JP2013187388A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置を容易に製造し得る方法を提供する。
【解決手段】基板１０の一主面１０ｂの一部分の上に絶縁層２５を形成する絶縁層形成工程を行う。絶縁層２５の上を含め、基板１０の一主面１０ｂの上にｐ型半導体層２７ｐを形成する。基板１０の上に形成されたｐ型半導体層２７ｐをアルカリエッチング液によりエッチングすることにより、ｐ型半導体層２７ｐの絶縁層２５の上に位置する部分を除去するエッチング工程を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

従来、改善された光電変換効率を実現し得る太陽電池として、裏面接合型の太陽電池が知られている。例えば特許文献１には、半導体材料からなる基板と、基板の一主面上に設けられたｐ型半導体層及びｎ型半導体層とを有する裏面接合型の太陽電池が開示されている。

特開２０１１−４４７４９号公報

特許文献１に記載の太陽電池のように、半導体材料からなる基板の一主面上に設けられたｐ型半導体層を有する半導体装置を製造するためには、ｐ型半導体層のパターニング工程が必要となる。具体的には、例えば以下の工程を行う必要がある。ｐ型半導体層を形成する。ｐ型半導体層の上にマスクを形成する。そのマスクの上からｐ型半導体層のエッチングを行い、ｐ型半導体層をパターニングする。マスクを除去する。従って、このような半導体装置は、製造工程が煩雑であるという問題がある。

本発明は、半導体装置を容易に製造し得る方法を提供することを主な目的とする。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体材料からなる基板と、基板の一主面の一部分の上に配されたｐ型半導体層とを備える半導体装置の製造方法に関する。本発明に係る半導体装置の製造方法では、基板の一主面の一部分の上に絶縁層を形成する絶縁層形成工程を行う。絶縁層の上を含め、基板の一主面の上にｐ型半導体層を形成する。基板の上に形成されたｐ型半導体層をアルカリエッチング液によりエッチングすることにより、ｐ型半導体層の絶縁層の上に位置する部分を除去するエッチング工程を行う。

本発明によれば、半導体装置を容易に製造し得る方法を提供することができる。

本発明の一実施形態における太陽電池の略図的平面図である。 図１の線ＩＩ−ＩＩにおける略図的断面図である。 本発明の一実施形態における太陽電池の製造方法を説明するための略図的断面図である。 本発明の一実施形態における太陽電池の製造方法を説明するための略図的断面図である。 本発明の一実施形態における太陽電池の製造方法を説明するための略図的断面図である。 本発明の一実施形態における太陽電池の製造方法を説明するための略図的断面図である。 変形例における太陽電池の製造方法を説明するための略図的断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態などにおいて参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態などにおいて参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率などが異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率などは、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

（太陽電池１の構成）
まず、図１及び図２を参照して、本実施形態において製造される、半導体装置である太陽電池１の構成について説明する。

図２に示されるように、太陽電池１は、半導体材料からなる基板１０を有する。基板１０は、例えば、結晶シリコンなどにより構成することができる。本実施形態では、基板１０がｎ型結晶シリコンからなる例について説明する。

基板１０は、第１の主面１０ａと、第２の主面１０ｂとを有する。太陽電池１では、第１の主面１０ａが受光面を構成しており、第２の主面１０ｂが裏面を構成している。ここで、「受光面」とは、主として受光する主面である。太陽電池１は、受光面において受光した際にのみ発電するものであってもよいし、受光面において受光した際のみならず、裏面において受光した際にも発電する両面受光型の太陽電池であってもよい。

受光面を構成している第１の主面１０ａには、凹凸構造が設けられている。この凹凸構造は、テクスチャ構造であってもよい。ここで、「テクスチャ構造」とは、表面反射を抑制し、光電変換部の光吸収量を増大させるために形成されている凹凸構造のことをいう。テクスチャ構造の具体例としては、（１００）面を有する単結晶シリコン基板の表面に異方性エッチングを施すことによって得られるピラミッド状（四角錐状や、四角錐台状）の凹凸構造が挙げられる。

基板１０の主面（受光面）１０ａの上には、実質的に真性なｉ型半導体層１７ｉと、基板１０と同じ導電型を有するｎ型半導体層１７ｎと、保護膜としての機能を兼ね備えた反射抑制層１６とがこの順番で設けられている。ｉ型半導体層１７ｉは、例えば実質的に真性なｉ型アモルファスシリコンなどにより構成することができる。ｉ型半導体層１７ｉは、例えば、数Å〜２５０Å程度の、発電に実質的に寄与しない程度の厚みを有することが好ましい。ｎ型半導体層１７ｎは、例えば、ｎ型アモルファスシリコンなどにより構成することができる。反射抑制層１６は、例えば、窒化ケイ素などにより構成することができる。

基板１０の主面（裏面）１０ｂの上には、ｎ型半導体層１３ｎと、ｐ型半導体層１２ｐとが配されている。

ｎ型半導体層１３ｎは、主面１０ｂの一部分の上に配されている。ｎ型半導体層１３ｎは、例えば、ｎ型アモルファスシリコンなどにより構成することができる。ｎ型半導体層１３ｎと主面１０ｂとの間には、実質的に真性なｉ型半導体層１３ｉが配されている。ｉ型半導体層１３ｉは、例えば実質的に真性なｉ型アモルファスシリコンなどにより構成することができる。ｉ型半導体層１３ｉは、例えば、数Å〜２５０Å程度の、発電に実質的
に寄与しない程度の厚みを有することが好ましい。

ｐ型半導体層１２ｐは、主面１０ｂのｎ型半導体層１３ｎが配されていない部分の少なくとも一部の上に配されている。このｐ型半導体層１２ｐとｎ型半導体層１３ｎとにより主面１０ｂの実質的に全体が覆われている。ｐ型半導体層１２ｐは、例えば、ホウ素などのｐ型ドーパントを含むｐ型アモルファスシリコンなどにより構成することができる。ｐ型半導体層１２ｐと主面１０ｂとの間には、実質的に真性なｉ型半導体層１２ｉが配されている。ｉ型半導体層１２ｉは、例えば実質的に真性なｉ型アモルファスシリコンなどにより構成することができる。ｉ型半導体層１２ｉは、例えば、数Å〜２５０Å程度の、発電に実質的に寄与しない程度の厚みを有することが好ましい。

ｎ型半導体層１３ｎの上には、ｎ側電極１４ｎが配されている。一方、ｐ型半導体層１２ｐの上には、ｐ側電極１５ｐが配されている。ｎ側電極１４ｎとｐ側電極１５ｐとは、それぞれ、くし歯状に設けられている。

電極１４ｎ、１５ｐは、それぞれ、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｓｎなどの少なくとも一種の金属により構成することができる。電極１４ｎ、１５ｐは、単一の導電層により構成されていてもよいし、複数の導電層の積層体により構成されていてもよい。

（太陽電池１の製造方法）
次に、主として図３〜図６を参照しながら、太陽電池１の製造方法の一例について説明する。

図３に示されるように、基板１０の主面１０ｂの上に、ｉ型半導体層１３ｉを構成するためのｉ型半導体層２２ｉと、ｎ型半導体層１３ｎを構成するためのｎ型半導体層２２ｎとを、この順番で形成する。半導体層２２ｉ、２２ｎは、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やスパッタリング法などにより形成することができる。

次に、ｎ型半導体層２２ｎの上に、絶縁層２４を形成する。具体的には、ｎ型半導体層２２ｎの実質的に全体を覆うように、絶縁層２４を形成する。絶縁層２４は、例えば、窒化シリコン、酸化シリコン及び酸窒化シリコンの少なくともひとつ等の絶縁材料により形成することができる。また、絶縁層２４を、例えば有機絶縁材料により形成してもよい。絶縁層２４は、例えば、ＣＶＤ法やスパッタリング法などにより形成することができる。

次に、絶縁層２４の上に、半導体層１３ｉ、１３ｎを形成しようとする部分を覆うようにマスク２１を形成する。マスク２１は、例えばレジスト材料などにより形成することができる。

次に、マスク２１の上から、絶縁層２４をエッチングすることにより、絶縁層２４のマスク２１に覆われていない部分を除去する。これにより、図４に示される絶縁層２５を形成する。なお、絶縁層２４のエッチングは、例えば、フッ化水素（ＨＦ）、緩衝フッ化水素水（ＢＨＦ）及びリン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）等を用いて行うことができる。

次に、マスク２１の上から、半導体層２２ｉ、２２ｎをエッチングすることにより、半導体層２２ｉ、２２ｎのマスク２１に覆われていない部分を除去する。これにより、図４に示される半導体層１３ｉ、１３ｎを形成すると共に、基板１０の主面１０ｂの一部を露出させる。

半導体層２２ｉ、２２ｎのエッチングは、例えばフッ硝酸（ＨＦ−ＨＮＯ_３）やフッ硝酸・過酸化水素の混酸（ＨＦ−ＨＮＯ−Ｈ_２Ｏ_２）、フッ硝酸・酢酸の混酸（ＨＦ−ＨＮＯ−ＣＨ_３ＣＯＯＨ）の他、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）などの無機アルカリ類、又はＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウム）等の有機アルカリ類、アンモニア・フッ化水素の混合物（ＮＨ_３−ＨＦ）、フッ化水素・オゾンの混合物（ＨＦ−Ｏ_３）、リン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）などを用いて好適に行うことができる。

なお、絶縁層２４のエッチングと、半導体層２２ｉ、２２ｎのエッチングとを同一プロセスで行ってもよいし、別のプロセスで行ってもよい。

マスク２１は、半導体層２２ｉ、２２ｎ及び絶縁層２４のエッチング後、除去する。

次に、図５に示されるように、絶縁層２５の上を含め、基板１０の主面１０ｂの上に、ｉ型半導体層１２ｉを構成するためのｉ型半導体層２６ｉと、ｐ型半導体層１２ｐを構成するためのｐ型半導体層２７ｐとをこの順番で形成する。このため、半導体層２６ｉ，２７ｐには、基板１０の直上に設けられた部分と、絶縁層２５の直上に設けられた部分とが含まれる。

なお、半導体層２６ｉ，２７ｐは、例えば、ＣＶＤ法やスパッタリング法などにより形成することができる。

次に、半導体層２６ｉ，２７ｐを、アルカリエッチング液によりエッチングする。ここで、半導体層２７ｐのうち、絶縁層２５の上に設けられた部分と、絶縁層２５を介さずに基板１０の上に設けられた部分とでは、アルカリエッチング液によるエッチングレートが異なる。具体的には、半導体層２７ｐの絶縁層２５の上に設けられた部分のアルカリエッチング液によるエッチングレートが、半導体層２７ｐの絶縁層２５を介さずに基板１０の上に設けられた部分のアルカリエッチング液によるエッチングレートよりも高い。このため、半導体層２７ｐのうち、絶縁層２５の上に設けられた部分が、アルカリエッチング液によって選択的に除去される。また、半導体層２７ｐの絶縁層２５を介さずに基板１０の上に設けられた部分がマスクとして機能するため、半導体層２６ｉに関しても、絶縁層２５の上に設けられた部分が、アルカリエッチング液によって選択的に除去される。その結果、図６に示されるように、半導体層２６ｉ、２７ｐのうち、絶縁層２５を介さずに基板１０の上に設けられた部分が残存し、絶縁層２５上の半導体層２６ｉ、２７ｐが除去されて絶縁層２５が露出する。

なお、半導体層２６ｉ，２７ｐのエッチングに好ましく用いられるアルカリエッチング液の具体例としては、例えば水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液などのアルカリ金属水酸化物水溶液、及びＴＭＡＨ等の有機アルカリ水溶液などが挙げられる。

半導体層２７ｐの絶縁層２５の上に設けられた部分のアルカリエッチング液によるエッチングレートが、半導体層２７ｐの絶縁層２５を介さずに基板１０の上に設けられた部分のアルカリエッチング液によるエッチングレートよりも高い理由としては、定かではないが、以下の理由が考えられる。すなわち、導電型がｎ型である基板１０の上に、絶縁層を介さずに設けられたｐ型半導体層には、基板１０により電圧が付与される。この電圧により、ｐ型半導体層の基板１０上に絶縁層を介さずに設けられた部分のエッチングが抑制されるため、半導体層２７ｐの絶縁層２５の上に設けられた部分のアルカリエッチング液によるエッチングレートが、半導体層２７ｐの絶縁層２５を介さずに基板１０の上に設けられた部分のアルカリエッチング液によるエッチングレートよりも高くなるものと考えられる。

次に、絶縁層２５の少なくとも一部をエッチングにより除去することにより、ｎ型半導体層１３ｎの少なくとも一部を露出させる。この絶縁層２５のエッチングには、絶縁層２５をエッチングし、半導体層１２ｐをエッチングしないエッチング液を用いることが好ましい。このようなエッチング液の具体例としては、例えば、フッ化水素、緩衝フッ化水素水等が挙げられる。

次に、ｐ型半導体層１２ｐの上にｐ側電極１５ｐを形成すると共に、ｎ型半導体層１３ｎの上にｎ側電極１４ｎを形成することにより、太陽電池１を完成させることができる。電極１４ｎ、１５ｐは、例えば、めっき法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、導電性ペーストを塗布する方法などにより形成することができる。

なお、半導体層１７ｉ、１７ｎ及び反射抑制層１６の形成時期は、特に限定されない。例えば、半導体層１７ｉ、１７ｎを半導体層２２ｉ、２２ｎと同一プロセスで形成してもよい。その場合は、半導体層１７ｉ、１７ｎ、２２ｉ、２２ｎの形成前に、主面１０ａに凹凸構造を形成しておくことが好ましい。また、半導体層２６ｉ、２７ｐのエッチング工程において、アルカリエッチング液を主面１０ａにも接触させることにより、主面１０ａを異方性エッチングし、凹凸構造を形成してもよい。このようにすることにより、半導体層２６ｉ、２７ｐのエッチング工程と凹凸構造を形成する工程とを同一プロセスで行うことができる。従って、太陽電池１の製造工程を簡略化することができる。また、この場合は、半導体層２６ｉ、２７ｐのエッチング工程等により凹凸構造が変形することを抑制することができる。従って、高性能な太陽電池１を製造し得る。

以上説明したように、本実施形態では、アルカリエッチング液を用いたエッチング工程に先立って、ｐ型半導体層２７ｐの除去しようとする部分の下方に絶縁層２５を設けておくことにより、ｐ型半導体層２７ｐのパターニングを行う。このため、ｐ型半導体層２７ｐのパターニングに、マスクを要さない。従って、マスクの形成工程を省略することができる。その結果、太陽電池１を少ない製造工程で容易に製造することが可能となる。

（変形例）
上記実施形態では、基板１０の導電型がｎ型である例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。基板１０は、ｐ型半導体層２７ｐよりもｐ型ドーパントの濃度が低いｐ型の半導体材料からなる基板であってもよい。その場合であっても、アルカリエッチング液を用いたエッチング工程に先立って、ｐ型半導体層２７ｐの除去しようとする部分の下方に絶縁層２５を設けておくことにより、ｐ型半導体層２７ｐのパターニングを行うことができる。

上記実施形態では、主面１０ｂの上に、ｎ型半導体層１３ｎを設ける例について説明したが、図７に示されるように、基板１０の主面１０ｂ側の表層の一部分にｎ型ドーパント拡散領域３３ｎを設けてもよい。

半導体装置は、太陽電池以外の種類の半導体装置であってもよい。

半導体装置は、ｐ型半導体層を有し、ｎ型半導体層を有さない半導体装置であってもよい。

絶縁層を基板の直上に設けてもよい。

絶縁層の上に、ｉ型半導体層を設けず、絶縁層の直上にｐ型半導体層を設けてもよい。

（実験例１〜４）
表１に示す各条件で、ホウケイ酸ガラスからなるガラス板上にｐ型アモルファスシリコン層をＣＶＤ法により形成した。

次に、ｐ型アモルファスシリコン層を形成したガラス板を、濃度が１〜１０％、温度が８０℃〜９０℃であるＮａＯＨ水溶液中に浸漬し、ＮａＯＨ水溶液に対するｐ型アモルファスシリコン層の溶解性を評価した。結果を表２に示す。

（実験例５〜８）
表１に示す各条件で、ｎ型単結晶シリコン基板上にｐ型アモルファスシリコン層をＣＶＤ法により形成した。

次に、ｐ型アモルファスシリコン層を形成したｎ型単結晶シリコン基板を、濃度が１〜１０％、温度が８０℃〜９０℃であるＮａＯＨ水溶液中に１０分間浸漬し、ＮａＯＨ水溶液に対するｐ型アモルファスシリコン層の溶解性を評価した。結果を表２に示す。

なお、実験例１と実験例５とでは、ｐ型アモルファスシリコン層の形成条件が実質的に同じである。実験例２と実験例６とでは、ｐ型アモルファスシリコン層の形成条件が実質的に同じである。実験例３と実験例７とでは、ｐ型アモルファスシリコン層の形成条件が実質的に同じである。実験例４と実験例８とでは、ｐ型アモルファスシリコン層の形成条件が実質的に同じである。

表２に示す結果から、絶縁材であるガラス板の上に設けられたｐ型アモルファスシリコン層は、ｎ型単結晶シリコン基板の上に設けられたｐ型アモルファスシリコン層よりもアルカリエッチング液に溶解しやすいことが分かる。

窒化シリコン膜の上に設けられたｐ型アモルファスシリコン層のアルカリエッチング液
に対するエッチングレートが、ｎ型単結晶シリコン基板の上に直接、又はｉ型半導体膜を介して設けられたｐ型アモルファスシリコン層のアルカリエッチング液に対するエッチングレートよりも高いことも実験により確認した。

１…太陽電池
１０…半導体材料からなる基板
１０ａ、１０ｂ…主面
１２ｐ…ｐ型半導体層
１３ｎ…ｎ型半導体層
１４ｎ…ｎ側電極
１５ｐ…ｐ側電極
２２ｎ…ｎ型半導体層
２４，２５…絶縁層
２７ｐ…ｐ型半導体層
３３ｎ…ｎ型ドーパント拡散領域

Claims (7)

1. 半導体材料からなる基板と、前記基板の一主面の一部分の上に配されたｐ型半導体層とを備える半導体装置の製造方法であって、
   前記基板の一主面の一部分の上に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
   前記絶縁層の上を含め、前記基板の一主面の上にｐ型半導体層を形成する工程と、
   前記基板の上に形成された前記ｐ型半導体層をアルカリエッチング液によりエッチングすることにより、前記ｐ型半導体層の前記絶縁層の上に位置する部分を除去するエッチング工程と、
   を備える、半導体装置の製造方法。
2. 前記基板として、ｎ型の半導体材料からなる基板または前記ｐ型半導体層よりもｐ型ドーパントの濃度が低いｐ型の半導体材料からなる基板を用いる、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記絶縁層を窒化シリコン、酸化シリコン及び酸窒化シリコンの少なくとも一つにより形成する、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記半導体装置が太陽電池である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記エッチング工程における前記アルカリエッチング液によって前記基板の他主面を異方性エッチングすることにより前記基板の他主面に凹凸構造を形成する、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記基板の一主面の一部分にｎ型半導体層を形成する工程をさらに備え、
   前記絶縁層形成工程において、前記絶縁層を前記ｎ型半導体層の上に形成し、
   前記エッチング工程の後に、前記絶縁層の少なくとも一部を除去することにより、前記ｎ型半導体層を露出させる工程をさらに備える、請求項４または５に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記基板の一主面側の表層の一部分にｎ型ドーパント拡散領域を形成する工程をさらに備え、
   前記絶縁層形成工程において、前記絶縁層を前記ｎ型ドーパント拡散領域の上に形成し、
   前記エッチング工程の後に、前記絶縁層の少なくとも一部を除去することにより、前記ｎ型ドーパント拡散領域を露出させる工程をさらに備える、請求項４または５に記載の半導体装置の製造方法。

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