[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括太阳能电池的光电转换装置等的半导体装置及其制造方法。

背景技术

在专利文献1中公开了将硅片接合到衬底，并将硅(Si)膜从硅片剥离，来在衬底上形成硅膜的太阳能电池的制造方法。

以下示出专利文献1的图10所公开的太阳能电池的制造方法。在注入有氢的硅片上形成铝(Al)蒸镀层等的接合金属层。使接合金属层与Al类金属衬底密接。通过400℃至600℃的热处理分离硅片的一部分，在Al类金属衬底上隔着接合金属层形成硅膜，并且使接合金属层与Al类金属衬底接合。将Al类金属衬底用作阴极电极。在硅膜上形成阳极电极而制造太阳能电池。

[专利文献1]日本专利申请公开2003-17723号公报

发明内容

本发明的一个方式要解决的问题涉及半导体装置的电极或具有接合工序的半导体装置的制造方法。具体而言，本发明要解决的问题为如下：(1)由于使用Al电极而使半导体装置具有高电阻；(2)Al与Si会形成合金；(3)利用溅射法形成的膜具有高电阻；(4)在接合工序中，若接合面的凹凸较大则发生接合不良。以下说明(1)至(4)。

(1)在专利文献1中，在硅片上形成Al蒸镀层等的接合金属层，将该接合金属层及Al类金属衬底用作背面电极。然而，Al的电阻大约为2.66×10^-8Ωm，相对较高。由此，在取出产生在太阳能电池中的电动势时，产生起因于其高电阻的损失。

(2)已知Al会与Si形成合金。在形成合金时，Al扩散到Si膜中，而使Si膜不起光电转换层的作用。

(3)一般而言，在形成电极时，如专利文献1那样大多利用蒸镀法或溅射法。尤其是利用溅射法而形成的金属膜有导电率降低的倾向。虽然也根据元素，但是这是因为在形成膜时使用的气体被引入到膜中，而使膜中的杂质浓度增高的缘故。

(4)在专利文献1中，使接合金属层与Al类金属衬底接合。在接合工序中，接合面的平坦性很重要。例如，在氧化硅膜彼此接合时，若其平均面粗糙度(Ra)为0.4nm左右，则可以容易进行接合。然而，若接合面的凹凸较大，则会产生接合不良。

鉴于上述问题，本发明的一个方式提供一种具有低电阻的电极且与Si不容易形成合金的半导体装置。此外，本发明的一个方式示出一种不产生接合不良的半导体装置的制造方法。

本发明的第一方式的半导体装置包括：金属衬底或形成有金属膜的衬底、金属衬底上或金属膜上的铜(Cu)镀膜、Cu镀膜上的阻挡膜、阻挡膜上的单晶硅膜、单晶硅膜上的电极层。

Cu膜的电阻大约为1.67×10^-8Ωm，比Al的电阻低。此外，利用镀法形成的膜的导电率高于利用溅射法形成的膜的导电率。

由于具有阻挡膜所以Cu和Si不会形成合金，因此Si膜起光电转换层的作用，而可以得到高可靠性的半导体装置。

在金属衬底上或在金属膜上也可以具有晶种膜及使该晶种膜生长而形成的Cu镀膜。

金属衬底是Cu衬底，而形成有金属膜的衬底也可以是形成有Cu膜的玻璃衬底。

本发明的第二方式的半导体装置的制造方法包括如下步骤：将从氢气体产生的离子掺杂到单晶硅衬底的第一衬底的表面上，优选的是整个表面上，而在单晶硅衬底中形成脆弱层；在单晶硅衬底上形成阻挡膜；在阻挡膜上形成Cu镀膜；准备金属衬底或形成有金属膜的衬底的第二衬底；通过将Cu镀膜和金属衬底或金属膜热压合，来隔着Cu镀膜或隔着Cu镀膜和金属膜将单晶硅衬底与第二衬底接合；利用热处理从脆弱层剥离单晶硅衬底的一部分，而在第二衬底上隔着Cu镀膜或隔着Cu镀膜和金属膜形成单晶硅膜；在单晶硅膜上形成电极层。

一般而言，利用溅射法形成的金属膜的表面的平均面粗糙度(Ra)大约为0.8nm至1.5nm，而金属镀膜的表面的Ra大约为4nm。金属镀膜的表面的凹凸大于利用溅射法形成的金属膜的表面的凹凸。由此，要将形成有金属镀膜的衬底与对置衬底接合很困难。然而，上述制造方法即使表面上具有较大的凹凸也可以实现接合。

热压合也可以在如下条件下进行，即150℃以上且低于第一衬底及第二衬底的耐热温度，并且0.5MPa以上且20MPa以下。或者，热压合也可以在如下条件下进行，即150℃以上且低于第一衬底及第二衬底的耐热温度，并且2.0MPa以上且20MPa以下。

也可以在第一衬底上形成晶种膜，通过使该晶种膜成长而形成Cu镀膜。

也可以是，金属衬底是Cu衬底，形成有金属膜的衬底是形成有Cu膜的玻璃衬底。

注意，半导体装置包括具有太阳能电池的光电转换装置。