[发明专利]光电转换装置的制造方法

说明书

技术领域

技术领域涉及一种利用单晶半导体的光电转换装置的制造方法。

背景技术

由于产业的发达，世界的能量消耗量日趋增加。然而，主要使用 的石油、煤炭、天然气等能源的消费是二氧化碳的产生源，也一般说 是急剧的地球温暖化的主要原因。因此，近年来，作为代替能量的太 阳光发电得到普及。

虽然有利用热的太阳光发电，但是很多太阳光发电是使用如下方 式的：利用半导体的光电特性来将光能量转换为电能量。将这种用来 将光能量转换为电能量的装置一般称为光电转换装置(或者，光电动 势装置、太阳能电池等)。

光电转换装置已经在市场上出售，并且由于世界各国政府的太阳 能电池支援政策的缘故，其生产量逐年增加。例如，2006年的全世界 的太阳能电池的生产量为2521MW，以超过年率40％的速度增加。在 此，在世界上得到普及的是利用晶体半导体的光电转换装置，其中利 用单晶硅衬底或多晶硅衬底的光电转换装置占有生产量的大部分。

作为光电转换装置的结构，建议了各种各样的方案。例如，除了 在单晶硅衬底或多晶硅衬底中形成有n型或p型扩散层的典型结构以 外，还已知组合由单晶半导体或多晶半导体构成的单元元件和由非晶 半导体或微晶半导体构成的单元元件而成的结构(例如，参照专利文 件1)。而且，也在此情况下，利用单晶硅衬底或多晶硅衬底。

随着如上所述的光电转换装置的生产量的增加，为单晶硅或多晶 硅的原料的硅的供给不足、价格昂贵成为产业界的重大的问题。虽然 世界的各大硅供给厂商公司已经谋求实现硅生产能力的增强，但是需 求的增长超过其，预计无法消除供给不足。

在利用晶体硅的情况下，若是硅薄膜的厚度为10μm左右，就足 够。然而，一般制造的单晶硅晶片的厚度为600μm以上且800μm以 下左右，并且多晶硅晶片的厚度为200μm以上且350μm以下左右。 就是说，单晶硅衬底或多晶硅衬底具有光电转换装置所需要的厚度的 几十倍的厚度，而难说有效地利用原料。在这一点上，可以说现有的 光电转换装置还有改善的余地。

近年来，对于包括形成在具有绝缘表面的衬底上的单晶硅薄膜的 SOI(Silicon On Insulator；绝缘体上硅)结构的开发积极地进行。 虽然SOI衬底是昂贵的，但是若可以用便宜的衬底如玻璃衬底等代替 支撑衬底，则与利用单晶硅衬底的情况相比可以谋求实现低成本化。 此外，还可以降低作为原料的硅的消耗量。作为这种技术，公开了将 单晶硅薄膜固定到玻璃衬底的SOI衬底的制造方法(例如，参照专利 文件2)。

[专利文件1]日本公告公报Hei6-044638号公报

[专利文件2]日本专利申请公开Hei11-097379号公报

与SIMOX法、在贴合后利用磨削或抛光进行薄膜化的方法等相 比，当利用氢离子注入剥离法时，可以以低温形成均匀的单晶硅薄膜。 此外，可以再次利用将单晶硅薄膜分离后的单晶硅衬底，而可以谋求 实现资源的有效利用。

当利用氢离子注入剥离法时，根据离子的加速电压而决定相对于 单晶硅衬底的离子的侵入深度，并且决定所得到的单晶硅薄膜的厚 度，但是，考虑到光电转换效率，则优选将单晶硅薄膜的厚度设定为 800nm以上。

另一方面，对离子注入装置的加速电压有装置上的限制，并且， 有如下担心：当提高加速电压时，发生在安全上成为问题的放射线。 因此，为了得到所希望的厚度的单晶硅薄膜而提高加速电压是不容易 的。此外，在现有的装置中，在提高加速电压的同时照射大量离子是 困难的，所以有如下担心：为了得到预定的注入量而需要很长时间， 而生产节拍时间(tact time)恶化。

发明内容

鉴于上述问题，所公开的发明的一种方式的目的之一在于在有效 地利用有限的资源的同时，安全提供具有优越的光电转换特性的光电 转换装置。

在本说明书等(至少包括说明书、权利要求书、以及附图)所公 开的发明的一种方式中，通过利用固相成长(固相外延成长)法，使 单晶半导体层厚膜化。更具体地，通过如下那样的工序，制造单晶半 导体层。首先，在使单晶半导体衬底薄片化而形成的单晶半导体层上 形成薄的结晶度高的半导体层。并且，在该结晶度高的半导体层上形 成厚的结晶度低的半导体层。然后，对上述的叠层结构施行加热处理 等，通过固相成长来形成厚的单晶半导体层。