(57)【要約】【課題】下部電極中の金属元素と接合層中の酸素が反応し、下部電極が酸化してしまうのを抑制する。また、下部電極中の金属元素が、光電変換層である半導体層に拡散して汚染することや、反応して半導体層が消失するのを抑制する。【解決手段】絶縁表面を有する基板上に、裏面電極層、半導体接合を有する結晶性半導体層、受光面電極層とを有し、前記裏面電極層は、金属窒化物または高融点金属で形成された第１の導電層と、アルミニウム（Ａｌ）または銀（Ａｇ）を主成分とする第２の導電層と、半導体材料と反応性が低い第３の導電層とが積層された構造を有する光電変換装置及びその作成方法に関する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁表面を有する基板上に、裏面電極層、半導体接合を有する結晶性半導体層、受光面電極層を有し、
前記裏面電極層は、
金属窒化物または高融点金属で形成された第１の導電層と、
アルミニウムまたは銀を主成分とする第２の導電層と、
半導体材料と反応性が低い第３の導電層とが積層された構造を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
請求項１において、
第１の導電層は、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステンのいずれか１つであることを特徴とする光電変換装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記第２の導電層は、スカンジウムを含むアルミニウム、ネオジム、チタンのいずれか１つを有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項４】
請求項１みおいて、
前記第３の導電層は、窒化チタン、窒化タンタル、タングステン、モリブデンのいずれか１つを有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記絶縁表面を有する基板と第１の導電層との間に、絶縁層を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記絶縁層は、酸化シリコンを有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項７】
絶縁表面を有する基板上に、裏面電極層、半導体接合を有する結晶性半導体層、受光面電極層とを有し、
前記裏面電極層は、
酸素を遮断する第１のバリア層と、
金属層と、
前記結晶性半導体層と前記金属層の反応を抑制する第２のバリア層とが積層された構造を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記第１のバリア層は、金属窒化物、窒化シリコン、窒化アルミのいずれか１つを有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項９】
請求項７において、
前記第１のバリア層は、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステンのいずれか１つを有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項１０】
請求項７において、
前記金属膜は、スカンジウムを含むアルミニウム、ネオジムを含むアルミニウム、チタンを含むアルミニウム、のいずれか１つを有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項１１】
請求項７において、
前記第２のバリア層は、窒化チタン、窒化タンタル、タングステン、モリブデンのいずれか１つを有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項１２】
請求項７において、
前記絶縁表面を有する基板と第１の導電層との間に、絶縁層を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項１３】
請求項７において、
前記絶縁層は酸化シリコンを有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれか１項において、
前記半導体接合を有する結晶性半導体層は、ｐ型半導体層と、真性半導体層と、ｎ型半導体層が積層されていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項１５】
一導電型結晶性半導体基板に、脆化層を形成し、
前記一導電型結晶性半導体基板上に、裏面電極層を形成し、
前記裏面電極層上に、絶縁層を形成し、
前記絶縁層を介して、前記一導電型結晶性半導体基板を、絶縁表面有する基板に貼り合わせ、
前記脆化層に沿って前記一導電型結晶性半導体基板を剥離して、結晶性半導体層を形成し、
結晶性半導体層に半導体接合を形成し、
受光面電極層形成し、
前記裏面電極層は、半導体材料と反応性が低い第１の導電層と、アルミニウムまたは銀を主成分とする第２の導電層と、金属窒化物又は高融点金属で形成された第３の導電層を順次積層することを特徴とする光電変換装置の作製方法。
【請求項１６】
一導電型結晶性半導体基板に、脆化層を形成し、
前記一導電型結晶性半導体基板上に、裏面電極層を形成し、
前記裏面電極層上に、絶縁層を形成し、
前記絶縁層を介して、前記一導電型結晶性半導体基板を、絶縁表面を有する基板に貼り合わせ、
前記脆化層に沿って前記一導電型結晶性半導体基板を剥離して、結晶性半導体層を形成し、
前記結晶性半導体層に半導体接合を形成し、
前記結晶性半導体層上に、受光面電極層を形成し、
前記裏面電極層は、酸素を遮断する第１のバリア層と、金属層と、前記結晶性半導体層と前記金属層の反応を抑制する第２のバリア層とを順次積層することを特徴とする光電変換装置の作製方法。
【請求項１７】
請求項１５または請求項１６において、
前記脆化層は、水素を前記一導電型結晶性半導体基板にドープすることにより形成することを特徴とする光電変換装置の作製方法。
【請求項１８】
請求項１５または請求項１６において、
前記絶縁表面有する基板と前記絶縁層を密着させて接合することを特徴とする光電変換装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される発明は、結晶半導体材料で構成される光電変換装置に係り、その電極構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業の発達により、世界のエネルギー消費量は増加の一途をたどっている。しかし、主として使用される石油、石炭、天然ガスなどのエネルギー資源は二酸化炭素の発生源となっており、急激な地球温暖化の要因とも言われている。このため、近年では代替エネルギーとして太陽光発電の普及が進められている。
【０００３】
太陽光発電には、熱を利用するものもあるが、多くは半導体の光電特性を利用して、光エネルギーを電気エネルギーに変換する方式を用いるものである。このように、光エネルギーを電気エネルギーに変換するための装置を一般に光電変換装置（または、光起電力装置、太陽電池など）と呼ぶ。
【０００４】
上述の如き光電変換装置の生産量の増加に伴い、単結晶シリコンや多結晶シリコンの原料であるシリコンの供給不足と、価格高騰が産業界の深刻な問題となっている。既に、世界の大手シリコン供給メーカー各社がシリコン生産能力の増強を図っているものの、需要の伸びがそれを上回っており、供給不足解消の見通しは立っていない。
【０００５】
結晶性シリコンを用いる場合、シリコン薄膜の厚さは１０μｍ程度あれば十分である。しかし、一般に製造される単結晶シリコンウェハの厚さは６００μｍ以上８００μｍ以下程度、多結晶シリコンウェハの厚さは２００μｍ以上３５０μｍ以下程度である。つまり、単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板は光電変換装置に必要な厚さの数十倍もの厚さを有しており、原料を有効活用しているとは言い難い。この点において、現状の光電変換装置には改善の余地が残されていると言える。
【０００６】
薄膜光電変換装置の作製方法として、単結晶シリコンウエハに水素イオンを注入し、その上に支持基板を接着し、熱処理を行って水素イオンの注入部位において単結晶シリコンウエハから所望の厚さの薄膜シリコン層を剥離して光電変換素子を構成する方法が開示されている（特許文献１参照）。
【０００７】
単結晶半導体基板を用いる別形態の光起電力装置として、薄片化された単結晶半導体層を用いるものがある。例えば、高い変換効率を保持しつつ低コスト化及び省資源化を図るために、単結晶シリコン基板に水素をイオン注入し、単結晶シリコン基板から層状に剥離した単結晶シリコン層を、支持基板の上に設けたタンデム型太陽電池が開示されている（特許文献２参照）。このタンデム型太陽電池は、単結晶半導体層と基板とを導電性ペーストで接着している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−０９３１２２号公報
【特許文献２】特開平１０−３３５６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
接合層となる絶縁膜には、酸化シリコン膜や、酸化アルミ膜などの酸素を含む絶縁膜が用いられる。しかしながら、分離のための加熱処理の際に、ガラス基板や接合層中に含まれる酸素と、下部電極層の金属元素が反応し、下部電極層である金属膜が酸化してしまうという問題が生じてしまう。
【００１０】
特に、金属膜として、抵抗値が低く、低コストなアルミニウム膜やアルミニウムを有する合金膜を用いる場合は、アルミニウムの耐熱性が低いため、上述の酸化の問題は非常に大きな課題となってしまう。
【００１１】
また下部電極層と単結晶シリコン層が接したまま加熱処理を行うと、下部電極層に用いる金属膜の種類によっては、単結晶シリコン層中に金属元素が拡散して単結晶シリコン層が汚染されたり、単結晶シリコン層が合金化されてシリサイドとなり、活性層となる単結晶シリコン層が消失してしまう恐れがある。
【００１２】
結晶半導体材料で構成される光電変換装置の熱安定性を向上させることを目的の１つとする。
【００１３】
また、結晶半導体材料で構成される光電変換装置における電極の信頼性を高めることを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
そこで、接合層中の酸素と、下部電極層の金属元素との反応を抑制するために、下部電極層と接合層の間に、酸素を遮断する第１のバリア膜を形成する。第１のバリア膜は、耐熱性を有する膜であればよく、導電性を有していてもよいし、絶縁性であってもよい。第１のバリア膜が導電性を有している場合は、下部電極層の一部として機能する。
【００１５】
さらに、単結晶シリコン層等により形成される半導体層と下部電極層の反応を抑制するために、半導体層と下部電極層の間に、第２のバリア膜を形成する。第２のバリア膜は導電性を有する膜であればよく、耐熱性を有する膜であるとなおよい。
【００１６】
なお、半導体としてシリコンに限定されるものではなく、ゲルマニウムやシリコンゲルマニウム等、シリコン以外の半導体にも応用できるのは言うまでもない。
【００１７】
また、半導体として単結晶半導体や多結晶半導体を用いることが可能である。半導体基板は、単結晶半導体基板や多結晶半導体基板を用いることができ、それらの半導体基板から剥離されて形成される半導体層は、単結晶半導体層や多結晶半導体層であることが可能である。
【００１８】
また、本明細書において「第１」、「第２」、または「第３」等の数詞の付く用語は、要素を区別するために便宜的に付与しているものであり、数的に限定するものではなく、また配置及び段階の順序を限定するものでもない。
【００１９】
絶縁表面を有する基板上に、裏面電極層、半導体接合を有する結晶性半導体層、受光面電極層とを有し、前記裏面電極層は、金属窒化物または高融点金属で形成された第１の導電層と、アルミニウム（Ａｌ）または銀（Ａｇ）を主成分とする第２の導電層と、半導体材料と反応性が低い第３の導電層とが積層された構造を有することを特徴とする光電変換装置に関する。
【００２０】
第１の導電層は、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステンのいずれか１つである。
【００２１】
前記第２の導電層は、スカンジウムを含むアルミニウム、ネオジム、チタンのいずれか１つを有する。
【００２２】
前記第３の導電層は、窒化チタン、窒化タンタル、タングステン、モリブデンのいずれか１つを有する。
【００２３】
前記絶縁表面を有する基板と第１の導電層との間に、絶縁層を有する。
【００２４】
前記絶縁層は、酸化シリコンを有する。
【００２５】
また、絶縁表面を有する基板上に、裏面電極層、半導体接合を有する結晶性半導体層、受光面電極層とを有し、前記裏面電極層は、酸素を遮断する第１のバリア層と、金属層と、前記結晶性半導体層と前記金属層の反応を抑制する第２のバリア層とが積層された構造を有することを特徴とする光電変換装置に関する。
【００２６】
前記第１のバリア層は、金属窒化物、窒化シリコン、窒化アルミのいずれか１つを有する。
【００２７】
前記第１のバリア層は、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステンのいずれか１つを有する。
【００２８】
前記金属膜は、スカンジウムを含むアルミニウム、ネオジムを含むアルミニウム、チタンを含むアルミニウム、のいずれか１つを有する。
【００２９】
前記第２のバリア層は、窒化チタン、窒化タンタル、タングステン、モリブデンのいずれか１つを有する。
【００３０】
前記絶縁表面を有する基板と第１の導電層との間に、絶縁層を有する。
【００３１】
前記絶縁層は酸化シリコンを有する。
【００３２】
前記半導体接合を有する結晶性半導体層は、ｐ型半導体層と、真性半導体層と、ｎ型半導体層が積層されている。
【００３３】
また、一導電型結晶性半導体基板に、脆化層を形成し、前記一導電型結晶性半導体基板上に、裏面電極層を形成し、前記裏面電極層上に、絶縁層を形成し、前記絶縁層を介して、前記一導電型結晶性半導体基板を、絶縁表面有する基板に貼り合わせ、前記脆化層に沿って前記一導電型結晶性半導体基板を剥離して、結晶性半導体層を形成し、結晶性半導体層に半導体接合を形成し、受光面電極層形成し、前記裏面電極層は、半導体材料と反応性が低い第１の導電層と、アルミニウムまたは銀を主成分とする第２の導電層と、金属窒化物又は高融点金属で形成された第３の導電層を順次積層することを特徴とする光電変換装置の作製方法に関する。
【００３４】
また、一導電型結晶性半導体基板に、脆化層を形成し、前記一導電型結晶性半導体基板上に、裏面電極層を形成し、前記裏面電極層上に、絶縁層を形成し、前記絶縁層を介して、前記一導電型結晶性半導体基板を、絶縁表面を有する基板に貼り合わせ、前記脆化層に沿って前記一導電型結晶性半導体基板を剥離して、結晶性半導体層を形成し、前記結晶性半導体層に半導体接合を形成し、前記結晶性半導体層上に、受光面電極層を形成し、前記裏面電極層は、酸素を遮断する第１のバリア層と、金属層と、前記結晶性半導体層と前記金属層の反応を抑制する第２のバリア層とを順次積層することを特徴とする光電変換装置の作製方法に関する。
【００３５】
前記脆化層は、水素を前記一導電型結晶性半導体基板にドープすることにより形成する。
【００３６】
前記絶縁表面有する基板と前記絶縁層を密着させて接合する。
【発明の効果】
【００３７】
接合層中の酸素と、下部電極層の金属元素との反応を抑制し、下部電極層である金属膜が酸化するのを防ぐことができる。
【００３８】
また、半導体層と下部電極層の反応を抑制し、半導体層が汚染されたり、半導体層が合金化されるのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】光電変換装置の作製方法を示す断面図。
【図２】光電変換装置の作製方法を示す断面図。
【図３】光電変換装置の作製方法を示す断面図。
【図４】光電変換装置の上面図。
【図５】半導体基板の上面図。
【図６】イオンドーピング装置の構成を示す図。
【図７】光電変換装置の断面ＴＥＭ写真。
【図８】バリア膜を形成しない光電変換装置の断面ＴＥＭ写真。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の実施の態様について、図面を参照して説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に示す図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００４１】
なお本明細書において、半導体装置とは、半導体を利用することで機能する素子及び装置全般を指し、電子回路、液晶表示装置、発光装置等を含む電気装置およびその電気装置を搭載した電子機器をその範疇とする。
【００４２】
［実施の形態１］
本実施の形態を、図１（Ａ）〜図１（Ｄ）、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）、図３（Ａ）〜図３（Ｄ）、図４、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）、図６を用いて説明する。
【００４３】
半導体基板１０１としては、単結晶半導体基板や多結晶半導体基板などの結晶性半導体基板を用いればよく、より具体的には、シリコンやゲルマニウムなどの半導体ウェハ、ガリウムヒ素やインジウムリンなどの化合物半導体ウェハなどを用いることができる。中でも、単結晶シリコンウェハを用いることが好ましい。
【００４４】
本実施の形態では、半導体基板１０１として、ｎ型単結晶シリコンウェハを用いる。後の工程で半導体基板１０１から第１の半導体層１１２を剥離するが、剥離した半導体層を、光電変換装置のｎ型半導体層として用いるので、半導体基板１０１はｎ型半導体基板が好ましい。
【００４５】
また半導体基板１０１の平面形状は特に限定されないが、後に固定する支持基板１１１が矩形の場合には、半導体基板１０１も矩形とすることが望ましい。また、半導体基板１０１の表面は、鏡面研磨されていることが望ましい。
【００４６】
なお、半導体基板１０１として円形の半導体基板を用いてもよいが、円形の半導体基板を矩形または多角形となるように加工するとなおよい。例えば、円形の半導体基板１００（図５（Ａ）参照）から、矩形の半導体基板１０１ａ（図５（Ｂ）参照）、あるいは多角形の半導体基板１０１ｂ（図５（Ｃ）参照）を切り出すことができる。
【００４７】
なお、図５（Ｂ）には、円形の半導体基板１００に内接し、面積が最大となる矩形の半導体基板１０１ａを切り出す場合について示している。ここで、半導体基板１０１ａの角部（頂点）の角度は略９０度である。また、図５（Ｃ）には、半導体基板１０１ａよりも対辺の間隔が長い半導体基板１０１ｂを切り出す場合について示している。この場合、半導体基板１０１ｂの角部（頂点）の角度は９０度とはならず、半導体基板１０１ｂは矩形ではなく多角形となる。
【００４８】
図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示すように、半導体基板１０１として、円形の半導体基板１００、矩形の半導体基板１０１ａ、多角形の半導体基板１０１ｂを用いてもよい。
【００４９】
半導体基板１０１上に、保護層１０２を形成する（図１（Ａ）参照）。保護層１０２としては、酸化珪素または窒化珪素を用いることが好ましい。保護層１０２の作製方法としては、例えば、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法などを用いればよい。また、酸化性の薬液や酸素ラジカルにより半導体基板１０１を酸化処理することで、保護層１０２を形成することもできる。さらに、熱酸化法により半導体基板１０１の表面を酸化して保護層１０２を形成しても良い。
【００５０】
本実施の形態では、半導体基板１０１にオゾン水処理を行い、保護層１０２として半導体基板１０１の上層に酸化珪素層を形成する。
【００５１】
保護層１０２を形成することで、半導体基板１０１に脆化層１０５を形成するために、半導体基板１０１の表面が損傷するのを防ぐことができる。
【００５２】
次に、保護層１０２の表面にイオン１０４を照射して、半導体基板１０１中に脆化層１０５を形成する（図１（Ｂ）参照）。ここで、イオン１０４としては、水素を含む原料ガスを用いて生成するイオン（特に、Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋など）を用いることが好ましい。なお、脆化層１０５が形成される深さは、イオン１０４を照射する際の加速電圧によって制御される。また、脆化層１０５を形成する深さによって半導体基板１０１から分離される第１の半導体層１１２の厚さが決定される。
【００５３】
本実施の形態では、半導体基板１０１に、印加電圧８０ｋＶ、ドーズ量２×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２で水素イオンをドーピングすることにより、脆化層１０５を形成する。
【００５４】
脆化層１０５は、半導体基板１０１の表面から５００ｎｍ以下の深さ、好ましくは４００ｎｍ以下の深さ、より好ましくは５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の深さに形成してもよい。脆化層１０５を浅い領域に形成することで、分離後の半導体基板が厚く残存するため、半導体基板の繰り返し利用回数を増加させることができる。ただし、脆化層１０５を浅い領域に形成する場合には、加速電圧を低くすることになるため、生産性などについての考慮が必要となる。
【００５５】
イオン１０４の照射は、イオンドーピング装置やイオン注入装置を用いて行うことができる。イオンドーピング装置は通常、質量分離を伴わないため、半導体基板１０１が大型化しても、半導体基板１０１の全面に均一にイオン１０４を照射することができる。
【００５６】
図６に、イオンドーピング装置の構成の一例を示す。イオン源２０００にはガス供給部２００４から水素等の原料ガスが供給される。また、イオン源２０００にはフィラメント２００１が備えられている。フィラメント電源２００２はフィラメント２００１に対してアーク放電電圧を印加し、フィラメント２００１に流れる電流を調節する。ガス供給部２００４から供給された原料ガスは、排気系により排気される。
【００５７】
イオン源２０００に供給された水素等は、フィラメント２００１から放出される電子との反応によりイオン化する。このようにして生成されたイオン１０４は、引出し電極２００５によって加速され、イオンビーム２０１７を形成することになる。イオンビーム２０１７は、基板支持部２００６に設置された半導体基板１０１に照射される。なお、イオンビーム２０１７に含まれるイオン１０４の構成比は基板支持部２００６の近傍に設けられた質量分析管２００７によって測定される。また、質量分析管２００７の測定結果は、質量分析計２００８で信号変換され、電源制御部２００３にフィードバックされる。これにより、イオン１０４の構成比を制御することができる。
【００５８】
上記脆化層１０５の形成後、保護層１０２を除去して、半導体基板１０１上に、順に第２のバリア膜１０６、下部電極１０７、第１のバリア膜１０８を形成する（図１（Ｃ）参照）。これら第２のバリア膜１０６、下部電極１０７、第１のバリア膜１０８は、光電変換装置の裏面電極層としても機能する。
【００５９】
ここで、第２のバリア膜１０６は、第１の半導体層１１２と、下部電極１０７中の金属元素の反応を抑制する機能を有する。第２のバリア膜１０６を形成することにより、第１の半導体層１１２中に金属元素が拡散して第１の半導体層１１２が汚染される恐れや、第１の半導体層１１２が合金化されてシリサイドとなり、第１の半導体層１１２が消失してしまう恐れを防ぐことができる。
【００６０】
第２のバリア膜１０６としては、窒化チタン、窒化タンタルなど、電気導電性のある窒化膜を用いることができる。あるいは、第１の半導体層１１２、例えば単結晶シリコン層、の中へ拡散しにくく、反応性に乏しい、タングステン、モリブデンなどの金属膜を第２のバリア膜１０６として用いればよい。なお第２のバリア膜１０６として、上記の膜を単層で用いてもよいし、複数の膜を積層した積層膜を用いてもよい。本実施の形態では、膜厚２５ｎｍの窒化チタン膜を第２のバリア膜１０６として形成する。
【００６１】
また第１のバリア膜１０８は、分離及び転載のための加熱処理の際、ガラス基板等の支持基板１１１中の酸素や、接合層１０９中に含まれる酸素が、下部電極１０７中の金属元素と反応し、下部電極１０７を酸化してしまうとことを抑制する。第１のバリア膜１０８は、耐熱性を有する膜であればよく、導電性を有していてもよいし、絶縁性であってもよい。第１のバリア膜１０８が導電性を有している場合は、下部電極層の一部として機能する。
【００６２】
第１のバリア膜１０８としては、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステンなどの各種窒化膜を用いることができる。あるいは、タングステン、モリブデン、ニッケルなど耐熱性の高い金属膜を用いてもよい。なお第１のバリア膜１０８として、上記の膜を単層で用いてもよいし、複数の膜を積層した積層膜を用いてもよい。本実施の形態では、第１のバリア膜１０８として、膜厚２５ｎｍの窒化チタン膜を形成する。
【００６３】
第２のバリア膜１０６と第１のバリア膜１０８を金属膜で形成することにより、下部電極１０７を、耐熱性が低く、抵抗値が低く、低コストな導電材料で形成することが可能である。このような導電材料として、銀またはアルミニウムを主成分とする導電膜、例えば、ネオジムを含有するアルミニウム（Ａｌ−Ｎｄ）を含む膜、チタンを含有するアルミニウム（Ａｌ−Ｔｉ）を含む膜、並びに、スカンジウムを含有するアルミニウム（Ａｌ−Ｓｃ）を含む膜等を用いることができる。本実施の形態では、膜厚１００ｎｍのアルミニウム膜を、下部電極１０７として形成する。
【００６４】
次に、第１のバリア膜１０８上に、絶縁物で接合層１０９を形成する（図１（Ｄ）参照）。接合層１０９は単層構造でも２層以上の積層構造でもよく、また接合層１０９は、表面が平滑であり、親水性がある薄膜を用いて形成することが好ましい。接合層１０９としては、例えば、酸化シリコンなどの絶縁物で形成すればよい。本実施の形態では、接合層１０９として酸化シリコン膜を形成する。
【００６５】
接合層１０９のその他の形成方法としては、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法などのＣＶＤ法を挙げることができる。特に、プラズマＣＶＤ法を適用すると、平均面粗さ（Ｒａ）が０．５ｎｍ以下（好ましくは０．３ｎｍ以下）の平坦な接合層１０９を形成することができる。
【００６６】
ここで、接合層１０９の一表面と、絶縁表面を有する基板である支持基板１１１の一表面を貼り合わせる前に、接合面（本実施の形態では、接合層１０９の一表面と支持基板１１１の一表面）に原子ビーム若しくはイオンビームを照射してもよい。または、接合面をプラズマ処理もしくはラジカル処理してもよい。上述のような処理を行うことで、接合面を活性化することができ、貼り合わせを良好に行うことができる。例えば、アルゴンなどの不活性ガス中性原子ビーム若しくは不活性ガスイオンビームを照射して接合面を活性化することもできるし、接合面に酸素プラズマや窒化プラズマもしくは酸素ラジカルや窒素ラジカルを曝すことで活性化することもできる。接合面の活性化を図ることで、絶縁物である接合層１０９とガラス基板などの支持基板１１１のように異なる材料を主成分とする基体同士であっても、低温（例えば４００℃以下）処理で接合を形成することができる。また、オゾン添加水、酸素添加水、水素添加水、または純水などで接合面を処理することにより、接合面を親水性にして該接合面の水酸基を増大させることで、強固な接合を形成することもできる。
【００６７】
本実施の形態では、接合層１０９形成後、接合層１０９をアルゴンプラズマ処理し、接合界面を活性化する。
【００６８】
次に、接合層１０９の一表面と支持基板１１１の一表面を密着させて加圧することで、半導体基板１０１を含む積層構造と、支持基板１１１とを貼り合わせる。
【００６９】
この際、貼り合わせに係る面（ここでは、接合層１０９の一表面と支持基板１１１の一表面）は十分に清浄化しておくことが好ましい。貼り合わせに係る面に微小なゴミなどが存在すると、貼り合わせ不良の発生確率が高まるためである。なお、貼り合わせ不良を低減するために、貼り合わせに係る面を活性化しておいても良い。例えば、貼り合わせに係る面の一方または双方に原子ビーム又はイオンビームを照射することでその表面を活性化することができる。その他、プラズマ処理や薬液処理などを用いて活性化を行っても良い。このように、貼り合わせに係る面を活性化することで、４００℃以下の温度であっても良好に貼り合わせることができる。
【００７０】
なお、支持基板１１１上に窒化シリコン層や窒化酸化シリコン層などの窒素を含有するシリコン絶縁層を形成し、これを接合層１０９と密着させる構成としてもよい。
【００７１】
次に、加熱処理を施して、貼り合わせを強化する（図２（Ａ）参照）。この際の温度は、脆化層１０５における分離が進行しない条件とする必要がある。例えば、４００℃未満、好ましくは３００℃以下とすることができる。熱処理時間については特に限定されず、処理速度と貼り合わせ強度との関係から最適な条件を適宜設定すればよい。一例としては、２００℃、２時間の程度の熱処理条件を採用することができる。ここで、貼り合わせに係る領域のみにマイクロ波を照射して、局所的な熱処理を行うことも可能である。なお、貼り合わせ強度に問題がない場合は、上記加熱処理を省略しても良い。本実施の形態では、２００℃で２時間加熱する。
【００７２】
次に脆化層１０５にて、半導体基板１０１を、分離基板１１３と第１の半導体層１１２とに分離する（図２（Ｂ）参照）。すなわち、半導体基板１０１から、第１の半導体層１１２を支持基板１１１に転載する。半導体基板１０１の分離は、熱処理により行う。分離のための加熱処理の温度は、支持基板１１１の耐熱温度を目安にすることができる。例えば、支持基板１１１としてガラス基板を用いる場合には、熱処理温度は４００℃以上６５０℃以下とすることが好ましい。ただし、短時間であれば、４００℃以上７００℃以下の熱処理を行っても良い。本実施の形態では、６００℃で２時間の加熱処理を行う。
【００７３】
上述のような加熱処理を行うことで、脆化層１０５に形成された微小な空孔の体積変化が生じ、脆化層１０５に亀裂が生ずる。その結果、脆化層１０５に沿って半導体基板１０１が分割される。接合層１０９は支持基板１１１と貼り合わせられているので、支持基板１１１上には半導体基板１０１から分離された第１の半導体層１１２が残存することになる。また、この加熱処理で、支持基板１１１と接合層１０９の貼り合わせに係る界面が加熱されるため、貼り合わせに係る界面に共有結合が形成され、支持基板１１１と接合層１０９の結合力が一層向上する。
【００７４】
第１のバリア膜１０８を設けることにより、接合層１０９中の酸素と、下部電極１０７の金属元素との反応を抑制し、金属膜である下部電極１０７が酸化するのを防ぐことができる。すなわち、下部電極１０７の材料として、耐熱性が低く、抵抗値が低く、低コストな導電材料を用いることが可能である。
【００７５】
また第２のバリア膜１０６を設けることにより、後に半導体基板１０１から分離される第１の半導体層１１２と下部電極１０７の反応を防ぐことができる。これにより第１の半導体層１１２が汚染されたり、第１の半導体層１１２が合金化されるのを抑制することができる。
【００７６】
本実施の形態では、半導体基板１０１としてｎ型単結晶シリコンウェハを用いるので、第１の半導体層１１２はｎ型単結晶シリコン層となる。これを太陽電池セルのｎ型半導体層とする。
【００７７】
以上の工程により、支持基板１１１上に固定された第１の半導体層１１２を得ることができる。なお、分離基板１１３は、再生処理を行った後、再利用することができる。再生処理後の分離基板１１３は、新たな第１の半導体層１１２を得るための基板（本実施の形態においては、半導体基板１０１に対応）として用いてもよいし、その他の用途に用いても良い。第１の半導体層１１２を得るための基板として用いる場合には、１枚の半導体基板１０１から複数の光電変換装置を製造できることになる。
【００７８】
次に、第１の半導体層１１２上に第２の半導体層１１４を形成する（図２（Ｃ）参照）。第２の半導体層１１４は、例えば、気相成長（気相エピタキシャル成長）法を用いて形成する。この場合、第２の半導体層１１４は、第１の半導体層１１２をシード層とし、第１の半導体層１１２の結晶性の影響を受けた半導体層となる。また本実施の形態では、第２の半導体層１１４は、真性シリコン層となり、太陽電池セルの真性半導体層とすることができる。
【００７９】
なお、ここでいう真性半導体層とは、半導体層に含まれるｐ型もしくはｎ型を付与する不純物が１×１０２０ｃｍ−３以下の濃度であり、酸素及び窒素が９×１０１９ｃｍ−３以下の濃度であり、暗伝導度に対して光伝導度が１０００倍以上である半導体層を指す。この真性半導体層には、ホウ素（Ｂ）が１０〜１０００ｐｐｍ添加されていてもよい。また本明細書では、真性半導体層をｉ型半導体層とも呼ぶ。
【００８０】
第２の半導体層１１４としてシリコン層を形成する場合には、例えば、シラン系ガス（代表的にはシラン）と水素ガスとの混合ガスを原料として、プラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００８１】
上記原料ガスは、シラン系ガスに対する水素ガスの流量比を５０倍以上（好ましくは１００倍以上）とする混合ガスである。例えば、シラン（ＳｉＨ４）を４ｓｃｃｍ、水素を４００ｓｃｃｍで混合させて用いれば良い。水素ガスの流量を高めることにより、結晶性の高い第２の半導体層１１４を形成することができる。これにより、第２の半導体層１１４中の水素含有量を低減することができる。
【００８２】
なお、シラン系ガスとしてシランを用いることに限定されず、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）その他を用いても良い。また、上記の原料ガスには、希ガスを添加してもよい。
【００８３】
なお、第２の半導体層１１４のエピタキシャル成長を行う前に、第１の半導体層１１２表面に形成されている自然酸化層などは除去しておくことが好ましい。これは、第１の半導体層１１２の表面に酸化層が存在する場合には、第１の半導体層１１２の結晶性を受けたエピタキシャル成長を進行させることができず、第２の半導体層１１４の結晶性が低下してしまうためである。ここで、上記の酸化層の除去は、フッ酸系の溶液などを用いて行うことができる。
【００８４】
次に、第２の半導体層１１４上に第３の半導体層１１５を形成する（図３（Ａ）参照）。ここで、第３の半導体層１１５は、第２の半導体層１１４に合わせて材料を選択し、形成する。この場合においても、第２の半導体層１１４表面に形成されている酸化層は除去しておくことが好ましい。
【００８５】
第３の半導体層１１５も、気相成長（気相エピタキシャル成長）法を用いて形成すればよい。第３の半導体層１１５としてシリコン層を形成する場合には、例えば、シラン系ガス（代表的にはシラン）と水素ガスとの混合ガスと、ｐ型を付与する不純物元素を含んだガス、例えばジボラン、を原料として、プラズマＣＶＤ法により形成することができる。これにより、第３の半導体層１１５は、ｐ型シリコン層となり、太陽電池セルのｐ型半導体層とすることができる。
【００８６】
なお本実施の形態では、半導体基板１０１として、ｎ型単結晶シリコンウェハを用い、半導体基板１０１から分離して、ｎ型の半導体層である第１の半導体層１１２を形成し、また、ｐ型を付与する不純物元素を含む原料ガスを用いて、ｐ型半導体層である第３の半導体層１１５を形成したが、これに限定されるものではない。半導体基板１０１として、ｐ型を付与する不純物元素を有する半導体基板を用い、そのような半導体基板１０１から、第１の半導体層１１２としてｐ型半導体層を形成し、ｎ型を付与する元素を含む原料ガス、例えばフォスフィンを有する原料ガスを用いて、ｎ型半導体層である第３の半導体層１１５を形成してもよい。
【００８７】
以上のように、光電変換装置の光電変換層である、第１の半導体層１１２、第２の半導体層１１４、第３の半導体層１１５を形成することができる。
【００８８】
次いで、第３の半導体層１１５上に、受光面電極層として上部電極１１６を形成する（図３（Ｂ）参照）。上部電極１１６としては、透光性を有する導電膜を用いて形成すればよい。上部電極１１６はスパッタリング法や真空蒸着法を用いて形成することができる。透光性を有する導電膜としては、酸化インジウム・スズ合金（ＩＴＯ）膜、酸化インジウム・酸化亜鉛合金膜、酸化亜鉛膜、酸化スズ膜、などの酸化物金属膜を用いればよい。
【００８９】
次に、上部電極１１６をマスクとして、第３の半導体層１１５、第２の半導体層１１４、第１の半導体層１１２をエッチングして、第２のバリア膜１０６の一部を露出させる（図３（Ｃ）参照）。あるいは、第３の半導体層１１５、第２の半導体層１１４、第１の半導体層１１２、第２のバリア膜１０６をエッチングして、下部電極１０７の一部を露出させてもよい。
【００９０】
本実施の形態では、上部電極１１６をマスクとして用いることができるため、エッチング用のマスクを新たに設ける必要がない。もちろん、レジストや絶縁層を用いてマスクを形成しても良い。
【００９１】
その後、第２のバリア膜１０６あるいは下部電極１０７に電気的に接続する補助電極１１８と、上部電極１１６に電気的に接続する補助電極１１９を形成する（図３（Ｄ）参照）。
【００９２】
補助電極１１８及び補助電極１１９は、銀インクをスクリーン印刷することにより形成する。補助電極１１９は、図４に示すように上方から見て格子状（或いは櫛状、櫛形、櫛歯状）となるように形成する。このような形状とすることで、太陽電池セルに十分な光を照射することができ、光吸収効率を向上させることができる。
【００９３】
以上により、太陽電池セルである光電変換装置を製造することができる。
【実施例１】
【００９４】
本実施例では、酸素を遮断する、耐熱性を有する膜を形成した光電変換装置と、形成しない光電変換装置の断面ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（透過型電子顕微鏡））写真を、図７及び図８を用いて説明する。
【００９５】
図７は、支持基板としてガラス基板、接合層として酸化アルミニウム膜、バリア膜として窒化チタン膜、下部電極としてアルミニウム膜、パシベーション膜として窒化チタン膜、光電変換層としてシリコン層を有する光電変換装置の断面ＴＥＭ写真である。シリコン層上に、さらに
炭素膜、プラチナ膜、タングステン膜が形成されている。炭素膜とタングステン膜は、ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  ｂｅａｍ）の加工時に、表面が削れないように形成する保護膜である。またプラチナ膜は、チャージアップを防ぐために形成される。
【００９６】
また図８は、支持基板としてガラス基板、接合層として酸化アルミニウム膜、バリア膜はなし、下部電極としてアルミニウム膜、パシベーション膜として窒化チタン膜、光電変換層としてシリコン層、を有する光電変換装置の断面ＴＥＭ写真である。シリコン層上に、さらに炭素膜及びプラチナ膜が形成されている。炭素膜は、ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  ｂｅａｍ）の加工時に、表面が削れないように形成する保護膜である。またプラチナ膜は、チャージアップを防ぐために形成される。
【００９７】
図７及び図８に示す光電変換装置は、光電変換層であるシリコン層、下部電極であるアルミニウム膜、接合層である酸化アルミニウムを有する積層構造を、支持基板であるガラス基板に転載する際に、６００℃で２時間加熱されている。
【００９８】
図７と図８を比較すると、バリア膜を形成していない図８は、接合層である酸化アルミニウム膜が、下部電極であるアルミニウム膜にまで浸食している。これは、転載の際の加熱工程により、接合層である酸化アルミニウム膜中の酸素が、下部電極であるアルミニウム膜と反応して、下部電極中に酸化アルミニウムが形成されてしまったことを意味している。
【００９９】
以上により、本実施例により、バリア膜が接合層中の酸素と、下部電極中のアルミニウムの反応を抑制していることが分かる。
【符号の説明】
【０１００】
１００    半導体基板
１０１    半導体基板
１０１ａ    半導体基板
１０１ｂ    半導体基板
１０２    保護層
１０４    イオン
１０５    脆化層
１０６    第２のバリア膜
１０７    下部電極
１０８    第１のバリア膜
１０９    接合層
１１１    支持基板
１１２    半導体層
１１３    分離基板
１１４    半導体層
１１５    半導体層
１１６    上部電極
１１８    補助電極
１１９    補助電極
２０００    イオン源
２００１    フィラメント
２００２    フィラメント電源
２００３    電源制御部
２００４    ガス供給部
２００５    電極
２００６    基板支持部
２００７    質量分析管
２００８    質量分析計
２０１７    イオンビーム
【図１】
2010103510.tif 000003
【図２】
2010103510.tif 000004
【図３】
2010103510.tif 000005
【図４】
2010103510.tif 000006
【図５】
2010103510.tif 000007
【図６】
2010103510.tif 000008
【図７】
2010103510.tif 000009
【図８】
2010103510.tif 000010