经将直径大约为450mm(18英寸)的大口径预测为下一代衬底。通过应用大面积的单晶半导体衬底101,可以从一个衬底形成多个光电转换层,并且可以缩小由于将多个光电转换层排列而产生的间隙(非发电区域)的面积。此外,还可以提高生产率。

[0162] 在距离单晶半导体衬底101的一个表面预定深度的区域中形成脆化层105 (参照图 3B)。

[0163] 脆化层105在后面的分割工序中成为将单晶半导体衬底101分割为单晶半导体层和剥离衬底(单晶半导体衬底)的分界及其附近。考虑到后面要分割的单晶半导体层的厚度而决定形成脆化层105的深度。

[0164] 作为形成脆化层105的方法,采用照射由电压加速的离子的离子注入法或离子掺杂法、或者利用多光子吸收的方法等。

[0165] 例如,可以对单晶半导体衬底101的内部引入氢、氦及/或卤素,以形成脆化层105。图3B示出从单晶半导体衬底101的一个表面一侧照射由电压加速的离子,以在单晶半导体衬底101的预定深度区域中形成脆化层105的例子。具体而言,通过对单晶半导体衬底101照射由电压加速的离子(典型为氢离子),将该离子或构成该离子的元素(若是氢离子则为氢)引入单晶半导体衬底101中,从而使单晶半导体衬底101的一部分区域的结晶结构错乱而发生脆化,以形成脆化层105。

[0166] 在本说明书中,“离子注入”是指对由原料气体产生的离子进行质量分离并将它照射到对象物,来添加构成该离子的元素的方式。此外,“离子掺杂”是指对由原料气体产生的离子不进行质量分离地照射到对象物,来添加构成该离子的元素的方式。脆化层105可以通过利用进行质量分离的离子注入装置或者不进行质量分离的离子掺杂装置来形成。

[0167] 根据要照射的离子的加速电压及/或倾角(衬底的倾斜角度)等,可以控制将脆化层105形成在单晶半导体衬底101中的深度(在此是指从单晶半导体衬底101的照射表面一侧到脆化层105的膜厚方向的深度)。从而,考虑到通过薄片化而得到的单晶半导体层的所希望的厚度来决定使离子加速的电压及/或倾角。

[0168] 作为要照射的离子,优选采用由包含氢的原料气体生成的氢离子。通过对单晶半导体衬底101照射氢离子,将氢引入该单晶半导体衬底101中,以在单晶半导体衬底101的预定深度区域中形成脆化层105。例如,通过利用包含氢的原料气体生成氢等离子体,并且利用电压使该氢等离子体中生成的离子加速并进行照射,可以形成脆化层105。另外,也可以利用由包含以氦为代表的稀有气体或者卤素的原料气体生成的离子来代替氢或者与氢一起利用,来形成脆化层105。注意,通过照射特定的离子,容易使单晶半导体衬底101中相同深度的区域集中脆化,所以是优选的。

[0169] 例如,对单晶半导体衬底101照射由氢生成的离子,形成脆化层105。通过调整要照射的离子的加速电压、倾角及剂量,可以在单晶半导体衬底101的预定深度区域中形成作为高浓度的氢掺杂区域的脆化层105。在利用由氢生成的离子的情况下,优选使成为脆化层105的区域包含当换算成氢原子时其峰值为lX1019atomS/Cm3以上的氢。局部的作为氢高浓度掺杂区域的脆化层105失去结晶结构,成为形成了微小空洞的多孔质结构。通过对这种脆化层105进行较低温(大约为700°C以下)的热处理使微小空洞的体积发生变化,从而可以沿着脆化层105或该脆化层的附近分割单晶半导体衬底101。

[0170] 注意,优选在单晶半导体衬底101的受到离子照射的表面上形成保护层,以防止单晶半导体衬底101的表层受到损伤。图3B示出在单晶半导体衬底101的至少一个表面上形成绝缘层103用作保护层,并且从形成有该绝缘层的表面一侧照射由电压加速的离子的例子。对绝缘层103照射离子,并且将穿过该绝缘层的离子或构成离子的元素引入单晶半导体衬底101中,以在该单晶半导体衬底的预定深度区域中形成脆化层105。

[0171] 将单晶半导体衬底101的表面的平均面粗糙度(Ra值)设定为0.5nm以下,优选为0.3nm以下。当然,Ra值越低越好。通过使单晶半导体衬底101的表面的平坦性优良,后面可以将其优良地贴合到基础衬底110。本说明书中的平均面粗糙度(Ra值)是指将JISB0601所定义的中心线平均粗糙度扩展到三维以使它能够应用于平面的平均表面粗糙度。

[0172] 用作保护层的绝缘层103也用作与基础衬底110的接合层。但是,也可以在离子照射工序中失去其平坦性的情况下除去绝缘层103,再次形成绝缘层(参照图3C)。

[0173] 作为绝缘层103,可以形成单层结构或两层以上的叠层结构。此外,优选的是,后面贴合到衬底110而形成接合的面(接合面)的平坦性优良,更优选的是,具有亲水性。具体而言,通过形成接合面的平均面粗糙度(Ra值)为0.5nm以下、优选为0.3nm以下的绝缘层103,可以优良地进行与基础衬底110的贴合。无须置言,平均面粗糙度(Ra值)越小越好。

[0174] 例如,作为形成绝缘层103的接合面的层,形成氧化硅层、氮化硅层、氧氮化硅层或氮氧化硅层等。

[0175] 作为具有平坦性并可形成亲水表面的层,优选采用热氧化硅层、通过使用有机硅烷气体并利用等离子体CVD法形成的氧化硅层。通过使用这种氧化硅层,可以牢固地与衬底接合。作为有机硅烷气体,可以使用四乙氧基硅烷(TE0S:化学式为Si (OC2H5)4)、四甲基硅烷(TMS:化学式为Si (CH3)4)、四甲基环四硅氧烷(TMCTS)、八甲基环四硅氧烷(OMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)、三乙氧基硅烷(SiH(OC2H5)3)、三(二甲氨基)硅烷(SiH (N (CH3) 2)3)等含硅化合物。

[0176] 此外,作为具有平坦性并可形成亲水性表面的层,可以采用通过使用硅烷、乙硅烷、丙硅烷等硅烷气体且利用等离子体CVD法形成的氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、氮氧化硅。例如,作为形成绝缘层103的接合面的层,可以应用通过将硅烷和氨用作原料气体且利用等离子体CVD法形成的氮化硅层。注意,既可以对硅烷和氨的原料气体加入氢,又可以对原料气体加入一氧化二氮来形成氮氧化硅层。对于形成绝缘层103的至少一层,采用含氮的硅绝缘层,具体采用氮化硅层、氮氧化硅层,可以防止杂质从后面贴合的基础衬底110扩散。

[0177] 注意,氧氮化硅层是指组成中氧的含量比氮的含量多的层。具体而言,是指如下的层:在利用卢瑟福背散射光谱学法(RBS:RutherfordBackscattering Spectrometry)以及氢前方散射法(HFS:Hydrogen ForwardScattering)进行测量的情况下,作为浓度范围,包含50原子%以上且70原子%以下的氧、0.5原子%以上且15原子%以下的氮、25原子%以上且35原子%以下的硅、0.1原子%以上且10原子%以下的氢。另外,氮氧化硅层是指组成中氮的含量比氧的含量多的层。具体而言,它是指如下层:在利用RBS及HFS进行测量的情况下,作为浓度范围,包含5原子%以上且30原子%以下的氧、20原子%以上且55原子%以下的氮、25原子%以上且35原子%以下的娃、10原子%以上且30原子%以下的氢。但是,当将构成氧氮化硅或氮氧化硅的原子的总计设定为100原子%时,氮、氧、硅及氢的含有比率包含在上述范围内。

[0178] 在任何情况下,只要是其接合面具有平坦性并且其接合面的平均面粗糙度(Ra值)为0.5nm以下,优选为0.3nm以下的具有平坦性的绝缘层,就可以应用包含硅的绝缘层以外的层。注意,在绝缘层103具有叠层结构的情况下,形成接合面的层以外的层不局限于此。此外,在本方式中,需要将绝缘层103的成膜温度设定为形成在单晶半导体衬底101中的脆化层105不发生变化的温度,优选将它设定为350°C以下。

[0179] 如此形成脆化层105,并且使形成有绝缘层103的单晶半导体衬底101的一个表面一侧和基础衬底110的一个表面一侧相对并彼此重叠地贴合。在本发明的一种方式中,为了制造在同一个衬底上设置有多个光电转换层的光电转换模块,将多个单晶半导体衬底101隔开预定间隔地配置并贴合到基础衬底110。图8示出在一个基础衬底110上隔开预定间隔地配置有六个单晶半导体衬底1la至1lf的例子。

[0180] 此外,图4A相当于图8中的切断线XY的截面图,其中,示出贴合到基础衬底110的单晶半导体衬底1la和单晶半导体衬底101d。将彼此相邻的单晶半导体衬底(例如,单晶半导体衬底1la和单晶半导体衬底1ld)的间隔大体上设定为lmm(参照图4A、图8)。

[0181] 注意,说明本说明书中的制造工序的截面图示出了相当于图2中的切断线XY、图8中的切断线XY的截面图的面。

[0182] 使单晶半导体衬底101 (单晶半导体衬底1la至1lf) —侧的接合面和基础衬底110—侧的接合面接触,并使范德华力、氢键起作用来形成接合。例如,通过推压重叠的多个单晶半导体衬底101分别与基础衬底110重叠的区域的一部分,可以使范德华力或氢键覆盖接合面的整个区域。在接合面的一方或双方具有亲水性表面的情况下,羟基、水分子用作粘合剂。并且,通过后面进行热处理,使水分子扩散,并且残留成分形成硅烷醇基(S1-OH),由氢键形成接合。再者,该接合部通过使氢脱离来形成硅氧烷键(O-S1-O),从而成为共价键,实现更牢固的接合。

[0183] 将单晶半导体衬底101 —侧的接合面及基础衬底110 —侧的接合面的平均面粗糙度(Ra值)分别设定为0.5nm以下,优选为0.3nm以下。此外,将单晶半导体衬底101 —侧的接合面及基础衬底110 —侧的接合面的平均面粗糙度(Ra值)之和设定为0.7nm以下,优选为0.6nm以下,更优选为0.4nm以下。此外,将单晶半导体衬底101 —侧的接合面及基础衬底110—侧的接合面各自与纯水的接触角分别设定为20°以下,优选为10°以下,更优选为5°以下。此外,将单晶半导体衬底101—侧的接合面及基础衬底110—侧的接合面与纯水的接触角的和设定为30°以下,优选为20°以下,更优选为10°以下。当接合面满足这些条件时,可以进行优良的贴合,可以形成牢固的接合。

[0184] 注意,优选在将单晶半导体衬底101和基础衬底110贴合在一起之前,对单晶半导体衬底101和基础衬底110的接合面分别进行表面处理。通过进行表面处理,可以提高单晶半导体衬底101和基础衬底110的接合界面的接合强度。

[0185] 作为表面处理,可以举出湿处理、干处理、或者它们的组合。此外,还可以采用不同湿处理的组合、不同干处理的组合。

[0186] 作为湿处理,可以举出使用臭氧水的臭氧处理(臭氧水清洗)、兆频超声波清洗、二流体清洗(与氮等载气一起喷上纯水、含氢水等功能性水的方法)等。作为干处理,可以举出紫外线处理、臭氧处理、等离子体处理、施加偏压等离子体处理、自由基处理等。通过进行这种表面处理,可以提高被处理体表面的亲水性及清洁性。其结果,可以提高衬底之间的接合强度。

[0187] 湿处理对于除去附着在被处理体表面的大尘土等时是有效的。此外,干处理对于除去或分解附着在被处理体表面的有机物等的微小尘土时是有效的。就是说,通过对被处理体进行紫外线处理等干处理后,进行清洗等湿处理,可以促进被处理体表面的清洁化以及亲水化。并且,也可以抑制在被处理体的表面上产生水印(watermark)。

[0188] 此外,作为干处理,优选进行利用臭氧或单重氧等处于活性状态的氧的表面处理。可以利用臭氧或单重氧等处于激活状态的氧来有效地除去或分解附着在被处理体表面的有机物。此外,通过利用臭氧或单重氧等处于活性状态的氧和包含低于200nm波长的光进行表面处理,可以进一步有效地除去附着在被处理体表面的有机物。下面,进行具体说明。

[0189] 例如,通过在含氧的气氛下照射紫外线,对被处理体进行表面处理。通过在含氧的气氛下照射包含低于200nm波长的光和包含200nm以上波长的光,可以生成臭氧及单重氧。此外,通过照射包含低于ISOnm波长的光,可以生成臭氧及单重氧。

[0190] 示出通过在含氧的气氛下照射包含低于200nm波长的光和包含200nm以上波长的光引起的反应例子。

[0191] O2+hv ( λ jnm) — O (3P)+O(3P)...(I)

[0192] O (3P) +O2 ^ O3 …⑵

[0193] 03+hv ( λ 2nm) — O (1D) +O2...(3)

[0194] 首先,通过在含氧(O2)的气氛下照射包含低于200nm波长(λ inm)的光(hv),生成处于基态的氧原子(O(3P))(反应式I)。接着,处于基态的氧原子(O(3P))和氧(O2)反应,生成臭氧(O3)(反应式2)。然后,通过在包含所生成的臭氧(O3)的气氛下照射包含200nm以上波长(A2nm)的光,生成处于激发态的单重氧O(1D)(反应式3)。通过在含氧的气氛下照射包含低于200nm波长的光,生成臭氧,并且,通过照射包含200nm以上波长的光,分解臭氧,生成单重氧。上述表面处理可以通过例如在含氧的气氛下照射低压汞灯(X1 = 185nm,λ 2 = 254nm)来进行。

[0195] 此外,示出通过在含氧的气氛下照射包含低于ISOnm波长的光引起的反应例子。

[0196] O2+hv ( λ 3nm) — O (1D) +0 (3P)...(4)

[0197] O (3P) +O2 ^ O3 …(5)

[0198] 03+hv ( λ 3nm) — O (1D) +O2...(6)

[0199] 首先,通过在含氧(O2)的气氛下照射包含低于180nm波长(λ 3nm)的光,生成处于激发态的单重氧O(1D)和处于基态的氧原子(O(3P))(反应式4)。接着,处于基态的氧原子(O(3P))和氧(O2)反应,生成臭氧(O3)(反应式5)。然后,通过在包含所生成的臭氧(O3)的气氛下照射包含低于ISOnm波长(X3nm)的光,生成处于激发态的单重氧和氧(反应式6)。通过在含氧的气氛下照射紫外线中包含低于180nm波长的光,生成臭氧,并且分解臭氧或氧,生成单重氧。上述表面处理可以通过例如在含氧的气氛下照射Xe准分子UV灯来进行。

[0200] 利用包含低于200nm波长的光,可以切断附着在被处理体表面的有机物等的化学键,并且利用臭氧或单重氧可以对该有机物进行氧化分解来除去。通过进行上述表面处理,可以进一步提高被处理体表面的亲水性及清洁性,可以优良地进行接合。

[0201] 此外,也可以在对接合面照射了原子束或离子束后,或对接合面进行了等离子体处理或自由基处理之后,进行贴合。通过进行上述那样的处理,可以使接合面活化,从而可以优良地进行贴合。例如,可以照射氩等惰性气体中性原子束或惰性气体离子束来使接合面活化。也可以通过使接合面暴露于氧等离子体、氮等离子体、氧自由基或氮自由基来进行活化。通过谋求实现接合面的活化,即使是绝缘层和玻璃衬底等那样以不同材料为主要成分的基体之间,也可以利用低温处理(例如为400°C以下)形成接合。另外,也可以通过使用含氧水、含氢水、或纯水等对接合面进行处理,使接合面具有亲水性并增加该接合面的羟基,从而形成牢固的接合。

[0202] 在本方式中,在一个基础衬底110上配置多个单晶半导体衬底101。虽然可以在基础衬底上逐个配置单晶半导体衬底,但是,例如当利用浅盘等保持单元时,可以一齐配置多个单晶半导体衬底。更优选的是,为了在基础衬底上隔开预定间隔地配置,将所希望个数的单晶半导体衬底保持在保持单元中,从而一齐配置。若预先使保持单元的形状等对应于此,则容易使单晶半导体衬底和基础衬底的位置对准,所以是优选的。当然,也可以在逐个对准位置的同时,将单晶半导体衬底配置在基础衬底上。作为单晶半导体衬底的保持单元,可以举出浅盘、保持用衬底、真空吸盘(vacuumchuck)、静电吸盘(electrostatic chuck)等。

[0203] 优选的是,在将多个单晶半导体衬底101和基础衬底110重叠之后,进行热处理及/或加压处理。通过进行热处理及/或加压处理,可以提高接合强度。当进行热处理时,将温度范围设定为基础衬底110的应变点温度以下且形成在单晶半导体衬底101中的脆化层105的体积不发生变化的温度,优选为200°C以上且低于410°C。该热处理优选在将单晶半导体衬底101和基础衬底110重叠的工序后接着进行。在进行加压处理的情况下,考虑到基础衬底110及单晶半导体衬底101的耐受性,以在垂直于接合面的方向上施加压力的方式进行。此外,也可以在进行用来提高接合强度的热处理后,接着进行后面所述的以脆化层105为分界分割单晶半导体衬底101的热处理。

[0204] 另外,也可以在基础衬底110 —侧形成绝缘层诸如氧化硅层、氮化硅层、氧氮化硅层或氮氧化硅层等,并且中间夹着该绝缘层贴合到单晶半导体衬底101。此时,也可以贴合到形成在单晶半导体衬底101 —侧的绝缘层。

[0205] 接着,以脆化层105为分界分割单晶半导体衬底101,在基础衬底110上形成薄片化了的单晶半导体层(参照图4B)。如图8所示,在一个基础衬底110上配置单晶半导体衬底1la至1lf,并且对应于该单晶半导体衬底的配置,在基础衬底110上形成多个依次层叠有绝缘层103、以及第一单晶半导体层121的叠层体。

[0206] 如本方式所示,优选通过热处理来以脆化层105为分界分割单晶半导体衬底。热处理可以通过利用快速热退火(RTA ;Rapid Thermal Anneal)、炉(furnace)、由高频产生装置产生的微波、毫米波等高频引起介电加热等的热处理装置来进行。作为热处理装置的加热方式,可以举出电阻加热式、灯加热式、气体加热式、电磁波加热式等。此外,也可以进行激光束的照射、热等离子体喷射的照射。RTA装置可以进行快速加热处理,并且可以加热到单晶半导体衬底101的应变点附近或者稍微高于单晶半导体衬底101的应变点(或者基础衬底110的应变点附近或者稍微高于基础衬底110的应变点)的温度。用来分割单晶半导体衬底101的优选热处理温度为410°C以上且低于单晶半导体衬底101的应变点温度(并且低于基础衬底110的应变点温度)。通过至少进行410°C以上的热处理,形成在脆化层105中的微小空洞的体积发生变化,从而可以以该脆化层或该脆化层附近为分界分割单晶半导体衬底101。

[0207] 例如,可以将从单晶半导体衬底101分离的第一单晶半导体层121的厚度设定为20nm以上且100nm以下,优选为40nm以上且300nm以下。当然,通过调整当形成脆化层时的加速电压等,可以从单晶半导体衬底101分离上述厚度以上的单晶半导体层。

[0208] 通过以脆化层105为分界分割单晶半导体衬底101,从该单晶半导体衬底分离一部分的单晶半导体层,形成第一单晶半导体层121。此时,可以得到从单晶半导体衬底101分离了一部分单晶半导体层的剥离衬底155。该剥离衬底155可以在进行再生处理后反复利用。剥离衬底155既可以用作制造光电转换装置的单晶半导体衬底,又可以用于其它用途。通过利用剥离衬底155作为用于本发明的一种方式的单晶半导体衬底,并重复该循环,可以从一个原料衬底制造多个光电转换装置。

[0209] 此外,通过以脆化层105为分界分割单晶半导体衬底101,有时在薄片化了的单晶半导体层(在此为第一单晶半导体层121)的分割面(分离面)上产生凹凸。这种凹凸面由于离子损伤而使得结晶性、平坦性被破坏,所以为使该第一单晶半导体层用作后面进行外延生长时的种子层,优选恢复其表面的结晶性及平坦性。当恢复结晶性、除去损伤层时,可以利用激光处理、蚀刻工序,并且可以同时恢复平坦性。

[0210] 接着,说明通过激光处理来谋求实现结晶性的恢复及平坦化的例子。此外,如图4B所示,以如下例子进行说明:使单晶半导体衬底101薄片化,在基础衬底110上形成隔开预定间隔配置的单晶半导体层(在此是第一单晶半导体层121)。

[0211] 例如,如图17所示,对配置在基础衬底110上的单晶半导体层(在此是第一单晶半导体层121),从该单晶半导体层的上面一侧照射激光束160,使单晶半导体层熔融固化,从而可以恢复单晶半导体层的结晶性及平坦性。

[0212] 利用激光束160的照射使单晶半导体层熔融,可以是部分熔融,也可以是完全熔融,但是更优选的是只有上层(表层一侧)熔融成为液相的部分熔融。在部分熔融中,可以将单晶的固相部分为种子进行结晶生长。注意,在本说明书中,完全熔融是指单晶半导体层熔融到下部界面附近而成为液相状态的情况。部分熔融是指单晶半导体层的一部分(例如是上层部)熔融成为液相,其他(例如是下层部)不溶融而维持固相的情况。

[0213] 作为可以应用于根据本方式的激光处理的激光束160,选择具有可被单晶半导体层吸收的波长的激光束。此外,激光束的波长可以考虑到激光束的趋肤深度(skin depth)等决定。例如,选择其振荡波长在紫外光区域至可见光区域的范围内的激光束,具体地,其波长在250nm以上且700nm以下的范围内。作为激光束160的具体例子,可以举出以YAG激光器及YVO4激光器为代表的固体激光器的二次谐波(532nm)、三次谐波(355nm)、四次谐波(266nm)或者XeCl准分子激光器的(308nm)、KrF准分子激光器的(248nm)。此外,作为发射激光束160的激光振荡器,可以使用连续振荡激光器、准连续振荡激光器以及脉冲振荡激光器。为了实现部分熔融,优选使用其重复频率为IMHz以下且脉冲宽度为10纳秒以上且500纳秒以下的脉冲振荡激光器。例如,可以使用其重复频率为1Hz以上且300Hz以下且脉冲宽度大约为25纳秒并且波长为308nm的XeCl准分子激光器。

[0214] 此外,照射到单晶半导体层的激光束的能量考虑到激光束的波长、激光束的趋肤深度以及作为被照射体的单晶半导体层的厚度等而决定。可以将激光束的能量例如设定为300mJ/cm2以上且800mJ/cm2以下的范围内。例如,在单晶半导体层的厚度为120nm左右,并将脉冲振荡激光器用作激光振荡器,并且激光束的波长为308nm的情况下,可以将激光束的能量密度设定为600mJ/cm2以上且700mJ/cm2以下。

[0215] 激光束160的照射优选在稀有气体或氮等惰性气体气氛下或者真空状态下进行。当在惰性气体气氛下或者真空状态下照射激光束160时,与在大气气氛下照射时相比,可以抑制作为被照射体的单晶半导体层产生裂缝。例如,为了在惰性气体气氛下照射激光束160,而在具有气密性的反应室内,将反应室内的气氛替换为惰性气体气氛照射激光束160。在不使用反应室的情况下,通过对激光束160的被照射面(在图17中相当于第一单晶半导体层121)喷上氮气体等惰性气体,实质上可以实现惰性气体气氛。

[0216] 优选利用光学系统使激光束160的能量分布均匀并且使其照射面的光束形状为线状。通过如上所述利用光学系统对激光束160的形状进行调节,可以处理能力好地对被照射面进行均匀照射。通过使激光束160的光束长度长于基础衬底110的一边,可以以一次扫描对形成在基础衬底110上的所有单晶半导体层照射激光束160。此外,在激光束160的光束长度短于基础衬底110的一边的情况下,可以以多次扫描对形成在基础衬底110上的所有单晶半导体层照射激光束160。

[0217] 注意,通过与激光处理组合进行热处理,也可以高效地谋求实现结晶性、损伤的恢复。至于热处理,优选的是,利用加热炉、RTA等,与用来以脆化层105为分界分割单晶半导体衬底101的热处理相比,以更高的温度及/或更长的时间进行。当然,以不超过基础衬底110的应变点程度的温度进行热处理。

[0218] 此外,也可以采用通过蚀刻去除损伤层的方法来代替激光处理。在此情况下,如图18B所示,使第一单晶半导体层121薄膜化。

[0219] 通过从表层蚀刻使单晶半导体衬底薄片化而形成的单晶半导体层,可以去除由于形成脆化层或分割单晶半导体衬底而产生的损伤部分,实现平坦化。在此,说明如下例子:通过蚀刻如图18A所示的第一单晶半导体层121的表层,去除由于形成脆化层或分割单晶半导体衬底而产生的损伤部分。

[0220] 实施者可以适当地设定使单晶半导体层薄膜化的厚度(蚀刻的厚度)。例如,使单晶半导体衬底薄片化而形成厚度为300nm左右的单晶半导体层,并且从表层对该单晶半导体层蚀刻200nm左右,从而形成除去了损伤部分的膜厚10nm左右的单晶半导体层。

[0221] 单晶半导体层(在此是第一单晶半导体层121)的薄膜化可以通过干蚀刻或湿蚀刻进行,优选使用干蚀刻。

[0222] 例如,进行反应离子蚀刻(RIE -Reactive 1n Etching)法、ICP (InductivelyCoupled Plasma:感应稱合等离子体)蚀刻法、ECR(ElectronCyclotronResonance:电子回旋共振)蚀刻法、平行平板型(电容稱合型)蚀刻法、磁控管等离子体蚀刻法、双频率等离子体蚀刻法、螺旋波等离子体蚀刻法等干蚀刻。作为蚀刻气体,例如可以举出:氯、氯化硼、氯化硅(包含四氯化硅)等氯类气体;三氟甲烷、氟化碳、氟化氮、氟化硫等氟类气体;溴化氢等溴类气体等。此外,还可以举出:氦、氩、氙等惰性气体;氧气;氢气等。

[0223] 注意,如图18B所示,也可以在使单晶半导体层薄膜化后,对该单晶半导体层照射激光束,以进一步谋求提高单晶半导体层的结晶性。

[0224] 通过使单晶半导体层薄膜化而形成的单晶半导体层由于形成脆化层或分割单晶半导体衬底,其结晶性下降。因此,通过如上所述进行激光束的照射、蚀刻,可以恢复第一单晶半导体层121的表面的结晶性。因为单晶半导体层用作进行外延生长时的种子层,所以通过恢复其结晶性,可以提高通过外延生长而得到的半导体层的结晶性。

[0225] 将恢复了结晶性的第一单晶半导体层121用作使成为实际上的光吸收层的第二单晶半导体层122生长时的种子层。此外,也可以使用多晶半导体衬底(典型为多晶硅衬底)而代替单晶半导体衬底。在此情况下,第一单晶半导体层121由多晶半导体(典型为多晶硅)形成。

[0226] 接着,在第一单晶半导体层121上形成第二单晶半导体层122(参照图5A)。虽然可以通过使单晶半导体衬底薄片化来分离具有所希望厚度的单晶半导体层,但是优选通过利用固相生长(固相外延生长)、气相生长(气相外延生长)等外延生长技术来谋求实现单晶半导体层的厚膜化。

[0227] 在通过利用离子注入法或离子掺杂法来使单晶半导体衬底薄片化的情况下,为了使要分离的单晶半导体层厚,需要提高加速电压。然而,对离子注入装置或离子掺杂装置的加速电压有装置上的限制,并且,提高加速电压有可能产生射线等,在安全上成为问题。此夕卜,在现有的装置中,难以在提高加速电压的同时照射大量离子,为了得到预定的注入量需要很长时间,从而节拍时间变长。

[0228] 当利用外延生长技术时,可以避免如上所述的安全上的问题。此外,因为可以将作为原料的单晶半导体衬底留下得较厚,所以增加可以反复利用的次数,从而可以有助于节省资源。

[0229] 因为作为单晶半导体的典型例子的单晶硅是间接迁移型的半导体,所以其光吸收系数低于直接迁移型的非晶硅。由此,为了充分吸收太阳光,优选具有利用非晶硅的光电转换装置的至少几倍以上的厚度。在此,优选将第一单晶半导体层121的厚度及第二单晶半导体层122的厚度的总计设定为5 μ m以上且200 μ m以下,更优选为10 μ m以上且100 μ m以下。

[0230] 说明第二单晶半导体层的形成方法。首先,以覆盖多个叠层体上及相邻的叠层体之间的缝隙地在衬底的整个表面上形成非单晶半导体层。在基础衬底110上隔开预定间隔地配置多个叠层体,并且覆盖其上层地形成非单晶半导体层。通过进行热处理,以第一单晶半导体层为种子层,使非单晶半导体层进行固相外延生长,形成第二单晶半导体层122。

[0231] 如上所述,该非单晶半导体层可以通过以等离子体CVD法为典型的化学气相生长法来形成。在等离子体CVD法中,通过改变各种气体的流量、投入的功率等成膜条件,可以形成微晶半导体或非晶半导体。例如,通过将稀释气体(例如是氢)的流量设定为半导体材料气体(例如是硅烷)的流量的10倍以上且2000倍以下,优选为50倍以上且200倍以下,可以形成微晶半导体层(典型是微晶硅层)。此外,通过使稀释气体的流量设定为低于半导体材料气体的流量的10倍,可以形成非晶半导体层(典型是非晶硅层)。此外,也可以通过将反应气体与掺杂气体混合,形成η型或P型的非单晶半导体层,并且进行固相生长,形成η型或P型的单晶半导体层。

[0232] 进行固相生长的热处理可以通过利用上述RTA、炉、高频发生装置等热处理装置来进行。在利用RTA装置的情况下,优选将处理温度设定为500°C以上且750°C以下,并且将处理时间设定为0.5分钟以上且10分钟以下。在利用炉的情况下,优选将处理温度设定为500°C以上且650°C以下,并且将处理时间设定为I小时以上且4小时以下。

[0233] 此外,也可以通过利用等离子体CVD法的气相外延生长,以第一单晶半导体层121为种子层而形成第二单晶半导体层122。

[0234] 促进气相外延生长的等离子体CVD法的条件根据构成反应气体的各种气体的流量、施加的功率等而变化。例如,通过在包含半导体材料气体(硅烷)及稀释气体(氢)的气氛下将稀释气体的流量设定为半导体材料气体的流量的6倍以上,优选为50倍以上进行,可以形成第二单晶半导体层122。通过将上述反应气体与掺杂气体混合,可以使η型或P型的单晶半导体层进行气相生长。此外,也可以在形成第二单晶半导体层122的过程中,改变稀释气体的流量。例如,通过在刚开始成膜后采用其流量为硅烷的150倍左右的氢形成薄的半导体层后,继续采用其流量为硅烷的6倍左右的氢形成厚的半导体层,由此形成第二单晶半导体层122。通过在刚开始成膜后以利用稀释气体稀释半导体材料气体的稀释率高的条件形成薄的半导体层,然后,以利用稀释气体稀释半导体材料气体的稀释率低的条件形成厚的半导体层,可以在防止膜剥落的同时,提高成膜速度,以进行气相生长。

[0235] 此外,在基础衬底110上隔开预定间隔配置多个叠层体(绝缘层103和第一单晶半导体层121),并且在相邻的叠层体之间没有种子层。本方式的第二单晶半导体层122至少在叠层体(绝缘层103和第一单晶半导体层121)上进行结晶生长即可,并且对形成在相邻的叠层体之间的半导体层的结晶状态没有特别的限定。

[0236] 注意,对第一单晶半导体层121的导电型没有限定,但是,在此采用使P型单晶硅衬底薄片化而得到的单晶半导体层。此外,对第二单晶半导体层122的导电型也没有限定,但是在此采用i型单晶半导体层。注意,当利用与本方式不同的导电型的组合来构成光电转换层时,有在形成第一单晶半导体层121时使用导电型不同的母材的方法、在形成第二单晶半导体层122时引入赋予不同导电型的杂质元素的方法。

[0237] 形成在相邻叠层体之间的半导体层使相邻的叠层体单一化,并且妨碍后面的集成化,所以再次分离为多个叠层体(参照图5B)。

[0238] 作为分离方法,可以采用激光照射、蚀刻,并且可以采用与在上述恢复第一单晶半导体层121的表面的结晶性时使用的方法相同的方法。在采用激光照射的情况下,通过适当地提高能量密度,对相邻的叠层体之间进行照射来进行加工。此外,在采用蚀刻的情况下,只在各叠层体上形成保护层,延长蚀刻时间来进行加工。但是,不需要都去除形成在相邻叠层体之间的半导体层,各叠层体以高电阻的状态分离即可。

[0239] 接着,在第二单晶半导体层122的表层设置成为η型半导体及P型半导体的杂质的扩散区域,形成半导体结。作为赋予η型的杂质元素,可以典型举出属于元素周期表中的第15族元素的磷、砷或锑等。作为赋予P型的杂质元素,可以典型举出属于元素周期表中的第13族元素的硼或铝等。

[0240] 在第二单晶半导体层122上设置用作保护层的具有用来形成第一杂质半导体层的开口的光致抗蚀剂132,并且通过离子掺杂法或离子注入法引入赋予η型导电型的磷离子130。在剥离光致抗蚀剂132后,再次设置用作保护层的具有用来形成第二杂质半导体层的开口的光致抗蚀剂133,并且通过离子掺杂法或离子注入法引入赋予P型导电型的硼离子131 (参照图6Α和6Β) ο

[0241] 例如,利用对所生成的离子不进行质量分离而由电压加速并将离子流照射到衬底的离子掺杂装置,并且以磷化氢为原料气体引入磷离子130。此时,也可以对作为原料气体的磷化氢添加氢或氦。当利用离子掺杂装置时,可以增大离子束的照射面积,并且可以高效地进行处理。例如,形成超过基础衬底110的一边尺寸的线状离子束,并且将该线状离子束从基础衬底110的一端照射至另一端,以此方式进行处理时,可以以均匀深度对第二单晶半导体层122的表层引入杂质。

[0242] 接着,对在图7A所示的状态下引入杂质的区域进行活化。活化是指恢复由于引入杂质而受到损伤的区域的结晶性,使杂质原子和半导体原子成键并赋予导电性,它通过热处理或激光照射进行。

[0243] 作为热处理的方法,可以采用如下方法:将上述形成有脆化层105的单晶半导体衬底101贴合到基础衬底110,以脆化层105为分界进行分割。此外,在采用激光照射的情况下,可以采用上述能用于恢复第一单晶半导体层121的表面的结晶性的方法。

[0244] 在本方式中,使单晶半导体衬底薄片化,来形成第一单晶半导体层121,并且通过以第一单晶半导体层121为种子层的外延生长技术形成i型的第二单晶半导体层122。此夕卜,在第二单晶半导体层122的表层中形成包含赋予η型的杂质元素的半导体层以及包含赋予P型的杂质元素的半导体层。在此,对第一杂质半导体层123a、123c、123e赋予η型导电型,对第二杂质半导体层123b、123d、123f赋予p型导电型。从而,在本方式的光电转换层120中,在第二单晶半导体层122、第一杂质半导体层123a、123c、123d及第二杂质半导体层 123b、123d、123f 之间形成 nip (或 pin)结。

[0245] 在通过活化形成的第一杂质半导体层123a、123c、123e的上部设置成为负极的第一电极144a、144c、144e。此外,同样地,在通过活化形成的第二杂质半导体层123b、123d、123f的上部设置成为正极的第二电极144b、144d、144f。该电极用包含镍、铝、银、铅锡(焊料)等金属的材料形成。具体而言,可以通过使用镍膏、银膏等由丝网印刷法形成(参照图7B)。

[0246] 此外,用来使相邻光电转换层串联连接的第一连接电极146及用来使相邻光电转换层并联连接的第二连接电极147由与第一电极144a、144c、144e及第二电极144b、144d、144f相同的层形成(参照图2)。在此,虽然形成在各光电转换层中的该电极和该连接电极是形成为一体的,但是,为方便起见,分别附加不同的名称来进行说明。当然,也可以由与该电极不同的层形成该连接电极。

[0247] 通过上述工序,在基础衬底上以第一单晶半导体层为种子层进行外延生长形成第二单晶半导体层,并且将在其表层中设置半导体结来形成的多个光电转换层集成,从而可以制造光电转换模块。

[0248] 此外,因为由不使用粘合剂而中间夹着绝缘层来直接接合在基础衬底上的单晶半导体层构成光电转换层,所以可以提供转换效率高且机械强度高的光电转换模块。

[0249] 此外,虽然在本方式中示出第一杂质半导体层123a、123c、123e为η型半导体且第二杂质半导体层123b、123d、123f为p型半导体的例子,但是当然可以掉换η型半导体和ρ型半导体来形成。

[0250] 此外,虽然在本方式中示出将外延生长的第二单晶半导体层122形成为具有i型的导电型从而得到pin结型的例子,但是也可以将第二单晶半导体层122形成为具有η型或P型从而得到Pn结型。此时,具有与第二单晶半导体层122相同导电型的杂质半导体层优选由高浓度地包含掺杂剂的层形成。

[0251] 注意,本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。

[0252] 实施方式3

[0253] 在本实施方式中,将说明与实施方式2不同的光电转换装置的制造方法的一例。注意,省略或者部分简化与上述实施方式重复部分的说明。

[0254] 根据实施方式2,如图5B所示,在基础衬底110上形成由绝缘层103、第一单晶半导体层121及第二单晶半导体层122构成的叠层体。

[0255] 在该叠层体的上部形成如下结构:第一杂质半导体层230a、230c、230e和第二杂质半导体层230b、230d、230f不重叠而以带状的方式交替地形成。此外,在该杂质半导体层上形成第一电极240a、240c、240e及第二电极240b、240d、240f,从而完成光电转换装置(参照图14A至14C、图16A)。

[0256] 在块型光电转换装置中,在具有一种导电型的块内形成具有相反导电型的杂质半导体层,并且在生成于pn结界面的耗尽层内形成载流子移动所需要的内部电场。另一方面,也可以与薄膜型光电转换装置同样地通过成膜形成杂质半导体层,并且通过形成pn结或pin结,可以在ρ型半导体层及η型半导体层之间形成内部电场。

[0257] 将说明具体制造方法的一例。形成图5Β所示的结构,在第二单晶半导体层122的上部形成以具有预定间隔且带状的方式设置有开口的光致抗蚀剂210,然后在其上部的整个表面上形成第一杂质半导体层220 (参照图14Α)。通过剥离法(lift-off method)去除剩余的膜,形成第一杂质半导体层230a、230c、230e,在形成有第一杂质半导体层230a、230c、230e的第二单晶半导体层122的上部形成具有与光致抗蚀剂210不同的带状开口部的光致抗蚀剂211。并且,在其上部的整个表面上形成第二杂质半导体层221 (参照图14B)。再次通过剥离法去除剩余的膜,得到在叠层体的上部以彼此不重叠且带状的方式交替形成有第一杂质半导体层230a、230c、230e和第二杂质半导体层230b、230d、230f的结构(参照图14C)。最后,形成第一电极240a、240c、240e及第二电极240b、240d、240f,完成光电转换装置(参照图16A)。

[0258] 在本方式中,第二单晶半导体层122具有i型的导电型,作为第一杂质半导体层220,通过等离子体CVD法且使用硅烷和包含赋予η型的杂质元素(例如是磷)的磷化氢作为原料气体形成非单晶半导体层。此外,作为第二杂质半导体层221,通过等离子体CVD法且使用硅烷和包含赋予P型的杂质元素(例如是硼)的乙硼烷形成非单晶半导体层,并且形成pin结。

[0259] 注意,在通过等离子体CVD法等形成第一杂质半导体层220、第二杂质半导体层221之前,除去形成在第二单晶半导体层122上的自然氧化层等与半导体不同的层。自然氧化层可以通过使用氢氟酸的湿蚀刻、或者干蚀刻来除去。此外,在形成第一杂质半导体层220、第二杂质半导体层221时,在引入半导体材料气体之前使用氢和稀有气体的混合气体诸如氢和氦的混合气体或者氢、氦和氩的混合气体进行等离子体处理,从而可以除去自然氧化层、大气气氛元素(氧、氮或碳)。

[0260] 在本方式中,也可以通过热处理、激光照射提高形成在第二单晶半导体层122上的第一杂质半导体层220及第二杂质半导体层221的结晶性,使其活化。注意,也可以通过热处理、激光照射,使包含在该杂质半导体层中的杂质扩散到第二单晶半导体层122的表层,在单晶层中形成半导体结,从而得到良好的接合界面。

[0261] 此外,虽然在本方式中例示了利用光致抗蚀剂的剥离法,但是也可以通过进行杂质半导体层的成膜工序、光刻工序、蚀刻工序等来形成图14C所示的结构。

[0262] 此外,如图16B所示的结构,也可以在杂质半导体层上形成用作钝化层的保护膜180,对该保护膜进行部分开口,设置第一电极240a、240c、240e及第二电极240b、240d、240fo

[0263] 此外,虽然在本方式中例示了第一杂质半导体层230a、230c、230e为η型半导体并且第二杂质半导体层230b、230d、230f为ρ型半导体的情况,但是当然可以掉换η型半导体和P型半导体地形成。

[0264] 此外,虽然在本方式中示出了将第二单晶半导体层122形成为具有i型的导电型以得到Pin结型的例子,但是也可以将第二单晶半导体层122形成为具有η型或ρ型,以得到pn结型。此时,具有与第二单晶半导体层122相同导电型的杂质半导体层优选由高浓度地包含掺杂剂的层形成。

[0265] 如此,通过在基础衬底上按照绝缘层、第一单晶半导体层、第二单晶半导体层的顺序构成的叠层体的上部选择性地形成包含掺杂剂的半导体层,可以提供以单晶半导体层的表面上形成有多个具有不同导电型的杂质半导体层的基础衬底一侧为受光面的光电转换

>J-U ρςα装直。

[0266] 注意,本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。

[0267] 实施方式4

[0268] 在本实施方式中,将说明与上述实施方式不同的光电转换装置的制造方法的一例。注意,省略或者部分简化与上述实施方式重复部分的说明。

[0269] 根据实施方式2,如图7Α所示,在基础衬底110上形成由绝缘层103、第一单晶半导体层121、第二单晶半导体层122、第一杂质半导体层123a、123c、123e、第二杂质半导体层123b、123d、123f构成的叠层体。

[0270] 在形成该叠层体的基础衬底110的上表面一侧的整个表面上形成用作钝化层的保护膜180。并且,利用光致抗蚀剂190设置对由该保护膜180覆盖的杂质半导体层上的一部分进行开口的掩模,蚀刻开口部中的保护膜180,以露出杂质半导体层表面的一部分。然后,形成第一电极144a、144c、144e及第二电极144b、144d、144f,完成光电转换装置(参照图 12A 至 12C)。

[0271] 因为半导体的表面处于也称为晶格缺陷的状态且其表面能级多,并且载流子在表面附近复合,所以其使用寿命比半导体内部的短。从而,也在光电转换装置中,当半导体层的表面露出时,由光电效应产生的载流子在表面复合而消失,成为转换效率降低的主要因素。当想要减少表面复合时,形成钝化层并且形成良好的界面是有效的,并且还得到阻断杂质从外部混入的效果。

[0272] 作为用作钝化层的保护膜,除了使用热氧化膜以外,例如还使用氧化硅层、氮化硅层、氧氮化硅层、氮氧化硅层等。它们可以通过等离子体CVD法、光CVD法、热CVD法(也包括减压CVD法、常压CVD法)等CVD法来形成。

[0273] 在本方式中,保护膜180使用通过等离子体CVD法形成的厚度为10nm的氮化硅膜。

[0274] 注意,也可以在用作钝化层的保护膜180的表层上形成凹凸。可以赋予所谓的光密封效果:即,从半导体层透过来的光在半导体层与该电极的界面上漫反射,并且在由该叠层体构成的界面上反复反射。

[0275] 举出在保护膜180的表层上形成凹凸的方法的一例。首先,作为保护膜180,通过CVD法形成厚度在0.5 μ m以上且5 μ m以下,优选为I μ m以上且3 μ m以下的氧化娃层。接着,通过喷砂法(sandblast method)在该保护膜180的表面上形成凹凸部200。下面,利用参照图12B及12C说明的上述方法,形成图13所示的结构。

[0276] 此外,作为形成凹凸部200的其他方法,可以使用利用药品的蚀刻、利用磨粒的磨肖IJ、利用激光照射的烧蚀等。

[0277] 如此,根据本发明的一种方式的光电转换装置具有如下结构:在由绝缘层、第一单晶半导体层、第二单晶半导体层以及杂质半导体层构成的叠层体的表面上设置有用作钝化层的保护膜,并且在杂质半导体层与电极接触的一部分区域中设置有保护膜的开口。通过形成该保护膜,减少半导体表面上载流子的复合,从而提高转换效率。此外,通过在该保护膜的表面上设置凹凸,可以得到光密封效果,进一步提高转换效率。

[0278] 注意,本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。

[0279] 实施方式5

[0280] 在本实施方式中,将说明与上述实施方式不同的光电转换装置的制造方法的一例。具体而言,将说明利用多光子吸收在单晶半导体衬底中形成成为脆化层的变质区域(modified reg1n)的方法。注意,省略或者部分简化与上述实施方式重复部分的说明。

[0281] 如图15所不,从形成有绝缘层203的表面一侧对单晶半导体衬底101照射激光束250,并且利用光学系统204将光聚焦于该单晶半导体衬底中。并且,通过对单晶半导体衬底101的整个面内照射激光束250,在单晶半导体衬底101的预定深度区域中形成变质区域205。作为激光束250,应用发生多光子吸收的激光束。作为变质区域205,形成与上述脆化层105相同的状态。

[0282] 多光子吸收是指如下现象:物质同时吸收多个光子,与在吸收光前相比,该物质所具有的能量提高到高能级。作为发生多光子吸收的激光束250,应用从飞秒激光器发射的激光束。已知多光子吸收是飞秒激光器所引起的非线性相互作用之一。因为多光子吸收可以在焦点附近集中引起反应,所以可以在所希望的区域中形成变质区域。例如,通过照射发生多光子吸收的激光束250,可以形成包括数nm左右的空洞的变质区域250。

[0283] 注意,在利用多光子吸收形成变质区域250的工序中,根据激光束250的焦点位置(单晶半导体衬底101中激光束250的焦点的深度)而决定形成在单晶半导体衬底101中的变质区域205的深度。实施者可以通过利用光学系统204容易地调整激光束250的焦点位置。

[0284] 如本方式所示,通过利用多光子吸收来形成变质区域205,可以防止变质区域205以外的区域受到损伤或产生结晶缺陷。因此,以变质区域205为分界进行薄片化,可以形成结晶性等特性良好的单晶半导体层。

[0285] 注意,优选采用如下结构:在单晶半导体衬底101上形成由氧化硅层、氧氮化硅层等氧化层构成的绝缘层203,并且通过该绝缘层203照射激光束250。再者,优选的是,将激光束250的波长设定为λ (nm),将绝缘层203在波长λ (nm)处的折射率设定为n,并且将绝缘层203的厚度设定为d(nm),满足下面的算式(I)。

[0286] d = λ /4nX (2m+1)

[0287] (m为O以上的整数)

[0288] 通过满足上面的算式(I)地形成绝缘层203,可以抑制激光束250在被照射体(单晶半导体衬底101)的表面反射。其结果,可以有效地在单晶半导体衬底101的内部形成变质区域205。

[0289] 在形成变质区域205后,可以根据其他实施方式制造光电转换装置。

[0290] 注意,单晶半导体衬底101的薄片化可以通过施加外力代替进行热处理来实现。具体而言,通过物理性地施加外力,可以以变质区域205为分界分割单晶半导体衬底101。例如,通过利用人手或工具,可以分割单晶半导体衬底101。变质区域205经激光束250的照射形成空洞等而脆化。因此,可以通过对单晶半导体衬底101施加物理力量(外力),使变质区域205的空洞等脆化部分成为起点或开端,以变质区域205为分界,分割单晶半导体衬底101。注意,也可以组合热处理和外力的施加,以分割单晶半导体衬底101。通过施加外力来分割单晶半导体衬底101,可以缩短薄片化所需要的时间。因此,可以提高生产率。

[0291] 注意,本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。

[0292] 实施方式6

[0293] 在本实施方式中,将说明与上述实施方式不同的光电转换装置的制造方法的一例。注意,省略或者部分简化与上述实施方式重复部分的说明。

[0294] 根据实施方式2,如图3C所示,形成如下单晶半导体衬底101:在预定深度的区域中形成有脆化层105,并且在一个表面上形成有绝缘层103。

[0295] 接着,对形成在单晶半导体衬底101上的绝缘层103的表面进行利用等离子体处理的平坦化处理。

[0296] 具体而言,对处于真空状态的反应室引入惰性气体(例如是Ar气体)及/或反应气体(例如是O2气体、N2气体),对被处理体(在此是形成有绝缘层103的单晶半导体衬底101)施加偏置电压来照射等离子体。等离子体中存在电子、Ar阳离子,并且Ar阳离子在阴极方向(形成有绝缘层103的单晶半导体衬底101 —侧)上被加速。被加速了的Ar阳离子冲撞到绝缘层103的表面,使得绝缘层103的表面受到溅射蚀刻。此时,从绝缘层103的表面的凸部优先进行溅射蚀刻,可以提高绝缘层103的表面的平坦性。此外,当引入反应气体时,可以修补由于绝缘层103的表面受到溅射蚀刻而产生的缺损。

[0297] 通过进行利用等离子体处理的平坦化处理,可以使绝缘层103的表面的平均面粗糙度(Ra值)在5nm以下,优选在0.3nm以下。此外,也可以使最大高低差(P-V值)在6nm以下,优选在3nm以下。

[0298] 作为上述等离子体处理的一例,可以采用如下条件:处理功率为100W以上且100ff以下,压力为0.1Pa以上且2.0Pa以下,气体流量为5sccm以上且150sccm以下,并且偏置电压为200V以上且600V以下。

[0299] 在进行平坦化处理后,如图4A所示,将形成在单晶半导体衬底101上的绝缘层103的表面和基础衬底110的表面接合在一起,从而将单晶半导体衬底101贴合到基础衬底110上。在本方式中,因为谋求提高绝缘层103的表面的平坦性,所以可以形成牢固的接合。

[0300] 本方式所说明的平坦化处理也可以对基础衬底110 —侧进行。具体而言,通过对基础衬底110施加偏置电压来进行等离子体处理,可以谋求提高平坦性。

[0301] 注意,本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。

[0302] 实施方式7

[0303] 在本实施方式中,将说明与上述实施方式不同的光电转换装置的制造方法的一例。注意,省略或者部分简化与上述实施方式重复部分的说明。

[0304] 根据实施方式2,如图5B所示,在基础衬底110上形成由绝缘层103、第一单晶半导体层121及第二单晶半导体层122构成的叠层体。

[0305] 将以该叠层体为上表面的基础衬底110放在配置有激光照射用窗口 151及衬底加热用加热器152的真空反应室150中,将真空反应室150中的气氛替换为掺杂气体,选择性地照射激光束160,从而形成杂质半导体区域(参照图9A和9B)。

[0306] 当对单晶半导体层照射具有被单晶半导体层吸收的波长的激光束时,发生其表面附近熔融固化的现象。该熔融固化的工序大大受到气氛的影响,有时会对熔融的半导体层引入包括在气氛中的元素作为杂质。在该现象中,当引入到半导体层中的杂质元素是第13族元素或第15族元素时,可以改变导电型。从而,当利用该方法时,即使不使用离子掺杂装置或离子注入装置等特别的装置,也可以将杂质引入到半导体层中。

[0307] 注意,作为使半导体层的导电型成为η型的杂质,可以举出作为第15族元素的磷(P)、砷(As)、锑(Sb)。此外,作为使半导体层的导电型成为ρ型的杂质,可以举出作为第13族元素的硼(B)、招(Al)、镓(Ga)。

[0308] 此外,作为包含上述杂质元素的化合物气体,在第15族元素中,可以使用磷化氢(ΡΗ3)、三氟化磷(PF3)、三氯化磷(PCl3)、砷化氢(AsH3)、三氟化砷(AsF3)、三氯化砷(AsCl3)、锑化氢(SbH3)、三氯化锑(SbCl3)等。在第13族元素中,可以使用乙硼烷(B2H6)、三氟化硼(BF3)、三氯化硼(BCl3)、三氯化铝(AlCl3)、三氯化镓(GaCl3)等。

[0309] 此外,作为该包含杂质元素的化合物气体,也可以采用由氢、氮及/或稀有气体稀释的混合气体,以便调整引入半导体层中的杂质的浓度。此外,也可以在减压下采用该混合气体。

[0310] 在将最初形成的杂质半导体层的导电型为η型的情况下,利用由氢稀释作为η型掺杂剂气体的磷化氢而得到的混合气体替代真空反应室150中的气氛,对半导体层以带状的方式照射激光束,从而形成第一杂质半导体层123a、123c、123e。接着,利用由氦稀释作为P型掺杂剂气体的乙硼烷而得到的混合气体替代真空反应室150中的气氛,对半导体层以带状的方式照射激光束160,从而形成第二杂质半导体层123b、123d、123f,形成如图7A所示的结构。

[0311] 作为可以在本方式中使用的激光及照射方法,可以采用在实施方式2中可以应用于恢复第一单晶半导体层121的表面的结晶性的方法。

[0312] 此外,作为促进照射激光时的熔融固化工序的方法,也可以利用衬底加热用加热器152来加热衬底。通过加热衬底,得到如下效果:降低照射激光时的熔融阈值能量,并且延长固化所需要的时间,从而提高杂质的活化率。作为衬底温度,可以采用不超过基础衬底的应变点的温度。

[0313] 虽然在本方式中以η型、ρ型的顺序形成杂质半导体层,但是也可以使该顺序相反。此外,为了有效地进行作业,也可以采用如下工序:对多个衬底连续进行一种导电型的杂质半导体层的形成,然后,对多个衬底连续进行与一种导电型相反的导电型的杂质半导体层的形成。

[0314] 之后,可以根据其他实施方式制造光电转换装置。

[0315] 如此,通过在包含成为掺杂剂的杂质的气体气氛中,对基础衬底上由绝缘层、第一单晶半导体层、第二单晶半导体层构成的叠层体选择性地照射激光束,可以在单晶半导体层的表层中形成多个具有不同导电型的杂质半导体层。此外,因为通过选择性地照射激光,可以决定形成杂质半导体层的位置,所以不需要光致抗蚀剂或保护膜等定位单元(posit1ning means),从而可以制造低成本且高生产率的光电转换装置。

[0316] 注意,本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。

[0317] 实施方式8

[0318] 在本实施方式中,将说明与上述实施方式不同的光电转换装置的制造方法的一例。注意,省略或者部分简化与上述实施方式重复部分的说明。

[0319] 根据实施方式2,如图5B所示,在基础衬底110上形成由绝缘层103、第一单晶半导体层121及第二单晶半导体层122构成的叠层体。

[0320] 对该叠层体的上表面涂敷包含对半导体赋予一种导电型的杂质的药液170以及包含对半导体赋予与一种导电型相反的导电型的杂质的药液171,选择性地照射激光束,从而形成杂质半导体层(参照图1OA和10B)。

[0321] 当对单晶半导体层照射具有被单晶半导体层吸收的波长的激光束时,发生其表面附近熔融固化的现象。该熔融固化的工序大大受到附着在表面的杂质的影响,从而对熔融的半导体层引入附着在表面的杂质元素。在该现象中,当引入到半导体层中的杂质元素是第13族元素或第15族元素时,可以改变导电型。从而,当采用这种方法时,即使不使用离子掺杂装置或离子注入装置等的特别的装置,也可以将杂质引入到半导体层中。

[0322] 注意,作为使半导体层的导电型变为η型的杂质,可以典型举出作为第15族元素的磷⑵、作为第13族元素的硼⑶。

[0323] 此外,作为包含上述杂质元素的药液,可以使用:磷酸水溶液、磷酸三甲基、磷酸三乙基、磷酸三-η-戊基、磷酸二苯基-2-乙基己基、磷酸铵水溶液;或者硼酸水溶液、硼酸三甲基、硼酸三乙基、硼酸三异丙酯、硼酸三丙基、硼酸三-η-辛基、硼酸铵水溶液等等。

[0324] 该药液是盐的水溶液或者加水分解为盐和醇的酯化合物,并且不使用特别的清洗液而只使用纯水就能容易地清洗。

[0325] 具体而言,在将最初形成的杂质半导体层的导电型设定为η型的情况下,利用旋涂机、狭缝式涂布机、浸溃涂布机将包含成为η型掺杂剂的元素的磷酸铵水溶液涂敷到基础衬底110及叠层体的表面,进行干燥。然后,通过将激光束以带状的方式照射到半导体层,形成第一杂质半导体层123a、123c、123e。接着,利用旋涂机、狭缝式涂布机、浸溃涂布机将包含成为P型掺杂剂的元素的硼酸铵水溶液涂敷到基础衬底110及叠层体的表面,进行干燥。然后,通过将激光束以带状的方式照射到半导体层,形成第二杂质半导体层123b、123d、123f。再用纯水进行清洗,洗掉剩下附着的杂质,得到图7A所示的结构。

[0326] 作为可以在本方式中使用的激光,可以采用在实施方式2中用于恢复第一单晶半导体层121的表面的结晶性的激光。

[0327] 此外,作为促进当照射激光时的熔融固化工序的方法,也可以利用衬底加热用加热器来加热衬底。通过加热衬底,有如下效果:降低照射激光时的熔融阈值能量,并且延长固化所需要的时间,从而提高杂质的活化率。作为衬底温度,可以采用不超过基础衬底的应变点的温度。

[0328] 虽然在本方式中以η型、ρ型的顺序形成杂质半导体层,但是也可以使该顺序相反。此外,为了有效地进行作业,也可以采用如下工序:对多个衬底连续进行一种导电型的杂质半导体层的形成,然后,对多个衬底连续进行与一种导电型相反的导电型的杂质半导体层的形成。

[0329] 之后,可以根据其他实施方式制造光电转换装置。

[0330] 如此,通过对基础衬底上由绝缘层、第一单晶半导体层、第二单晶半导体层构成的叠层体涂敷包含成为掺杂剂的杂质的药液并选择性地照射激光,可以在单晶半导体层的表层中形成多个具有不同导电型的杂质半导体层。此外,因为通过选择性地照射激光,可以决定形成杂质半导体层的位置,所以不需要光致抗蚀剂或保护膜等定位单元,从而可以制造低成本且高生产率的光电转换装置。

[0331] 注意,本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。

Claims (19)

1.一种光电转换模块的制造方法,包括如下步骤: 准备在一个表面上形成有绝缘层并且在预定深度的区域中形成有脆化层的多个单晶半导体衬底,并准备基础衬底; 在所述基础衬底上中间夹着所述绝缘层隔开预定间隔地配置所述多个单晶半导体衬底; 通过将所述绝缘层的表面和所述基础衬底的表面接合在一起,将所述多个单晶半导体衬底贴合在所述基础衬底上; 通过以所述脆化层为分界分割所述多个单晶半导体衬底,在所述基础衬底上形成依次层叠所述绝缘层、第一单晶半导体层而成的多个第一叠层体; 对所述第一单晶半导体层的表面进行平坦化处理; 形成包括第二单晶半导体层的半导体层,以覆盖所述多个第一叠层体及所述多个第一叠层体之间的缝隙,所述第二单晶半导体层在所述多个第一叠层体上至少部分单晶化; 在所述多个第一叠层体之间的缝隙对所述半导体层选择性地蚀刻,从而在所述基础衬底上隔开预定间隔地形成多个依次层叠所述绝缘层、所述第一单晶半导体层、所述第二单晶半导体层而成的第二叠层体; 在所述第二单晶半导体层的表层中形成分别具有一种导电型的多个第一杂质半导体层、分别具有与所述一种导电型相反的导电型的多个第二杂质半导体层; 在所述多个第一杂质半导体层的表面上形成多个第一电极并且在所述多个第二杂质半导体层的表面上形成多个第二电极; 形成用来在相邻的两个第二叠层体之间连接所述多个第二叠层体之一的所述多个第一电极之一、和另一个第二叠层体的所述多个第二电极之一的第一连接电极;以及形成用来在相邻的两个第二叠层体之间连接两个第一电极的第二连接电极。
2.根据权利要求1所述的光电转换模块的制造方法,其中,所述多个第一杂质半导体层及所述多个第二杂质半导体层分别通过在包含成为掺杂剂的杂质的气体气氛下选择性地照射激光束、对所述第二单晶半导体层的表层引入杂质形成。
3.根据权利要求2所述的光电转换模块的制造方法,其中,用来形成所述多个第一杂质半导体层的包含杂质的化合物气体是选自磷化氢(PH3)、三氟化磷(PF3)、三氯化磷(PCl3)、砷化氢(AsH3)、三氟化砷(AsF3)、三氯化砷(AsCl3)、锑化氢(SbH3)、三氯化锑(SbCl3)中的一种。
4.根据权利要求2所述的光电转换模块的制造方法,其中,用来形成所述多个第二杂质半导体层的包含杂质的化合物气体是选自乙硼烷(B2H6)、三氟化硼(BF3)、三氯化硼(BCl3)、三氯化铝(AlCl3)、三氯化镓(GaCl3)中的一种。
5.根据权利要求1所述的光电转换模块的制造方法,其中,所述多个第一杂质半导体层及所述多个第二杂质半导体层通过选择性地涂敷包含成为掺杂剂的杂质的药液并照射激光束、对所述第二单晶半导体层的表层引入所述杂质形成。
6.根据权利要求5所述的光电转换模块的制造方法,其中,用来形成所述多个第一杂质半导体层的包含杂质的所述药液是选自磷酸三甲基、磷酸三乙基、磷酸三-η-戊基、磷酸二苯基-2-乙基己基中的一种。
7.根据权利要求5所述的光电转换模块的制造方法,其中,用来形成所述多个第二杂质半导体层的包含杂质的所述药液是选自硼酸三甲基、硼酸三乙基、硼酸三异丙酯、硼酸三丙基、硼酸三-η-辛基中的一种。
8.根据权利要求1所述的光电转换模块的制造方法,其中,所述平坦化处理通过对所述第一单晶半导体层照射激光束进行。
9.根据权利要求1所述的光电转换模块的制造方法,其中,所述平坦化处理通过蚀刻所述第一单晶半导体层的表层进行。
10.根据权利要求1所述的光电转换模块的制造方法,其中,所述绝缘层是选自氧化硅层、氮化娃层、氮氧化娃层、氧氮化娃层中的一种。
11.根据权利要求1所述的光电转换模块的制造方法,其中,所述脆化层通过对所述多个单晶半导体衬底的各内部引入氢、氦或卤素形成。
12.根据权利要求1所述的光电转换模块的制造方法,其中,所述基础衬底是选自铝硅酸盐玻璃衬底、铝硼硅酸盐玻璃衬底、钡硼硅酸盐玻璃衬底中的一种。
13.一种光电转换模块的制造方法,包括如下步骤: 准备在一个表面上形成有绝缘层并且在预定深度的区域中形成有脆化层的多个单晶半导体衬底,并准备基础衬底; 在所述基础衬底上中间夹着所述绝缘层隔开预定间隔地配置所述多个单晶半导体衬底; 通过将所述绝缘层的表面和所述基础衬底的表面接合在一起,将所述多个单晶半导体衬底贴合在所述基础衬底上; 通过以所述脆化层为分界分割所述多个单晶半导体衬底,在所述基础衬底上形成依次层叠所述绝缘层、第一单晶半导体层而成的多个第一叠层体; 对所述第一单晶半导体层的表面进行平坦化处理; 形成包括第二单晶半导体层的半导体层,以覆盖所述多个第一叠层体及所述多个第一叠层体之间的缝隙,所述第二单晶半导体层在所述多个第一叠层体上至少部分单晶化; 在所述多个第一叠层体之间的缝隙对所述半导体层选择性地蚀刻,从而在所述基础衬底上隔开预定间隔地形成多个依次层叠所述绝缘层、所述第一单晶半导体层、所述第二单晶半导体层而成的第二叠层体; 在所述第二单晶半导体层的表面上形成分别具有一种导电型的多个第一杂质半导体层、分别具有与所述一种导电型相反的导电型的多个第二杂质半导体层; 在所述多个第一杂质半导体层的表面上形成多个第一电极并且在所述多个第二杂质半导体层的表面上形成多个第二电极; 形成用来在相邻两个第二叠层体之间连接所述多个第二叠层体之一的所述多个第一电极之一、和另一个所述第二叠层体的所述多个第二电极之一的第一连接电极;以及形成用来在相邻两个第二叠层体之间连接所述两个第一电极的第二连接电极。
14.根据权利要求13所述的光电转换模块的制造方法,其中,所述多个第一杂质半导体层及所述多个第二杂质半导体层分别通过利用包含用作掺杂剂的杂质的原料气体的等离子体CVD法形成。
15.根据权利要求13所述的光电转换模块的制造方法,其中,所述平坦化处理通过对所述第一单晶半导体层照射激光束来进行。
16.根据权利要求13所述的光电转换模块的制造方法,其中,所述平坦化处理通过蚀刻所述第一单晶半导体层的表层进行。
17.根据权利要求13所述的光电转换模块的制造方法,其中,所述绝缘层是选自氧化娃层、氮化娃层、氮氧化娃层、氧氮化娃层中的一种。
18.根据权利要求13所述的光电转换模块的制造方法,其中,所述脆化层通过对所述多个单晶半导体衬底的各内部引入氢、氦或卤素形成。
19.根据权利要求13所述的光电转换模块的制造方法,其中,所述基础衬底是选自铝硅酸盐玻璃衬底、铝硼硅酸盐玻璃衬底、钡硼硅酸盐玻璃衬底中的一种。
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