JP5638366B2

JP5638366B2 - 光電変換装置の製造方法

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Publication number: JP5638366B2
Application number: JP2010268820A
Authority: JP
Inventors: 田中　美和; 美和田中; 一也齋藤; 片桐　弘明; 弘明片桐; 小松　孝; 孝小松; 嘉規大胡; 圭祐金澤; 牧子高木; 靖西方; 大園　修司; 修司大園; 現示酒田; 秀和横尾; 英夫鈴木; 眞人冨田; 勉西橋
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Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2014-12-10
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Also published as: JP2012119537A

Description

本発明は、パッシベーション膜に覆われた半導体基板の側面に不純物領域を有する光電変換装置を製造する方法に関する。

従来から、例えば特許文献１に記載のように、半導体基板の裏面に二種類の不純物領域が形成されて該不純物領域にて光を電力に変換する、いわゆるバックコンタクト型の光電変換装置が知られている。一般に、このような不純物領域の形成される基板の表面は、該表面を機械的及び化学的に保護するためのパッシベーション膜によって覆われている。こうした光電変換装置は、図６（ａ）〜（ｆ）に示す工程によって製造される。図６（ａ）〜（ｆ）は、半導体基板の一例としてシリコン基板が用いられる光電変換装置の製造工程の一部を示す工程図であって、パッシベーション膜と不純物領域とを形成する工程を示す図である。

図６（ａ）に示されるように、まず、シリコン基板１１１の受光面１１１ａ及び裏面１１１ｂに、パッシベーション膜１１２が形成される。なお、このようなパッシベーション膜１１２は、シリコン基板１１１の表面を外部から保護することの可能な膜であればよく、例えば、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層膜やシリコン窒化膜が利用される。次いで、パッシベーション膜１１２が形成されると、図６（ｂ）に示されるように、上記裏面１１１ｂのパッシベーション膜１１２の一部を貫通する貫通孔１１２ｈが、フォトリソグラフィ等によって形成される。その後、図６（ｃ）に示されるように、Ｎ型の不純物元素を含有するＮ型不純物含有膜１１３が、裏面１１１ｂ側のパッシベーション膜１１２を覆うように形成され、これによって、Ｎ型不純物含有膜１１３が、上記貫通孔１１２ｈに充填される。

また、図６（ｄ）に示されるように、パッシベーション膜１１２の一部とＮ型不純物含有膜１１３の一部とを共に貫通する貫通孔１１３ｈが、フォトリソグラフィ等により形成される。その後、図６（ｅ）に示されるように、上記貫通孔１１３ｈの内部も含め、上記裏面１１１ｂ側のパッシベーション膜１１２及びＮ型不純物含有膜１１３の上面が、Ｐ型不純物含有膜１１４によって覆われる。そして、Ｎ型不純物含有膜１１３及びＰ型不純物含有膜１１４が貫通孔１１２ｈ，１１３ｈを介してシリコン基板１１１に直接接した状態でアニール処理が行われる。これにより、図６（ｆ）に示されるように、Ｎ型不純物含有膜１１３とシリコン基板１１１とが貫通孔１１２ｈを介して接する領域には、Ｎ型不純物領域１１１ｎが形成される。他方、同図６（ｆ）に示されるように、Ｐ型不純物含有膜１１４とシリコン基板１１１とが貫通孔１１３ｈを介して接する領域には、Ｐ型不純物領域１１１ｐが形成される。

上述のような製造工程を経ることによって、互いに異なる二種類の不純物領域１１１ｎ，１１１ｐが一つの裏面１１１ｂに形成される。このような構成によれば、各不純物領域に接続される電極、及び該電極に接続される配線が、光電変換装置の裏面１１１ｂに集約されるようになる。それゆえに、受光面１１１ａにおける受光効率を高めることができることから、光電変換素子の光電変換効率を高めることができる。

特開２００６−３３２２７３号公報

ところで、上述したように、シリコン基板１１１の裏面１１１ｂに不純物領域を形成する場合には、上記貫通孔１１２ｈと貫通孔１１３ｈとを形成するための工程が、各別に必要となる。そのため、パッシベーション膜１１２にこうした加工が施されない構成と比較して、光電変換装置の製造工程が煩雑化することを免れ得ない。しかも、該貫通孔１１２ｈ，１１３ｈの形成を、上記フォトリソグラフィによって行うとなれば、貫通孔１１２ｈ，１１３ｈを形成するためのマスクの形成や該マスクを形成するための露光装置やエッチング装置が別途必要となる。そして、１回のフォトリソグラフィ工程にて、レジストの塗布、レジストのパターニング、及びレジストの除去を行うことも必須となる。それゆえに、上記光電変換装置の量産化を可能とする上では、より簡易な製造工程によって同等の構成を有した光電変換素子の製造を可能とすることが強く望まれている。

なお、こうした問題は、上記シリコン基板１１１を有する光電変換素子の製造に限らず、他の半導体基板、例えばガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板、硫化カドミウム（ＣｄＳ）基板等の化合物半導体基板を有する光電変換装置の製造においても概ね共通するものである。また、該問題は、上記裏面側のみに電極を有するバックコンタクト型の光電変換装置の製造のみならず、パッシベーション膜に覆われた半導体基板の一側面に不純物領域を有する光電変換装置の製造において、概ね共通するものである。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、パッシベーション膜で覆われた半導体基板の側面に不純物領域を有する光電変換装置の製造工程数を少なくすることの可能な光電変換装置の製造方法を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、光を受ける受光面を有した半導体基板を備えるとともに、前記受光面に対向する裏面が第一導電型の第一不純物領域を有してパッシベーション膜で覆われる光電変換装置の製造方法であって、前記受光面の一部と前記裏面とに前記パッシベーション膜を形成する工程と、前記パッシベーション膜上から前記裏面に向けて前記第一導電型の不純物元素のイオンビームを照射して前記裏面に前記第一不純物領域を形成する工程と、前記パッシベーション膜上から前記裏面に向けて前記第一導電型とは異なる第二導電型の不純物元素のイオンビームを照射して前記裏面に第二不純物領域を形成する工程と、を備え、前記パッシベーション膜は、前記裏面にて相対的に薄いことを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、第一導電型の不純物元素が第一パッシベーション膜を通して半導体基板の裏面に注入される。それゆえに、不純物元素を半導体基板に拡散させるための貫通孔を別途第一パッシベーション膜に形成すること、また不純物元素を含有して該不純物元素を拡散させるための膜を別途形成すること、それらの必要がない。そのため、第一パッシベーション膜に貫通孔を形成する方法と比較して、光電変換装置を製造するための工程数を少なくすることが可能である。

また、請求項１に記載の発明によれば、第一導電型の不純物元素と第二導電型の不純物元素とがパッシベーション膜を通して半導体基板の裏面に注入される。それゆえに、第一導電型の不純物元素を拡散させるための膜を形成することの他、第二導電型の不純物元素を拡散させるための膜を形成する必要もない。そのため、光電変換装置の製造工程数を少なくするという上述した効果が、さらに顕著なものとなる。
パッシベーション膜の膜厚は、通常、半導体基板の外表面を保護するために、所定の膜厚以上が必要とされている。一方、このようなパッシベーション膜の膜厚が大きくなるほど、該パッシベーション膜を通した不純物元素の注入には、大きな加速電圧が必要とされる。そして、半導体基板の表面に不純物元素を到達させるための加速電圧が大きくなり過ぎると、半導体基板の表面において結晶欠陥等のダメージが発生しやすくなる。
この点、請求項１に記載の発明によれば、少なくとも半導体基板の裏面と受光面の一部にパッシベーション膜が形成される一方、不純物元素が注入される裏面では、そのパッシベーション膜の膜厚が相対的に薄くなる。その結果、不純物元素の注入に必要とされる不純物元素の加速電圧が、他の部位と比較して低いものになるとともに、半導体基板の表面においては、裏面よりも相対的に厚いパッシベーション膜による半導体基板の保護機能が
確実なものとなる。そして、パッシベーション膜に孔を形成するためには、該孔以外の領域が薄くなることを抑えるためのマスクの形成工程やパッシベーション膜に孔を形成する工程のように、少なくとも二つ以上の工程が必要になる。この点、半導体基板の裏面におけるパッシベーション膜を相対的に薄くする方法では、半導体基板の全体にパッシベーション膜を形成した後、半導体基板の受光面にさらにパッシベーション膜を積層する方法であれ、半導体基板の裏面にパッシベーション膜を形成した後、該パッシベーション膜の厚さを減少させる方法であれ、新たな工程が単に一つだけ増えるのみである。そのため、パッシベーション膜に孔を形成する方法と比較して、光電変換装置の製造に必要な工程数を少なくすることは可能である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光電変換装置の製造方法において、前記パッシベーション膜を形成する工程では、前記パッシベーション膜を構成する第一パッシベーション膜を形成した後に前記パッシベーション膜を構成する第二パッシベーション膜を前記半導体基板に形成することを要旨とする。

請求項２に記載の発明によれば、第二パッシベーション膜の形成部位が受光面であれ、また、第二パッシベーション膜の形成部位が裏面であれ、さらには、第二パッシベーション膜の形成部位が半導体基板の全体であれ、第二パッシベーション膜が形成される部位では、第一パッシベーション膜のみを形成する場合と比較して、パッシベーション膜による半導体基板の保護効果が高められることになる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光電変換装置の製造方法において、前記パッシベーション膜が、前記半導体基板の全体に形成される膜であることを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の光電変換装置の製造方法において、前記第一不純物領域を形成する前に、前記半導体基板の全体に前記第一パッシベーション膜を形成して前記第二パッシベーション膜を前記受光面側のみに積層することを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の光電変換装置の製造方法において、前記第一不純物領域を形成する前に、前記半導体基板の全体に前記パッシベーション膜を形成して該パッシベーション膜の前記裏面側の厚さを減少させることを要旨とする。

パッシベーション膜の膜厚を裏面にて相対的に薄くする方法としては、パッシベーション膜の成膜速度を裏面側で遅くする方法がある。ただし、このような方法では、成膜材料の供給量を受光面側と裏面側とで互いに異なるものとする必要があるため、パッシベーション膜を成膜する装置の構成が複雑なものとなってしまう。この点、請求項４に記載の発明によれば、他のパッシベーション膜が受光面側に積層されることによって、パッシベーション膜の膜厚が裏面にて相対的に薄くなる。また、請求項５に記載の発明によれば、裏面側のパッシベーション膜の厚さを減少させることによって、パッシベーション膜の膜厚が該裏面にて相対的に薄くなる。それゆえに、これらの方法によれば、パッシベーション膜を成膜する装置の構成を複雑なものとすることがない。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光電変換装置の製造方法において、前記裏面における前記パッシベーション膜の膜厚が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを要旨とする。

請求項６に記載の発明によれば、裏面に形成されるパッシベーション膜の膜厚が、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であって、半導体基板の受光面側に光の反射を抑制する目的で一般に形成される膜の厚さと比較して相対的に薄いことから、パッシベーション膜を通した半導体基板への不純物元素の注入が、より確実にできるようになる。

請求項７に記載の発明は、請求項２に記載の光電変換装置の製造方法において、前記半導体基板が、シリコン基板であり、前記パッシベーション膜を構成する前記第一パッシベーション膜と前記第二パッシベーション膜とのうち、少なくとも前記第一パッシベーション膜がシリコン酸化膜であることを要旨とする。

請求項７に記載の発明によれば、シリコン基板を熱酸化する等の簡易な方法で、該シリコン基板への不純物の侵入を抑制することのできるパッシベーション膜を形成することができる。

請求項８に記載の発明は、請求項２に記載の光電変換装置の製造方法において、前記半導体基板が、シリコン基板であり、前記パッシベーション膜を構成する前記第一パッシベーション膜と前記第二パッシベーション膜とのうち、少なくとも前記第二パッシベーション膜がシリコン窒化膜であることを要旨とする。

請求項８に記載の発明によれば、シリコン基板を窒素雰囲気で熱酸化する等の簡易な方法で、該シリコン基板への不純物の侵入を抑制することのできるパッシベーション膜を形成することができる。

本発明の一実施形態における光電変換装置の製造方法によって製造される光電変換装置の断面構造を示す斜視図。図１のＡ−Ａ線に沿った断面構造を示す断面図。（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）同実施形態における光電変換装置の製造方法を工程順に示す図。（ａ）（ｂ）（ｃ）同実施形態における光電変換装置の製造方法を工程順に示す図。（ａ）（ｂ）（ｃ）変形例の光電変換装置の製造方法によって製造される光電変換装置の断面構造を示す図。（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）従来の光電変換装置の製造方法を工程順に示す図。

以下、本発明の光電変換装置の製造方法を太陽電池の製造方法として具現化した一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
まず、図１及び図２を参照して、本実施形態の太陽電池の製造方法によって製造される太陽電池の構造を説明する。なお、図１においては、太陽電池の全体構造を説明する便宜上、太陽電池の外表面に形成されている凹凸形状のテクスチャー、及び太陽電池の受光面とこれに対向する裏面以外の側面を覆う膜を割愛している。図１に示されるように、太陽電池１０は、半導体基板としての矩形板状のシリコン基板１１における裏面１１ｂに、外部に接続される電極１２が接続された、いわゆるバックコンタクト型の太陽電池である。

より詳しくは、図２に示されるように、太陽電池１０の備えるシリコン基板１１には、太陽光の受光面１１ａと、該受光面１１ａと対向する裏面１１ｂとに、凹凸形状のテクスチャーが形成されている。このようなシリコン基板１１は、単結晶シリコンからなる基板と、多結晶シリコンからなる基板とのいずれであってもよい。

シリコン基板１１の裏面１１ｂには、該裏面１１ｂからシリコン基板１１の厚さ方向に所定の深さだけ不純物元素の拡散した領域であるＰ型不純物領域１１ｐ及びＮ型不純物領域１１ｎが、交互に隣接して形成されている。Ｐ型不純物領域１１ｐは、第一導電型の不純物元素であるホウ素（Ｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、及びビスマス（Ｂｉ）等の元素を含む。他方、Ｎ型不純物領域１１ｎは、第二導電型の不純物元素であるリン（Ｐ）、及びヒ素（Ａｓ）等の元素を含む。Ｐ型不純物領域１１ｐ及びＮ型不純物領域１１ｎには、アルミニウムや銀等からなる電極１２が、シリコン基板１１の裏面１１ｂから突出するかたちに形成されている。Ｐ型不純物領域１１ｐ及びＮ型不純物領域１１ｎでは、シリコン基板１１の受光面１１ａにて入射した光が電力に変換される。そして、該電力は、各不純物領域１１ｐ，１１ｎに接続された電極１２から外部の負荷や蓄電装置へ取り出される。

上記シリコン基板１１の全体は、少なくとも電極１２の突出面１２ａを露出させるようにシリコン酸化膜１３と、該シリコン酸化膜１３を覆うシリコン窒化膜１４とによって覆われている。シリコン窒化膜１４の受光面１１ａ側は、裏面１１ｂ側よりも膜厚が厚く、受光面１１ａ側にて光の反射を抑える反射抑制部１４ａとして機能する。そして、太陽電池１０の表面側に照射される光は、反射抑制部１４ａの反射抑制機能によってシリコン基板１１内に取り込まれやすくなる。また、シリコン基板１１内に取り込まれた光は、受光面１１ａ及び裏面１１ｂに形成されるテクスチャーによって閉じ込められやすくなる。そして、シリコン基板１１内に取り込まれた光や閉じ込められた光は、Ｐ型不純物領域１１ｐ及びＮ型不純物領域１１ｎでの光電変換作用によって電力に変換される。また、この反射抑制部１４ａを含めて、上記シリコン酸化膜１３とシリコン窒化膜１４とによって、シリコン基板１１への水分等の不純物の侵入やシリコン基板１１の外表面における機械的な損傷等を抑えるパッシベーション膜が構成されている。

次に、図３及び図４を参照して、上記太陽電池１０の製造方法を説明する。なお、図３及び図４における各図は、それに対応する製造工程での上記図２に相当する断面構造を示している。また、パッシベーション膜、Ｐ型不純物領域１１ｐ、及びＮ型不純物領域１１ｎが形成される方法を主に説明する便宜上、これらに対応する製造工程での断面構造を主に示している。

太陽電池１０の製造工程では、まず、図３（ａ）に示されるように、シリコン基板１１の受光面１１ａ及び裏面１１ｂが、各別に例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液２１等のウェットエッチング用のエッチング溶液に浸される。これにより、シリコン基板１１の受光面１１ａ及び裏面１１ｂに凹凸形状のテクスチャーが形成される。次いで、図３（ｂ）に示されるように、シリコン基板１１は、アニール炉にて酸素雰囲気で加熱される。こうした酸素雰囲気での加熱により、１０ｎｍのシリコン酸化膜１３が、シリコン基板１１の外表面の全体を覆うように形成される。なお、シリコン酸化膜１３は、その全体にわたり略同一の膜厚である。そして、図３（ｃ）に示されるように、シリコン酸化膜１３の形成されたシリコン基板１１は、アニール炉にて窒素雰囲気で加熱される。これにより、２０ｎｍのシリコン窒化膜１４が、シリコン酸化膜１３の外表面の全体を覆うように形成される。なお、シリコン窒化膜１４は、上記シリコン酸化膜１３と同様、その全体にわたり略同一の膜厚である。

次いで、図３（ｄ）に示されるように、シリコン基板１１の受光面１１ａ側が、シリコン窒化膜１４を形成可能なプラズマ２２に曝される。これにより、先のシリコン窒化膜１４上のうちでシリコン基板１１の受光面１１ａ側にのみ、シリコン窒化物が積層されて上述した反射抑制部１４ａが形成される。なお、反射抑制部１４ａにおけるシリコン窒化物の膜厚は、外部から入射する太陽光の反射をシリコン窒化物の表面にて抑制する膜厚であって、７０ｎｍ〜８０ｎｍである。

上述のように反射抑制部１４ａが形成されると、シリコン基板１１は、イオン注入装置に搬入される。そして、図３（ｅ）に示されるように、イオン注入装置の備えるＮ型用マスク２３の開口部２３ｈを介して、第一導電型の第一不純物領域であるＮ型不純物領域１１ｎを形成する位置に、Ｎ型不純物元素のイオンビーム２３ａが照射される。Ｎ型用マスク２３は、炭素、アルミニウム、及びケイ素等のイオンビーム２３ａを吸収する材料からなる板であって、Ｎ型不純物領域１１ｎと向い合う位置に機械加工によって形成された開口部２３ｈを有している。イオンビーム２３ａは、パッシベーション膜であるシリコン窒化膜１４とシリコン酸化膜１３との上からシリコン基板１１に向けて照射され、それを構成する不純物元素のイオンがこれら膜１３，１４を貫通してシリコン基板１１に到達するように加速電圧が設定されている。

なお、Ｎ型不純物元素がリンであるときには、イオンビーム２３ａの原料ガスの一例として、ＰＨ_３ガス、ＰＦ_３ガス、ＰＦ_５ガス、ＰＣｌ_３ガス、ＰＣｌ_５ガス、及びＰＯＣｌ_３ガスが用いられる。この際、イオンビーム２３ａの加速電圧は、１ｋｅＶ〜５０ｋｅｖである。加速電圧が１ｋｅＶより小さくなると、Ｎ型不純物元素のイオンは、シリコン基板１１に到達することなく、パッシベーション膜をスパッタするようになる。他方、加速電圧が５０ｋｅＶを超えると、イオンビーム２３ａによるシリコン基板１１のダメージが、太陽電池１０の変換効率を下げる程度にまで大きくなってしまう。

ちなみに、上述したイオンビーム２３ａとは、その生成過程において、所定の質量のイオンのみが所定の軌道で加速されるビームではなく、原料ガスの分解によって生成される全ての質量のイオンが同じ軌道で加速されるビームである。一般に、イオンビームによる結晶欠陥等のダメージが結晶基板に現れる場合には、該イオンビームの加速電圧を下げることがその解決手段として挙げられる。そのため、パッシベーション膜が薄いことに起因してダメージが発生する場合には、イオンビームの加速電圧を下げることが求められる。この点、上述した方式で出力されるイオンビーム２３ａによれば、所定の質量を有したイオンのみを出力する方式と比較して、より低い加速電圧でイオンビームの出力を安定させることが可能である。それゆえに、上述したダメージを抑えるための加速電圧の範囲を広げることが可能であって、ひいてはシリコン基板１１に発生するダメージを抑えることが可能である。

上述のようにイオンビーム２３ａが照射されると、図３（ｆ）に示されるように、イオン注入装置の備えるＰ型用マスク２４の開口部２４ｈを介して、第二導電型の第二不純物領域であるＰ型不純物領域１１ｐを形成する位置に、Ｐ型不純物元素のイオンビーム２４ａが照射される。Ｐ型用マスク２４は、上記Ｎ型用マスクと同様に、炭素、アルミニウム、及びケイ素等のイオンビーム２４ａを吸収する材料からなる板であって、Ｐ型不純物領域１１ｐと向かい合う位置に機械加工によって形成された開口部２４ｈを有している。イオンビーム２４ａは、これもイオンビーム２３ａと同様、パッシベーション膜であるシリコン窒化膜１４とシリコン酸化膜１３との上からシリコン基板１１に向けて照射される。また、イオンビーム２４ａでは、それを構成する不純物元素のイオンがこれら膜１３，１４を貫通してシリコン基板１１に到達するように加速電圧が設定されている。

なお、Ｐ型不純物元素がホウ素であるときには、イオンビーム２４ａの原料ガスの一例として、ＢＨ_６ガス、ＢＦ_３ガス、ＢＣｌ_３ガス、ＢＢｒ_３ガスが用いられる。この際、イオンビーム２４ａの加速電圧は、１ｋｅＶ〜５０ｋｅｖである。加速電圧が１ｋｅＶより小さくなると、Ｐ型不純物元素のイオンは、シリコン基板１１に到達することなく、パッシベーション膜をスパッタするようになる。他方、加速電圧が５０ｋｅＶを超えると、イオンビーム２４ａによるシリコン基板１１へのダメージが、太陽電池１０の変換効率を下げる程度にまで大きくなってしまう。ちなみに、イオンビーム２４ａも、イオンビーム２３ａと同じく、その生成過程において、所定の質量のイオンのみが所定の軌道で加速されるビームではなく、原料ガスの分解によって生成される全ての質量のイオンが同じ軌道で加速されるビームである。

このようにイオンビーム２３ａ，２４ａの照射が行われると、図４（ａ）に示されるように、シリコン基板１１は、アニール炉にて希ガス雰囲気で加熱される。こうした熱処理により、各不純物領域１１ｎ，１１ｐ中の不純物元素が活性化される。また、イオンビーム２３ａ，２４ａの照射によるシリコン基板１１のダメージ、例えば結晶欠陥が修復される。次いで、図４（ｂ）に示されるように、シリコン酸化膜１３とシリコン窒化膜１４とを介して上記各不純物領域１１ｎ，１１ｐと対向する位置に、公知のスクリーン印刷法を用いて電極１２を形成する。より詳しくは、シリコン基板１１における電極１２の形成される位置に応じた開口部２５ｈを有した印刷用マスク２５を用いて、アルミニウムや銀等からなる電極１２を印刷する。そして、図４（ｃ）に示されるように、電極１２の印刷されたシリコン基板１１に対して、上述のようなアニール炉での加熱処理、いわゆるファイアスルー処理が行われる。これにより、シリコン酸化膜１３とシリコン窒化膜１４との外側に形成された電極１２が、これらシリコン酸化膜１３とシリコン窒化膜１４を突き破る。それゆえに、上記Ｐ型不純物領域１１ｐ及びＮ型不純物領域１１ｎが、対応する電極１２と接続されることで、先の図１及び図２に示される太陽電池１０が製造される。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下に列挙する効果が得られるようになる。
（１）Ｎ型の不純物元素とＰ型の不純物元素とをシリコン酸化膜１３とシリコン窒化膜１４とを通してシリコン基板１１の裏面１１ｂに注入するようにした。それゆえに、不純物元素をシリコン基板１１に拡散させるための貫通孔を別途シリコン酸化膜１３やシリコン窒化膜１４に形成する必要がない。そのため、シリコン酸化膜１３及びシリコン窒化膜１４に貫通孔を形成する方法と比較して、太陽電池１０を製造するための工程数を少なくすることが可能である。

（２）シリコン基板１１の全体にシリコン酸化膜１３及びシリコン窒化膜１４が形成される一方、不純物元素の注入される裏面１１ｂでは、シリコン窒化物の膜厚を相対的に薄くすることによって、パッシベーション膜の膜厚を相対的に薄くするようにした。そのため、不純物元素の注入に必要とされる加速電圧を低くすることができるとともに、シリコン基板１１の受光面１１ａにおいては、パッシベーション膜の機能を確実に発現させることが可能である。

（３）シリコン基板１１の外表面の全体にシリコン酸化膜１３とシリコン窒化膜１４とを形成した後、さらに受光面１１ａ側のみにシリコン窒化物を積層することによって、パッシベーション膜の膜厚を裏面１１ｂにて相対的に薄くするようにした。ここで、不純物を拡散させるための貫通孔をパッシベーション膜に形成するためには、貫通孔以外の領域が薄くなることを抑えるマスクを形成する工程と、パッシベーション膜に貫通孔を形成する工程とのように、少なくとも２つ以上の工程が必要になる。これに対して、パッシベーション膜の形成工程が反射抑制部１４ａを含む上述のような方法であっても、単にパッシベーション膜の形成工程が増えるのみである。それゆえに、上述した方法であっても、貫通孔をパッシベーション膜に形成する方法と比較して、製造工程数を少なくすることは可能である。

（４）裏面１１ｂに形成されるシリコン酸化膜１３の膜厚とシリコン窒化膜１４の膜厚との和を３０ｎｍとした。そのため、シリコン酸化膜１３とシリコン窒化膜１４とを通したシリコン基板１１への不純物元素の注入が、より確実にできるようになる。

なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・上記裏面１１ｂ側のパッシベーション膜の厚さ、つまり、シリコン酸化膜１３の厚さとシリコン窒化膜１４の厚さとの和を、３０ｎｍとした。これに限らず、裏面１１ｂ側のパッシベーション膜の厚さは、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好ましい。また、裏面１１ｂにおけるパッシベーション膜の厚さは、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下とすることが特に好ましい。裏面１１ｂにおけるパッシベーション膜の厚さがこうした範囲にあれば、裏面１１ｂに対して機械的及び化学的な最低限の保護、つまり太陽電池１０としての十分な変換効率が維持されるだけ裏面１１ｂを保護することができる。加えて、イオンビーム２３ａ，２４ａによりイオン注入を受けるパッシベーション膜の厚さを好ましい膜厚範囲の中で相対的に薄くできるため、シリコン基板１１へのイオン注入量を相対的に多くすることができる。これにより、より短いイオン注入処理の時間で、十分なイオン注入量を確保できることから、太陽電池１０の製造に要するタクトタイムを短縮することができる。そして、パッシベーション膜の厚さを、２０ｎｍを超える厚さとすれば、裏面１１ｂを機械的及び化学的により確実に保護することができる。加えて、パッシベーション膜の厚さを５０ｎｍ以下とすれば、イオンビーム２３ａ，２４ａの照射によるシリコン基板１１へのダメージが、太陽電池１０の変換効率に影響を及ぼす程度に大きくなることをより確実に抑制できる。

なお、裏面１１ｂに対する機械的及び化学的な保護が光電変換装置における裏面１１ｂ側の他の構成によって得られるのであれば、上述したパッシベーション膜は５ｎｍ未満であってもよい。また、イオンビーム２３ａ，２４ａによるダメージがイオン注入後のアニール等によって軽減できるものであれば、上述したパッシベーション膜は５０ｎｍを超える厚さであってもよい。

・シリコン基板１１の受光面１１ａ側に別途シリコン窒化物を積層することによって、シリコン基板１１の全体にて裏面１１ｂ側の厚さを相対的に薄くした。これに限らず、受光面１１ａ側に必要とされる膜厚でシリコン酸化膜１３の全体にシリコン窒化膜１４を形成した後に、裏面１１ｂ側のシリコン窒化膜１４の全面をエッチングによって削り、これによって、裏面１１ｂ側のシリコン窒化膜１４の厚さを薄くするようにしてもよい。あるいは、受光面１１ａ側に必要とされる膜厚でシリコン基板１１の全体にシリコン酸化膜１３を形成した後に、裏面１１ｂ側のシリコン酸化膜１３の全体をエッチングによって削り、これによって、裏面１１ｂ側のシリコン酸化膜１３の厚さを薄くするようにしてもよい。さらには、受光面１１ａ側に必要とされる膜厚でシリコン酸化膜１３及びシリコン窒化膜１４を形成した後に、裏面１１ｂ側のシリコン窒化膜１４の全体及びシリコン酸化膜１３をエッチングによって削り、これによって、裏面１１ｂ側のパッシベーションの厚さを薄くするようにしてもよい。つまり、裏面側に形成されたパッシベーション膜の厚さを減少させるようにすればよい。こうした方法によれば、以下の効果が得られるようになる。

（５）パッシベーション膜の膜厚を裏面１１ｂにて相対的に薄くする方法としては、パッシベーション膜の成膜速度を裏面側で遅くする方法がある。ただし、このような方法では、成膜材料の供給量を受光面１１ａ側と裏面１１ｂ側とで互いに異なるものとする必要があるため、パッシベーション膜を成膜する装置の構成が複雑なものとなってしまう。上述した方法によれば、シリコン酸化膜１３及びシリコン窒化膜１４を成膜する装置の構成を複雑なものとすることがない。

・シリコン酸化膜１３を形成する工程が割愛される方法であってもよく、また、シリコン窒化膜１４を形成する工程が割愛される方法であってもよい。シリコン酸化膜１３を形成する工程が割愛される方法であれば、シリコン基板を熱窒化するという一つの工程によって、パッシベーション膜を形成することができる。また、シリコン窒化膜１４が割愛される構成であれば、シリコン基板を熱酸化するという一つの工程によって、パッシベーション膜を形成することができる。

また、裏面１１ｂ側のシリコン酸化膜１３のみが割愛される構成であってもよく、また、裏面１１ｂ側のシリコン窒化膜１４のみが割愛される構成であってもよい。裏面１１ｂ側のシリコン酸化膜１３のみが割愛される構成であれば、これに伴って、裏面１１ｂ側のパッシベーション膜の膜厚を相対的に薄くすることが可能でもある。また、裏面１１ｂ側のシリコン窒化膜１４のみが割愛される構成であれば、これに伴って、裏面１１ｂ側のパッシベーション膜の膜厚を相対的に薄くすることも可能である。なお、受光面１１ａにパッシベーション膜を成膜しつつ、裏面１１ｂ側にパッシベーション膜を成膜しない、あるいは裏面１１ｂ側のパッシベーション膜を薄くする方法の一例としては、以下の方法が挙げられる。例えば、シリコン基板１１の受光面１１ａ側と裏面１１ｂ側とで、成膜に必要とされるガスの供給量や成膜時間を互いに異なるものとする。あるいは、シリコン基板１１の裏面１１ｂ側を遮蔽物によって覆いつつ、シリコン基板１１の全体に成膜に必要とされるガスを供給する。

具体的には、図５（ａ）に示されるように、シリコン基板３１の全体にシリコン酸化膜３３を有し、該シリコン基板３１の受光面３１ａ側にのみ反射抑制部３４ａとしても機能するシリコン窒化膜３４を形成するようにしてもよい。この場合、シリコン基板３１の全体にシリコン酸化膜３３を形成した後に、シリコン基板３１の受光面３１ａ側にのみシリコン窒化膜３４を形成した上で、各不純物領域３１ｎ，３１ｐを形成するようにすればよい。なお、Ｎ型不純物領域３１ｎ、Ｐ型不純物領域３１ｐ、及び電極３２は、上記実施形態と同等の構造である。これによれば、以下の効果が得られる。

（６）受光面３１ａ側にシリコン酸化膜３３にシリコン窒化膜３４が積層されることによって、パッシベーション膜の膜厚が裏面にて相対的に薄くすることができ、シリコン基板３１の裏面３１ｂにおける不純物元素の注入が容易なものとなるとともに、シリコン基板３１の表面においては、パッシベーション膜としての機能がより確実に発現される。

また、図５（ｂ）に示されるように、シリコン基板４１の全体にシリコン窒化膜４３を形成するとともに、裏面４１ｂ側のシリコン窒化膜４３の膜厚を、反射抑制部４３ａとして機能する受光面４１ａ側のシリコン窒化膜４３と比較して相対的に薄くするようにしてもよい。この場合、上記実施形態におけるシリコン酸化膜１３の形成工程を割愛すればよい、つまり、窒素雰囲気での加熱によりシリコン基板１１の全体にシリコン窒化膜１４を形成した後に、プラズマを用いて該シリコン基板１１側にシリコン窒化膜１４を形成した上で、各不純物領域４１ｎ，４１ｐを形成すればよい。なお、各不純物領域４１ｎ，４１ｐ及び電極４２は、上記実施形態と同等の構造である。

また、図５（ｃ）に示されるように、上記パッシベーション膜として、シリコン基板５１の受光面５１ａ側半分に反射抑制部５４ａとしても機能するシリコン窒化膜５４を形成するとともに、該シリコン基板５１の裏面５１ｂ側半分にシリコン酸化膜５３を形成するようにしてもよい。この場合、上記実施形態でのシリコン酸化膜の形成工程において、まず、シリコン基板５１の裏面５１ｂ側のみにシリコン酸化膜５３を形成するとともに、同実施形態でのシリコン窒化膜の形成工程において、シリコン基板５１の受光面５１ａ側のみにシリコン窒化膜５４を形成した後に、各不純物領域５１ｎ，５１ｐを形成すればよい。なお、シリコン窒化膜５４を形成した後に、シリコン酸化膜５３を形成するようにしてもよい。また、各不純物領域５１ｎ，５１ｐ及び電極５２は、上記実施形態と同等の構造である。

・先の図５（ａ）に示される太陽電池を形成するときには、シリコン酸化膜３３をシリコン基板の全体にわたり形成した後に、各不純物領域３１ｎ，３１ｐを形成し、次いで、シリコン基板３１の受光面３１ａ側にのみシリコン窒化膜３４を形成するようにしてもよい。

・先の図５（ｂ）に示される太陽電池を形成するときには、シリコン基板４１の全体にシリコン窒化膜４３を形成した後、各不純物領域４１ｎ，４１ｐを形成するようにし、次いで、プラズマを用いてシリコン基板４１の受光面４１ａ側にのみシリコン窒化膜１４を形成するようにしてもよい。

・先の図５（ｃ）に示される太陽電池を形成するときには、シリコン基板５１の裏面５１ｂ側のみにシリコン酸化膜５３を形成した後に、各不純物領域５１ｎ，５１ｐを形成した上で、シリコン基板５１の受光面５１ａ側のみにシリコン窒化膜５４を形成するようにしてもよい。

・また、シリコン基板１１の裏面１１ｂ側に形成されたパッシベーション膜を削ることによって、該裏面１１ｂ側でのパッシベーション膜の厚さを減少させるとともに、シリコン基板１１の受光面１１ａ側には、パッシベーション膜の成膜を２回実施することによって、裏面１１ｂ側のパッシベーション膜の厚さを相対的に薄くするようにしてもよい。

・シリコン基板１１の受光面１１ａ及び裏面１１ｂのテクスチャーを、水酸化カリウム水溶液２１によるウェットエッチングで形成するようにした。これに限らず、シリコン基板１１をウェットエッチングすることができる他の溶液を用いるようにしてもよい。また、ウェットエッチング以外の方法で上記テクスチャーを形成するようにしてもよい。

・シリコン基板１１の全体に対するシリコン酸化膜１３及びシリコン窒化膜１４の形成を熱ＣＶＤ法で行うようにした。これに限らず、シリコン酸化膜１３及びシリコン窒化膜１４は、例えばプラズマＣＶＤ法等、他の成膜方法によって形成するようにしてもよい。

・シリコン基板１１の受光面１１ａ側のみに対するシリコン窒化膜１４の形成をプラズマＣＶＤ法によって形成するようにした。これに限らず、他の成膜方法、例えば熱ＣＶＤ法、スパッタ法等によって形成するようにしてもよい。

・Ｎ型の不純物元素として、例えばＡｓを用いる場合、イオンビームの原料ガスとしては、ＡｓＨ_３ガス、ＡｓＦ_３ガス、ＡｓＦ_５ガス、ＡｓＣｌ_３ガス、及びＡｓＣｌ_５ガス等を用いるようにすればよい。

・上記イオンビーム２３ａ，２４ａの生成時には、質量分離を行って、特定の質量を有したイオンのみからなるイオンビームを生成するようにしてもよい。
・上記シリコン基板１１に代えて、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板、硫化カドミウム（ＣｄＳ）基板、カドミウムテルル（ＣｄＴｅ）基板、セレン化銅インジウム（ＣｕＩｎＳｅ）基板等の化合物半導体基板や、有機半導体基板を用いるようにしてもよい。

・上記実施形態では、シリコン酸化膜１３とシリコン窒化膜１４とをシリコン基板１１の全体に形成した後に、Ｎ型不純物領域１１ｎとＰ型不純物領域１１ｐとを形成するようにした。これに限らず、パッシベーション膜としてのシリコン酸化膜１３の形成に次いで、上記各不純物領域１１ｎ，１１ｐの形成を行った後に、他のパッシベーション膜としてのシリコン窒化膜１４を形成するようにしてもよい。これによれば、以下の効果が得られる。

（７）パッシベーション膜の形成工程が不純物領域の形成工程によって複数に分割されるため、不純物領域を形成する際のパッシベーション膜の膜厚が自ずと薄くなる。その結果、本来必要とされるパッシベーション膜の膜厚にかかわらず、パッシベーション膜を通してシリコン基板１１の裏面１１ｂも不純物元素を注入することが容易なものとなる。

・パッシベーション膜としてのシリコン酸化膜１３とシリコン窒化膜１４とをシリコン基板１１の全体にわたり形成するようにした。これに限らず、少なくともシリコン基板１１の裏面１１ｂがパッシベーション膜によって覆われているようにすればよい。

１０…太陽電池、１１，３１，４１，５１，１１１…シリコン基板、１１ａ，３１ａ，４１ａ，５１ａ，１１１ａ…受光面、１１ｂ，３１ｂ，４１ｂ，５１ｂ，１１１ｂ…裏面、１１ｐ，３１ｐ，４１ｐ，５１ｐ，１１１ｐ…Ｐ型不純物領域、１１ｎ，３１ｎ，４１ｎ，５１ｎ，１１１ｎ…Ｎ型不純物領域、１２，３２，４２，５２…電極、１２ａ…突出面、１３，３３，５３…シリコン酸化膜、１４，３４，４３，５４…シリコン窒化膜、１４ａ３４ａ，４３ａ，５４ａ…反射抑制部、２１…水酸化カリウム水溶液、２２…プラズマ、２３…Ｎ型用マスク、２３ｈ，２４ｈ，２５ｈ…開口部、２３ａ，２４ａ…イオンビーム、２４…Ｐ型用マスク、２５…印刷用マスク、１１２…パッシベーション膜、１１２ｈ，１１３ｈ…貫通孔、１１３…Ｐ型不純物含有膜、１１４…Ｎ型不純物含有膜。

Claims

光を受ける受光面を有した半導体基板を備えるとともに、前記受光面に対向する裏面が第一導電型の第一不純物領域を有してパッシベーション膜で覆われる光電変換装置の製造方法であって、
前記受光面の一部と前記裏面とに前記パッシベーション膜を形成する工程と、
前記パッシベーション膜上から前記裏面に向けて前記第一導電型の不純物元素のイオンビームを照射して前記裏面に前記第一不純物領域を形成する工程と、
前記パッシベーション膜上から前記裏面に向けて前記第一導電型とは異なる第二導電型の不純物元素のイオンビームを照射して前記裏面に第二不純物領域を形成する工程と、
を備え、
前記パッシベーション膜は、前記裏面にて相対的に薄い光電変換装置の製造方法。
前記パッシベーション膜を形成する工程では、前記パッシベーション膜を構成する第一パッシベーション膜を形成した後に前記パッシベーション膜を構成する第二パッシベーション膜を前記半導体基板に形成する
請求項１に記載の光電変換装置の製造方法。
前記パッシベーション膜が、前記半導体基板の全体に形成される膜である
請求項１又は２に記載の光電変換装置の製造方法。
前記第一不純物領域を形成する前に、前記半導体基板の全体に前記第一パッシベーション膜を形成して前記第二パッシベーション膜を前記受光面側のみに積層する
請求項２に記載の光電変換装置の製造方法。
前記第一不純物領域を形成する前に、前記半導体基板の全体に前記パッシベーション膜を形成して該パッシベーション膜の前記裏面側の厚さを減少させる
請求項１から４のいずれか一項に記載の光電変換装置の製造方法。
前記裏面における前記パッシベーション膜の膜厚が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光電変換装置の製造方法。
前記半導体基板が、シリコン基板であり、
前記パッシベーション膜を構成する前記第一パッシベーション膜と前記第二パッシベーション膜とのうち、少なくとも前記第一パッシベーション膜がシリコン酸化膜である
請求項２に記載の光電変換装置の製造方法。
前記半導体基板が、シリコン基板であり、
前記パッシベーション膜を構成する前記第一パッシベーション膜と前記第二パッシベーション膜とのうち、少なくとも前記第二パッシベーション膜がシリコン窒化膜である
請求項２に記載の光電変換装置の製造方法。