(57)【要約】      （修正有）【課題】光起電力素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】第１面及び前記第１面の反対側に備わった第２面を含む半導体基板１１０と、半導体基板１１０の前記第１面上に配置されるシリコン窒化膜のギャップ絶縁層１６０と、半導体基板１１０の前記第１面上に配置された半導体構造１３０，１４０と、半導体構造１３０，１４０上に配置された電極１５１，１５２と、を含み、ギャップ絶縁層１６０において、半導体基板１１０に近接する側部のシリコンと窒素との組成比は、ギャップ絶縁層１６０において、半導体基板１１０から遠い側部のシリコンと窒素との組成比と異なる光起電力素子。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面及び前記第１面の反対側に備わった第２面を含む半導体基板と、
前記半導体基板の前記第１面上に配置されるシリコン窒化膜のギャップ絶縁層と、
前記半導体基板の前記第１面上に配置された半導体構造と、
前記半導体構造上に配置された電極と、を含み、
前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板に近接する側部のシリコンと窒素との組成比は、前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板から遠い側部のシリコンと窒素との組成比と異なる光起電力素子。
【請求項２】
前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板に近接する側部の屈折率は、１．９８以上であり、
前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板から遠い側部の屈折率は、１．９６以下であることを特徴とする請求項１に記載の光起電力素子。
【請求項３】
前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板に近接する側部のシリコンと窒素との組成比は、前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板から遠い側部のシリコンと窒素との組成比より大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の光起電力素子。
【請求項４】
前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板に近接する側部のシリコンと窒素との組成比は、０．７５以上であり、
前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板から遠い側部のシリコンと窒素との組成比は、０．７５未満であることを特徴とする請求項３に記載の光起電力素子。
【請求項５】
前記ギャップ絶縁層のシリコンと窒素との組成比は、前記ギャップ絶縁層の厚み方向に沿って、濃度勾配的に連続して変化することを特徴とする請求項３に記載の光起電力素子。
【請求項６】
前記ギャップ絶縁層は、
前記半導体基板の前記第１面上に配置される第１ギャップ絶縁層と、
前記第１ギャップ絶縁層上に形成される第２ギャップ絶縁層と、を含み、
前記第１ギャップ絶縁層は、前記半導体基板と、前記第２ギャップ絶縁層との間に介在されることを特徴とする請求項１に記載の光起電力素子。
【請求項７】
第１ギャップ絶縁層のシリコンと窒素との組成比は、前記第２ギャップ絶縁層のシリコンと窒素との組成比より大きいことを特徴とする請求項６に記載の光起電力素子。
【請求項８】
前記第１ギャップ絶縁層のシリコンと窒素との組成比は、０．７５以上であり、
前記第２ギャップ絶縁層のシリコンと窒素との組成比は、０．７５未満であることを特徴とする請求項７に記載の光起電力素子。
【請求項９】
前記第１ギャップ絶縁層の屈折率は、１．９８以上であり、
前記第２ギャップ絶縁層の屈折率は、１．９６以下であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一つに記載の光起電力素子。
【請求項１０】
前記半導体基板の第２面上に配置されるパッシベーション膜及び反射防止膜のうち少なくとも一つをさらに含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の光起電力素子。
【請求項１１】
半導体基板を提供する段階と、
前記半導体基板の第１面上に、シリコン窒化膜のギャップ絶縁層を形成する段階と、を含み、
前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板に近接する側部のシリコンと窒素との組成比は、前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板から遠い側部のシリコンと窒素との組成比と異なるように形成される光起電力素子の製造方法。
【請求項１２】
前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板に近接する側部の屈折率は、１．９８以上であり、
前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板から遠い側部の屈折率は、１．９６以下であることを特徴とする請求項１１に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項１３】
前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板に近接する側部のシリコンと窒素との組成比は、前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板から遠い側部のシリコンと窒素との組成比より大きいことを特徴とする請求項１１または１２に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項１４】
前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板に近接する側部のシリコンと窒素との組成比は、０．７５以上であり、
前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板から遠い側部のシリコンと窒素との組成比は、０．７５未満であることを特徴とする請求項１３に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項１５】
前記ギャップ絶縁層のシリコンと窒素との組成比は、前記ギャップ絶縁層の厚み方向に沿って、濃度勾配的に連続して変化することを特徴とする請求項１３に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項１６】
前記ギャップ絶縁層を形成する段階は、
前記半導体基板の前記第１面上に配置される第１ギャップ絶縁層を形成する段階と、
前記第１ギャップ絶縁層上に形成される第２ギャップ絶縁層を形成する段階と、を含み、
前記第１ギャップ絶縁層は、前記半導体基板と、前記第２ギャップ絶縁層との間に介在されることを特徴とする請求項１１に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項１７】
第１ギャップ絶縁層のシリコンと窒素との組成比は、前記第２ギャップ絶縁層のシリコンと窒素との組成比より大きいことを特徴とする請求項１６に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第１ギャップ絶縁層のシリコンと窒素との組成比は、０．７５以上であり、
前記第２ギャップ絶縁層のシリコンと窒素との組成比は、０．７５未満であることを特徴とする請求項１７に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項１９】
前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板に近接する側部の屈折率は、１．９８以上であり、
前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板から遠い側部の屈折率は、１．９６以下であることを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか一つに記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項２０】
前記半導体基板の第１面の反対側に備わった第２面上に、パッシベーション膜及び反射防止膜のうち少なくとも一つをさらに形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１〜１９のいずれか一つに記載の光起電力素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電力素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光起電力素子を製造するためには、ｐ型（またはｎ型）基板にｎ型（またはｐ型）ドーパントをドーピングしてｐｎ接合を形成し、これでもって、エミッタ（emitter）が形成される。受光によって形成された電子・正孔対は分離され、電子は、ｎ型領域の電極に、正孔は、ｐ型領域の電極に収集され、電力を生産する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】大韓民国特許公開第２０１０−０１３６４６２号
【特許文献２】大韓民国特許公開第２０１１−００２０６５９号
【特許文献３】大韓民国特許公開第２００９−００９１４５６号
【特許文献４】国際公開第２００８／０１３６０４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、光起電力素子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、第１面及び前記第１面の反対側に備わった第２面を含む半導体基板と、前記半導体基板の前記第１面上に配置されるシリコン窒化膜のギャップ絶縁層と、前記半導体基板の前記第１面上に配置された半導体構造と、前記半導体構造上に配置された電極と、を含み、前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板に近接する側部のシリコンと窒素との組成比は、前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板から遠い側部のシリコンと窒素との組成比と異なる光起電力素子が提供される。
【０００６】
前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板に近接する側部の屈折率は、１．９８以上であり、前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板から遠い側部の屈折率は、１．９６以下でもよい。
【０００７】
前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板に近接する側部のシリコンと窒素との組成比は、前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板から遠い側部のシリコンと窒素との組成比より大きくてもよい。
【０００８】
前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板に近接する側部のシリコンと窒素との組成比は、０．７５以上であり、前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板から遠い側部のシリコンと窒素との組成比は、０．７５未満でもよい。
【０００９】
前記ギャップ絶縁層のシリコンと窒素との組成比は、前記ギャップ絶縁層の厚み方向に沿って、濃度勾配的に連続して変化してもよい。
【００１０】
前記ギャップ絶縁層は、前記半導体基板の前記第１面上に配置される第１ギャップ絶縁層と、前記第１ギャップ絶縁層上に形成される第２ギャップ絶縁層と、を含み、前記第１ギャップ絶縁層は、前記半導体基板と、前記第２ギャップ絶縁層との間に介在されてもよい。
【００１１】
第１ギャップ絶縁層のシリコンと窒素との組成比は、前記第２ギャップ絶縁層のシリコンと窒素との組成比より大きくてもよい。
【００１２】
前記第１ギャップ絶縁層のシリコンと窒素との組成比は、０．７５以上であり、前記第２ギャップ絶縁層のシリコンと窒素との組成比は、０．７５未満でもよい。
【００１３】
前記第１ギャップ絶縁層の屈折率は、１．９８以上であり、前記第２ギャップ絶縁層の屈折率は、１．９６以下でもよい。
【００１４】
前記半導体基板の第２面上に配置されるパッシベーション膜及び反射防止膜のうち少なくとも一つをさらに含んでもよい。
【００１５】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、半導体基板を提供する段階と、前記半導体基板の第１面上に、シリコン窒化膜のギャップ絶縁層を形成する段階と、を含み、前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板に近接する側部のシリコンと窒素との組成比は、前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板から遠い側部のシリコンと窒素との組成比と異なるように形成される光起電力素子の製造方法が提供される。
【００１６】
前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板に近接する側部の屈折率は、１．９８以上であり、前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板から遠い側部の屈折率は、１．９６以下でもよい。
【００１７】
前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板に近接する側部のシリコンと窒素との組成比は、前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板から遠い側部のシリコンと窒素との組成比より大きくてもよい。
【００１８】
前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板に近接する側部のシリコンと窒素との組成比は、０．７５以上であり、前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板から遠い側部のシリコンと窒素との組成比は、０．７５未満でもよい。
【００１９】
前記ギャップ絶縁層のシリコンと窒素との組成比は、前記ギャップ絶縁層の厚み方向に沿って、濃度勾配的に連続して変化してもよい。
【００２０】
前記ギャップ絶縁層を形成する段階は、前記半導体基板の前記第１面上に配置される第１ギャップ絶縁層を形成する段階と、前記第１ギャップ絶縁層上に形成される第２ギャップ絶縁層を形成する段階と、を含み、前記第１ギャップ絶縁層は、前記半導体基板と、前記第２ギャップ絶縁層との間に介在してもよい。
【００２１】
第１ギャップ絶縁層のシリコンと窒素との組成比は、前記第２ギャップ絶縁層のシリコンと窒素との組成比より大きくてもよい。
【００２２】
前記第１ギャップ絶縁層のシリコンと窒素との組成比は、０．７５以上であり、前記第２ギャップ絶縁層のシリコンと窒素との組成比は、０．７５未満でもよい。
【００２３】
前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板に近接する側部の屈折率は、１．９８以上であり、前記ギャップ絶縁層において、前記半導体基板から遠い側部の屈折率は、１．９６以下でもよい。
【００２４】
前記半導体基板の第１面の反対側に備わった第２面上に、パッシベーション膜及び反射防止膜のうち少なくとも一つをさらに形成する段階をさらに含んでもよい。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように本発明によれば、互いに異なる組成比を有するシリコン窒化膜を形成することによって、製造工程において、光起電力素子に損傷が発生することを防止あるいは最小化することができ、基板の表面保護あるいはテクスチャリングのために、別途の膜をさらに形成しなくともよいので、光起電力素子の製造工程の数を大きく減少させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態による光起電力素子を概略的に示した断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による光起電力素子の製造方法を概略的に示したフローチャートである。
【図３Ａ】図２の段階による状態を概略的に示した断面図である。
【図３Ｂ】図２の段階による状態を概略的に示した断面図である。
【図３Ｃ】図２の段階による状態を概略的に示した断面図である。
【図３Ｄ】図２の段階による状態を概略的に示した断面図である。
【図３Ｅ】図２の段階による状態を概略的に示した断面図である。
【図３Ｆ】図２の段階による状態を概略的に示した断面図である。
【図３Ｇ】図２の段階による状態を概略的に示した断面図である。
【図３Ｈ】図２の段階による状態を概略的に示した断面図である。
【図３Ｉ】図２の段階による状態を概略的に示した断面図である。
【図３Ｊ】図２の段階による状態を概略的に示した断面図である。
【図３Ｋ】図２の段階による状態を概略的に示した断面図である。
【図４】シリコン窒化膜の屈折率によるアルカリ性溶液に対するエッチング量及び酸性溶液に対するエッチング量を示したグラフである。
【図５Ａ】本発明の比較例による光起電力素子の製造方法であり、テクスチャリング段階による状態を示した断面図である。
【図５Ｂ】本発明の比較例による光起電力素子の製造方法であり、テクスチャリング段階による状態を示した断面図である。
【図５Ｃ】本発明の比較例による光起電力素子の製造方法であり、テクスチャリング段階による状態を示した断面図である。
【図５Ｄ】本発明の比較例による光起電力素子の製造方法であり、テクスチャリング段階による状態を示した断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態による光起電力素子を概略的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２８】
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付される図面と共に、詳細に説明する実施形態を参照すれば、明確になるであろう。しかし、本発明は、以下で開示する実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現可能であり、ただ本実施形態は、本発明の開示を完全なものにし、本発明が属する技術分野で当業者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、特許請求の範囲によってのみ定義されるのである。
【００２９】
一方、本発明について説明するために、用語は、実施形態について説明するためのものであり、本発明を制限するものではない。単数型表現は、文言で特別に言及しない限り、複数型も含む。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／または「含むところの（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要素、段階、動作及び／または素子が、一つ以上の他の構成要素、段階、動作及び／または素子の存在または追加を排除するものではない。第１、第２などの用語は、多様な構成要素について説明するのに使われるが、構成要素は、用語によって限定されるものではない。用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にのみ使われる。
【００３０】
図面では、さまざまな層、領域、膜を明確に表現するために、厚みを拡大して示した。層、膜の構成が他の構成「上に」あるというのは、他の構成の「真上に」ある場合だけではなく、その中間に他の構成が備わった場合も含む。一方、ある構成が他の構成の「真上に」あるというのは、その中間に他の構成が備わらない場合を示す。
【００３１】
図１は、本発明の一実施形態による光起電力素子を概略的に示した断面図である。
【００３２】
図１を参照すれば、光起電力素子１００は、半導体基板１１０、半導体基板１１０の前面に形成されたパッシベーション膜１２０及び反射防止膜１３０、半導体基板１１０の背面に形成された第１導電型の第１半導体構造１３０”及び第２導電型の第２半導体構造１４０”、第１半導体構造１３０”及び第２半導体構造１４０”上にそれぞれ形成された第１電極１５１及び２電極１５２、並びに第１半導体構造１３０”及び第２半導体構造１４０”間に形成されたギャップ絶縁層１６０を含む。ギャップ絶縁層１６０は、第１ギャップ絶縁層１６１と、第２ギャップ絶縁層１６２とを含んでもよい。第１ギャップ絶縁層１６１及び第２ギャップ絶縁層１６２は、シリコンと窒素との含有量が互いに異なるように形成されたシリコン窒化膜であってもよい。例えば、半導体基板１１０と近接したギャップ絶縁層１６０の一部分、すなわち、第１ギャップ絶縁層１６１のシリコン：ケイ素の比率は、半導体基板１１０から遠い方向に配置されたギャップ絶縁層１６０の一部分、すなわち、第２ギャップ絶縁層１６２のシリコン：ケイ素の比率と異なるように形成される。ギャップ絶縁層１６０、例えば、第１ギャップ絶縁層１６１は、半導体基板１１０で生成されたキャリアの表面での再結合を防止することにより、キャリアの収集効率を向上させることができる。なお、第１ギャップ絶縁層１６１の半導体基板１１０と接する部分が「半導体基板に近接する側部」に相当する。また、第２ギャップ絶縁層１６２の、第１ギャップ絶縁層１６１と接する部分とは逆側の部分が「半導体基板から遠い側部」に相当する。
【００３３】
半導体基板１１０は、結晶質シリコン基板を含んでもよい。例えば、半導体基板１１０は、単結晶のシリコン基板であってもよい。半導体基板１１０は、ｎ型導電型の単結晶シリコン基板であってもよい。以下では、半導体基板１１０がｎ型導電型の単結晶シリコン基板の場合について説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明の他の実施形態として、半導体基板１１０は、ｐ型の導電型の単結晶シリコン基板であってもよい。
【００３４】
半導体基板１１０は、第１面、及び前記第１面と反対になる第２面を有することができる。第２面は、受光面であり、第１面は、エミッタ及びベース電極（第１電極１５１及び２電極１５２）がいずれも形成される。入射光の光路を増大させ、光吸収効率を向上させるために、第２面には、凹凸パターンを含むテクスチャ（ｔｅｘｔｕｒｅ）構造が形成される。テクスチャ構造は、多数の微細な突起を含む凹凸面であり、入射光の反射率を低減させることができる。
【００３５】
パッシベーション膜１２０は、半導体基板１１０の第２面上に備わり、半導体基板１１０で生成されたキャリアの表面再結合を防止し、キャリアの収集効率を向上させることができる。例えば、パッシベーション膜１２０は、半導体基板１１０の表面の欠陥による表面再結合損失を減らし、キャリアの収集効率を向上させることができる。
【００３６】
パッシベーション膜１２０は、真性半導体層、ドーピングされた半導体層、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などから形成される。真性半導体層やドーピングされた半導体層は、半導体基板１１０に蒸着された非晶質シリコンから形成される。例えば、パッシベーション膜１２０は、半導体基板１１０のような第１導電型不純物またはドーパントでドーピングされた非晶質シリコンから形成され、半導体基板１１０より高濃度でドーピングされ、表面再結合を防止する前面電界（ＦＳＦ：ｆｒｏｎｔ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｉｅｌｄ）を形成することができる。
【００３７】
反射防止膜１３０は、パッシベーション膜１２０上に形成される。反射防止膜１３０は、太陽光が入射されるとき、光の反射に伴う、光の吸収損失を防止することができる。反射防止膜１３０は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜から形成される。例えば、前記反射防止膜１３０は、シリコン酸化膜の単一層でもって形成されたり、あるいは互いに屈折率が異なるシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との複合層でもって形成されもする。
【００３８】
本発明の実施形態では、パッシベーション膜１２０と反射防止膜１３０とが別個の層構造で形成された場合について説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明の他の実施形態で、パッシベーション膜１２０と反射防止膜１３０は、単一の層として形成されてもよい。例えば、シリコン窒化膜を形成することで、パッシベーションと反射防止との効果を同時に得ることができる。
【００３９】
半導体基板１１０の第１面には、互いに反対の導電型を有する第１半導体構造１３０”及び第２半導体構造１４０”が形成される。第１半導体構造１３０”及び第２半導体構造１４０”は、それぞれ半導体基板１１０から生成されたキャリアを分離収集するエミッタとベースとを形成することができる。
【００４０】
第１半導体構造１３０”は、半導体基板１１０上に順次に積層される第１真性半導体層１３１、第１導電型半導体層１３２及び第１透明導電層１３３を含んでもよい。第１真性半導体層１３１と第１導電型半導体層１３２は、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）や微細結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）から形成される。
【００４１】
第１真性半導体層１３１は、ドーパントまたは不純物を添加しないか、あるいは微量のドーパントまたは不純物を添加して形成される。例えば、第１真性半導体層１３１は、半導体基板１１０で生成されたキャリアの再結合を防止するように、半導体基板１１０の表面をパッシベーションし、結晶質のシリコンの半導体基板１１０と、非晶質シリコンの第１導電型半導体層１３２との界面特性を向上させることができる。
【００４２】
第１導電型半導体層１３２は、ｐ型ドーパントまたは不純物を添加することによって形成され、第１導電型半導体層１３２は、半導体基板１１０とｐｎ接合を形成することができる。第１導電型半導体層１３２は、ｎ型半導体基板１１０から少数キャリア、例えば、正孔を収集するエミッタを形成することができる。
【００４３】
第１透明導電層１３３は、電気的には、導電性を有し、光学的には、透明な物質を含んでもよい。例えば、第１透明導電層１３３は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などのＴＣＯ（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｏｘｉｄｅ）から形成される。第１透明導電層１３３は、第１電極１５１との接触抵抗を減らすことができ、第１導電型半導体層１３２と第１電極１５１との接続を媒介することができる。第１電極１５１は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）及び／またはそれらの合金を含む。
【００４４】
第２半導体構造１４０”は、半導体基板１１０上に順次に積層される第２真性半導体層１４１、第２導電型半導体層１４２及び第２透明導電層１４３を含んでもよい。第２真性半導体層１４１と第２導電型半導体層１４２は、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）や微細結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）から形成されてもよい。
【００４５】
第２真性半導体層１４１は、ドーパントまたは不純物を添加しないか、あるいは微量のドーパントまたは不純物を添加することによって形成される。例えば、第２真性半導体層１４１は、半導体基板１１０で生成されたキャリアの再結合を防止するように、半導体基板１１０の表面をパッシベーションし、結晶質のシリコンの半導体基板１１０と、非晶質シリコンの第２導電型半導体層１４２との界面特性を向上させることができる。
【００４６】
第２導電型半導体層１４２は、ｎ型ドーパントまたは不純物を添加することによって形成され、ｎ型半導体基板１１０から少数キャリア、例えば、電子を収集するベースを形成することができる。
【００４７】
第２透明導電層１４３は、電気的には、導電性を有し、光学的には、透明な物質を含んでもよい。例えば、第２透明導電層１４３は、ＩＴＯ、ＩＺＯなどのＴＣＯから形成されてもよい。第２透明導電層１４３は、第２電極１５２との接触抵抗を減らすことができ、第２導電型半導体層１４２と第２電極１５２との接続を媒介することができる。第２電極１５２は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）及び／またはそれらの合金を含んでもよい。
【００４８】
本実施形態では、エミッタとベースとを形成する第１半導体構造１３０”及び第２半導体構造１４０”がそれぞれ第１真性半導体層１３１及び第２真性半導体層１４１、第１導電型半導体層１３２及び第２導電型半導体層１４２、並びに第１透明導電層１３３及び第２透明導電層１４３を含む場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明の他の実施形態で、第１半導体構造１３０”及び第２半導体構造１４０”は、第１真性半導体層１３１及び第２真性半導体層１４１を含まないこともある。あるいは、本発明のさらに他の実施形態で、第１半導体構造１３０”及び第２半導体構造１４０”は、第１透明導電層１３３及び第２透明導電層１４３を含まないこともある。
【００４９】
ギャップ絶縁層１６０は、エミッタとベースとの間、すなわち、第１半導体構造１３０”と第２半導体構造１４０”との間に備わり、第１ギャップ絶縁層１６１及び第２ギャップ絶縁層１６２を含んでもよい。第１ギャップ絶縁層１６１は、半導体基板１１０の第１面上に形成され、第２ギャップ絶縁層１６２は、第１ギャップ絶縁層１６１の真上に形成される。第１ギャップ絶縁層１６１及び第２ギャップ絶縁層１６２は、いずれもシリコン窒化膜であってもよい。このとき、第１ギャップ絶縁層（ＳｉａＮｂ）１６１を構成するシリコンと窒素との組成比（ａ：ｂ）と、第２ギャップ絶縁層（ＳｉｃＮｄ）１６２を構成するシリコンと窒素との組成比（ｃ：ｄ）は、異なるように現れる。例えば、第１ギャップ絶縁層１６１のシリコン：窒素の組成比は、第２ギャップ絶縁層１６２のシリコン：窒素の組成比と異なる。
【００５０】
第１ギャップ絶縁層（ＳｉａＮｂ）１６１は、第２ギャップ絶縁層１６２に比べて、相対的にシリコンの含有量が多いシリコン窒化膜であり、第２ギャップ絶縁層（ＳｉｃＮｄ）１６２は、第１ギャップ絶縁層１６１に比べて、相対的に窒素の含有量が多いシリコン窒化膜であってもよい。
【００５１】
例えば、第１ギャップ絶縁層１６１は、化学量論的シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）に比べてシリコンの含有量が多く、第２ギャップ絶縁層１６２は、化学量論的シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）に比べて窒素の含有量が多い。言い換えれば、第１ギャップ絶縁層１６１の組成（ａ／ｂ）は、化学量論的シリコン窒化膜のシリコンと窒素との組成（Ｓｉ／Ｎ）である３／４＝０．７５より大きく、第２ギャップ絶縁層１６２の組成（ｃ／ｄ）は、化学量論的シリコン窒化膜のシリコンと窒素との組成（Ｓｉ／Ｎ）である０．７５より小さい。
【００５２】
シリコンの含有量は、屈折率に影響を及ぼす要素である。シリコン窒化膜で、シリコンの含有量が多いほど屈折率が大きくなる。第１ギャップ絶縁層１６１の屈折率は、約１．９８以上、例えば、２．０以上であり、第２ギャップ絶縁層１６２の屈折率は、約１．９６以下であってもよい。
【００５３】
以下では、図２及び図３Ａないし図３Ｋを参照し、本発明の一実施形態による光起電力素子の製造方法について説明する。
【００５４】
図２は、本発明の一実施形態による光起電力素子の製造方法を概略的に示したフローチャートであり、図３Ａないし図３Ｋは、図２の各段階別状態を概略的に示した断面図である。
【００５５】
段階Ｓ１１０で、半導体基板１１０を準備する（図３Ａ）。半導体基板１１０は、単結晶のシリコン基板であってもよい。半導体基板１１０は、ｎ型（またはｐ型）の導電性を有することができる。
【００５６】
段階Ｓ１２０で、シリコン窒化膜のギャップ絶縁層１６０を、半導体基板１１０の第１面上に形成する。シリコン窒化膜１６０は、第１シリコン窒化膜１６１及び第２シリコン窒化膜１６２を含む。このとき、第１シリコン窒化膜（ＳｉａＮｂ）１６１を構成するシリコンと窒素との組成比（ａ：ｂ）と、第２シリコン窒化膜（ＳｉｃＮｄ）１６２を構成するシリコンと窒素との組成比（ｃ：ｄ）は、異なるように現れる。
【００５７】
例えば、第１シリコン窒化膜（ＳｉａＮｂ）１６１は、第２シリコン窒化膜１６２に比べて、相対的にシリコンの含有量が多く、第２シリコン窒化膜（ＳｉｃＮｄ）１６２は、第１シリコン窒化膜１６１に比べて、相対的に窒素の含有量が多い。
【００５８】
さらに具体的には、第１シリコン窒化膜１６１は、化学量論的シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）に比べてシリコンの含有量が多く、第２シリコン窒化膜１６２は、化学量論的シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）に比べて、窒素の含有量が多いように形成される。言い換えれば、第１シリコン窒化膜１６１の組成（ａ／ｂ）は、化学量論的シリコン窒化膜のシリコンと窒素との組成（Ｓｉ／Ｎ）である３／４＝０．７５より大きく形成し、第２シリコン窒化膜１６２の組成（ｃ／ｄ）は、化学量論的シリコン窒化膜のシリコンと窒素との組成（Ｓｉ／Ｎ）である０．７５より小さく形成する。
【００５９】
第１シリコン窒化膜１６１及び第２シリコン窒化膜１６２は、プラズマ化学気相蒸着（ＰＥ−ＣＶＤ：ｐｌａｓｍａ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって形成され、このとき、窒素とシリコンとの含有量が調節される。例えば、シリコンの供給源であるガス及び窒素供給源であるガスの流量を調節しつつ形成することができる。
【００６０】
前述の方法によって形成された第１シリコン窒化膜１６１の屈折率は、約１．９８、さらに具体的には、約２．０以上であり、第２シリコン窒化膜１６２の屈折率は、約１．９６以下であってもよい。
【００６１】
段階Ｓ１３０で、半導体基板１１０の第１面に、凹凸パターンＲを形成するテクスチャリング工程を遂行する。
【００６２】
図３Ｃを参照すれば、シリコン窒化膜１６０、さらに具体的には、第２シリコン窒化膜１６２をマスクとして、半導体基板１１０の第２面に凹凸パターンＲを形成することができる。図４を参照すれば、窒素の含有量が多い第２シリコン窒化膜１６２は、アルカリ性溶液に耐性が強い特性を有する。最上層に形成された第２シリコン窒化膜１６２は、半導体基板１１０の表面に凹凸パターンＲを形成するテクスチャリング時、エッチングマスクを行い、テクスチャリング・エッチャントとしては、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）のようなアルカリ性溶液を使用することができる。
【００６３】
図３Ｄを参照すれば、第２シリコン窒化膜１６２上に、エッチング防止膜Ｍを形成する。エッチング防止膜Ｍは、有機膜であってもよい。エッチング防止膜Ｍは、後述するエミッタ及びベースが形成される領域を除いて残りの領域を覆うように、第２シリコン窒化膜１６２上に形成する。
【００６４】
図３Ｅを参照すれば、エッチング防止膜Ｍをマスクとして、第２シリコン窒化膜１６２をエッチングする。窒素の含有量が多い第２シリコン窒化膜１６２は、前述のように、アルカリ性溶液に耐性が強いという特性があるが、酸性溶液には耐性が弱いという特性を有する。従って、エッチング防止膜によって保護されていない第２シリコン窒化膜１６２をエッチングするために、フッ酸（ＨＦ）、硝酸（ＨＮＯ３）のような酸性溶液をエッチャントとして使用することができる。このとき、第２シリコン窒化膜１６２の下部に置かれた第１シリコン窒化膜１６１は、酸性溶液に対して耐性が強い特性を有するので、損傷しない。
【００６５】
図３Ｆを参照すれば、エッチング防止膜Ｍをマスクとして、第１シリコン窒化膜１６１をエッチングする。エッチャントは、第１シリコン窒化膜１６１をエッチングする。例えば、エッチャントは、フッ酸（ＨＦ）、硝酸（ＨＮＯ３）、酢酸（ａｃｅｔｉｃ  ａｃｉｄ）の混合溶液であってもよい。または、エッチャントは、フッ酸（ＨＦ）、硝酸（ＨＮＯ３）、三次蒸溜水（ＤＩＷ：ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ  ｗａｔｅｒ）の混合溶液であってもよい。第１シリコン窒化膜１６１は、酸性に耐性が比較的強いという特性があるので、第１シリコン窒化膜１６１を除去するのに十分な濃度及び時間を適用することによって、エッチング防止膜Ｍによって保護されていない第１シリコン窒化膜１６１の領域を選択的に除去することができる。
【００６６】
図３Ｇを参照すれば、エッチング防止膜Ｍを除去する。エッチング防止膜Ｍは、エタノールまたはアセトン系の溶液を使用して除去することができる。
【００６７】
前述のような段階を介して、エッチング防止膜Ｍをマスクとして、第１シリコン窒化膜１６１及び第２シリコン窒化膜１６２を除去すれば、半導体基板１１０の第１面の一部領域がそのまま現れる。後述する段階によって、半導体基板１１０の第１面の一部領域における第１領域は、エミッタ領域として、第２領域は、ベース領域として形成され、このとき、エミッタ領域とベース領域との間に備わった第１シリコン窒化膜１６１及び第２シリコン窒化膜１６２は、ギャップ絶縁層になる。
【００６８】
段階Ｓ１４０で、半導体基板１１０の第１面の第１領域に、第１半導体構造１３０”を形成する。
【００６９】
図３Ｈを参照すれば、半導体基板１１０の第１面の第１領域に、第１半導体構造１３０”を形成する。第１半導体構造１３０”は、第１真性半導体層１３１、第１導電型半導体層１３２及び第１透明導電層１３３を含んでもよい。
【００７０】
第１真性半導体層１３１と第１導電型半導体層１３２は、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）や微細結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）を含み、第１透明導電層１３３は、電気的には、導電性を有し、光学的には、透明な物質を含むように形成される。
【００７１】
本発明の非制限な方法として、第１真性半導体層１３１と第１導電型半導体層１３２は、半導体基板１１０の第１面の第２領域をマスク（図示せず）により保護した状態で、化学気相蒸着法を適用することによって形成され、第１透明導電層１３３は、スパッタリング、Ｅビーム、エバポレーションのような方法によって形成される。
【００７２】
段階Ｓ１５０で、半導体基板１１０の第１面の第２領域に、第２半導体構造１４０”を形成する。
【００７３】
図３Ｉを参照すれば、半導体基板１１０の第１面の第２領域に、第２半導体構造１４０”を形成する。第２半導体構造１４０”は、第２真性半導体層１４１、第２導電型半導体層１４２及び第２透明導電層１４３を含んでもよい。
【００７４】
第２真性半導体層１４１と第２導電型半導体層１４２は、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）や微細結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）を含み、第２透明導電層１４３は、電気的には、導電性を有し、光学的には、透明な物質を含むように形成される。
【００７５】
本発明の非制限方法として、第２真性半導体層１４１と第２導電型半導体層１４２は、半導体基板１１０の第１面の第１領域をマスク（図示せず）により保護した状態で、化学気相蒸着法を適用することによって形成され、第２透明導電層１４３は、スパッタリング、Ｅビーム、エバポレーションのような方法によって形成される。
【００７６】
本実施形態では、エミッタとベースとを形成する第１半導体構造１３０”及び第２半導体構造１４０”が、それぞれ第１真性半導体層１３１及び第２真性半導体層１４１、第１導電型半導体層１３２及び第２導電型半導体層１４２、並びに第１透明導電層１３３及び第２透明導電層１４３を含む場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明の他の実施形態で、第１半導体構造１３０”及び第２半導体構造１４０”は、第１真性半導体層１３１及び第２真性半導体層１４１を含まないこともある。あるいは、本発明のさらに他の実施形態で、第１半導体構造１３０”及び第２半導体構造１４０”は、第１透明導電層１３３及び第２透明導電層１４３を含まないこともある。
【００７７】
段階Ｓ１６０で、パッシベーション膜１２０と反射防止膜１３０とを形成することができる。その前に、効果的なパッシベーションのために、半導体基板１１０の洗浄が行われる。
【００７８】
図３Ｊを参照すれば、半導体基板１１０の第２面上に、パッシベーション膜１２０と反射防止膜１３０とを形成することができる。
【００７９】
パッシベーション膜１２０は、化学気相蒸着法によって形成される。例えば、シリコン含有ガスであるシラン（ＳｉＨ４）を利用する化学気相蒸着を介して形成される。パッシベーション膜１２０は、半導体基板１１０の第２面、すなわち、受光面側に形成されるので、光吸収を減らすために、バンドギャップが調整される。例えば、添加物を追加し、バンドギャップを増大させることによって光吸収を減らし、入射光が半導体基板１１０の内部に吸収されるようにすることができる。
【００８０】
反射防止膜１３０は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜から形成される。例えば、反射防止膜１３０は、シリコン酸化膜の単一層で形成されたり、あるいは屈折率が互いに異なるシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との複合層によって形成されもする。反射防止膜１３０は、化学気相蒸着法、スパッタリング、スピンコーティングなどの方法によって形成される。
【００８１】
本実施形態では、パッシベーション膜１２０と反射防止膜１３０とを、それぞれ別途の層でもって形成する段階について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明の他の実施形態で、パッシベーション膜１２０と反射防止膜１３０との機能を同時に遂行することができるシリコン窒化膜の単一膜を形成することができることは、言うまでもない。
【００８２】
段階Ｓ１７０で、第１電極１５１及び２電極１５２を形成する。
【００８３】
図３Ｋを参照すれば、第１半導体構造１３０”及び第２半導体構造１４０”上に、それぞれ第１電極１５１及び２電極１５２を形成する。例えば、第１電極１５１及び第２電極、１５２は、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）及び／またはそれらの合金が含まれたペーストを塗布した後、焼成することによって形成される。他の実施形態として、第１電極１５１及び２電極１５２は、電極シード（図示せず）を形成した後、電気メッキなどの方法によって形成される。
【００８４】
図２及び図３Ａないし図３Ｋを参照し、前述の光起電力素子の製造方法によれば、シリコン窒化膜（すなわち、ギャップ絶縁層１６０）は、互いに異なる組成を有する第１シリコン窒化膜１６１及び第２シリコン窒化膜１６２を含む。かようなシリコン窒化膜を利用してテクスチャリングを行い、選択的エッチングを介して、シリコン窒化膜の一部領域を除去することによって、高品質のギャップ絶縁層１６０（図１）を形成することができる。前述の本発明の特徴は、以下で説明する比較例による光起電力素子の製造方法の説明を介して、さらに明らかに示される。
【００８５】
図５Ａないし図５Ｄは、本発明の比較例による光起電力素子の製造方法であり、テクスチャリング段階による状態を示した断面図である。
【００８６】
本発明の実施形態によるシリコン窒化膜１６０が、互いに組成が異なる第１シリコン窒化膜１６１及び第２シリコン窒化膜１６２から構成されたところに反して、本発明の比較例によるシリコン窒化膜５６０は、Ｓｉ３Ｎ４の組成を有するシリコン窒化膜である。
【００８７】
図５Ａを参照すれば、半導体基板５１０上に、Ｓｉ３Ｎ４の組成を有するシリコン窒化膜５６０を形成する。シリコン窒化膜５６０は、半導体基板５１０の受光面の裏面、すなわち、第１面上に形成される。
【００８８】
図５Ｂを参照すれば、シリコン窒化膜５６０をマスクとして、半導体基板５１０の第２面に、凹凸パターンＲ’を形成する。テクスチャリング・エッチャントとしては、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＴＭＡＨのようなアルカリ性溶液を使用することができる。
【００８９】
本発明の比較例によるＳｉ３Ｎ４の組成のシリコン窒化膜５６０は、半導体基板５１０の第１面をある程度保護するが、シリコン窒化膜５６０自体が、アルカリ性溶液によって損傷され、損傷Ｄが発生しうる。
【００９０】
図５Ｃ及び図５Ｄを参照すれば、シリコン窒化膜５６０上に、エッチング防止膜（図示せず）を形成し、シリコン窒化膜５６０の一部をエッチングした後、エミッタ及びベース領域に、それぞれ第１半導体構造５３０及び第２半導体構造５４０を形成する。
【００９１】
前述の比較例による光起電力素子の製造方法によれば、シリコン窒化膜５６０に損傷Ｄが発生した状態であるから、損傷Ｄによって、第１半導体構造５３０及び第２半導体構造５４０間のギャップ絶縁層５６０の機能、例えば、半導体基板５１０のパッシベーション機能を維持し難く、光電変換素子の特性が低下しうる。
【００９２】
しかし、本発明の実施形態によるシリコン窒化膜１６０の最上層である第２シリコン窒化膜１６２は、比較例によるシリコン窒化膜５６０に比べて、アルカリ性溶液に耐性があるので、損傷が発生する恐れがない。
【００９３】
一方、前述の比較例による光起電力素子のシリコン窒化膜５６０で、例えば、ギャップ絶縁層で損傷を除去するためには、半導体基板５１０の第２面に、凹凸パターンＲ’を形成した後、図５Ｃによる工程を遂行する前に、シリコン窒化膜５６０を除去した後、さらに新しい絶縁層を形成する工程がさらに追加されねばならない。しかし、本発明の実施形態による光電変換素子のシリコン窒化膜１６０、すなわち、絶縁層は、損傷が発生しないので、前述の工程が必要ない。
【００９４】
図６は、本発明のさらに他の実施形態による光起電力素子を概略的に示した断面図である。
【００９５】
図６を参照すれば、光起電力素子６００は、半導体基板６１０、半導体基板６１０の面、すなわち、第２面に形成されたパッシベーション膜６２０及び反射防止膜６３０、半導体基板６１０の背面、すなわち、第１面に形成された第１導電型の第１半導体構造６３０”及び第２導電型の第２半導体構造６４０”、第１半導体構造６３０”及び第２半導体構造６４０”上に形成された第１電極６５１及び第２電極６５２、並びに第１半導体構造６３０”及び第２半導体構造６４０”間に形成されたギャップ絶縁層６６０を含む。なお、符号番号６３１，６３２、６３３，６４１，６４２，６４３は、それぞれ第１真性半導体層、第１導電型半導体層、第１透明導電層、第２真性半導体層、第２導電型半導体層、第２透明導電層を示す。
【００９６】
ここで、ギャップ絶縁層６６０であるシリコン窒化膜が、単一層として形成された点で、前述の図１を参照して説明した光起電力素子１００と違いがある。
【００９７】
ギャップ絶縁層６６０は、単一膜からなり、その内部の界面は明確に存在しないが、ギャップ絶縁層６６０のシリコンと窒素との組成比は、ギャップ絶縁層６６０の厚み方向に沿って、濃度勾配的に連続的して変わるように形成されている。例えば、ギャップ絶縁層６６０の下部領域、すなわち、半導体基板６１０と近い領域は、図１を参照して説明した第１ギャップ絶縁層１６１と実質的に同じ組成であり、ギャップ絶縁層６６０の上部領域、すなわち、半導体基板６１０と遠い領域は、図１を参照して説明した第２ギャップ絶縁層１６２と実質的を同じ組成を有することができる。従って、図１と実質的に同一／類似の構造であり、図２、及び図３Ａないし図３Ｋを参照して説明した製造方法と実質的に同じ段階を介して製造される。なお、ギャップ絶縁層６６０の半導体基板６１０と接する部分が「半導体基板に近接する側部」に相当し、これと反対側の部分が「半導体基板から遠い側部」に相当する。
【００９８】
図１の実施形態による光起電力素子１００と、図６の実施形態による光起電力素子６００とにおいて、ギャップ絶縁層１６０，６６０の界面は、半導体基板１１０，６１０の第１面にシリコン窒化膜を形成する工程によって制御可能である。例えば、シリコンの供給源であるガスと、窒素の供給源であるガスとの流量、及びＰＥＣＶＤ（ｐｌａｓｍａ−ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を遂行する時間などの条件を調整することによって制御することができる。
【００９９】
光起電力素子は、受光面である前面と、背面とにそれぞれ電極が備わる構造を有することができるが、前面に電極が備われば、電極の面積ほど受光面積が縮小する。このように、受光面積が縮小する問題を解決するために、本実施形態では、電極が背面にのみ備わる背面接合（ｂａｃｋ  ｃｏｎｔａｃｔ）構造を使用することができる。
【０１００】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明の光起電力素子及びその製造方法は、例えば、光センサや太陽電池関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
１００，６００    光起電力素子
１１０，５１０，６１０    半導体基板
１２０，６２０    パッシベーション膜
１３０，６３０    反射防止膜
１３０”，６３０”    第１半導体構造
１３１，６３１    第１真性半導体層
１３２，６３２    第１導電型半導体層
１３３，６３３    第１透明導電層
１４０”，６４０”    第２半導体構造
１４１，６４１    第２真性半導体層
１４２，６４２    第２導電型半導体層
１４３，６４３    第２透明導電層
１５１，６５１    第１電極
１５２，６５２    第２電極
１６０，６６０    ギャップ絶縁層
１６１    第１ギャップ絶縁層（第１シリコン窒化膜）
１６２    第２ギャップ絶縁層（第２シリコン窒化膜）
５６０    シリコン窒化膜
【図１】
2013125964.tif 000003
【図２】
2013125964.tif 000004
【図３Ａ】
2013125964.tif 000005
【図３Ｂ】
2013125964.tif 000006
【図３Ｃ】
2013125964.tif 000007
【図３Ｄ】
2013125964.tif 000008
【図３Ｅ】
2013125964.tif 000009
【図３Ｆ】
2013125964.tif 000010
【図３Ｇ】
2013125964.tif 000011
【図３Ｈ】
2013125964.tif 000012
【図３Ｉ】
2013125964.tif 000013
【図３Ｊ】
2013125964.tif 000014
【図３Ｋ】
2013125964.tif 000015
【図４】
2013125964.tif 000016
【図５Ａ】
2013125964.tif 000017
【図５Ｂ】
2013125964.tif 000018
【図５Ｃ】
2013125964.tif 000019
【図５Ｄ】
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【図６】
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