JP2000100738A - 結晶成長方法および、半導体装置とその製造方法 - Google Patents

結晶成長方法および、半導体装置とその製造方法

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彰志 西田
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匡希 水谷
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多孔質シリコン(Si)層上に、異常成長を
させることなく、多孔質Si層を覆い尽くす結晶Si層
をエピタキシャル成長させる方法を提供する。 【解決手段】 多孔質Si層を表面に有する基板上に、
結晶Si層をエピタキシャル成長させる。液相成長でエ
ピタキシャル成長させる場合、メルトに予め、Si原料
を高温で溶かし込んでおいて、その後、成長させるSi
基板をメルトに浸す。そして、徐々に温度を下げること
によって、メルトから析出したSiがSi基板上にエピ
タキシャル成長する。このとき、Si基板として、(1
11)面を主面にした基板を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、結晶成長方法およ
び、太陽電池などの半導体装置とその製造方法に関し、
特に多孔質半導体上にエピタキシャル半導体を成長させ
る結晶成長方法および、半導体装置とその製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】火力発電による石油の燃焼や、自動車の
エンジンによるガソリンの燃焼などにより、二酸化炭
素、窒素酸化物などの地球温暖化ガスの排出が、地球環
境の悪化させる原因になっている。また、将来の原油の
枯渇の心配もあり、クリーンなエネルギー源として、太
陽電池発電に関心が高まっている。
【0003】薄膜結晶シリコン(Si)太陽電池は発電
層が薄く、使用するSi原料が少ないので低コスト化が
できる。また、結晶Siを発電層とするので、アモルフ
ァスSiなどの太陽電池に比べて、高変換効率、低劣化
が期待できる。さらに、薄膜結晶Si太陽電池は、ある
程度曲げることができるので、自動車のボディや家電製
品や屋根瓦などの曲面部に貼って使用できる。
【0004】この薄膜結晶Si太陽電池を実現するため
に、特開平8−213645号公報は、多孔質Si層上
のエピタキシャル層を利用して、薄膜単結晶Siを分離
することを開示している。
【0005】図24は、該公報に開示された薄膜結晶S
i太陽電池を形成する方法を表す断面図である。図中、
101はSiウェハ、102は多孔質Si層、103は
+型Si層、104はp-Si層、105はn+型Si
層、106は保護膜、109,111は接着剤、11
0,112は治具である。
【0006】図24の太陽電池の製造方法では、Siウ
ェハ101の表面に陽極化成により多孔質Si層102
を形成する。その後、多孔質Si層102上にp+型S
i層(エピタキシャルSi層)103をエピタキシャル
成長させ、さらにその上にp -型Si層104とn+型S
i層105(いずれもエピタキシャルSi層)をエピタ
キシャル成長させる。そして、保護膜106を形成す
る。そして、保護膜106とSiウェハ101に、接着
剤109,111を付けて治具110,112に接着さ
せる。その後、治具110,112に引っ張り力Pを働
かせて、多孔質Si層102でSiウェハ101とエピ
タキシャルSi層103,104,105を分離する。
そして、エピタキシャルSi層103,104,105
を用いて太陽電池を形成し、Siウェハ101は再び同
様の工程に投入してコストダウンを図る。
【0007】また、特開平5−283722号公報は、
多孔質Si層上に液相成長法でエピタキシャルSi層を
成長させることを開示している。メルトとしてSnを用
い、成長前に予めSn中にSiを溶解させて飽和させて
おく。つぎに、徐冷を開始し、ある程度の過飽和状態と
なったところでウェハの多孔質表面をSn溶液に漬け、
多孔質表面上にエピタキシャルSi層を成長させてい
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、多孔質Si
層上にエピタキシャル成長をさせ、太陽電池などの半導
体装置を製造するとき、多孔質Si層上にエピタキシャ
ルSi層を一様な層状に形成し、エピタキシャルSi層
で多孔質Si層を覆い尽くすのが理想である。例えば、
前述の特開平8−213645号公報などの方法で、多
孔質Si上に、エピタキシャルSi層で覆い尽くせず多
孔質Si層が露出している部分があると、太陽電池を形
成した際に電流リークのもとになり、低変換効率しか得
られない。また、他の半導体装置でも同様にエピタキシ
ャルSi層で多孔質Si層を覆い尽くすことができなけ
れば、後の工程に支障をきたす場合がある。例えば、前
述の特開平8−213645号公報が開示している、多
孔質Si上のエピタキシャルSi層にCMOS形成をす
る際には、エピタキシャルSi層を一様に広げなければ
ならない。このため、多孔質Si層上に一様に広がった
エピタキシャル層を歩留まりよく成長させたい。
【0009】しかし、多孔質Si層上に液相成長法でエ
ピタキシャルSi層を成長させた場合、(100)面を
主面としたSiウェハを使用すると、多孔質Si上にピ
ラミッド状の異常成長がおこり、エピタキシャルSiが
多孔質Si層を覆い尽くさず、多孔質Si層が露出した
ままであることがある。
【0010】つまり、図23(a)に示す走査型電子顕
微鏡(SEM)の断面写真のように、表面にピラミッド
状の異常成長がおこる。図23(a)において、実線A
より下部は断面で、実線Aより上部は表面である。ピラ
ミッド状に見えるのは、エピタキシャルSi領域で、そ
のピラミッド状のエピタキシャルSi領域の間に、多孔
質Si層の表面が見えている。図23(b)は、図23
(a)より拡大した断面写真で、やはり実線Aより下部
は断面で、実線Aより上部は表面である。図23(b)
により、ピラミッドのすぐ下部に穴の空いた多孔質Si
層があり、エピタキシャルSiで多孔質Si層が覆いつ
くせず、表面に多孔質Si層が露出していることがよく
わかる。このような異常成長が起こると、この基板は、
その後の工程に回すことができず、製造歩留まりが悪か
った。
【0011】そこで、本発明の目的は、多孔質層上に安
定して層状のエピタキシャル半導体層を形成できる結晶
成長方法と、その結晶成長方法を応用した歩留まりのよ
い半導体装置の製造方法を提供することである。また、
製造歩留まりのいい半導体装置を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、本発明者らが鋭意努力した結果、以下の発明を得
た。すなわち、本発明の結晶成長方法は、多孔質半導体
上にエピタキシャル半導体層を形成する結晶成長方法に
おいて、前記多孔質半導体の主面は、(111)面であ
ることを特徴とする。ここで、(111)Siウェハの
表面を陽極化成することによって前記多孔質半導体を形
成するのが、望ましい。また、結晶成長に、液相成長法
を使用するのが望ましい。しかし、気相成長に、本発明
を適用してもよい。エピタキシャル半導体は、Siが望
ましいが、GaAs等の化合物半導体であってもよい。
【0013】本発明は、半導体装置の製造方法も包含す
る。すなわち本発明の半導体装置の製造方法は、半導体
基板の表面に多孔質半導体を形成し、前記多孔質半導体
上に活性層として用いるエピタキシャル半導体層を形成
する半導体装置の製造方法において、前記半導体基板の
主面は、(111)面であることを特徴とする。
【0014】また、本発明は半導体装置も包含する。す
なわち、本発明の半導体装置は、光電変換に用いる活性
層の主面が(111)面であることを特徴とする。ここ
で、前記活性層中の、一致しない任意の2本の切断線の
なす角をθとすると、|cosθ|=1/2または3
1/2/2の切断線があるのが望ましい。より望ましく
は、一致しない任意の2本のすべての切断線のなす角θ
が、|cosθ|=1/2または31/2/2を満たす。
このように、活性層を切断することで、(111)基板
のへき開性をうまく使いながら、貴重なSi原料の有効
利用ができる。この半導体装置は、太陽電池が望ましい
が、光センサーなどの一般の半導体装置も含む。
【0015】なお、本発明の効果を最も大きくするため
には、前記多孔質半導体の主面、前記半導体基板の主
面、前記活性層の主面を厳密な(111)面とすること
が好ましいが、多少主面が厳密な(111)面からずれ
ていても(例えば、市販の(111)シリコン基板を用
いた場合などでも)本発明の効果を得ることができる。
即ち、一般に(111)基板と言われているもの(厳密
には(111)面を主面としていないもの)上に多孔質
半導体層を形成した場合やかかる基板を本発明の半導体
基板や活性層として用いた場合でも本発明の範囲内であ
る。なお、主面の厳密な(111)面からのずれは、好
ましくは24′以内、より好ましくは8′以内、さらに
好ましくは3′以内である。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態について、図面
を参照し詳細に説明する。実施形態を3つ説明するが、
それぞれの実施形態に限らず、それぞれの組み合わせも
本発明の範囲である。
【0017】(実施形態1)図3は、実施形態1で製造
する太陽電池を示す模式図であり、(a)は斜視図、
(b)は断面図である。図中、21はバスバー、22は
フィンガー、23は反射防止層、24はn+Si層、2
5はp-Si層、26はp+Si層、27はSUS基板で
ある。バスバー21とフィンガー22は負極側の電極と
なる表面電極を構成し、SUS基板27は裏面電極(正
極)を構成する。n+Si層24とp-Si層25とp+
Si層26は、Si単結晶の液相成長で形成する。
【0018】図4,5は、実施形態1の単結晶太陽電池
の製造工程を表す模式的な断面図である。まず、図4
(a)のように、(111)Siウェハ28の表面に多
孔質Si層29を形成する。多孔質Si層29は、Si
ウェハ28の表面を陽極化成することによって形成でき
る。
【0019】図6は、Siウェハをフッ酸系のエッチン
グ液で陽極化成をする装置の模式的な断面図である。図
中、28はSiウェハ、31はフッ酸系のエッチング
液、32,33は金属電極、34はOリングを表す。実
施形態1では、図6(a)に示す装置を用いた。図6
(a)のように下側の金属電極32を正に、上側の金属
電極33を負にして両電極間に電圧をかけ、この電圧が
引き起こす電界がSiウェハ28の面に垂直な方向にか
かるように設置すると、Siウェハ28の上面側が多孔
質化される。なお、図6(b)の装置では、電極32、
33の電位を逆転させることにより、Siウェハ28の
両面を多孔質化することができる。
【0020】陽極化成するSiウェハ28はp型の方が
望ましいが、低抵抗ならn型でもいい。また、n型のウ
ェハでも光を照射し、ホールを生成した状態にすれば多
孔質化することができる。フッ酸系のエッチング液31
は、濃フッ酸(例えば49%HF)を用いる。陽極化成
中は、Siウェハ28から気泡が発生するので、この気
泡を効率よく取り除く目的から、界面活性剤としてアル
コールを加える場合がある。アルコールとしてメタノー
ル、エタノール、プロパノール、イソプロパノールなど
が望ましい。また、界面活性剤の代わりに攪拌器をもち
いて、攪拌しながら陽極化成をしてもいい。多孔質化す
る表面の厚さは、1〜30(μm)がいい。
【0021】以上のような工程で、図4(a)のように
多孔質Si層29をSiウェハ28上に形成した後、図
4(b)のように、単結晶のp+Si層26を液相成長
でエピタキシャル成長させる。多孔質Si層29は、穴
の開いた構造であるが、その単結晶性は維持できてい
る。このため、多孔質Si層29上のエピタキシャル成
長が可能なのである。その後、図4(c)のように、単
結晶のp-Si層25をやはり液相成長で形成する。次
に、図4(d)のように単結晶のn+Si層24を液相
成長で形成する。
【0022】その後、図4(e)のようにグリッド電極
21を、印刷などの方法でn+Si層24の表面に形成
し、同様に不図示のフィンガー22を形成する。次に、
図5(a)のように反射防止層23をグリッド電極21
とn+Si層24の上に形成する。
【0023】そして、図5(b)のように多孔質Si層
29で、太陽電池となるSi層24,25,26とSi
ウェハ28と分離する。多孔質Si層29は、Siウェ
ハ28やエピタキシャル成長させたSi部分に比べて、
脆弱な構造をしている。このため、反射防止層23の表
面にテープを貼り付けて分離したり、側方からくさび、
或いは水を細く絞って強い圧力で噴出させて”くさび”
のように使う方法で、多孔質Si層29でSiウェハ2
8と単結晶Si層24,25,26が分離できる。
【0024】そして、図5(c)のようにp+Si層2
6の下面にSUS基板27を貼り合わせると、太陽電池
のユニットセルが完成する。
【0025】図5(b)の分離工程で分離したSiウェ
ハ28は、表面の多孔質Si層29を除去した後、再び
図4(a)からの工程から繰り返し使用する。このた
め、Siウェハ28は、太陽電池のユニットセルを作製
するのに何度も使われる。望ましくは、一枚のSiウェ
ハ28を100回以上使用して、一枚のSiウェハ28
から100個以上太陽電池のユニットセルを作製する。
【0026】図2は、3槽型の液相成長装置を上部から
見た模式図である。図中、1はローディングチャンバー
(L/C)であり、2は水素アニール室、3はp+Si
層26の成長チャンバー、4はp-Si層25の成長チ
ャンバー、5はn+Si層24の成長チャンバー、6は
アンローディングチャンバー(UL/C)、13は基板
カセットの搬送系が入るコアである。7,8,9は、そ
れぞれp+Si層、p-Si層、n+Si層の成長チャン
バーへSi原料を供給する搬送室、10,11,12
は、それぞれp+Si層、p-Si層、n+Si層の成長
チャンバー用のSi原料の保管室である。
【0027】液相成長をさせるとき、まず、表面に多孔
質Si層29があるSiウェハ28を入れたウェハカセ
ット18をローディングチャンバー(L/C)1に入れ
る。そして、コア13にある搬送系を使って、ローディ
ングチャンバー(L/C)1に入った基板カセットを水
素アニール室2に移動させ、水素アニールをおこなう。
その後、ウェハカセット18をp+Si層26の成長チ
ャンバー3、p-Si層25の成長チャンバー4、n+
i層24の成長チャンバー5の順に移していき、図4
(b)〜(d)のように、p+Si層26、p-Si層2
5、n+Si層24を多孔質Si層29の表面に形成す
る。
【0028】図2のAA’断面図を図1に示す。図中、
14はメルト、15はヒーター、16はルツボ、18は
ウェハカセット、19は垂直方向の搬送系、20は水平
方向の搬送系、36は溶かし込み基板カセット、37は
溶かし込み基板である。先に説明した符号の部材は、前
述した部材と同じなので説明を省略する。
【0029】ローディングチャンバー1は、普段はゲー
トバルブ17によりコア13と外気と隔離された状態あ
る。ローディングチャンバー1は、ローディングチャン
バー1の右側のゲートバルブ17を解除しウェハカセッ
ト18を導入することができる。また、ローディングチ
ャンバー1の左側のゲートバルブ17を解除することに
より、コア13にある水平方向の搬送系20を使い、ウ
ェハカセット18をp -Si層の成長チャンバー4に移
動させることができる。
【0030】Si原料供給室11は、左側のゲートバル
ブ17を開けることにより、溶かし込み基板カセット3
6を出し入れすることができるようになっている。ま
た、右側のゲートバルブ17を解除することにより、搬
送室8にある水平方向の搬送系20’を使い、溶かし込
み基板カセット36をp-Si層の成長チャンバー4に
移動させることができる。
【0031】p-Si層の成長チャンバー4は、ウェハ
カセット18と溶かし込み基板カセット36を上下させ
る垂直方向の搬送系19を持っている。垂直方向の搬送
系19は、ルツボ16に溜めたメルト14中に、ウェハ
カセット18と溶かし込み基板カセット36を浸すこと
ができる。ヒーター15は、メルト14に高温をかける
ことにより、メルト14を液体の状態に保つ。
【0032】p+Si層の成長チャンバー3、搬送室
7、Si原料供給室10も、n+Si層の成長チャンバ
ー5、搬送室9、Si原料供給室12もその断面は、図
2と同じ構造をしている。
【0033】図7は、図2の液相成長装置を動かすシー
ケンスを表すタイムチャートである。Aは、1バッチ目
のウェハカセットの動きを表す。
【0034】1バッチ目のウェハカセット18は、最初
の20分でローディングチャンバー1にロードされ、水
素アニール室2に搬送される。水素アニール室2は、ウ
ェハカセット18の昇温に30分かけ、水素アニールを
10分おこなう。水素アニールは、水素雰囲気中で、約
1040℃でおこなう。また、水素アニール中または直
後に微量のSiH4(シラン)ガスを流し、多孔質Si
層29の表面性をよくしておいてもいい。
【0035】そして、ウェハカセット18をコア13の
水平方向の搬送系20を使いながらp+Si層の成長チ
ャンバー3に移動させて、ウェハカセット18が成長温
度になるまで、10分保持する。このとき、メルト14
が冷やされてp+Siが過飽和状態になる。ウェハカセ
ット18をp+Si層の成長チャンバー3に移動させる
前に、Si原料供給室10から搬送室7を通して、p+
Siウェハなど保持した溶かし込み基板カセット36を
高温にしたメルト14に浸し、メルト14内にp+Si
を溶かしこんでおく。メルト14の材料としては、I
n,Snなどがある。そして、垂直方向の搬送系19を
使って、ウェハカセット18をメルト14に浸し、メル
ト14の温度を徐々に下げると、多孔質Si層29の表
面上にp+Si層がエピタキシャル成長する。この成長
時間は、約10分である。
【0036】その後、ウェハカセット18をメルト14
から引き上げ、p-Si層の成長チャンバー4に移動さ
せ、同様に10分保持し、メルト14にp-Siの過飽
和をつける。このとき、同様に予めp-Si基板を保持
した溶かし込み基板カセット36を、メルト14に浸
し、p-Siをメルト14に20分溶かし込んでおく。
そして、ウェハカセット18をメルト14に浸し、メル
ト14の温度を徐々に下げると、p+Si層26の表面
上にp-Si層25がエピタキシャル成長する。この成
長時間は、約30分である。この浸せき時間で、約30
(μm)のp-Si層25が成長する。
【0037】その後、ウェハカセット18をメルト14
から引き上げn+Si層の成長チャンバー5に移動さ
せ、同様に10分保持し、メルト14にn+Siの過飽
和をつける。このとき、同様に予めn+Si基板を保持
した溶かし込み基板カセット30を、メルト14に浸
し、n+Siをメルト14に20分溶かし込んでおく。
そして、ウェハカセット18をメルト14に浸し、メル
ト14の温度を徐々に下げると、p-Si層25の表面
上にn+Si層24がエピタキシャル成長する。この成
長時間は、約10分である。
【0038】その後、ウェハカセット18をメルト14
から引き上げ、アンローディングチャンバー6に移動さ
せ、55分冷却し室温に戻した後、最後の5分でウェハ
カセット18を液相成長装置から取り出す 。
【0039】Bは、2バッチ目のウェハカセットの動き
を表す。2バッチ目のウェハカセットも図7のタイムチ
ャートどおりに移動させ、1バッチ目のウェハカセット
と同様の動きなので、説明を省略する。実施形態1の液
相成長装置によれば、60分ごとに新しいウェハカセッ
トの液相成長ができる。
【0040】実施形態1の結晶成長方法によれば、図7
の130〜140分のように、p+Si層を成長させる
チャンバー3と、n+Si層を成長させるチャンバー5
で同時に液相成長をおこなっている。また、図7の11
0〜120分のように、水素アニール室2でのアニール
処理とp-Si層を成長させるチャンバー4での成長を
同時におこなっている。さらに、図7の50〜60分の
ように、水素アニール室2でのアニール処理とp+Si
層を成長させるチャンバーでの半導体材料の溶かし込み
処理を同時におこなっている。
【0041】図8は、液相成長装置の基板カセット18
と基板カセット18に設置した(111)Siウェハ2
8の斜視図である。Siウェハ28上にエピタキシャル
成長させた太陽電池の活性層は、そのへき開方向を使っ
て、例えば図5(b)に示す分離過程の後に正6角形に
切断する。このため、切断して捨ててしまう活性層の下
部のSiウェハ28を基板カセット18で抑えて、切断
後の太陽電池の活性層に凹凸がないようにする。また、
捨ててしまう部分の成長が遮られるので、メルト中のS
iの節約にもなる。
【0042】図9は、切断する太陽電池の活性層の平面
図である。図9(a)は正六角形での切断を表し、図9
(b)は正三角形での切断を表す。(111)Siウェ
ハの主なへき開方向は、以下の6方向である。
【0043】
【数1】
【0044】これらのへき開方向を使うと、図9(a)
の点線で示すような6角形や図9(b)の点線で示すよ
うな3角形に切断しやすい。つまり、一致しない任意の
2本の切断線のなす角をθとすると、|cosθ|=1
/2または31/2/2の切断角が出やすい。この様な切
断線を使えば、(111)Siウェハ上の単結晶活性層
にバリや異常な切断線を走らせることなくきれいに切断
できる。
【0045】図9(a)のような正6角形に太陽電池を
切断した場合、図10に示すように、隙間なく太陽電池
のユニットセル43を埋めることができ一つのモジュー
ルにすることができる。このため、四角形に切断する場
合よりも、捨てる部分を少なくできるので、Si原料を
有効利用することができる。尚、モジュールを矩形にす
るためには、モジュール端部のユニット43を図10の
46のように半分に切断して、それぞれモジュール端部
に貼り付ける。
【0046】図9(b)のように3角形で切断した場合
は、三角形の外側の部分をさらに実線のように切断する
ことが好ましい。すると、図11(a)のように太陽電
池の正三角形ユニットセル44を並べたり、図11
(b)のように太陽電池の台形ユニットセル45を並べ
たりしてモジュールにすることで、Si原料を有効利用
することができる。
【0047】それ以外にも、|cosθ|=1/2また
は31/2/2の切断角を利用して、ひし形などの太陽電
池を幾何学的デザインにしながら、面積を有効利用する
ことができる。この活性層の切断方法は、多孔質Si層
上のエピタキシャル層に限らず、(111)基板を使っ
た一般の半導体装置に適用できる。
【0048】実施形態1によれば、Siウェハに(11
1)基板を使用しているので、(100)基板を使用す
る場合に比べて、多孔質層上の異常成長がなく、エピタ
キシャル層で多孔質層を覆いつくすことができる。この
ため、(100)基板を使用する場合に比べて、歩留ま
りが格段に上がり、低コストで太陽電池を製造すること
ができる。また、(111)基板のへき開方向を使っ
て、太陽電池を切断すれば、捨ててしまう活性層の面積
が少なくなり、半導体の資源を有効利用できる。
【0049】(実施形態2)実施形態2は、2槽型の液
相成長装置で太陽電池を製造する形態である。実施形態
2の太陽電池は、スルーホールを使って電極を形成す
る。図12、図13、図14は、実施形態2の太陽電池
の製造工程を表す模式的な断面図であり、図15は、実
施形態2の太陽電池の斜視図を表す。図中、40はスル
ーホール、41はAl電極、42は絶縁シート、43は
絶縁領域、44はスルーホール電極である。他の部材番
号は、以前に説明した部材と同じである。
【0050】図15のスルーホール電極44は、n+
i層24に収集された伝導電子を負電極となるSUS基
板27に移動させる役割をする。Al電極41は、p-
Si層25と接続していて、AlとSiの焼成により接
続部は、p+Si層となっている。そして、太陽電池と
して働くときは、p+Si層に収集された正孔に正電極
となるAl電極41からの電子が供給される。
【0051】実施形態2の太陽電池の製造工程について
説明する。まず、図12(a)のように(111)Si
ウェハ28上に多孔質Si層29を形成する。多孔質S
i層29の形成方法は、実施形態1と同じである。つぎ
に、図12(b)のように、多孔質Si層29上にp-
Si層25を形成する。そのつぎに、図12(c)のよ
うに、p-Si層25上にn+Si層24を形成する。
【0052】このp-Si層25とn+Si層24を形成
する工程は、図16のような2槽型の液相成長装置を使
う。p-Si層の成長チャンバー4、搬送室8、Si原
料供給室11と、n+Si層の成長チャンバー5、搬送
室9、Si原料供給室12の断面は、図1と同様の構造
である。
【0053】p-Si層25とn+Si層24を形成する
工程のシーケンスを図17で表す。Aは、1バッチ目の
ウェハカセットの動きを表す。
【0054】1バッチ目のウェハカセットは、最初の2
0分でローディングチャンバー1にロードされ、水素ア
ニール室2に搬送される。水素アニール室2は、ウェハ
カセット18の昇温に30分かけ、水素アニールを10
分おこなう。水素アニールは、水素雰囲気中で、約10
40℃でおこなう。
【0055】そして、ウェハカセット18をコア13の
水平方向の搬送系20を使いながら水素アニール室2か
らp-Si層の成長チャンバー4に移動させて、ウェハ
カセット18が成長温度になるまで、10分保持する。
このとき、メルト14が冷やされてp-Siが過飽和状
態になる。ウェハカセット18をp-Si層の成長チャ
ンバー4に移動させる前に、Si原料供給室11から搬
送室8を通して、p-Siウェハなどを保持した溶かし
込み基板カセットを高温にしたメルト14に浸せきさせ
ておき、メルト14内にp-Siを溶かしこんでおく。
そして、ウェハカセット18をメルト14に浸し、メル
ト14の温度を徐々に下げると、多孔質Si層29の表
面上にp-Si層25がエピタキシャル成長する。この
成長時間は、約30分である。この浸せき時間で、約3
0μmのp-Si層25が図12(b)の断面図ように
成長する。
【0056】つぎに、ウェハカセット18をコア13の
水平方向の搬送系20を使いながらp-Si層の成長チ
ャンバー4からn+Si層の成長チャンバー5に移動さ
せて、ウェハカセット18が成長温度になるまで、10
分保持する。このとき、メルト14が冷やされてn+
iが過飽和状態になる。メルト14をn+Siで過飽和
状態にするために、ウェハカセット18をp-Si層の
成長チャンバー4に移動させる前に、Si原料供給室1
1から搬送室8を通して、p-Siウェハなどを保持し
た溶かし込み基板カセットを高温にしたメルト14に浸
しておき、メルト14内にn+Siを溶かしこんでお
く。そして、ウェハカセット18をメルト14に浸し、
メルト14の温度を徐々に下げると、p-Si層25の
表面上にn+Si層24が断面図の図12(c)のよう
にエピタキシャル成長する。この成長時間は、約10分
である。
【0057】その後、ウェハカセット18をコア13の
搬送系を使って、n+Si層の成長チャンバー5からア
ンローディングチャンバー6に移動させる。そして、5
5分冷却して、5分でウェハカセット18を取り出す。
【0058】図17のBは、2バッチ目のウェハカセッ
トの移動を表す。Aの1バッチ目のウェハカセットと同
様の動きなので、説明を省略する。実施形態2の液相成
長装置は、60分ごとに1バッチの液相成長を終了させ
ることができる。
【0059】以上に説明したようなエピタキシャルSi
層24,25の成長が終わった後、図12(d)のよう
に表面から、レーザなどで、スルーホール40をエピタ
キシャルSi層24,25を貫くように開け、多孔質S
i層29を露出させる。そして、この基板をフッ酸と過
酸化水素水の混合液などのウェットエッチング液に浸
す。すると、図13(a)の矢印のようにスルーホール
40からウェットエッチング液が浸透し、多孔質Si層
29が選択的にエッチングされる。すると、図13
(b)のように、Siウェハ28とエピタキシャルSi
層24,25が分離できる。
【0060】Siウェハ28は、再び陽極化成をするこ
とによって、図12(a)のように表面に多孔質Si層
29を形成して、再び図12〜図14の製造工程に投入
して、何度もSiウェハを利用する。この方法により、
一枚のSiウェハから、100枚程度、ウェハサイズの
太陽電池が製造できる。
【0061】その後、p-Si層25の裏面にAl電極
41となるAlシートを貼り合わせ、図13(c)のよ
うな断面構造にする。そして、Al電極41の裏に、A
l電極41と接するように絶縁シート42を貼り合わ
せ、図13(d)の断面図のような構造にする。そし
て、再びレーザをスルーホール40に位置合わせして照
射してAl電極41と絶縁シート42に穴を図13
(e)のように開ける。
【0062】つぎに、図14(a)のように、スルーホ
ールの壁に絶縁領域43を形成する。この絶縁領域43
は、一旦、スルーホール40に絶縁材料を充填した後、
レーザを使って穴を開けるなどする。そして、図14
(b)のように、絶縁シート42の接するように、SU
S基板27を貼り合わせる。そして、Cuペーストなど
でスルーホール40をドッティングなどの方法で埋めて
スルーホール電極44を図14(c)のように形成す
る。そして、図14(d)のようにn+Si層24の表
面にTiO2との反射防止膜23を塗布することによっ
て、太陽電池の完成となる。
【0063】実施形態2の液相成長装置では、図17の
110〜120分のように、水素アニール室2でのアニ
ール処理とp-Si層を成長させるチャンバー4での成
長を同時におこなっている。さらに、図17の50〜6
0分のように、水素アニール室2でのアニール処理とp
+Si層を成長させるチャンバーでの半導体材料の溶か
し込み処理を同時におこなっている。実施形態2によれ
ば、コンタクト電極をスルーホールコンタクトでおこな
うので、シャドーロスが少なく、効率のいい太陽電池が
できる。
【0064】(実施形態3)実施形態3は、5槽型の液
相成長装置で太陽電池を製造する形態である。実施形態
3の太陽電池の製造方法と構造は、図12〜図15を使
って示した実施形態2の太陽電池と同じである。
【0065】図18は、実施形態3の液相成長装置の上
から見た模式的な平面図であり、図19は図18の液相
成長装置を動かすシーケンスのタイムチャートである。
実施形態3の液相成長装置は、p-Si層の成長チャン
バーが3槽あり、n+Si層の成長チャンバーが2槽あ
る。このため、液相成長室は、5槽あることになる。図
18の4,4’,4”はすべてp-Si層の成長チャン
バーであり、それぞれに合わせて搬送室8,8’,8”
とSi原料供給室11,11’,11”がある。図18
の5,5’はn+Si層の成長チャンバーであり、それ
ぞれに合わせて搬送室9,9’とSi原料供給室12,
12’がある。また、1はローディングチャンバーで1
部屋あり、2は水素アニール室で2部屋あり、6はアン
ローディングチャンバーで3部屋ある。13はコアであ
り、1〜6のそれぞれの部屋や成長チャンバーにウェハ
カセットを搬送する搬送系がその内部にある。
【0066】実施形態3の液相成長装置を使って、液相
成長をさせるとき、図12(a)のようにSiウェハ2
8上に多孔質Si層29がある基板を、実施形態1で説
明したような陽極化成の方法を用いて形成する。つぎ
に、図12(b)のように、多孔質Si層29上にp-
Si層25を形成する。そのつぎに、図12(c)のよ
うに、p-Si層25上にn+Si層24を形成する。
【0067】このp-Si層25とn+Si層24を形成
する工程は、図18で説明した5槽型の液相成長装置を
使う。p-Si層の成長チャンバー4,4’,4”、搬
送室8,8’,8”、Si原料供給室11,11’,1
1”と、n+Si層の成長チャンバー5,5’、搬送室
9,9’、Si原料供給室12,12’の断面は、図1
と同様の構造である。
【0068】p-Si層25とn+Si層24を形成する
工程のシーケンスを図19で表す。Aは、1バッチ目の
ウェハカセットの動きを表す。
【0069】1バッチ目のウェハカセットは、最初の2
0分でローディングチャンバー1にロードされ、水素ア
ニール室2に搬送される。水素アニール室2は、ウェハ
カセット18の昇温に30分かけ、水素アニールを10
分おこなう。水素アニールは、水素雰囲気中で、約10
40℃でおこなう。
【0070】そして、ウェハカセット18をコア13の
水平方向の搬送系20を使いながら水素アニール室2か
らp-Si層の成長チャンバー4に移動させて、ウェハ
カセット18が成長温度になるまで、10分保持する。
このとき、メルト14が冷やされてp-Siが過飽和状
態になる。ウェハカセット18をp-Si層の成長チャ
ンバー4に移動させる前に、Si原料供給室11から搬
送室8を通して、p-Siウェハなど保持した溶かし込
み基板カセットを高温にしたメルト14に浸せきさせて
おき、メルト14内にp-Siを溶かしこんでおく。そ
して、ウェハカセット18をメルト14に浸せきさせ、
メルト14の温度を徐々に下げると、多孔質Si層29
の表面上にp-Si層25がエピタキシャル成長する。
この成長時間は、約30分である。この浸せき時間で、
約30(μm)のp-Si層25が図12(b)の断面
図ように成長する。
【0071】つぎに、ウェハカセット18をコア13の
水平方向の搬送系20を使いながらp-Si層の成長チ
ャンバー4からn+Si層の成長チャンバー5に移動さ
せて、ウェハカセット18が成長温度になるまで、10
分保持する。このとき、メルト14が冷やされてn+
iが過飽和状態になる。メルト14をn+Siで過飽和
状態にするために、ウェハカセット18をp-Si層の
成長チャンバー4に移動させる前に、Si原料供給室1
1から搬送室8を通して、p-Siウェハなど保持した
溶かし込み基板カセットを高温にしたメルト14に浸
し、メルト14内にn +Siを溶かしこんでおく。そし
て、ウェハカセット18をメルト14に浸し、メルト1
4の温度を徐々に下げると、p-Si層25の表面上に
+Si層24が断面図の図12(c)のようにエピタ
キシャル成長する。この成長時間は、約10分である。
【0072】その後、ウェハカセット18をコア13の
搬送系を使って、n+Si層の成長チャンバー5からア
ンローディングチャンバー6に移動させる。そして、5
5分冷却して、5分でウェハカセット18を取り出す。
【0073】図19のBは2バッチ目のウェハカセット
の移動、Cは3バッチ目のウェハカセットの移動、Dは
4バッチ目のウェハカセットの移動を表す。Bの2バッ
チ目のウェハカセットは、水素アニール室2で水素アニ
ールした後、p-Si層の成長チャンバー4’に移送さ
れ、Aの1バッチ目の同様の工程でp-Si層の成長の
後、n+Si層の成長チャンバー5’に移送されてn+
i層を成長させる。
【0074】Cの3バッチ目は、p-Si層の成長チャ
ンバー4”、n+Si層の成長チャンバー5の順に移送
される。
【0075】Dの4バッチ目のウェハカセットは、p-
Si層の成長チャンバー4、n+Si層の成長チャンバ
ー5’の順に移送される。
【0076】水素アニール室2が2つあり、アンローデ
ィングチャンバー6が3つあるのは、それぞれ、同時に
2カセット、3カセット入れらるようにするためであ
る。実施形態3の液相成長装置は、20分ごとに1バッ
チの液相成長を終了させることができる。その後の太陽
電池の製造工程は、実施形態1と同様である。
【0077】実施形態3の液相成長装置では、図19の
130〜140分のように、p-Si層を成長させるチ
ャンバー4と、p-Si層を成長させるチャンバー4”
と、n+Si層を成長させるチャンバー5’で同時に液
相成長をおこなっている。また、図19の110〜12
0分のように、水素アニール室2でのアニール処理とp
-Si層を成長させるチャンバー4”での成長を同時に
おこなっている。さらに、図19の50〜60分のよう
に、水素アニール室2でのアニール処理とp-Si層を
成長させるチャンバー4での半導体材料の溶かし込み処
理を同時におこなっている。実施形態3の液相成長装置
は、成長に時間のかかるp-Si層を成長させるチャン
バーを3つ設けて、成長のスループットを上げている。
このため、高いスループットで太陽電池の製造ができ
る。
【0078】
【実施例】(実施例1)多孔質Si層上に液相でエピタ
キシャル成長させた。
【0079】まず、5インチのp型(111)Siウェ
ハ(抵抗率0.01〜0.02Ωcm)の表面を多孔質
Si層にした。この工程は、図6(b)の陽極化成装置
を使っておこなった。
【0080】そして、この多孔質Si層上に液相成長法
でエピタキシャル成長させた。このとき、図20,21
に示すようなスライディングボート方式の液相成長法を
用いた。スライディングボート方式の液相成長法では、
スライディングボート中に、多孔質Si層を有するSi
ウェハ、インジウム(In)メルト、溶かし込み用のS
iウェハをセットした。
【0081】図20(a)は、スライディングボートの
模式的な断面図であり、標準位置になっている。図中、
41は上部ボート、42は下部ボートである。他の部材
は前述のものと同じである。
【0082】まず、図20(a)の標準位置でボートご
と、多孔質Si層を有するウェハ28、メルト14、溶
かし込みSi基板37を、H2中で、1040℃、1分
アニールをおこなった。その後、図20(b)のよう
に、960℃でInメルト14に溶かし込み基板37か
らSiを1時間溶かし込んだ。そして、図21(a)の
ように、標準位置にもどし、メルト14と溶かし込み基
板37を離した。その後、ボートの温度を950℃まで
下げ、メルト14中のSiを過飽和状態にした。そし
て、図21(b)のように、上部ボート41をずらし、
950℃から940℃まで徐冷し、多孔質Si層上にエ
ピタキシャルSi層を成長させた。そして、図20
(a)のように、ボートを標準位置まで戻し、室温にし
てから、Siウェハ28を取り出した。
【0083】その取り出したSiウェハ28の走査型電
子顕微鏡(SEM)による断面写真を図22に示す。図
22(a)において、実線Bより上は表面で、実線Bよ
り下は断面である。実線Bと実線Cの間にエピタキシャ
ルSi層があり、実線Cより下に多孔質Si層がある。
エピタキシャルSi層は、多孔質Si層を完全に覆い尽
くしており、その表面は平坦になっている。図22
(b)は、図22(a)よりも拡大した断面SEM写真
である。実線Cより下部に穴の空いた多孔質Si層があ
り、実線Cより上部にきれいにエピタキシャルSi層が
成長できている。このため、この基板を、その後の工程
に回すことができ、エピタキシャルSi層を活性層とす
る半導体装置を安定して提供することができる。
【0084】(比較例)p型の(100)Siウェハを
実施例1と同じ条件で、陽極化成、液相成長をおこなっ
た場合、前述の様に図23に示すような成長になった。
つまり、多孔質Si層をエピタキシャルSiが覆い尽く
さず、多孔質Si層が表面に露出したままになってい
る。また、エピタキシャルSiは、ピラミッド状に固ま
って成長してしまい、この基板を、そのまま次の工程に
回すことはできない。
【0085】(実施例2)本発明で用いる多孔質半導体
の主面が厳密な(111)面でなくてもよいことを示す
ために以下の実験を行なった。
【0086】5インチのp型(111)シリコンウェハ
としては、主面の厳密な(111)面からの傾きがX方
向0°03′、Y方向0°00′のもの(以下ウェハA
とする)、X方向0°00′、Y方向0°08′のもの
(以下ウェハBとする)、X方向0°12′、Y方向0
°24′のもの(以下ウェハCとする)を用いた。この
時、A,B,Cのどのウェハもオリエンテーションフラッ
トは以下の面にある。
【0087】
【数2】
【0088】また、H2のアニール時間は15分、溶か
し込み時間は1時間40分、除冷は950℃から710
℃まで、陽極化成の条件は、1.0Aで10分の後2.
8Aで100秒とした。その他の条件は実施例1と同様
とした。
【0089】その結果、積層欠陥密度はウェハAを用い
た場合5.8×102cm-2、ウェハBを用いた場合
1.2×104cm-2、ウェハCを用いた場合5.6×
105cm-2であった。また、いずれのウェハを用いた
場合にもエピタキシャル成長層の連続性は良好であっ
た。以上の結果から、多孔質半導体の主面が厳密な(1
11)面でなくても良好なエピタキシャル成長層が得ら
れることがわかった。
【0090】
【発明の効果】本発明の多孔質半導体の主面を(11
1)面にした、エピタキシャル結晶成長方法によれば、
異常成長がなく安定して、多孔質半導体の表面をエピタ
キシャル層で覆い尽くすことができる。このため、(1
00)基板を使用する場合に比べて、歩留まりが格段に
上がり、低コストで太陽電池などの半導体装置を製造す
ることができる。
【0091】また、光電変換に用いる活性層の主面が
(111)面であることを特徴とする半導体装置によれ
ば、(111)基板のへき開方向を使って切断できるの
で、捨ててしまう活性層の面積が少なくなり、半導体の
資源を有効利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図2のAA’断面図である。
【図2】実施形態1の液相成長装置の上面から見た模式
的な平面図である。
【図3】実施形態1で製造する太陽電池を示す図であ
り、図3(a)は模式的な斜視図、 図3(b)は模式
的な断面図である。
【図4】実施形態1の太陽電池の製造工程を表す模式的
な断面図である。
【図5】実施形態1の太陽電池の製造工程を表す模式的
な断面図である。
【図6】陽極化成装置の模式的な断面図である。
【図7】実施形態1の液相成長のシーケンスを表すタイ
ムチャートである。
【図8】ウェハカセットとSiウェハの模式的な斜視図
である。
【図9】実施形態1の太陽電池の切断の方法を説明する
ための模式的な平面図である。
【図10】実施形態1の太陽電池のユニットセルの並べ
方を表す平面図である。
【図11】実施形態1の太陽電池のユニットセルの並べ
方を表す平面図である。
【図12】実施形態2の太陽電池の製造工程を表す模式
的な断面図である。
【図13】実施形態2の太陽電池の製造工程を表す模式
的な断面図である。
【図14】実施形態2の太陽電池の製造工程を表す模式
的な断面図である。
【図15】実施形態2の太陽電池の模式的な斜視図であ
る。
【図16】実施形態2の液相成長装置の上面から見た模
式的な平面図である。
【図17】実施形態2の液相成長のシーケンスを表すタ
イムチャートである。
【図18】実施形態3の液相成長装置の上面から見た模
式的な平面図である。
【図19】実施形態3の液相成長のシーケンスを表すタ
イムチャートである。
【図20】実施例の液相成長装置の模式的な断面図であ
る。
【図21】実施例の液相成長装置の模式的な断面図であ
る。
【図22】実施例1のSiウェハの走査型電子顕微鏡
(SEM)による断面写真である。
【図23】比較例1のSiウェハの走査型電子顕微鏡
(SEM)による断面写真である。
【図24】従来の太陽電池の製造工程を表す模式的な断
面図である。
【符号の説明】
1 ローディングチャンバー 2 水素アニール室 3 p+Si層の成長チャンバー 4 p-Si層の成長チャンバー 5 n+Si層の成長チャンバー 6 アンローディングチャンバー 7,8,9 搬送室 10,11,12 Si原料供給室 13 コア 14 メルト 15 ヒーター 16 ルツボ 17 ゲートバルブ 18 カセット 19 搬送系(垂直方向) 21 グリッド電極 22 フィンガー 23 反射防止層 24 n+Si層 25 p-Si層 26 p+Si層 27 SUS基板 28 Siウェハ 29 多孔質Si層 31 フッ酸系のエッチング液 32,33 金属電極 34 Oリング 36 溶かし込み基板カセット 37 溶かし込み基板 41 上部ボート 42 下部ボート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浮世 典孝 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 岩▼崎▲ 由希子 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 水谷 匡希 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 中川 克己 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多孔質半導体上にエピタキシャル半導体
    層を形成する結晶成長方法において、前記多孔質半導体
    の主面は、(111)面であることを特徴とする結晶成
    長方法。
  2. 【請求項2】 前記主面の厳密な(111)面からのず
    れが24′以内であることを特徴とする請求項1記載の
    結晶成長方法。
  3. 【請求項3】 前記多孔質半導体は、(111)面の主
    面を有するSiウェハを陽極化成することによって形成
    することを特徴とする請求項1に記載の結晶成長方法。
  4. 【請求項4】 結晶成長に、液相成長法を使用すること
    を特徴とする請求項1に記載の結晶成長方法。
  5. 【請求項5】 半導体基板の表面に多孔質半導体を形成
    し、前記多孔質半導体上に活性層として用いるエピタキ
    シャル半導体層を形成する半導体装置の製造方法におい
    て、前記半導体基板の主面は、(111)面であること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記主面の厳密な(111)面からのず
    れが24′以内であることを特徴とする請求項5記載の
    半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 光電変換に用いる活性層の主面が(11
    1)面であることを特徴とする半導体装置。
  8. 【請求項8】 前記主面の厳密な(111)面からのず
    れが24′以内であることを特徴とする請求項7記載の
    半導体装置。
  9. 【請求項9】 前記活性層中に、一致しない任意の2本
    の切断線のなす角をθとすると、|cosθ|=1/2
    または31/2/2の切断線があることを特徴とする請求
    項7に記載の半導体装置。
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