(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する第１の基板と、
前記第１の基板上の光電変換素子と、
前記光電変換素子上の接着層と、
前記接着層上のコンバータ回路と、
前記コンバータ回路上の透光性を有する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間において、前記光電変換素子、前記接着層及び前記コンバータ回路の側面を覆う配線と、を有し、
前記コンバータ回路は、前記光電変換素子の出力を昇圧又は降圧し、
前記配線は、前記光電変換素子と前記コンバータ回路とを電気的に接続し、
前記コンバータ回路は、前記第２の基板に接し、
前記光電変換素子と前記コンバータ回路とは、前記接着層を介して重畳し、
前記コンバータ回路は、チャネル形成領域が酸化物半導体であるトランジスタ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、
前記光電変換素子は、前記第１の基板、前記第２の基板、及び前記配線により封入されていることを特徴とする光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示される発明の一様態は、光電変換装置及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光起電力効果により、受けた光を直接電力に変換して出力する光電変換素子の一つとして、太陽電池が挙げられる（特許文献１参照）。太陽電池は、従来の発電方式のように、途中で熱エネルギーや運動エネルギーへのエネルギー変換の必要がない。
【０００３】
さらに太陽電池と、該太陽電池で発電した直流電力を変換するコンバータ回路を、太陽電池の非受光面などに取り付けた光電変換装置が、小規模又は中規模の太陽光発電システムや非常用電源として注目されている（特許文献２又は特許文献３）。
【０００４】
このようなコンバータ回路として、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ（直流−直流変換器）やＤＣ−ＡＣコンバータ（直流−交流変換器）等が挙げられる（特許文献４又は特許文献５参照）。
【０００５】
しかしながら、コンバータ回路は、例えばパワーＭＯＳ、ＩＧＢＴ、ショットキーバリアダイオード等で構成されるため、コストが高い。また該コンバータ回路を有する光電変換装置は、コンバータ回路の厚さが厚いため、薄型化できないという恐れがある（特許文献２参照）。
【０００６】
さらに、該コンバータ回路は、温度上昇による電力変換効率の低下を抑えるために、放熱構造を設ける必要がある（特許文献３参照）。そのため該コンバータ回路を有する光電変換装置は、薄型化が難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１０６６７号公報
【特許文献２】特開平９−６９６４７号公報
【特許文献３】特開２００２−１４１５３９号公報
【特許文献４】特開２００５−３１２１５８号公報
【特許文献５】特開２００９−２００３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記問題を鑑み、開示される発明の一様態は、光電変換素子及びコンバータ回路の両方を有する光電変換装置の薄型化を課題の一とする。
【０００９】
また開示される発明の一様態は、温度上昇による、コンバータ回路の変換効率低下の抑制を課題の一とする。
【００１０】
また開示される発明の一様態は、コンバータ回路の作製コストを抑制することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
開示される発明の一様態において、光電変換素子の保護部材の一部であり、かつ透光性を有する基板の一面に、透光性を有する酸化物半導体膜を用いたコンバータ回路を作製する。
【００１２】
また開示される発明の一様態において、該コンバータ回路は、薄膜である酸化物半導体膜を用いた薄膜回路で構成する。そのため、該コンバータ回路を有する光電変換装置の薄型化が可能である。
【００１３】
また開示される発明の一様態において、上述のように該コンバータ回路を薄膜である酸化物半導体膜を用いた薄膜回路で構成するため、コンバータ回路の作製コストを抑制することが可能である。
【００１４】
また開示される発明の一様態において、該酸化物半導体膜は、作動温度が上昇しても、特性が安定である。そのため該酸化物半導体膜を有するコンバータ回路、及び該コンバータ回路を有する光電変換装置も安定して動作する。
【００１５】
開示される発明の一様態は、少なくとも一方の面から外光が入射するように配置された光電変換素子と、当該光電変換素子を封入する保護部材と、当該保護部材の一面に形成された、当該光電変換素子の出力を昇圧又は降圧するコンバータ回路とを有し、当該コンバータ回路は、チャネル形成領域が酸化物半導体でなるトランジスタを含んで構成されていることを特徴とする光電変換装置に関する。
【００１６】
開示される発明の一様態は、少なくとも一方の面から外光が入射するように配置された光電変換素子と、当該光電変換素子を封入する保護部材と、当該保護部材の一面に形成された、当該光電変換素子の出力を昇圧又は降圧するＤＣ−ＤＣコンバータとを有し、当該ＤＣ−ＤＣコンバータは、チャネル形成領域が酸化物半導体でなるトランジスタを含んで構成されていることを特徴とする光電変換装置に関する。
【００１７】
開示される発明の一様態は、少なくとも一方の面から外光が入射するように配置された太陽電池と、当該太陽電池を封入する保護部材と、当該保護部材の一面に形成された、当該太陽電池の出力を昇圧又は降圧するコンバータ回路とを有し、当該コンバータ回路は、チャネル形成領域が酸化物半導体でなるトランジスタを含んで構成されていることを特徴とする光電変換装置に関する。
【００１８】
開示される発明の一様態は、少なくとも一方の面から外光が入射するように配置された太陽電池と、当該太陽電池を封入する保護部材と、当該保護部材の一面に形成された、当該太陽電池の出力を昇圧又は降圧するＤＣ−ＤＣコンバータとを有し、当該ＤＣ−ＤＣコンバータは、チャネル形成領域が酸化物半導体でなるトランジスタを含んで構成されていることを特徴とする光電変換装置に関する。
【００１９】
開示される発明の一様態において、当該コンバータ回路は、当該保護部材の内部に形成されることを特徴とする。
【００２０】
開示される発明の一様態において、当該ＤＣ−ＤＣコンバータは、当該保護部材の内部の空間に形成されることを特徴とする。
【００２１】
開示される発明の一様態において、当該保護部材のうち、当該光電変換素子の外光が入射される側に配置される部材は透光性を有し、該透光性部材の表面に当該コンバータ回路が形成されていることを特徴とする。
【００２２】
開示される発明の一様態において、当該保護部材のうち、当該光電変換素子の外光が入射される側に配置される部材は透光性を有し、該透光性部材の表面に当該ＤＣ−ＤＣコンバータが形成されていることを特徴とする。
【００２３】
開示される発明の一様態において、当該コンバータ回路は、コイル、ダイオード、及びコンデンサを有することを特徴とする。
【００２４】
開示される発明の一様態において、当該ＤＣ−ＤＣコンバータは、コイル、ダイオード、及びコンデンサを有することを特徴とする。
【００２５】
開示される発明の一様態において、当該トランジスタは、トップゲート型トランジスタであり、かつ当該酸化物半導体膜の上面とソース電極及びドレイン電極が接することを特徴とする。
【００２６】
開示される発明の一様態において、当該トランジスタは、トップゲート型トランジスタであり、かつ当該酸化物半導体膜の下面とソース電極及びドレイン電極が接することを特徴とする。
【００２７】
開示される発明の一様態において、当該トランジスタは、ボトムゲート型トランジスタであり、かつ当該酸化物半導体膜の上面とソース電極及びドレイン電極が接することを特徴とする。
【００２８】
開示される発明の一様態において、当該トランジスタは、ボトムゲート型トランジスタであり、かつ当該酸化物半導体膜の下面とソース電極及びドレイン電極が接することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
開示される発明の一様態により、透光性を有する基板に、酸化物半導体膜を有する薄膜回路でコンバータ回路を作ることにより、光電変換装置の薄型化が可能となる。
【００３０】
また開示される発明の一様態により、酸化物半導体膜を有する薄膜回路でコンバータ回路を作ることにより、該コンバータ回路及び該コンバータ回路を有する光電変換装置の作製コストを抑制することが可能である。
【００３１】
また、開示される発明の一様態では、バンドギャップの大きい酸化物半導体膜で、コンバータ回路のようなパワーデバイスを製作することにより、温度特性が安定化する。これにより該コンバータ回路を有する光電変換装置の温度特性を、安定化させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】光電変換装置の断面図。
【図２】光電変換装置の上面図。
【図３】光電変換素子の作製工程を示す断面図。
【図４】コンバータ回路の回路図。
【図５】トランジスタの上面図及び断面図。
【図６】トランジスタの作製工程を示す断面図。
【図７】トランジスタの断面図。
【図８】電源回路の回路図。
【図９】光電変換装置を搭載した車両の一例及び太陽光発電モジュールを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本明細書に開示された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、本明細書に開示された発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本明細書に開示された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、同一部分又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。
【００３４】
［実施の形態１］
本実施の形態では、光電変換素子及びコンバータ回路を有する光電変換装置について、図１（Ａ）〜図１（Ｂ）、図２（Ａ）〜図２（Ｂ）、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）、図４（Ａ）〜図４（Ｂ）、図５（Ａ）〜図５（Ｂ）、図６（Ａ）〜図６（Ｅ）、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）を用いて説明する。
【００３５】
本実施の形態の光電変換装置を、図１（Ａ）及び図２（Ａ）に示す。比較として、従来の光電変換装置を、図１（Ｂ）及び図２（Ｂ）に示す。
【００３６】
本実施の形態で記載される光電変換装置の断面図を、図１（Ａ）に示す。
【００３７】
図１（Ａ）に示される光電変換装置は、透光性を有する基板１０１上に、透光性を有する導電膜１０２、透光性を有する導電膜に接して設けられた光電変換素子１０３、光電変換素子１０３に接して設けられ、透光性を有する導電膜１０４を有している。また図１（Ａ）に示される光電変換装置は、透光性を有する基板１１１上に、透光性を有する材料で形成されたコンバータ回路１１２を有している。
【００３８】
基板１０１上に設けられた光電変換素子１０３と、透光性を有する基板１１１上に設けられたコンバータ回路１１２は、配線１２１によって電気的に接続されている。これにより光電変換素子１０３で出力された直流電圧を、コンバータ回路１１２で変換することができる。配線１２１としては、例えば、導電ペーストや異方性導電材料を用いればよい。
【００３９】
当該透光性を有する基板１０１、透光性を有する基板１１１、配線１２１は、光電変換素子１０３を封入し、かつ、外部からの衝撃や異物が混入するのを防ぐ保護部材１１０として機能する。
【００４０】
すなわち保護部材１１０は、透光性を有する部材である基板１０１、透光性を有する部材である基板１１１、及び光電変換素子１０３及びコンバータ回路１１２を接続する配線１２１を有している。また保護部材１１０は、その内部の空間に光電変換素子１０３が配置される。すなわち保護部材１１０は、光電変換素子１０３を封入し、かつ、保護している。
【００４１】
また、保護部材１１０は、その内部の空間にコンバータ回路１１２が配置されている。透光性を有する基板１１１の一面に形成されているコンバータ回路１１２は、保護部材１１０の一面に形成されていると言える。
【００４２】
当該コンバータ回路１１２は、保護部材の一面に形成されているため、外部からの衝撃や異物の混入の影響を受けない。
【００４３】
本実施の形態のコンバータ回路１１２は透光性を有する材料で形成される。よって、コンバータ回路１１２が形成され、かつ当該保護部材１１０の部材である基板１１１側から外光が入射しても、光電変換素子１０３に光が到達する。
【００４４】
基板１１１側から入射した外光を効率よく使用することが可能なので、光電変換素子１０３の発電効率が向上する。
【００４５】
また本実施の形態で記載される光電変換装置において、基板１０１側及び基板１１１側の両方から光を入射させてもよい。基板１０１側及び基板１１１側の両方から外光が入射するので、入射する外光の量を大きくすることができる。
【００４６】
また光電変換素子１０３に接して設けられる導電膜１０４と、コンバータ回路１１２との間には、接着層１２２が設けられている。接着層１２２は、絶縁性を有する樹脂等を用いて形成すればよい。接着層１２２を導電膜１０４とコンバータ回路１１２との間に設けることで、導電膜１０４とコンバータ回路１１２との距離を固定することができる。また接着層１２２が絶縁性を有しているので、導電膜１０４とコンバータ回路１１２を絶縁することができる。
【００４７】
図２（Ａ）は、図１（Ａ）に示す光電変換装置の上面図である。図２（Ａ）に示されるように、コンバータ回路１１２が透光性を有する材料で形成されているので、光電変換素子１０３とコンバータ回路１１２とを重畳させて形成することが可能である。
【００４８】
ここで、「重畳」とは、平面図において互いに重なる領域を有することを言う。本明細書の他の記載においても同様とする。本明細書では、断面図において、互いに重なる領域同士の間に別の物質が存在している場合も、「重畳」という。
【００４９】
コンバータ回路が透光性を有さない材料で形成された場合の光電変換装置を、図１（Ｂ）及び図２（Ｂ）に示す。図１（Ｂ）は光電変換装置の断面図、図２（Ｂ）は光電変換装置の上面図である。なお図１（Ｂ）及び図２（Ｂ）において、図１（Ａ）及び図２（Ａ）と同じものは同じ符号で表している。
【００５０】
コンバータ回路を透光性を有さない材料で形成した場合、コンバータ回路が設けられている基板側から光が照射されると、コンバータ回路が光を遮り、光電変換層に光が到達しない。
【００５１】
よって、図１（Ｂ）に示されるように、コンバータ回路１４２と光電変換層１３３とを、重畳しないように形成する必要がある。コンバータ回路１４２と光電変換層１３３とを、重畳しないように形成すると、光電変換層１３３の占める面積が減少する（図２（Ｂ）参照）。光電変換層１３３が占める面積が減少するということは、受光面積が減少するということである。そのため光電変換層１３３の発電量が減少する。
【００５２】
本実施の形態の光電変換素子の作製方法を、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）を用いて説明する。本実施の形態では、光電変換素子の一例として太陽電池について述べる。
【００５３】
まず、基板２０１を用意する。基板２０１は、上記の基板１０１に相当する。基板２０１側から光電変換層２１１に光が入射することを想定して、基板２０１は太陽光に対して透光性を有する材料を用いる。
【００５４】
透光性を有する基板２０１として、例えば、青板ガラス、白板ガラス、鉛ガラス、強化ガラス、セラミックガラスなどのガラス板を用いることができる。また、アルミノシリケート酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの無アルカリガラス基板、石英基板、セラミック基板を用いることができる。
【００５５】
透光性を有する基板２０１として、プラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板（プラスチック基板）を用いる場合は、上記基板と比較して耐熱温度が一般的に低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いることが可能である。
【００５６】
プラスチック基板として、ポリエステル、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド系合成繊維、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリイミド、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂などが挙げられる。ポリエステルとして、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が挙げられる。
【００５７】
まず、基板２０１上に、所定の形状に加工された導電膜２１０を形成する。導電膜２１０を所定の形状に加工するには、基板２０１の全面に導電膜を形成した後、エッチングやレーザ等で加工して形成してもよいし、最初から所定の形状に導電膜を形成してもよい。最初から所定の形状に導電膜を形成する方法については後述する。
【００５８】
導電膜２１０は、基板２０１側から光が入射するので、太陽光に対して透光性を有する導電材料を用いて形成する。
【００５９】
透光性を有する導電材料として、例えば、インジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）、有機インジウム、有機スズ、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化亜鉛を含むインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ））、ガリウム（Ｇａ）をドープしたＺｎＯ、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物などが好適である。
【００６０】
導電膜２１０は、４０ｎｍ以上８００ｎｍ以下、好ましくは４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の膜厚となるように形成する。また、導電膜２１０のシート抵抗は、２０Ω／□以上２００Ω／□以下とすればよい。
【００６１】
本実施の形態では、厚さ１．１ｍｍのソーダガラスの基板２０１上に、膜厚１５０ｎｍの酸化珪素膜と、表面に凹凸を有する膜厚約６００ｎｍの酸化スズ（ＳｎＯ２）を用いた導電膜とを、順に積層した旭硝子社製の基板（商品名：Ａｓａｈｉ−Ｕ）を用いる。
【００６２】
そして、上記酸化スズを用いた導電膜を加工して、後に形成されるセル２０２間を電気的に接続する導電膜２１０を形成する（図３（Ａ）参照）。
【００６３】
なお、上述のように、導電膜２１０は、導電膜をエッチングやレーザ等で加工する方法でなく、最初から所定の形状に導電膜を形成する方法で形成してもよい。所定の形状を有する導電膜の形成方法としては、メタルマスクを用いた蒸着法、液滴吐出法などが挙げられる。なお液滴吐出法とは、所定の組成物を含む液滴を細孔から吐出または噴出することで所定の形状の導電膜を形成する方法を意味し、インクジェット法などがその範疇に含まれる。
【００６４】
また、導電膜２１０の、光電変換層２１１側の面に凹凸を形成しておくことで、導電膜２１０において光が屈折または乱反射する。このため、光電変換層２１１内における光の吸収率を高め、変換効率を高めることができる。
【００６５】
次に、導電膜２１０上に、ｎ型半導体層２１３、真性半導体層２１４、ｐ型半導体層２１５が順に積層された光電変換層２１１を形成する（図３（Ｂ）参照）。
【００６６】
ｎ型半導体層２１３、真性半導体層２１４、ｐ型半導体層２１５は、スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等により形成することができる。また、ｎ型半導体層２１３、真性半導体層２１４、ｐ型半導体層２１５は、非晶質半導体、多結晶半導体、微結晶半導体などを用いて形成することができる。
【００６７】
また、ｎ型半導体層２１３、真性半導体層２１４、ｐ型半導体層２１５は、その界面にゴミなどが付着するのを防ぐため、あるいは酸化防止のために、大気に曝さずに連続して形成することが望ましい。
【００６８】
または、ＳＯＩ法で形成された単結晶半導体薄膜を、ｎ型半導体層２１３、真性半導体層２１４、ｐ型半導体層２１５として用いても良い。単結晶半導体薄膜を用いる場合、光電変換層２１１内において、キャリアの移動を阻害する要因となる結晶欠陥が少ないので、変換効率を高めることができる。
【００６９】
本実施の形態では、ｎ型半導体層２１３に珪素を有する微結晶半導体、真性半導体層２１４に珪素を有する非晶質半導体、ｐ型半導体層２１５に炭化珪素を有する非晶質半導体を用いる。
【００７０】
ｎ型半導体層２１３に用いる、珪素を有する微結晶半導体の形成方法について、以下に述べる。
【００７１】
珪素を有する微結晶半導体は、周波数が数十ＭＨｚ乃至数百ＭＨｚの高周波プラズマＣＶＤ法、または周波数が１ＧＨｚ以上のマイクロ波プラズマＣＶＤ法により形成することができる。代表的には、シラン、ジシランなどの水素化シリコン、フッ化シリコンまたは塩化シリコンを、水素で希釈して用いることで、微結晶半導体膜を形成することができる。また、水素に加え、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数種の希ガスで希釈してもよい。珪化水素などの珪素を含む化合物に対して、水素の流量比を５倍以上２００倍以下、好ましくは５０倍以上１５０倍以下、更に好ましくは１００倍とする。
【００７２】
またｎ型を付与する不純物元素を、珪素を含む気体に加えることで、ｎ型の導電型を微結晶半導体に与えることができる。このようなｎ型を付与する不純物として、例えば、リンが挙げられる。ｎ型を付与する不純物としてリンを用いる場合、珪素を含む気体にホスフィンを加えればよい。
【００７３】
本実施の形態では、モノシラン、水素、ホスフィンを、それぞれ５ｓｃｃｍ、９５０ｓｃｃｍ、４０ｓｃｃｍの流量とし、反応圧力１３３Ｐａ、基板温度を２５０℃、高周波（１３．５６ＭＨｚ）として、プラズマＣＶＤ法で、珪素を有する微結晶半導体である、膜厚１０ｎｍのｎ型半導体層２１３を形成する。
【００７４】
また、真性半導体層２１４に用いる、珪素を有する非晶質半導体の形成方法について、以下に述べる。
【００７５】
珪素を有する非晶質半導体は、上述した珪素を含む気体を、グロー放電分解することにより、得ることができる。
【００７６】
本実施の形態では、モノシラン、水素を、それぞれ２５ｓｃｃｍ、２５ｓｃｃｍの流量とし、反応圧力４０Ｐａ、基板温度を２５０℃、高周波（６０ＭＨｚ）として、プラズマＣＶＤ法で、珪素を有する非晶質半導体である、膜厚６０ｎｍの真性半導体層２１４を形成する。
【００７７】
また、ｐ型半導体層２１５に用いる、炭化珪素を有する非晶質半導体の形成方法について、以下に述べる。
【００７８】
炭化珪素を有する非晶質半導体は、炭素を含む気体と珪素を含む気体とを、グロー放電分解することにより得ることができる。炭素を含む気体としては、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６などが挙げられる。珪素を含む気体としては、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６が挙げられる。珪素を含む気体を、水素、水素及びヘリウムで希釈して用いても良い。
【００７９】
また、ｐ型を付与する不純物元素を、炭素を含む気体と珪素を含む気体とに加えることで、ｐ型の導電型を非晶質半導体に与えることができる。このようなｐ型を付与する不純物元素として、例えば、ホウ素が挙げられる。ｐ型を付与する不純物元素としてホウ素を用いる場合、炭素を含む気体と珪素を含む気体とに、ボラン、ジボラン、三フッ化ホウ素のいずれか、あるいは、２つ以上を加えればよい。
【００８０】
本実施の形態では、メタン、モノシラン、水素、ジボランを、それぞれ１８ｓｃｃｍ、６ｓｃｃｍ、１５０ｓｃｃｍ、４０ｓｃｃｍの流量とし、反応圧力６７Ｐａ、基板温度を２５０℃、高周波（１３．５６ＭＨｚ）として、プラズマＣＶＤ法で、炭化珪素を有するｐ型の非晶質半導体である、膜厚１０ｎｍのｐ型半導体層２１５を形成する。
【００８１】
なお、真性半導体層２１４を形成する前に、ｎ型半導体層２１３の表面に水素を用いてプラズマ処理を施すことで、ｎ型半導体層２１３と真性半導体層２１４の界面における結晶欠陥の数を減らし、変換効率を高めることができる。
【００８２】
本実施の形態では、水素の流量を１７５ｓｃｃｍとし、反応圧力６７Ｐａ、基板温度を２５０℃、高周波（１３．５６ＭＨｚ）とし、ｎ型半導体層２１３の表面にプラズマ処理を行う。上記プラズマ処理において、水素にアルゴンを加えても良い。アルゴンを加える場合、その流量を、例えば６０ｓｃｃｍとすることができる。
【００８３】
また、光電変換層２１１に用いられる半導体の材料として、シリコン、炭化シリコンの他、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、リン化インジウム、セレン化亜鉛、窒化ガリウム、シリコンゲルマニウムなどのような化合物半導体も用いることができる。
【００８４】
また、多結晶半導体を用いて光電変換層２１１を形成する場合、非晶質半導体膜または微結晶半導体膜を、レーザ結晶化法、熱結晶化法、またはニッケルなどの結晶化を助長する触媒元素を用いた熱結晶化法等を単独で、或いは複数組み合わせて実施することで、形成することができる。また、多結晶半導体を、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法などを用いて、直接形成しても良い。
【００８５】
なお、本実施の形態では、光電変換層２１１として、ｎ型半導体層２１３、真性半導体層２１４、ｐ型半導体層２１５が順に積層された例を示すが、積層の順番はｐ型半導体層、真性半導体層、ｎ型半導体層の順でもよい。
【００８６】
ただし、ｐ型半導体層はｎ型半導体層よりも、光が入射される側に近くなるよう配置することが望ましい。ホールのキャリアとしての寿命は、電子のキャリアとしての寿命の約半分と短い。ｐｉｎ接合を有する光電変換層２１１に光が照射されると、真性半導体層内において多量の電子とホールが形成され、電子はｎ型半導体層側へ、ホールはｐ型半導体層側へ移動し、起電力を得ることができる。
【００８７】
光の照射をｐ型半導体層側から行うと、電子とホールの形成が、真性半導体層内のｎ型半導体層よりもｐ型半導体層に近い側において多く行われる。そのため、寿命が短いホールがｐ型半導体層へ移動する距離を、短くすることができ、その結果、高い起電力を得ることができる。
【００８８】
本実施の形態では、光はｐ型半導体層側及びｎ型半導体層側の両方から入射する。そのため、光電変換層２１１の積層の順番は、ｎ型半導体層、真性半導体層、ｐ型半導体層、あるいは、ｐ型半導体層、真性半導体層、ｎ型半導体層、のどちらでもよい。しかし、入射する光の強度がより強い側にｐ型半導体層を設けると、より高い起電力を得ることができる。
【００８９】
なお、光電変換層２１１を形成する前に、導電膜２１０の表面における清浄度を向上させるため、ブラシ洗浄、具体的には、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）系の多孔質体などを用いた洗浄を行い、異物を除去しておいても良い。また、フッ酸などを含む薬液を用いて、表面を洗浄しておいてもよい。本実施の形態では、上記ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）系の多孔質体を用いて導電膜２１０の表面を洗浄した後、０．５％のフッ化水素水溶液を用いて導電膜２１０の表面を洗浄する。
【００９０】
次いで、図３（Ｂ）に示すように、ｎ型半導体層２１３、真性半導体層２１４、ｐ型半導体層２１５が順に積層された光電変換層２１１を、エッチング法やレーザ照射法等を用いて、各セル毎に分離する。
【００９１】
切り離された複数の光電変換層２１１のそれぞれについて、各導電膜２１０が各ｎ型半導体層２１３を介して電気的に接続されている。
【００９２】
次に、図３（Ｃ）に示すように、光電変換層２１１上に所定の形状を有する導電膜２１２を形成する。
【００９３】
本実施の形態では、光電変換層２１１の上部からも光が入射する光電変換素子を例とする。よって、導電膜２１２は、導電膜２１０と同様に、透光性を有する上記導電材料を用いる。導電膜２１２は、４０ｎｍ乃至８００ｎｍ、好ましくは４００ｎｍ乃至７００ｎｍの膜厚に形成する。また、導電膜２１２のシート抵抗は、２０Ω／□乃至２００Ω／□程度とすれば良い。本実施の形態では、酸化スズを用いて、膜厚約６００ｎｍの導電膜２１２を形成する。
【００９４】
なお、導電膜２１２にインジウム錫酸化物を用いる場合、非晶質半導体であるｐ型半導体層２１５上に導電膜２１２を形成すると、ｐ型半導体層２１５中に存在する水素が、導電膜２１２中のインジウム錫酸化物を還元してしまう。そのため、導電膜２１２の膜質が劣化する恐れがある。
【００９５】
インジウム錫酸化物を導電膜２１２に用いる場合、インジウム錫酸化物が還元されるのを防ぐために、インジウム錫酸化物を用いた導電膜上に、酸化スズを用いた導電膜、または、酸化亜鉛と窒化アルミニウムとの混合材料を含む導電性材料を用いた導電膜を、数十ｎｍの膜厚で積層したものを、導電膜２１２として用いることが好ましい。
【００９６】
なお、所定の形状を有する導電膜２１２は、光電変換層２１１上の全面に導電膜を形成した後、該全面に形成された導電膜を加工して、形成することができる。なお、導電膜２１２は、全面に形成された導電膜をエッチングやレーザ等で所定の形状に加工する方法以外にも、メタルマスクを用いた蒸着法、液滴吐出法などを用いて形成することができる。
【００９７】
導電膜２１２は、光電変換層２１１とｐ型半導体層２１５側において電気的に接続されている。そして、１つの光電変換層２１１の、ｎ型半導体層２１３側において電気的に接続されている導電膜２１０は、上記１つの光電変換層２１１とは異なる光電変換層２１１の、ｐ型半導体層２１５側において電気的に接続されている導電膜２１２と、電気的に接続されている。以上により切り離された各セルは、異なるセルと接続される。各セルが異なるセルと直列に接続されていると、出力電圧を上昇させることが可能である。
【００９８】
以上により光電変換層２１１を有する光電変換素子を作製する。
【００９９】
次いで、本実施の形態のコンバータ回路の一例を、図４（Ａ）〜図４（Ｂ）を用いて説明する。本実施の形態で説明されるコンバータ回路は、直流電圧を直流電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータである。
【０１００】
なお、本実施の形態のコンバータ回路は、以下で述べられる構成に限定されず、透光性を有する材料で作製されたコンバータ回路であればどんな構成でもよい。
【０１０１】
図４（Ａ）に示すコンバータ回路３０１は、トランジスタ３０２、コイル３０３、ダイオード３０４、コンデンサ３０５を有する昇圧回路である。
【０１０２】
コイル３０３の一方の端子は、光電変換素子３０７のｐ型半導体層側の電極に電気的に接続されている。コイル３０３の他方の端子はトランジスタ３０２のソースあるいはドレインの一方と電気的に接続されている。トランジスタ３０２のソースあるいはドレインの一方は、コイル３０３の他方の端子及びダイオード３０４の入力端子と電気的に接続されている。トランジスタ３０２のソースあるいはドレインの他方は、光電変換素子３０７のｎ型半導体層側の電極及びコンデンサ３０５の一方の端子と電気的に接続されている。コンデンサ３０５の他方の端子は、ダイオード３０４の出力端子及び出力端子ＯＵＴに電気的に接続されている。なお、光電変換素子３０７のｎ型半導体層側の電極、トランジスタ３０２のソースあるいはドレインの他方、及びコンデンサ３０５の一方の端子は接地されている。
【０１０３】
なお、上記トランジスタのゲートとは、ゲート電極及びゲート配線の一部または全部のことをいう。ゲート配線とは、少なくとも一つのトランジスタのゲート電極と、別の電極や別の配線とを電気的に接続させるための配線のことをいう。
【０１０４】
上記トランジスタのソースとは、ソース領域、ソース電極、及びソース配線の一部または全部のことをいう。ソース領域とは、半導体層のうち、抵抗値がチャネル形成領域より低い領域のことをいう。ソース電極とは、ソース領域に接続される部分の導電層のことをいう。ソース配線とは、少なくとも一つのトランジスタのソース電極と、別の電極や別の配線とを電気的に接続させるための配線のことをいう。
【０１０５】
上記トランジスタのドレインとは、ドレイン領域、ドレイン電極、及びドレイン配線の一部または全部のことをいう。ドレイン領域とは、半導体層のうち、抵抗値がチャネル形成領域より低い領域のことをいう。ドレイン電極とは、ドレイン領域に接続される部分の導電層のことをいう。ドレイン配線とは、少なくとも一つのトランジスタのドレイン電極と、別の電極や別の配線とを電気的に接続させるための配線のことをいう。
【０１０６】
また、トランジスタのソースとドレインは、トランジスタの構造や動作条件などによって互いに入れ替わるため、いずれがソースまたはドレインであるかを限定することが困難である。そこで、本書類（明細書、特許請求の範囲または図面など）においては、ソース及びドレインのいずれか一方をソース及びドレインの一方と表記し、他方をソース及びドレインの他方と表記する。
【０１０７】
トランジスタ３０２はスイッチング素子として機能する。またトランジスタ３０２のゲートは、コンバータ回路３０１の制御回路に接続されている。コンバータ回路３０１の制御回路からの信号により、トランジスタ３０２はオン状態あるいはオフ状態となる。
【０１０８】
スイッチング素子であるトランジスタ３０２がオン状態のとき、コイル３０３に流れ込む電流により、コイル３０３には励磁エネルギーが蓄えられる。
【０１０９】
トランジスタ３０２がオフ状態になると、コイル３０３に蓄えられた励磁エネルギーが放出される。コイル３０３から放出される励磁エネルギーに起因する電圧Ｖ２が、電圧Ｖ１に上積みされる。これによりコンバータ回路３０１は昇圧回路として機能する。
【０１１０】
スイッチング素子であるトランジスタ３０２がオン状態の時間をＴｏｎ、トランジスタ３０２がオフ状態の時間をＴｏｆｆとする。出力電圧Ｖ２の値は、以下の（式１）で表される。
【０１１１】
Ｖ２＝Ｖ１×（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）／Ｔｏｆｆ                （式１）
【０１１２】
トランジスタ３０２がオン状態の時間Ｔｏｎが長く、コイル３０３に蓄えたエネルギーが大きいほど、大電力を取り出すことができる。
【０１１３】
なお本実施の形態において、トランジスタ３０２またはトランジスタ３１２として例えば電界効果トランジスタを用いることができる。
【０１１４】
電界効果トランジスタは、ゲート、ソース、及びドレインを少なくとも有する。電界効果トランジスタとしては、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴともいう）を用いることができる。また、電界効果トランジスタとしては、例えばトップゲート型、又はボトムゲート型のトランジスタを用いることができる。また、電界効果トランジスタは、ｎ型の導電型にすることができる。
【０１１５】
また、本実施の形態における電界効果トランジスタは、チャネル形成領域としての機能を有する酸化物半導体膜を有するトランジスタである。なお、チャネル形成領域の水素濃度は、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。該水素濃度は、例えば二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）による値である。またトランジスタのキャリア濃度は、１×１０１４／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１２／ｃｍ３以下とする。
【０１１６】
また本実施の形態において、コイル３０３として、基板上にコイル状に形成した配線を用いることができる。
【０１１７】
また本実施の形態において、ダイオード３０４として、例えばショットキーバリアダイオードを用いることができる。
【０１１８】
また、本実施の形態において、コンデンサ３０５として、例えば第１の電極と、第２の電極と、誘電体と、を有する構成のコンデンサを用いることができる。
【０１１９】
図４（Ｂ）に示すコンバータ回路３１１は、トランジスタ３１２、コイル３１３、ダイオード３１４、コンデンサ３１５を有する降圧回路である。
【０１２０】
トランジスタ３１２のソースあるいはドレインの一方は、光電変換素子３１７のｐ型半導体層側の電極に電気的に接続されている。トランジスタ３１２のソースあるいはドレインの他方は、ダイオード３１４の出力端子及びコイル３１３の一方の端子と電気的に接続されている。ダイオード３１４の入力端子は、光電変換素子３１７のｎ型半導体層側の電極及びコンデンサ３１５の一方の端子に電気的に接続されている。ダイオード３１４の出力端子は、トランジスタ３１２のソースあるいはドレインの他方及びコイル３１３の一方の端子と電気的に接続されている。コイル３１３の一方の端子は、トランジスタ３１２のソースあるいはドレインの他方及びダイオード３１４の出力端子に電気的に接続されている。コイル３１３の他方の端子は、コンデンサ３１５の他方の端子及び出力端子ＯＵＴに電気的に接続されている。なお、光電変換素子３１７のｎ型半導体層側の電極、ダイオード３１４の入力端子、及びコンデンサ３１５の一方の端子は接地されている。
【０１２１】
トランジスタ３１２はスイッチング素子として機能する。またトランジスタ３１２のゲートは、コンバータ回路３１１の制御回路に接続されている。コンバータ回路３１１の制御回路からの信号により、トランジスタ３１２はオン状態あるいはオフ状態となる。
【０１２２】
スイッチング素子であるトランジスタ３１２がオン状態のとき、光電変換素子３１７のｐ型半導体層側の電極から出力ＯＵＴに流れる降圧回路の電流により、コイル３１３には励磁エネルギーが蓄えられる。
【０１２３】
トランジスタ３１２がオフ状態になると、コイル３１３は電流を保とうとして起電力を発生させ、ダイオード３１４をオン状態にする。ダイオード３１４を通じて電流が流れることによって、電圧がＶ２に低下する。電圧Ｖ１より電圧Ｖ２が低下するため、コンバータ回路３１１は降圧回路として機能する。
【０１２４】
なお本実施の形態において、トランジスタ３１２として例えば電界効果トランジスタを用いることができる。
【０１２５】
また本実施の形態において、コイル３１３として、基板上にコイル状に形成した配線を用いることができる。
【０１２６】
また本実施の形態において、ダイオード３１４として、例えばショットキーバリアダイオードを用いることができる。
【０１２７】
また、本実施の形態において、コンデンサ３１５として、例えば第１の電極と、第２の電極と、誘電体とを有する構成のコンデンサを用いることができる。
【０１２８】
上述のトランジスタ３０２あるいはトランジスタ３１２は、電界効果トランジスタであり、チャネル形成領域に酸化物半導体膜を有するトランジスタである。チャネル形成領域に酸化物半導体膜を有するトランジスタは、酸化物半導体膜が透光性を有するので好適である。
【０１２９】
上述のトランジスタ３０２あるいはトランジスタ３１２の例として、後述のトランジスタ４１０を挙げる。トランジスタ４１０の構造及びその作製方法について、図５（Ａ）〜図５（Ｂ）、図６（Ａ）〜図６（Ｅ）を用いて説明する。
【０１３０】
まず、図５（Ａ）にトランジスタ４１０の平面、図５（Ｂ）にその断面構造の一例を示す。図５（Ａ）はトップゲート構造のトランジスタ４１０の平面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の線Ａ−Ａ’における断面図である。
【０１３１】
トランジスタ４１０は、基板４００上に、絶縁膜４０７、酸化物半導体膜４１２、ソース電極及びドレイン電極の一方である電極４１６、ソース電極及びドレイン電極の他方である電極４１７、ゲート絶縁膜４０２、及び、ゲート電極４１１を有し、電極４１６、電極４１７にはそれぞれ配線層４１４、配線層４１５が接して設けられ、電気的に接続されている。トランジスタ４１０は、ソース電極及びドレイン電極である電極４１６及び電極４１７が、チャネル形成領域である酸化物半導体膜４１２の上面で接しているので、トップコンタクト型のトランジスタと言える。
【０１３２】
酸化物半導体膜４１２はチャネル形成領域として機能する。また上述のように酸化物半導体膜４１２は透光性を有する。酸化物半導体膜４１２が透光性を有すると、光電変換層２１１に光が到達するので好適である。
【０１３３】
なお、図５（Ａ）に示すトランジスタ４１０はシングルゲート構造のトランジスタを示しているが、本実施の形態はこの構成に限定されるものではなく、ゲート電極を複数有し、チャネル形成領域を複数有するマルチゲート構造のトランジスタとしてもよい。
【０１３４】
トランジスタ４１０のチャネル形成領域としての機能を有する酸化物半導体膜は、高純度の酸化物半導体膜であることが好適である。高純度の酸化物半導体膜を有するトランジスタの特徴及びその利点にについて、以下に説明する。
【０１３５】
高純度の酸化物半導体膜は、酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性に悪影響を与える不純物が極めて少ないレベルにまで低減されたものである。電気特性に悪影響を与える不純物の代表例としては、水素が挙げられる。
【０１３６】
水素は、酸化物半導体膜中でキャリアの供与体（ドナー）となり得る不純物であり、酸化物半導体膜中に水素が多量に含まれていると、酸化物半導体がｎ型化されてしまう。
【０１３７】
このように水素が多量に含まれた酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、ノーマリーオンとなってしまう。そして、トランジスタのオン・オフ比を十分にとることができない。
【０１３８】
したがって、本明細書における「高純度の酸化物半導体」は、酸化物半導体膜における水素が極力低減されているものであって、真性又は実質的に真性な半導体膜を指す。高純度の酸化物半導体の一例としては、キャリア濃度が１×１０１４／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１２／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満、または６．０×１０１０／ｃｍ３未満である酸化物半導体膜が挙げられる。
【０１３９】
酸化物半導体膜に含まれる水素を徹底的に除去することにより得られる高純度の酸化物半導体膜をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、シリコンをチャネル形成領域に用いたトランジスタ等に比較して、オフ電流が非常に小さいという特徴を有している。
【０１４０】
また、本実施の形態においては、高純度の酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、ｎチャネル型のトランジスタであるものとして以下説明する。
【０１４１】
なお、本明細書においてオフ電流（リーク電流ともいう）とは、ｎチャネル型のトランジスタでしきい値Ｖｔｈが正である場合、室温において−２０Ｖ以上−５Ｖ以下の範囲で任意のゲート電圧を印加したときにトランジスタのソース−ドレイン間を流れる電流のことを指す。なお、室温は、１５度以上２５度以下とする。本明細書に開示する酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、室温において、チャネル幅（ｗ）あたりの電流値が１００ｚＡ／μｍ以下、好ましくは１０ｚＡ／μｍ以下である。
【０１４２】
なお、オフ電流とドレイン電圧との値が分かればオームの法則からトランジスタがオフ状態のときの抵抗値（オフ抵抗Ｒ）を算出することができ、チャネル形成領域の断面積Ａとチャネル長Ｌが分かればρ＝ＲＡ／Ｌの式（Ｒはオフ抵抗を表す）からオフ抵抗率ρを算出することもできる。オフ抵抗率は１×１０９Ω・ｍ以上（または１×１０１０Ω・ｍ）が好ましい。ここで、断面積Ａは、チャネル形成領域の膜厚をｄとし、チャネル幅をＷとするとき、Ａ＝ｄＷから算出することができる。
【０１４３】
また、酸化物半導体膜のエネルギーギャップは、２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である。
【０１４４】
また、高純度の酸化物半導体膜を用いたトランジスタは温度特性が良好である。代表的には、−２５℃から１５０℃までの温度範囲におけるトランジスタの電流電圧特性において、オン電流、オフ電流、電界効果移動度、Ｓ値、及びしきい値電圧の変動がほとんどなく、温度による電流電圧特性の劣化がほとんど見られない。
【０１４５】
次に、酸化物半導体膜を用いたトランジスタのホットキャリア劣化について説明する。
【０１４６】
ホットキャリア劣化とは、高速に加速された電子がチャネル中のドレイン近傍でゲート酸化膜中に注入されて固定電荷となったり、高速に加速された電子がゲート絶縁膜界面にトラップ準位を形成することにより、しきい電圧の変動やゲートリーク等のトランジスタ特性の劣化が生じることであり、ホットキャリア劣化の要因としては、チャネルホットエレクトロン注入（ＣＨＥ注入）とドレインアバランシェホットキャリア注入（ＤＡＨＣ注入）がある。
【０１４７】
シリコンはバンドギャップが１．１２ｅＶと小さいため、アバランシェ降伏によって雪崩的に電子が発生しやすく、ゲート絶縁膜への障壁を越えられるほど高速に加速される電子数が増加する。一方、本実施の形態で示す酸化物半導体膜は、バンドギャップが３．１５ｅＶと広いため、アバランシェ降伏が生じにくく、シリコンと比べてホットキャリア劣化の耐性が高い。
【０１４８】
なお、高耐圧材料の一つであるシリコンカーバイドのバンドキャップと酸化物半導体のバンドギャップは同等である。しかし、シリコンカーバイトよりも、酸化物半導体の方が移動度が小さいため、電子が加速されにくい。また、ゲート絶縁膜である酸化膜との障壁が、シリコンカーバイド、窒化ガリウム、シリコンよりも、酸化物半導体の方が大きいため、酸化膜に注入される電子が極めて少ない。酸化膜に注入される電子が極めて少ないため、シリコンカーバイド、窒化ガリウム、シリコンよりも、酸化物半導体の方がホットキャリア劣化が生じにくく、ドレイン耐圧が高いといえる。このため、チャネルとして機能する酸化物半導体と、ソース電極及びドレイン電極との間に、意図的に低濃度不純物領域を形成する必要が無く、トランジスタ構造が極めて簡単になり、製造工程数を低減できる。
【０１４９】
以上のように、酸化物半導体を用いたトランジスタはドレイン耐圧が高く、具体的には１００Ｖ以上、好ましくは５００Ｖ、好ましくは１ｋＶ以上のドレイン耐圧を有することが可能である。
【０１５０】
上述の酸化物半導体は、可視光の透過率に優れた半導体である。そのため、このような透光性を有する酸化物半導体膜をチャネル形成領域として有するトランジスタは、光電変換素子と重畳して形成されていても、光電変換素子に可視光が到達するのを阻害しない。
【０１５１】
次に、図６（Ａ）〜図６（Ｅ）を用いて、トランジスタ４１０を作製する工程について説明する。
【０１５２】
まず、基板４００を用意する。基板４００は上述の基板１１１に相当する。基板４００は、基板４００側からトランジスタ４１０に光が入射することを想定して、基板４００は太陽光に対して透光性を有している材料を用いる。
【０１５３】
透光性を有する基板４００として、例えば、青板ガラス、白板ガラス、鉛ガラス、強化ガラス、セラミックガラスなどのガラス板を用いることができる。また、アルミノシリケート酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの無アルカリガラス基板、石英基板、セラミック基板を用いることができる。
【０１５４】
透光性を有する基板４００として、プラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板（プラスチック基板）を用いる場合は、上記基板と比較して耐熱温度が一般的に低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いることが可能である。
【０１５５】
プラスチック基板として、ポリエステル、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド系合成繊維、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリイミド、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂などが挙げられる。ポリエステルとして、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が挙げられる。
【０１５６】
基板４００上に下地膜となる絶縁膜４０７を形成する。
【０１５７】
絶縁膜４０７としては、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウム膜などの酸化物絶縁膜を用いると好ましい。絶縁膜４０７の形成方法としては、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法等を用いることができるが、絶縁膜４０７中に水素が多量に含まれないようにするためには、スパッタリング法で絶縁膜４０７を成膜することが好ましい。
【０１５８】
本実施の形態においては、絶縁膜４０７としてスパッタリング法により酸化シリコン膜を形成する。具体的には、基板４００を処理室へ搬送した後、水素及び水分を除去し、かつ高純度酸素を含むスパッタガスを導入し、シリコンまたはシリコン酸化物のターゲットを用いて、基板４００上に絶縁膜４０７として酸化シリコン膜を成膜する。なお、成膜時の基板４００は室温でもよいし、加熱されていてもよい。
【０１５９】
成膜条件の具体例としては、ターゲットとして石英（好ましくは合成石英）を用い、基板温度１０８℃、基板４００とターゲット間の距離（Ｔ−Ｓ間距離）を６０ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、高周波電源１．５ｋＷ、酸素及びアルゴン（酸素流量２５ｓｃｃｍ：アルゴン流量２５ｓｃｃｍ＝１：１）雰囲気下でＲＦスパッタリング法により酸化シリコン膜を成膜する。膜厚は１００ｎｍとする。なお、ターゲットとして石英（好ましくは合成石英）に代えてシリコンターゲットを用いることもできる。また、スパッタガスとして酸素及びアルゴンの混合ガスに代えて酸素ガスを用いてもよい。ここで、絶縁膜４０７を成膜する際に用いるスパッタガスは、水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物の濃度がｐｐｍレベル、好ましくはｐｐｂレベルまで低減された高純度ガスを用いる。
【０１６０】
また、絶縁膜４０７の成膜時において、処理室内の残留水分を除去しつつ絶縁膜４０７を成膜することにより、絶縁膜４０７に水素、水、水酸基又は水素化物などが含まれないようにすることが好ましい。
【０１６１】
処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いればよい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることができる。また、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを組み合わせて使用することが好ましい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、水素原子や、水（Ｈ２Ｏ）等の水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該成膜室で成膜した絶縁膜４０７は、水素原子が極力取り込まれにくく好ましい。
【０１６２】
スパッタリング法にはスパッタ用電源に高周波電源を用いるＲＦスパッタリング法と、ＤＣスパッタリング法があり、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスＤＣスパッタリング法もある。ＲＦスパッタリング法は主に絶縁膜を成膜する場合に用いられ、ＤＣスパッタリング法は主に金属膜を成膜する場合に用いられる。
【０１６３】
また、材料の異なるターゲットを複数設置可能な多元スパッタ装置もある。多元スパッタ装置は、同一チャンバーで異なる材料膜を積層成膜することも、同一チャンバーで複数種類の材料を同時に放電させて成膜することもできる。
【０１６４】
また、チャンバー内部に磁石機構を備えたマグネトロンスパッタリング法を用いるスパッタ装置や、グロー放電を使わずマイクロ波を用いて発生させたプラズマを用いるＥＣＲスパッタリング法を用いるスパッタ装置を用いることができる。
【０１６５】
また、スパッタリング法を用いる成膜方法としては、成膜中にターゲット物質とスパッタガス成分とを化学反応させ、それらの化合物薄膜を形成するリアクティブスパッタリング法や、成膜中に基板にも電圧をかけるバイアススパッタリング法もある。
【０１６６】
また、絶縁膜４０７は単層構造に限定されず、積層構造でもよい。例えば、基板４００側から窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜などの窒化物絶縁膜と、上記酸化物絶縁膜との積層構造としてもよい。
【０１６７】
例えば、基板上に高純度窒素を含むスパッタガスを導入し、シリコンターゲットを用いて窒化シリコン膜を成膜し、その後、スパッタガスを高純度酸素ガスに切り替えて、酸化シリコン膜を成膜する。この場合においても、先に説明したのと同様に、処理室内の残留水分を除去しつつ窒化シリコン膜や酸化シリコン膜を成膜することが好ましい。また、成膜時に基板を加熱してもよい。
【０１６８】
次に、絶縁膜４０７上に酸化物半導体膜をスパッタリング法により形成する。
【０１６９】
酸化物半導体膜に水素、水酸基及び水分が極力含まれないようにするために、成膜の前処理として、スパッタリング装置の予備加熱室で絶縁膜４０７が形成された基板４００を予備加熱し、基板４００に吸着した水素、水分などの不純物を脱離し排気することが好ましい。なお、予備加熱室に設ける排気手段は、水素原子や、水（Ｈ２Ｏ）等の水素原子を含む化合物等を排気するためクライオポンプが好ましい。また、この予備加熱は、後に形成するゲート絶縁膜４０２の成膜前の基板４００に対して行うことが好ましい。また、後に形成する第１の電極４１６及び第２の電極４１７まで形成した基板４００に対しても同様に行うことが好ましい。ただし、これらの予備加熱の処理は省略してもよい。
【０１７０】
なお、酸化物半導体膜をスパッタリング法により成膜する前に、アルゴンガスを導入してプラズマを発生させる逆スパッタを行い、絶縁膜４０７の表面に付着しているゴミを除去することも好ましい。逆スパッタとは、アルゴン雰囲気下で基板に高周波電源を用いて電圧を印加することによって基板近傍にプラズマを形成し、表面を改質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素等を用いてもよい。
【０１７１】
酸化物半導体膜のターゲットとしては、酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物のターゲットを用いることができる。上記ターゲットとして、例えば、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１（ｍｏｌ数比）、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２（ｍｏｌ数比）、またはＩｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：４（ｍｏｌ数比）であるターゲットを用いることができる。また、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含むターゲットの充填率は９０％以上１００％以下、好ましくは９５％以上１００％未満である。充填率の高いターゲットを用いることにより、成膜した酸化物半導体膜は緻密な膜となる。
【０１７２】
なお、酸化物半導体膜の成膜の際は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、または希ガス及び酸素混合雰囲気下とすればよい。ここで、酸化物半導体膜を成膜する際に用いるスパッタガスは、水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物の濃度がｐｐｍレベル、好ましくはｐｐｂレベルまで低減された高純度ガスを用いる。
【０１７３】
酸化物半導体膜は、減圧状態に保持された処理室内に基板を保持し、処理室内の残留水分を除去しつつ水素及び水分が除去されたスパッタガスを導入し、金属酸化物をターゲットとして基板４００上に成膜する。処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子、水（Ｈ２Ｏ）など水素原子を含む化合物（より好ましくは炭素原子を含む化合物も）等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物の濃度を低減できる。また、酸化物半導体膜成膜時に基板を室温状態のままとするか、または４００℃未満の温度に加熱してもよい。
【０１７４】
酸化物半導体膜の成膜条件の一例としては、基板温度を室温、基板とターゲットの間との距離を１１０ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素及びアルゴン（酸素流量１５ｓｃｃｍ：アルゴン流量３０ｓｃｃｍ＝１：２）雰囲気下の条件が挙げられる。なお、パルス直流（ＤＣ）電源を用いると、ごみが軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。酸化物半導体膜の膜厚は、膜厚２ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすればよく、好ましくは５ｎｍ以上３０ｎｍ以下とする。なお、適用する酸化物半導体の材料により適切な厚みは異なり、材料に応じて適宜厚みを選択すればよい。
【０１７５】
以上では、酸化物半導体として、三元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物を用いる例を示したが、その他にも、四元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系や、他の三元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系や、二元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系や、Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系などの酸化物半導体を用いることができる。また、上記酸化物半導体はＳｉを含んでいてもよい。また、これらの酸化物半導体は、非晶質であってもよいし、結晶質であってもよい。または、非単結晶であってもよいし、単結晶であってもよい。なお、本明細書において、三元系金属の酸化物とは、酸素（Ｏ）の他に３つの金属元素を含む金属酸化物を指す。同様にして、四元系金属の酸化物とは、酸素（Ｏ）の他に４つの金属元素を含む金属酸化物、二元系金属の酸化物とは、酸素（Ｏ）の他に２つの金属元素を含む金属酸化物を指す。
【０１７６】
また、酸化物半導体膜として、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される薄膜を用いることもできる。ここで、Ｍは、Ｚｎ、Ｇａ、Ａｌ、ＭｎおよびＣｏから選ばれた一または複数の金属元素である。例えば、Ｍとして、Ｇａ、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎ、またはＧａ及びＣｏが挙げられる。
【０１７７】
次に、酸化物半導体膜を第１のフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体膜４１２に加工する（図６（Ａ）参照。）。なお、島状の酸化物半導体膜４１２を形成するためのレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０１７８】
なお、酸化物半導体膜のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよく、両方を用いてもよい。
【０１７９】
ドライエッチングを行う場合、平行平板型ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法や、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用いることができる。所望の加工形状にエッチングできるように、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節する。
【０１８０】
ドライエッチングに用いるエッチングガスとしては、塩素を含むガス（塩素系ガス、例えば塩素（Ｃｌ２）、三塩化硼素（ＢＣｌ３）、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）、四塩化炭素（ＣＣｌ４）など）が好ましいが、フッ素を含むガス（フッ素系ガス、例えば四弗化炭素（ＣＦ４）、六弗化硫黄（ＳＦ６）、三弗化窒素（ＮＦ３）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）など）、臭化水素（ＨＢｒ）、酸素（Ｏ２）、またはこれらのガスにヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）などの希ガスを添加したガス等を用いることもできる。
【０１８１】
ウェットエッチングに用いるエッチング液としては、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液、アンモニア過水（３１重量％過酸化水素水：２８重量％アンモニア水：水＝５：２：２）などを用いることができる。また、ＩＴＯ０７Ｎ（関東化学社製）を用いてもよい。エッチングの条件（エッチング液、エッチング時間、温度等）については、酸化物半導体の材料に合わせて適宜調節すればよい。
【０１８２】
また、ウェットエッチングを行う場合、エッチング液はエッチングされた材料とともに洗浄によって除去される。その除去された材料を含むエッチング液の廃液を精製し、含まれる材料を再利用してもよい。当該エッチング後の廃液から酸化物半導体膜に含まれる材料（例えば、インジウム等のレアメタル）を回収して再利用することにより、資源を有効活用することができる。
【０１８３】
本実施の形態では、エッチング液として燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液を用いたウェットエッチング法により、酸化物半導体膜を島状の酸化物半導体膜４１２に加工する。
【０１８４】
次に、酸化物半導体膜４１２に第１の加熱処理を行う。第１の加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下、好ましくは４００℃以上基板の歪み点未満とする。ここでは、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体膜４１２に対して窒素雰囲気下４５０℃において１時間の加熱処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体膜４１２への水や水素の再混入を防ぎ、酸化物半導体膜４１２を得る。この第１の加熱処理によって酸化物半導体膜４１２から水素、水、及び水酸基等を除去することができる。
【０１８５】
なお、加熱処理装置は電気炉に限られず、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または熱輻射によって、被処理物を加熱する装置を備えていてもよい。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。気体としては、不活性ガス（代表的には、アルゴン等の希ガス）または窒素ガスを用いることができる。
【０１８６】
例えば、第１の加熱処理として、６５０℃〜７００℃の高温に加熱した不活性ガス中に基板を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中から出すＧＲＴＡを行ってもよい。ＧＲＴＡを用いることにより、短時間での高温加熱処理が可能となる。
【０１８７】
第１の加熱処理の際の雰囲気には、水、水素などが含まれないようにすることが好ましい。または、加熱処理装置の装置内に導入する窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン等のガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【０１８８】
なお、第１の加熱処理の条件、または酸化物半導体膜の材料によっては、第１の加熱処理により島状の酸化物半導体膜４１２が結晶化し、微結晶化または多結晶化する場合もある。例えば、結晶化率が８０％以上の微結晶の酸化物半導体膜となる場合もある。ただし、第１の加熱処理を行っても島状の酸化物半導体膜４１２が結晶化せず、非晶質の酸化物半導体膜となる場合もある。また、非晶質の酸化物半導体膜の中に微結晶部（粒径１ｎｍ以上２０ｎｍ以下（代表的には２ｎｍ以上４ｎｍ以下））が混在する酸化物半導体膜となる場合もある。
【０１８９】
また、酸化物半導体膜に対する第１の加熱処理は、島状の酸化物半導体膜に加工する前の酸化物半導体膜に行ってもよい。この場合、第１の加熱処理後に、加熱処理装置から基板を取り出し、第１のフォトリソグラフィ工程を行う。その他に、第１の加熱処理は、酸化物半導体膜上にソース電極及びドレイン電極を積層した後、またはソース電極及びドレイン電極上にゲート絶縁膜を形成した後、のいずれで行ってもよい。
【０１９０】
第１の加熱処理においては、酸化物半導体膜中から水素、水、及び水酸基等の不純物を除去することを主な目的としているが、この加熱処理の際に酸化物半導体膜中に酸素欠損が生じてしまうおそれがある。このため、第１の加熱処理の後に、加酸化処理を行うことが好ましい。加酸化処理の具体例としては、第１の加熱処理の後、連続して酸素雰囲気または窒素及び酸素を含む雰囲気（例えば、窒素と酸素の体積比が４：１）での加熱処理を行う方法が挙げられる。
【０１９１】
第１の加熱処理は、酸化物半導体膜に対する脱水化、脱水素化の効果を奏する。
【０１９２】
次に、絶縁膜４０７及び酸化物半導体膜４１２上に、導電膜を形成する。導電膜は、スパッタリング法や真空蒸着法により形成すればよい。
【０１９３】
該導電膜は透光性を有する導電膜を用いて形成する必要がある。なぜなら基板４００（基板１１１に相当）側から入射した光が、該導電膜を透過して、光電変換層に入射するからである。このような透光性を有する導電膜として、導電性を有する金属酸化物が挙げられる。導電性を有する金属酸化物膜としては、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム酸化スズ合金、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）または前記金属酸化物材料にシリコン若しくは酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。また、導電膜は、単層構造としてもよいし、２層以上の積層構造としてもよい。
【０１９４】
次に、第２のフォトリソグラフィ工程により導電膜上にレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行って第１の電極４１６及び第２の電極４１７を形成した後、レジストマスクを除去する（図６（Ｂ）参照。）。第１の電極４１６はソース電極及びドレイン電極の一方として機能し、第２の電極４１７はソース電極及びドレイン電極の他方として機能する。ここで、第１の電極４１６及び第２の電極４１７の端部がテーパとなるようにエッチングすると、上に積層するゲート絶縁膜の被覆性が向上するため好ましい。なお、第１の電極４１６、第２の電極４１７を形成するためのレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０１９５】
また基板４００の大きさが大きければ、後述の工程で形成されるトランジスタが占める面積を大きくできるいう点で好適である。トランジスタが占める面積が大きいと、チャネル幅Ｗを広くすることが可能である。トランジスタのチャネル幅Ｗが広いと、電流能力を稼ぐことが可能である。
【０１９６】
次に、絶縁膜４０７、酸化物半導体膜４１２、第１の電極４１６、第２の電極４１７上にゲート絶縁膜４０２を形成する（図６（Ｃ）参照。）。
【０１９７】
ゲート絶縁膜４０２は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて形成する。またゲート絶縁膜４０２は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化アルミニウム膜を単層又は積層して形成することができる。
【０１９８】
ゲート絶縁膜４０２を形成する際は、水素が含まれないようにすることが好ましい。このため、成膜時の雰囲気に水素を極力減らすことが可能なスパッタリング法でゲート絶縁膜４０２を成膜することが好ましい。スパッタリング法により酸化シリコン膜を成膜する場合には、ターゲットとしてシリコンターゲット又は石英ターゲットを用い、スパッタガスとして酸素、または酸素及びアルゴンの混合ガスを用いて行う。
【０１９９】
また、ゲート絶縁膜４０２は、基板４００側から順に酸化シリコン膜と窒化シリコン膜を積層した構造とすることもできる。例えば、第１のゲート絶縁膜として膜厚５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ（ｘ＞０））を形成し、第１のゲート絶縁膜上に第２のゲート絶縁膜として膜厚５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の窒化シリコン膜（ＳｉＮｙ（ｙ＞０））を積層して、膜厚１００ｎｍのゲート絶縁膜としてもよい。本実施の形態では、圧力０．４Ｐａ、高周波電源１．５ｋＷ、酸素及びアルゴン（酸素流量２５ｓｃｃｍ：アルゴン流量２５ｓｃｃｍ＝１：１）雰囲気下でＲＦスパッタリング法により膜厚１００ｎｍの酸化シリコン膜を形成する。
【０２００】
次に、第３のフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行ってゲート絶縁膜４０２の一部を除去することにより、第１の電極４１６及び第２の電極４１７それぞれに達する開口４１８及び開口４１９を形成する（図６（Ｄ）参照。）。なお、レジストマスクをインクジェット法で形成する場合、フォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０２０１】
次に、ゲート絶縁膜４０２、開口４１８、及び開口４１９上に導電膜を形成した後、第４のフォトリソグラフィ工程によりゲート電極４１１、配線層４１４、配線層４１５を形成する。
【０２０２】
ゲート電極４１１、配線層４１４、配線層４１５は、透光性を有する導電膜を用いて形成する。
【０２０３】
ゲート電極４１１、配線層４１４、配線層４１５は、それぞれ、透光性を有する導電膜を用いて形成する必要がある。なぜなら基板４００（基板１１１に相当）側から入射した光が、該導電膜を透過して、光電変換層に入射するからである。
【０２０４】
当該透光性を有する導電膜として、導電性を有する金属酸化物膜が挙げられる。導電性を有する金属酸化物としては、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム酸化スズ合金、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）または前記金属酸化物材料にシリコン若しくは酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。また、導電膜は、単層構造としてもよいし、２層以上の積層構造としてもよい。
【０２０５】
次に、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で第２の加熱処理（好ましくは２００℃以上４００℃以下、例えば２５０℃以上３５０℃以下）を行う。本実施の形態では、窒素雰囲気下で２５０℃、１時間の第２の加熱処理を行う。なお、第２の加熱処理は、トランジスタ４１０上に保護絶縁膜や平坦化絶縁膜を形成してから行ってもよい。
【０２０６】
また、大気中、１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以下での加熱処理を更に行ってもよい。この加熱処理は、一定の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、１００℃以上２００℃の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回繰り返して行ってもよい。
【０２０７】
以上の工程により、水素、水分、水素化物、水酸化物の濃度が低減された、高純度の酸化物半導体膜４１２を有するトランジスタ４１０を形成することができる（図６（Ｅ）参照）。
【０２０８】
また、トランジスタ４１０上に保護絶縁膜や、平坦化のための平坦化絶縁膜を設けてもよい。保護絶縁膜としては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化アルミニウム膜を単層又は積層して形成することができる。また、平坦化絶縁膜としては、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いることもできる。また、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで平坦化絶縁膜を形成してもよい。
【０２０９】
ここで、シロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基（例えばアルキル基やアリール基）やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有していても良い。
【０２１０】
平坦化絶縁膜の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタ法、ＳＯＧ法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等）、ドクターナイフ、ロールコータ、カーテンコータ、ナイフコーター等を用いることができる。
【０２１１】
上述したように、酸化物半導体膜を成膜するに際し、反応雰囲気中の残留水分を除去することで、酸化物半導体膜中の水素及び水素化物の濃度を低減することができる。
【０２１２】
以上のようにして、トランジスタ４１０を構成する、チャネル形成領域である酸化物半導体膜４１２、電極４１６、電極４１７、ゲート電極４１１、配線層４１４、配線層４１５はそれぞれ、透光性を有している。そのためトランジスタ４１０は透光性を有し、光が光電変換素子１０３に到達するのを阻害しない。
【０２１３】
またトランジスタ４１０は、チャネル形成領域である酸化物半導体膜４１２を用いているので、チャネル形成領域が光を吸収しない。チャネル形成領域に珪素を用いたトランジスタは、チャネル形成領域に含まれる珪素が光を吸収することにより、トランジスタが正しく機能しない恐れがある。しかしながら、チャネル形成領域に酸化物半導体膜４１２を有するトランジスタ４１０は、チャネル形成領域の酸化物半導体膜４１２が光を吸収しない。チャネル形成領域の酸化物半導体膜４１２が光を吸収しないので、トランジスタ４１０が正しく機能しない恐れがない。
【０２１４】
次に図５に示すトランジスタと異なる構造の例、高純度の酸化物半導体を用いたトランジスタの構造の他の例を、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）に示す。
【０２１５】
図７（Ａ）に示すトランジスタ４２０は、ボトムゲート型トランジスタである。トランジスタ４２０は、基板４００上に形成されたゲート電極４２１と、ゲート電極４２１上のゲート絶縁膜４２２と、ゲート絶縁膜４２２上においてゲート電極４２１と重畳する酸化物半導体膜４２３と、酸化物半導体膜４２３上においてゲート電極４２１と重畳するチャネル保護膜４２４と、酸化物半導体膜４２３上に形成された導電膜４２５及び導電膜４２６とを有する。さらに、トランジスタ４２０は、酸化物半導体膜４２３上に形成された絶縁膜４２７を、その構成要素に含めても良い。トランジスタ４２０は、ソース電極及びドレイン電極である導電膜４２５及び導電膜４２６が、チャネル形成領域である酸化物半導体膜４２３の上面で接しているので、トップコンタクト型のトランジスタと言える。
【０２１６】
チャネル保護膜４２４を設けることによって、酸化物半導体膜４２３のチャネル形成領域となる部分に対する、後の工程時におけるダメージ（エッチング時のプラズマやエッチング剤による膜減りなど）を防ぐことができる。従ってトランジスタの信頼性を向上させることができる。
【０２１７】
チャネル保護膜４２４には、酸素を含む無機材料（酸化珪素、窒化酸化珪素、酸化窒化珪素、酸化アルミニウム、または酸化窒化アルミニウムなど）を用いることができる。チャネル保護膜４２４は、プラズマＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法などの気相成長法やスパッタリング法を用いて形成することができる。チャネル保護膜４２４は成膜後にエッチングにより形状を加工する。ここでは、スパッタ法により酸化珪素膜を形成し、フォトリソグラフィによるマスクを用いてエッチング加工することでチャネル保護膜４２４を形成する。
【０２１８】
また、酸化物半導体膜４２３に接してチャネル保護膜４２４を形成すると、酸化物半導体膜４２３中のチャネル保護膜４２４と接する領域が高抵抗化し、高抵抗化酸化物半導体領域となる。チャネル保護膜４２４の形成により、酸化物半導体膜４２３は、チャネル保護膜４２４との界面近傍に高抵抗化酸化物半導体領域を有することができる。
【０２１９】
なお、トランジスタ４２０は、絶縁膜４２７上に、バックゲート電極をさらに有していても良い。バックゲート電極は、酸化物半導体膜４２３のチャネル形成領域と重なるように形成する。バックゲート電極は、電気的に絶縁しているフローティングの状態であっても良いし、電位が与えられる状態であっても良い。後者の場合、バックゲート電極には、ゲート電極４２１と同じ高さの電位が与えられていても良いし、グラウンドなどの固定電位が与えられていても良い。バックゲート電極に与える電位の高さを制御することで、トランジスタ４２０の閾値電圧を制御することができる。
【０２２０】
図７（Ｂ）に示すトランジスタ４３０は、ボトムゲート型トランジスタである。トランジスタ４３０は、基板４００上に形成されたゲート電極４３１と、ゲート電極４３１上のゲート絶縁膜４３２と、ゲート絶縁膜４３２上の導電膜４３３及び導電膜４３４と、ゲート電極４３１と重なっている酸化物半導体膜４３５とを有する。さらに、トランジスタ４３０は、酸化物半導体膜４３５上に形成された絶縁膜４３７を、その構成要素に含めても良い。トランジスタ４３０は、ソース電極及びドレイン電極である導電膜４３３及び導電膜４３４が、チャネル形成領域である酸化物半導体膜４３５の下面で接しているので、ボトムコンタクト型のトランジスタと言える。
【０２２１】
また、ボトムコンタクト型のトランジスタ４３０の場合、導電膜４３３及び導電膜４３４の膜厚は、後に形成される酸化物半導体膜４３５が段切れを起こすのを防ぐために、薄くするのが望ましい。具体的には、１０ｎｍ〜２００ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ〜７５ｎｍとする。
【０２２２】
なお、トランジスタ４３０は、絶縁膜４３７上に、バックゲート電極をさらに有していても良い。バックゲート電極は、酸化物半導体膜４３５のチャネル形成領域と重畳するように形成する。バックゲート電極は、電気的に絶縁しているフローティングの状態であっても良いし、電位が与えられる状態であっても良い。後者の場合、バックゲート電極には、ゲート電極４３１と同じ高さの電位が与えられていても良いし、グラウンドなどの固定電位が与えられていても良い。バックゲート電極に与える電位の高さを制御することで、トランジスタ４３０の閾値電圧を制御することができる。
【０２２３】
図７（Ｃ）に示すトランジスタ４４０は、トップゲート型トランジスタである。トランジスタ４４０は、基板４００上に形成された導電膜４４１及び導電膜４４２と、導電膜４４１及び導電膜４４２と重なっている酸化物半導体膜４４３と、酸化物半導体膜４４３上のゲート絶縁膜４４４と、ゲート絶縁膜４４４上において酸化物半導体膜４４３と重なっているゲート電極４４５とを有する。さらに、トランジスタ４４０は、ゲート電極４４５上に形成された絶縁膜４４７を、その構成要素に含めても良い。トランジスタ４４０は、ソース電極及びドレイン電極である導電膜４４１及び導電膜４４２が、チャネル形成領域である酸化物半導体膜４４３の下面で接しているので、ボトムコンタクト型のトランジスタと言える。
【０２２４】
また、トップゲート型のトランジスタ４４０の場合、導電膜４４１及び導電膜４４２の膜厚は、後に形成される酸化物半導体膜４４３が段切れを起こすのを防ぐために、薄くするのが望ましい。具体的には、１０ｎｍ〜２００ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ〜７５ｎｍとする。
【０２２５】
なおコンバータ回路３０１のトランジスタ３０２又はコンバータ回路３１１のトランジスタ３１２の構造は、トランジスタ４１０、トランジスタ４２０、トランジスタ４３０、トランジスタ４４０の構造に限定されるものではない。トランジスタ３０２又はトランジスタ３１２として、例えばパワーＭＯＳ（ＭＩＳ）ＦＥＴを用いると、より耐圧が高いので好適である。
【０２２６】
以上説明したように、透光性の材料でコンバータ回路１１２を作製すると、コンバータ回路１１２が作製された領域にも光が透過する。コンバータ回路１１２が作製された領域にも光が透過すると、光電変換素子１０３の受光面積が増える。光電変換素子１０３の受光面積が増えると、出力電流が増大する。出力電流が増大すると、光電変換装置の発電効率が向上する。
【０２２７】
なお、本実施の形態では、コンバータ回路１１２が作製された領域から光電変換素子１０３へ光を透過させたが、必要であれば光電変換素子１０３から光を入射させてもよい。光電変換素子１０３から光を入射させると、光起電力が増大し、光電変換装置の発電効率が向上する。
【０２２８】
またコンバータ回路１１２を構成するトランジスタを、高価な単結晶シリコン基板の代わりに、より安価な酸化物半導体膜を用いて作製する。これにより、コンバータ回路のコストを抑制することが可能である。
【０２２９】
本実施の形態により、透光性を有する基板に、酸化物半導体膜を有する薄膜回路で電力変換素子を作ることにより、光電変換装置の薄型化が可能となる。
【０２３０】
また本実施の形態により、酸化物半導体膜を有する薄膜回路で電力変換素子を作ることにより、該電力変換素子及び該電力変換素子を有する光電変換装置の作製コストを抑制することが可能である。
【０２３１】
また、本実施の形態では、バンドギャップの大きい酸化物半導体膜で、コンバータ回路のようなパワーデバイスを製作することにより、温度特性が安定化する。これにより該コンバータ回路を有する光電変換装置の温度特性を、安定化させることが可能である。
【０２３２】
［実施の形態２］
本実施の形態では、実施の形態１で述べたコンバータ回路の回路構成の一例について、図８を用いて説明する。
【０２３３】
図８は電源回路６０１の構成例である。電源回路６０１は、コンバータ回路である電圧変換回路６０２、及び電圧変換回路６０２の制御回路６０３を有している。電圧変換回路６０２は、実施の形態１でも述べたＤＣ−ＤＣコンバータである。
【０２３４】
電圧変換回路６０２は、トランジスタ６１１、コイル６１２、ダイオード６１３、及びコンデンサ６１４を有している。制御回路６０３は、三角波発生回路６２１、デジタル制御方式の回路６５０、パルス幅変調出力ドライバ６２３、抵抗６２４、及び抵抗６２５を有している。また点線の矢印６２７は帰還回路のループを表している。抵抗６２４の出力電圧である帰還電圧Ｖｆｂは、デジタル制御方式の回路６５０に入力される。
【０２３５】
電圧変換回路６０２のトランジスタ６１１に、トランジスタ４１０、トランジスタ４２０、トランジスタ４３０、又はトランジスタ４４０を用いると、トランジスタ６１１が透光性を有するので好適である。さらにコイル６１２、ダイオード６１３、及びコンデンサ６１４の材料として、透光性を有する材料を用いると好適である。コイル６１２、ダイオード６１３、及びコンデンサ６１４の材料として、透光性を有する材料を用いると、電圧変換回路６０２を構成する素子が全て透光性となる。電圧変換回路６０２を構成する素子が全て透光性であると、実施の形態１で述べた光電変換素子に達する光を遮断しないので好適である。
【０２３６】
電圧変換回路６０２のトランジスタ６１１は、出力電圧が高いため、耐圧の高いトランジスタを用いると好適である。耐圧の高いトランジスタとしては、酸化物半導体膜をチャネル形成領域に有するトランジスタが好適である。
【０２３７】
デジタル制御方式の回路６５０は、コンパレータ６５１、デジタル演算処理回路６５２、パルス幅変調出力ドライバ６５３、及びローパスフィルタ６５４（ローパスフィルタ：Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ（ＬＰＦ））を有している。
【０２３８】
デジタル制御方式の回路６５０の内、デジタル演算処理回路６５２及びパルス幅変調出力ドライバ６５３はデジタル回路である。デジタル回路は、回路を流れる信号の基準に対する高低によって、１か０（ゼロ）かを判断するためである。デジタル回路は、１か０（ゼロ）かを判断するため、デジタル回路を構成する素子の特性がばらついても、正しく処理する事が可能である。
【０２３９】
またデジタル制御方式の回路６５０は、占有面積の大きい受動素子（例えば、容量や抵抗）の使用を抑制してるので、回路の占有面積を小さくすることが可能であるという点で好適である。
【０２４０】
コンパレータ６５１は、反転入力端子ＲＥＦから入力される参照電圧Ｖｒｅｆと、非反転入力端子から入力される帰還電圧Ｖｆｂとを比較して、Ｈ（ハイレベル）かＬ（ローレベル）、すなわち１か０（ゼロ）であるデジタル信号を出力する。
【０２４１】
デジタル演算処理回路６５２は、デジタル平均化・積分器６５２ａ及びデジタルパルス幅変調器６５２ｂを有している。またデジタル演算処理回路６５２には、外部からクロック分割器６５５が接続され、クロック分割器６５５からのクロック信号が入力される。
【０２４２】
デジタル演算処理回路６５２は、コンパレータ６５１から出力されたデジタル信号を、平均化処理、積分化処理、及び、デジタルパルス幅変調処理を行う。デジタル演算処理回路６５２中のデジタル平均化・積分器６５２ａが平均化処理及び積分化処理を行い、デジタルパルス幅変調器６５２ｂがデジタルパルス幅変調処理を行う。
【０２４３】
デジタル演算処理回路６５２では、まず、コンパレータ６５１から出力されたデジタル信号（Ｈ（ハイレベル）またはＬ（ローレベル））をＮビット保持し、ＨとＬの回数を比較し、多い方の信号を出力する。これによりデジタル信号の平均化が行われる。
【０２４４】
平均化されたデジタル信号に応じて、Ｈであれば「−１」、Ｌであれば「＋１」を加えて積算する。これにより、平均化されたデジタル信号が積分される。
【０２４５】
積分されたデジタル信号に応じて、パルス幅変調の位相位置の設定を行う。これによりデジタルパルス幅変調処理化が行われる。デジタルパルス幅変調処理化されたパルス幅変調出力信号は、パルス幅変調出力ドライバ６５３に入力される。
【０２４６】
三角波発生回路６２１は、パルス幅変調生成信号に必要な三角波Ｖｏｓｃを発生させる回路である。
【０２４７】
パルス幅変調出力ドライバ６２３の反転入力端子にはデジタル制御方式の回路６５０の出力信号Ｖｅｒｒが入力され、非反転入力端子には三角波発生回路６２１が生成した三角波Ｖｏｓｃが入力される。
【０２４８】
パルス幅変調出力ドライバ６２３は、デジタル制御方式の回路６５０の出力信号Ｖｅｒｒと三角波Ｖｏｓｃを比較し、三角波Ｖｏｓｃの信号レベルがデジタル制御方式の回路６５０の出力信号Ｖｅｒｒより大きい場合は、Ｈ（ハイレベル）をパルス幅変調信号としてトランジスタ６１１に出力する。一方、三角波Ｖｏｓｃの信号レベルがデジタル制御方式の回路６５０の出力信号Ｖｅｒｒより小さい場合は、Ｌ（ローレベル）をパルス幅変調信号としてトランジスタ６１１に出力する。
【０２４９】
以上説明したように、透光性の材料で電圧変換回路６０２を作製すると、電圧変換回路６０２が作製された領域にも光が透過する。電圧変換回路６０２が作製された領域にも光が透過すると、実施の形態１で述べた光電変換素子の受光面積が増える。光電変換素子の受光面積が増えると、出力電流が増大する。出力電流が増大すると、光電変換装置の発電効率が向上する。
【０２５０】
また電圧変換回路６０２を構成するトランジスタを、高価な単結晶シリコン基板の代わりに、より安価な酸化物半導体膜を用いて作製する。これにより、電圧変換回路のコストを抑制することが可能である。
【０２５１】
［実施の形態３］
本実施の形態では、実施の形態１又は実施の形態２などにより得られる光電変換装置を用いて、太陽光発電モジュールを得る。得られた太陽光発電モジュールを車両に搭載する例について説明する。
【０２５２】
本実施の形態の太陽光発電モジュールの例を図９（Ｃ）に示す。本実施の形態の太陽光発電モジュールは、実施の形態１又は実施の形態２に示す光電変換装置を用いて作製される。
【０２５３】
図９（Ｃ）示される太陽光発電モジュール５０２８は、透光性の基板１０１上に、透光性を有する導電膜１０２、透光性を有する導電膜１０２に接して設けられた光電変換素子１０３、光電変換素子１０３に接して設けられ、透光性を有する導電膜１０４を有している。また図９（Ｃ）に示される太陽光発電モジュール５０２８は、透光性を有する基板１１１上に、透光性を有する材料で形成されたコンバータ回路１１２を有している。コンバータ回路１１２には、該太陽光発電モジュールと外部機器との電気的接続を担う配線１５１が接続される。また１２１は配線、１２２は接着層を示す。なお図９（Ｃ）に示す太陽光発電モジュール５０２８及び実施の形態１で述べられた図１（Ａ）に示す光電変換装置において、同じものは同じ符号で示している。
【０２５４】
図９（Ａ）および図９（Ｂ）に、図９（Ｃ）で示した太陽光発電モジュール５０２８をルーフ部分に搭載した電動推進車両６０００（乗用自動車）の例を示す。太陽光発電モジュール５０２８は、コンバータ６００２を介してバッテリーまたはキャパシタ６００４に接続されている。すなわち、バッテリーまたはキャパシタ６００４は、太陽光発電モジュール５０２８から供給される電力を用いて充電される。また、エンジン６００６の動作状況をモニタ６００８で監視して、その状況に応じて充電及び放電を選択させる構成としても良い。
【０２５５】
太陽光発電モジュール５０２８は、熱によって光電変換効率が低下する傾向にある。このような光電変換効率の低下を抑制するために、太陽光発電モジュール５０２８内に冷却用の液体などを循環させる構成としても良い。例えば、ラジエータ６０１０の冷却水を循環ポンプ６０１２によって循環させる構成とすることができる。もちろん、冷却用の液体をラジエータ６０１０と共用することには限定されない。また、光電変換効率の低下が深刻でない場合には、液体を循環させる構成は不要である。
【０２５６】
本実施の形態により、透光性を有する基板に、酸化物半導体膜を有する薄膜回路で電力変換素子を作ることにより、光電変換装置の薄型化が可能となる。
【０２５７】
また本実施の形態により、酸化物半導体膜を有する薄膜回路で電力変換素子を作ることにより、該電力変換素子及び該電力変換素子を有する光電変換装置の作製コストを抑制することが可能である。
【０２５８】
また、本実施の形態では、バンドギャップの大きい酸化物半導体膜で、コンバータ回路のようなパワーデバイスを製作することにより、温度特性が安定化する。これにより該コンバータ回路を有する光電変換装置の温度特性を、安定化させることが可能である。
【０２５９】
本実施の形態では、車両の限定された領域に光電変換素子及びコンバータ回路を積層した光電変換装置、及び該光電変換装置を用いた太陽光発電モジュールを搭載することが可能なので好適である。車両の限定された領域に該太陽光発電モジュールを搭載すると、光電変換素子が生成した電圧を、効率よく車両の他の機器に用いることが可能である。
【符号の説明】
【０２６０】
１０１    基板
１０２    導電膜
１０３    光電変換素子
１０４    導電膜
１０８    基板温度
１１０    保護部材
１１１    基板
１１２    コンバータ回路
１２１    配線
１２２    接着層
１３３    光電変換層
１４２    コンバータ回路
１５１    配線
２０１    基板
２０２    セル
２１０    導電膜
２１１    光電変換層
２１２    導電膜
２１３    ｎ型半導体層
２１４    真性半導体層
２１５    ｐ型半導体層
３０１    コンバータ回路
３０２    トランジスタ
３０３    コイル
３０４    ダイオード
３０５    コンデンサ
３０７    光電変換素子
３１１    コンバータ回路
３１２    トランジスタ
３１３    コイル
３１４    ダイオード
３１５    コンデンサ
３１７    光電変換素子
４００    基板
４０２    ゲート絶縁膜
４０７    絶縁膜
４１０    トランジスタ
４１１    ゲート電極
４１２    酸化物半導体膜
４１４    配線層
４１５    配線層
４１６    電極
４１７    電極
４１８    開口
４１９    開口
４２０    トランジスタ
４２１    ゲート電極
４２２    ゲート絶縁膜
４２３    酸化物半導体膜
４２４    チャネル保護膜
４２５    導電膜
４２６    導電膜
４２７    絶縁膜
４３０    トランジスタ
４３１    ゲート電極
４３２    ゲート絶縁膜
４３３    導電膜
４３４    導電膜
４３５    酸化物半導体膜
４３７    絶縁膜
４４０    トランジスタ
４４１    導電膜
４４２    導電膜
４４３    酸化物半導体膜
４４４    ゲート絶縁膜
４４５    ゲート電極
４４７    絶縁膜
６０１    電源回路
６０２    電圧変換回路
６０３    制御回路
６１１    トランジスタ
６１２    コイル
６１３    ダイオード
６１４    コンデンサ
６２１    三角波発生回路
６２３    パルス幅変調出力ドライバ
６２４    抵抗
６２５    抵抗
６２７    矢印
６５０    回路
６５１    コンパレータ
６５２    デジタル演算処理回路
６５２ａ    デジタル平均化・積分器
６５２ｂ    デジタルパルス幅変調器
６５３    パルス幅変調出力ドライバ
６５４    ローパスフィルタ
６５５    クロック分割器
５０２８    太陽光発電モジュール
６０００    車両
６００２    コンバータ
６００４    キャパシタ
６００６    エンジン
６００８    モニタ
６０１０    ラジエータ
６０１２    循環ポンプ
【図１】
0005634320.tif 000002
【図２】
0005634320.tif 000003
【図３】
0005634320.tif 000004
【図４】
0005634320.tif 000005
【図５】
0005634320.tif 000006
【図６】
0005634320.tif 000007
【図７】
0005634320.tif 000008
【図８】
0005634320.tif 000009
【図９】
0005634320.tif 000010