DE3016310C2

DE3016310C2 -

Info

Publication number: DE3016310C2
Application number: DE3016310A
Authority: DE
Inventors: Lawrence Short Hills N.J. Us Hill; Dennis Garbis; Robert Long Island N.Y. Us Heller
Original assignee: General Instrument Corp
Current assignee: General Semiconductor Inc
Priority date: 1979-05-10
Filing date: 1980-04-28
Publication date: 1988-08-11
Also published as: GB2048232A; JPS55149115A; FR2456070A1; GB2048232B; FR2456070B1; JPS5716921B2; US4238436A; CA1125028A; DE3016310A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von polykristallinem Silizium, sowie einen kohlenstoffbeschichteten Träger zur Durch führung dieses Verfahrens.

Schichten aus polykristallinem Silizium werden für zahlreiche Anwendungs fälle benötigt, beispielsweise zur Herstellung von Solarzellen oder foto elektrischen Elementen. Wegen des großen Bedarfs von Siliziumschichten für Solarzellen wäre es wünschenswert, derartige Siliziumschichten mög lichst wirtschaftlich herzustellen. Eine Schwierigkeit bei der Herstellung besteht insbesondere darin, daß es bei der Ausbildung einer derartigen Siliziumschicht auf einem ausreichend gut polierten und relativ teuren Träger nicht ohne weiteres möglich ist, die Siliziumschicht von dem Träger abzutrennen. Insbesondere kann der Träger allenfalls dann erneut verwendet werden, wenn vorher eine aufwendige Reinigung und Politur durchgeführt wird.

Um Schwierigkeiten dieser Art zu überwinden, wurden von der Anmelderin Versuche durchgeführt, die in der folgenden Beschreibung auch Substratkörper genannten Träger mit einer Oxid-, Nitrid- oder Oxynitrid-Schicht zu versehen und dann die Siliziumschicht direkt auf der Oberseite der Beschichtung auszubilden. Dieses Verfahren hat sich nicht als zufriedenstellend erwiesen, da die Siliziumschicht stark an der Be schichtung anhaftet und es ohne Beschädigung der Siliziumschicht und der Beschichtung praktisch nicht möglich ist, die Siliziumschicht zu ent fernen.

Bekanntlich kann auf einer dicken Schicht aus Kunststoff über einem Sub stratkörper gewachsenes Germanium verhältnismäßig leicht von einem Sustratkörper aus Quarz getrennt werden. Entsprechende Versuche mit einem Substratkörper aus Silizium zur Herstellung einer Siliziumschicht auf der Kohlenstoffschicht haben gezeigt, daß zwar eine verhältnismäßig einfache Abtrennung der Siliziumschicht möglich ist, wenn die Kohlen stoffschicht praktisch keine Oberflächendefekte in Form von Poren aufweist, daß aber eine im wesentlichen porenfreie Kohlenstoffschicht nur dann hergestellt werden kann, wenn die Kohlenstoffschicht so dick ausgebildet wird, daß eine ausreichend ebene Ausbildung der Oberfläche nicht erzielt werden kann. Ferner ist eine derartige Herstellung nicht ausreichend wirtschaftlich, weil wegen des Wachsens eine verhältnis mäßig große Energiezufuhr zum Erhitzen erforderlich ist. Da ferner ein verhältnismäßig großer Aufwand zur Entfernung der Kohlenstoffschicht erforderlich ist, wäre ein derartiges Verfahren zur Durchführung einer Massenproduktion nicht geeignet.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein wirtschaftlich durchführbares und für eine Massenproduktion geeignetes Verfahren zur Herstellung von polykristallinem Silizium anzugeben, bei dem eine möglichst einfache Ab trennung nach Herstellung einer Siliziumschicht möglich ist, sowie einen zur Durchführung dieses Verfahrens geeigneten kohlenstoffbeschichteten Träger anzugeben, der wiederholt zur Herstellung derartiger Sili ziumschichten verwendbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung von polykristalli nem Silizium erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung dieses Verfahrens sowie ein kohlen stoffbeschichteter Träger zur Durchführung des Verfahrens sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Praktische Erprobungen haben gezeigt, daß eine entsprechend diesem Ver fahren aufgebrachte Siliziumschicht verhältnismäßig einfach abgetrennt werden kann, beispielsweise durch Verwendung von einer oder mehreren dünnen Messerklingen, die im wesentlichen zwischen der Siliziumschicht und der Basisbeschichtung eingeschoben werden können. Ferner hat es sich gezeigt, daß es ohne wesentliche Schwierigkeiten möglich ist, die an der Basisbeschichtung anhaftende Kohlenstoffschicht zu entfernen, so daß eine mehrfache Verwendung des Substratkörpers möglich ist, bevor auch die Basisbeschichtung erneuert werden muß. Auch eine Entfernung von restlichen an der Siliziumschicht anhaftendem Kohlenstoff kann ohne weiteres erfolgen. Daß die Kohlenstoffschicht frei von Defekten und Kratzern ist, soll ferner besagen, daß sie möglichst wenige Oberflächen defekte in Form von Poren oder Kratzern aufweist.

Vorzugsweise wird die Kohlenstoffschicht dadurch aufgebracht, daß die betreffenden Oberflächen der Basisbeschichtung mit Hilfe der rußenden Flamme von entzündetem Xylol aufgebracht wird. Die Kohlenstoffschicht kann auch dadurch aufgebracht werden, daß die betreffende Oberfläche erhitzt und Xylol ausgesetzt wird.

Als Substratkörper findet vorzugsweise ein Siliziumkörper mit einer fein polierten Oberfläche Verwendung. Bei der Ausbildung der Kohlenstoff schicht ist ferner darauf zu achten, daß sie eine möglichst gleichförmige Dicke besitzt.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Substratkörpers zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung, der eine aufgebrachte Basis beschichtung aufweist;

Fig. 2 eine entsprechende Schnittansicht des Substratkörpers nach dem Aufbringen der Kohlenstoffschicht;

Fig. 3 eine entsprechende Schnittansicht des Substratkörpers in Fig. 2 nach dem Aufbringen der Siliziumschicht;

Fig. 4 eine Fig. 3 entsprechende Schnittansicht zur Erläuterung der Ent fernung der aufgebrachten Siliziumschicht; und

Fig. 5 eine Fig. 4 entsprechende Ansicht der Siliziumschicht nach deren Entfernung von dem Substratkörper und nach der Entfernung von restlichem Kohlenstoff.

Fig. 1 zeigt einen Sustratkörper 10 in Form eines Siliziumplättchens. Der Substratkörper hat eine ebene Oberfläche 12 und eine ebene Seitenfläche 14, die beide feinpoliert sind. Es ist nicht unbedingt erforderlich, auch die Unterseite 16 des Substratkörpers zu polieren. Der Substratkörper hat im wesentlichen eine gleichförmige Dicke von etwa 250 bis 1000 µm und kann einen an sich beliebigen Durchmesser von beispielsweise 15 cm haben.

Auf die Oberfläche 12 und vorzugsweise auch auf die Seitenfläche 14 wird eine Basisbeschichtung 20 aufgebracht. Insbesondere wenn der Substratkörper 10 Dotierstoffe enthält, ist es zweckmäßig, ihn vollständig durch die Basis beschichtung 20 einzukapseln. Die Basisbeschichtung 20 ist vorzugsweise frei von Oberflächendefekten, worunter Poren und Kratzer zu verstehen sind, und hat eine gleichmäßige Dicke von etwa 2000 bis 4000 Å. Das Ma terial der Basisbeschichtung 20 besteht aus einer Oxid-, Nitrid- oder Oxynitrid- Verbindung. Verfahren zum Aufbringen einer derartigen Beschichtung auf einen Substratkörper sind aus der einschlägigen Fachliteratur bekannt (z. B. J. Electrochem. Soc., Band 125, Nr. 9, September 1978, Seiten 1525 bis 1529). Von der Oberfläche 22, 24 der Basisbeschichtung 20 kann eine darauf ange brachte Kohlenstoffschicht verhältnismäßig leicht entfernt werden. Durch die Basisbeschichtung 20, durch die der Substratkörper 10 abgekapselt wird, wird auch die herzustellende Siliziumschicht beim Aufwachsen davor geschützt, daß keine Gase aus dem Substratkörper unter den Bedingungen austreten können, bei denen das Aufwachsen erfolgt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird auf die Oberfläche der Basisbeschichtung 20 eine Kohlenstoffschicht 30 aufgebracht. Bei der Aufbringung ist darauf zu achten, daß diese Kohlenstoffschicht möglichst keine Oberflächendefekte in Form von Poren und Kratzern aufweist. Die Kohlenstoffschicht 30 wird vorzugsweise auch auf den Seitenflächen der Basisbeschichtung 20 aufgetragen. Die Kohlenstoffschicht 30 besitzt vorzugsweise eine gleichförmige Dicke, so daß sie eine ebene Oberfläche 32 aufweist, auf welcher die Siliziumschicht aufgewachsen werden soll. Dies gilt auch für die Seitenflächen 34, auf die ebenfalls polykristallines Silizium aufgebracht werden kann. Die Kohlen stoffschicht 30 ist extrem dünn und hat eine Dicke zwischen 12 und 380 µm. Wenn die Kohlenstoffschicht zu dick ist, wird zuviel Energie zum Aufheizen auf eine Temperatur benötigt, die für eine chemische Bedamp fung mit polykristallinem Silizium erforderlich ist. Bei zu großer Dicke der Kohlenstoffschicht wäre es ferner schwierig, die Oberfläche 32 mit gleichförmiger Dicke auszubilden. Wenn andererseits die Kohlenstoffschicht 30 zu dünn ist, besteht die Gefahr einer Porenbildung, durch die die Ab trennung der herzustellenden Siliziumschicht erheblich erschwert würde, wie im folgenden noch näher erläutert werden soll.

Unterschiedliche Verfahren zur Ausbildung einer derartigen Kohlenstoffschicht 30 sind aus der Fachliteratur bekannt. Beispielsweise kann die rußende Flamme von reinem Xylol verwendet werden. Der Substratkörper kann dabei auf seiner Unterseite 16 durch eine Vakuum-Einspannvorrichtung gehaltert werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß der Substratkörper einer Strömung aus einem Xylol enthaltenden inerten Trägergas ausgesetzt wird und eine Erhitzung auf eine ausreichende Temperatur erfolgt, um eine pyrolytische Kohlenstoffbildung zu erzielen. Ferner kann die betreffende Oberfläche in Grafitpulver eingetaucht werden oder es kann eine Besprühung mit einer Kohlenstoffemulsion oder das Auftragen einer Grafitlösung erfolgen. Wie bereits erwähnt wurde, ist in allen Fällen darauf zu achten, daß die Kohlen stoffschicht 30 möglichst keine Oberflächendefekte in Form von Poren oder Kratzern aufweist, und daß keine nachteilige Verseuchung durch Stoffe er folgt, die beispielsweise in der Emulsion oder in den betreffenden Lösungen enthalten sind. Ferner muß eine ausreichende Anhaftung an der Ober fläche der Basisbeschichtung 20 erzielt werden, so daß bei den Verfahren auftretende Gasströmungen die Kohlenstoffschicht nicht wegblasen können.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, wird dann eine Siliziumschicht 40 aus poly kristallinem Silizium auf die Oberfläche 32 der Kohlenstoffschicht 30 mit Hilfe auf dem Gebiet der Epitaxie bekannter Verfahren durch chemische Bedampfung aufgebracht (Journal of Material Sciences, 12, Chapman & Hall Ltd., 1977, Seiten 1285 bis 1306). Die Siliziumschicht 40 kann sich nach un ten über die Seitenfläche 34 der Kohlenstoffschicht erstrecken und weist in diesem Bereich eine geringere Dicke auf. Die Dicke der Siliziumschicht 40 beträgt auf der Oberseite 32 der Kohlenstoffschicht zwischen 250 und 750 µm. Wenn die Siliziumschicht dünner ist, besteht die Gefahr, daß sich die Schicht verwirft oder bricht, wenn sie von dem Substratkörper entfernt wird. Die Ausbildung dickerer Siliziumschichten hätte zur Folge, daß es dann sehr schwierig ist, eine ausreichend gleichförmige Dicke der Siliziumschicht zu erzielen und daß dadurch außerdem die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beeinträchtigt wird.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, kann die Siliziumschicht 40 beispielsweise durch mehrere dünne Messerklingen 50 abgetrennt werden, die zwischen der Unter seite 52 der Siliziumschicht 40 und der Oberseite der Basisbeschichtung 20 eingeschoben werden und eine Dicke von etwa 12 µm haben können. Die Messerklingen werden vorzugsweise direkt unter der Unterseite 52 der Sili ziumschicht 40 eingesetzt. Die Stelle zum Einsetzen ist in einfacher Weise zu erkennen, weil die Siliziumschicht 40 grau ist, während die Kohlenstoff schicht 30 schwarz ist. Die Durchführung der Abtrennung wird auch dadurch begünstigt, daß die Dicke der Siliziumschicht entlang den Seitenflächen des Substratkörpers verhältnismäßig dünn ist.

Es können auch andere an sich bekannte Verfahren zum Abtrennen der Siliziumschicht 40 verwendet werden, beispielsweise durch die Anwendung von Ultraschall oder durch rasches Abkühlen mit flüssigem Stickstoff oder durch schnelles Erhitzen. Die Durchführung derartiger Verfahren zum Ab trennen ist insbesondere deshalb möglich, weil wegen des Vorhandenseins der Kohlenstoffschicht 30 die Siliziumschicht praktisch nicht an der Basis beschichtung 20 anhaftet.

Bei Anwendung eines der genannten Verfahren zum Abtrennen der Silizium schicht 40 von der Basisbeschichtung 20 verbleibt normalerweise ein gewis ser Bereich 30 a der durchtrennten Kohlenstoffschicht 30, der an der Unter seite 52 der Siliziumschicht 40 anhaftet, sowie ein Bereich 30 b, der an der Seitenfläche der Basisbeschichtung anhaftet. Der an der Siliziumschicht an haftende Bereich 30 a der Kohlenstoffschicht kann durch Sandstrahlen oder durch eine Säure entfernt werden, beispielsweise durch Eintauchen in Essig säure, Salpetersäure oder Fluorwasserstoffsäure. Der verbleibende Kohlenstoff kann auch durch Abschleifen, Ultraschall oder durch sonstige bekannte Ver fahren von der Siliziumschicht entfernt werden. Damit ist die herzustellende Siliziumschicht fertiggestellt.

Der an der Seitenfläche anhaftende Bereich 30 b der Kohlenstoffschicht ist durch eine dünne Siliziumschicht abgedeckt. Diese dünne seitliche Silizium schicht kann beispielsweise sorgfältig abgeschabt werden, so daß die Seiten fläche 24 der Basisbeschichtung nicht beschädigt wird. Die restliche Kohlen stoffschicht kann mit Hilfe einer weichen Bürste oder durch Waschen mit entionisiertem Wasser entfernt werden, wobei ebenfalls darauf zu achten ist, daß die Basisbeschichtung 20 nicht beschädigt wird. Der Substratkörper ist dann nach dem Aufbringen der Kohlenstoffschicht 30 erneut zur Durch führung des beschriebenen Verfahrens gemäß der Erfindung verwendbar. Es wurde festgestellt, daß das beschriebene Verfahren zur Herstellung einer Siliziumschicht häufig unter Verwendung desselben Substratkörpers mit der Basisbeschichtung 20 wiederholt werden kann, wodurch das Verfahren sehr wirtschaftlich wird, weil sich die Kosten für den mit der Basisbeschichtung versehenen Substratkörper entsprechend aufteilen. Sobald die Basisbeschichtung 20 aufgrund wiederholter Benutzung zerkratzt oder sonstwie beschädigt ist, ist es verhältnismäßig einfach und billig, die beschädigte Basisbeschichtung zu entfernen und durch eine neue Basisbeschichtung 20 zu ersetzen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von polykristallinem Silizium, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen Träger (10) mit einer ebenen Oberfläche (12) eine Basisbeschichtung (20) aus einer Oxid-, Nitrid- oder Oxynitrid-Verbindung auf die ebene Oberfläche (12) aufgebracht wird, daß auf diese Basisbeschichtung eine 12 bis 380 µm dicke, von Defekten und Kratzern freie Kohlenstoffschicht (30) aufgebracht wird, daß auf die Kohlenstoffschicht eine 250 bis 750 µm dicke Schicht aus polykristallinem Silizium durch chemi sche Bedampfung aufgebracht wird und daß die Silizium schicht (40) von der Basisbeschichtung entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisbeschichtung (20) auf die ebene Oberfläche (12) und eine daran angrenzende Seitenfläche (14) des Trägers (10) aufgebracht wird und daß die Kohlenstoffschicht (30) auf die mit der Basisbeschichtung (20) versehene Ober fläche (22) und die mit der Basisbeschichtung (20) ver sehene Seitenfläche (24) aufgebracht wird.

3. Kohlenstoffbeschichteter Träger zur Durchführung des Ver fahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen Träger (10) mit einer ebenen Oberfläche (12) und einer angrenzenden Seitenfläche (14) eine 2000 bis 4000 Å dicke Basisbeschichtung (20) aus einer Oxid-, Nitrid- oder Oxynitrid-Verbindung wenigstens auf die ebene Oberfläche (12) aufgebracht wurde und daß auf die Basisbeschichtung eine 12 bis 380 µm dicke, von Defekten und Kratzern freie Kohlenstoffschicht (30) aufgebracht wurde.