JP6783231B2 - 光電変換素子 - Google Patents

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Description

本発明は、光電変換素子に関する。
太陽光などの光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換素子は、近年、地球環境問題の観点から、次世代のエネルギー源としての期待が高まっている。光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率を向上させるために、光の入射面と反対側である裏面のみに電極が形成されたバックコンタクト構造を有する光電変換素子が知られている（たとえば特許文献１参照）。
米国特許第４９２７７７０号明細書
しかし、特許文献１に記載された光電変換素子では、光電変換素子に光が照射されることによって光電変換素子内に生成されたキャリアを収集する効率が十分に高いとはいえない。
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子を提供することである。
本発明の光電変換素子は、光が入射する第１の表面と、第１の表面と反対側の第２の表面と、第１の表面と第２の表面とを接続する側面とを有する半導体基板を備える。半導体基板は、第２の表面内に、ｎ型不純物拡散層と、ｐ型不純物拡散層とを含む。本実施の形態の光電変換素子は、さらに、第２の表面上に設けられた複合パッシベーション膜を備える。複合パッシベーション膜は、負の固定電荷を有する第１のパッシベーション膜と、第１のパッシベーション膜を保護する保護膜とを含む。本実施の形態の光電変換素子は、さらに、第２の表面上に設けられるとともに、ｎ型不純物拡散層と電気的に接続される第１の電極と、第２の表面上に設けられるとともに、ｐ型不純物拡散層と電気的に接続される第２の電極とを備える。
本発明の光電変換素子によれば、向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子を提供することができる。
半導体基板の第２の面側から見た、実施の形態１に係る光電変換素子の模式的な平面図である。 実施の形態１に係る光電変換素子の、図１に示す断面線ＩＩ−ＩＩにおける概略断面図である。 実施の形態１に係る光電変換素子の製造方法における一工程を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る光電変換素子の製造方法における、図３に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る光電変換素子の製造方法における、図４に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る光電変換素子の製造方法における、図５に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る光電変換素子の製造方法における、図６に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る光電変換素子の製造方法における、図７に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る光電変換素子の製造方法における、図８に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る光電変換素子の製造方法における、図９に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る光電変換素子の製造方法における、図１０に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る光電変換素子の製造方法における、図１１に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る光電変換素子の製造方法における、図１２に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る光電変換素子の製造方法における、図１３に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態１の変形例に係る光電変換素子の概略断面図である。 実施の形態２に係る光電変換素子の概略断面図である。 実施の形態３に係る光電変換素子の概略断面図である。 実施の形態４に係る光電変換素子の概略断面図である。 実施の形態５に係る光電変換素子の概略断面図である。 実施の形態６に係る光電変換素子の概略断面図である。 実施の形態６に係る光電変換素子の製造方法における一工程を示す概略断面図である。 実施の形態６に係る光電変換素子の製造方法における、図２１に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態６に係る光電変換素子の製造方法における、図２２に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態６に係る光電変換素子の製造方法における、図２３に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態６に係る光電変換素子の製造方法における、図２４に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態６に係る光電変換素子の製造方法における、図２５に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態６に係る光電変換素子の製造方法における、図２６に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態６に係る光電変換素子の製造方法における、図２７に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態７に係る光電変換素子の概略断面図である。 実施の形態８に係る光電変換素子の概略断面図である。 実施の形態９に係る光電変換素子の概略断面図である。 実施の形態９に係る光電変換素子の製造方法における一工程を示す概略断面図である。 実施の形態９に係る光電変換素子の製造方法における、図３２に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態９に係る光電変換素子の製造方法における、図３３に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態９に係る光電変換素子の製造方法における、図３４に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態９に係る光電変換素子の製造方法における、図３５に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態９に係る光電変換素子の製造方法における、図３６に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態９に係る光電変換素子の製造方法における、図３７に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態９に係る光電変換素子の製造方法における、図３８に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態９に係る光電変換素子の製造方法における、図３９に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態９に係る光電変換素子の製造方法における、図４０に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態９に係る光電変換素子の製造方法における、図４１に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態９に係る光電変換素子の製造方法における、図４２に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態１０に係る光電変換素子の概略断面図である。 実施の形態１０に係る光電変換素子の製造方法における一工程を示す概略断面図である。 実施の形態１０に係る光電変換素子の製造方法における、図４５に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態１０に係る光電変換素子の製造方法における、図４６に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態１１に係る光電変換素子の概略断面図である。 実施の形態１２に係る光電変換素子の概略断面図である。
（実施の形態１）
図１及び図２を参照して、実施の形態１に係る光電変換素子１を説明する。
本実施の形態の光電変換素子１は、ｎ型不純物拡散層１３とｐ型不純物拡散層１２とを含む半導体基板１０と、複合パッシベーション膜６と、ｎ型不純物拡散層１３と電気的に接続される第１の電極１９と、ｐ型不純物拡散層１２と電気的に接続される第２の電極１８とを、主に備える。
半導体基板１０は、ｎ型またはｐ型の半導体基板であってもよい。半導体基板１０は、多結晶シリコン基板または単結晶シリコン基板であってもよい。本実施の形態では、半導体基板１０として、ｎ型のシリコン基板が用いられている。半導体基板１０は、第１の表面１０ａと、第１の表面１０ａと反対側の第２の表面１０ｂと、第１の表面１０ａと第２の表面１０ｂとを接続する側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）とを有する。本明細書において、半導体基板１０の側面は、第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄ以外の他の側面（例えば、第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄに交差する方向（図１の左右方向）に延在する側面）も含む。半導体基板１０の第１の表面１０ａ側から光電変換素子１に光が入射する。半導体基板１０の第１の表面１０ａは、受光面である。半導体基板１０の第１の表面１０ａに凹凸構造１１が形成されてもよい。光の入射面である半導体基板１０の第１の表面１０ａ上に凹凸を設けることによって、半導体基板１０の第１の表面１０ａにおいて光が反射することが抑制されて、より多くの光が光電変換素子１内に入射され得る。そのため、光電変換素子１において光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率が向上され得る。
半導体基板１０は、第２の表面１０ｂ内に、ｎ型不純物拡散層１３と、ｐ型不純物拡散層１２とを含む。ｎ型不純物拡散層１３は、半導体基板１０に、燐などのｎ型不純物を拡散させることによって形成された層である。ｐ型不純物拡散層１２は、半導体基板１０に、ホウ素などのｐ型不純物を拡散させることによって形成された層である。
半導体基板１０の第１の表面１０ａの上に、第２のパッシベーション膜１６が設けられてもよい。第２のパッシベーション膜１６は、窒化珪素（ＳｉＮx4）または水素化窒化珪素（ＳｉＮx4：Ｈ）で形成されてもよい。第２のパッシベーション膜１６は、半導体基板１０の屈折率と、空気などの光電変換素子１の周囲に存在する物質の屈折率との間の屈折率を有してもよい。第２のパッシベーション膜１６が、半導体基板１０の屈折率と、空気などの光電変換素子１の周囲に存在する物質の屈折率との間の屈折率を有することによって、第２のパッシベーション膜１６は、反射防止膜として機能し得る。そのため、光電変換素子１における光の反射率が低減されて、より多くの光が光電変換素子１内に入射され得る。光電変換素子１において光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率を向上させることができる。
半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上に、複合パッシベーション膜６が設けられている。本実施の形態では、複合パッシベーション膜６は、負の固定電荷を有する第１のパッシベーション膜１４と、第１のパッシベーション膜１４を保護する保護膜１５とを含む。半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上において、保護膜１５は、第１のパッシベーション膜１４を覆う。第１のパッシベーション膜１４は、半導体基板１０の第２の表面１０ｂと保護膜１５との間に位置する。
負の固定電荷を有する第１のパッシベーション膜１４は、酸化アルミニウム（ＡｌＯx1）または水素化酸化アルミニウム（ＡｌＯx1：Ｈ）で形成されてもよい。第１のパッシベーション膜１４は、例えば、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下の膜厚を有してもよい。
保護膜１５は、第１のパッシベーション膜１４上に設けられて、第１のパッシベーション膜１４を保護する。保護膜１５は、光電変換素子１の外部から加わる衝撃等から、第１のパッシベーション膜１４を機械的に保護してもよい。保護膜１５は、光電変換素子１の製造プロセス中及び製造後において、第１のパッシベーション膜１４が半導体基板１０から剥がれることを防止してもよい。保護膜１５は、酸化珪素（ＳｉＯx3）、窒化珪素（ＳｉＮx3）、または水素化窒化珪素（ＳｉＮx3：Ｈ）で形成されてもよい。
半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上に、第１の電極１９と第２の電極１８とが設けられる。第１の電極１９は、複合パッシベーション膜６に設けられた貫通孔１７（図１４を参照）を通じて、ｎ型不純物拡散層１３と電気的に接続される。第１の電極１９は、ｎ型電極として機能する。第２の電極１８は、複合パッシベーション膜６に設けられた貫通孔１７（図１４を参照）を通じて、ｐ型不純物拡散層１２と電気的に接続される。第２の電極１８は、ｐ型電極として機能する。第１の電極１９及び第２の電極１８は、光が入射する第１の表面１０ａと反対側の第２の表面１０ｂ上に設けられているので、光電変換素子１に入射する光が、第１の電極１９及び第２の電極１８によって反射されることがない。本実施の形態の光電変換素子１は、裏面接合型の光電変換素子である。図１および図２には、ｐ型不純物拡散層１２及びｎ型不純物拡散層１３と、第１の電極１９及び第２の電極１８とはそれぞれ１つしか示されていないが、光電変換素子１は、ｐ型不純物拡散層１２、ｎ型不純物拡散層１３、第１の電極１９及び第２の電極１８をそれぞれ複数備えてもよい。図１および図２に示される光電変換素子１では、第２の表面１０ｂの第１の側面１０ｃ側に第１の電極１９が形成され、第２の表面１０ｂの第２の側面１０ｄ側の端部に第２の電極１８が形成されている。しかし、第２の表面１０ｂの第１の側面１０ｃ側の端部及び第２の表面１０ｂの第２の側面１０ｄ側の端部に第１の電極１９が形成され、第１の電極１９の間の第２の表面１０ｂ上に第２の電極１８が形成されてもよいし、第２の表面１０ｂの第１の側面１０ｃ側の端部及び第２の表面１０ｂの第２の側面１０ｄ側の端部に第２の電極１８が形成され、第２の電極１８の間の第２の表面１０ｂ上に第１の電極１９が形成されてもよい。
図３から図１４を参照して、本実施の形態に係る光電変換素子１の製造方法の一例について説明する。
図３を参照して、半導体基板１０が準備される。半導体基板１０は、第１の表面１０ａと、第１の表面１０ａと反対側の第２の表面１０ｂと、第１の表面１０ａと第２の表面１０ｂとを接続する側面（第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）とを有する。本実施の形態では、半導体基板１０は、ｎ型シリコン基板である。半導体基板１０として、たとえば、半導体ウエハをスライスして半導体基板１０を得る際に生じたスライスダメージが除去された半導体基板が用いられる。ここで、半導体基板１０のスライスダメージを除去することは、半導体基板１０の表面をフッ化水素水溶液と硝酸との混酸または水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液などでエッチングを行なうことにより実施してもよい。
図４を参照して、半導体基板１０の第１の表面１０ａに凹凸構造１１が形成される。例えば、ｎ型シリコン基板である半導体基板１０の第２の表面１０ｂ、第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄがエッチング保護膜４によって被覆される。エッチング保護膜４として、酸化シリコン膜が例示され得る。本実施の形態では、化学気相堆積（ＣＶＤ）法またはスピンオングラス（ＳＯＧ）法などを用いて、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ、第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄ上に、酸化シリコン膜を形成することによって、エッチング保護膜４が形成される。エッチング保護膜４は、スチーム酸化法などによって、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ、第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄを酸化することによって形成されてもよい。エッチング保護膜４の厚さは特に限定されないが、たとえば３００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の厚さとすることができる。エッチング保護膜４として、窒化シリコン膜、または酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層体などもまた用いられ得る。ここで、窒化シリコン膜は、たとえば、プラズマＣＶＤ法または常圧ＣＶＤ法などで形成され得る。窒化シリコン膜の厚さは特に限定されないが、たとえば６０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さとすることができる。
それから、ｎ型シリコン基板である半導体基板１０の第１の表面１０ａをエッチングすることによって、半導体基板１０の第１の表面１０ａに凹凸構造１１が形成されてもよい。このエッチングは、水酸化カリウム（ＫＯＨ）または水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）のようなアルカリ水溶液にイソプロピルアルコールを添加した液を、たとえば７０℃以上８０℃以下に加熱したものなどを用いて行ってもよい。その後、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ、第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄ上のエッチング保護膜４がフッ化水素水溶液などを用いて除去される。
図５を参照して、半導体基板１０の第１の表面１０ａ、第２の表面１０ｂ、第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄ上に、第１の拡散防止マスク５が形成される。第１の拡散防止マスク５は、ｐ型不純物が半導体基板１０に拡散することを防止するためのマスクである。第１の拡散防止マスク５として、酸化シリコン膜が例示され得る。第１の拡散防止マスク５は、スチーム酸化法などによって、半導体基板１０の第１の表面１０ａ、第２の表面１０ｂ、第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄを熱酸化することによって形成されてもよい。第１の拡散防止マスク５の厚さは特に限定されないが、たとえば１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の厚さとすることができる。第１の拡散防止マスク５として、窒化シリコン膜、または酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層体などが用いられ得る。ここで、窒化シリコン膜は、たとえば、プラズマＣＶＤ法または常圧ＣＶＤ法などで形成され得る。窒化シリコン膜の厚さは特に限定されないが、たとえば４０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の厚さとすることができる。
図６を参照して、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上の第１の拡散防止マスク５上の一部に、第１の拡散防止マスク５をエッチングすることができる成分を含有する第１のエッチングペースト２６が印刷される。第１のエッチングペースト２６は、たとえばスクリーン印刷法などによって、ｐ型不純物拡散層１２が形成される箇所に相当する第１の拡散防止マスク５の部分の上に形成される。第１のエッチングペースト２６に含まれる、第１の拡散防止マスク５をエッチングする成分として、リン酸が例示され得る。第１のエッチングペースト２６は、さらに、水、有機溶媒および増粘剤を含んでいる。
図７を参照して、第１のエッチングペースト２６が形成された半導体基板１０に第１の加熱処理を施して、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上の第１の拡散防止マスク５のうち第１のエッチングペースト２６が形成された部分が、エッチングされて除去される。第１の加熱処理の後、半導体基板１０の第２の表面１０ｂを水で洗浄することによって、第１のエッチングペースト２６が除去される。このようにして、図７に示すように、第１の拡散防止マスク５の一部が除去されて、第１の拡散防止マスク５の一部に開口部５ａが形成される。第１の拡散防止マスク５の開口部５ａにおいて、半導体基板１０の第２の表面１０ｂの一部が第１の拡散防止マスク５から露出する。
図８を参照して、第１の拡散防止マスク５から露出した半導体基板１０の第２の表面１０ｂにｐ型不純物を拡散させて、ｐ型不純物拡散層１２が形成される。例えば、ＢＢｒ3を用いた気相拡散によって、第１の拡散防止マスク５から露出した半導体基板１０の第２の表面１０ｂに、ｐ型不純物であるボロンを、９５０℃の温度で３０分間拡散させて、ｐ型不純物拡散層１２が形成されてもよい。なお、ｐ型不純物拡散層１２は、第１の拡散防止マスク５から露出した半導体基板１０の第２の表面にボロンを含む溶剤を塗布し、ボロンを含む溶剤が塗布された半導体基板１０を加熱することによって形成されてもよい。その後、フッ化水素水溶液などを用いて、第１の拡散防止マスク５が除去される。
図９を参照して、半導体基板１０の第１の表面１０ａ、第２の表面１０ｂ、第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄ上に、第２の拡散防止マスク７が形成される。第２の拡散防止マスク７は、ｎ型不純物が半導体基板１０に拡散することを防止するためのマスクである。第２の拡散防止マスク７は、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上において、ｐ型不純物拡散層１２を覆う。第２の拡散防止マスク７は、半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）も覆う。半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上において、第２の拡散防止マスク７は開口部７ａを有する。半導体基板１０の第２の表面１０ｂのうち、第２の拡散防止マスク７の開口部７ａに対応する領域は、第２の拡散防止マスク７から露出している。半導体基板１０の第２の表面１０ｂ側から平面視したときに、第２の拡散防止マスク７の開口部７ａは、ｐ型不純物拡散層１２と重ならない位置に形成される。
第２の拡散防止マスク７は、マスキングペーストを用いて形成されてもよい。例えば、半導体基板１０の第１の表面１０ａ、第２の表面１０ｂ、第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄ上に、二酸化珪素（ＳｉＯ2）前駆体を含有するマスキングペーストがスクリーン印刷などの方法によって施される。マスキングペーストは、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上において、開口部を有する。マスキングペーストが施された半導体基板１０を、例えば、８００℃以上１０００℃以下の温度で、１０分以上６０分以下の時間加熱して、マスキングペーストを焼結することによって、第２の拡散防止マスク７が形成される。マスキングペーストを用いることによって開口部７ａを有する第２の拡散防止マスク７を形成することは、フォトリソグラフィを用いて開口部７ａを有する第２の拡散防止マスク７を形成することよりも、安価に光電変換素子１を製造することを可能にする。
図１０を参照して、第２の拡散防止マスク７から露出した半導体基板１０の第２の表面１０ｂにｎ型不純物を拡散させて、ｎ型不純物拡散層１３が形成される。例えば、ＰＯＣｌ3を用いた気相拡散によって、第２の拡散防止マスク７から露出した半導体基板１０の第２の表面１０ｂにｎ型不純物である燐を、８００℃の温度で３０分間拡散させて、ｎ型不純物拡散層１３が形成されてもよい。なお、ｎ型不純物拡散層１３は、第２の拡散防止マスク７から露出した半導体基板１０の第２の表面１０ｂに燐を含む溶剤を塗布し、燐を含む溶剤が塗布された半導体基板１０を加熱することによって形成されてもよい。その後、フッ化水素水溶液などを用いて、第２の拡散防止マスク７が除去される。
図１１及び図１２を参照して、ｐ型不純物拡散層１２及びｎ型不純物拡散層１３が拡散された半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上に、複合パッシベーション膜６が形成される。具体的には、図１１を参照して、ｐ型不純物拡散層１２及びｎ型不純物拡散層１３が拡散された半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上に、第１のパッシベーション膜１４が形成される。第１のパッシベーション膜１４は、負の固定電荷を有する材料で形成されている。第１のパッシベーション膜１４は、酸化アルミニウム（ＡｌＯx1）または水素化酸化アルミニウム（ＡｌＯx1：Ｈ）で形成されてもよい。第１のパッシベーション膜１４は、原子層堆積（ＡＬＤ）法、スパッタ法またはプラズマＣＶＤ法などを用いて形成されてもよい。図１２を参照して、第１のパッシベーション膜１４上に、保護膜１５が形成される。保護膜１５は、第１のパッシベーション膜１４を保護する。保護膜１５は、酸化珪素（ＳｉＯx3）、窒化珪素（ＳｉＮx3）または水素化窒化珪素（ＳｉＮx3：Ｈ）で形成されてもよい。保護膜１５は、化学気相堆積（ＣＶＤ）法またはスパッタ法などを用いて形成されてもよい。
図１３を参照して、半導体基板１０の第１の表面１０ａ上に、第２のパッシベーション膜１６が形成されてもよい。第２のパッシベーション膜１６は、化学気相堆積（ＣＶＤ）法またはスパッタ法などを用いて形成されてもよい。第２のパッシベーション膜１６は、半導体基板１０の屈折率と、空気などの光電変換素子１の周囲に存在する物質の屈折率との間の屈折率を有し、反射防止膜として機能してもよい。
図１４を参照して、複合パッシベーション膜６に貫通孔１７が形成される。それから、複合パッシベーション膜６上に、第１の電極１９及び第２の電極１８が形成される。第２の電極１８は、貫通孔１７内に形成されて、ｐ型不純物拡散層１２と電気的に接続される。第１の電極１９は、貫通孔１７内に形成されて、ｎ型不純物拡散層１３と電気的に接続される。こうして、図１及び図２に示される本実施の形態の光電変換素子１が製造され得る。
本実施の形態の光電変換素子１の効果を説明する。
本実施の形態の光電変換素子１は、光が入射する第１の表面１０ａと、第１の表面１０ａと反対側の第２の表面１０ｂと、第１の表面１０ａと第２の表面１０ｂとを接続する側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）とを有する半導体基板１０を備える。半導体基板１０は、第２の表面１０ｂ内に、ｎ型不純物拡散層１３と、ｐ型不純物拡散層１２とを含む。本実施の形態の光電変換素子１は、さらに、第２の表面１０ｂ上に設けられた複合パッシベーション膜６を備える。複合パッシベーション膜６は、負の固定電荷を有する第１のパッシベーション膜１４と、第１のパッシベーション膜１４を保護する保護膜１５とを含む。本実施の形態の光電変換素子１は、さらに、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上に設けられるとともに、ｎ型不純物拡散層１３と電気的に接続される第１の電極１９と、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上に設けられるとともに、ｐ型不純物拡散層１２と電気的に接続される第２の電極１８とを備える。
本実施の形態の光電変換素子１では、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上に複合パッシベーション膜６が設けられ、複合パッシベーション膜６は、負の固定電荷を有する第１のパッシベーション膜１４を含む。負の固定電荷を有する第１のパッシベーション膜１４は、ｐ型不純物拡散層１２の表面において、光電変換素子１に光が照射されることによって光電変換素子１内に生成されたキャリアが再結合することを抑制するとともに、第２の電極１８にキャリアを効率的に収集することができる。本実施の形態の光電変換素子１によれば、向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
本実施の形態の光電変換素子１では、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上に複合パッシベーション膜６が設けられる。複合パッシベーション膜６は、第１のパッシベーション膜１４を保護する保護膜１５を含む。保護膜１５は、光電変換素子１の外部から加わる衝撃等から、第１のパッシベーション膜１４を機械的に保護することができる。保護膜１５は、光電変換素子１の製造プロセス中及び製造後において、第１のパッシベーション膜１４が半導体基板１０から剥がれることを防止することができる。そのため、膜質の高い第１のパッシベーション膜１４が得られる。本実施の形態の光電変換素子１によれば、向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
本実施の形態の光電変換素子１では、第１の電極１９及び第２の電極１８は、光が入射する第１の表面１０ａと反対側の半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上に設けられる。すなわち、本実施の形態の光電変換素子１は、裏面接合型の光電変換素子である。光電変換素子１に入射する光は、第１の電極１９及び第２の電極１８によって反射されることがない。本実施の形態の光電変換素子１によれば、光電変換素子１において光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率が向上され得る。
本実施の形態の光電変換素子１は、半導体基板１０の第１の表面１０ａ上に、第２のパッシベーション膜１６をさらに備えてもよい。本実施の形態の光電変換素子１は、半導体基板１０の第１の表面１０ａ上に、第２のパッシベーション膜１６を備えるため、光電変換素子２に光が照射されることによって光電変換素子２内に生成されたキャリアが半導体基板１０の第１の表面１０ａにおいて再結合することが防止され得る。本実施の形態の光電変換素子１によれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
本実施の形態の光電変換素子１では、第２のパッシベーション膜１６は、半導体基板１０の屈折率と、空気などの光電変換素子１の周囲に存在する物質の屈折率との間の屈折率を有してもよい。第２のパッシベーション膜１６が、半導体基板１０の屈折率と、空気などの光電変換素子１の周囲に存在する物質の屈折率との間の屈折率を有することによって、第２のパッシベーション膜１６は、反射防止膜として機能し得る。上記のような屈折率を有する第２のパッシベーション膜１６は、半導体基板１０の第１の表面１０ａにおいて入射光が反射されることを抑制して、より多くの光を光電変換素子１内に入射させることができる。本実施の形態の光電変換素子１によれば、光電変換素子１において光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率が向上され得る。
図１５に示すように、本実施の形態の変形例の光電変換素子１ａでは、半導体基板１０の第２の表面１０ｂと第１のパッシベーション膜１４との間に、第２の誘電体膜２３が設けられてもよい。第２の誘電体膜は、半導体基板１０の第２の表面１０ｂを酸化することによって形成されてもよい。第２の誘電体膜２３として、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）が例示され得る。第１のパッシベーション膜１４によるパッシベーション効果がなくならないように、第２の誘電体膜２３の材料と厚さとが選択されることが望ましい。
（実施の形態２）
図１６を参照して、実施の形態２に係る光電変換素子１ｂについて説明する。本実施の形態の光電変換素子１ａは、基本的には、図１及び図２に示す実施の形態１の光電変換素子１と同様の構成を備え、同様の効果を得ることができるが、主に以下の点で異なる。
本実施の形態では、半導体基板１０の第１の表面１０ａ上に表面電界層２１が設けられている。表面電界層２１は、ｎ型不純物拡散層であってもよい。表面電界層２１は、例えばＰＯＣｌ3を用いた気相拡散によって、半導体基板１０の第１の表面１０ａにｎ型不純物であるリンを、７５０℃の温度で３０分間拡散させることによって形成してもよい。表面電界層２１は、半導体基板１０内に生成されて、受光面である第１の表面１０ａ側に向かって拡散するキャリアが、第１の表面１０ａの近くで再結合することを抑制する表面電界（ＦＳＦ）障壁として機能する。本実施の形態の光電変換素子１ｂによれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
（実施の形態３）
図１７を参照して、実施の形態３に係る光電変換素子１ｃについて説明する。本実施の形態の光電変換素子１ｂは、基本的には、図１６に示す実施の形態２の光電変換素子１ｂと同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。
本実施の形態の光電変換素子１ｃは、第２のパッシベーション膜１６上に、第１の誘電体膜２２をさらに備える。第２のパッシベーション膜１６は、第１の誘電体膜２２の屈折率よりも大きく、半導体基板１０の屈折率よりも小さな屈折率を有する。第１の誘電体膜２２は、窒化珪素（ＳｉＮx5）、水素化窒化珪素（ＳｉＮx5：Ｈ）または酸化珪素（ＳｉＯx5）で形成されてもよい。
本実施の形態の光電変換素子１ｃの効果を説明する。本実施の形態の光電変換素子１ｃの効果は、実施の形態２の光電変換素子１ｂの効果に加えて、以下の効果を有する。
本実施の形態の光電変換素子１ｃは、第２のパッシベーション膜１６上に、誘電体膜（第１の誘電体膜２２）をさらに備えてもよい。第２のパッシベーション膜１６は、誘電体膜（第１の誘電体膜２２）の屈折率よりも大きく、半導体基板１０の屈折率よりも小さな屈折率を有する。半導体基板１０と光電変換素子１ｃの外部との間の屈折率がゆるやかに変化するため、光電変換素子１ｃにおける光の反射率がさらに低減されて、より多くの光が光電変換素子１ｃ内に入射され得る。本実施の形態の光電変換素子１ｃによれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率がさらに向上された光電変換素子が提供され得る。
（実施の形態４）
図１８を参照して、実施の形態４に係る光電変換素子１ｄについて説明する。本実施の形態の光電変換素子１ｄは、基本的には、図１及び図２に示す実施の形態１の光電変換素子１と同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。
本実施の形態の光電変換素子１ｄでは、複合パッシベーション膜６は、負の固定電荷を有さない第３のパッシベーション膜１４ｄをさらに含む。半導体基板１０の第２の表面１０ｂにおけるｐ型不純物拡散層１２の上に、第１のパッシベーション膜１４が設けられ、半導体基板１０の第２の表面１０ｂにおけるｎ型不純物拡散層１３の上に、第３のパッシベーション膜１４ｄが設けられる。半導体基板１０がｎ型を有する場合には、ｐ型不純物拡散層１２及びｎ型不純物拡散層１３が形成されていない半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上にも、負の固定電荷を有さない第３のパッシベーション膜１４ｄが設けられてもよい。負の固定電荷を有さない第３のパッシベーション膜１４ｄとして、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）が例示され得る。
本実施の形態の光電変換素子１ｄの効果を説明する。本実施の形態の光電変換素子１ｄの効果は、実施の形態１の光電変換素子１の効果に加えて、以下の効果を有する。
本実施の形態の光電変換素子１ｄでは、半導体基板１０の第２の表面１０ｂにおけるｐ型不純物拡散層１２の上に、負の固定電荷を有する第１のパッシベーション膜１４が設けられている。そのため、半導体基板１０の第１の表面１０ａ側から入射する光によって半導体基板１０内に生成されたキャリア（正孔）は、ｐ型不純物拡散層１２に電気的に接続された第２の電極１８に効率的に収集され得る。
本実施の形態の光電変換素子１ｄでは、半導体基板１０の第２の表面１０ｂにおけるｎ型不純物拡散層１３の上に、負の固定電荷を有さない第３のパッシベーション膜１４ｄが設けられている。負の固定電荷を有する膜がｎ型不純物拡散層１３上に位置すると、負の固定電荷を有する膜における負の固定電荷の密度と、ｎ型不純物拡散層１３におけるｎ型不純物の濃度との条件によっては、負の固定電荷を有する膜とｎ型不純物拡散層１３との界面に反転層が形成され得る。そのため、光電変換素子の出力が低下するおそれがある。これに対し、本実施の形態の光電変換素子１ｄでは、半導体基板１０の第２の表面１０ｂにおけるｎ型不純物拡散層１３上に、負の固定電荷を有しない第３のパッシベーション膜１４ｄが設けられているため、第３のパッシベーション膜１４ｄとｎ型不純物拡散層１３との界面に反転層が形成されることが防止され得る。本実施の形態の光電変換素子１ｄによれば、向上された出力を有する光電変換素子が提供され得る。
また、半導体基板１０がｎ型を有する場合には、ｐ型不純物拡散層１２及びｎ型不純物拡散層１３が形成されていない半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上にも、負の固定電荷を有しない第３のパッシベーション膜１４ｄが設けられてもよい。そのため、第３のパッシベーション膜１４ｄと半導体基板１０との界面においても反転層が形成されることが防止され得る。本実施の形態の光電変換素子１ｄによれば、さらに向上された出力を有する光電変換素子が提供され得る。
本実施の形態の光電変換素子１ｄでは、負の固定電荷を有しない第３のパッシベーション膜１４ｄは、正の固定電荷を有する誘電体膜であってもよい。第３のパッシベーション膜１４ｄが正の固定電荷を有するため、半導体基板１０の第１の表面１０ａ側から入射する光によって半導体基板１０内に生成されたキャリア（電子）は、ｎ型不純物拡散層１３に電気的に接続された第１の電極１９に効率的に収集され得る。本実施の形態の光電変換素子１ｄによれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
（実施の形態５）
図１９を参照して、実施の形態５に係る光電変換素子１ｅについて説明する。本実施の形態の光電変換素子１ｅは、基本的には、図１及び図２に示す実施の形態１の光電変換素子１と同様の構成を備え、同様の効果を得ることができるが、主に以下の点で異なる。
本実施の形態の光電変換素子１ｅでは、ｐ型不純物拡散層１２は、ｎ型不純物拡散層１３に接している。そのため、ｐ型不純物拡散層１２またはｎ型不純物拡散層１３と、ｐ型不純物拡散層１２及びｎ型不純物拡散層１３が形成されていない半導体基板１０の領域との界面に形成されるｐｎ接合の面積が増加し得る。例えば、半導体基板１０がｎ型を有する場合には、ｐ型不純物拡散層１２の面積が増加するため、ｐｎ接合の面積が増加し得る。半導体基板１０がｐ型を有する場合には、ｎ型不純物拡散層１３の面積が増加するため、ｐｎ接合の面積が増加し得る。本実施の形態の光電変換素子１ｅによれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
実施の形態１から実施の形態５のうちの複数の実施の形態を適宜組み合わせて、実施の形態１から実施の形態５の変形例としてもよい。一つの変形例として、実施の形態４における負の固定電荷を有さない第３のパッシベーション膜１４ｄを有する複合パッシベーション膜６が、実施の形態２、３、５の光電変換素子１ｂ、１ｃ、１ｅに適用されてもよい。別の変形例として、実施の形態２から実施の形態４の光電変換素子１ｂ、１ｃ、１ｄにおけるｐ型不純物拡散層１２が、実施の形態５の光電変換素子１ｅのように、ｎ型不純物拡散層１３に接してもよい。さらに別の変形例として、実施の形態３の光電変換素子１ｃにおいて、表面電界層２１が省略されてもよい。
（実施の形態６）
図２０を参照して、実施の形態６に係る光電変換素子２について説明する。本実施の形態の光電変換素子２は、基本的には、図１６に示す実施の形態２の光電変換素子１ｂと同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。
本実施の形態の光電変換素子２では、半導体基板１０は、ｎ型不純物拡散層１３を、半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）の少なくとも一部にも含む。ｎ型不純物拡散層１３が含まれる半導体基板１０の側面は、第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄ以外の他の側面であってもよい。ｎ型不純物拡散層１３を含む半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）における、半導体基板１０の第２の表面１０ｂからのｎ型不純物拡散層１３の厚さｄ1は、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ側から平面視したときに、ｎ型不純物拡散層１３と電気的に接続される第１の電極１９と重なる領域における、半導体基板１０の第２の表面１０ｂからのｎ型不純物拡散層１３の厚さｄ2よりも大きくてもよい。
本実施の形態の光電変換素子２は、半導体基板１０の第１の表面１０ａ上に、第２のパッシベーション膜１６をさらに備えてもよい。第２のパッシベーション膜１６は、ｎ型不純物拡散層１３を含む半導体基板１０の側面（第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）上にさらに設けられてもよい。
図２１から図２８を参照して、本実施の形態の光電変換素子２の製造方法を説明する。本実施の形態の光電変換素子２の製造方法は、基本的には、図３から図１４に示す実施の形態１の光電変換素子１の製造方法と同様の工程を備えるが、主に以下の点で異なる。
本実施の形態の光電変換素子２の製造方法は、図３から図８に示される工程を備える。図３及び図４に示される工程により、半導体基板１０の第１の表面１０ａに凹凸構造１１が形成される。図５から図８に示される工程により、半導体基板１０の第２の表面１０ｂの一部に、ｐ型不純物拡散層１２が形成される。その後、フッ化水素水溶液などを用いて、第１の拡散防止マスク５が形成される。
それから、図２１を参照して、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ及び側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）上に、第１のマスク８が形成される。第１のマスク８の材料として、二酸化珪素（ＳｉＯ2）が例示され得る。半導体基板１０の第２の表面１０ｂ及び側面上に第１のマスク８の材料を蒸着すること、または、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ、第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄを熱酸化することによって、第１のマスク８が形成されてもよい。
図２２を参照して、第１のマスク８が形成されていない半導体基板１０の第１の表面１０ａに、表面電界層２１が形成される。表面電界層２１は、ｎ型不純物拡散層であってもよい。表面電界層２１は、例えばＰＯＣｌ3を用いた気相拡散によって、半導体基板１０の第１の表面１０ａにｎ型不純物であるリンを、７５０℃の温度で３０分間拡散させることによって形成されてもよい。表面電界層２１は、半導体基板１０の第１の表面１０ａにｎ型半導体層を蒸着することによって形成されてもよい。その後、フッ化水素水溶液などを用いて、第１のマスク８が除去される。
図２３を参照して、半導体基板１０の第１の表面１０ａ及び第２の表面１０ｂ上に、第２の拡散防止マスク７が形成される。第２の拡散防止マスク７は、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上において、ｐ型不純物拡散層１２を覆う。半導体基板１０の第２の表面１０ｂのうちｐ型不純物拡散層１２が形成されていない領域、半導体基板の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）は、第２の拡散防止マスク７から露出している。本実施の形態の第２の拡散防止マスク７は、実施の形態１の第２の拡散防止マスク７と同じ材料と同じ形成方法を用いて、形成されてもよい。例えば、本実施の形態の第２の拡散防止マスク７は、マスキングペーストを用いて形成されてもよい。具体的には、半導体基板１０の第２の表面１０ｂの一部及び第１の表面１０ａ上に、マスキングペーストがスクリーン印刷などの方法によって施される。マスキングペーストが施された半導体基板１０を、例えば、８００℃以上１０００℃以下の温度で、１０分以上６０分以下の時間加熱して、マスキングペーストを焼結することによって、第２の拡散防止マスク７が形成される。マスキングペーストを用いて第２の拡散防止マスク７を形成することは、フォトリソグラフィを用いて第２の拡散防止マスク７を形成することよりも、安価に光電変換素子２を製造することを可能にする。
図２４を参照して、第２の拡散防止マスク７から露出した、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ、第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄに、ｎ型不純物を拡散させて、ｎ型不純物拡散層１３が形成される。本実施の形態のｎ型不純物拡散層１３は、実施の形態１のｎ型不純物拡散層１３と同じ材料と同じ形成方法を用いて形成されてもよい。例えば、ＰＯＣｌ3を用いた気相拡散によって、第２の拡散防止マスク７から露出した半導体基板１０の露出した第２の表面１０ｂ、第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄにｎ型不純物である燐を、８００℃の温度で３０分間拡散させて、ｎ型不純物拡散層１３が形成されてもよい。なお、ｎ型不純物拡散層１３は、第２の拡散防止マスク７から露出した半導体基板１０の第２の表面１０ｂに燐を含む溶剤を塗布し、燐を含む溶剤が塗布された半導体基板１０を加熱することによって形成されてもよい。その後、フッ化水素水溶液などを用いて、第２の拡散防止マスク７が除去される。
図２５及び図２６を参照して、ｐ型不純物拡散層１２及びｎ型不純物拡散層１３が拡散された半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上に、複合パッシベーション膜６が形成される。具体的には、図２５を参照して、ｐ型不純物拡散層１２及びｎ型不純物拡散層１３が拡散された半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上に、第１のパッシベーション膜１４が形成される。第１のパッシベーション膜１４は、負の固定電荷を有する材料で形成されている。第１のパッシベーション膜１４は、酸化アルミニウム（ＡｌＯx1）または水素化酸化アルミニウム（ＡｌＯx1：Ｈ）で形成されてもよい。第１のパッシベーション膜１４は、原子層堆積（ＡＬＤ）法、スパッタ法またはプラズマＣＶＤ法などを用いて形成されてもよい。図２６を参照して、第１のパッシベーション膜１４上に、保護膜１５が形成される。保護膜１５は、第１のパッシベーション膜１４を保護する。保護膜１５は、酸化珪素（ＳｉＯx3）、窒化珪素（ＳｉＮx3）または水素化窒化珪素（ＳｉＮx3：Ｈ）で形成されてもよい。保護膜１５は、化学気相堆積（ＣＶＤ）法またはスパッタ法などを用いて形成されてもよい。
図２７を参照して、半導体基板１０の第１の表面１０ａ及び側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）上に、第２のパッシベーション膜１６が形成されてもよい。より特定的には、半導体基板１０の第１の表面１０ａ上に形成された表面電界層２１及び半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）上に、第２のパッシベーション膜１６が形成されてもよい。第２のパッシベーション膜１６は、化学気相堆積（ＣＶＤ）法またはスパッタ法などを用いて形成されてもよい。第２のパッシベーション膜１６は、半導体基板１０の屈折率と、空気などの光電変換素子２の周囲に存在する物質の屈折率との間の屈折率を有し、反射防止膜として機能してもよい。
図２８を参照して、複合パッシベーション膜６に貫通孔１７が形成される。それから、複合パッシベーション膜６上に、第１の電極１９及び第２の電極１８が形成される。第２の電極１８は、貫通孔１７内に形成されて、ｐ型不純物拡散層１２と電気的に接続される。第１の電極１９は、貫通孔１７内に形成されて、ｎ型不純物拡散層１３と電気的に接続される。こうして、図２０に示される本実施の形態の光電変換素子２が製造され得る。
本実施の形態の光電変換素子２の効果を説明する。本実施の形態の光電変換素子２の効果は、実施の形態２の光電変換素子１ｂの効果に加えて、以下の効果を有する。
本実施の形態の光電変換素子２では、半導体基板１０は、ｎ型不純物拡散層１３を、半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）の少なくとも一部にも含む。そのため、本実施の形態の光電変換素子２によれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
例えば、半導体基板１０がｎ型を有する場合には、半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）の少なくとも一部に設けられたｎ型不純物拡散層１３は、側面電界層として機能してもよい。半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）の少なくとも一部に設けられたｎ型不純物拡散層１３による電界効果により、光電変換素子２に入射される光によって光電変換素子２内に生成されたキャリアが半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）において再結合することが防がれ得る。そのため、光電変換素子２に入射される光によって半導体基板１０内に生成されたキャリアは、効率的に収集され得る。例えば、半導体基板１０がｐ型を有する場合には、ｐｎ接合が半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）付近にも形成されて、ｐｎ接合の面積が増加する。そのため、光電変換素子２に入射される光によって半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）付近に生成されたキャリアは効率的に収集され得る。
本実施の形態の光電変換素子２では、ｎ型不純物拡散層１３を含む半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）における、半導体基板１０の第２の表面１０ｂからのｎ型不純物拡散層１３の厚さｄ1は、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ側から平面視したときに、第１の電極１９と重なる領域における、半導体基板１０の第２の表面１０ｂからのｎ型不純物拡散層１３の厚さｄ2よりも大きくてもよい。半導体基板１０の厚さ方向（第１の表面１０ａと第２の表面１０ｂとが対向する方向）に、ｎ型不純物拡散層１３が形成される領域は拡大され得る。そのため、半導体基板１０の第１の表面１０ａの近くで生成されたキャリアは効率的に収集され得る。本実施の形態の光電変換素子２によれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
本実施の形態の光電変換素子２は、半導体基板１０の第１の表面１０ａ上に設けられる第２のパッシベーション膜１６をさらに備えてもよい。半導体基板１０の第１の表面１０ａ上に、第２のパッシベーション膜１６を備えるため、光電変換素子２に光が照射されることによって光電変換素子２内に生成されたキャリアが半導体基板１０の第１の表面１０ａにおいて再結合することが防止され得る。本実施の形態の光電変換素子２によれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
本実施の形態の光電変換素子２では、第２のパッシベーション膜１６は、ｎ型不純物拡散層１３を含む半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）上にさらに設けられてもよい。本実施の形態の光電変換素子２では、第２のパッシベーション膜１６が、ｎ型不純物拡散層１３を含む半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）上に設けられるため、光電変換素子２に光が照射されることによって光電変換素子２内に生成されたキャリアが半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）において再結合することが防止され得る。本実施の形態の光電変換素子２によれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
（実施の形態７）
図２９を参照して、実施の形態７に係る光電変換素子２ａについて説明する。本実施の形態の光電変換素子２ａは、基本的には、図２０に示す実施の形態６の光電変換素子２と同様の構成を備え、同様の効果を得ることができるが、主に以下の点で異なる。
本実施の形態に係る光電変換素子２ａでは、保護膜１５は、ｎ型不純物拡散層１３を含む半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）上にさらに設けられる。第２のパッシベーション膜１６は、ｎ型不純物拡散層１３を含む半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）と保護膜１５との間に位置する。ｎ型不純物拡散層１３を含む半導体基板１０の側面（第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）において、保護膜１５は、第２のパッシベーション膜１６を覆う。
保護膜１５は、光電変換素子２ａの外部から加わる衝撃等から、第１のパッシベーション膜１４及び第２のパッシベーション膜１６を機械的に保護することができる。保護膜１５は、光電変換素子２ａの製造プロセス中及び製造後において、第１のパッシベーション膜１４及び第２のパッシベーション膜１６が半導体基板１０から剥がれることを防止することができる。そのため、膜質の高い第１のパッシベーション膜１４及び第２のパッシベーション膜１６が得られる。本実施の形態の光電変換素子２ａによれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
（実施の形態８）
図３０を参照して、実施の形態８に係る光電変換素子２ｂについて説明する。本実施の形態の光電変換素子２ｂは、基本的には、図２０に示す実施の形態６の光電変換素子２と同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。
本実施の形態の光電変換素子２ｂでは、複合パッシベーション膜６は、負の固定電荷を有さない第３のパッシベーション膜１４ｄをさらに含む。半導体基板１０の第２の表面１０ｂにおけるｐ型不純物拡散層１２の上に、第１のパッシベーション膜１４が設けられ、半導体基板１０の第２の表面１０ｂにおけるｎ型不純物拡散層１３の上に、第３のパッシベーション膜１４ｄが設けられる。半導体基板１０がｎ型を有する場合には、ｐ型不純物拡散層１２及びｎ型不純物拡散層１３が形成されていない半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上にも、負の固定電荷を有さない第３のパッシベーション膜１４ｄが設けられてもよい。
本実施の形態の光電変換素子２ｂの効果を説明する。本実施の形態の光電変換素子２ｂの効果は、実施の形態６の光電変換素子２の効果に加えて、以下の効果を有する。
本実施の形態の光電変換素子２ｂでは、半導体基板１０の第２の表面１０ｂにおけるｐ型不純物拡散層１２の上に、負の固定電荷を有する第１のパッシベーション膜１４が設けられる。そのため、半導体基板１０の第１の表面１０ａ側から入射する光によって半導体基板１０内に生成されたキャリア（正孔）は、ｐ型不純物拡散層１２に電気的に接続された第２の電極１８に効率的に収集され得る。
本実施の形態の光電変換素子２ｂでは、半導体基板１０の第２の表面１０ｂにおけるｎ型不純物拡散層１３の上に、負の固定電荷を有さない第３のパッシベーション膜１４ｄが設けられる。負の固定電荷を有する膜がｎ型不純物拡散層１３上に位置すると、負の固定電荷を有する膜における負の固定電荷の密度と、ｎ型不純物拡散層１３におけるｎ型不純物の濃度との条件によっては、負の固定電荷を有する膜とｎ型不純物拡散層１３との界面に反転層が形成され得る。そのため、光電変換素子の出力が低下するおそれがある。これに対し、本実施の形態の光電変換素子２ｂでは、半導体基板１０の第２の表面１０ｂにおけるｎ型不純物拡散層１３上に、負の固定電荷を有しない第３のパッシベーション膜１４ｄが設けられているため、第３のパッシベーション膜１４ｄとｎ型不純物拡散層１３との界面に反転層が形成されることが防止され得る。本実施の形態の光電変換素子２ｂによれば、向上された出力を有する光電変換素子が提供され得る。また、半導体基板１０がｎ型を有する場合には、ｐ型不純物拡散層１２及びｎ型不純物拡散層１３が形成されていない、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上にも、負の固定電荷を有しない第３のパッシベーション膜１４ｄが設けられてもよい。そのため、第３のパッシベーション膜１４ｄと半導体基板１０との界面においても反転層が形成されることが防止され得る。本実施の形態の光電変換素子２ｂによれば、さらに向上された出力を有する光電変換素子が提供され得る。
本実施の形態の光電変換素子２ｂでは、負の固定電荷を有しない第３のパッシベーション膜１４ｄは、正の固定電荷を有する誘電体膜であってもよい。第３のパッシベーション膜１４ｄが正の固定電荷を有するため、半導体基板１０の第１の表面１０ａ側から入射する光によって半導体基板１０内に生成されたキャリア（電子）は、ｎ型不純物拡散層１３に電気的に接続された第１の電極１９に効率的に収集され得る。本実施の形態の光電変換素子２ｂによれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
実施の形態６から実施の形態８のうちの複数の実施の形態を適宜組み合わせて、実施の形態６から実施の形態８の変形例としてもよい。例えば、実施の形態８における負の固定電荷を有さない第３のパッシベーション膜１４ｄを有する複合パッシベーション膜６は、実施の形態７の光電変換素子２ａに適用されてもよい。実施の形態６から実施の形態８の光電変換素子２、２ａ、２ｂにおいて、表面電界層２１が省略されてもよい。実施の形態６及び実施の形態７の光電変換素子２、２ａにおいて、図１５に示すように、第１のパッシベーション膜１４と半導体基板１０の第２の表面１０ｂとの間に第２の誘電体膜２３が設けられてもよい。実施の形態８の光電変換素子２ｂにおいて、図１５に示すように、第１のパッシベーション膜１４及び第３のパッシベーション膜１４ｄと、半導体基板１０の第２の表面１０ｂとの間に、第２の誘電体膜２３が設けられてもよい。実施の形態６から実施の形態８の光電変換素子２、２ａ、２ｂにおいて、図１７に示すように、第２のパッシベーション膜１６上に第１の誘電体膜２２が設けられてもよい。実施の形態６から実施の形態８の光電変換素子２、２ａ、２ｂにおいて、図１９に示すように、ｐ型不純物拡散層１２がｎ型不純物拡散層１３に接してもよい。実施の形態６から実施の形態８の光電変換素子２、２ａ、２ｂにおいて、ｎ型不純物拡散層１３は、半導体基板１０の第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄの少なくとも１つに形成されてもよい。ｎ型不純物拡散層１３が半導体基板１０の第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄの一つに形成される場合には、ｎ型不純物拡散層１３が形成されていない第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄの他の一つ上に、第２のパッシベーション膜１６が形成されなくてもよい。
（実施の形態９）
図３１を参照して、実施の形態９に係る光電変換素子３について説明する。本実施の形態の光電変換素子３は、基本的には、図１６に示す実施の形態２の光電変換素子１ｂと同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。
本実施の形態の光電変換素子３では、半導体基板１０は、ｐ型不純物拡散層１２を、半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）の少なくとも一部にも含む。ｐ型不純物拡散層１２が含まれる半導体基板１０の側面は、第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄ以外の他の側面であってもよい。ｐ型不純物拡散層１２を含む半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）における、半導体基板１０の第２の表面１０ｂからのｐ型不純物拡散層１２の厚さｄ3は、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ側から平面視したときに、第２の電極１８と重なる領域における、半導体基板１０の第２の表面１０ｂからのｐ型不純物拡散層１２の厚さｄ4よりも大きくてもよい。
本実施の形態の光電変換素子３では、第１のパッシベーション膜１４及び保護膜１５は、ｐ型不純物拡散層１２を含む半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）上にさらに設けられる。第１のパッシベーション膜１４は、ｐ型不純物拡散層１２を含む半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）と保護膜１５との間に位置する。ｐ型不純物拡散層１２を含む半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）において、保護膜１５は、第１のパッシベーション膜１４を覆う。
図３２から図４３を参照して、本実施の形態の光電変換素子３の製造方法を説明する。本実施の形態の光電変換素子３の製造方法は、基本的には、図３から図１４に示す実施の形態１の光電変換素子１の製造方法と同様の工程を備えるが、主に以下の点で異なる。
本実施の形態の光電変換素子３の製造方法は、図３及び図４に示される工程を備える。図３及び図４に示される工程により、半導体基板１０の第１の表面１０ａに凹凸構造１１が形成される。その後、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ、第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄ上のエッチング保護膜４がフッ化水素水溶液などを用いて除去される。
それから、図３２を参照して、半導体基板１０の第１の表面１０ａ、第２の表面１０ｂ、及び側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）上に、第２の拡散防止マスク７が形成される。第２の拡散防止マスク７は、ｎ型不純物が半導体基板１０に拡散することを防止するためのマスクである。第２の拡散防止マスク７として、酸化シリコン膜が例示され得る。第２の拡散防止マスク７は、スチーム酸化法などによって、半導体基板１０の第１の表面１０ａ、第２の表面１０ｂ、第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄを熱酸化することによって形成されてもよい。第２の拡散防止マスク７の厚さは特に限定されないが、たとえば１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の厚さとすることができる。第２の拡散防止マスク７としては、窒化シリコン膜、または酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層体などが用いられ得。ここで、窒化シリコン膜は、たとえば、プラズマＣＶＤ法または常圧ＣＶＤ法などで形成され得る。窒化シリコン膜の厚さは特に限定されないが、たとえば４０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の厚さとすることができる。
図３３を参照して、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上の第２の拡散防止マスク７上の一部に、第２の拡散防止マスク７をエッチングすることができる成分を含有する第２のエッチングペースト２７が印刷される。第２のエッチングペースト２７は、たとえばスクリーン印刷法などによって、ｎ型不純物拡散層１３が形成される箇所に相当する第２の拡散防止マスク７の部分の上に形成される。第２のエッチングペースト２７に含まれる、第２の拡散防止マスク７をエッチングする成分として、リン酸が例示され得る。第２のエッチングペースト２７は、さらに、水、有機溶媒および増粘剤を含んでいる。
図３４を参照して、第２のエッチングペースト２７が形成された半導体基板１０に第１の加熱処理を施して、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上の第２の拡散防止マスク７のうち第２のエッチングペースト２７が形成された部分がエッチングされて除去される。第１の加熱処理の後、半導体基板１０の第２の表面１０ｂを水で洗浄することによって、第２のエッチングペースト２７が除去される。このようにして、図３４に示すように、第２の拡散防止マスク７の一部が除去されて、第２の拡散防止マスク７の一部に開口部７ａが形成される。第２の拡散防止マスク７の開口部７ａにおいて、半導体基板１０の第２の表面１０ｂの一部は、第２の拡散防止マスク７から露出する。
図３５を参照して、第２の拡散防止マスク７から露出した半導体基板１０の第２の表面１０ｂにｎ型不純物を拡散させて、ｎ型不純物拡散層１３が形成される。例えば、ＰＯＣｌ3を用いた気相拡散によって、第２の拡散防止マスク７から露出した半導体基板１０の第２の表面１０ｂにｎ型不純物である燐を、８００℃の温度で３０分間拡散させて、ｎ型不純物拡散層１３が形成されてもよい。なお、ｎ型不純物拡散層１３は、第２の拡散防止マスク７から露出した半導体基板１０の第２の表面１０ｂに燐を含む溶剤を塗布し、燐を含む溶剤が塗布された半導体基板１０を加熱することによって形成されてもよい。その後、フッ化水素水溶液などを用いて、第２の拡散防止マスク７が除去される。
図３６を参照して、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ及び側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）上に、第１のマスク８が形成される。第１のマスク８の材料として、二酸化珪素（ＳｉＯ2）が例示され得る。半導体基板１０の第２の表面１０ｂ、第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄ上に第１のマスク８の材料を蒸着すること、または、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ、第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄを熱酸化することによって、第１のマスク８は形成されてもよい。
図３７を参照して、第１のマスク８が形成されていない半導体基板１０の第１の表面１０ａ上に、表面電界層２１が形成される。表面電界層２１は、ｎ型不純物拡散層であってもよい。表面電界層２１は、例えばＰＯＣｌ3を用いた気相拡散によって、半導体基板１０の第１の表面１０ａにｎ型不純物であるリンを、７５０℃の温度で３０分間拡散させることによって形成されてもよい。表面電界層２１は、半導体基板１０の第１の表面１０ａにｎ型半導体層を蒸着することによって形成されてもよい。その後、フッ化水素水溶液などを用いて、第１のマスク８が除去される。
図３８を参照して、半導体基板１０の第１の表面１０ａ及び第２の表面１０ｂ上に、第１の拡散防止マスク５が形成される。第１の拡散防止マスク５は、ｐ型不純物が半導体基板１０に拡散することを防止するためのマスクである。第１の拡散防止マスク５は、表面電界層２１を覆う。第１の拡散防止マスク５は、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上において、ｎ型不純物拡散層１３を覆う。半導体基板１０の第２の表面１０ｂのうちｎ型不純物拡散層１３が形成されていない領域と、半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）とは、第１の拡散防止マスク５から露出している。本実施の形態の第１の拡散防止マスク５は、マスキングペーストを用いて形成されてもよい。具体的には、表面電界層２１、半導体基板１０の第２の表面１０ｂの一部及び第１の表面１０ａ上に、マスキングペーストがスクリーン印刷などの方法によって施される。マスキングペーストが施された半導体基板１０を、例えば、８００℃以上１０００℃以下の温度で、１０分以上６０分以下の時間加熱して、マスキングペーストを焼結することによって、第１の拡散防止マスク５が形成される。マスキングペーストを用いて第１の拡散防止マスク５を形成することは、フォトリソグラフィを用いて第１の拡散防止マスク５を形成することよりも、安価に光電変換素子３を製造することを可能にする。
図３９を参照して、第１の拡散防止マスク５から露出した、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ及び側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）に、ｐ型不純物を拡散させて、ｐ型不純物拡散層１２が形成される。本実施の形態のｐ型不純物拡散層１２は、実施の形態１のｐ型不純物拡散層１２と同じ材料と同じ形成方法を用いて、形成されてもよい。例えば、ＢＢｒ3を用いた気相拡散によって、第１の拡散防止マスク５から露出した半導体基板１０の第２の表面１０ｂ及び側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）にｐ型不純物であるボロンを、例えば９５０℃の温度で３０分間拡散させて、ｐ型不純物拡散層１２が形成されてもよい。なお、ｐ型不純物拡散層１２は、第１の拡散防止マスク５から露出した半導体基板１０の第２の表面１０ｂ及び側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）にボロンを含む溶剤を塗布し、ボロンを含む溶剤が塗布された半導体基板１０を加熱することによって形成されてもよい。その後、フッ化水素水溶液などを用いて、第１の拡散防止マスク５が除去される。
図４０及び図４１を参照して、ｐ型不純物拡散層１２及びｎ型不純物拡散層１３が拡散された半導体基板１０の第２の表面１０ｂ及び側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）上に、複合パッシベーション膜６が形成される。具体的には、図４０を参照して、ｐ型不純物拡散層１２またはｎ型不純物拡散層１３が拡散された半導体基板１０の第２の表面１０ｂ及び側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）上に、第１のパッシベーション膜１４が形成される。第１のパッシベーション膜１４は、負の固定電荷を有する材料で形成されている。第１のパッシベーション膜１４は、酸化アルミニウム（ＡｌＯx1）または水素化酸化アルミニウム（ＡｌＯx1：Ｈ）で形成されてもよい。第１のパッシベーション膜１４は、原子層堆積（ＡＬＤ）法、スパッタ法またはプラズマＣＶＤ法などを用いて形成されてもよい。図４１を参照して、第１のパッシベーション膜１４上に、保護膜１５が形成される。より特定的には、保護膜１５は、ｐ型不純物拡散層１２及びｎ型不純物拡散層１３が拡散された半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上に加えて、半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）上にも形成されてもよい。保護膜１５は、第１のパッシベーション膜１４を保護する。保護膜１５は、化学気相堆積（ＣＶＤ）法またはスパッタ法などを用いて形成されてもよい。
図４２を参照して、半導体基板１０の第１の表面１０ａ上に、第２のパッシベーション膜１６が形成されてもよい。より特定的には、半導体基板１０の第１の表面１０ａ上に形成された表面電界層２１上に、第２のパッシベーション膜１６が形成されてもよい。第２のパッシベーション膜１６は、化学気相堆積（ＣＶＤ）法またはスパッタ法などを用いて形成されてもよい。第２のパッシベーション膜１６は、半導体基板１０の屈折率と、空気などの光電変換素子３の周囲に存在する物質の屈折率との間の屈折率を有し、反射防止膜として機能してもよい。
図４３を参照して、複合パッシベーション膜６に貫通孔１７が形成される。それから、複合パッシベーション膜６上に、第１の電極１９及び第２の電極１８が形成される。第２の電極１８は、貫通孔１７内に形成されて、ｐ型不純物拡散層１２と電気的に接続される。第１の電極１９は、貫通孔１７内に形成されて、ｎ型不純物拡散層１３と電気的に接続される。こうして、図３１に示される本実施の形態の光電変換素子３が製造され得る。
本実施の形態の光電変換素子３の効果を説明する。本実施の形態の光電変換素子３の効果は、実施の形態２の光電変換素子１ｂの効果に加えて、以下の効果を有する。
本実施の形態の光電変換素子３では、半導体基板１０は、ｐ型不純物拡散層１２を、半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）の少なくとも一部にも含む。そのため、本実施の形態の光電変換素子３によれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
例えば、半導体基板１０がｎ型を有する場合には、ｐｎ接合が半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）付近にも形成されて、ｐｎ接合の面積が増加する。そのため、光電変換素子３に入射される光によって半導体基板１０の側面付近に生成されたキャリアは、効率的に収集され得る。例えば、半導体基板１０がｐ型を有する場合には、半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）の少なくとも一部に設けられたｐ型不純物拡散層１２は、側面電界層として機能してもよい。半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）の少なくとも一部に設けられたｐ型不純物拡散層１２による電界効果により、光電変換素子３に入射される光によって光電変換素子３内に生成されたキャリアが半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）において再結合することが防がれ得る。そのため、光電変換素子３に入射される光によって半導体基板１０内に生成されたキャリアは、効率的に収集され得る。
本実施の形態の光電変換素子３では、ｐ型不純物拡散層１２を含む半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）における、半導体基板１０の第２の表面１０ｂからのｐ型不純物拡散層１２の厚さｄ3は、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ側から平面視したときに、ｐ型不純物拡散層１２と電気的に接続される第２の電極１８と重なる領域における、半導体基板１０の第２の表面１０ｂからのｐ型不純物拡散層１２の厚さｄ4よりも大きくてもよい。半導体基板１０の厚さ方向（第１の表面１０ａと第２の表面１０ｂとが対向する方向）に、ｐ型不純物拡散層１２が形成される領域は拡大され得る。そのため、半導体基板１０の第１の表面１０ａの近くで生成されたキャリア（例えば、少数キャリアである正孔）は効率的に収集され得る。本実施の形態の光電変換素子３によれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
本実施の形態の光電変換素子３は、ｐ型不純物拡散層１２を含む半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）上に、負の固定電荷を有する第１のパッシベーション膜１４をさらに備えてもよい。本実施の形態の光電変換素子３では、第１のパッシベーション膜１４は、ｐ型不純物拡散層１２を含む半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）上にさらに設けられるため、光電変換素子３に光が照射されることによって光電変換素子３内に生成されたキャリアが半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）において再結合することが防止され得る。本実施の形態の光電変換素子３によれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
本実施の形態の光電変換素子３では、保護膜１５は、ｐ型不純物拡散層１２を含む側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）上にさらに設けられてもよい。第１のパッシベーション膜１４は、ｐ型不純物拡散層１２を含む側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）と保護膜１５との間に位置してもよい。ｐ型不純物拡散層１２を含む半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）において、保護膜１５は、第１のパッシベーション膜１４を覆う。保護膜１５は、光電変換素子３の外部から加わる衝撃等から、第１のパッシベーション膜１４を機械的に保護することができる。保護膜１５は、光電変換素子３の製造プロセス中及び製造後において、第１のパッシベーション膜１４が半導体基板１０から剥がれることを防止することができる。そのため、膜質の高い第１のパッシベーション膜１４が得られる。本実施の形態の光電変換素子３によれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
（実施の形態１０）
図４４を参照して、実施の形態１０に係る光電変換素子３ａについて説明する。本実施の形態の光電変換素子３ａは、基本的には、図３１に示す実施の形態９の光電変換素子３と同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。
本実施の形態に係る光電変換素子３ａでは、第２のパッシベーション膜１６は、ｐ型不純物拡散層１２を含む半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）上及び半導体基板１０の第１の表面１０ａ上に設けられる。ｐ型不純物拡散層１２を含む半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）上において、第２のパッシベーション膜１６は、第１のパッシベーション膜１４と保護膜１５との間に位置する。ｐ型不純物拡散層１２を含む半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）において、第２のパッシベーション膜１６は、第１のパッシベーション膜１４を覆う。ｐ型不純物拡散層１２を含む半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）において、保護膜１５は、第１のパッシベーション膜１４及び第２のパッシベーション膜１６を覆う。
図４５から図４７を参照して、本実施の形態の光電変換素子３ａの製造方法を説明する。本実施の形態の光電変換素子３ａの製造方法は、基本的には、図３２から図４３に示す実施の形態９の光電変換素子３の製造方法と同様の工程を備えるが、主に以下の点で異なる。
本実施の形態の光電変換素子３ａの製造方法は、図３２から図４０に示される工程を備える。こうして、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ、第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄ上に、第１のパッシベーション膜１４が形成される。
その後、図４５を参照して、第２のパッシベーション膜１６が、ｐ型不純物拡散層１２を含む半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）上及び半導体基板１０の第１の表面１０ａ上に形成される。より特定的には、第２のパッシベーション膜１６は、半導体基板１０の第１の表面１０ａ上に形成された表面電界層２１上と、半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）上に形成された第１のパッシベーション膜１４上とに形成される。
図４６を参照して、保護膜１５が、ｐ型不純物拡散層１２を含む半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）上及び半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上に形成される。より特定的には、保護膜１５は、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上に形成された第１のパッシベーション膜１４上と、半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）上に形成された第２のパッシベーション膜１６上とに形成される。
図４７を参照して、複合パッシベーション膜６に貫通孔１７が形成される。それから、複合パッシベーション膜６上に、第１の電極１９及び第２の電極１８が形成される。第２の電極１８は、貫通孔１７内に形成されて、ｐ型不純物拡散層１２と電気的に接続される。第１の電極１９は、貫通孔１７内に形成されて、ｎ型不純物拡散層１３と電気的に接続される。こうして、図４４に示される本実施の形態の光電変換素子３ａが製造され得る。
本実施の形態の光電変換素子３ａの効果を説明する。本実施の形態の光電変換素子３ａの効果は、実施の形態９の光電変換素子３の効果に加えて、以下の効果を有する。
本実施の形態に係る光電変換素子３ａでは、ｐ型不純物拡散層１２を含む半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）上において、第２のパッシベーション膜１６は、第１のパッシベーション膜１４と保護膜１５との間に位置する。保護膜１５は、光電変換素子３ａの外部から加わる衝撃等から、第１のパッシベーション膜１４及び第２のパッシベーション膜１６を機械的に保護することができる。保護膜１５は、光電変換素子３ａの製造プロセス中及び製造後において、第１のパッシベーション膜１４及び第２のパッシベーション膜１６が半導体基板１０から剥がれることを防止することができる。半導体基板１０の第１の表面１０ａ側から半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）を覆う層（第２のパッシベーション膜１６）と、半導体基板１０の第２の表面１０ｂ側から半導体基板１０の側面（例えば、第１の側面１０ｃ、第２の側面１０ｄ）を覆う層（第１のパッシベーション膜１４、保護膜１５）とが、交互に積層されるため、第１のパッシベーション膜１４及び第２のパッシベーション膜１６が半導体基板１０から剥がれることがより効果的に防止され得る。そのため、膜質の高い第１のパッシベーション膜１４及び第２のパッシベーション膜１６が得られる。本実施の形態の光電変換素子３ａによれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
（実施の形態１１）
図４８を参照して、実施の形態１１に係る光電変換素子３ｂについて説明する。本実施の形態の光電変換素子３ｂは、基本的には、図４４に示す実施の形態１０の光電変換素子３ａと同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。
本実施の形態の光電変換素子３ｂは、第２のパッシベーション膜１６上に、第１の誘電体膜２２をさらに備える。第２のパッシベーション膜１６は、第１の誘電体膜２２の屈折率よりも大きく、半導体基板１０の屈折率よりも小さな屈折率を有する。第１の誘電体膜２２は、窒化珪素（ＳｉＮx5）、水素化窒化珪素（ＳｉＮx5：Ｈ）または酸化珪素（ＳｉＯx5）で形成されてもよい。
本実施の形態の光電変換素子３ｂの効果を説明する。本実施の形態の光電変換素子３ｂの効果は、実施の形態１０の光電変換素子３ａの効果に加えて、以下の効果を有する。
本実施の形態の光電変換素子３ｂは、第２のパッシベーション膜１６上に、誘電体膜（第１の誘電体膜２２）をさらに備えてもよい。本実施の形態の光電変換素子３ｂでは、第２のパッシベーション膜１６は、誘電体膜（第１の誘電体膜２２）の屈折率よりも大きく、半導体基板１０の屈折率よりも小さな屈折率を有する。半導体基板１０と光電変換素子３ｂの外部との間の屈折率がゆるやかに変化するため、光電変換素子３ｂにおける光の反射率がさらに低減されて、より多くの光が光電変換素子３ｂ内に入射され得る。本実施の形態の光電変換素子３ｂによれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率がさらに向上された光電変換素子が提供され得る。
（実施の形態１２）
図４９を参照して、実施の形態１１に係る光電変換素子３ｃについて説明する。本実施の形態の光電変換素子３ｃは、基本的には、図３１に示す実施の形態９の光電変換素子３と同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。
本実施の形態の光電変換素子３ｃでは、複合パッシベーション膜６は、負の固定電荷を有さない第３のパッシベーション膜１４ｄをさらに含む。半導体基板１０の第２の表面１０ｂにおけるｐ型不純物拡散層１２の上に、第１のパッシベーション膜１４が設けられ、半導体基板１０の第２の表面１０ｂにおけるｎ型不純物拡散層１３の上に、第３のパッシベーション膜１４ｄが設けられる。半導体基板１０がｎ型を有する場合には、ｐ型不純物拡散層１２及びｎ型不純物拡散層１３が形成されていない半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上にも、負の固定電荷を有さない第３のパッシベーション膜１４ｄが設けられてもよい。
本実施の形態の光電変換素子３ｃの効果を説明する。本実施の形態の光電変換素子３ｃの効果は、実施の形態９の光電変換素子３の効果に加えて、以下の効果を有する。
本実施の形態の光電変換素子３ｃでは、半導体基板１０の第２の表面１０ｂにおけるｐ型不純物拡散層１２の上に、負の固定電荷を有する第１のパッシベーション膜１４が設けられる。そのため、半導体基板１０の第１の表面１０ａ側から入射する光によって半導体基板１０内に生成されたキャリア（正孔）は、ｐ型不純物拡散層１２に電気的に接続された第２の電極１８に効率的に収集され得る。
本実施の形態の光電変換素子３ｃでは、半導体基板１０の第２の表面１０ｂにおけるｎ型不純物拡散層１３の上に、負の固定電荷を有さない第３のパッシベーション膜１４ｄが設けられる。負の固定電荷を有する膜がｎ型不純物拡散層１３上に位置すると、負の固定電荷を有する膜における負の固定電荷の密度と、ｎ型不純物拡散層１３におけるｎ型不純物の濃度との条件によっては、負の固定電荷を有する膜とｎ型不純物拡散層１３との界面に反転層が形成され得る。そのため、光電変換素子の出力が低下するおそれがある。これに対し、本実施の形態の光電変換素子３ｃでは、半導体基板１０の第２の表面１０ｂにおけるｎ型不純物拡散層１３上に、負の固定電荷を有しない第３のパッシベーション膜１４ｄが設けられているため、第３のパッシベーション膜１４ｄとｎ型不純物拡散層１３との界面に反転層が形成されることが防止され得る。本実施の形態の光電変換素子３ｃによれば、向上された出力を有する光電変換素子が提供され得る。
また、半導体基板１０がｎ型を有する場合には、ｐ型不純物拡散層１２及びｎ型不純物拡散層１３が形成されていない半導体基板１０の第２の表面１０ｂ上にも、負の固定電荷を有しない第３のパッシベーション膜１４ｄが設けられてもよい。第３のパッシベーション膜１４ｄと半導体基板１０との界面においても反転層が形成されることが防止され得る。本実施の形態の光電変換素子３ｃによれば、さらに向上された出力を有する光電変換素子が提供され得る。
また、本実施の形態の光電変換素子３ｃでは、負の固定電荷を有しない第３のパッシベーション膜１４ｄは、正の固定電荷を有する誘電体膜であってもよい。第３のパッシベーション膜１４ｄが正の固定電荷を有するため、半導体基板１０の第１の表面１０ａ側から入射する光によって半導体基板１０内に生成されたキャリア（電子）は、ｎ型不純物拡散層１３に電気的に接続された第１の電極１９に効率的に収集され得る。本実施の形態の光電変換素子３ｃによれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
実施の形態９から実施の形態１２のうちの複数の実施の形態を適宜組み合わせて、実施の形態９から実施の形態１２の変形例としてもよい。例えば、実施の形態１２における負の固定電荷を有さない第３のパッシベーション膜１４ｄを有する複合パッシベーション膜６が、実施の形態９から実施の形態１１の光電変換素子３、３ａ、３ｂに適用されてもよい。実施の形態９から実施の形態１２の光電変換素子３、３ａ、３ｂ、３ｃにおいて、表面電界層２１が省略されてもよい。実施の形態９から実施の形態１２の光電変換素子３、３ａ、３ｂ、３ｃにおいて、図１５に示すように、第１のパッシベーション膜１４と半導体基板１０の第２の表面１０ｂとの間に第２の誘電体膜２３が設けられてもよい。実施の形態９から実施の形態１２の光電変換素子３、３ａ、３ｂ、３ｃにおいて、図１９に示すように、ｐ型不純物拡散層１２がｎ型不純物拡散層１３に接してもよい。実施の形態１１の光電変換素子３ｂにおいて、誘電体膜（第１の誘電体膜２２）が、ｐ型不純物拡散層１２が形成された半導体基板１０の側面（第１の側面１０ｃ、第２の側面）にさらに形成されてもよい。実施の形態９から実施の形態１２の光電変換素子３、３ａ、３ｂ、３ｃにおいて、ｐ型不純物拡散層１２は、半導体基板１０の第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄの少なくとも１つに形成されてもよい。ｐ型不純物拡散層１２が半導体基板１０の第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄの一つに形成される場合には、ｐ型不純物拡散層１２が形成されていない第１の側面１０ｃ及び第２の側面１０ｄの他の一つ上に、第１のパッシベーション膜１４が形成されなくてもよい。
［付記］
（１）ここで開示された実施の形態の光電変換素子は、光が入射する第１の表面と、第１の表面と反対側の第２の表面と、第１の表面と第２の表面とを接続する側面とを有する半導体基板を備える。半導体基板は、第２の表面内に、ｎ型不純物拡散層と、ｐ型不純物拡散層とを含む。ここで開示された実施の形態の光電変換素子は、さらに、第２の表面上に設けられた複合パッシベーション膜を備える。複合パッシベーション膜は、負の固定電荷を有する第１のパッシベーション膜と、第１のパッシベーション膜を保護する保護膜とを含む。ここで開示された実施の形態の光電変換素子は、さらに、第２の表面上に設けられるとともに、ｎ型不純物拡散層と電気的に接続される第１の電極と、第２の表面上に設けられるとともに、ｐ型不純物拡散層と電気的に接続される第２の電極とを備える。ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
（２）ここで開示された実施の形態の光電変換素子では、半導体基板は、ｐ型不純物拡散層を、半導体基板の側面の少なくとも一部にも含んでもよい。そのため、ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。例えば、半導体基板がｎ型を有する場合には、ｐｎ接合が半導体基板の側面付近にも形成されて、ｐｎ接合の面積が増加する。そのため、光電変換素子に入射される光によって半導体基板の側面付近に生成されたキャリアは、効率的に収集され得る。例えば、半導体基板がｐ型を有する場合には、半導体基板の側面の少なくとも一部に設けられたｐ型不純物拡散層は、側面電界層として機能してもよい。半導体基板の側面の少なくとも一部に設けられたｐ型不純物拡散層による電界効果により、光電変換素子に入射される光によって光電変換素子内に生成されたキャリアが半導体基板の側面において再結合することが防がれ得る。そのため、光電変換素子に入射される光によって半導体基板内に生成されたキャリアは、効率的に収集され得る。
（３）ここで開示された実施の形態の光電変換素子では、ｐ型不純物拡散層を含む半導体基板１０の側面における、第２の表面からのｐ型不純物拡散層の厚さは、第２の表面側から平面視したときに第２の電極と重なる領域における、第２の表面からのｐ型不純物拡散層の厚さよりも大きくてもよい。ここで開示された実施の形態の光電変換素子では、半導体基板１０の厚さ方向（第１の表面と第２の表面とが対向する方向）に、ｐ型不純物拡散層が形成される領域は拡大され得るので、半導体基板の第１の表面の近くで生成されたキャリア（例えば、少数キャリアである正孔）は効率的に収集され得る。ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
（４）ここで開示された実施の形態の光電変換素子では、負の固定電荷を有する第１のパッシベーション膜は、ｐ型不純物拡散層を含む半導体基板の側面上にさらに設けられてもよい。ここで開示された実施の形態の光電変換素子では、負の固定電荷を有する第１のパッシベーション膜は、ｐ型不純物拡散層を含む半導体基板の側面上にさらに設けられるため、光電変換素子に光が照射されることによって光電変換素子内に生成されたキャリアが半導体基板の側面において再結合することが防止され得る。ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
（５）ここで開示された実施の形態の光電変換素子では、保護膜は、ｐ型不純物拡散層を含む半導体基板の側面上にさらに設けられ、第１のパッシベーション膜は、ｐ型不純物拡散層を含む半導体基板の側面と保護膜との間に位置する。第１のパッシベーション膜は、ｐ型不純物拡散層を含む半導体基板の側面と保護膜との間に位置するため、保護膜は、光電変換素子の外部から加わる衝撃等から、第１のパッシベーション膜及び第２のパッシベーション膜を機械的に保護することができる。保護膜は、光電変換素子の製造プロセス中及び製造後において、第１のパッシベーション膜及び第２のパッシベーション膜が半導体基板から剥がれることを防止することができる。そのため、膜質の高い第１のパッシベーション膜及び第２のパッシベーション膜が得られる。ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
（６）ここで開示された実施の形態の光電変換素子では、半導体基板の第１の表面上に設けられる第２のパッシベーション膜をさらに備えてもよい。半導体基板の第１の表面上に、第２のパッシベーション膜を備えるため、光電変換素子に光が照射されることによって光電変換素子内に生成されたキャリアが半導体基板の第１の表面において再結合することが防止され得る。ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
（７）ここで開示された実施の形態の光電変換素子は、第２のパッシベーション膜は、ｐ型不純物拡散層を含む半導体基板の側面上にも設けられてもよい。ｐ型不純物拡散層を含む半導体基板の側面上において、第２のパッシベーション膜は、第１のパッシベーション膜と保護膜との間に位置してもよい。半導体基板の第１の表面上に、第２のパッシベーション膜を備えるため、光電変換素子に光が照射されることによって光電変換素子内に生成されたキャリアが半導体基板の第１の表面において再結合することが防止され得る。ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
また、ここで開示された実施の形態の光電変換素子では、ｐ型不純物拡散層を含む半導体基板の側面上において、第２のパッシベーション膜は、第１のパッシベーション膜と保護膜との間に位置している。そのため、保護膜は、光電変換素子の外部から加わる衝撃等から、第１のパッシベーション膜及び第２のパッシベーション膜を機械的に保護することができる。保護膜は、ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造プロセス中及び製造後において、第１のパッシベーション膜及び第２のパッシベーション膜が半導体基板から剥がれることを防止することができる。半導体基板の第１の表面側から側面を覆う層（第２のパッシベーション膜）と、半導体基板の第２の表面側から側面を覆う層（第１のパッシベーション膜、保護膜）とが、交互に積層されるため、第１のパッシベーション膜及び第２のパッシベーション膜が半導体基板から剥がれることがより効果的に防止され得る。そのため、膜質の高い第１のパッシベーション膜及び第２のパッシベーション膜が得られる。ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
（８）ここで開示された実施の形態の光電変換素子は、第２のパッシベーション膜上に、誘電体膜をさらに備えてもよい。第２のパッシベーション膜は、誘電体膜の屈折率よりも大きく、半導体基板の屈折率よりも小さな屈折率を有してもよい。ここで開示された実施の形態の光電変換素子では、半導体基板と光電変換素子の外部との間の屈折率がゆるやかに変化するため、光電変換素子における光の反射率がさらに低減されて、より多くの光が光電変換素子内に入射され得る。ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率がさらに向上された光電変換素子が提供され得る。
（９）ここで開示された実施の形態の光電変換素子では、半導体基板は、ｎ型不純物拡散層を、半導体基板の側面の少なくとも一部にも含んでもよい。そのため、ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。例えば、半導体基板がｎ型を有する場合には、半導体基板の側面の少なくとも一部に設けられたｎ型不純物拡散層は、側面電界層として機能してもよい。半導体基板の側面の少なくとも一部に設けられたｎ型不純物拡散層による電界効果により、光電変換素子に入射される光によって光電変換素子内に生成されたキャリアが半導体基板の側面において再結合することが防がれ得る。そのため、光電変換素子に入射される光によって半導体基板内に生成されたキャリアは、効率的に収集され得る。例えば、半導体基板がｐ型を有する場合には、ｐｎ接合が半導体基板の側面付近にも形成されて、ｐｎ接合の面積が増加する。そのため、光電変換素子に入射される光によって半導体基板１０の側面付近に生成されたキャリアが効率的に収集され得る。
（１０）ここで開示された実施の形態の光電変換素子では、ｎ型不純物拡散層を含む半導体基板１０の側面における、半導体基板の第２の表面からのｎ型不純物拡散層の厚さは、半導体基板の第２の表面側から平面視したときに第１の電極と重なる領域における、半導体基板の第２の表面からのｎ型不純物拡散層の厚さよりも大きくてもよい。ここで開示された実施の形態の光電変換素子では、半導体基板１０の厚さ方向（第１の表面と第２の表面とが対向する方向）に、ｎ型不純物拡散層が形成される領域は拡大され得るので、半導体基板の第１の表面の近くで生成されたキャリアは効率的に収集され得る。ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
（１１）ここで開示された実施の形態の光電変換素子は、半導体基板の第１の表面上に設けられる第２のパッシベーション膜をさらに備えてもよい。半導体基板の第１の表面上に、第２のパッシベーション膜を備えるため、光電変換素子に光が照射されることによって光電変換素子内に生成されたキャリアが半導体基板の第１の表面において再結合することが防止され得きる。ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。また、第２のパッシベーション膜が、ｎ型不純物拡散層を含む半導体基板の側面上にも設けられるため、光電変換素子に光が照射されることによって光電変換素子内に生成されたキャリアが半導体基板の側面において再結合することが防止され得る。ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
（１２）ここで開示された実施の形態の光電変換素子は、第２のパッシベーション膜上に、誘電体膜をさらに備えてもよい。第２のパッシベーション膜は、誘電体膜の屈折率よりも大きく、半導体基板の屈折率よりも小さな屈折率を有する。ここで開示された実施の形態の光電変換素子では、半導体基板と光電変換素子の外部との間の屈折率がゆるやかに変化するため、ここで開示された実施の形態の光電変換素子における光の反射率がさらに低減されて、より多くの光がここで開示された実施の形態の光電変換素子内に入射され得る。ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率がさらに向上された光電変換素子が提供され得る。
（１３）ここで開示された実施の形態の光電変換素子では、第２のパッシベーション膜は、ｎ型不純物拡散層を含む半導体基板の側面上にさらに設けられてもよい。第２のパッシベーション膜は、ｎ型不純物拡散層を含む半導体基板の側面上にさらに設けられるため、光電変換素子に光が照射されることによって光電変換素子内に生成されたキャリアが半導体基板の側面において再結合することが防止され得る。本実施の形態の光電変換素子によれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
（１４）ここで開示された実施の形態の光電変換素子では、保護膜は、ｎ型不純物拡散層を含む半導体基板の側面上にさらに設けられてもよい。第２のパッシベーション膜は、ｎ型不純物拡散層を含む半導体基板の側面と保護膜との間に位置してもよい。保護膜は、ここで開示された実施の形態の光電変換素子の外部から加わる衝撃等から、第１のパッシベーション膜及び第２のパッシベーション膜を機械的に保護することができる。保護膜は、ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造プロセス中及び製造後において、第１のパッシベーション膜及び第２のパッシベーション膜が半導体基板から剥がれることを防止することができる。そのため、膜質の高い第１のパッシベーション膜１４及び第２のパッシベーション膜１６が得られる。ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
（１５）ここで開示された実施の形態の光電変換素子では、複合パッシベーション膜は、負の固定電荷を有さない第３のパッシベーション膜をさらに含んでもよい。半導体基板の第２の表面におけるｐ型不純物拡散層の上に、第１のパッシベーション膜が設けられ、半導体基板の第２の表面におけるｎ型不純物拡散層の上に、第３のパッシベーション膜が設けられてもよい。半導体基板の第２の表面におけるｐ型不純物拡散層の上に、負の固定電荷を有する第１のパッシベーション膜が設けられるため、半導体基板の第１の表面側から入射する光によって半導体基板内に生成されたキャリア（正孔）は、ｐ型不純物拡散層に電気的に接続された第２の電極に効率的に収集され得る。また、半導体基板の第２の表面におけるｎ型不純物拡散層の上に、負の固定電荷を有さない第３のパッシベーション膜が設けられるため、第３のパッシベーション膜とｎ型不純物拡散層との界面に反転層が形成されることが防止され得る。ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、向上された出力を有する光電変換素子が提供され得る。
（１６）ここで開示された実施の形態の光電変換素子では、半導体基板の第１の表面に、表面電界層をさらに備えてもよい。表面電界層は、半導体基板内に生成されて、受光面である第１の表面側に向かって拡散するキャリアが、第１の表面の近くで再結合することを抑制する表面電界障壁として機能する。ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
（１７）ここで開示された実施の形態の光電変換素子では、ｐ型不純物拡散層は、ｎ型不純物拡散層に接してもよい。そのため、ｐ型不純物拡散層またはｎ型不純物拡散層と、ｐ型不純物拡散層及びｎ型不純物拡散層が形成されていない半導体基板１０の領域との界面に形成されるｐｎ接合の面積が増加し得る。ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、さらに向上されたキャリアの収集効率を有する光電変換素子が提供され得る。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，２，２ａ，２ｂ，３，３ａ，３ｂ，３ｃ 光電変換素子、４ エッチング保護膜、５ 第１の拡散防止マスク、５ａ，７ａ 開口部、６ 複合パッシベーション膜、７ 第２の拡散防止マスク、８ 第１のマスク、１０ 半導体基板、１０ａ 第１の表面、１０ｂ 第２の表面、１０ｃ 第１の側面、１０ｄ 第２の側面、１１ 凹凸構造、１２ ｐ型不純物拡散層、１３ ｎ型不純物拡散層、１４ 第１のパッシベーション膜、１４ｄ 第３のパッシベーション膜、１５ 保護膜、１６ 第２のパッシベーション膜、１７ 貫通孔、１８ 第２の電極、１９ 第１の電極、２１ 表面電界層、２２ 第１の誘電体膜、２３ 第２の誘電体膜、２６ 第１のエッチングペースト、２７ 第２のエッチングペースト。

Claims (20)

  1. 光が入射する第１の表面と、前記第１の表面と反対側の第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面とを接続する側面とを有する半導体基板を備え、前記半導体基板は、前記第２の表面内に、ｎ型不純物拡散層と、ｐ型不純物拡散層とを含み、さらに、
    前記第２の表面上に設けられた複合パッシベーション膜を備え、前記複合パッシベーション膜は、負の固定電荷を有する第１のパッシベーション膜と、前記第１のパッシベーション膜を保護する保護膜とを含み、さらに、
    前記第２の表面上に設けられるとともに、前記ｎ型不純物拡散層と電気的に接続される第１の電極と、
    前記第２の表面上に設けられるとともに、前記ｐ型不純物拡散層と電気的に接続される第２の電極とを備え、
    前記半導体基板は、前記ｐ型不純物拡散層を、前記側面の少なくとも一部にも含み、
    前記ｐ型不純物拡散層を含む前記側面における、前記第２の表面からの前記ｐ型不純物拡散層の厚さは、前記第２の表面側から平面視したときに前記第２の電極と重なる領域における、前記第２の表面からの前記ｐ型不純物拡散層の厚さよりも大きい、光電変換素子。
  2. 前記第１のパッシベーション膜は、前記ｐ型不純物拡散層を含む前記側面上にさらに設けられる、請求項１に記載の光電変換素子。
  3. 前記保護膜は、前記ｐ型不純物拡散層を含む前記側面上にさらに設けられ、
    前記第１のパッシベーション膜は、前記ｐ型不純物拡散層を含む前記側面と前記保護膜との間に位置する、請求項２に記載の光電変換素子。
  4. 前記第１の表面上に設けられる第２のパッシベーション膜をさらに備える、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光電変換素子。
  5. 前記第２のパッシベーション膜は、前記ｐ型不純物拡散層を含む前記側面上にも設けられ、
    前記ｐ型不純物拡散層を含む前記側面上において、前記第２のパッシベーション膜は、前記第１のパッシベーション膜と前記保護膜との間に位置する、請求項４に記載の光電変換素子。
  6. 前記第２のパッシベーション膜上に、誘電体膜をさらに備え、
    前記第２のパッシベーション膜は、前記誘電体膜の屈折率よりも大きく、前記半導体基板の屈折率よりも小さな屈折率を有する、請求項４または請求項５に記載の光電変換素子。
  7. 前記半導体基板は、前記ｎ型不純物拡散層を、前記側面の少なくとも一部にも含む、請求項１に記載の光電変換素子。
  8. 光が入射する第１の表面と、前記第１の表面と反対側の第２の表面と、前記第１の表面と前記第２の表面とを接続する側面とを有する半導体基板を備え、前記半導体基板は、前記第２の表面内に、ｎ型不純物拡散層と、ｐ型不純物拡散層とを含み、さらに、
    前記第２の表面上に設けられた複合パッシベーション膜を備え、前記複合パッシベーション膜は、負の固定電荷を有する第１のパッシベーション膜と、前記第１のパッシベーション膜を保護する保護膜とを含み、さらに、
    前記第２の表面上に設けられるとともに、前記ｎ型不純物拡散層と電気的に接続される第１の電極と、
    前記第２の表面上に設けられるとともに、前記ｐ型不純物拡散層と電気的に接続される第２の電極とを備え、
    前記半導体基板は、前記ｎ型不純物拡散層を、前記側面の少なくとも一部にも含み、
    前記ｎ型不純物拡散層を含む前記側面における、前記第２の表面からの前記ｎ型不純物拡散層の厚さは、前記第２の表面側から平面視したときに前記第１の電極と重なる領域における、前記第２の表面からの前記ｎ型不純物拡散層の厚さよりも大きい、光電変換素子。
  9. 前記第１の表面上に設けられる第２のパッシベーション膜をさらに備える、請求項７または請求項８に記載の光電変換素子。
  10. 前記第２のパッシベーション膜上に、誘電体膜をさらに備え、
    前記第２のパッシベーション膜は、前記誘電体膜の屈折率よりも大きく、前記半導体基板の屈折率よりも小さな屈折率を有する、請求項９に記載の光電変換素子。
  11. 前記第２のパッシベーション膜は、前記ｎ型不純物拡散層を含む前記側面上にさらに設けられる、請求項９または請求項１０に記載の光電変換素子。
  12. 前記保護膜は、前記ｎ型不純物拡散層を含む前記側面上にさらに設けられ、
    前記第２のパッシベーション膜は、前記ｎ型不純物拡散層を含む前記側面と前記保護膜との間に位置する、請求項１１に記載の光電変換素子。
  13. 前記複合パッシベーション膜は、負の固定電荷を有さない第３のパッシベーション膜をさらに含み、
    前記第２の表面における前記ｐ型不純物拡散層の上に、前記第１のパッシベーション膜が設けられ、
    前記第２の表面における前記ｎ型不純物拡散層の上に、前記第３のパッシベーション膜が設けられる、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の光電変換素子。
  14. 前記第３のパッシベーション膜は、窒化珪素（ＳｉＮx2）、または水素化窒化珪素（ＳｉＮx2：Ｈ）から形成される、請求項１３に記載の光電変換素子。
  15. 前記第１の表面に、表面電界層をさらに備える、請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の光電変換素子。
  16. 前記ｐ型不純物拡散層は、前記ｎ型不純物拡散層に接する、請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の光電変換素子。
  17. 前記第１のパッシベーション膜は、酸化アルミニウム（ＡｌＯx1）または水素化酸化アルミニウム（ＡｌＯx1：Ｈ）で形成される、請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の光電変換素子。
  18. 前記保護膜は、酸化珪素（ＳｉＯx3）、窒化珪素（ＳｉＮx3）、または水素化窒化珪素（ＳｉＮx3：Ｈ）で形成される、請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の光電変換素子。
  19. 前記第２のパッシベーション膜は、窒化珪素（ＳｉＮx4）、または水素化窒化珪素（ＳｉＮx4：Ｈ）で形成される、請求項４から請求項６並びに請求項９から請求項１２のいずれか一項に記載の光電変換素子。
  20. 前記誘電体膜は、窒化珪素（ＳｉＮx5）、水素化窒化珪素（ＳｉＮx5：Ｈ）または酸化珪素（ＳｉＯx5）で形成される、請求項６または請求項１０に記載の光電変換素子。
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