JP2000223725A

JP2000223725A - 光電変換装置および半導体層の分離方法

Info

Publication number: JP2000223725A
Application number: JP11022598A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Iwane; 正晃岩根; Akiyuki Nishida; 彰志西田; Katsumi Nakagawa; 克己中川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 2000-08-11

Abstract

(57)【要約】【課題】分離層で確実に分離をおこない製造コストを
下げる。【解決手段】Ｓｉウェハを陽極化成して非多孔質Ｓｉ
層２８上に多孔質Ｓｉ層２９形成し、多孔質Ｓｉ層２９
上に、エピタキシャルＳｉ層２４，２５を形成して、エ
ピタキシャルＳｉ層２５と、支持基板５２に密着したＡ
ｌ５１を熱溶着して合金化しＡｌ５１とエピタキシャル
Ｓｉ層２５を強固に密着させる。つぎに、非多孔質Ｓｉ
層の裏面を真空チャック２６で固定しながら、支持基板
５２を引っ張り、多孔質Ｓｉ層２９で分離する。分離し
た非多孔質Ｓｉ層２８は、再び製造工程に投入する。そ
して、多孔質Ｓｉ層２９の残さを取り除き、グリッド電
極を形成し、反射防止膜２０を形成し、太陽電池とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光電変換装置および
半導体層の分離方法に係わり、特に光電変換装置の光電
変換層などを金属基板上に形成する場合等に利用される
半導体層の分離方法、及び太陽電池などの光電変換装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】火力発電による石油の燃焼や、自動車の
エンジンによるガソリンの燃焼などにより、二酸化炭
素、窒素酸化物などの地球温暖化ガスの排出が、地球環
境を悪化させる原因になっている。また、将来の原油の
枯渇の心配もあり、クリーンなエネルギー源として、太
陽電池発電に関心が高まっている。

【０００３】薄膜結晶シリコン（Ｓｉ）太陽電池は発電
層が薄く、使用するＳｉ原料が少ないので低コスト化が
できる。また、結晶Ｓｉを発電層とするので、アモルフ
ァスＳｉなどの太陽電池に比べて、高変換効率、低劣化
が期待できる。さらに、薄膜結晶Ｓｉ太陽電池は、ある
程度曲げることができるので、自動車のボディや家電製
品や屋根瓦などの曲面部に貼って使用できる。

【０００４】この薄膜結晶Ｓｉ太陽電池を実現するため
に、特開平８−２１３６４５号公報は、多孔質Ｓｉ層上
のエピタキシャル層を利用して、薄膜単結晶Ｓｉを分離
することを開示している。図１４は、特開平８−２１３
６４５号公報で、薄膜結晶Ｓｉの太陽電池を形成する方
法を表す断面図である。

【０００５】図中、１０１はＳｉウェハ、１０２は多孔
質Ｓｉ層、１０３はｐ⁺型Ｓｉ層、１０４はｐ^-型Ｓｉ
層、１０５はｎ⁺型Ｓｉ層、１０６は保護膜、１０９，
１１１は接着剤、１１０，１１２は治具である。図１４
の太陽電池の製造方法では、Ｓｉウェハ１０１の表面に
陽極化成により多孔質Ｓｉ層１０２を形成する。その
後、多孔質Ｓｉ層１０２上にｐ⁺型Ｓｉ層１０３をエピ
タキシャル成長させ、さらにその上にｐ^-型Ｓｉ層１０
４とｎ⁺型Ｓｉ層１０５を成長させる。そして、保護層
１０６を形成する。そして、保護層１０６とＳｉウェハ
１０１に、接着剤１０９，１１１を付けて治具１１０，
１１２に接着させる。その後、治具１１０，１１２に引
っ張り力を働かせて、多孔質Ｓｉ層１０２でＳｉウェハ
１０１とエピタキシャルＳｉ層１０３，１０４，１０５
を分離する。そして、エピタキシャルＳｉ層１０３，１
０４，１０５に太陽電池を形成し、Ｓｉウェハ１０１を
再び同様の工程に投入してコストダウンを図る。

【０００６】また、特開平５−２８３７２２号公報は、
多孔質Ｓｉ層上に液相成長法でエピタキシャルＳｉ層を
成長させることを開示している。メルトとしてＳｎを用
い、成長前に予めＳｎ中にＳｉを溶解させて飽和させて
おく。つぎに、徐冷を開始し、ある程度の過飽和状態と
なったところでウェハの多孔質表面をＳｎ溶液に漬け、
多孔質表面上にエピタキシャルＳｉ層を成長させてい
る。また、米国特許第４，３９３，５７６号は、シリコ
ン太陽電池にＡｌなどの金属のフィルムを吸着させ、焼
成し合金化することにより、電極を形成することを開示
している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した特開平８−２
１３６４５号公報のように、治具１１０，１１２に引っ
張り力を働かせて、多孔質Ｓｉ層１０２でＳｉウェハ１
０１とエピタキシャルＳｉ層１０３，１０４，１０５を
分離する場合、多孔質Ｓｉ層１０２で分離ができないこ
とがある。これは、エピタキシャル成長など、高温のプ
ロセスを通すため、多孔質Ｓｉ層１０２が脆弱すぎると
プロセスの途中で剥がれてしまい、その一方、多孔質Ｓ
ｉ層を強固にすると、多孔質Ｓｉ層１０２でＳｉウェハ
と１０１とエピタキシャルＳｉ層１０３，１０４，１０
５を分離する工程で、うまく剥がれず接着剤１０９，１
１１などのところで剥がれてしまう場合があるからであ
る。このため、多孔質Ｓｉ層で分離しようすると、多孔
質Ｓｉ層１０２の強度に厳しい条件があり、この条件に
合った多孔質Ｓｉ層１０２を形成するために、ウェハの
抵抗率や陽極化成電流を精密に制御しなければならず、
製造のコストアップにつながる。

【０００８】多孔質Ｓｉ層１０２の強度の条件を弛める
ためには、接着剤の強度を高めることが有効であるが強
度の高い接着剤は、接着剤コストが高い上、乾燥に時間
がかかることが多く、太陽電池自体の製造コストをあげ
てしまう。また、治具１１０，１１２でＳｉウェハ１０
１やエピタキシャルＳｉ層１０３，１０４，１０５を引
っ張っているので、太陽電池を完成させるために、治具
１１０，１１２をＳｉウェハ１０１やエピタキシャルＳ
ｉ層１０３，１０４，１０５から剥がさなければなら
ず、この工程自体が高コストな上、歩留まりが悪くさら
に太陽電池を高コストにする原因になる。

【０００９】そこで、本発明の目的は、多孔質Ｓｉ層な
どの分離層で確実に分離がおこなえる半導体層の分離方
法と、分離治具がそのまま完成品として使え、低い製造
コストで済む光電変換装置の製造方法を提供することで
ある。また、本発明の他の目的は、分離層で確実に分離
がおこなえる光電変換装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、本発明者らが鋭意努力した結果、以下の発明を得
た。

【００１１】すなわち、本発明の半導体層の分離方法の
第１は、第１の半導体層上に分離層を介して第２の半導
体層が設けられ、前記第２の半導体層を前記第１の半導
体層から前記分離層により分離する方法において、前記
第２の半導体層上に金属を接触させ、前記金属と前記第
２の半導体層の界面で金属と半導体の合金あるいは化合
物を形成した後、前記第２の半導体層を前記第１の半導
体層から前記分離層により分離することを特徴とする。

【００１２】また、本発明の半導体層の分離方法の第２
は、第１の半導体層上に分離層を介して第２の半導体層
が設けられ、前記第２の半導体層を前記第１の半導体層
から前記分離層により分離する方法において、前記第２
の半導体層上に金属を接触させ、前記金属の融点以下の
温度で、前記金属と前記第２の半導体層を接着した後、
前記第２の半導体層を前記第１の半導体層から前記分離
層により分離することを特徴とする。

【００１３】これら本発明による半導体層の分離方法に
おいて、前記第１の半導体層はＳｉウェハ中の非多孔質
Ｓｉ層であり、前記分離層は多孔質Ｓｉ層であり、前記
第２の半導体層は前記多孔質Ｓｉ層上にエピタキシャル
成長させた単結晶Ｓｉ層であるのが望ましい。また、前
記エピタキシャル成長し分離したＳｉ層下に一方の電極
を形成し、前記金属を他方の電極として、太陽電池を形
成するのが望ましい。ただし、半導体層は、光センサー
などの一般の半導体装置に使用できる。

【００１４】また、本発明の半導体層の分離方法の第３
は、非多孔質半導体層上に多孔質半導体層が設けられ、
前記多孔質半導体層上に金属を接触させ、前記金属と前
記多孔質半導体層の界面で金属と半導体の合金あるいは
化合物を形成した後、前記多孔質半導体層の少なくとも
一部を前記非多孔質半導体層から分離することを特徴と
する。

【００１５】また、本発明の半導体層の分離方法の第４
は、非多孔質半導体層上に多孔質半導体層が設けられ、
前記多孔質半導体層上に金属を接触させ、前記金属の融
点以下の温度で、前記金属と前記多孔質半導体層を接着
した後、前記多孔質半導体層の少なくとも一部を前記非
多孔質半導体層から分離することを特徴とする。

【００１６】また、本発明は、光電変換装置の発明も包
含する。すなわち、本発明の光電変換装置の第１は、一
方の電極となる金属基板上に多孔質単結晶半導体層があ
り、前記多孔質単結晶半導体層上に前記多孔質単結晶半
導体層とは反対導電型の非単結晶半導体層があり、前記
非単結晶半導体層上に他方の電極があることを特徴とす
る。ここで、前記多孔質単結晶半導体層と前記一方の電
極の間に、非多孔質単結晶半導体層があってもよい。

【００１７】また、本発明の光電変換装置の第２は、一
方の電極となる金属基板上にｐ型の非多孔質単結晶半導
体層があり、前記非多孔質単結晶半導体層上にｎ型の多
孔質単結晶半導体層があり、前記多孔質単結晶半導体層
の側に他方の電極があることを特徴とする。

【００１８】なお、本発明における第２の半導体層は、
単層であっても複数層であってもよい。また、分離層に
より分離するとは、分離層中で分離する場合、分離層と
第１の半導体層との界面で分離する場合、分離層と第２
の半導体層との界面で分離する場合がある。例えば、後
述する実施形態１では分離層となる多孔質層は図１
（ｃ）の工程以後で除去されるので、分離層中で分離し
ても、分離層と第１の半導体層との界面で分離しても、
分離層と第２の半導体層との界面で分離してもよい（た
だし、分離層と第２の半導体層との界面で分離すれば第
２の半導体層側に分離層が残らないので除去工程は不要
となる。）。後述する実施形態２では分離層となる多孔
質層を太陽電池の一部として用いるので、分離層中で分
離するか、分離層と第１の半導体層との界面で分離する
ことになる。

【００１９】分離層の形成方法としては、例えば、陽極
化成を用いて多孔質層を形成する方法、水素イオン、希
ガスイオン、窒素イオン等の異種元素を半導体ウエハに
注入して微少空隙を含む層或いはその後の熱処理により
微少空隙を生じうる潜在的微少空隙を含む層を半導体ウ
エハの表面より所定の深さの位置に形成する方法（例え
ば特開平９−３３１０７７号公報）等がある。

【００２０】また分離層において、分離を行う方法は大
別すると２種類ある。なお、以下に述べる多層構造体は
例えば図１（ｂ）に示すような金属と半導体層の貼り合
わせ後の基体をいう。一つは、分離層を含む多層構造体
を外部から加熱したり、多層構造体に光を照射して光吸
収させたりすることにより、多層構造体内部に分離の為
のエネルギーを発生させる方法である。具体的には、水
素イオン、希ガスイオン、窒素イオン等を第１のウエハ
の所定の深さの位置に打ち込んで形成された微少空隙を
含む層或いは潜在的微少空隙を含む層は、熱エネルギー
を受けることにより、その微少空隙が増大しつつ、密度
が減少する。これにより、分離層において多層構造体の
剥離現象が生じる。これが、多層構造体内部に分離のた
めのエネルギーを発生させる方法である。或いは、加熱
処理により分離層及び／又はその近傍を側面側から酸化
して酸化膜成長による応力を利用して分離する方法等で
あってもよい。

【００２１】もう一つは、分離の為のエネルギーを外部
から直接、分離層を含む多層構造体に与える方法であ
る。具体的には、多層構造体の側面に楔を挿入して剥離
する方法、多層構造体の側面に液体及び／又は気体から
なる流体を吹き付けて剥離する方法、多層構造体の表面
及び裏面に互いに反対向きの張力を加えて剥離する方
法、多層構造体の表面及び裏面に互いに反対向きの押圧
力を加えて分離層を破壊して剥離する方法、多層構造体
の側面にせん断力を加えて分離層を破壊して剥離する方
法、内周刃やワイヤーソーを用いてスライスする方法、
超音波振動を与えて分離層を破壊する方法などである。

【００２２】勿論、上述した分離方法を組み合わせて併
用してもよい。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について、図面
を参照し詳細に説明する。実施形態を６つ説明するが、
それぞれの実施形態に限らず、それぞれの組み合わせも
本発明の範囲である。

【００２４】（実施形態１）実施形態１は、太陽電池を
製造する形態である。図１〜図７を用いて実施形態１を
説明する。図３は、本実施形態１で製造する太陽電池の
斜視図である。図中、２１はバスバー、２２はフィンガ
ー、２３は反射防止層、２４はｎ⁺Ｓｉ層、２５はｐ^-
Ｓｉ層、５２は支持基板である。バスバー２１とフィン
ガー２２は負極側の電極となる表面電極を構成し、支持
基板５２のＳｉ層側に正極側の電極となる裏面電極のＡ
ｌがある。ｎ⁺Ｓｉ層２４とｐ^-Ｓｉ層２５は、Ｓｉ単
結晶の液相成長で形成する。

【００２５】図１、図２は、実施形態１の単結晶太陽電
池の製造工程を表す断面図である。まず、図２（ａ）の
ようにＳｉウェハ３を用意し、Ｓｉウェハ３の表面を多
孔質化し、Ｓｉウェハ３中に非多孔質Ｓｉ層２８上に多
孔質Ｓｉ層２９がある構造を形成する。Ｓｉウェハ３の
厚みは６００（μｍ）程度であり、多孔質Ｓｉ層２９は
１〜１０（μｍ）程度とするので、Ｓｉウェハ３の極表
層部分だけが多孔質Ｓｉ層２９となっている。多孔質Ｓ
ｉ層２９は、陽極化成することによって形成できる。図
４（ａ）と図４（ｂ）は、Ｓｉウェハ３をフッ酸系のエ
ッチング液で陽極化成をする装置の断面図である。図４
（ａ），（ｂ）中、３はＳｉウェハ、３１はフッ酸系の
エッチング液、３２，３３は金属電極、３４はＯリング
を表す。陽極化成するＳｉウェハ３はｐ型の方が望まし
いが、低抵抗ならｎ型でもいい。また、ｎ型のウェハで
も光を照射し、ホールを生成した状態にすれば多孔質化
することができる。図４（ａ）のように下側の金属電極
３２を正に、上側の金属電極３３を負にして両電極間に
電圧をかけ、この電圧が引き起こす電界がＳｉウェハ３
の面に垂直な方向にかかるように設置すると、Ｓｉウェ
ハ３の上側の表面が多孔質化される。図４（ｂ）のよう
に左側の金属電極３２を正に、右側の金属電極３３を負
にし、両電極間にＳｉウェハ３を置いて電圧をかけると
Ｓｉウェハ３の右側の表面つまり負電極側が多孔質化さ
れる。フッ酸系のエッチング液３１は、濃フッ酸（例え
ば４９％ＨＦ）を用いる。金属電極３２，３３は、Ｐｔ
やＡｕなどを使用する。陽極化成中は、Ｓｉウェハ３か
ら気泡が発生するので、この気泡を効率よく取り除く目
的から、界面活性剤としてアルコールを加える場合があ
る。アルコールとしてメタノール、エタノール、プロパ
ノール、イソプロパノールなどが望ましい。また、界面
活性剤の代わりに攪拌器をもちいて、攪拌しながら陽極
化成をしてもいい。多孔質化する表面の厚さは、０．１
〜３０（μｍ）がよい。より望ましくは、１〜１０（μ
ｍ）である。

【００２６】また、陽極化成の工程では、後に分離工程
での分離をやりやすくするため、陽極化成時に金属電極
３２から金属電極３３に流す電流を変化させる。例え
ば、Ｓｉウェハ３の極表層を多孔質化する陽極化成の最
初は小電流を、非多孔質Ｓｉ層２８と多孔質Ｓｉ層２９
の界面付近を多孔質化する陽極化成の最後は大電流を流
す。すると、多孔質Ｓｉ層２９中の表層は、後のエピタ
キシャル成長をおこないやすい孔の小さい構造になり、
多孔質Ｓｉ層２９の非多孔質Ｓｉ層側は、分離をおこし
やすい孔の大きい構造になる。この結果、後のエピタキ
シャル成長の工程と分離の工程がおこないやすくなる。
もちろん、工程の簡略化のため、一定電流で陽極化成を
してもよい。

【００２７】以上のような工程で、図２（ｂ）のように
多孔質Ｓｉ層２９をＳｉウェハ３上に形成した後、図２
（ｃ）のように、単結晶のｎ⁺Ｓｉ層２４を液相成長で
０．１〜２（μｍ）エピタキシャル成長させる。多孔質
Ｓｉ層２９は、穴の開いた構造であるが、その単結晶性
は維持できている。このため、多孔質Ｓｉ層２９上のエ
ピタキシャル成長が可能なのである。その後、図２
（ｄ）のように、単結晶のｐ^-Ｓｉ層２５をやはり液相
成長で３０〜５０（μｍ）形成する。ここで、エピタキ
シャル成長は液相成長などに限らず、ＣＶＤ（Chemical
Vapor Deposition）などの気相成長を用いてもよい。

【００２８】つぎに、図２（ｅ）のように、Ａｌなどの
導電膜５１のついた支持基板５２を用意する。そして、
図１（ａ）のように導電膜５１とｐ^-Ｓｉ層２５を貼り
合わせ、融点以下の温度で熱処理することにより、導電
膜５１とｐ^-Ｓｉ層２５を合金化または化合物化し、導
電膜とｐ^-Ｓｉ層の間で強固な接合を作る。このとき、
支持基板５２の上に重石等を置くことによって、圧力を
かけてもいい。導電膜５１にＡｌを用いた場合、Ａｌは
Ｓｉがｐ型になるための不純物なので、接合面近傍のＳ
ｉとＡｌが融合して、ｐ^-型Ｓｉ層２５のＡｌ側の接合
面がｐ⁺になり、接合面がオーミックになる。このとき
の熱処理の温度は、５５０℃〜６４０℃が望ましい。こ
こで、導電膜５１のついた支持基板５２としてＡｌめっ
き鋼板を用いてもよい。支持基板５２自体がＳＵＳ基板
（ステンレス基板）のような導電性であれば、導電膜５
１は必ずしも必要がない。また、支持基板５２自体が導
電性のものとして、Ｍｏ，Ｗ，Ｆｅなどが使用できる。

【００２９】つぎに、図１（ｂ）のように非多孔質Ｓｉ
層２８の裏側を真空チャック２６で固定し、支持基板５
２に引っ張り力をかける。ここで真空チャック２６の代
わりに接着材を使った治具を使用してもよい。すると、
多孔質Ｓｉ層２９で、図１（ｃ）のような基板を得る。
その後、エッチングや研磨の方法で、多孔質層２９を除
去し、図１（ｄ）のようにｎ⁺型Ｓｉ層２４を露出させ
る。そして、図１（ｅ）のように、１８０°回転させ
て、グリッド電極２１を印刷、スパッタなどの方法で形
成する。最後に、図１（ｆ）のように表面に反射防止膜
２３をつけて、太陽電池ユニットセルの完成となる。

【００３０】図１（ｂ）の分離工程で分離した非多孔質
Ｓｉ層２８は、表面の多孔質Ｓｉ層２９を除去した後、
再び図２（ａ）の工程から、Ｓｉウェハ３として繰り返
し使用する。多孔質Ｓｉ層２９を除去した後の非多孔質
Ｓｉ層２８は、極表層部分が除去され少しだけ薄くなっ
ているだけなので、何度も使用できる。このため、Ｓｉ
ウェハ３は、太陽電池のユニットセルを作製するのに何
度も使われる。望ましくは、一つのＳｉウェハ３を１０
０回以上使用して、一つのＳｉウェハ３から１００個以
上太陽電池のユニットセルを作製する。

【００３１】図５は、２槽型の液相成長装置を上部から
見た図である。図中、１はローディングチャンバー（Ｌ
／Ｃ）であり、２は水素アニール室、４はｐ^-Ｓｉ層２
５の成長チャンバー、５はｎ⁺Ｓｉ層２４の成長チャン
バー、６はアンローディングチャンバー（ＵＬ／Ｃ）、
１３は基板カセットの搬送系が入るコア（Ｃｏｒｅ）で
ある。８、９は、それぞれｐ^-Ｓｉ層、ｎ⁺Ｓｉ層の成
長チャンバーへＳｉ原料を供給する搬送室、１１、１２
は、それぞれｐ^-Ｓｉ層、ｎ⁺Ｓｉ層の成長チャンバー
用のＳｉ原料の保管室である。

【００３２】液相成長をさせるとき、まず、表面に多孔
質Ｓｉ層２９があるＳｉウェハ３を入れたウェハカセッ
トをローディングチャンバー（Ｌ／Ｃ）１に入れる。そ
して、コア１３にある搬送系を使って、ローディングチ
ャンバー（Ｌ／Ｃ）１に入った基板カセットを水素アニ
ール室２に移動させ、水素アニールをおこなう。その
後、ウェハカセット１８をｎ⁺Ｓｉ層２４の成長チャン
バー５、ｐ^-Ｓｉ層２５の成長チャンバー４の順に移し
ていき、図２（ｃ）や図２（ｄ）のように、ｎ⁺Ｓｉ層
２４、ｐ^-Ｓｉ層２５を多孔質Ｓｉ層２９の表面に形成
する。

【００３３】図５の切断面ＡＡ’で切った断面図を図６
で表す。図中、１４はメルト、１５はヒーター、１６は
ルツボ、１８は基板カセット、１９は垂直方向の搬送
系、２０は水平方向の搬送系、３６は溶かし込み基板カ
セット、３７は溶かし込み基板である。先に説明した符
号の部品は、前述した部品を同じなので説明を省略す
る。ローディングチャンバー１は、普段はゲートバルブ
１７によりコア１３及び外気と隔離された状態である。
ローディングチャンバー１は、ローディングチャンバー
１の右側のゲートバルブ１７を解除しウェハカセット１
８を導入することができる。また、ローディングチャン
バー１の左側のゲートバルブを解除することにより、コ
ア１３にある水平方向の搬送系２０を使い、ウエハカセ
ット１８をｎ ⁺Ｓｉ層の成長チャンバー５に移動させる
ことができる。

【００３４】Ｓｉ原料供給室１２は、左側のゲートバル
ブ１７を開けることにより、溶かし込み基板カセット３
６を出し入れすることができるようになっている。ま
た、右側のゲートバルブを解除することにより、搬送室
９にある水平方向の搬送系２０を使い、溶かし込み基板
カセット３６をｎ⁺Ｓｉ層の成長チャンバー５に移動さ
せることができる。ｎ⁺Ｓｉ層の成長チャンバー５は、
ウェハカセット１８と溶かし込み基板カセット３６を上
下させる垂直方向の搬送系１９を持っている。垂直方向
の搬送系１９は、ルツボ１６に溜めたメルト１４中に、
ウェハカセット１８と溶かし込み基板カセット３６を浸
すことができる。ヒーター１５は、メルト１４に高温を
かけることにより、メルト１４を液体の状態に保つ。ｐ
^-Ｓｉ層の成長チャンバー４、搬送室８、Ｓｉ原料供給
室１１もその断面は、図６と同じ構造をしている。

【００３５】図７は、図５と図６の液相成長装置を動か
すシーケンスを表すタイムチャートである。Ａは、１バ
ッチ目のウェハカセットの動きを表す。１バッチ目のウ
ェハカセットは、最初の２０分でローディングチャンバ
ー１にロードされ、水素アニール室２に搬送される。水
素アニール室２は、ウェハカセット１８の昇温に３０分
かけ、水素アニールを１０分おこなう。水素アニール
は、水素雰囲気中で、約１０４０℃でおこなう。また、
水素アニールの直後に微量のＳｉＨ₄（シラン）ガスを
流し、多孔質Ｓｉ層２９の表面性をよくしておいてもい
い。そして、ウェハカセット１８をコア１３の水平方向
の搬送系２０を使いながらｎ⁺Ｓｉ層の成長チャンバー
５に移動させて、ウェハカセット１８が成長温度になる
まで、１０分保持する。このとき、メルト１４が冷やさ
れてｎ⁺Ｓｉが過飽和状態になる。ウェハカセット１８
をｎ⁺Ｓｉ層の成長チャンバー５に移動させる前に、Ｓ
ｉ原料供給室１２から搬送室９を通して、ｎ⁺Ｓｉウェ
ハなどを保持した溶かし込み基板カセット３７を高温に
したメルト１４に浸し、メルト１４内にｎ⁺Ｓｉを溶か
しこんでおく。メルト１４の材料としては、Ｉｎ，Ｓｎ
などがある。

【００３６】そして、垂直方向の搬送系１９を使って、
ウェハカセット１８をメルト１４に浸し、メルト１４の
温度を徐々に下げると、多孔質Ｓｉ層２９の表面上にｎ
⁺Ｓｉ層がエピタキシャル成長する。この成長時間は、
約１０分である。

【００３７】その後、ウェハカセット１８をメルト１４
から引き上げｐ^-Ｓｉ層の成長チャンバー４に移動さ
せ、同様に１０分保持し、メルト１４にｐ^-Ｓｉの過飽
和をつける。このとき、同様に予めｐ^-Ｓｉ基板を保持
した溶かし込み基板カセットを、メルト１４に浸し、ｐ
^-Ｓｉをメルト１４に２０分溶かし込んでおく。そし
て、ウェハカセット１８をメルト１４に浸し、メルト１
４の温度を徐々に下げると、ｎ⁺Ｓｉ層２４の表面上に
ｐ^-Ｓｉ層２５がエピタキシャル成長する。この成長時
間は、約３０分である。

【００３８】その後、ウェハカセット１８をメルト１４
から引き上げ、アンローディングチャンバー６に移動さ
せ、５５分冷却し室温に戻した後、最後の５分でウェハ
カセット１８を液相成長装置から取り出す。Ｂは、２バ
ッチ目のウェハカセットの動きを表す。２バッチ目のウ
ェハカセットも図７のタイムチャートどおりに移動さ
せ、１バッチ目のウェハカセットと同様の動きなので、
説明を省略する。実施形態１の液相成長装置によれば、
６０分ごとに新しいウェハカセットの液相成長ができ
る。

【００３９】実施形態１では、第１の半導体層はＳｉウ
ェハ中の非多孔質Ｓｉ層であり、分離層は多孔質Ｓｉ
層、第２の半導体層はエピタキシャル成長させた単結晶
Ｓｉ層（ｎ⁺Ｓｉ層、ｐ^-Ｓｉ層）である。実施形態１
は、Ｓｉウェハに多孔質Ｓｉ層を形成して、単結晶Ｓｉ
層をエピタキシャル成長させる例を挙げて説明したが、
Ｓｉウェハの代わりにＧｅ，ＧａＡｓウェハを使用して
もいいし、Ｓｉウェハを陽極化成して得た多孔質Ｓｉ層
上に、ＧａＡｓなどを成長させてもよい。

【００４０】実施形態１によれば、半導体層がすべて薄
膜単結晶半導体からなる太陽電池が、簡単な工程のため
低コストで形成できる。また、太陽電池の半導体層をＳ
ｉ基板から分離するとき、支持基板と太陽電池の半導体
層を強固に接合して引き剥がすので、太陽電池の製造歩
留まりがよくなる。また、導電膜がＡｌなら、熱溶着を
したときに、半導体層中にｐ⁺層を形成する工程と、半
導体層に裏面電極を形成する工程を同時におこなうこと
ができ、製造工程を減らすことができる。また、裏面電
極を有する支持基板を太陽電池の半導体層側の引き剥が
し治具として使用するので、完成までに一旦接合した支
持基板を除去することが要らず、これも低コストで太陽
電池を製造できる利点となる。

【００４１】（実施形態２）実施形態２も太陽電池の製
造を説明するが、多孔質Ｓｉ層も太陽電池の半導体層と
して使用する製造方法と太陽電池そのものを説明する。
図８、図９は実施形態２の製造工程を表す断面図であ
る。まず図８（ａ）のようにｎ⁺型のＳｉウェハ３を用
意する。つぎに、Ｓｉウェハ３を陽極化成して図８
（ｂ）のように非多孔質Ｓｉ層の表面に多孔質Ｓｉ層２
９がある構造にする。多孔質Ｓｉ層２９は、ｎ⁺型のＳ
ｉウェハ３を陽極化成しているため、ｎ型のままであ
る。陽極化成の方法は、図４を使って説明した実施形態
１と同様である。多孔質Ｓｉ層２９の膜厚は０．１〜１
０（μｍ）が望ましい。そして、図５〜図７を使って説
明した実施形態１と同様に液相成長で、図８（ｃ）のよ
うにｐ^-Ｓｉ層２５をエピタキシャル成長させる。ｐ^-
Ｓｉ層２５の膜厚は２０〜５０（μｍ）が望ましい。

【００４２】つぎに、図８（ｄ）のようにＡｌなどの導
電膜５１を持った支持基板５２を用意し、図８（ｅ）の
ように導電膜５１とｐ^-Ｓｉ層２５を密着させ、熱処理
により強固に接合させる。このとき、導電膜５１にＡｌ
を使えば、Ａｌとｐ^-Ｓｉ層２５の界面が合金化または
化合物化して、強固な接合とｐ⁺Ｓｉ層ができる。そし
て、図９（ａ）のように、非多孔質Ｓｉ層２８の裏面を
真空チャック２６で固定しながら、支持基板５２を引っ
張ることで多孔質Ｓｉ層２９を非多孔質Ｓｉ層２８から
分離し、図９（ｂ）のような構造にすることができる。
実施形態２の陽極化成時、実施形態１で説明した方法と
同様に陽極化成の最後で大電流を流している。このた
め、多孔質Ｓｉ層２９は、非多孔質Ｓｉ層２８との界面
側で脆弱な構造をしており、分離のとき、多孔質Ｓｉ層
２９と非多孔質Ｓｉ層２８の界面で分離することができ
る。よって図９（ｂ）のように、単結晶のｐ^-Ｓｉ層２
５下に多孔質Ｓｉ層２９がある構造で分離することがで
きる。

【００４３】つぎに、図９（ｃ）のようにグリッド電極
２１を多孔質Ｓｉ層２９の上に形成し、図９（ｄ）のよ
うにグリッド電極２１と多孔質Ｓｉ層２３の上に反射防
止膜２３を形成して太陽電池の完成となる。実施形態２
では、第１の半導体層はＳｉウェハ中の非多孔質Ｓｉ
層、分離層が非多孔質Ｓｉ層と多孔質Ｓｉ層の界面、第
２の半導体層が多孔質Ｓｉ層とエピタキシャル成長させ
た単結晶Ｓｉ層となる。実施形態２の太陽電池では、多
孔質Ｓｉ層２９がｎ⁺型でその下部にｐ^-Ｓｉ層２５が
あるので、これらの間でｐｎ接合ができる。また、多孔
質Ｓｉ層２９は、ｐ^-Ｓｉ層２５のような非多孔質Ｓｉ
層よりバンドギャップが広い。このため、ヘテロ接合で
光入射側のバンドギャップが広くなり、半導体層内に内
部電界が生じ、より光電変換効率を高めることができ
る。実施形態２の、ｎ層が多孔質半導体で、ｐ層が非多
孔質半導体である光電変換装置によれば、簡単な製造工
程で高光電変換効率の装置を提供できる。

【００４４】（実施形態３）実施形態３も太陽電池とそ
の製造方法の形態であるが、多孔質半導体とともにアモ
ルファス半導体またはマイクロクリスタル半導体などの
非単結晶半導体を使った形態である。つまり、一方の電
極となる金属基板上に多孔質単結晶半導体層があり、前
記多孔質単結晶半導体層上に多孔質半導体層と反対導電
型の非単結晶半導体層があり、前記非単結晶半導体層の
側に他方の電極がある光電変換装置の形態である。図１
０〜図１１は、実施形態３を説明する断面図である。ま
ず、図１０（ａ）のようにｐ⁺型のＳｉウェハ３を用意
する。つぎに、Ｓｉウェハ３を陽極化成して図１０
（ｂ）のように非多孔質Ｓｉ層の表面に多孔質Ｓｉ層２
９がある構造にする。多孔質Ｓｉ層２９は、ｐ⁺型のＳ
ｉウェハ３を陽極化成しているため、ｐ型のままであ
る。陽極化成の方法は、図４を使って説明した実施形態
１と同様である。多孔質Ｓｉ層２９の膜厚は５〜５０
（μｍ）が望ましい。そして、図１０（ｃ）のようにＡ
ｌなどの導電膜５１を持った支持基板５２を用意し、図
１０（ｄ）のように導電膜５１と多孔質Ｓｉ層２９を密
着させ、熱処理により強固に接合させる。このとき、導
電膜５１にＡｌを使えば、Ａｌと多孔質Ｓｉ層２９の界
面が合金化または化合物化して、強固な接合と多孔質Ｓ
ｉ層２９ができる。

【００４５】つぎに、図１１（ａ）のように、非多孔質
Ｓｉ層２８の裏側を真空チャック２６で固定しながら、
支持基板５２を引っ張ることで多孔質Ｓｉ層２９と非多
孔質Ｓｉ層２８の界面から非多孔質Ｓｉ層２８を分離す
る。多孔質Ｓｉ層２９は、実施形態１で説明したように
陽極化成時の最後で大電流を流して形成している。この
ため、Ｓｉウェハ３中の非多孔質Ｓｉ層２８と多孔質Ｓ
ｉ層２９との界面側で脆弱な構造をしており、Ｓｉウェ
ハ３を、多孔質Ｓｉ層２９と非多孔質Ｓｉ層２８の界面
で分離することができる。そして、図１１（ｂ）のよう
に、ｐ型の多孔質Ｓｉ層２９上にｎ型のアモルファスＳ
ｉ層３０を形成する。ｎ型のアモルファスＳｉ層３０
は、シランガス（ＳｉＨ₄）とフォスフィン（ＰＨ₃）
を使ったプラズマＣＶＤなどによって形成する。アモル
ファスＳｉ層３０は、マイクロクリスタルＳｉ層であっ
てもよい。アモルファスＳｉ層やマイクロクリスタルＳ
ｉ層でのｎ層の形成は、支持基板５２と多孔質Ｓｉ層２
９の熱溶着より低温でおこなえるので、支持基板５２と
単結晶の多孔質Ｓｉ層２９を結合した後でも、形成でき
る。このため、製造コストが低く済む。実施形態３で
は、第１の半導体層はＳｉウェハ中の非多孔質Ｓｉ層、
分離層は非多孔質Ｓｉ層と多孔質Ｓｉ層の界面、第２の
半導体層は多孔質Ｓｉ層となる。

【００４６】つぎに、図１１（ｃ）のようにＩＴＯなど
の透明導電膜２７をアモルファスＳｉ層３０上に形成
し、図１１（ｄ）のようにグリッド電極２１を透明導電
膜２７の上に形成し、図１１（ｅ）のようにグリッド電
極２１と透明導電膜２７の上にパッシベーション層４０
を形成して太陽電池の完成となる。実施形態３の太陽電
池では、多孔質Ｓｉ層２９がｐ型の単結晶で、その上部
に単結晶の多孔質Ｓｉ層２９よりもバンドギャップの広
いアモルファスＳｉ層３０があり、これらの間でｐｎ接
合ができる。このため、ヘテロ接合で光入射側のバンド
ギャップが広くなり、半導体層内に内部電界が生じ、よ
り光電変換効率を高めることができる。アモルファスＳ
ｉ層３０はマイクロクリスタルＳｉ層に置き換えること
もできるが、マイクロクリスタルＳｉ層も、単結晶の多
孔質Ｓｉ層２９に比べてバンドギャップが広いので同じ
く光電変換効率を高めることができる。実施形態３の、
多孔質単結晶半導体上に非単結晶半導体がある光電変換
装置によれば、簡単な製造工程で高光電変換効率の装置
を提供できる。

【００４７】（実施形態４）実施形態４は、実施形態３
と同様に非単結晶半導体を使った上に、非多孔質単結晶
半導体も使用する。つまり、一方の電極となる金属基板
上に多孔質単結晶半導体層があり、前記多孔質単結晶半
導体層上に多孔質半導体層と反対導電型の非単結晶半導
体層があり、前記非単結晶半導体層の側に他方の電極が
あり、前記多孔質単結晶半導体層と前記一方の電極の間
に、非多孔質単結晶半導体層がある形態である。図１
２、図１３は、実施形態４を説明する断面図である。ま
ず、図１２（ａ）のようにｐ⁺型のＳｉウェハ３を用意
する。つぎに、Ｓｉウェハ３を陽極化成して図１２
（ｂ）のように非多孔質Ｓｉ層２８の表面に多孔質Ｓｉ
層２９がある構造にする。多孔質Ｓｉ層２９は、ｐ⁺型
のＳｉウェハ３を陽極化成しているため、ｐ型のままで
ある。陽極化成の方法は、図４を使って説明した実施形
態１と同様である。多孔質Ｓｉ層２９の膜厚は５〜５０
（μｍ）が望ましい。そして、図１２（ｃ）のように単
結晶のｐ⁺Ｓｉ層４１をエピタキシャル成長させる。単
結晶のｐ⁺Ｓｉ層４１を形成する方法は、ＣＶＤまたは
液相成長などエピタキシャル成長させることのできる方
法ならなんでもよい。ｐ⁺Ｓｉ層４１は、Ｓｉウェハ３
よりｐ型になるための不純物濃度が大きい方が望まし
い。つぎに、図１２（ｄ）のように導電膜５１を持った
支持基板５２を用意し、図１２（ｅ）のように導電膜５
１とｐ⁺Ｓｉ層４１を密着させ、熱処理により強固に接
合させる。実施形態４では、すでにｐ⁺Ｓｉ層４１があ
るので、導電膜はＡｌのようなｐ⁺層を作る導電膜でな
くとも、ＭｏやＷやＡｇなどでもよい。

【００４８】つぎに、図１３（ａ）のように、非多孔質
Ｓｉ層２８の裏面を真空チャック２６で固定しながら、
支持基板５２を引っ張ることで多孔質Ｓｉ層２９と非多
孔質Ｓｉ層２８の界面でのＳｉウェハを分離する。多孔
質Ｓｉ層２９は、実施形態１で説明したように陽極化成
時の最後で大電流を流して形成している。このため、Ｓ
ｉウェハ３中の非多孔質Ｓｉ層２８と多孔質Ｓｉ層２９
との界面側で脆弱な構造をしており、Ｓｉウェハ３を、
多孔質Ｓｉ層２９と非多孔質Ｓｉ層２８の界面で分離す
ることができる。そして、図１３（ｂ）のように、ｐ型
の多孔質Ｓｉ層２９上にｎ型のアモルファスＳｉ層３０
を形成する。ｎ型のアモルファスＳｉ層３０は、シラン
ガス（ＳｉＨ₄）とフォスフィン（ＰＨ₃）を使ったプ
ラズマＣＶＤなどによって形成する。アモルファスＳｉ
層３０は、マイクロクリスタルＳｉ層であってもよい。
アモルファスＳｉ層やマイクロクリスタルＳｉ層でのｎ
層の形成は、支持基板５２とｐ⁺Ｓｉ層４１の熱溶着よ
り低温でおこなえるので、支持基板５２と単結晶のｐ⁺
Ｓｉ層４１を接合した後でも、形成できる。このため、
製造コストが低く済む。実施形態４では、第１の半導体
層はＳｉウェハ中の非多孔質層、分離層はＳｉウェハ中
の非多孔質Ｓｉ層と多孔質Ｓｉ層の界面、第２の半導体
層は多孔質Ｓｉ層と単結晶のｐ⁺Ｓｉ層となる。

【００４９】つぎに、図１３（ｃ）のようにＩＴＯなど
の透明導電膜２７をアモルファスＳｉ層３０上に形成
し、図１３（ｄ）のようにグリッド電極２１を透明導電
膜２７の上に形成し、図１３（ｅ）のようにグリッド電
極２１と透明導電膜２７の上にパッシベーション層４０
を形成して太陽電池の完成となる。実施形態４の太陽電
池では、多孔質Ｓｉ層２９がｐ型でその上部に多孔質Ｓ
ｉ層２９よりもバンドギャップの広いアモルファスＳｉ
層３０があり、これらの間でｐｎ接合ができる。さら
に、ｐ型の多孔質Ｓｉ層２９の下部には、多孔質Ｓｉ層
２９よりもバンドギャップの狭い単結晶のｐ⁺型Ｓｉ層
４１がある。このため、ヘテロ接合で光入射側に近づく
程バンドギャップが広くなり、半導体層内に内部電界が
生じ、より光電変換効率を高めることができる。アモル
ファスＳｉ層３０はマイクロクリスタルＳｉ層に置き換
えることもできるが、マイクロクリスタルＳｉ層も、単
結晶の多孔質Ｓｉ層２９に比べてバンドギャップが広い
ので同じことが言える。実施形態４の、非多孔質単結晶
半導体上に多孔質単結晶半導体があり、前記多孔質単結
晶半導体上に非多単結晶半導体がある光電変換装置によ
れば、簡単な製造工程で高光電変換効率の装置を提供で
きる。

【００５０】（実施形態５）本発明の分離層を形成する
ために、特開平９−３３１０７７号公報のように、半導
体基板にイオン注入し、空孔を有する層を形成してもよ
い。そして、前述した実施形態と同様に導電膜を有する
支持基板と空孔上の活性層の間で合金などの強い接合を
形成し、脆弱な構造の空孔を利用して活性層と半導体基
板を分離してもよい。

【００５１】（実施形態６）実施形態６は、光センサー
を製造する例である。実施形態１の説明で用いた図１と
図２の断面図を使って説明する。単純マトリックス型の
光センサーの場合、表面電極と裏面電極でマトリックス
を構成し、活性層となる半導体層を絶縁分離する。この
ため、図２（ｅ）の導電膜５１はストライプ上になって
おり、図１（ｄ）のｎ⁺Ｓｉ層２４を露出させたところ
で、ｎ⁺型Ｓｉ層２４をストライプ状に分離する。この
分離に、フォトリソグラフィーや電子ビームリソグラフ
ィー、レーザスクライブの技術が使用できる。そして、
図１（ｅ）の工程で、グリッド電極２１の代わりに導電
膜５１と垂直な方向にストライプ状に走る表面電極を形
成する。それ以外の工程は、実施形態１と同様である。
この結果、マトリックス型の光センサーができる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体層
の分離方法によれば、金属と第２の半導体層（又は金属
と多孔質半導体層）の界面で強固な接合が得られる。こ
のため、歩留まりよく分離することができ、低コストで
光電変換装置などを提供することができる。

【００５３】また、本発明の光電変換装置によれば、簡
単な製造工程で、ヘテロ接合のため、高い光電変換効率
の装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１の太陽電池の製造工程を表す断面図
である。

【図２】実施形態１の太陽電池の製造工程を表す断面図
である。

【図３】実施形態１の太陽電池の斜視図である。

【図４】実施形態１の陽極化成装置の断面図である。

【図５】実施形態１の液相成長装置の上面から見た平面
図である。

【図６】実施形態１の液相成長装置の断面図である。

【図７】実施形態１の液相成長のシーケンスを表すタイ
ムチャートである。

【図８】実施形態２の太陽電池の製造工程を表す断面図
である。

【図９】実施形態２の太陽電池の製造工程を表す断面図
である。

【図１０】実施形態３の太陽電池の製造工程を表す断面
図である。

【図１１】実施形態３の太陽電池の製造工程を表す断面
図である。

【図１２】実施形態４の太陽電池の製造工程を表す断面
図である。

【図１３】実施形態４の太陽電池の製造工程を表す断面
図である。

【図１４】従来の太陽電池の製造工程を表す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ローディングチャンバー２水素アニール室３Ｓｉウェハ４ｐ^-Ｓｉ層の成長チャンバー５ｐ⁺Ｓｉ層の成長チャンバー６アンローディングチャンバー８，９搬送室１１，１２Ｓｉ原料供給室１３コア１４メルト１５ヒーター１６ルツボ１７ゲートバルブ１８カセット１９搬送系（垂直方向）２０搬送系（水平方向）２１グリッド電極２２フィンガー２３反射防止層２４ｎ⁺Ｓｉ層２５ｐ^-Ｓｉ層２６真空チャック２７透明導電膜２８Ｓｉウェハ２９多孔質Ｓｉ層３０アモルファスＳｉ層３１フッ酸系のエッチング液３２，３３金属電極３４Ｏリング３６溶かし込み基板カセット３７溶かし込み基板４０パッシベーション層４１ｐ⁺Ｓｉ層５１導電膜５２支持基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中川克己東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 5F051 AA02 AA04 AA05 CB02 CB19 CB29 DA03 GA02 GA04 GA06 GA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の半導体層上に分離層を介して第２
の半導体層が設けられ、前記第２の半導体層を前記第１
の半導体層から前記分離層により分離する方法におい
て、前記第２の半導体層上に金属を接触させ、前記金属と前
記第２の半導体層の界面で金属と半導体の合金あるいは
化合物を形成した後、前記第２の半導体層を前記第１の
半導体層から前記分離層により分離することを特徴とす
る半導体層の分離方法。
【請求項２】第１の半導体層上に分離層を介して第２
の半導体層が設けられ、前記第２の半導体層を前記第１
の半導体層から前記分離層により分離する方法におい
て、前記第２の半導体層上に金属を接触させ、前記金属の融
点以下の温度で、前記金属と前記第２の半導体層を接着
した後、前記第２の半導体層を前記第１の半導体層から
前記分離層により分離することを特徴とする半導体層の
分離方法。
【請求項３】前記第１の半導体層はＳｉウェハ中の非
多孔質Ｓｉ層であり、前記分離層は多孔質Ｓｉ層であ
り、前記第２の半導体層は前記多孔質Ｓｉ層上にエピタ
キシャル成長させた単結晶Ｓｉ層である請求項１または
請求項２に記載の半導体層の分離方法。
【請求項４】エピタキシャル成長し分離した前記単結
晶Ｓｉ層下に一方の電極を形成し、前記金属を他方の電
極として、太陽電池を形成する請求項３に記載の半導体
層の分離方法。
【請求項５】非多孔質半導体層上に多孔質半導体層が
設けられ、前記多孔質半導体層上に金属を接触させ、前
記金属と前記多孔質半導体層の界面で金属と半導体の合
金あるいは化合物を形成した後、前記多孔質半導体層の
少なくとも一部を前記非多孔質半導体層から分離するこ
とを特徴とする半導体層の分離方法。
【請求項６】非多孔質半導体層上に多孔質半導体層が
設けられ、前記多孔質半導体層上に金属を接触させ、前
記金属の融点以下の温度で、前記金属と前記多孔質半導
体層を接着した後、前記多孔質半導体層の少なくとも一
部を前記非多孔質半導体層から分離することを特徴とす
る半導体層の分離方法。
【請求項７】一方の電極となる金属基板上に多孔質単
結晶半導体層があり、前記多孔質単結晶半導体層上に前
記多孔質単結晶半導体層とは反対導電型の非単結晶半導
体層があり、前記非単結晶半導体層上に他方の電極があ
ることを特徴とする光電変換装置。
【請求項８】前記多孔質単結晶半導体層と前記一方の
電極の間に、非多孔質単結晶半導体層がある請求項７に
記載の光電変換装置。
【請求項９】一方の電極となる金属基板上にｐ型の非
多孔質単結晶半導体層があり、前記非多孔質単結晶半導
体層上にｎ型の多孔質単結晶半導体層があり、前記多孔
質単結晶半導体層の側に他方の電極があることを特徴と
する光電変換装置。