JP2002141295A

JP2002141295A - 液相成長方法及び液相成長装置

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Publication number: JP2002141295A
Application number: JP2000333056A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Saito; 哲郎齊藤; Makoto Iwagami; 誠岩上; Tatsumi Shoji; 辰美庄司; Masaki Mizutani; 匡希水谷; Toshihito Yoshino; 豪人吉野; Masaaki Iwane; 正晃岩根; Akiyuki Nishida; 彰志西田; Noritaka Ukiyo; 典孝浮世
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2002-05-17

Abstract

(57)【要約】【課題】大面積デバイスを生産する際に品質の良いデバ
イスを生産することができる方法及びその方法に用いら
れる液相成長装置の提供。【解決手段】金属溶液（インジウム溶液）中に浸漬する
サセプタの先端に粒状又は針状固形物のトラップを設
け、浮遊している固形物を十分に除去してから、基板を
前記金属溶液に漬けて、基板面上に半導体薄膜を成長さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液相成長方法及び
液相成長装置に関し、特に太陽電池、光センサなどのデ
バイスの製造に利用できる液相成長方法又は液相成長装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池や光センサなどのデバイス製造
において、単結晶や多結晶Ｓｉの薄膜を形成する方法と
して、液相成長方法がある。液相成長方法によれば、Ｃ
ＶＤ(Chemical Vapor Deposition)などの方法に比べ
て、太陽電池の発電層として必要な厚いＳｉ層を安価に
得ることができる。液相成長方法の一つの具体例はＵＳ
Ｐ５，５４４，６１６号公報に開示されている。この液
相成長装置の断面図を図８に示す。図中、２０１は出
口、２０２は石英るつぼ、２０３はグラファイトのボー
ト、２０４はヒーター、２０５はアルゴンガスの注入
口、２０６は熱電対、２０８は蓋、２０９は絶縁領域、
２１０はグラファイトの支持台である。このＵＳＰ５，
５４４，６１６号公報に開示された発明によれば、石英
るつぼ２０２に溜めた溶液に基板を浸して、基板上に半
導体層を形成している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】米国特許５，５４４，
６１６号公報などが開示する浸漬方式液相成長装置は大
面積及び多量の液相成長に優れているが、溶液の温度を
上昇させ、Ｓｉが飽和状態になるまでＳｉを溶解した後
に基板をその溶液中に浸漬し、その溶液の温度を徐々に
降下させ、Ｓｉ薄膜を基板上にエピタキシャル成長させ
ている。しかしながら、飽和状態になるまでＳｉを溶解
するために、完全に溶解せずに固形物状のＳｉが溶液中
に残る場合がある。又、Ｓｉが析出しやすく、粒状又は
針状の固形物となって溶液中に浮遊することがある。こ
の粒状又は針状の固形物は、基板上にＳｉ薄膜がエピタ
キシャル成長する際に基板に付着し、基板の品質を著し
く低下することがある。

【０００４】そこで、本発明は太陽電池などの大面積デ
バイスを生産する際に品質の良いデバイスを生産するこ
とが可能な浸漬方式液相成長装置の提供を目的とする。

【０００５】又、本発明は太陽電池などの大面積デバイ
スを生産する際に品質の良いデバイスを生産することが
可能な浸漬方式液相成長方法の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】従って本発明の態様は、
液相中で基板上に半導体の薄膜を成長させる方法におい
て、前記半導体を金属溶媒に溶解させて調製した金属溶
液中に浮遊する固形物を除去し、次に前記基板を前記金
属溶液中に浸漬することとしている。

【０００７】また本発明の別の態様は、液相中で基板上
に半導体の薄膜を成長させる装置において、前記装置は
液相成長槽、溶質材料供給装置、固形物トラップ、及び
基板供給装置から成り、前記液相成長槽は溶質材料を溶
解している金属溶液の保持容器であり、かつ、加熱装置
を具備した加熱缶の底部に配置されており、前記溶質材
料供給装置は前記溶質材料を前記液相成長槽に搬送する
装置であり、かつ、前記液相成長槽の外部からその内部
へ及び前記液相成長槽の内部からその外部へ移動可能な
ように、また、前記溶質材料を金属溶媒に溶解して前記
金属溶液を調製する際に前記装置の軸の回りに回転可能
なように配置されており、前記固形物トラップは前記溶
質材料の溶解操作後に前記金属溶液中に浮遊する固形物
を除去する装置であり、かつ、前記液相成長槽の外部か
らその内部へ及び前記液相成長槽の内部からその外部へ
移動可能なように、また、前記溶解操作中に前記装置の
軸の回りに回転可能なように配置されており、前記基板
供給装置は前記基板を前記金属溶液に浸漬する装置であ
り、かつ、前記液相成長槽の外部からその内部へ及び前
記液相成長槽の内部からその外部へ移動可能なように、
また、前記基板の浸漬操作中に前記装置の軸の回りに回
転可能なように配置されていることとしている。

【０００８】本発明の更に別の態様は、粒状又は針状固
形物を除去する際に、金属溶液中に浸漬するサセプタの
先端に粒状又は針状固形物のトラップを設け、前記トラ
ップで十分に前記固形物を除去し、次に基板を前記金属
溶液に漬けることとしている。

【０００９】本発明のもう一つの態様は、粒状又は針状
固形物を除去する際に、金属溶液中に浸漬するトラップ
ホルダーの先端に粒状又は針状固形物のトラップを設
け、前記トラップで十分に前記固形物を除去し、次に基
板を前記金属溶液に漬けることとしている。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の基板としては、Ｓｉウェ
ハ、ＧａＡｓウェハなどの一般の半導体ウェハを使用す
ることができ、そのウェハは単結晶の物でも多結晶の物
でもよい。また、前記基板は金属級Ｓｉ基板やＳＵＳ基
板などの金属基板であってもよい。また、上記の液相成
長させた半導体薄膜は単結晶でも多結晶でもよく、その
材料としてはＳｉ、ＧａＡｓ、Ｇｅなど通常の半導体を
用いることができる。前記溶媒としては、Ｉｎ（インジ
ウム）、Ｓｎ（錫）などの金属溶媒を用いることができ
る。

【００１１】本発明を実施形態１〜２により説明する。
実施形態１は、単結晶太陽電池を製造するための液相成
長装置の好適な形態例である。実施形態２は、単結晶太
陽電池を製造するための液相成長装置の実施形態１とは
別の好適な形態例である。

【００１２】（実施形態１）実施形態１は、単結晶太陽
電池を製造するための液相成長装置およびそれを用いた
液相成長方法の好適な形態例である。

【００１３】図１は溶媒に溶質材料を溶かす時の形態を
説明する図であり、図２は基板上に液相成長させるため
に基板を供給する時の形態を説明する図である。図３は
実施形態１において使用する金属溶液中の固形物を除去
する固形物トラップの斜視図である。

【００１４】図１において、１は液相成長を行うために
外気と内部を遮断するための加熱缶であり、好ましくは
石英製である。その上部は蓋（図示していない）で密閉
されている。２はＳｉを溶解している金属溶液、３は液
相成長槽としてのルツボ、４はＳｉの粉砕粒、５はＳｉ
粒を保持し、金属溶媒に浸漬し、金属溶液２を調製する
ための溶解用ホルダー、６はヒーターである。

【００１５】又、図２において、１〜３と６は図１と同
様である。７は基板、８は基板を支えるサセプタ(susce
ptor、基板支持部材ともいう。)、１０、１１、１２は
本発明に使用される固形物トラップであり、サセプタ８
の先端に設けてある。

【００１６】図３は前記トラップ１０、１１、１２の斜
視図である。

【００１７】動作を説明する。

【００１８】金属溶媒の加熱：先ず、ヒーター６への通
電により加熱缶１を介してルツボ３を加熱し、液相成長
槽としてのルツボ３内の溶媒となる金属溶媒（インジウ
ム）が９００℃になるまで温度を上げた。

【００１９】溶質材料供給装置の操作：その後、半導体
薄膜となるＳｉの粉砕粒４を溶解用ホルダー５に入れ、
加熱缶１の内部に搬送した。この溶解用ホルダーには多
数の孔が開口しており、金属溶媒がその内部に出入りで
きるようになっていた。ここで、Ｓｉの粉砕粒４の温度
がほぼ９００℃になるまで待った後に、溶解用ホルダー
５を回転させながらルツボ３内の金属溶媒に浸漬してさ
らに攪拌した。このようにして金属溶液２を調製した。
このとき、金属溶媒の量から溶解可能なＳｉの量を正確
に秤量してＳｉを投入した。しかしながら、Ｓｉの飽和
濃度に達するまで溶解しなければならないため、Ｓｉが
固体のまま残ることがあった。また、温度むら等により
析出することがあった。しかるに、金属溶液中に存在す
るＳｉの固形物は高温の炉中にあり、Ｓｉの粉砕粒４の
有無を容易に確認出来なかった。

【００２０】基板供給装置の操作：次に、溶解用ホルダ
ー５を取り去り、次に、基板７を取付けたサセプタ８を
加熱缶１中に搬送した。ここで、加熱缶１中の雰囲気を
水素にて置換した後に、基板７の表面温度を１０５０℃
で３０分間保持した。その後、金属溶液２及び基板７の
温度が９００℃になるまで冷却した。

【００２１】固形物トラップの操作：基板７を金属溶液
２に浸漬する前に、サセプタ８の先端に付けた固形物ト
ラップ１０、１１、１２を金属溶液２中に沈め、サセプ
タ８を回転させながら金属溶液２中にある粒状又は針状
の固形物を固形物トラップ１０、１１、１２で除去し
た。しかる後に基板７を金属溶液２中に沈め、サセプタ
８をゆっくりと回転させた。ヒーター６の温度をコント
ロールしながら、９００℃から冷却速度−１℃／分で徐
冷し、基板７上にＳｉ薄膜を成長させた。

【００２２】得られた半導体薄膜基板は固形異物の付着
の無い高品質の基板であった。

【００２３】次に、ここで使用した固形物トラップ１
０、１１、１２について図３を用いて説明する。

【００２４】１０、１１、１２とも形状は同一であっ
た。固形物トラップ本体は円筒を斜めに切ったような形
状をとり、その開口部がやや下向きになるように取り付
けられていた。又、その本体には多数の孔１０２が開口
していた。孔の直径を０．３ｍｍ、その孔と孔の間隔を
１ｍｍとして製作した。これにより、溶融した液体は通
すが、粒状又は針状の固形物は通さないようになった。
このトラップはやや下向きに取り付けられているため、
トラップに掛かった固形物は金属溶液より軽いので上部
に集まり、再びその金属溶液中に浮遊することはなかっ
た。ここで孔の直径としては０．１〜１ｍｍが好まし
く、更に好ましくは０．２〜０．５ｍｍの範囲である。
又、孔と孔の間隔としては０．５〜５ｍｍが好ましく、
更に望ましくは０．５〜２ｍｍの範囲である。材質は高
純度の石英を加工して製作した。但し、本発明において
は、材質は特に限定しない。処理温度に耐え、基板を汚
染しない物であればよく、他には、シリコンカーバイド
やカーボン等が考えられる。

【００２５】（実施形態２）実施形態２を図４、図５、
図６、図７を用いて説明する。

【００２６】図４は金属溶媒に溶質材料を溶かす時の態
様を説明する図であり、図５は金属溶液中の固形物を除
去する時の態様を説明する図である。図６は基板上に液
相成長させるために基板を供給する時の態様を説明する
図である。図７は実施形態２において使用する金属溶液
中の固形物を除去する固形物トラップの斜視図である。

【００２７】図４において、１は液相成長を行うために
外気と内部を遮断するための加熱缶であり、好ましくは
石英製である。その上部は蓋（図示していない）で密閉
されている。２はＳｉを溶解している金属溶液、３はル
ツボ、４１はＳｉの塊、５１はＳｉの塊を保持し、金属
溶媒に浸漬し、金属溶液を調製するするための溶解用ホ
ルダー、６はヒーターである。

【００２８】図５において、１〜３と６は図４と同様で
ある。１３、１４、１５は固形物を除去するための固形
物トラップであり、９はトラップ支持棒である。

【００２９】図６において、１〜３と６は図４と同様で
ある。７は基板、８は基板を支えるサセプタ(suscepto
r、基板支持部材ともいう。)である。

【００３０】図７は前記トラップ１３、１４、１５の斜
視図である。

【００３１】動作を説明する。

【００３２】金属溶媒の加熱：先ず、ヒーター６の通電
により加熱缶１を介してルツボ３を加熱し、ルツボ３内
の溶媒となる金属溶媒（インジウム）が９００℃になる
まで温度を上げた。

【００３３】溶質材料供給装置の操作：その後、半導体
薄膜となるＳｉの塊４１を溶解用ホルダー５１に入れ、
加熱缶１の内部に搬送した。この溶解用ホルダー５１は
棒状の材料を組み合わせて作ってあり、金属溶媒が内部
に出入りできるようになっていた。ここで、Ｓｉの塊４
１の温度がほぼ９００℃になるまで待った後に、溶解用
ホルダー５１を回転させながらルツボ３内の金属溶媒に
浸漬して攪拌した。このようにして金属溶液を調製し
た。Ｓｉの投入量は金属溶媒の量に対して溶解可能なＳ
ｉの量を上回った。このようにしてＳｉの飽和濃度に達
するまでＳｉを溶解させた。

【００３４】固形物トラップの操作：しかるに飽和濃度
まで溶解したＳｉは温度むら等により析出することがあ
った。この析出したＳｉの固形物は基板に付着し半導体
薄膜の性能を悪化させた。従って溶解しなかったＳｉの
塊４１と溶解用ホルダー５１を取り去った後に、固形物
トラップ１３、１４、１５が付いたトラップホルダー９
を加熱缶１に入れ、温度が金属溶液２と同じ９００℃に
なるまで待ってから、金属溶液２内に浸漬し回転させ
た。十分にトラップホルダー９を回転させ固形物を除去
した後にトラップホルダー９を金属溶液２から引き上
げ、加熱缶１から取り除いた。

【００３５】基板供給装置の操作：その後、基板７を取
付けたサセプタ８を加熱缶１中に移動させた。ここで、
加熱缶１中の雰囲気を水素にて置換した後に、基板７の
表面温度を１０５０℃で３０分間保持した。その後、金
属溶液２及び基板７の温度が９００℃になるまで冷却し
た。しかる後に基板７を金属溶液２中に沈め、サセプタ
８をゆっくりと回転させた。ヒーター６の温度をコント
ロールしながら、９００℃から冷却速度−１℃／分で徐
冷し、基板７上にＳｉを成長させた。

【００３６】得られた半導体薄膜基板は固形異物の付着
のない高品質の基板であった。

【００３７】次に、ここで使用した固形物トラップ１
３、１４、１５について図７を用いて説明する。

【００３８】１３，１４，１５とも形状は同一であっ
た。固形物トラップ本体は円筒を斜めに切ったような形
状をとり、その開口がはやや上向きになるように取り付
けられていた。又、その本体には多数の孔１０４が開口
していた。孔の直径は０．３ｍｍであり、その孔と孔の
間隔は１ｍｍとした。そのものの構造は、溶融した液体
は通すが、粒状又は針状の固形物は通さないようになっ
ていた。このトラップがやや上向きに取り付けられてい
るため、このトラップを金属溶媒２から引き上げる際に
このトラップに掛かった固形物を逃すことはなかった。
ここで孔の直径としては０．１〜１ｍｍが好ましく、更
に好ましくは０．２〜０．５ｍｍの範囲である。又、孔
と孔の間隔としては０．５〜５ｍｍが好ましく、更に望
ましくは０．５〜２ｍｍの範囲である。材質は高純度の
石英を加工して製作した。但し、本発明においては、材
質は特に限定しない。処理温度に耐え、基板を汚染しな
い物であればよく、他には、シリコンカーバイドやカー
ボン等が考えられる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、太陽電池や光センサな
どの大面積デバイスを生産する際に品質の良いデバイス
を生産することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１の液相成長装置の内部模式図であ
り、Ｓｉの粉砕粒を金属溶媒に溶かして金属溶液を調製
する時の態様を示す。

【図２】実施形態１の液相成長装置の内部模式図であ
り、基板を金属溶液に浸漬する時の態様を示す。

【図３】実施形態１の固形物トラップの斜視図である。

【図４】実施形態２の液相成長装置の模式図であり、
Ｓｉの塊を金属溶媒に溶かして金属溶液を調製する時の
態様を示す。

【図５】実施形態２の液相成長装置の模式図であり、固
形物を除去する時の態様を示す。

【図６】実施形態２の液相成長装置の模式図であり、基
板を金属溶液に浸漬する時の態様を示す。

【図７】実施形態２の固形物トラップの斜視図である。

【図８】従来の液相成長装置の概要を示す図である。

【符号の説明】

１加熱缶２金属溶液３ルツボ４Ｓｉの粉砕粒５、５１溶解用ホルダー６ヒーター７基板８サセプタ９トッラプホルダー１０、１１、１２、１３、１４、１５、固形物トラ
ップ４１Ｓｉの塊１０１、１０３固形物トラップの側壁１０２、１０４孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者庄司辰美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)発明者吉野豪人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)発明者岩根正晃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)発明者西田彰志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Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BA04 BA05 BE46 CG02 CG05 ED06 HA20 5F051 AA02 AA03 AA08 CB02 GA02 GA04 5F053 AA03 BB22 BB38 BB53 BB54 DD01 DD03 DD20 FF01 GG01 HH04 LL05 RR04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液相中で基板上に半導体の薄膜を成長させ
る方法において、前記半導体を金属溶媒に溶解させて調
製した金属溶液中に浮遊する固形物を除去し、次に前記
基板を前記金属溶液中に浸漬することを特徴とする液相
成長方法。
【請求項２】液相中で基板上に半導体の薄膜を成長させ
る装置において、前記装置は液相成長槽、溶質材料供給装置、固形物トラ
ップ、及び基板供給装置から成り、前記液相成長槽は溶質材料を溶解している金属溶液の保
持容器であり、かつ、加熱装置を具備した加熱缶の底部
に配置されており、前記溶質材料供給装置は前記溶質材料を前記液相成長槽
に搬送する装置であり、かつ、前記液相成長槽の外部か
らその内部へ及び前記液相成長槽の内部からその外部へ
移動可能なように、また、前記溶質材料を金属溶媒に溶
解して前記金属溶液を調製する際に前記装置の軸の回り
に回転可能なように配置されており、前記固形物トラップは前記溶質材料の溶解操作後に前記
金属溶液中に浮遊する固形物を除去する装置であり、か
つ、前記液相成長槽の外部からその内部へ及び前記液相
成長槽の内部からその外部へ移動可能なように、また、
前記溶解操作中に前記装置の軸の回りに回転可能なよう
に配置されており、前記基板供給装置は前記基板を前記金属溶液に浸漬する
装置であり、かつ、前記液相成長槽の外部からその内部
へ及び前記液相成長槽の内部からその外部へ移動可能な
ように、また、前記基板の浸漬操作中に前記装置の軸の
回りに回転可能なように配置されていることを特徴とす
る液相成長装置。
【請求項３】前記固形物トラップが前記基板を保持する
サセプタの先端に配置されていることを特徴とする請求
項２に記載の液相成長装置。
【請求項４】前記固形物トラップがトラップホルダーの
先端に配置されていることを特徴とする請求項２に記載
の液相成長装置。
【請求項５】前記固形物トラップに複数の孔が開口して
おり、前記孔の直径が０．１〜１ｍｍであり、前記孔と
孔の間隔が０．５〜５ｍｍであることを特徴とする請求
項２〜４のいずれかに記載の液相成長装置。
【請求項６】前記金属溶媒はＩｎまたはＳｎから成るこ
とを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の液相成
長装置。
【請求項７】前記基板は金属級Ｓｉ基板またはＳＵＳ基
板から成ることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに
記載の液相成長装置。
【請求項８】前記半導体はＳｉ、ＧａＡｓおよびＧｅか
ら成る群から選ばれたいずれかの材料から成ることを特
徴とする請求項２〜７のいずれかに記載の液相成長装
置。
【請求項９】前記加熱缶が石英製であることを特徴とす
る請求項２〜８のいずれかに記載の液相成長装置。