JP2002134782A

JP2002134782A - 単結晶基体、それを用いた光電変換装置、放射線撮像装置、画像表示装置、太陽電池モジュール及び単結晶基体の製造方法

Info

Publication number: JP2002134782A
Application number: JP2000330901A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Nakagawa; 克己中川; Akiyuki Nishida; 彰志西田; Kiyobumi Sakaguchi; 清文坂口; Takao Yonehara; 隆夫米原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2000-10-30
Publication date: 2002-05-10

Abstract

(57)【要約】【課題】大面積で平板状の単結晶基板を低コストで製
造すること。【解決手段】半導体ウエハーまたはインゴットから切
り出した複数の基板１００を集めた集合基板１０３上に
連続した多孔質層１０２を形成した後に、多孔質層１０
２において集合基板１０３側から分離することによって
単結晶基体１０４’を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、単結晶基体、それ
を用いた光電変換モジュール、放射線撮像装置、太陽電
池及び単結晶基体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】（従来技術１）従来、Ｘ線撮像装置は、
Ｘ線診断における人体の放射線被曝量の低減化、高感度
化及び診断の迅速化が要求されている。Ｘ線撮像装置
は、Ｘ線を可視光等に変換する波長変換部を有し、照射
されたＸ線を波長変換部で光に変換し、その光をアモル
ファスシリコン等からなる大面積のエリアセンサで読み
込む。

【０００３】エリアセンサをより高感度化したり、動作
をより高速化するには、エリアセンサを、単結晶シリコ
ンを用いて製造することが好ましい。また、人体の放射
線被曝量を低減するためには、エリアセンサの面積を大
きくして、短時間のＸ線の照射によって、多くのレント
ゲン情報を取得できるようにすることが必要である。エ
リアセンサの大きさは、たとえば人体の胸部、腹部を診
察するため、少なくとも一辺が８インチ以上の矩形とす
ることが望ましいと考えられる。

【０００４】（従来技術２）また、従来、テレビやコン
ピューターに接続されるモニタなどの画像表示装置は、
陰極線管（ＣＲＴ）に代わって、画面の歪みがない、画
面の大きさに比べ奥行きが短い、消費電力が少ない等の
観点から、液晶表示素子や電界放出素子を用いるものが
多くなりつつある。このような画像表示装置には、内部
に液晶表示素子等を駆動する駆動回路が作り込まれてい
るものが多く、表示の微細化高速化等の要請から、駆動
回路の動作の高速化が求められている。

【０００５】駆動回路の動作を高速化するためには、電
子やホールの易動度を考慮すると、基板にアモルファス
シリコンや多結晶シリコンを材料として用いるよりも、
単結晶シリコンを用いる方が好ましい。

【０００６】（従来技術３）また、各種電気機器を駆動
するための独立電源や、商用電力と系統連系させる電源
として太陽電池が普及しつつある。太陽電池を構成する
半導体としては一般にシリコンやガリウム砒素が用いら
れる。高い光電変換効率（光エネルギーを電力に変換す
る効率）を得るには、これらの単結晶を用いるのがよ
い。

【０００７】また、通常、単結晶基板は円柱状のインゴ
ットを中心軸に垂直な方向にスライスして作成されるこ
とが多く、このため円板状をなす。円板状の基板を敷き
詰めて太陽電池モジュールを形成すると、基板間にデッ
ドスペースが生じ、モジュールの開口面積当たりの変換
効率が低下するので、円板状の基板を矩形に切り出した
ものを複数敷き詰めて太陽電池モジュールを形成するこ
とが多い。

【０００８】ところで、従来技術１，２では、Ｘ線撮像
装置や画像表示装置に、単結晶シリコン基板を用いるこ
とが好ましいことを説明したが、単結晶シリコン基板を
形成するための円柱状のインゴットは、直径が８インチ
程度であるので、工業的に利用できる単結晶基板では、
一辺が８インチ以上の矩形のエリアセンサや、対角線が
１４インチ以上ある画像表示装置や、低コストの太陽電
池を製造することは困難である。

【０００９】また、従来技術３で説明した太陽電池の製
造方法によると、円板状の基板の外縁付近は、切り出す
ことができない部分が生じるので無駄が多く、太陽電池
がコストアップする原因になり、改善が求められてい
る。

【００１０】図１１は、円柱状のインゴットから大きく
かつ無駄のないように矩形の基板を切り出す方法の説明
図である。図１１に示すように、円柱状のインゴット４
００を中心軸の方向に切り出せば、直径８インチのイン
ゴットから幅Ｗを８インチとし、高さＨを１２インチと
し、さらに対角線が１４．４インチの矩形の基板４０３
を切り出すことができる。

【００１１】しかし、図１１に示すように、この方法で
は中心軸４０４を通らない平面で切り出した基板４０
３’は、幅Ｗ’が８インチに満たず、材料利用の効率性
の点で問題があった。

【００１２】この問題を改善するために、たとえば特開
平１０−８１９９８号公報には、半導体結晶のインゴッ
トを電解溶液に浸漬し、電極との間に通電してインゴッ
トの表面に分離層を形成し、分離層の表面に単結晶層を
形成し、これをインゴット表面から分離する方法が記載
されている。

【００１３】この手法によると、少なくとも単結晶基板
の一辺の長さはインゴットの長さの制約を受けるだけな
ので、効率性の悪さを改善することができる。さらに、
分離層の形成に伴うインゴットの消耗を極力抑制すれ
ば、この方法で１本のインゴットから、かなりの枚数の
大型単結晶基板が得られる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報に記
載されている方法で得られる単結晶層は、円筒状に湾曲
しているので、太陽電池への適用が可能であっても、エ
リアセンサや画像表示素子等への適用は困難であった。

【００１５】そこで、本発明は、大面積で平板状の単結
晶基板を低コストで製造することを課題とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の単結晶基体は、半導体ウエハーまたはイン
ゴットから切り出した複数の基板を集めた集合基板上に
形成している多孔質層上に連続した単結晶層を形成した
後に、前記多孔質層において前記集合基板側から分離す
ることによって製造してなることを特徴とする。

【００１７】なお、集合基板上に多孔質層を形成して
も、複数の基板の各々に多孔質層を形成してから集合基
板を形成するようにしてもよい。また、集合基板は、複
数の基板を隙間なく並べて形成しても隙間を作って並べ
て形成してもよい。

【００１８】また、本発明の光電変換装置は、上記単結
晶基体を、光又は光に基づく信号を電気信号に変換する
光電変換素子と、前記電気信号の読み出しを制御するス
イッチング素子して用いることを特徴とする。

【００１９】さらに、本発明の放射線撮像装置は、上記
光電変換装置と、前記光電変換装置の上部に設けた放射
線を光に変換する波長変換部とを備えることを特徴とす
る。

【００２０】さらにまた、本発明の画像表示装置は、上
記単結晶基体に電子を放出する素子を備え、前記単結晶
基体に対向して配置する透明基体に前記素子から放出さ
れた電子に応じて発光する蛍光体を備えてなることを特
徴とする。

【００２１】具体的には、上記素子としてエミッション
チップを用い、それの動作を制御する制御用トランジス
タも上記単結晶基体に備えている。また、エミッション
チップは、液相成長法の成長速度の面方位による異方性
を利用して形成するとよい。さらに、制御用トランジス
タとして接合型電界効果トランジスタを用いることが望
ましい。

【００２２】また、本発明の太陽電池モジュールは、上
記単結晶基体上に該単結晶基体と反対の導電型の半導体
層を設け、前記半導体層から電荷を取り出す電極を備え
た太陽電池を複数有することを特徴とする。

【００２３】さらに、本発明の単結晶基体の製造方法
は、半導体ウエハーまたはインゴットから切り出した複
数の基板を集めた集合基板上に形成している多孔質層上
に連続した単結晶層を形成した後に、前記多孔質層にお
いて前記集合基板側から分離することを特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。

【００２５】まず、本発明の各実施形態における単結晶
基板の製造原理について説明する。

【００２６】図１は、矩形の単結晶基板１００を切り出
す前のインゴット４００の断面図である。ここでは、図
１における矩形の単結晶基板１００の長辺は、インゴッ
トの中心軸に並行であり、その長さは、インゴットの長
さ範囲で任意としている。また、図１における短辺の長
さはインゴットの直径のたとえば１／４未満としてい
る。このような割合になるように矩形の単結晶基板１０
０の大きさを設計すると、インゴットから比較的材料の
利用効率よく矩形の単結晶基板１００を切り出すことが
できる。

【００２７】図２は、図１に示すインゴットから切り出
した矩形の単結晶基板１００を複数並べた様子を示す図
である。図２に示すように、矩形の単結晶基板１００を
敷き詰めると、見かけ状１枚の大きな単結晶基板（以
下、「集合基板」と称する。）１０３となる。

【００２８】しかし、この状態では、個々の単結晶基板
１００の間に、電気的な接続が無く、また基板の境界部
の画素は特性が不十分になる等、エリアセンサや画像表
示装置を形成するには不都合が多い。そこで、本発明者
は、集合基板１０３の表面に、単結晶層を成長させて、
これを集合基板１０３より分離することによって、集合
基板１０３と同等の面積の１枚の単結晶基体（以下、
「大判基体」と称する。）を形成する手法を検討した。
集合基板１０３に単結晶層を成長させる工程と、成長さ
せた単結晶層を集合基板からの分離する工程とを繰り返
せば、集合基板１０３の形成に少々コストがかかって
も、大判基体１枚当たりのコストを大幅に下げることが
できる。

【００２９】ちなみに、集合基板は、複数の矩形の単結
晶基板１００を隙間なく並べて形成することが望ましい
が、実施形態３において説明するように、単結晶基板１
００の間に隙間を設けて形成してもよい。

【００３０】なお、このような手法によると、大判基体
を、図２の矩形の単結晶基板１００の短辺方向をインゴ
ットの大きさに拘わらず形成することができ、また矩形
の単結晶基板１００の長辺方向の長さをインゴットの高
さ程度にすることができる。

【００３１】特に、インゴットの高さは通常１ｍ程度の
ものが多いので、インゴットを中心軸の方向に切り出せ
ば、一辺が１ｍ程度の大判基体を低コストで製造できる
ようになる。なお、大判基体は、シリコン単結晶、ガリ
ウム砒素、ガリウムリン、インジウムリン等のいずれの
化合物半導体が材料となるようにしてもよい。

【００３２】（実施形態１）図３は、本発明の実施形態
１の大判基体の製造工程図である。本実施形態では、大
判基体を以下の手順により形成する。まず、単結晶のイ
ンゴットから複数の矩形の単結晶基板１００を切り出し
（図３（ａ））、矩形の単結晶基板１００を並べて集合
基板１０３を作成できるように、個々の矩形の単結晶基
板１００の端面を研磨する。

【００３３】なお、端面は直線とすると加工が容易だ
が、直線でなくとも隣合う矩形基板の間に隙間ができな
い様に、各々の端面の形状が揃えられていればよい。ま
た、矩形の単結晶基板１００の切り出し方には特に制約
はなく、たとえば表面の方位が（１００）でも（１１
１）でもよい。

【００３４】つづいて、複数の矩形の単結晶基板１００
の表面を研磨し、隣接する基板との表面間に段差ができ
ないように厚さを揃える。そして、複数の矩形の単結晶
基板１００をフッ酸等の電解液に浸漬し、矩形の単結晶
基板１００を正極として対向電極との間に電流を流す。
こうして、矩形の単結晶基板１００の表面に複雑に絡ま
りあった微細孔があいて後述する分離層となる多孔質層
１０２が形成される（図３（ｂ））。

【００３５】さらに、単結晶基板１００の導電型はｐ
型、ｎ型とも使用できるが、多孔質層１０２の形成には
低抵抗なｐ型が好都合である。しかし高抵抗なｐ型やｎ
型の場合も光を照射すると多孔質層１０２の形成は可能
であるし、後述する実施形態３では、このような点に拘
わらず、半導体装置を製造する場合には導電型は任意と
することができる。

【００３６】多孔質層１０２を用いた場合には、分離さ
れた単結晶層の裏面や集合基板の表面に、破壊された多
孔質層の残さ１０５が生じることが多いが、これはアル
カリ溶液を用いてエッチング除去したり、比較的希薄な
フッ酸溶液中で大電流を流すことにより、所謂電解研磨
状態として除去すればよい。これらの方法によると工程
に要するコストを低減できるが、特に高度の平面性を要
求する場合は研磨を行ってもよい。

【００３７】また、分離層としての機能を高めるため、
多孔質層１０２の形成途中で急激に電流を増加させ多孔
質層１０２と単結晶基板１００との界面に、特に微細孔
が発達した層を形成するようにしてもよい。多孔質層１
０２の形成された複数の矩形の単結晶基板１００を、隙
間のできない様に敷き詰めて固定し集合基板１０３とす
る（図３（ｃ））。なお、ここでは集合基板１０３の平
面図と断面図を示している。

【００３８】それから、集合基板１０３を固定して、そ
の表面にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置、
ＬＰＥ（Liquid Phase Epitaxy)装置などを用いて、所
望の厚さで単結晶層１０４をエピタキシャル成長させ
る。

【００３９】隣接する矩形の単結晶基板１００の表面に
は当初、各々独立した単結晶層が成長するが、成長とと
もに互いにこれらが接触することにより、矩形の単結晶
基板１００の表面の方位が揃えられているため、やがて
連続した単結晶層１０４として成長し始める（図３
（ｄ））。

【００４０】成長した単結晶層１０４にストレスを加え
ると、強度上、多孔質層１０２が優先的に破壊され、単
結晶層１０４で、集合基板１０３と単結晶層１０４とを
分離することができる（図３（ｅ））。用途に応じて集
合基板１０３から分離する前に、単結晶層１０４にエリ
アセンサや太陽電池等の素子を作り込んでおいてもよ
い。

【００４１】また、単結晶層１０４は、接着剤を用いて
ポリカーボネートやＰＥＴ等の可撓性のある樹脂やガラ
スや金属のシートを貼り付けて、引き剥がす様な力を加
えても、急加熱したり急冷したりしても、集合基板１０
３から分離することができる。

【００４２】さらに、単結晶層１０４とシートとの貼り
付けには、水等の液体を氷結させる方法を用いることも
できる。必要があれば、この状態で集合基板１０３から
分離された単結晶層１０４を別の基板に再転写した後加
熱して、シートを剥離することもできる。

【００４３】また、米国特許４７２７０４７号に示され
ているように、多孔質層１０２の隙間から、単結晶をオ
ーバーグロースさせ、１枚の単結晶層１０４を形成した
後、力を加えたり選択エッチングを行って単結晶層１０
４を分離してもよい。

【００４４】分離された単結晶層１０４の裏面には、多
孔質層１０２の残さ１０５があるので、これらはポリッ
シング、エッチング、電解研磨等の方法で除去して裏面
も平滑な大判基体１０４’にするとよいが、用途によっ
て平滑化は省略できる（図３（ｆ））。

【００４５】一方、集合基板１０３の表面にも多孔質層
１０２の残さ１０５があるので、これも除去し表面の平
滑な矩形の単結晶基板１００’とする（図３（ｇ））。
表面が平滑化された各矩形の単結晶基板１００は、再度
多孔質層１０２を形成して集合基板１０３を構成し、そ
の上に単結晶層１０４を成長させることにより、再利用
する。この様に矩形の単結晶基板１００を繰り返し使用
することで、効率よく多数の大判基体１０４’を製造す
る。

【００４６】（実施形態２）図４は、本発明の実施形態
２の大判基体の製造工程図である。なお、図４において
図３と同様の部分には、同一の符号を付している。本実
施形態では、まず、図３（ａ）に示すような矩形の単結
晶基板１００を、各々の表面の方位が平行にして裏打ち
基板１０１に隙間なく敷き詰めることによって固定し
て、表面を研磨し、集合基板１０３を作成する（図４
（ａ））。

【００４７】裏打ち基板１０１としては、たとえば導電
性や耐熱性があり熱膨張係数の差がない低抵抗な多結晶
シリコン基板が好適に用いられる。その場合、矩形の単
結晶基板１００と裏打ち基板１０１とは、アルミペース
トを用いて貼り付け焼成すると強固に固着できる。

【００４８】つづいて、集合基板１０３の表面に分離層
となる多孔質層１０２を形成する（図４（ｂ））。そし
て、その表面に、実施形態１と同様の手順によって単結
晶層１０４をエピタキシャル成長する（図４（ｃ））。
それから、成長した単結晶層１０４にストレスを加え
て、多孔質層１０２で、集合基板１０３と単結晶層１０
４とを分離する（図４（ｄ））。

【００４９】分離された単結晶層１０４の裏面の多孔質
層残さ１０５を除去し、裏面も平滑な大判基体１０４’
を得る（図４（ｅ））。そして、集合基板１０３の表面
の多孔質層１０２の残さ１０５を除去して、表面が平滑
な集合基板１０３とする。これを図４（ｂ）の工程に戻
して、集合基板１０３を再利用する。こうして、効率よ
く、多数の大判基体１０４’を製造する。

【００５０】（実施形態３）図５は、本発明の実施形態
３の大判基体の製造工程図である。なお、図５におい
て、図３と同様の部分には、同一の符号を付している。
本実施形態では、まず、図３（ａ）に示すような矩形の
単結晶基板１００を、それぞれ表面の方位が平行になる
ように配置する（図５（ａ））。この場合は隣接する矩
形の単結晶基板１００の間に若干の隙間があってもよ
い。

【００５１】この状態で複数の矩形の単結晶基板１００
を基板ホルダーなどに固定し、第１の単結晶層３００を
エピタキシャル成長する（図５（ｂ））。第１の単結晶
層３００が成長すると、矩形の単結晶基板１００は第１
の単結晶層３００によって相互に固着される。また隣接
する矩形の単結晶基板１００との間に、適度な隙間が空
いていると、この部分にもエピタキシャル成長が起こ
り、矩形の単結晶基板１００は相互に強く固着される。

【００５２】また、単結晶層１０４や第１の単結晶層３
００を成長する方法としては、シランやジクロルシラン
等のシリコンを含むガスを熱分解するＣＶＤ法が一般的
に用いられるが、インジウムや錫等の低融点金属のメル
トに単結晶の材料を溶し込み、過飽和にして基板上に成
長する液相成長法（ＬＰＥ法）も好適に用いられる。特
に厚くする必要のある第１の単結晶層３００の成長に
は、成長速度が速いＬＰＥ法が有利である。

【００５３】つづいて、第１の単結晶層３００の表面に
分離層となる多孔質層１０２を形成し（図５（ｃ））、
その上に第２の単結晶層１０４をエピタキシャル成長す
る（図５（ｄ））。そして、第２の単結晶層１０４を集
合基板１０３から分離する（図５（ｅ））。分離した第
２の単結晶層１０４の裏面の多孔質層１０２の残さ１０
５を除去して、大判基体１０４’を製造する（図５
（ｆ））。

【００５４】それから、第１の単結晶層３００の表面の
多孔質層残さ１０５を除去する。第１の単結晶層３００
を十分な厚さに成長しておけば、集合基板１０３’を図
５（ｂ）の工程に戻して、再使用することにより、効率
よく多数の大判基体１０４’を製造する。

【００５５】（実施形態４）図６（ａ）は、実施形態１
〜３において説明した手法によって製造した大判基体１
０４’を用いたＸ線撮像装置の断面図である。図６
（ｂ）は、図６（ａ）のエリアセンサ７０３の平面図で
ある。なお、Ｘ線撮像装置の各エリアセンサ７０３は、
数十ｃｍ角の矩形をなし、また実際には、数百万個が整
然と配列されているものが多いが、図６には４つ分を拡
大して示している。

【００５６】図６には、実施形態１〜３において説明し
た手法によって製造した大判基体１０４’を画素７０５
として用いたエリアセンサ７０３と、Ｘ線をエリアセン
サ７０３側で検知できるような可視光などの光に変換す
る波長変換部７００とを示している。

【００５７】エリアセンサ７０３は、波長変換部７００
で変換された光を電気信号に変換する光電変換素子であ
るところのフォトダイオード７０６及びフォトダイオー
ド７０６からの電気信号又は電気信号に基づく信号の読
み出しを制御するスイッチング素子であるところの薄膜
トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」と称する。）７０７を
有する画素７０５を有している。

【００５８】また、エリアセンサ７０３は、画素７０５
を上下方向に挟むように配置された裏面ボード７０８及
び透明ボード７０９と、ＴＦＴ７０７のゲートのオン／
オフを制御する制御信号を伝達するゲート信号線７１３
と、電気信号を伝達するドレイン信号線７１１と、ドレ
イン信号線７１１を通じて伝達された電気信号を外部の
処理手段に接続するための裏面電極７１０と、画素７０
５の裏面に設けられた透明電極７１２と、各画素７０５
が共通して接続される共通信号線７１４とを備えてい
る。

【００５９】なお、図６において、裏面電極７１０とド
レイン信号線７１１は画素の裏面側に設けられており、
透明電極７１２、ゲート信号線７１３、共通信号線７１
４は画素の表面側に設けられている。ここで、透明電極
７１２、ゲート信号線７１３、共通信号線７１４は、集
合基板から分離する前に、大判基体１０４’の表面に堆
積した透明導電層をパターンニングして形成している。

【００６０】最初にエリアセンサ７０３について説明す
る。フォトダイオード７０６は、図示しないｐｎ接合又
は電極界面とのショットキー障壁を内部に含んでおり、
シンチレータ７０１によって変換された光の強度に応じ
た光電流が流れる。

【００６１】ＴＦＴ７０７は、実施形態１〜３において
説明した手法によって製造した大判基体１０４’を用い
て形成したＭＯＳ型電界効果トランジスタ等であり、ド
レイン信号線７１１から裏面電極７１０を介して接続さ
れている共通信号線７１４との間の電気的接続のオン／
オフを、ゲート信号線７１３の電位に応じて制御してい
る。

【００６２】従って、任意のゲート信号線７１３の電位
を設定して、ドレイン信号線７１１と共通信号線７１４
との接続をオンにした状態で、ドレイン信号線７１１を
順次選択すると、このゲート信号線７１３に接続された
一連の画素から発生する電流が、順次共通信号線７１４
に読み出することができる。さらに、図示しない複数の
ゲート信号線の電位を順次設定して、ドレイン信号線７
１１を順次選択することにより、画像全体の読み取りを
行っている。

【００６３】ここで、薄膜半導体の画素間にクロストー
クが生じるのを防ぐには、各画素を物理的に分離するの
が望ましい。特にエッチング等によって単結晶層を物理
的に分離するのが最も確実である。また、フォトダイオ
ード７０６やＴＦＴ７０７の機能からすると、単結晶層
は厚さ５μｍで十分であり、この程度の厚さであれば、
弗酸やアルカリ溶液などにより数分間でエッチングする
ことにより、各画素を物理的に分離することができる。

【００６４】つづいて、エリアセンサ部７０３の製造工
程について説明する。まず、大判基体１０４’を集合基
板から分離していない状態で、大判基体１０４’の表面
にＩＴＯ等の透明導電層を堆積する。そして、透明導電
層をパターニングして透明電極７１２，ゲート信号線７
１３及び共通信号線７１４を形成する。

【００６５】それから、それらの上に透明な絶縁性接着
剤を塗布してガラス等からなる透明ボード７０９を貼り
付ける。そして、集合基板と透明ボード７０９との間に
力を加えて、大判基体１０４’を集合基板から分離す
る。大判基体１０４’に残さ１０５があれば、エッチン
グ等によって除去する。

【００６６】つぎに、大判基体１０４’をパターニング
して、各画素を分離する。これと平行して、セラミクス
等の絶縁性の裏面ボード７０８に導電性ペーストで裏面
電極７１０とドレイン信号線７１１のパターンを形成し
ておき、裏面ボード７０８の導電性ペースト側を、パタ
ーンニングされた大判基体１０４’に貼り合わせる。

【００６７】なお、回路的な信頼性を高めるためには、
裏面ボード７０８と透明ボード７０９との間のスペース
に、絶縁性の接着剤を注入して、張り合わせの強度を高
め、かつ大判基体１０４’の両面の配線間の絶縁性を確
保することが好ましい。

【００６８】また、大判基体１０４’は、アモルファス
シリコンや多結晶シリコンの薄膜並に薄くすることがで
きるので、スタガー型の電界効果トランジスタの構成が
実現できる。

【００６９】つづいて、波長変換部７００について説明
する。波長変換部７００は、ＣｓＩやＣｄ₂Ｏ₂Ｓ等から
なるシンチレータ７０１と、シンチレータ７０１をエリ
アセンサ７０３毎に仕切るための貫通孔を具える埋め込
みパネル７０２とを有しており、各貫通孔にシンチレー
タ７０１を充填することによって形成している。

【００７０】なお、埋め込みパネル７０２は実施形態１
〜３において説明した手法によって製造した大判基体１
０４’を用いている。大判基体１０４’は、特性が均質
な単結晶基体であるで、異方性エッチング等の手法によ
り精度よく貫通孔を形成することができる。

【００７１】また、Ｘ線に対して感度を高めるために
は、Ｘ線の入射方向に対するシンチレータの厚さを１０
０〜３００μｍ程度に厚くする必要があるが、画像読み
取りの分解能を高めるため、貫通孔の大きさは通常約１
００μｍ四方の画素の面積より小さくなくてはならな
い。

【００７２】さらに、エリアセンサ７０３間の光学的ク
ロストークを防止するため、エリアセンサ７０３間は独
立させる必要があるので、貫通孔は、アスペクト比（深
さ／直径）の高い微細なものを所望の位置に精度よく開
けている。

【００７３】ちなみに、貫通孔は、埋め込みパネル７０
２に、ＹＡＧレーザー等からビームを照射したり、単結
晶シリコン基板の表面に開口を設けた耐エッチング性の
あるマスクをかけシリコンを選択的にエッチングする等
の方法で形成したり、マスクをかけた状態で薄いフッ酸
溶液中で電解研磨を行うことによって形成している。

【００７４】（実施形態５）図７は、実施形態１〜３に
おいて説明した手法によって製造した大判基体１０４’
を用いた電界放出方式の画像表示装置（ＦＥＤ）の製法
工程図である。ＦＥＤの場合も全体の大きさは対角線と
して１４インチ以上が要求され、数百万個に及ぶ画素が
マトリクス状に配列されているが、図７では１個の画素
だけを示している。

【００７５】なお、図７では１組の電子放出素子と制御
用トランジスタが１画素を構成する例を示しているが、
１画素が複数の電子放出素子からなるようにしてもよ
い。

【００７６】まず、表面の方位が（１００）のｎ型の単
結晶シリコン基板８００を用意する（図７（ａ））。つ
づいて、単結晶シリコン基板８００の表面にｐ型領域８
０１を形成する（図７（ｂ））。ｐ型領域８０１は、熱
拡散やドーパント元素を導入しつつ成長を行って形成し
たｐ型の層を、フォトリソ工程でパターンニングする
か、単結晶シリコン基板８００の表面に形成したドーパ
ントを含む層をパターンニングした後に熱拡散を行うこ
とにより形成できる。

【００７７】そして、ｐ型領域８０１はエミッション電
流の制御に用いられるので、予めこの領域の電位を制御
するための制御電極８０２のパターンを形成しておく
（図７（ｃ））。その後、全体にＣＶＤ法でＳｉＯ₂層
８０３を形成し、エミッタチップを形成する領域だけ孔
を開ける（図７（ｄ））。

【００７８】この状態でＬＰＥ法によりシリコンを成長
すると、ＳｉＯ₂層８０３の表面にはシリコンが成長せ
ず、開口部のみ成長が起こる。ＬＰＥ法では（１１１）
面が選択的に成長するので、等価な（１１１）面からな
るピラミッドが形成され（図７（ｅ））、これは電子を
放出するためのエミッタチップ８０４となる。なお、ウ
ェットエッチングによりエミッタチップ８０４の先端を
さらに先鋭化することもできる。

【００７９】つぎに、エミッタチップ８０４を形成する
ための開口部の縁に、引き出し電極８０５を形成する
（図７（ｆ））。つづいて、エミッタチップ８０４に対
向した位置に蛍光体８０８を形成した透明板８０７を配
置する（図７（ｇ））。こうして、画像表示装置を製造
する。

【００８０】なお、引き出し電極８０５は、電子をエミ
ッタチップ８０４の先端から引き出すためのものであ
り、引き出された電子によって形成される電子線８０６
は、蛍光体８０８に照射される。蛍光体８０８は、この
ことによって励起され発光する。電子線８０６は、引き
出し電極８０５の電位（正）８０９が高い程強くなる。

【００８１】また、制御電極８０２の電位（負）８１０
が低くなるとｐｎ接合界面の空乏層８１１が広がり電流
を制限するため電子線８０６は弱くなる。制御電極８０
２と引き出し電極８０５をマトリクス駆動することによ
り、画素を走査できる。

【００８２】図７に示したＦＥＤでは、単結晶の方位が
全面積そろっているため均一なエミッタチップ８０４が
形成でき、また制御トランジスタも多結晶シリコンなど
を用いる場合に見られる粒界による影響を受けないため
特性がそろい、ムラがなく階調性の高い画像が得られ
る。

【００８３】（実施形態６）図８（ａ）は、実施形態１
〜３において説明した手法によって製造した大判基体１
０４’を用いた太陽電池モジュールの平面図である。図
８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ’間の断面図である。

【００８４】なお、図８には、複数の太陽電池を直列接
続してモジュールとしている。これは、単体の単結晶シ
リコン太陽電池では、得られる出力電圧が０.５Ｖ程度
であるので、電源としては低すぎるためである。ここで
は、４個の太陽電池が接続されているが、実際にはもっ
と多数の太陽電池が接続され、たとえば１２Ｖ程度の出
力電圧が得られるようにしている。

【００８５】また、図８には、たとえばｐ型の大判基体
１０４’上に形成されＰＮ接合部を形成するｎ型層９０
３と、ｎ型層９０３側から出力される電荷を矩形の単結
晶基板１００単位で取り出すグリッド電極９０４と、各
大判基体１０４’における各グリッド電極９０４を接続
する引き出し電極９０５と、引き出し電極９０５を介し
て伝達される電荷を受ける裏面基板９０６と、裏面基板
９０６と引き出し電極９０５とを接続する半田９０７と
を示している。

【００８６】なお、太陽電池としては短辺を長くした場
合には、引き出し電極９０５の形状を縦横比の大きい矩
形とするのがよい。また大判基体１０４’の導電型は一
般にはｐ型とされることが多いため、ｎ型層９０３を形
成する場合を例に示しているが、これらの導電型は反対
であってもよい。ｎ型層９０３は、ドーパントの熱拡散
によって形成したり、エピタキシャル成長の最後にｎ型
のドーパントを導入して形成している。

【００８７】さらに、グリッド電極９０４は、導電性ペ
ーストの印刷等の方法で形成している。これは、一般に
ｎ型層９０３のシート抵抗による損失を最小限に抑える
ためである。これとは垂直な方向に、金属のシートで引
き出し電極９０５を設けている。引き出し電極９０５の
数は、大判基体１０４’の長手方向の長さによって決定
する。

【００８８】また、裏面電極９０６には、アルミニウム
ペーストの印刷等で形成して、光の反射率を高めてい
る。特に、大判基体１０４’の導電型がｐ型の場合に
は、アルミニウムが拡散して強いｐ型となるので、バッ
クサーフェスフィールド効果が得られ長波長光に対する
感度が高まる。

【００８９】

【実施例】（実施例１）本発明の実施例１では、たとえ
ば８インチ×１２インチの単結晶シリコンからなる大判
基体の製造方法を説明する。Ｚ軸が [００１］で直径が
６インチ、比抵抗０.０１Ωcmのｐ⁺シリコンインゴット
を用意した。このインゴットから、幅３ｃｍ、長さ２０
ｃｍ、厚さ１ｍｍで、その表面が（１００）の矩形のシ
リコン単結晶基板を切り出した。矩形のシリコン単結晶
基板を相互に長辺で隙間のない様に密着させて、３０ｃ
ｍ×２０ｃｍの集合基板を作成して、その表面を研磨し
た。

【００９０】つぎに、図９に示すエピタキシャル装置
に、集合基板を取り付けて単結晶層とをエピタキシャル
成長した。具体的には、集合基板１０３を、吸引口１０
０４から吸引することにより、導電性で一部にテフロン
１００５がコーティングされたステージ１００３にチャ
ッキングしてカーボン電極１００１とを対向させて、耐
フッ酸性の容器１０００に入れ、容器１０００の中にフ
ッ酸：イソプロピルアルコール＝１：１の組成の溶液１
００２を満たした。

【００９１】なお、集合基板１０３とカーボン電極１０
０１との間は、２ｃｍの間隔を保つようにしており、こ
れらはほぼ同じ大きさとした。また、ステージ１００３
の裏面にテフロン１００５をコーティングしているの
は、ステージ１００３の裏面が腐食されるのを防ぐため
である。

【００９２】この状態でステージ１００３が正、カーボ
ン電極１００１が負になるようにして、電源１００６に
より、５Ａ程度の直流電流を約１０分間流し、さらに引
き続き１２Ａ程度の電流を約２分間流した。こうして集
合基板１０３の表面に厚さ約１０μｍの多孔質層を形成
した。

【００９３】それから、多孔質層を形成した集合基板を
容器１０００から取り出して、洗浄乾燥した後に、これ
をＬＰ−ＣＶＤ装置の基板サセプターに固定し、たとえ
ば水素気流中で１０５０℃で１０分間のアニールを行
い、ジクロルシラン１Ｌ／分、水素１００Ｌ／分、圧力
１００ｔｏｒｒ、基板温度９５０℃で６０分間成長を行
い、厚さ約５０μｍの単結晶シリコン層を得た。

【００９４】つづいて、単結晶シリコン層の表面に水蒸
気を吹きかけて、うっすらと水の層が形成されたところ
で、たとえば２０×３０ｃｍの大きさのガラス板を貼り
付け、零下２０℃に冷却したところ、ガラス板が単結晶
シリコン層の表面に強固に貼りついた。この状態で、ガ
ラス板と集合基板との間に薄いナイフの刃を挿入したと
ころ、単結晶層が、多孔質層の部分からきれいに剥がれ
た。

【００９５】しかし、単結晶層の剥がれた面には、多孔
質層の残さが見られたので、このまま零下２℃に保った
有機アルカリ溶液のエッチャントに浸けたところ、残さ
が除去された。これを零下２℃に保った水とイソプロピ
ルアルコールとの混合液で洗浄した後に室温に戻したと
ころ、ガラス板から２０ｃｍ×３０ｃｍ×５０μｍのシ
リコン基板が外れた。シリコン基板の剥離面側には矩形
の単結晶基板の痕跡がうっすら見られたが、成長の終了
した面には見られなかった。また、Ｘ線回折法で表面の
面方位を調べたが、全面至る所（１００）で２０×３０
ｃｍの１枚の大判基体であることが分かった。

【００９６】また、大判基体であるところの単結晶シリ
コン層を分離した後の矩形の単結晶基板を複数用いて集
合基板とすることによって、リサイクルして、効率よく
同様の大判基体を作成した。

【００９７】（実施例２）本発明の実施例２では、８イ
ンチ×１２インチの単結晶シリコンからなる大判基体の
製造方法について説明する。Ｚ軸が [００１] 、直径６
インチ、比抵抗２Ωｃｍのｐシリコンインゴットを用意
した。このインゴットから、たとえば幅３ｃｍ、長さ２
０ｃｍ、厚さ０．２ｍｍで、その表面が｛１００｝の矩
形のシリコン単結晶基板を切り出した。矩形のシリコン
単結晶基板を相互に長辺側で１００μｍ程度の間隔をあ
けた状態で合わせて、おおよそ３０ｃｍ×２０ｃｍの大
きさの集合基板として、その表面を研磨した。

【００９８】つぎに、図１０に示すＬＰＥ装置に、集合
基板１０３を取り付けて単結晶層をエピタキシャル成長
した。具体的には、集合基板１０３は、カーボン製の基
板ホルダー１１０２に固定した。なお、基板ホルダー１
１０２には、集合基板１０３が外れない様にするための
爪を設けた。ただし、集合基板１０３は図面の奥行き方
向にはスライドすることができる。

【００９９】このように、基板ホルダー１１０２を用い
たので、集合基板１０３の裏面に成長が起こるのを防ぐ
ことができた。また、坩堝１１０１内にはたとえば９０
０℃においてシリコンで飽和するよう調整されさらにボ
ロンを十分に溶し込んだインジウムのメルト１１０３を
入れた。

【０１００】基板ホルダー１１０２がメルト１１０３に
浸からない様に、基板ホルダー１１０２を昇降させる昇
降装置１１０４で保持して、図示しない電気炉で加熱し
た。その際、反応容器１１００にはほぼ大気圧下で水素
を流しつつ、全体を１０５０℃とした。つづいて、毎分
０．５℃の割合で徐冷して、８８０℃となったところ
で、昇降装置１１０４を駆動して、基板ホルダー１１０
２をメルト１１０３に浸けた。

【０１０１】さらに、１００分間徐冷を続けた後に、昇
降装置１１０４を駆動して基板ホルダー１１０２をメル
ト１１０３から引き上げて、エピタキシャル成長を終了
した。こうして、集合基板１０３に厚さ１００μｍ程度
の第１の単結晶シリコン層を成長させた。

【０１０２】しかも、隣接する矩形の単結晶基板間の隙
間にも単結晶シリコン層が成長し、集合基板１０３は、
実質上厚さ３００μｍ程度の大判基体となった。なお、
大判基体の比抵抗は０．０２Ωｃｍであった。

【０１０３】つづいて、集合基板１０３の表面に、図９
に示したエピタキシャル装置を用いて、実施例１と同様
の手法で、厚さが１０μｍ程度の多孔質層を形成し、Ｌ
Ｐ−ＣＶＤ法で約６分間成長を行い、厚さが５μｍ程度
の第２の単結晶シリコン層を成長した。その表面にエポ
キシ系接着剤で集合基板１０３と同じ形状のポリカーボ
ネートシートを貼り付けた。

【０１０４】このポリカーボネートシートに液体窒素の
冷気を噴霧したところ、ポリカーボネートシートの熱収
縮により、第２の単結晶シリコン層が集合基板１０３か
ら剥離した。つづいて多孔質層の残さを有機アルカリで
除去した。このようにして製造した大判基体は、剥離面
にも矩形の単結晶基板の痕跡が全く見られなかった。

【０１０５】また、残った集合基板１０３も、実施例１
と同様に、繰り返し使用して多くの同様の大判基体を分
離することができた。集合基板１０３は各矩形の単結晶
基板を隙間をあけて並べたが、これから大判基体を製造
することができるので、実質上１枚とみなせる。そのた
め、繰り返し使用する際、基板ホルダー１１０２上に、
矩形の単結晶基板を一々配列しなくてもよいので取り扱
いが容易であった。

【０１０６】（実施例３）本発明の実施例３では、実施
例２で説明した手法によって作成した大判基体を用いた
太陽電池モジュールの製造方法について説明する。な
お、大判基体の大きさは、ここでは８インチ×４インチ
とした。

【０１０７】Ｚ軸が [２１１] 、直径６インチ、比抵抗
２Ωｃｍのｐシリコンインゴットを用意した。このイン
ゴットから、幅２．５ｃｍ、長さ２０ｃｍ、厚さ０．２
ｍｍで、その表面が｛１１１｝の矩形の基板を切り出し
た。矩形の基板４枚を相互に長辺側で、１００μｍ程度
の隙間をあけた状態で、おおよそ２０ｃｍ×１０ｃｍの
集合基板として、その表面を研磨した。

【０１０８】そして、以下実施例２と同様な方法で厚さ
３００μの実質上１枚の面方位｛１１１｝の集合基板を
形成したところ、比抵抗が０．０２Ωｃｍの大判基体を
製造することができた。大判基体の表面に、実施例２と
同様の手法によって、厚さが約１０μｍの多孔質層を形
成した後、図１０に示したＬＰＥ装置によって、単結晶
シリコン層をエピタキシャル成長させた。

【０１０９】具体的には、集合基板１０３は、カーボン
製の基板ホルダー１１０２に固定した。また、坩堝１１
０１内にはたとえば９００℃においてシリコンで飽和す
るよう調整されさらにボロンを十分に溶し込んだインジ
ウムのメルト１１０３を入れた。基板ホルダー１１０２
がメルト１１０３に浸からない様に、基板ホルダー１１
０２を昇降させる昇降装置１１０４で保持して、図示し
ない電気炉で加熱した。その際、反応容器１１００には
ほぼ大気圧下で水素を流しつつ、全体を１０５０℃とし
た。つづいて、毎分０．５℃の割合で徐冷して、８８０
℃となったところで、昇降装置１１０４を駆動して、基
板ホルダー１１０２をメルト１１０３に浸けた。

【０１１０】さらに、１００分間徐冷を続けた後に、昇
降装置１１０４を駆動して基板ホルダー１１０２をメル
ト１１０３から引き上げて、エピタキシャル成長を終了
した。こうして、集合基板１０３に厚さ５０μｍ程度の
単結晶シリコン層を成長させた。

【０１１１】つぎに、この単結晶シリコン層を用いて、
図８に示すような太陽電池モジュールを製造した。ま
ず、単結晶シリコン層の表面の所望の部分に、スクリー
ン印刷などで、リンの拡散剤を塗布した。単結晶シリコ
ン層の周辺部にＰＮ接合部が位置するとリークの原因と
なることがあるため、拡散剤は、単結晶シリコン層の周
辺部には避けるのが望ましい。その後、約９００℃の温
度で３０分程度の時間でリンを熱拡散し、単結晶シリコ
ン層の表面にｎ型層９０３を形成した。

【０１１２】つづいて、単結晶シリコン層の表面に、水
蒸気を噴霧して、たとえば実施例１と同様の手法で集合
基板から分離した。ただし、ここでは単結晶シリコンの
裏面の多孔質層の残さは除去せず、直ちにアルミペース
トを用いて、同じ形状のニッケルのシート９０６に貼り
付けて、約６００℃の温度で３０分程度の時間焼成し
た。

【０１１３】つづいて、４枚の単結晶シリコンのｎ型層
９０３の表面に、スクリーン印刷で銀ペーストのパター
ンを形成し、約６００℃で３０分程度の時間焼成して、
グリッド電極９０４とした。図８に示すように、太陽電
池の一辺が長いため、引き出し電極をここでは３本用い
て、グリッド電極の抵抗による電力損失を抑えている。
さらに、ニッケルメッキの銅シートの引き出し電極９０
５を用いて、隣接する太陽電池のグリッド電極９０４と
ニッケルのシート９０６との間を、半田９０７によって
半田付けし、４枚の太陽電池を直列接続した。

【０１１４】こうして、直列接続された太陽電池を、Ｐ
ＶＡを用いて、表にはテドラーシートを裏にはアルミラ
ミネートのＰＥＴシートを貼り付け太陽電池モジュール
とした。この太陽電池モジュールは良好な特性を示し
た。また曲率半径が１ｍになるように曲げたが、破損は
なく変換効率に変化も見られなかった。

【０１１５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の単結晶基
体は、半導体ウエハーから切り出した複数の基板を集め
た集合基板上に形成している多孔質層上に単結晶層を形
成した後に、多孔質層において集合基板側から分離する
ことによって製造しているので、大面積で平板状の単結
晶基板を低コストで製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】矩形の単結晶基板を切り出す前のインゴットの
断面図である。

【図２】図１に示すインゴットから切り出した矩形の単
結晶基板を複数並べた様子を示す図である。

【図３】本発明の実施形態１の大判基体の製造工程図で
ある。

【図４】本発明の実施形態２の大判基体の製造工程図で
ある。

【図５】本発明の実施形態３の大判基体の製造工程図で
ある。

【図６】実施形態１〜３において説明した手法によって
製造した大判基体を用いたＸ線撮像装置の断面図及び製
造図である。

【図７】実施形態１〜３において説明した手法によって
製造した大判基体を用いた電界放出方式の画像表示装置
（ＦＥＤ）の製法工程図である。

【図８】実施形態１〜３において説明した手法によって
製造した大判基体を用いた太陽電池モジュールの平面図
及び断面図である。

【図９】単結晶層の表面に多孔質層を形成する陽極化成
装置の図である。

【図１０】単結晶層をエピタキシャル成長させるＬＰＥ
装置の図である。

【図１１】従来の円柱状のインゴットから大きくかつ無
駄のないように矩形の基板を切り出す方法の説明図であ
る。

【符号の説明】

１００矩形の単結晶基板１０１裏打ち基板１０２多孔質層１０３集合基板１０４単結晶層１０４’ 大判基板１０５残さ４００単結晶インゴットＷ、Ｗ’ 基板の幅Ｈ基板の長さ７００波長変換部７０１シンチレータ７０２埋め込みパネル７０３エリアセンサ７０５画素７０６フォトダイオード７０７ＴＦＴ７０８裏面ボード７０９透明ボード８００ｎ型単結晶シリコン基板８０１ｐ型領域８０２制御電極８０３ＳｉＯ₂層８０４エミッタチップ８０５引き出し電極９０３ｎ型層９０４グリッド電極９０５引き出し電極９０６裏面電極１０００容器１００１カーボン電極１００２フッ酸溶液１００３ステージ１１０１坩堝１１０２基板ホルダー１１０３メルト１１０４昇降装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂口清文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)発明者米原隆夫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Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BA04 DB05 ED04 FJ03 HA06 HA20 TK04 TK08 TK11 5F043 AA02 BB01 BB02 DD14 GG01 5F049 MA01 MB03 MB05 NB05 PA20 RA02 RA08 UA14 WA07 5F051 AA02 DA03 EA02 FA14 FA15 GA04 JA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウエハーまたはインゴットから切
り出した複数の基板を集めた集合基板上に形成している
多孔質層上に連続した単結晶層を形成した後に、前記多
孔質層において前記集合基板側から分離することによっ
て製造してなることを特徴とする単結晶基体。
【請求項２】複数の前記基板の各々又は、前記集合基
板を再利用することを特徴とする請求項１記載の単結晶
基体。
【請求項３】前記集合基板は、複数の前記基板を隙間
なく並べることによって形成していることを特徴とする
請求項１又は２記載の単結晶基体。
【請求項４】複数の前記基板の各々は、少なくともそ
の１辺が円柱状のインゴットの中心軸と並行に切り出す
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の
単結晶基体。
【請求項５】請求項１から４のいずれか１項記載の単
結晶基体を、光を電気信号に変換する光電変換素子と、
前記電気信号又は該電気信号に基づく信号の読み出しを
制御するスイッチング素子として用いることを特徴とす
る光電変換装置。
【請求項６】請求項５記載の光電変換装置と、前記光
電変換装置の上部に設けた放射線を光に変換する波長変
換部とを備えることを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項７】請求項１から４のいずれか１項記載の単
結晶基体に電子を放出する素子を備え、前記単結晶基体
に対向して配置する透明基体に前記素子から放出された
電子に応じて発光する蛍光体を備えてなることを特徴と
する画像表示装置。
【請求項８】請求項１から４のいずれか１項記載の単
結晶基体上に該単結晶基体と反対の導電型の半導体層を
設け、前記半導体層から電荷を取り出す電極を備えた太
陽電池を複数有することを特徴とする太陽電池モジュー
ル。
【請求項９】半導体ウエハーまたはインゴットから切
り出した複数の基板を集めた集合基板上に形成している
多孔質層上に連続した単結晶層を形成した後に、前記多
孔質層において前記集合基板側から分離することを特徴
とする単結晶基体の製造方法。