專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換裝置等的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
在專利文獻(xiàn)1中公開了將硅片接合到襯底，并將硅(Si)膜從硅片剝離，來在襯底 上形成硅膜的太陽(yáng)能電池的制造方法。以下示出專利文獻(xiàn)1的圖10所公開的太陽(yáng)能電池的制造方法。在注入有氫的硅片 上形成鋁(Al)蒸鍍層等的接合金屬層。使接合金屬層與Al類金屬襯底密接。通過400°C 至600°C的熱處理分離硅片的一部分，在Al類金屬襯底上隔著接合金屬層形成硅膜，并且 使接合金屬層與Al類金屬襯底接合。將Al類金屬襯底用作陰極電極。在硅膜上形成陽(yáng)極 電極而制造太陽(yáng)能電池。[專利文獻(xiàn)1]日本專利申請(qǐng)公開2003-17723號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方式要解決的問題涉及半導(dǎo)體裝置的電極或具有接合工序的半導(dǎo) 體裝置的制造方法。具體而言，本發(fā)明要解決的問題為如下(1)由于使用Al電極而使半 導(dǎo)體裝置具有高電阻；(2)Al與Si會(huì)形成合金；(3)利用濺射法形成的膜具有高電阻；(4) 在接合工序中，若接合面的凹凸較大則發(fā)生接合不良。以下說明(1)至(4)。(1)在專利文獻(xiàn)1中，在硅片上形成Al蒸鍍層等的接合金屬層，將該接合金屬層 及Al類金屬襯底用作背面電極。然而，Al的電阻大約為2.66 X 10_8 Ω m，相對(duì)較高。由此， 在取出產(chǎn)生在太陽(yáng)能電池中的電動(dòng)勢(shì)時(shí)，產(chǎn)生起因于其高電阻的損失。(2)已知Al會(huì)與Si形成合金。在形成合金時(shí)，Al擴(kuò)散到Si膜中，而使Si膜不起 光電轉(zhuǎn)換層的作用。(3) 一般而言，在形成電極時(shí)，如專利文獻(xiàn)1那樣大多利用蒸鍍法或?yàn)R射法。尤其 是利用濺射法而形成的金屬膜有導(dǎo)電率降低的傾向。雖然也根據(jù)元素，但是這是因?yàn)樵谛?成膜時(shí)使用的氣體被引入到膜中，而使膜中的雜質(zhì)濃度增高的緣故。(4)在專利文獻(xiàn)1中，使接合金屬層與Al類金屬襯底接合。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時(shí)，若其平均面粗糙度(Ra)為0.4nm左右，則 可以容易進(jìn)行接合。然而，若接合面的凹凸較大，則會(huì)產(chǎn)生接合不良。鑒于上述問題，本發(fā)明的一個(gè)方式提供一種具有低電阻的電極且與Si不容易形 成合金的半導(dǎo)體裝置。此外，本發(fā)明的一個(gè)方式示出一種不產(chǎn)生接合不良的半導(dǎo)體裝置的 制造方法。本發(fā)明的第一方式的半導(dǎo)體裝置包括金屬襯底或形成有金屬膜的襯底、金屬襯 底上或金屬膜上的銅(Cu)鍍膜、Cu鍍膜上的阻擋膜、阻擋膜上的單晶硅膜、單晶硅膜上的 電極層。Cu膜的電阻大約為1.67Χ10_8Ωπι，比Al的電阻低。此外，利用鍍法形成的膜的導(dǎo)電率高于利用濺射法形成的膜的導(dǎo)電率。由于具有阻擋膜所以Cu和Si不會(huì)形成合金，因此Si膜起光電轉(zhuǎn)換層的作用，而 可以得到高可靠性的半導(dǎo)體裝置。在金屬襯底上或在金屬膜上也可以具有晶種膜及使該晶種膜生長(zhǎng)而形成的Cu鍍 膜。金屬襯底是Cu襯底，而形成有金屬膜的襯底也可以是形成有Cu膜的玻璃襯底。本發(fā)明的第二方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法包括如下步驟將從氫氣體產(chǎn)生的離 子摻雜到單晶硅襯底的第一襯底的表面上，優(yōu)選的是整個(gè)表面上，而在單晶硅襯底中形成 脆弱層；在單晶硅襯底上形成阻擋膜；在阻擋膜上形成Cu鍍膜；準(zhǔn)備金屬襯底或形成有金 屬膜的襯底的第二襯底；通過將Cu鍍膜和金屬襯底或金屬膜熱壓合，來隔著Cu鍍膜或隔 著Cu鍍膜和金屬膜將單晶硅襯底與第二襯底接合；利用熱處理從脆弱層剝離單晶硅襯底 的一部分，而在第二襯底上隔著Cu鍍膜或隔著Cu鍍膜和金屬膜形成單晶硅膜；在單晶硅膜 上形成電極層。一般而言，利用濺射法形成的金屬膜的表面的平均面粗糙度(Ra)大約為0. Snm至 1. 5nm，而金屬鍍膜的表面的Ra大約為4nm。金屬鍍膜的表面的凹凸大于利用濺射法形成的 金屬膜的表面的凹凸。由此，要將形成有金屬鍍膜的襯底與對(duì)置襯底接合很困難。然而，上 述制造方法即使表面上具有較大的凹凸也可以實(shí)現(xiàn)接合。熱壓合也可以在如下條件下進(jìn)行，S卩150°C以上且低于第一襯底及第二襯底的耐 熱溫度，并且0. 5MPa以上且20MPa以下?；蛘?，熱壓合也可以在如下條件下進(jìn)行，即150°C 以上且低于第一襯底及第二襯底的耐熱溫度，并且2. OMPa以上且20MPa以下。也可以在第一襯底上形成晶種膜，通過使該晶種膜成長(zhǎng)而形成Cu鍍膜。也可以是，金屬襯底是Cu襯底，形成有金屬膜的襯底是形成有Cu膜的玻璃襯底。注意，半導(dǎo)體裝置包括具有太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換裝置。Cu鍍膜的電阻低于Al膜或?yàn)R射膜的電阻。通過將Cu鍍膜用于太陽(yáng)能電池等的光 電轉(zhuǎn)換裝置的電極，可以效率好地取出由光而產(chǎn)生的電荷。此外，由于具有阻擋膜，所以可 以在不使Cu與Si形成合金的情況下得到高可靠性的半導(dǎo)體裝置。另外，雖然使用了形成 有其表面具有較大的凹凸的Cu鍍膜的襯底，但是通過利用熱壓合可以使該襯底與對(duì)置襯 底容易地接合。


圖IA和IB是說明實(shí)施方式1的立體圖及截面圖；圖2A和2B是說明實(shí)施方式2的截面圖；圖3A至3C是說明實(shí)施方式2的截面圖；圖4A至4C是說明實(shí)施方式2的截面圖；圖5是說明實(shí)施方式2的截面圖；圖6A和6B是說明實(shí)施例1的截面圖；圖7A和7B是說明實(shí)施例1的截面圖；圖8是說明實(shí)施例1的圖；圖9A至9C是說明實(shí)施例3的截面圖10A和10B是說明實(shí)施例3的截面圖；圖11A和11B是說明實(shí)施例3的圖；圖12A和12B是說明實(shí)施例3的圖。
具體實(shí)施例方式以下說明本發(fā)明的實(shí)施方式1和2。但是，本發(fā)明可以以多個(gè)不同形式來實(shí)施，所 屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以很容易地理解一個(gè)事實(shí)，就是其方式和詳細(xì)內(nèi)容可以被變 換為各種各樣的形式而不脫離本發(fā)明的宗旨及其范圍。因此，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為僅限 定在本實(shí)施方式所記載的內(nèi)容。實(shí)施方式1示出半導(dǎo)體裝置，而實(shí)施方式2示出半導(dǎo)體裝置的制造方法。實(shí)施方式1在實(shí)施方式1中，參照?qǐng)D1A和1B說明一種半導(dǎo)體裝置，其中包括金屬襯底或形 成有金屬膜的襯底；金屬襯底上或金屬膜上的銅(Cu)鍍膜；Cu鍍膜上的阻擋膜；阻擋膜上 的單晶硅膜；單晶硅膜上的電極層。圖1A是半導(dǎo)體裝置的立體圖，而圖1B是沿圖1A的虛線A-B的截面圖。半導(dǎo)體裝置包括襯底31上的金屬膜32，金屬膜32上的Cu鍍膜24，Cu鍍膜24上 的阻擋膜26，阻擋膜26上的單晶硅膜34，單晶硅膜34上的電極層36。作為襯底31，例如可以使用絕緣襯底諸如玻璃襯底、石英襯底、陶瓷襯底、塑料襯 底；半導(dǎo)體襯底諸如硅襯底、硅鍺襯底；金屬襯底諸如A1襯底、Cu襯底、M襯底。在使用金 屬襯底時(shí)，優(yōu)選使用Cu襯底。在襯底31上以50nm至300nm的厚度形成金屬膜32。利用蒸鍍、濺射、CVD等的 已知方法來形成金屬膜32。金屬膜32可以使用A1膜、Al-Nd合金膜、Ag膜、Au膜、Pt膜、 Ag-Pd-Cu合金膜、Cu膜，但是優(yōu)選使用Cu膜。此外，在使用襯底31時(shí)也可以不設(shè)置金屬膜 32。利用已知的電鍍、化學(xué)鍍(electroless plating)以500nm至1. 5iim的厚度形成 Cu鍍膜24。Cu鍍膜24的導(dǎo)電率高于A1膜的導(dǎo)電率。此外，Cu鍍膜24不會(huì)有濺射法所使 用的氣體被引入到膜中的情況。從而，Cu鍍膜24的導(dǎo)電率高于濺射膜的導(dǎo)電率。而且，由 于利用鍍法，所以可以容易使Cu鍍膜24的厚度增大。在利用電鍍法形成Cu鍍膜24時(shí)，在形成由金屬或合金構(gòu)成的晶種膜后，使晶種膜 成長(zhǎng)來形成Cu鍍膜24。晶種膜24使用Cu、Pd、鈦(Ti)、Ni、Cr、Ag、Au或鈦-鎢(Ti-ff)、 鎳-鐵(NiFe)或這些合金。利用蒸鍍、濺射等已知方法以50nm至300nm的厚度形成晶種 膜。在利用無電解鍍法時(shí)，不需要晶種膜。阻擋膜26使用氮化鈦、鈦(Ti)、氮化鉭、鉭(Ta)、氮化鎢、鎢(W)等。阻擋膜26可 以為單層膜或疊層膜?？梢岳谜翦儭R射等已知方法以lOnm至lOOnm的厚度形成阻擋膜 26。阻擋膜26防止Cu鍍膜24的Cu擴(kuò)散到單晶硅膜34中。由此，可以在Cu和Si不形成 合金的情況下，得到高可靠性的半導(dǎo)體裝置。單晶硅膜34可以使用如下膜i型單晶硅膜的單層膜；從襯底31—側(cè)層疊有p型 單晶硅膜及n型單晶硅膜的疊層膜；從襯底31 —側(cè)層疊有n型單晶硅膜及p型單晶硅膜的 疊層膜；從襯底31 —側(cè)層疊有p型單晶硅膜、i型單晶硅膜以及n型單晶硅膜的疊層膜；或者從襯底31 —側(cè)層疊有η型單晶硅膜、i型單晶硅膜以及ρ型單晶硅膜的疊層膜?？梢岳脤?shí)施方式2所記載的方法來形成單晶硅膜34?？梢砸?50nm至600nm的厚度形成單晶硅 膜34。光從電極層36 —側(cè)入射到單晶硅膜34。利用濺射法或蒸鍍法并使用透明導(dǎo)電材 料形成電極層36。作為透明導(dǎo)電材料，例如可以使用氧化銦錫合金(ITO)、氧化鋅、氧化錫、 氧化銦鋅合金等金屬氧化物。電極層36可以形成為梳形(圖1A)或格子狀。也可以利用CVD法等以覆蓋電極層36及單晶硅膜34的方式形成由氧化硅膜、氮 化硅膜、氧氮化硅膜或這些的疊層膜構(gòu)成的鈍化膜(未圖示)。鈍化膜可以用作保護(hù)膜及抗 反射膜。Cu鍍膜24的導(dǎo)電率高于Al膜的導(dǎo)電率。Cu鍍膜24的導(dǎo)電率高于濺射膜的導(dǎo)電 率。此外，由于具有阻擋膜26，所以可以在Cu和Si不形成合金的情況下，得到高可靠性的 半導(dǎo)體裝置。實(shí)施方式2在實(shí)施方式2中，參照?qǐng)D2A至5示出半導(dǎo)體裝置的制造方法，其包括如下步驟將 從氫氣體產(chǎn)生的離子摻雜到單晶硅襯底的第一襯底的表面上，優(yōu)選的是整個(gè)表面上，而在 單晶硅襯底中形成脆弱層；在單晶硅襯底上形成阻擋膜；在阻擋膜上形成Cu鍍膜；準(zhǔn)備金 屬襯底或形成有金屬膜的襯底的第二襯底；將Cu鍍膜和金屬襯底或金屬膜熱壓合，來隔著 Cu鍍膜或隔著Cu鍍膜和金屬膜將單晶硅襯底與第二襯底接合；利用熱處理從脆弱層剝離 單晶硅襯底的一部分，在第二襯底上隔著Cu鍍膜或隔著Cu鍍膜和金屬膜形成單晶硅膜；在 單晶硅膜上形成電極層。準(zhǔn)備第一襯底的單晶硅襯底21。單晶硅襯底21使用η型單晶硅襯底、i型單晶硅 襯底或P型單晶硅襯底。在實(shí)施方式2中說明使用P型單晶硅襯底作為單晶硅襯底21的 情況。將從氫(H2)氣體產(chǎn)生的離子23摻雜到單晶硅襯底21，而在單晶硅襯底21中形成 脆弱層22(圖2A)。另外，不限于H2氣體，而也可以使用磷化氫(PH3)、乙硼烷(B2H6)等。對(duì) 離子23的劑量沒有特別的限制。將離子23的能量等調(diào)節(jié)為使脆弱層22形成在離單晶硅 襯底21的表面有50nm以上且200nm以下的深度中。此外，優(yōu)選在單晶硅襯底21的整個(gè)表 面上摻雜離子23。這樣，在后面的工序中，可以容易形成單晶硅膜33。在上述離子的照射方法中，優(yōu)選H3+的比率占所產(chǎn)生的離子種(H+、H2+、H3+)的總量 的50%以上，更優(yōu)選占70%以上。若增加H3+的比率，則可以縮短離子照射工序的生產(chǎn)節(jié)拍 (takt time)，而可以提高產(chǎn)率和處理量。此外，通過照射相同質(zhì)量的離子，可以在單晶硅襯 底21的同一深度中集中地添加離子。利用實(shí)施方式1所示的方法在單晶硅襯底21上以IOnm至IOOnm的厚度形成阻擋 膜 26(圖 2B)。在利用電鍍法時(shí)，在阻擋膜26上形成晶種膜25 (圖2B)。利用實(shí)施方式1所示的 方法以50nm至300nm的厚度形成晶種膜25。在利用無電解鍍法時(shí)，不需要晶種膜25。在利用電鍍法時(shí)，通過使晶種膜25成長(zhǎng)來以500nm至1. 5 μ m的厚度形成Cu鍍膜 24(圖2B)。在利用無電解鍍法時(shí)，在阻擋膜26上形成Cu鍍膜24。由于利用鍍法，所以可 以容易使Cu鍍膜24的厚度為厚。Cu鍍膜24的表面的凹凸大于利用濺射法、蒸鍍法等形成的金屬膜的表面的凹凸。
此外，雖然圖2B示出在晶種膜25和Cu鍍膜24之間有界面，但是由于是使晶種膜 25成長(zhǎng)而形成Cu鍍膜24，所以有時(shí)會(huì)有在晶種膜25和Cu鍍膜24之間沒有明確的界面的 情況。準(zhǔn)備襯底31 (圖3A)。襯底31成為第二襯底。襯底31可以使用實(shí)施方式1所示 的襯底。但是，優(yōu)選使用具有耐下述的熱處理的溫度以上的耐熱性的襯底。在襯底31上利用蒸鍍、濺射、CVD等已知方法以IOnm至300nm的厚度形成金屬膜 32(圖3幻。金屬膜32優(yōu)選使用Cu膜。在使用金屬襯底時(shí)，也可以不設(shè)置金屬膜32。單晶硅襯底21和襯底31配置為使Cu鍍膜24和金屬膜32彼此相對(duì)(圖3B)，使 用熱壓機(jī)進(jìn)行熱壓合(圖3C)。熱壓合在如下條件下進(jìn)行，即150°C以上且300°C以下，并且 0. 5MPa以上且20MPa以下?；蛘撸瑹釅汉显谌缦聴l件下進(jìn)行，即150°C以上且低于第一襯底 及第二襯底的耐熱溫度，并且2. OMPa以上且20MPa以下。設(shè)定為300°C以下是因?yàn)槿缦率?那樣，通過進(jìn)行400°C以上的熱處理，使單晶硅襯底21的一部分剝離的緣故。此外，熱壓合 可以進(jìn)行5分鐘至4個(gè)小時(shí)。在完成接合后，從熱壓機(jī)取出彼此接合的單晶硅襯底21和襯底31。接著，進(jìn)行 400°C以上的熱處理。通過進(jìn)行熱處理，使在脆弱層22中形成的微小的空洞的體積變化。通 過該體積變化以脆弱層22附近為邊界剝離單晶硅襯底21的一部分，而在第二襯底31上隔 著金屬膜32、Cu鍍膜24以及阻擋膜26以50nm至200nm的厚度形成單晶硅膜33 (圖4A)。熱處理可以使用加熱爐如擴(kuò)散爐或電阻加熱爐等、快速熱退火(RTA)裝置、微波 加熱裝置等。熱處理的溫度設(shè)定為400°C以上且低于單晶硅襯底21的耐熱溫度以及襯底 31的耐熱溫度。例如，在單晶硅襯底21、襯底31使用玻璃襯底時(shí)，以400°C以上且650°C以 下，處理時(shí)間為0. 5小時(shí)至5小時(shí)進(jìn)行熱處理。由于單晶硅襯底33的表面具有缺陷和較大的凹凸，所以也可以利用激光照射、 CMP等減少缺陷，而使其表面平坦化(圖4B)。如上述那樣，由于單晶硅襯底21為ρ型，所以單晶硅膜33為ρ型。在ρ型單晶硅 襯底33上以50nm至200nm的厚度形成i型單晶硅襯底34，在i型單晶硅襯底34上以50nm 至200nm的厚度形成η型的單晶硅膜35 (圖4C)。在實(shí)施方式2中，利用固相成長(zhǎng)(固相外延成長(zhǎng))或氣相成長(zhǎng)(氣相外延成長(zhǎng)) 等的外延成長(zhǎng)技術(shù)形成i型單晶硅膜34、η型單晶硅膜35。首先，在ρ型單晶硅膜33上，利用CVD法等形成i型非晶硅膜或i型結(jié)晶硅膜。使 i型非晶硅膜或i型結(jié)晶硅膜固相成長(zhǎng)來形成i型單晶硅膜34。在i型單晶硅膜34上利用CVD法等形成η型非晶硅膜或η型結(jié)晶硅膜。使η型 非晶硅膜或η型結(jié)晶硅膜固相成長(zhǎng)來形成η型單晶硅膜35。進(jìn)行固相成長(zhǎng)的熱處理使用上述RTA、爐、高頻產(chǎn)生裝置等的熱處理裝置。i型單晶硅膜34及η型單晶硅膜35的形成方法不限于上述方法。例如，可以利用 CVD法等形成非晶硅膜或結(jié)晶硅膜，并照射激光而形成單晶硅膜。在η型單晶硅膜35上形成電極層36 (圖5)。由于將電極層36 —側(cè)用作光入射 面，所以電極層36使用透明導(dǎo)電材料，利用濺射法或真空蒸鍍法形成。作為透明導(dǎo)電材料， 例如可以使用氧化銦錫合金、氧化鋅、氧化錫、氧化銦鋅合金等金屬氧化物。電極層36的從上面看的形狀可以形成為梳形(圖1A)或格子狀。利用CVD法等使用氧化硅膜等形成鈍化膜37 (圖5)。將該鈍化膜37用作保護(hù)膜 及抗反射膜。在鈍化膜37中形成接觸孔，利用蒸鍍法、光刻法等形成電連接到金屬膜32的布線 38以及電連接到電極層36的布線39(圖5)。在利用印刷法、液滴噴射法等形成布線38、39 時(shí)，不需要光掩模。根據(jù)需要形成布線38、布線39以及鈍化膜37。通過上述步驟，可以實(shí)現(xiàn)如下半導(dǎo)體裝置，其中在金屬襯底或形成有金屬膜的襯 底上形成有具有高導(dǎo)電率的Cu鍍膜，并在該Cu鍍膜上形成有單晶硅膜。Cu鍍膜的表面的 凹凸大于利用濺射法、蒸鍍法等形成的金屬膜的表面的凹凸，要使Cu鍍膜與對(duì)置襯底接合 很困難，但是通過本發(fā)明的制造方法可以實(shí)現(xiàn)該接合。
此外，由于在鍍Cu時(shí)是將單晶硅襯底浸在鍍液中，所以第二襯底不會(huì)接觸到鍍 液。作為單晶硅襯底21應(yīng)用了 ρ型單晶硅襯底，但是也可以使用η型單晶硅襯底。在 此情況下，單晶硅膜33為η型單晶硅膜，而單晶硅膜35為ρ型單晶硅膜。此外，也可以使 用i型單晶硅膜。注意，實(shí)施方式2可以與實(shí)施方式1適當(dāng)?shù)亟M合。實(shí)施例1在實(shí)施例1中參照?qǐng)D6A至8示出半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中包括如下步驟將 具有Cu鍍膜的第一襯底與形成有金屬膜的第二襯底熱壓合；隔著Cu鍍膜和金屬膜將第一 襯底與第二襯底接合。在單晶硅襯底的第一襯底1上利用濺射法以25nm至IOOnm的厚度形成Ti膜、氮 化鈦膜或氮化鉭膜作為阻擋膜4。在阻擋膜4上利用濺射法以IOOnm至200nm的厚度形成Ni膜、Ag-Pd-Cu合金膜 或Cu膜作為晶種膜3(圖6A)。在晶種膜3上形成Cu鍍膜。Cu鍍膜的形成有預(yù)處理、鍍處理、后處理的步驟。對(duì)預(yù)處理進(jìn)行說明。在使用磷酸_有機(jī)化合物_水的混合溶液對(duì)形成有晶種膜3、 阻擋膜4的第一襯底1進(jìn)行5分鐘至10分鐘的處理，然后使用純水清洗。接著，使用10% 鹽酸進(jìn)行5分鐘至10分鐘的處理，然后使用純水清洗。對(duì)鍍處理進(jìn)行說明。在此使用電鍍處理。作為鍍液使用MICR0FAB(注冊(cè)商標(biāo)) Cu300 (日本電鍍工程股份有限公司(Electroplating Engineers of Japan Ltd.)制造)。 Cu300包含H2S04、CuSO4(II)以及添加劑。在鍍液中設(shè)置陽(yáng)極和陰極，并將陽(yáng)極和陰極連接 到直流電源。作為陽(yáng)極設(shè)置含磷銅，而作為陰極設(shè)置第一襯底1。電流密度為IA至5A/dm2， 在室溫下進(jìn)行鍍處理。以IOOnm至1 μ m的厚度形成Cu鍍膜2。在鍍處理后，從鍍液中取出 第一襯底1。對(duì)后處理進(jìn)行說明。使用純水、10%硫酸以及草酸對(duì)第一襯底1進(jìn)行超聲波清 洗。通過上述步驟，形成Cu鍍膜2 (圖6A)。雖然圖6A示出在晶種膜3和Cu鍍膜2之 間有界面，但是由于是使晶種膜3成長(zhǎng)而形成Cu鍍膜2，所以有時(shí)會(huì)有在晶種膜3和Cu鍍 膜2之間沒有明確的界面的情況。
另一方面，第二襯底11使用玻璃襯底。在實(shí)施例1中，使用具有1mm以下的厚度 的AN100(旭硝子社制造，歪點(diǎn)大約為670°C )。在第二襯底11上利用濺射法以lOOnm至 200nm的厚度形成Cu膜作為金屬膜12 (圖6B)。使用熱壓機(jī)將第一襯底1與第二襯底11熱壓合。在熱壓機(jī)的下一側(cè)的熱板50上配置第一襯底1和第二襯底11。Cu鍍膜2與Cu 膜彼此相對(duì)而配置(圖7A)。熱板50和熱板51連接到加熱裝置(未圖示)。使熱板50上升，使用上一側(cè)的熱板51和下一側(cè)的熱板50將第一襯底1與第二襯 底11熱壓合(圖7B)。壓力為2MPa至20MPa，溫度為室溫至300°C，熱壓合時(shí)間為0. 25小 時(shí)至3. 5小時(shí)。圖8示出熱壓合的結(jié)果?？v軸是熱壓合時(shí)的壓力(Pa)，而橫軸是溫度CC )，圓圈 符號(hào)示出能夠使第一襯底1與第二襯底11實(shí)現(xiàn)接合的情況，而叉符號(hào)示出不能實(shí)現(xiàn)接合的 情況。在150°C至300°C、2MPa以上且20MPa以下可以使第一襯底1與第二襯底11實(shí)現(xiàn)接 合。通過進(jìn)行0. 25小時(shí)以上的熱壓合，可以使這些襯底彼此接合。此外，在溫度為100°C以 下不能實(shí)現(xiàn)接合。另外，因熱壓機(jī)的關(guān)系而將壓力的下限值設(shè)定為2MPa，但是只要壓力為 0. 5MPa以上就可以實(shí)現(xiàn)接合。此外，雖然圖7B示出在金屬膜12和Cu鍍膜2之間有界面，但是在金屬膜12和Cu 鍍膜2都是由同一金屬(Cu)形成的情況下，有時(shí)會(huì)有金屬膜12和Cu鍍膜2之間沒有明確 的界面的情況。實(shí)施例2在實(shí)施例2中，在第二襯底11上利用濺射法形成Al-Nd膜或Ag-Pd-Cu合金膜作 為金屬膜12。其他條件與實(shí)施例1同樣。在150°C至300°C、2MPa以上且20MPa以下可以使第一襯底1與第二襯底11實(shí)現(xiàn) 接合。另外，因熱壓機(jī)的關(guān)系而將壓力的下限值設(shè)定為2MPa，但是只要壓力為0. 5MPa以上 就可以實(shí)現(xiàn)接合。實(shí)施例3在實(shí)施例3中，參照?qǐng)D9A至12B示出如下步驟將從氫氣體產(chǎn)生的離子摻雜到單 晶硅襯底的第一襯底的整個(gè)表面上，而在單晶硅襯底中形成脆弱層；在單晶硅襯底上形成 阻擋膜；在阻擋膜上形成Cu鍍膜；準(zhǔn)備形成有金屬膜的襯底的第二襯底；將Cu鍍膜和金屬 膜熱壓合，隔著Cu鍍膜和金屬膜將單晶硅襯底與第二襯底接合；利用熱處理從脆弱層剝離 單晶硅襯底的一部分，而在第二襯底上隔著Cu鍍膜和金屬膜形成單晶硅膜。將從H2氣體產(chǎn)生的離子23摻雜到單晶硅襯底21，而形成脆弱層22 (圖9A)。H2氣 體的流量為50SCCm，加速電壓為80kV，電流密度為5ii A/cm2，劑量為2. 0 X 1016cm_2。單晶硅 襯底21中的氫離子濃度大約為2.0X1021cm_3。在單晶硅襯底21上利用濺射法以25nm的厚度形成氮化鉭膜或氮化鈦膜作為阻擋 膜26。在阻擋膜26上利用濺射法形成Cu膜或Ni膜作為晶種膜25。以200nm的厚度形 成Cu膜，而以lOOnm的厚度形成Ni膜。使用實(shí)施例1所示出的方法和材料，在晶種膜25上以1 i! m的厚度形成Cu鍍膜 24。電流密度為2A/dm2，并在室溫下進(jìn)行鍍處理(圖9B)。此外，因?yàn)槭鞘咕ХN膜25成長(zhǎng)而形成Cu鍍膜24，所以有時(shí)會(huì)有晶種膜25和Cu鍍膜24之間沒有明確的界面的情況。作為襯底31，使用玻璃襯底AN100 (旭硝子社制造)。與實(shí)施例1同樣地利用濺射法在玻璃襯底上以lOOnm至200nm的厚度形成Cu膜 作為金屬膜32。在熱壓機(jī)的下一側(cè)的熱板50上將單晶硅襯底21與玻璃襯底配置為使Cu鍍膜24 與Cu膜彼此相對(duì)。熱板50和熱板51連接到加熱裝置(未圖示)。使熱板50上升，使用上 一側(cè)的熱板51和下一側(cè)的熱板50將單晶硅襯底21與玻璃襯底熱壓合(圖9C)。在150°C、 2MPa以上且20MPa以下進(jìn)行熱壓合。由此，能夠使單晶硅襯底21與玻璃襯底實(shí)現(xiàn)接合(圖 10A)。因熱壓機(jī)的關(guān)系而將壓力的下限值設(shè)定為2MPa，但是只要壓力為0. 5MPa以上就可 以實(shí)現(xiàn)接合。此外，由于金屬膜32與Cu鍍膜24都是由同一 Cu形成，所以有時(shí)會(huì)有金屬膜 32和Cu鍍膜24之間沒有明確的界面的情況。在熱壓合后，從熱壓機(jī)取出接合的單晶硅襯底21和玻璃襯底，在加熱爐中進(jìn)行 400°C以上、2小時(shí)至4小時(shí)的熱處理。以脆弱層附近為邊界剝離單晶硅襯底21的一部分， 而可以在玻璃襯底上隔著Cu膜及Cu鍍膜24以50nm至200nm的厚度形成單晶硅膜33 (圖 10B)。圖11A示出以25nm的厚度形成氮化鉭膜作為阻擋膜26，以200nm的厚度形成Cu 膜作為晶種膜25，在150°C且lOMPa下進(jìn)行熱壓合，然后進(jìn)行600°C、2小時(shí)的熱處理，剝離 單晶硅襯底21的一部分來形成單晶硅膜33的玻璃襯底。在玻璃襯底上形成有單晶硅膜 33。在玻璃襯底的周邊觀察到Cu膜。使用透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope :TEM)觀察該形成有 單晶硅膜33的玻璃襯底的截面，確認(rèn)到在Cu膜上形成有單晶硅膜33 (圖11B)。此外，沒能 觀察到晶種膜25、Cu鍍膜24、金屬膜32的界面。圖12A示出以25nm的厚度形成氮化鈦膜作為阻擋膜26，以lOOnm的厚度形成Ni 膜作為晶種膜25，在350°C且2MPa下進(jìn)行熱壓合，然后進(jìn)行400°C、2小時(shí)的熱處理，并進(jìn)一 步進(jìn)行600°C、4小時(shí)的熱處理，剝離單晶硅襯底21的一部分來形成單晶硅膜33的玻璃襯 底。在玻璃襯底上形成有單晶硅膜33。在玻璃襯底的周邊觀察到Cu膜。使用TEM觀察該形成有單晶硅膜33的玻璃襯底的截面，確認(rèn)到在Cu膜上形成有 單晶硅膜33 (圖12B)。此外，沒能觀察到晶種膜25、Cu鍍膜24、金屬膜32的界面。本說明書根據(jù)2009年5月2日在日本專利局受理的日本專利申請(qǐng)編號(hào) 2009-112367而制作，所述申請(qǐng)內(nèi)容包括在本說明書中。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體裝置，包括具有用作電極的表面的襯底；所述襯底上的銅(Cu)鍍膜；所述Cu鍍膜上的阻擋膜；所述阻擋膜上的單晶硅膜；以及所述單晶硅膜上的電極層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，還包括 所述襯底上的晶種膜，其中使所述晶種膜成長(zhǎng)而形成所述Cu鍍膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述襯底是金屬襯底或設(shè)置有金屬膜的襯底。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述金屬襯底是Cu襯底，并且所述設(shè)置有 金屬膜的襯底是設(shè)置有Cu膜的玻璃襯底。
5.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的光電轉(zhuǎn)換裝置。
6.一種太陽(yáng)能電池，包括 具有用作電極的表面的襯底； 所述襯底上的銅(Cu)鍍膜； 所述Cu鍍膜上的阻擋膜； 所述阻擋膜上的光電轉(zhuǎn)換層；以及 所述光電轉(zhuǎn)換層上的電極層， 其中，所述光電轉(zhuǎn)換層由硅膜形成， 并且，所述電極層由透明導(dǎo)電材料形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽(yáng)能電池，還包括 所述襯底上的晶種膜，其中使所述晶種膜成長(zhǎng)而形成所述Cu鍍膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽(yáng)能電池，其中所述襯底是金屬襯底或設(shè)置有金屬膜的襯底。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽(yáng)能電池，其中所述金屬襯底是Cu襯底，并且所述設(shè)置有 金屬膜的襯底是設(shè)置有Cu膜的玻璃襯底。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽(yáng)能電池，其中所述透明導(dǎo)電材料由選自氧化銦錫合金、 氧化鋅、氧化錫、氧化銦鋅合金中的任一種形成。
11.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟將從氫氣體產(chǎn)生的離子摻雜到單晶硅襯底的表面，而在所述單晶硅襯底中形成脆弱層；在所述單晶硅襯底上形成阻擋膜； 在所述阻擋膜上形成銅(Cu)鍍膜； 準(zhǔn)備金屬襯底；通過將所述Cu鍍膜和所述金屬襯底熱壓合，來隔著所述Cu鍍膜將所述單晶硅襯底與 所述金屬襯底接合；利用熱處理沿著所述脆弱層剝離所述單晶硅襯底的一部分，而在所述金屬襯底上隔著 所述Cu鍍膜形成單晶硅膜；以及 在所述單晶硅膜上形成電極層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述熱壓合在150°C以上且 300°C以下、0. 5MPa以上且20MPa以下進(jìn)行。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，還包括如下步驟 在所述阻擋膜上形成晶種膜；其中，使該晶種膜成長(zhǎng)而形成所述Cu鍍膜。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述金屬襯底是Cu襯底。
15.一種使用根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法。
16.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟將從氫氣體產(chǎn)生的離子摻雜到單晶硅襯底的表面，而在所述單晶硅襯底中形成脆弱層；在所述單晶硅襯底上形成阻擋膜； 在所述阻擋膜上形成銅(Cu)鍍膜； 準(zhǔn)備設(shè)置有金屬膜的襯底；通過將所述Cu鍍膜和所述金屬膜熱壓合，來隔著所述Cu鍍膜和所述金屬膜將所述單 晶硅襯底與所述設(shè)置有金屬膜的襯底接合；利用熱處理沿著所述脆弱層剝離所述單晶硅襯底的一部分，而在所述設(shè)置有金屬膜的 襯底上隔著所述Cu鍍膜和所述金屬膜形成單晶硅膜；以及 在所述單晶硅膜上形成電極層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述熱壓合在150°C以上且 300°C以下、0. 5MPa以上且20MPa以下進(jìn)行。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，還包括如下步驟 在所述阻擋膜上形成晶種膜；其中，使該晶種膜成長(zhǎng)而形成所述Cu鍍膜。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述設(shè)置有金屬膜的襯底是 設(shè)置有Cu膜的玻璃襯底。
20.一種使用根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種有關(guān)半導(dǎo)體裝置的電極或具有接合工序的半導(dǎo)體裝置的制造方法，本發(fā)明要解決的問題是(1)由于使用Al電極而使半導(dǎo)體裝置具有高電阻；(2)Al與Si會(huì)形成合金；(3)利用濺射法形成的膜具有高電阻；(4)在接合工序中，若接合面的凹凸較大則發(fā)生接合不良。本發(fā)明的一種方式是一種半導(dǎo)體裝置，包括金屬襯底或形成有金屬膜的襯底；利用熱壓合法與金屬襯底或金屬膜接合的金屬襯底或金屬膜上的銅(Cu)鍍膜；Cu鍍膜上的阻擋膜；阻擋膜上的單晶硅膜；單晶硅膜上的電極層。
文檔編號(hào)H01L31/20GK101877366SQ20101017162
公開日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月2日
發(fā)明者下村明久, 丸山純矢, 大島浩平, 藤井照幸 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所