JP2020088081A - 光電変換装置、光電変換モジュール、電子機器及び光電変換装置の製造方法 - Google Patents

光電変換装置、光電変換モジュール、電子機器及び光電変換装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】隣合う光電変換領域の間の絶縁領域の幅を短くすることができる光電変換装置を提供する。【解決手段】光電変換装置２４はシリコンを含む半導体基板３８と、半導体基板３８に配置され光４１を受光して光電変換する第１光電変換領域２９及び第２光電変換領域３０と、第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０とに挟まれ、シリコン酸化物からなる第２絶縁膜５０を含む第１絶縁領域３７と、を備えている。【選択図】図４

Description

本発明は、光電変換装置、光電変換モジュール、電子機器及び光電変換装置の製造方法に関するものである。
腕時計等の携帯可能な電子機器に光電変換装置が広く活用されている。光電変換装置は受光した光のエネルギーを電気エネルギーに変換する装置であり、太陽光発電装置、ソーラーパネル、太陽電池モジュール等と呼ばれている。光電変換装置はシリコン基板上にダイオードが複数配置された構造をしている。
光電変換装置は基板にｎ＋層とｐ＋層とが配置されている。そして、基板に光が照射されるとき、光を受光して励起した自由電子がｎ＋層に移動する。さらに、光を受光して励起した自由正孔がｐ＋層に移動する。ｎ＋層に負電極を接続する。ｐ＋層に正電極を接続する。そして、電極間に電気的負荷を接続すると電気的負荷に電流が流れる。従って、光電変換装置は発電装置として機能する。
一対の正電極と負電極との間の電圧が出力したい電圧より低いときには正電極と負電極とを直列接続することにより電圧を高くできる。一対の正電極と負電極との間に流れる電流が出力したい電流より小さいときには正電極と負電極とを並列接続することにより電流を大きくできる。
複数の光電変換領域としての太陽電池セルを配列した光電変換装置としての太陽電池モジュールが特許文献１に開示されている。それによると、光電変換領域がマトリック状に配置されている。各光電変換領域は電気的に絶縁されている。そして、各光電変換領域は電極を直列または並列に接続することができる。光電変換領域を覆って封止材が配置されている。そして、封止材の表面には表面側保護部材が配置されている。隣り合う光電変換領域の間に照射された光は発電に寄与しない。そのため、隣り合う光電変換領域の間には照射する光を拡散する光拡散シートが配置されていた。そして、光拡散シートで拡散された光が封止材を通って光電変換領域に到達して発電に寄与していた。
特開２０１６−１６７５８８号公報
特許文献１のように光拡散シートを配置したとき、光拡散シートが光電変換領域の一部を覆うため、光電変換領域の面積が小さくなる。そこで、光電変換領域の面積を広くできる光電変換装置が求められていた。
本願の光電変換装置は、シリコンを含む半導体基板を備え、前記半導体基板は、前記半導体基板に配置され光を受光して光電変換する、第１光電変換領域及び第２光電変換領域と、前記第１光電変換領域と前記第２光電変換領域との間に設けられたシリコン酸化物を含む絶縁領域と、を有することを特徴とする。
上記の光電変換装置は、前記絶縁領域は、前記シリコン酸化物に囲まれたシリコン窒化物を有することが好ましい。
上記の光電変換装置では、前記シリコン酸化物の幅は１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。
上記の光電変換装置では、前記半導体基板が光を受光する第１面の反対側の第２面には、前記第１光電変換領域及び前記第２光電変換領域に配置された第１導電型の第１不純物領域と、前記第１不純物領域と異なる第２導電型の第２不純物領域と、前記第１光電変換領域に配置された前記第１不純物領域と前記第２光電変換領域に配置された前記第２不純物領域とを電気的に接続する配線と、を備え、前記配線は前記絶縁領域上を通って配置されることが好ましい。
本願の光電変換モジュールは、上記に記載の光電変換装置と、前記光電変換装置と電気的に接続されている配線基板と、を備えることを特徴とする。
本願の電子機器は、上記に記載の光電変換モジュールを備えることを特徴とする。
本願の光電変換装置の製造方法は、シリコンを含む半導体基板において光を受光する第１面と反対側の第２面に所定の間隔で配列する凹部を形成し、前記凹部のシリコンを熱酸化して円環が連なる形状にシリコン酸化物を含む絶縁領域を形成し、前記絶縁領域を挟む第１光電変換領域及び第２光電変換領域にそれぞれ第１導電型の第１不純物領域と、前記第１不純物領域と異なる第２導電型の第２不純物領域とを形成し、前記第１光電変換領域に配置された前記第１不純物領域と前記第２光電変換領域に配置された前記第２不純物領域とを電気的に接続する配線を、前記絶縁領域上を通って配置し、前記半導体基板の前記第１面を削って前記シリコン酸化物を露出させることを特徴とする。
第１の実施形態にかかわる腕時計の構成を示す模式平面図。 腕時計の内部構造を示す模式側断面図。 光電変換モジュールの構成を示す模式平面図。 光電変換装置の構成を示す模式側断面図。 正電極及び負電極の構造を示す要部模式平面図。 絶縁領域を説明するための模式平面図。 絶縁領域を説明するための模式側断面図。 接続配線を説明するための要部模式平面図。 配線基板を説明するための要部模式平面図。 配線基板を説明するための要部模式側断面図。 光電変換モジュールの製造方法のフローチャート。 光電変換モジュールの製造方法を説明するための模式図。 光電変換モジュールの製造方法を説明するための模式図。 光電変換モジュールの製造方法を説明するための模式図。 光電変換モジュールの製造方法を説明するための模式図。 光電変換モジュールの製造方法を説明するための模式図。 光電変換モジュールの製造方法を説明するための模式図。 光電変換モジュールの製造方法を説明するための模式図。 光電変換モジュールの製造方法を説明するための模式図。 光電変換モジュールの製造方法を説明するための模式図。 光電変換モジュールの製造方法を説明するための模式図。 光電変換モジュールの製造方法を説明するための模式図。 光電変換モジュールの製造方法を説明するための模式図。 光電変換モジュールの製造方法を説明するための模式図。 光電変換モジュールの製造方法を説明するための模式図。 光電変換モジュールの製造方法を説明するための模式図。 第２の実施形態にかかわる絶縁領域を説明するための模式平面図。 絶縁領域を説明するための模式側断面。 絶縁領域を説明するための模式側断面。 第３の実施形態にかかわる絶縁領域を説明するための模式平面図。 絶縁領域を説明するための模式側断面。 絶縁領域を説明するための模式側断面。
以下、実施形態について図面に従って説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。
（第１の実施形態）
本実施形態では、腕時計と、この腕時計に搭載された光電変換装置との特徴的な例について、図に従って説明する。第１の実施形態にかかわる腕時計及び光電変換装置について図１〜図１０に従って説明する。図１は、腕時計の構成を示す模式平面図である。図１に示すように、電子機器としての腕時計１はケース２を備えている。ケース２の図中上側と下側にはバンド３が配置されている。ケース２及びバンド３が輪を形成している。輪に腕を通して設置し輪の大きさを調整することにより腕時計１が腕に固定される。
図中中央ではケース２内に円板状の文字盤４が配置されている。文字盤４には同心円状に第１目盛４ａが配置されている。文字盤４の中心には時刻を示す時針５、分針６が配置されている。腕時計１はストップウオッチ機能を備え、文字盤の中心には計時用秒針７が配置されている。
文字盤４の図中左上側には時刻表示用秒針８が配置されている。時刻表示用秒針８の周りには時刻表示用秒針８用の目盛である第２目盛４ｂが同心円状に配置されている。時刻表示用秒針８は現在時刻の秒を示す。
文字盤４の図中右上側には第１表示用針９が配置されている。第１表示用針９の周りには第１表示用針９用の目盛である第３目盛４ｃが同心円状に配置されている。腕時計１は内部に方位センサーを備えている。そして、第１表示用針９は北の方向を示すときに用いられる。
ケース２の図中右側には竜頭１１が配置されている。時針５及び分針６が示す時刻を調整するときに竜頭１１が用いられる。操作者は竜頭１１を引き出して回転することにより時針５及び分針６を回転させることができる。
ケース２の図中右上側、右下側、左上側及び左下側には操作ボタン１２が配置されている。操作者は操作ボタン１２を操作することにより腕時計１に各種の機能を行わせることができる。例えば、ストップウオッチ機能を行わせるとき、操作者は操作ボタン１２を操作してスタート、ストップ、リセット等を腕時計１に行わせる。他にも、操作者は操作ボタン１２を操作して第１表示用針９に北の方向を示させる。
ケース２及びバンド３はステンレスやチタン等の剛性のある材料で構成されている。竜頭１１、操作ボタン１２、第１目盛４ａ、第２目盛４ｂ及び第３目盛４ｃは銅合金や鉄合金等の剛性があり加工しやすい材料で構成されている。文字盤４は樹脂やセラミックス等の光透過性の材質で構成されている。
図２は腕時計の内部構造を示す模式側断面図である。図２に示すように、腕時計１の図中上側には風防板１３がケース２に配置されている。風防板１３はケース２に固定されている。風防板１３はガラス等の光透過性のある材料で構成されている。風防板１３の図中下側には文字盤４が配置されている。そして、文字盤４と風防板１３との間に時針５、分針６、計時用秒針７、時刻表示用秒針８及び第１表示用針９が配置されている。操作者は風防板１３を通して、時針５、分針６、計時用秒針７、時刻表示用秒針８、第１表示用針９及び文字盤４を見ることができる。
文字盤４の図中下側には光電変換モジュール１４が配置されている。光電変換モジュール１４は室内光や太陽光を受光して発電する。文字盤４は光を透過するので、文字盤４を照射する光は文字盤４を透過して光電変換モジュール１４を照射する。
光電変換モジュール１４の図中下側には回路基板１５が配置されている。回路基板１５の図中上側の面には、方位センサー１７、ＣＰＵ１８（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）の他メモリー等の各種の電気素子が配置されている。
方位センサー１７は地磁気を検出するセンサーである。操作者が居る場所に応じて腕時計１が受ける地磁気が変わる。方位センサー１７は腕時計１が受ける地磁気の向きを検出する。そして、ＣＰＵ１８は腕時計１が受ける地磁気から北の方向を推定して第１表示用針９に北の向きを示させる。
回路基板１５の図中下側の面にはＧＰＳアンテナ２１（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）が配置されている。ＧＰＳアンテナ２１は位置情報衛星からの電波を受信する。そして、ＣＰＵ１８は測位信号に含まれる時刻を取得して、時針５、分針６及び計時用秒針７が示す時刻表示を修正する。
回路基板１５の図中下側にはムーブメント２２及び２次電池２３が配置されている。ムーブメント２２には複数のモーター及び輪列が配置されている。そして、ＣＰＵ１８がムーブメント２２を制御する。図中中央ではムーブメント２２の一部が図中上側に突出して文字盤４を貫通している。そして、突出した部分のムーブメント２２に時針５、分針６、計時用秒針７、時刻表示用秒針８及び第１表示用針９が配置されている。そして、ＣＰＵ１８はムーブメント２２に時針５、分針６、計時用秒針７、時刻表示用秒針８及び第１表示用針９を回転させて各針が目盛を示す位置を制御する。
２次電池２３は光電変換モジュール１４が発電する電力によって充電される。そして、２次電池２３に充電された電気エネルギーは、方位センサー１７、回路基板１５及びムーブメント２２のモーター等に利用される。現在時刻を表示する機能のみを備える時計に比べて腕時計１は方位センサー１７及びＧＰＳアンテナ２１を備えているので、消費電力の大きな時計になっている。このため、光電変換モジュール１４は効率良く発電する機能が求められている。光電変換モジュールとは、たとえば、太陽電池モジュールを指す。
図３は光電変換モジュールの構成を示す模式平面図であり、光電変換モジュール１４を文字盤４側から見た図である。図３に示すように、光電変換モジュール１４は光電変換装置２４及び配線基板２５を備えている。従って、腕時計１は光電変換装置２４を備えている。そして、配線基板２５は光電変換装置２４の一部と重なるように設けられている。そして、光電変換装置２４と配線基板２５とは電気的に接続されている。配線基板２５の形状は略長方形をしており、図中左右方向に長い形状になっている。配線基板２５は２次電池２３と接続されている。詳しくは、配線基板２５には第１基板配線２６及び第２基板配線２７が設置され、第１基板配線２６及び第２基板配線２７は光電変換装置２４と２次電池２３とに電気的に接続され、光電変換装置２４で発電した電気エネルギーを２次電池２３に充電する。光電変換装置とは、たとえば、太陽電池である。
光電変換装置２４は円形になっている。１つの光電変換装置２４は８個の光電変換領域２８を備えている。光電変換領域２８は円板の面積を略８等分した形状になっている。図中右下の光電変換領域２８が第１光電変換領域２９である。光電変換装置２４には第１光電変換領域２９から図中時計回りに、第２光電変換領域３０、第３光電変換領域３１、第４光電変換領域３２、第５光電変換領域３３、第６光電変換領域３４、第７光電変換領域３５、第８光電変換領域３６が配置されている。第１光電変換領域２９及び第２光電変換領域３０を含む８つの光電変換領域２８はそれぞれ光を受光して光電変換する。光電変換領域はそれぞれ、いわゆる太陽電池セルに相当する。
そして、第１光電変換領域２９〜第８光電変換領域３６の光電変換領域２８により円形の光電変換装置２４が構成されている。つまり、第１光電変換領域２９〜第８光電変換領域３６はそれぞれ円板を８等分した形状になっている。第１光電変換領域２９〜第８光電変換領域３６は同じ構造になっている。光電変換領域２８の形状はこの形状に限らない。１つの円形を２〜３分割した形状でもよく、５分割以上に分割した形状でも良い。また、光電変換領域２８の形状は扇形に限らず、多角形や、楕円形の他、曲線や直線で構成された形状にしても良い。第５光電変換領域３３と第６光電変換領域３４との間には時刻表示用秒針８を配置するための穴２４ａが配置されている。第７光電変換領域３５と第８光電変換領域３６との間には第１表示用針９を配置するための穴２４ｂが配置されている。光電変換装置２４の図中中央には時針５、分針６及び計時用秒針７を配置するための穴２４ｃが配置されている。
隣合う光電変換領域２８の間には絶縁領域としての第１絶縁領域３７が配置されている。第１絶縁領域３７は穴２４ａ、穴２４ｂ及び穴２４ｃの周囲にも配置されている。第１絶縁領域３７はさらに光電変換装置２４の外周２４ｄに沿って配置されている。このように、第１絶縁領域３７は各光電変換領域２８を囲んで配置されている。そして、第１絶縁領域３７の一部は第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０との間に設けられている。
図４は光電変換装置の構成を示す模式側断面図である。図４に示すように、光電変換装置２４は半導体基板３８を備えている。半導体基板３８はシリコンを含む基板である。半導体基板３８はアモルファスシリコンでも良く単結晶シリコンでも良く、アモルファスシリコンと単結晶シリコンとを含んでも良い。本実施形態では、例えば、光電変換装置２４では半導体基板３８は単結晶シリコンにより構成されている。
半導体基板３８において配線基板２５が配置される側の面を第２面３８ａとする。半導体基板３８において第２面３８ａと反対側の面を第１面３８ｂとする。第１面３８ｂは光４１が照射される面である。
半導体基板３８の第１面３８ｂには、凹凸形状のテクスチャー４２が形成されても良い。テクスチャー４２は、例えば、多数の略ピラミッド状突起で構成される。このようなテクスチャー４２を設けて光の多重反射により、第１面３８ｂにおける外部光の反射損失を抑制し、半導体基板３８内に侵入する光量の増大を図ることができる。半導体基板３８が例えば（１００）面を主面とする基板である場合、（１１１）面を傾斜面とするピラミッド状突起がテクスチャー４２として好適に用いられる。
また、半導体基板３８ではテクスチャー４２が形成された面に反射防止膜４３が形成されている。この反射防止膜４３は光の反射を防止する機能と保護膜の機能とを有している。反射防止膜４３の構成材料としては、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウム等が挙げられる。酸化ケイ素はシリコン酸化物とも言われる。窒化ケイ素はシリコン窒化物とも言われる。本実施形態では、例えば、反射防止膜４３の構成材料にシリコン酸化物が用いられている。
半導体基板３８には第１光電変換領域２９及び第２光電変換領域３０が配置されている。さらに、半導体基板３８には第３光電変換領域３１〜第８光電変換領域３６が配置されている。
半導体基板３８の第２面３８ａには第１絶縁膜４４が配置されている。第１絶縁膜４４は二酸化シリコン膜でも良く、シリコン窒化膜でも良いが、本実施形態では例えば、二酸化シリコン膜になっている。
第１光電変換領域２９〜第８光電変換領域３６の各第１絶縁領域３７では第２面３８ａに第１絶縁膜４４に重ねて配線としての正電極４５と配線としての負電極４６とが並べて配置されている。正電極４５と対向する場所の第１絶縁膜４４には所定の箇所に第１穴４４ａが配置されている。そして、第１穴４４ａでは正電極４５が半導体基板３８と接触している。第１穴４４ａが配置された場所では第２面３８ａ側の半導体基板３８に第２導電型の第２不純物領域としてのｐ＋不純物領域４７が形成されている。ｐ＋不純物領域４７は半導体基板３８にボロン等の第ＩＩＩ族の元素が注入されてｐ＋型の半導体になっている領域である。第２導電型はｐ＋型になっている。
負電極４６と対向する場所の第１絶縁膜４４には所定の箇所に第２穴４４ｂが配置されている。そして、第２穴４４ｂでは負電極４６が半導体基板３８と接触している。第２穴４４ｂが配置された場所では第２面３８ａ側の半導体基板３８に第１導電型の第１不純物領域としてのｎ＋不純物領域４８が形成されている。ｎ＋不純物領域４８は半導体基板３８にりんやひ素等のＶ族の元素が注入されてｎ＋型の半導体になっている領域である。第１導電型はｎ＋型になっている。
半導体基板３８には正電極４５と対向する場所にｐ＋不純物領域４７が配置されている。ｐ＋不純物領域４７は正電極４５に沿って並べて配置されている。同様に、半導体基板３８には負電極４６と対向する場所にｎ＋不純物領域４８が配置されている。ｎ＋不純物領域４８は負電極４６に沿って並べて配置されている。そして、ｐ＋不純物領域４７とｎ＋不純物領域４８とは間隔をあけて配置され、ダイオードを形成している。
このように、半導体基板３８が光４１を受光する第１面３８ｂの反対側の第２面３８ａには、第１光電変換領域２９及び第２光電変換領域３０にｐ＋不純物領域４７と、ｐ＋不純物領域４７と異なるｎ＋不純物領域４８とが配置されている。そして、半導体基板３８の第２面３８ａには正電極４５及び負電極４６が配置されている。正電極４５はｐ＋不純物領域４７と電気的に接続する。負電極４６はｎ＋不純物領域４８と電気的に接続する。この負電極４６は正電極４５と極性の異なる電極である。
第１絶縁領域３７には第３穴４９が連なって配置されている。第３穴４９の軸方向は半導体基板３８の厚み方向になっている。第３穴４９の側面には円環及びシリコン酸化物としての第２絶縁膜５０が配置されている。そして、第２絶縁膜５０の材質はシリコン酸化物を含んでいる。従って、第１絶縁領域３７はシリコン酸化物を含んでいる。そして、第１絶縁領域３７において半導体基板３８の厚み方向から見たときのシリコン酸化物の形状は円環が連なる形状である。ここで、半導体基板３８の厚み方向とは、第２面３８ａ及び第１面３８ｂの垂線方向を指し、半導体基板３８の厚み方向から見るとは、第２面３８ａまたは第１面３８ｂを平面視する方向をから見ることを指す。
第２絶縁膜５０の内側にはシリコン窒化物としての第１補強部５１が配置されている。第１補強部５１により第１絶縁領域３７が補強される。そして、第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０とが第１絶縁領域３７で折れ曲がることを第１補強部５１が抑制する。第１補強部５１の材質は加工性が良く強度が得られれば良く特に限定されない。第１補強部５１の材質には例えばシリコン酸化物やシリコン窒化物等のシリコン化合物が用いられている。第２絶縁膜５０の中央にはシリコン化合物が配置されている。本実施形態では、例えば、第１補強部５１の材質にシリコン窒化物が用いられている。従って、第１絶縁領域３７は、シリコン酸化物に囲まれたシリコン窒化物を有する。
第２面３８ａにおける第１絶縁領域３７には配線としての接続配線５２が配置されている。接続配線５２は隣り合う光電変換領域２８の正電極４５と負電極４６とを接続する配線である。例えば、第１光電変換領域２９に位置する負電極４６と第２光電変換領域３０に位置する正電極４５とを接続配線５２が電気的に接続する。他にも、第２光電変換領域３０に位置する負電極４６と第３光電変換領域３１に位置する正電極４５とを接続配線５２が電気的に接続する。
他にも、第３光電変換領域３１に位置する負電極４６と第４光電変換領域３２に位置する正電極４５とを接続配線５２が電気的に接続する。他にも、第５光電変換領域３３に位置する負電極４６と第６光電変換領域３４に位置する正電極４５とを接続配線５２が電気的に接続する。他にも、第６光電変換領域３４に位置する負電極４６と第７光電変換領域３５に位置する正電極４５とを接続配線５２が電気的に接続する。他にも、第７光電変換領域３５に位置する負電極４６と第８光電変換領域３６に位置する正電極４５とを接続配線５２が電気的に接続する。他にも、第８光電変換領域３６に位置する負電極４６と第１光電変換領域２９に位置する正電極４５とを接続配線５２が電気的に接続する。
このように、第１光電変換領域２９に配置されたｎ＋不純物領域４８と第２光電変換領域３０に配置されたｐ＋不純物領域４７とが正電極４５、負電極４６及び接続配線５２により電気的に接続されている。そして、接続配線５２は第１絶縁領域３７上を通って配置されている。
正電極４５及び負電極４６の図中下側には正電極４５及び負電極４６を覆って第３絶縁膜５３が配置されている。第３絶縁膜５３の材質には二酸化シリコン膜やシリコン窒化膜を用いることができる。本実施形態では、例えば、第３絶縁膜５３の材質にシリコン窒化膜を用いている。正電極４５及び負電極４６の材質にはアルミニウム、チタン、銅等の金属や合金が用いることができる。本実施形態では、例えば、正電極４５及び負電極４６の材質にアルミニウム合金を用いている。
半導体基板３８に光４１が照射されるとき、半導体基板３８内では光を吸収して電子が励起して自由正孔５４と自由電子５５とが生成される。自由正孔は原子から離れて移動可能になった正孔であり、自由電子は原子から離れて移動可能になった電子である。そして、自由正孔と自由電子とが半導体基板内を拡散する。ｐ＋不純物領域４７とｎ型の半導体基板３８の間に空乏層が形成される。
空乏層には内蔵電界が形成される。正孔、電子が空乏層に到達すると、電界に沿って正孔、電子が移動する。正電極４５に接近する正孔は正電極４５に向かって流れ、正電極４５は正側の電極になる。負電極４６に接近する電子は負電極４６に向かって流れ、負電極４６は負側の電極になる。
図５は、正電極及び負電極の構造を示す要部模式平面図であり、第１光電変換領域２９及び第２光電変換領域３０を第１面３８ｂ側から見た図である。図５に示すように、光電変換装置２４は円の中心を通る線で円を八等分にした形状に近い形状になっている。
光電変換装置２４及び半導体基板３８は円形である。半導体基板３８の第１面３８ｂの面上において円形の中心を通る線が延在する方向を径方向５６とする。径方向５６と直交する方向を周方向５７とする。
第１絶縁領域３７に囲まれた第１光電変換領域２９には正電極４５及び負電極４６が配置されている。正電極４５は正フィンガー電極４５ａ及び正バス電極４５ｂを備えている。正フィンガー電極４５ａは周方向５７に長い円弧状の電極であり、径方向５６に並んで複数配置されている。正バス電極４５ｂは複数の正フィンガー電極４５ａと電気的に接続している。正バス電極４５ｂは径方向５６に延在する１本の電極である。
同様に、負電極４６は負フィンガー電極４６ａ及び負バス電極４６ｂを備えている。負フィンガー電極４６ａは周方向５７に長い円弧状の電極であり、径方向５６に並んで複数配置されている。負バス電極４６ｂは複数の負フィンガー電極４６ａと電気的に接続している。負バス電極４６ｂは径方向５６に延在する１本の電極である。
正フィンガー電極４５ａ及び負フィンガー電極４６ａは径方向５６に交互に配置されている。そして、正フィンガー電極４５ａと対向する場所の半導体基板３８にはｐ＋不純物領域４７が所定の間隔で形成されている。負フィンガー電極４６ａと対向する場所の半導体基板３８にはｎ＋不純物領域４８が所定の間隔で形成されている。正フィンガー電極４５ａ及び負フィンガー電極４６ａの本数は特に限定されない。図を見やすくするために図中では正フィンガー電極４５ａが８本であり、負フィンガー電極４６ａが９本になっている。
そして、第１光電変換領域２９の負電極４６と第２光電変換領域３０の正電極４５とが接続配線５２により電気的に接続されている。接続配線５２は第１絶縁領域３７上を通って配置されている。半導体基板３８の各第１光電変換領域２９〜第８光電変換領域３６は第１絶縁領域３７により絶縁されている。従って、第１光電変換領域２９〜第８光電変換領域３６はそれぞれ個別に発電する。
そして、接続配線５２は第１光電変換領域２９の負電極４６と第２光電変換領域３０の正電極４５とを電気的に接続するので、第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０とが直列接続されている。同様に、第５光電変換領域３３、第６光電変換領域３４、第７光電変換領域３５、第８光電変換領域３６、第１光電変換領域２９、第２光電変換領域３０、第３光電変換領域３１及び第４光電変換領域３２がこの順に電気的に直列接続されている。
図６は絶縁領域を説明するための模式平面図であり、第１面３８ｂ側から光電変換装置２４を見た図である。図７は絶縁領域を説明するための模式側断面図であり、図６のＡＡ線に沿う面から光電変換装置２４を見た図である。図６及び図７に示すように、半導体基板３８の厚み方向から見たとき第２絶縁膜５０の形状は円環が連なる形状になっている。円環状の部分は半導体基板３８の厚み方向に長いので、円筒状になっている。第２絶縁膜５０は第２面３８ａと第１面３８ｂとの間に配置される。従って、第２絶縁膜５０が連なるとき隣り合う光電変換領域２８を電気的に絶縁することができる。
第２絶縁膜５０の円環状の各部分の中側に第１補強部５１が配置されている。第１補強部５１は円柱状になっており、第１面３８ｂ側では第１補強部５１の中央がへこんでいる。半導体基板３８の厚み方向から見たときの第１補強部５１の直径を補強部径５１ａとする。補強部径５１ａは６μｍ以上１６μｍ以下が好ましい。直径は６μｍより小さいとき、第２絶縁膜５０の内側に第１補強部５１の材料を配置することが難しくなる。また、直径が１６μｍより大きいとき、第１絶縁領域３７の幅が広くなるので、光電変換装置２４において光電変換領域２８が占める面積の比率が小さくなるので、発電効率が小さくなる。
第２絶縁膜５０の円環状のシリコン酸化物の幅を第２絶縁膜幅５０ａとする。第２絶縁膜幅５０ａは１μｍ以上５μｍ以下が好ましい。この円環の幅は形成された多数の円環の平均値を示す。円環の部分はシリコンを含む半導体基板３８に形成された穴を熱酸化して形成される。円環が連なるとき隣り合う第１補強部５１の間の距離は第２絶縁膜幅５０ａの２倍の２μｍ以上である。円環の幅は熱酸化により約２倍になるので、熱酸化する前の工程では穴の側面間の距離が１μｍ以上に形成される。穴の側面間の距離が１μｍ未満になると穴の加工時のばらつきにより隣り合う穴がつながって円環を形成できない可能性が生ずる。穴の側面間の距離を１μｍ以上にすることにより連なる円環を品質良く形成することができる。従って、第２絶縁膜幅５０ａは１μｍ以上が好ましい。また、第２絶縁膜幅５０ａが５μｍを超えるときシリコンを酸化する時間が長時間になる。第２絶縁膜幅５０ａを５μｍ以下にすることにより第２絶縁膜５０を生産性良く形成できる。
図８は接続配線を説明するための要部模式平面図である。図８において、図中右側には第１光電変換領域２９が配置されており、図中左側には第２光電変換領域３０が配置されている。そして、第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０との間には第１絶縁領域３７が配置されている。
第１光電変換領域２９の負電極４６と第２光電変換領域３０の正電極４５とを接続配線５２が電気的に接続している。負電極４６、正電極４５及び接続配線５２は同じ材質であり一体に形成されている。そして、接続配線５２は第１絶縁領域３７上を通って配置されている。従って、第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０とは接続配線５２だけが電気的に接続している。
図９は配線基板を説明するための要部模式平面図である。図９において、図中右側には第４光電変換領域３２が配置されており、図中左側には第５光電変換領域３３が配置されている。そして、第４光電変換領域３２と第５光電変換領域３３との間には第１絶縁領域３７が配置されている。
光電変換装置２４の外周側には第４光電変換領域３２と第５光電変換領域３３との間に配線基板２５が配置されている。配線基板２５には第１基板配線２６及び第２基板配線２７が配置されている。そして、第１基板配線２６は第５光電変換領域３３の正電極４５と電気的に接続されている。第２基板配線２７は第４光電変換領域３２の負電極４６と電気的に接続されている。
第５光電変換領域３３、第６光電変換領域３４、第７光電変換領域３５、第８光電変換領域３６、第１光電変換領域２９、第２光電変換領域３０、第３光電変換領域３１及び第４光電変換領域３２がこの順に電気的に直列接続されている。従って、第１基板配線２６及び第２基板配線２７は直列接続された光電変換領域２８の両端の電極と電気的に接続されている。
図１０は配線基板を説明するための要部模式側断面図である。図１０に示すように光電変換モジュール１４は光電変換装置２４及び配線基板２５を備えている。配線基板２５は絶縁基板５８を備えている。絶縁基板５８上には第１基板配線２６及び第２基板配線２７が配置されている。
第１基板配線２６、第２基板配線２７及び絶縁基板５８に重ねて第５絶縁膜６１が配置されている。第５絶縁膜６１は第１基板配線２６と対向する場所の一部に第９穴６１ａが形成されている。第９穴６１ａでは第１基板配線２６が露出する。第５絶縁膜６１は第２基板配線２７と対向する場所の一部に第１０穴６１ｂが形成されている。第１０穴６１ｂでは第２基板配線２７が露出する。
光電変換装置２４の第３絶縁膜５３は第４光電変換領域３２の負電極４６と対向する場所の一部に第１１穴５３ｃが形成されている。第１１穴５３ｃでは負電極４６が露出する。光電変換装置２４の第３絶縁膜５３は第５光電変換領域３３の正電極４５と対向する場所の一部に第１２穴５３ｄが形成されている。第１２穴５３ｄでは正電極４５が露出する。
半導体基板３８の厚み方向から見たとき、第１１穴５３ｃと第１０穴６１ｂとが対向して配置されている。そして、第１１穴５３ｃ及び第１０穴６１ｂが配置された場所では第２基板配線２７と負電極４６との間に負極導電接続部６２が配置されている。負極導電接続部６２は第２基板配線２７と負電極４６とを電気的に接続する。第１２穴５３ｄ及び第９穴６１ａが配置された場所では第１基板配線２６と正電極４５との間に正極導電接続部６３が配置されている。正極導電接続部６３は第１基板配線２６と正電極４５とを電気的に接続する。配線基板２５と光電変換装置２４とは接着剤６４により接着固定されている。尚、接着剤６４を用いずとも配線基板２５と光電変換装置２４とを接合できるときには接着剤６４を用いなくても良い。
絶縁基板５８にはポリイミド基板、ポリエチレンテレフタレート基板等の各種樹脂基板が用いられる。本実施形態では、例えば、絶縁基板５８にポリイミド基板が用いられている。第１基板配線２６及び第２基板配線２７には銅または銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銀または銀合金等が用いられる。本実施形態では、例えば、第１基板配線２６及び第２基板配線２７には銅が用いられている。
負極導電接続部６２及び正極導電接続部６３には導電ペースト、導電シート、導電性接着剤、金属材料、はんだ、ろう材等が用いられる。本実施形態では、例えば、負極導電接続部６２及び正極導電接続部６３に導電ペーストが用いられている。
第５絶縁膜６１の材料にはポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等の各種樹脂材料が用いられている。本実施形態では、例えば、第５絶縁膜６１の材料にポリイミド樹脂が用いられている。
接着剤６４の材料にはエポキシ系接着剤、シリコーン系接着剤、オレフィン系接着剤、アクリル系接着剤等が用いられる。本実施形態では、例えば、接着剤６４の材料にエポキシ系接着剤が用いられている。
次に上述した光電変換モジュール１４の製造方法について図１１〜図２６にて説明する。図１１は、光電変換モジュールの製造方法のフローチャートであり、図１２〜図２６は光電変換モジュールの製造方法を説明するための模式図である。図１１のフローチャートにおいて、ステップＳ１は保護膜形成工程に相当し、シリコンウエハー上に保護膜を形成する工程である。次にステップＳ２に移行する。ステップＳ２は凹部形成工程である。この工程は、第３穴４９の基になる凹部を形成する工程である。次にステップＳ３に移行する。ステップＳ３は絶縁領域形成工程である。この工程は、凹部に第２絶縁膜５０及び第１補強部５１を形成する工程である。
次にステップＳ４に移行する。ステップＳ４はダイオード形成工程である。この工程は、半導体基板３８にダイオードを形成する工程である。次にステップＳ５に移行する。ステップＳ５は配線形成工程である。この工程は、半導体基板３８に正電極４５及び負電極４６を形成する工程である。次にステップＳ６に移行する。ステップＳ６はテクスチャー形成工程である。この工程は、半導体基板３８の第１面３８ｂにテクスチャー４２を形成する工程である。次にステップＳ７に移行する。ステップＳ７は基板分割工程である。この工程は、シリコンウエハーを分割して光電変換装置２４の形状にする工程である。次にステップＳ８に移行する。ステップＳ８は基板実装工程である。この工程は、配線基板２５に光電変換装置２４を実装する工程である。以上の工程により光電変換モジュール１４が完成する。
次に、図１２〜図２６を用いて、図１１に示したステップと対応させて、製造方法を詳細に説明する。図１２〜図１３はステップＳ１の保護膜形成工程に対応する図である。図１２に示すように、半導体基板としてのシリコンウエハー６５を用意する。シリコンウエハー６５は予め所定の厚みに研削され、表面を研磨されている。さらに、表面がエッチングされており、格子欠陥が低減されている。シリコンウエハー６５は光電変換装置２４が複数形成されるマザー基板である。
シリコンウエハー６５は円板状であり対向する２つの平面を有する。２つの平面の一方を第２面６５ａとし、他方の平面を第１面６５ｂとする。第１面６５ｂに第１保護膜６６を成膜する。第１保護膜６６はシリコン窒化膜である。第１保護膜６６はＰＥＣＶＤ（ｐｌａｓｍａ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて成膜される。
シリコンウエハー６５の第２面６５ａ側に酸化シリコン膜６７及び窒化シリコン膜６８を重ねて成膜する。酸化シリコン膜６７及び窒化シリコン膜６８にて第２保護膜６９が構成される。第２保護膜６９は第３穴４９の基になる凹部を形成するときのマスクとして機能する膜である。酸化シリコン膜６７及び窒化シリコン膜６８は蒸着法、スパッタ法またはＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて成膜される。酸化シリコン膜６７及び窒化シリコン膜６８の厚みは特に限定されない。本実施形態では、例えば、酸化シリコン膜６７の膜厚は１００ｎｍ〜２００ｎｍである。窒化シリコン膜６８の膜厚は１００ｎｍ〜２００ｎｍである。
酸化シリコン膜６７及び窒化シリコン膜６８に重ねて図示しないレジスト膜が成膜される。スピンコート法やスプレーコート法等を用いて感光性の樹脂を溶解した樹脂溶液が塗布される。次に、樹脂溶液を乾燥させることにより溶媒を除去して樹脂膜を形成する。感光性の樹脂にはネガ型及びポジ型のいずれの材料を採用しても良い。次に、フォトリソグラフィー技術を用いてレジスト膜を露光する。そして、レジスト膜を現像する。現像されたレジスト膜には開口部が形成され、レジスト膜はエッチングマスクとして機能する。開口部は第２保護膜６９から酸化シリコン膜６７及び窒化シリコン膜６８が除去される部分である。次に、レジスト膜をマスクにして第２保護膜６９がエッチングされる。第２保護膜６９には第１絶縁領域３７のパターンに第２開口部６９ａが形成される。酸化シリコン膜６７は所定のパターンに形成されて第１絶縁膜４４になる。従って、第１絶縁膜４４及び窒化シリコン膜６８にて第２保護膜６９が構成される。
次に、シリコンウエハー６５に配置されたレジスト膜を除去する。レジスト膜の除去は、レジスト膜を溶解・剥離可能な発煙硝酸、硫酸や有機溶剤等でのウエットエッチング法、あるいは、酸素プラズマアッシング法等により行うことができる。本実施形態では、例えば、酸素プラズマアッシングでアッシングした後で、さらに、有機剥離液や硫酸を用いてレジスト膜の残渣を除去した。
図１３は第２開口部６９ａが形成された第２保護膜６９の平面形状を示している。図１３に示すように、シリコンウエハー６５には４行４列の光電変換装置２４が形成されるように第２開口部６９ａのパターンが形成される。尚、１枚のシリコンウエハー６５で形成する光電変換装置２４の個数は特に限定されない。本実施形態では図を見やすくするために、１枚のシリコンウエハー６５に１６個の光電変換装置２４を形成することとする。
図１４及び図１５はステップＳ２の凹部形成工程に対応する図である。図１４は凹部７０の要部側断面図であり、図１５はシリコンウエハー６５の厚み方向から見た平面図である。図１４及び図１５に示すように、続いて、第２保護膜６９をマスクにして、シリコンウエハー６５に異方性エッチングを施す。異方性エッチングとしては、例えば、誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）によるディープ・リアクティブ・イオンエッチング（Ｄｅｅｐ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＤＲＩＥ）を用いることができる。
誘導結合プラズマによるディープ・リアクティブ・イオンエッチングは異方性エッチング装置を用いて行われる。異方性エッチング装置は、チャンバー内にステージとコイルとを備えている。ステージ上に、第２保護膜６９が形成された第２面６５ａがコイル側を向くようにシリコンウエハー６５を載置する。
チャンバー内にＳＦ6ガスを供給しながら、コイルに高周波数の大電流を流すことによって、プラズマが発生する。そして、ステージにバイアス電圧をかけることにより、プラズマの粒子が第２保護膜６９の第２開口部６９ａからシリコンウエハー６５の第２面６５ａ側に引き込まれる。これにより、シリコンウエハー６５が第２面６５ａ側から第２開口部６９ａの形状で厚さ方向に略垂直にエッチングされる。エッチングされたシリコンはＳｉＦ4となって除去される。シリコンウエハー６５の過昇温を防止するために、異方性エッチング装置は例えばヘリウムガスを用いてシリコンウエハー６５を第１面６５ｂ側から冷却する。
異方性エッチング装置を用いてシリコンウエハー６５を所定の深さまで削る。次に、異方性エッチング装置はＣ4Ｆ8ガスをシリコンウエハー６５の表面に供給する。Ｃ4Ｆ8ガスにより図示しない第３保護膜が形成される。第３保護膜の形成をコーティングという。
再度、シリコンウエハー６５を厚さ方向にエッチングする。エッチングによりシリコンが露出する。次に、第３保護膜をコーティングする。そして、シリコンウエハー６５のエッチングと第３保護膜のコーティングを反復する。この方法をボッシュプロセスという。その結果、シリコンを含む半導体基板３８が形成されるシリコンウエハー６５の第２面６５ａに所定の間隔で配列する凹部７０が形成される。凹部７０の深さは特に限定されないが本実施形態では、例えば、２５０μｍになっている。各凹部７０の間にはシリコンが残っている。この部分をブリッジ７１という。隣り合う凹部７０が繋がってブリッジ７１がなくなるとき、後工程でシリコンウエハー６５を研削するとき、シリコンウエハー６５が割れる可能性が高くなる。従って、ブリッジ７１がなくならないように凹部７０を配置する。
凹部７０は円柱形のめくら穴である。凹部７０の直径は特に限定されないが本実施形態では、例えば、５μｍ以上１０μｍ以下になっている。凹部７０の直径が５μｍ未満のとき、凹部７０にプラズマの粒子が入り難くなるので、凹部７０を形成する時間が長くなるので生産性が低下する。凹部７０の直径が１０μｍを超えるとき、光電変換領域２８が狭くなる。また第１絶縁領域３７の幅が広くなるので第１絶縁領域３７が視認しやすくなる。従って、光電変換装置２４の外観上好ましくない。
ブリッジ７１の幅は特に限定されないが本実施形態では、例えば、１μｍ以上５μｍ以下になっている。ブリッジ７１の幅が１μｍ未満になると凹部７０の加工時のばらつきにより隣り合う凹部７０がつながる可能性がある。隣り合う凹部７０が繋がるときブリッジ７１がなくなる。ブリッジ７１の幅を１μｍ以上にすることにより第１絶縁領域３７を品質良く形成することができる。ブリッジ７１の幅が５μｍを超えるとき後工程にてブリッジ７１のシリコンを酸化する時間が長時間になる。ブリッジ７１の幅を５μｍ以下にすることにより円環状の第１絶縁領域３７を生産性良く形成できる。
図１６〜図１８はステップＳ３の絶縁領域形成工程に対応する図である。図１６に示すように、ステップＳ３では凹部７０に第２絶縁膜５０を成膜する。第２絶縁膜５０は二酸化シリコン等のシリコン酸化物の膜である。第２絶縁膜５０を形成する方法には酸化炉を用いた方法を用いることができる。酸化炉を用いて第２絶縁膜５０を成膜する。９００〜１１００度程度に加熱した石英管の酸化炉の中にシリコンウエハー６５を入れ酸素や水素等のガスを導入する。そして、シリコンウエハー６５を約１２０時間加熱する。この操作によりシリコンを酸化させて第２絶縁膜５０を成膜する。第２絶縁膜５０は凹部７０の側壁に円環状に形成される。このように凹部７０のシリコンを熱酸化して円環が連なる形状にシリコン酸化物を含む第２絶縁膜５０が第１絶縁領域３７に形成される。ブリッジ７１にシリコンが残ると第１絶縁領域３７を通過して電流が流れるのでブリッジ７１のシリコンを確実にシリコン酸化物にして第２絶縁膜５０を形成する必要がある。
ブリッジ７１においてシリコンがシリコン酸化物になるとき、ブリッジ７１の幅が２倍になる。従って、シリコンを酸化させた後のブリッジ７１の幅は２μｍ以上１０μｍ以下になる。第２絶縁膜幅５０ａはブリッジ７１の幅の半分になっている。従って、第２絶縁膜幅５０ａは１μｍ以上５μｍ以下になる。
次に、図１７に示すように、凹部７０の内部に第１補強部５１を形成する。本実施形態では、例えば、第１補強部５１はシリコン窒化物であり、窒化シリコン膜６８と同じ材質になっている。第１補強部５１はＣＶＤ法を用いて配置される。ＣＶＤ法ではシリコン窒化物を霧状にしてシリコンウエハー６５に堆積させる。
このとき、凹部７０では入口部分の側面にシリコン窒化物が付着し易く、凹部７０の奥の部分にはシリコン窒化物が付着し難い。このため、凹部７０は入口部分にシリコン窒化物の蓋が形成される。そして、凹部７０の奥の部分に空洞５１ｂが形成される。凹部７０が円筒状であるので、空洞５１ｂは円錐状になる。第１補強部５１はブリッジ７１の強度を補強すれば良いので、空洞５１ｂがあっても良い。窒化シリコン膜６８上にもシリコン窒化物が堆積するので、窒化シリコン膜６８は厚くなる。
次に、図１８に示すように、窒化シリコン膜６８を除去する。窒化シリコン膜６８の除去方法は特に限定されないが、本実施形態では、例えば、異方性のドライエッチング法を用いた。窒化シリコン膜６８を除去して第１絶縁膜４４を露出させる。第１絶縁膜４４はシリコン酸化物の膜であり絶縁膜として機能する。
図１９はステップＳ４のダイオード形成工程に対応する図である。図１９に示すように、ステップＳ４ではダイオードを形成する。まず、第１絶縁膜４４に重ねて酸化シリコンを成膜して第１絶縁膜４４の厚みを調整する。ステップＳ１にて行った方法と同様の方法で酸化シリコンの膜を成膜し所定のパターンに形成する。次に、ｐ＋不純物領域４７を形成する。ステップＳ１のときと同様にシリコンウエハー６５の第２面６５ａ側にレジスト膜を成膜する。次に、フォトリソグラフィー技術を用いてレジスト膜を露光して現像する。現像されたレジスト膜にはｐ＋不純物領域４７の形状の開口が形成される。このレジスト膜をイオン注入マスクとして用いる。
次に、シリコンウエハー６５に対してホウ素をイオン注入する。シリコンウエハー６５の厚み方向に対して注入角度を調整してホウ素の注入深さを制御する。また、第１絶縁膜４４を通してイオン注入することによりホウ素を、浅く打ち込むことができる。続いて、レジスト膜を剥離する。レジスト膜の剥離方法はステップＳ１と同じ方法を用いる。
次に、ｎ＋不純物領域４８を形成する。ステップＳ１のときと同様にシリコンウエハー６５の第２面６５ａ側にレジスト膜を成膜する。次に、フォトリソグラフィー技術を用いてレジスト膜を露光して現像する。現像されたレジスト膜にはｎ＋不純物領域４８の形状の開口が形成される。このレジスト膜をエッチングマスクとして用いる。
次に、シリコンウエハー６５に対してリンをイオン注入する。シリコンウエハー６５の厚み方向に対して注入角度を調整してリンの注入深さを制御する。また、第１絶縁膜４４を通してイオン注入することによりリンを、浅く打ち込むことができる。続いて、レジスト膜を剥離する。レジスト膜の剥離方法はステップＳ１と同じ方法を用いる。
次に、シリコンウエハー６５を加熱して注入したホウ素及びリンをシリコンと置換させる。シリコンとリン、ホウ素は価数が違うので、余分な電子もしくは正孔濃度が増える。そして、ホウ素及びリンが配置されたシリコンの結晶では電気的性質が半導体から金属に近く変化する。このように、第１絶縁領域３７を挟む第１光電変換領域２９及び第２光電変換領域３０にそれぞれｎ＋不純物領域４８と、ｎ＋不純物領域４８と異なるｐ＋不純物領域４７とを形成する。
図２０及び図２１はステップＳ５の配線形成工程に対応する図である。図２０に示すように、ステップＳ５において、第１絶縁膜４４に第１穴４４ａ及び第２穴４４ｂを形成する。
第１穴４４ａ及び第２穴４４ｂを形成するときにはステップＳ１のときと同様にシリコンウエハー６５の第２面６５ａ側にレジスト膜を成膜する。次に、フォトリソグラフィー技術を用いてレジスト膜を露光して現像する。現像されたレジスト膜には第１穴４４ａ及び第２穴４４ｂの形状の開口が形成される。このレジスト膜をエッチングマスクとして用いる。次に、シリコンウエハー６５に酸素プラズマを照射し、さらに、シリコンウエハー６５をバッファードフッ酸に浸漬して第１穴４４ａ及び第２穴４４ｂを形成する。続いてレジスト膜を剥離する。
次に、第１絶縁膜４４上に正電極４５、負電極４６及び接続配線５２を形成する。正電極４５、負電極４６及び接続配線５２は第１層と第２層との２層構造になっている。第１層の材質はアルミニウム−シリコン合金である。第２層の材質はチタンナイトライドである。第１絶縁膜４４上に第１層がスパッタ法にて成膜される。次に、第１層の上に第２層がスパッタ法にて成膜される。
第１層は第２層より反射率が高くなっている。従って、半導体基板３８を通過した光４１の一部は正電極４５、負電極４６及び接続配線５２で高い比率で反射して半導体基板３８に向かって進行する。このため、半導体基板３８は効率よく光４１を吸収することができる。
次に、シリコンウエハー６５の第２面６５ａ側にレジスト膜を成膜する。次に、フォトリソグラフィー技術を用いてレジスト膜を露光して現像する。現像されたレジスト膜には正電極４５、負電極４６及び接続配線５２の形状が形成される。このレジスト膜をエッチングマスクとして用いる。次に、シリコンウエハー６５をエッチング液に浸漬して２層に成膜した金属配線の膜を正電極４５、負電極４６及び接続配線５２の形状にする。続いてレジスト膜を剥離する。その結果、第１絶縁膜４４上に正電極４５、負電極４６及び接続配線５２が形成される。
次に、図２１に示すように、第１絶縁膜４４、正電極４５、負電極４６及び接続配線５２に重ねて第３絶縁膜５３を形成する。第３絶縁膜５３はシリコン窒化膜である。第３絶縁膜５３はＣＶＤ法を用いて成膜する。このように、正電極４５、負電極４６及び接続配線５２を配置する。正電極４５、負電極４６及び接続配線５２は第１光電変換領域２９に配置されたｎ＋不純物領域４８と第２光電変換領域３０に配置されたｐ＋不純物領域４７とを電気的に接続する。そして、接続配線５２は第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０との間の第１絶縁領域３７上を通って配置される。
同様に、正電極４５、負電極４６及び接続配線５２は第２光電変換領域３０に配置されたｎ＋不純物領域４８と第３光電変換領域３１に配置されたｐ＋不純物領域４７とを電気的に接続する。さらに、正電極４５、負電極４６及び接続配線５２は第３光電変換領域３１に配置されたｎ＋不純物領域４８と第４光電変換領域３２に配置されたｐ＋不純物領域４７とを電気的に接続する。さらに、正電極４５、負電極４６及び接続配線５２は第５光電変換領域３３に配置されたｎ＋不純物領域４８と第６光電変換領域３４に配置されたｐ＋不純物領域４７とを電気的に接続する。
さらに、正電極４５、負電極４６及び接続配線５２は第６光電変換領域３４に配置されたｎ＋不純物領域４８と第７光電変換領域３５に配置されたｐ＋不純物領域４７とを電気的に接続する。さらに、正電極４５、負電極４６及び接続配線５２は第７光電変換領域３５に配置されたｎ＋不純物領域４８と第８光電変換領域３６に配置されたｐ＋不純物領域４７とを電気的に接続する。さらに、正電極４５、負電極４６及び接続配線５２は第８光電変換領域３６に配置されたｎ＋不純物領域４８と第１光電変換領域２９に配置されたｐ＋不純物領域４７とを電気的に接続する。
そして、接続配線５２は第２光電変換領域３０と第３光電変換領域３１との間の第１絶縁領域３７上を通って配置される。さらに、接続配線５２は第３光電変換領域３１と第４光電変換領域３２との間の第１絶縁領域３７上を通って配置される。さらに、接続配線５２は第５光電変換領域３３と第６光電変換領域３４との間の第１絶縁領域３７上を通って配置される。さらに、接続配線５２は第６光電変換領域３４と第７光電変換領域３５との間の第１絶縁領域３７上を通って配置される。さらに、接続配線５２は第７光電変換領域３５と第８光電変換領域３６との間の第１絶縁領域３７上を通って配置される。さらに、接続配線５２は第８光電変換領域３６と第１光電変換領域２９との間の第１絶縁領域３７上を通って配置される。
図２２〜図２４はステップＳ６のテクスチャー形成工程に対応する図である。図２２に示すように、ステップＳ６において、シリコンウエハー６５の第２面６５ａに第２保護膜７２を成膜する。第２保護膜７２は樹脂からなる膜である。第２保護膜７２の成膜方法はステップＳ１におけるレジスト膜の成膜方法と同じ成膜方法を用いることができる。次に、第１保護膜６６及びシリコンウエハー６５を削る。詳しくは、シリコンウエハー６５の第１面６５ｂを削ってシリコン酸化物である第１絶縁領域３７の第２絶縁膜５０を第１面６５ｂに露出させる。シリコンウエハー６５はグラインダーにて削る。砥石の砥粒を細かくすることにより破砕層を減少することができる。研削後のシリコンウエハー６５の厚みは特に限定されないが本実施形態では、例えば、約１７０μｍにしている。
図２３に示すように、続いて、シリコンウエハー６５の第１面６５ｂにテクスチャー４２を形成する。テクスチャー４２は四角すいの突起が隙間なく配置された面である。テクスチャー４２の形成には、例えばウエットエッチング法が用いられる。ウエットエッチング法は、たとえば、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム、水酸化テトラメチルアンモニウム等のアルカリ水溶液にイソプロピルアルコールを添加し、７０℃以上８０℃以下に加熱した溶液により行われる。
次に、第２保護膜７２を除去する。第２保護膜７２の除去方法はステップＳ１におけるレジスト膜の除去方法と同じ除去方法を用いることができる。
図２４に示すように、次に、第１面６５ｂに反射防止膜４３を成膜する。反射防止膜４３は第１面６５ｂにシリコン窒化膜を成膜する。続いて、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを交互に重ねて多層に形成する。他にもシリコン酸化膜と酸化ニオブ膜とを交互に重ねて多層に形成しても良い。
その後、必要に応じて、加熱処理を施す。この加熱処理をシンター処理という。この加熱処理により光電変換装置２４の特性を最適化させることができる。
図２５はステップＳ７の基板分割工程に対応する図である。図２５に示すように、ステップＳ７において、シリコンウエハー６５の第２面６５ａに第１溝７３を形成する。第１溝７３は光電変換装置２４の外形形状、穴２４ａ及び穴２４ｂの形状に形成される。第１溝７３は公知のフォトグラフィー法及びエッチング法を用いて形成されるので、詳細の説明は省略する。
次に、シリコンウエハー６５を光電変換装置２４の外周２４ｄに沿ってダイシングして分割する。さらに、穴２４ａ及び穴２４ｂに沿ってダイシングする。外周２４ｄ、穴２４ａ及び穴２４ｂは曲線で構成されているので、ダイシングにはレーザーダイシング法を用いる。まず、シリコンウエハー６５の第１面６５ｂを粘着テープ７４に貼り付ける。粘着テープ７４の外周部には図示しないダイシングリングが貼り付けられている。ダイシングリングは粘着テープ７４及びそれに貼り付けたシリコンウエハー６５を支持し易くする。
次に、レーザーダイシング装置７５を用意する。レーザーダイシング装置７５はレーザー光源、ＸＹテーブル及び制御装置を備えている。制御装置はＸＹテーブルの移動量やレーザー光源の射出を制御する。レーザー光源はシリコンウエハー６５を切断するレーザー光７６を射出可能であれば良く特に限定されない。本実施形態では、例えば、レーザー光源にＹＡＧレーザー（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）を用いている。レーザー光源はシリコンウエハー６５に３５５ｎｍの波長のレーザー光７６を射出する。レーザー光源にはレーザー光７６を集光する光学系を備えている。そして、制御装置はレーザー光７６を集光する場所を制御する。
シリコンウエハー６５を図示しないＸＹテーブルに設置する。そして、予め入力された経路に沿ってレーザー光７６を照射するように制御装置はＸＹテーブルを制御する。レーザー光７６を照射する経路は第１溝７３に沿って移動する経路になっている。そして、レーザーダイシング装置７５は第１溝７３に沿ってレーザー光７６を照射してシリコンウエハー６５を分割する。
レーザー光源は第１溝７３にレーザー光７６を照射する。第１溝７３の表面には凹凸が形成されており、第１溝７３がレーザー光７６を吸収し易くなっている。従って、レーザー光７６により効率良くシリコンウエハー６５が加熱されるので、生産性良くシリコンウエハー６５が切断される。そして、シリコンウエハー６５から光電変換装置２４が取り出される。
図２６はステップＳ８の基板実装工程に対応する図である。図２６に示すように、ステップＳ８において、光電変換装置２４が配線基板２５に実装される。まず、配線基板２５を用意する。配線基板２５ではポリイミドにて形成された絶縁基板５８上に第１基板配線２６及び第２基板配線２７が形成されている。第１基板配線２６及び第２基板配線２７はアルミニウムを分散媒に分散させた溶液を精密オフセット印刷等にて絶縁基板５８上に印刷し乾燥させることで形成される。
第１基板配線２６及び第２基板配線２７が形成された絶縁基板５８上に接着層及び第５絶縁膜６１が配置される。エポキシ系接着剤よりなる接着層を絶縁基板５８に塗られたものに重ねて第５絶縁膜６１をラミネートし、接着層を加熱して固化することにより、第５絶縁膜６１が絶縁基板５８に接着固定されている。
接着層及び第５絶縁膜６１には正電極４５及び負電極４６と対向する場所に穴があいているので、第１基板配線２６及び第２基板配線２７が露出している。第１基板配線２６及び第２基板配線２７が露出する場所には負極導電接続部６２及び正極導電接続部６３の材料である導電ペーストが設置される。さらに、第５絶縁膜６１上には接着剤６４が設置される。導電ペーストや接着剤６４はスクリーン印刷法等の印刷方法を用いて設置される。
続いて、光電変換装置２４と配線基板２５とを重ね合わせる。その後、光電変換装置２４と配線基板２５とが接するまで互いに近づけて押圧する。導電ペーストは荷重を受けて変形し、第１基板配線２６と正電極４５との間で広がる。同様に、導電ペーストは第２基板配線２７と負電極４６との間で広がる。この状態で導電ペースト及び接着剤６４が加熱されて硬化する。
第１基板配線２６と正電極４５との間の導電ペーストが正極導電接続部６３になり、第２基板配線２７と負電極４６との間の導電ペーストが負極導電接続部６２になる。その結果、正極導電接続部６３は第１基板配線２６と正電極４５の双方に接触し電気的及び機械的に接続する。同様に、負極導電接続部６２は第２基板配線２７と負電極４６の双方に接触し電気的及び機械的に接続する。以上の工程により光電変換モジュール１４が完成する。
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、光電変換装置２４は半導体基板３８を備えている。そして、半導体基板３８には第１光電変換領域２９、第２光電変換領域３０及び第１絶縁領域３７が配置されている。第１光電変換領域２９及び第２光電変換領域３０は光を受光して光エネルギーを電気エネルギーに変換する。第１絶縁領域３７は第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０とに挟まれている。そして、第１絶縁領域３７は第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０とを電気的に分離する。このため、第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０とはそれぞれ個別に発電する。
半導体基板３８はシリコンを含んでおり、第１絶縁領域３７はシリコン酸化物を含んでいる。シリコン酸化物は絶縁体であるので第１絶縁領域３７は第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０とを電気的に分離することができる。また、第１絶縁領域３７は半導体基板３８に凹部７０を形成して熱酸化させて形成することができる。
フォトリソグラフィー法を用いることにより凹部７０は微細に形成できる。そして、半導体基板３８を熱酸化させることにより凹部７０にシリコン酸化物の膜を形成することができる。このシリコン酸化物の膜厚は数μｍにすることができる。半導体基板３８の厚み方向から見たときの第１絶縁領域３７の幅は凹部７０の幅と凹部７０の側面におけるシリコン酸化物の膜厚を加算した長さになる。従って、絶縁領域の幅は数十μｍ以下になる。
半導体基板３８を切断して第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０とを分離して第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０との間に絶縁体を配置することにより第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０とを電気的に分離できる。このときには第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０との間の距離は数ｍｍになる。この第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０とを分離して間に絶縁体を配置した光電変換装置に比べて本実施形態の光電変換装置２４は第１絶縁領域３７の幅を短くすることができる。従って、光電変換装置２４は第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０との間の絶縁領域の幅を短くすることができる。これにより、第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０とを電気的に分離するために一定の間隔をあけることなく、光電変換領域の面積を小さくしない光電変換装置２４を得ることができる。
（２）本実施形態によれば、半導体基板３８の厚み方向から見たときに第１絶縁領域３７におけるシリコン酸化物の形状は円環が連なる形状になっている。円形の凹部７０を一定間隔で形成して半導体基板３８を熱酸化することにより、容易に円環が連なる形状に第１絶縁領域３７を形成することができる。従って、簡便な方法で第１絶縁領域３７を形成することができる。
（３）本実施形態によれば、第１絶縁領域３７の円環の中央にはシリコン化合物で形成された第１補強部５１が配置されている。第１絶縁領域３７の円環は凹部７０を熱酸化して形成される。凹部７０を所定の間隔で配列するとき、配列に沿う面の強度が弱くなるので、半導体基板３８が割れやすくなる。凹部７０に第１補強部５１を配置することにより配列に沿う面の強度が強くなるので半導体基板３８を割れ難くすることができる。
（４）本実施形態によれば、円環の幅である第２絶縁膜幅５０ａが１μｍ以上５μｍ以下になっている。この第２絶縁膜幅５０ａは形成された多数の第２絶縁膜幅５０ａの平均値を示す。円環の部分はシリコンを含む半導体基板３８に形成された凹部７０を熱酸化して形成される。円環が連なるとき隣り合う円環の幅は２μｍ以上である。円環の幅は熱酸化により約２倍になるので、熱酸化する前の工程では凹部７０の側面間の距離が１μｍ以上に形成される。凹部７０の側面間の距離が１μｍ未満になると凹部７０の加工時のばらつきにより隣り合う凹部７０がつながって円環を形成できない恐れがある。円環の幅を１μｍ以上にすることにより連なる円環を品質良く形成することができる。円環の幅が５μｍを超えるときシリコンを酸化する時間が長時間になる。円環の幅を５μｍ以下にすることにより円環を生産性良く形成できる。
（５）本実施形態によれば、第１光電変換領域２９にｎ＋型のｎ＋不純物領域４８とｐ＋型のｐ＋不純物領域４７とが配置される。第２光電変換領域３０にもｎ＋不純物領域４８とｐ＋不純物領域４７とが配置される。そして、正電極４５、負電極４６及び接続配線５２が第１光電変換領域２９に配置されたｎ＋不純物領域４８と第２光電変換領域３０に配置されたｐ＋不純物領域４７とを電気的に接続する。接続配線５２により第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０とが直列接続される。そして、接続配線５２は半導体基板３８に配置されている。従って、光電変換装置２４は第１光電変換領域２９が出力する電圧と第２光電変換領域３０が出力する電圧とを加算した電圧を出力することができる。
（６）本実施形態によれば、光電変換モジュール１４は光電変換装置２４及び配線基板２５を備えている。そして、光電変換装置２４は第１絶縁領域３７の幅を短くすることができる。従って、光電変換モジュール１４は第１絶縁領域３７の面積が小さいので、第１光電変換領域２９及び第２光電変換領域３０が占める面積の割合を大きくすることができる。
（７）本実施形態によれば、腕時計１は光電変換モジュール１４を備えている。そして、光電変換モジュール１４は光電変換装置２４を備え、光電変換装置２４は第１絶縁領域３７の幅を短くすることができる。従って、腕時計１は第１絶縁領域３７の面積を小さくして第１光電変換領域２９及び第２光電変換領域３０が占める面積の割合を大きくすることができる光電変換モジュール１４を備えた機器とすることができる。さらに、第１絶縁領域３７の面積が小さいので、第１絶縁領域３７が目立たない。従って、腕時計１は目立たない第１絶縁領域３７を有する光電変換モジュール１４を備えた機器とすることができる。
（８）本実施形態によれば、光電変換装置２４の製造方法ではシリコンを含むシリコンウエハー６５を用いている。そして、シリコンウエハー６５に第２面６５ａ側から所定の間隔で配列する凹部７０を形成する。次に、凹部７０のシリコンを熱酸化する。シリコンウエハー６５を熱酸化することにより円環が連なる形状にシリコン酸化物を含む第１絶縁領域３７が形成される。
第１絶縁領域３７を挟む領域をそれぞれ第１光電変換領域２９及び第２光電変換領域３０とする。第１光電変換領域２９にｎ＋不純物領域４８及びｐ＋不純物領域４７を形成する。第２光電変換領域３０にもｎ＋不純物領域４８及びｐ＋不純物領域４７を形成する。ｎ＋不純物領域４８とｐ＋不純物領域４７とは異なる導電型になっている。
第１光電変換領域２９に配置されたｎ＋不純物領域４８と第２光電変換領域３０に配置されたｐ＋不純物領域４７とを電気的に接続する正電極４５、負電極４６及び接続配線５２を配置する。接続配線５２は第１絶縁領域３７上を通って配置される。ｎ＋不純物領域４８とｐ＋不純物領域４７とは極性が異なる。従って、ｎ＋不純物領域４８とｐ＋不純物領域４７とが直列に電気的に接続される。
シリコンウエハー６５の第２面６５ａと反対側の面を第１面６５ｂとする。第１面６５ｂを削ってシリコン酸化物である第１絶縁領域３７の第２絶縁膜５０を第１面６５ｂに露出させる。この工程により、第１絶縁領域３７はシリコンウエハー６５の第２面６５ａから第１面６５ｂまで配置されるので、第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０とは電気的に絶縁される。
そして、フォトリソグラフィー法を用いることにより凹部７０は微細に形成できる。そして、シリコンウエハー６５を熱酸化させることにより凹部７０にシリコン酸化物の第２絶縁膜５０を形成することができる。この第２絶縁膜５０の膜厚は数μｍにすることができる。シリコンウエハー６５の厚み方向から見たときの第１絶縁領域３７の幅は凹部７０の幅と凹部７０の側面における第２絶縁膜５０の膜厚を加算した長さになる。従って、第１絶縁領域３７の幅は数十μｍ以下になる。
シリコンウエハー６５を切断して第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０とを分離して第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０との間に絶縁体を配置することにより第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０とを電気的に分離できる。このときには第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０との間の距離は数ｍｍになる。この第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０とを分離して間に絶縁体を配置した光電変換装置に比べて本実施形態の光電変換装置２４は第１絶縁領域３７の幅を短くすることができる。従って、光電変換装置２４は第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０との間の絶縁領域の幅を短くすることができる。つまり、各隣り合う光電変換領域２８の間の第１絶縁領域３７の幅を短くすることができる。
（第２の実施形態）
次に、光電変換装置の一実施形態について図２７〜図２９を用いて説明する。図２７は絶縁領域を説明するための模式平面図である。図２８及び図２９は絶縁領域を説明するための模式側断面である。図２８は図２７のＢＢ線に沿う面から光電変換装置を見た図である。図２９は図２７のＣＣ線に沿う面から光電変換装置を見た図である。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、光電変換装置２４を厚み方向から見たときの第１絶縁領域３７の形状が異なる点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
すなわち、本実施形態では、図２７〜図２９に示すように光電変換装置７９は半導体基板３８を備えている。半導体基板３８では第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０とに挟まれた絶縁領域としての第２絶縁領域８０が配置されている。半導体基板３８には第１１穴８１が形成されている。第１１穴８１の内側には第６絶縁膜８２が配置されている。第６絶縁膜８２は第１の実施形態における第２絶縁膜５０に相当する膜である。第６絶縁膜８２は四角形の枠形状が連なる形状になっている。
第６絶縁膜８２の四角形の枠形状の各部分の中側にシリコン化合物としての第２補強部８３が配置されている。第２補強部８３は角柱状になっており、第１面３８ｂ側では第２補強部８３の中央がへこんでいる。半導体基板３８の厚み方向から見たときの第２補強部８３の幅を第２補強部幅８３ａとする。第２補強部幅８３ａは６μｍ以上１６μｍ以下が好ましい。第２補強部幅８３ａは６μｍより小さいとき、第６絶縁膜８２の内側に第２補強部８３の材料を配置することが難しくなる。また、第２補強部幅８３ａが１６μｍより大きいとき、第２絶縁領域８０の幅が広くなるので、光電変換装置７９において光電変換領域２８が占める面積の比率が小さくなるので、発電効率が小さくなる。
第６絶縁膜８２の四角形の枠の幅を第６絶縁膜幅８２ａとする。第６絶縁膜幅８２ａは１μｍ以上５μｍ以下が好ましい。この第６絶縁膜幅８２ａは形成された多数の枠の幅の平均値を示す。四角形の枠の部分はシリコンを含む半導体基板３８に形成された凹部を熱酸化して形成される。四角形の枠が連なるとき隣り合う第２補強部８３の間の距離は第６絶縁膜幅８２ａの２倍の２μｍ以上である。四角形の枠の幅は熱酸化により約２倍になるので、熱酸化する前の工程では凹部の側面間の距離が１μｍ以上に形成される。凹部の側面間の距離が１μｍ未満になると凹部の加工時のばらつきにより隣り合う凹部がつながって四角形の枠を形成できない恐れがある。凹部の側面間の距離を１μｍ以上にすることにより連なる四角形の枠を品質良く形成することができる。従って、第６絶縁膜幅８２ａは１μｍ以上が好ましい。また、第６絶縁膜幅８２ａが５μｍを超えるときシリコンを酸化する時間が長時間になる。第６絶縁膜幅８２ａを５μｍ以下にすることにより第６絶縁膜８２を生産性良く形成できる。
（第３の実施形態）
次に、光電変換装置の一実施形態について図３０〜図３２を用いて説明する。図３０は絶縁領域を説明するための模式平面図である。図３１及び図３２は絶縁領域を説明するための模式側断面である。図３１は図３０のＤＤ線に沿う面から光電変換装置を見た図である。図３２は図３０のＥＥ線に沿う面から光電変換装置を見た図である。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、光電変換装置２４を厚み方向から見たときの第１絶縁領域３７の形状が異なる点にある。尚、第１の実施形態及び第２の実施形態と同じ点については説明を省略する。
すなわち、本実施形態では、図３０〜図３２に示すように光電変換装置８６は半導体基板３８を備えている。半導体基板３８では第１光電変換領域２９と第２光電変換領域３０とに挟まれた絶縁領域としての第３絶縁領域８７が配置されている。半導体基板３８には第２溝８８が形成されている。第２溝８８の内側には第７絶縁膜８９が配置されている。第７絶縁膜８９は第１の実施形態における第２絶縁膜５０に相当する膜である。第７絶縁膜８９は第２溝８８の側面に沿って延在する形状になっている。第２溝８８には対向する２つの側面がある。第７絶縁膜８９は２つの側面に配置されている。
対向する２つの第７絶縁膜８９の中側にはシリコン化合物としての第３補強部９０が配置されている。第３補強部９０は第７絶縁膜８９に沿って延在しており、第１面３８ｂ側では第３補強部９０の中央がへこんでいる。半導体基板３８の厚み方向から見たときの第３補強部９０の幅を第３補強部幅９０ａとする。第３補強部幅９０ａは６μｍ以上１６μｍ以下が好ましい。第３補強部幅９０ａは６μｍより小さいとき、第７絶縁膜８９の内側に第３補強部９０の材料を配置することが難しくなる。また、第３補強部幅９０ａが１６μｍより大きいとき、第３絶縁領域８７の幅が広くなるので、光電変換装置８６において光電変換領域２８が占める面積の比率が小さくなるので、発電効率が小さくなる。
尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
前記第１の実施形態では、光電変換装置２４の形状を円形にした。光電変換装置２４の形状は三角形や四角形等の多角形でも良い。他にも、光電変換装置２４の形状は楕円形の他複数の曲線で構成される形状にしても良い。光電変換装置２４を配置する電子機器の形状に合わせて配置することができる。
（変形例２）
前記第１の実施形態では、第１光電変換領域２９〜第８光電変換領域３６の面積が略同じ形状になっていた。第１光電変換領域２９〜第８光電変換領域３６の面積は異なっていても良い。光電変換装置２４を配置する電子機器の形状に合わせて配置し易くすることができる。
（変形例３）
前記第１の実施形態では、第１光電変換領域２９〜第８光電変換領域３６を電気的に直列接続した。第１光電変換領域２９〜第８光電変換領域３６を電気的に並列接続しても良い。また、第１光電変換領域２９〜第８光電変換領域３６の一部を電気的に直列接続し、一部を電気的に並列接続しても良い。電気回路の構成を変更することにより所定の電圧を出力することができる。
（変形例４）
前記第１の実施形態では、腕時計１は方位センサー１７を搭載した。腕時計１はや方位センサー１７の他にも、圧力センサー、加速度センサー、角速度センサー、温度センサーの他、血流を検出する赤外線センサーを備えても良い。加速度センサーや角速度センサーは操作者の腕の動きを検出する。温度センサーは気温を検出する。赤外線センサーは操作者の脈拍を検出する。そして、腕時計１を多機能な時計にすることができる。
（変形例５）
前記第１の実施形態では、光電変換モジュール１４を備えた電子機器の例として腕時計１を示した。他の電子機器にも光電変換モジュール１４を設置してもよい。例えば、懐中電灯、携帯型の血圧計、ラジオ、スマートフォン、電話、補聴器等の各種電子機器に光電変換モジュール１４を設置してもよい。
（変形例６）
前記第１の実施形態では、ステップＳ４のダイオード形成工程、ステップＳ５の配線形成工程の後にステップＳ６のテクスチャー形成工程を行った。ステップＳ６のテクスチャー形成工程はステップＳ３の絶縁領域形成工程とステップＳ４のダイオード形成工程との間に行っても良い。他にも、ステップＳ６のテクスチャー形成工程はステップＳ４のダイオード形成工程とステップＳ５の配線形成工程との間に行っても良い。製造装置の配置に合わせて工程順番を変更してもよい。
（変形例７）
前記第１の実施形態では、第２絶縁膜５０は円環の形状になっていた。第２絶縁膜５０の形状は楕円形の環状でも良く、多角形の環状でもよい。他にも、記号や文字の輪郭を環状にしても良い。外観のデザインに合わせて第２絶縁膜５０の形状を変更してもよい。外観を向上させることができる。
以下に、実施形態から導き出される内容を記載する。
本願の光電変換装置は、シリコンを含む半導体基板を備え、前記半導体基板は、前記半導体基板に配置され光を受光して光電変換する、第１光電変換領域及び第２光電変換領域と、前記第１光電変換領域と前記第２光電変換領域との間に設けられたシリコン酸化物を含む絶縁領域と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、光電変換装置は半導体基板を備えている。そして、半導体基板は第１光電変換領域、第２光電変換領域及び絶縁領域を有する。第１光電変換領域及び第２光電変換領域は光を受光して光エネルギーを電気エネルギーに変換する。絶縁領域は第１光電変換領域と第２光電変換領域との間に設けられている。そして、絶縁領域は第１光電変換領域と第２光電変換領域とを電気的に分離する。このため、第１光電変換領域と第２光電変換領域とはそれぞれ個別に発電する。
半導体基板はシリコンを含んでおり、絶縁領域はシリコン酸化物を含んでいる。シリコン酸化物は絶縁体であるので絶縁領域は第１光電変換領域と第２光電変換領域とを電気的に分離することができる。また、絶縁領域は半導体基板に凹部を形成して熱酸化させて形成することができる。
フォトリソグラフィー法を用いることにより凹部は微細に形成できる。そして、半導体基板を熱酸化させることにより凹部にシリコン酸化物の膜を形成することができる。このシリコン酸化物の膜厚は数μｍにすることができる。半導体基板の厚み方向から見たときの絶縁領域の幅は凹部の幅と凹部の側面におけるシリコン酸化物の膜厚を加算した長さになる。従って、絶縁領域の幅は数十μｍ以下になる。
半導体基板を切断して第１光電変換領域と第２光電変換領域とを分離して第１光電変換領域と第２光電変換領域との間に絶縁体を配置することにより第１光電変換領域と第２光電変換領域とを電気的に分離できる。このときには第１光電変換領域と第２光電変換領域との間の距離は数ｍｍになる。この第１光電変換領域と第２光電変換領域とを分離して間に絶縁体を配置した光電変換装置に比べて実施形態に示した光電変換装置は絶縁領域の幅を短くすることができる。従って、光電変換装置は第１光電変換領域と第２光電変換領域との間の絶縁領域の幅を短くすることができる。これにより、第１光電変換領域と第２光電変換領域とを電気的に分離するために一定の間隔をあけることなく、光電変換領域の面積を小さくしない光電変換装置を得ることができる。
上記の光電変換装置では、前記絶縁領域は、前記シリコン酸化物に囲まれたシリコン窒化物を有することが好ましい。
この構成によれば、絶縁領域はシリコン窒化物を有する。絶縁領域は凹部を熱酸化して形成される。凹部を所定の間隔で配列するとき、配列に沿う面の強度が弱くなるので、半導体基板が割れやすくなる。凹部にシリコン窒化物を配置することにより配列に沿う面の強度が強くなるので半導体基板を割れ難くすることができる。
上記の光電変換装置は、前記シリコン酸化物の幅は１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。
この構成によれば、シリコン酸化物の幅は１μｍ以上５μｍ以下になっている。このシリコン酸化物の幅は形成された多数のシリコン酸化物の平均値を示す。シリコン酸化物はシリコンを含む半導体基板に形成された凹部を熱酸化して形成される。シリコン酸化物が連なるとき隣り合うシリコン酸化物の幅は２μｍ以上である。シリコン酸化物の幅は熱酸化により約２倍になるので、熱酸化する前の工程では凹部の側面間の距離が１μｍ以上に形成される。凹部の側面間の距離が１μｍ未満になると凹部の加工時のばらつきにより隣り合う凹部がつながったシリコン酸化物を形成できない恐れがある。円環の幅を１μｍ以上にすることにより連なるシリコン酸化物を品質良く形成することができる。シリコン酸化物の幅が５μｍを超えるときシリコンを酸化する時間が長時間になる。シリコン酸化物の幅を５μｍ以下にすることによりシリコン酸化物を生産性良く形成できる。
上記の光電変換装置は、前記半導体基板が光を受光する第１面の反対側の第２面には、前記第１光電変換領域及び前記第２光電変換領域に配置された第１導電型の第１不純物領域と、前記第１不純物領域と異なる第２導電型の第２不純物領域と、前記第１光電変換領域に配置された前記第１不純物領域と前記第２光電変換領域に配置された前記第２不純物領域とを電気的に接続する配線と、を備え、前記配線は前記絶縁領域上を通って配置されることが好ましい。
この構成によれば、第１光電変換領域に第１導電型の第１不純物領域と第２導電型の第２不純物領域とが配置される。第２光電変換領域にも第１不純物領域と第２不純物領域とが配置される。そして、配線が第１光電変換領域に配置された第１不純物領域と第２光電変換領域に配置された第２不純物領域とを電気的に接続する。配線により第１光電変換領域と第２光電変換領域とが直列接続される。そして、配線は半導体基板に配置されている。従って、光電変換装置は第１不純物領域が出力する電圧と第２不純物領域が出力する電圧とを加算した電圧を出力することができる。
光電変換モジュールは、上記に記載の光電変換装置と、前記光電変換装置と電気的に接続されている配線基板と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、光電変換モジュールは光電変換装置及び配線基板を備えている。そして、光電変換装置は絶縁領域の幅を短くすることができる。従って、光電変換モジュールは絶縁領域の面積が小さいので、第１光電変換領域及び第２光電変換領域が占める面積の割合を大きくすることができる。
電子機器は、上記に記載の光電変換モジュールを備えることを特徴とする。
この構成によれば、電子機器は上記に記載の光電変換モジュールを備えている。そして、上記の記載の光電変換モジュールは光電変換装置を備え、光電変換装置は絶縁領域の幅を短くすることができる。従って、電子機器は絶縁領域の面積を小さくして第１光電変換領域及び第２光電変換領域が占める面積の割合を大きくすることができる光電変換モジュールを備えた機器とすることができる。
光電変換装置の製造方法は、シリコンを含む半導体基板において光を受光する第１面と反対の第２面に所定の間隔で配列する凹部を形成し、前記凹部のシリコンを熱酸化して円環が連なる形状にシリコン酸化物を含む絶縁領域を形成し、前記絶縁領域を挟む第１光電変換領域及び第２光電変換領域にそれぞれ第１導電型の第１不純物領域と、前記第１不純物領域と異なる第２導電型の第２不純物領域とを形成し、前記第１光電変換領域に配置された前記第１不純物領域と前記第２光電変換領域に配置された前記第２不純物領域とを電気的に接続する配線を前記絶縁領域上を通って配置し、前記半導体基板の前記第１面を削って前記シリコン酸化物を露出させることを特徴とする。
この構成によれば、光電変換装置の製造方法ではシリコンを含む半導体基板を用いる。そして、半導体基板に第１面側から所定の間隔で配列する凹部を形成する。次に、凹部のシリコンを熱酸化する。半導体基板を熱酸化することにより円環が連なる形状にシリコン酸化物を含む絶縁領域が形成される。
絶縁領域を挟む領域をそれぞれ第１光電変換領域及び第２光電変換領域とする。第１光電変換領域に第１導電型の第１不純物領域及び第２導電型の第２不純物領域を形成する。第２光電変換領域にも第１不純物領域及び第２不純物領域を形成する。第１導電型の第１不純物領域と第２導電型の第２不純物領域とは異なる導電型になっている。
第１光電変換領域に配置された第１不純物領域と第２光電変換領域に配置された第２不純物領域とを電気的に接続する配線を配置する。この配線は絶縁領域上を通って配置される。第１不純物領域と第２不純物領域とは極性がことなる。従って、第１光電変換領域と第２光電変換領域とが直列に電気的に接続される。
半導体基板の第１面を削ってシリコン酸化物を第１面に露出させる。この工程により、シリコン酸化物は半導体基板の第１面から第２面まで配置されるので、第１光電変換領域と第２光電変換領域とは電気的に絶縁される。
そして、フォトリソグラフィー法を用いることにより凹部は微細に形成できる。そして、半導体基板を熱酸化させることにより凹部にシリコン酸化物の膜を形成することができる。このシリコン酸化物の膜厚は数μｍにすることができる。半導体基板の厚み方向から見たときの絶縁領域の幅は凹部の幅と凹部の対向する側面におけるシリコン酸化物の膜厚を加算した長さになる。従って、絶縁領域の幅は数十μｍ以下になる。
半導体基板を切断して第１光電変換領域と第２光電変換領域とを分離して第１光電変換領域と第２光電変換領域との間に絶縁体を配置することにより第１光電変換領域と第２光電変換領域とを電気的に分離できる。このときには第１光電変換領域と第２光電変換領域との間の距離は数ｍｍになる。この第１光電変換領域と第２光電変換領域とを分離して間に絶縁体を配置した光電変換装置に比べて実施形態に示した光電変換装置は絶縁領域の幅を短くすることができる。従って、光電変換装置は第１光電変換領域と第２光電変換領域との間の絶縁領域の幅を短くすることができる。そして、光電変換領域の面積を広くすることができる。
上記の光電変換装置は、前記絶縁領域において前記半導体基板の厚み方向から見たときの前記シリコン酸化物の形状は円環が連なる形状であることが好ましい。
この構成によれば、半導体基板の厚み方向から見たときに絶縁領域におけるシリコン酸化物の形状は円環が連なる形状になっている。円形の凹部を一定間隔で形成して半導体基板を熱酸化することにより、容易に円環が連なる形状に絶縁領域を形成することができる。従って、簡便な方法で絶縁領域を形成することができる。
１…電子機器としての腕時計、２４，７９，８６…光電変換装置、２５…配線基板、２９…第１光電変換領域、３０…第２光電変換領域、３７…絶縁領域としての第１絶縁領域、３８ａ，６５ａ…第２面、３８ｂ，６５ｂ…第１面、３８…半導体基板、４５…配線としての正電極、４６…配線としての負電極、４７…第２不純物領域としてのｐ＋不純物領域、４８…第１不純物領域としてのｎ＋不純物領域、５０…円環およびシリコン酸化物としての第２絶縁膜、５１…シリコン化合物としての第１補強部、５２…配線としての接続配線、６５…半導体基板としてのシリコンウエハー、７０…凹部、８０…絶縁領域としての第２絶縁領域、８３…シリコン化合物としての第２補強部、８７…絶縁領域としての第３絶縁領域、９０…シリコン化合物としての第３補強部。

Claims (7)

  1. シリコンを含む半導体基板を備え、
    前記半導体基板は、
    前記半導体基板に配置され光を受光して光電変換する、第１光電変換領域及び第２光電変換領域と、
    前記第１光電変換領域と前記第２光電変換領域との間に設けられたシリコン酸化物を含む絶縁領域と、を有することを特徴とする光電変換装置。
  2. 請求項１に記載の光電変換装置であって、
    前記絶縁領域は、前記シリコン酸化物に囲まれたシリコン窒化物を有することを特徴とする光電変換装置。
  3. 請求項２に記載の光電変換装置であって、
    前記シリコン酸化物の幅は１μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする光電変換装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の光電変換装置であって、
    前記半導体基板が光を受光する第１面の反対側の第２面には、前記第１光電変換領域及び前記第２光電変換領域に配置された第１導電型の第１不純物領域と、前記第１不純物領域と異なる第２導電型の第２不純物領域と、前記第１光電変換領域に配置された前記第１不純物領域と前記第２光電変換領域に配置された前記第２不純物領域とを電気的に接続する配線と、を備え、
    前記配線は前記絶縁領域上を通って配置されることを特徴とする光電変換装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の光電変換装置と、
    前記光電変換装置と電気的に接続されている配線基板と、を備えることを特徴とする光電変換モジュール。
  6. 請求項５に記載の光電変換モジュールを備えることを特徴とする電子機器。
  7. シリコンを含む半導体基板において光を受光する第１面と反対側の第２面に所定の間隔で配列する凹部を形成し、
    前記凹部のシリコンを熱酸化して円環が連なる形状にシリコン酸化物を含む絶縁領域を形成し、
    前記絶縁領域を挟む第１光電変換領域及び第２光電変換領域にそれぞれ第１導電型の第１不純物領域と、前記第１不純物領域と異なる第２導電型の第２不純物領域とを形成し、
    前記第１光電変換領域に配置された前記第１不純物領域と前記第２光電変換領域に配置された前記第２不純物領域とを電気的に接続する配線を、前記絶縁領域上を通って配置し、
    前記半導体基板の前記第１面を削って前記シリコン酸化物を露出させることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
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