JP2002203799A

JP2002203799A - 液相成長方法および液相成長装置

Info

Publication number: JP2002203799A
Application number: JP2000402289A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Iwane; 正晃岩根; Masaki Mizutani; 匡希水谷; Toshihito Yoshino; 豪人吉野; Tatsumi Shoji; 辰美庄司; Tetsuo Saito; 哲郎齊藤; Akiyuki Nishida; 彰志西田; Noritaka Ukiyo; 典孝浮世; Katsumi Nakagawa; 克己中川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2002-07-19
Also published as: US20020108559A1; US6802900B2

Abstract

(57)【要約】【課題】液相成長によりウエハ上に形成される堆積膜の
膜厚をウエハ全体に亙って均一化する。【解決手段】ウエハ支持ピンで保持したウエハを成長材
料含有溶液の中に浸漬してウエハ上に堆積膜を成長させ
る。その場合に通気孔を使用してルツボを満たしている
溶液の中心部にも雰囲気ガスを送り込み、溶液の中心部
も積極的に冷やす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液相成長方法およ
び液相成長装置に関し、詳しくは、治具によってウエハ
サイズの基板を保持し、成長材料を含む溶液に浸け込む
浸漬型の液相成長方法と液相成長装置に関する。

【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
境を悪化させる原因になっている。また、将来、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、この薄膜結
晶Ｓｉ太陽電池の低コスト化が見こまれる。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、ある程度折り曲げること
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。図１６は、特開平８−２１３
６４５号公報で、薄膜Ｓｉの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ウエハ、１０２
は多孔質Ｓｉ層、１０３はｐ⁺型Ｓｉ層、１０４はｐ^-
型Ｓｉ層、１０５はｎ ⁺型Ｓｉ層、１０６は保護膜、１
０９、１１１は接着材、１１０、１１２は治具である。
図１６の太陽電池の製造工程では、Ｓｉウエハ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Ｓｉ層１０５を成長させる。そして、保
護膜１０６を形成する。そして、保護膜１０６とＳｉウ
エハ１０１に、それぞれ接着材１１１、１０９を付けて
治具１１２、１１０に接合させる。その後、治具１１
０、１１２に引っ張り力Ｐを働かせて、多孔質Ｓｉ層１
０２でＳｉウエハ１０１とエピタキシャル成長した各Ｓ
ｉ層（１０３、１０４、１０５）を分離する。そして、
エピタキシャル成長した各Ｓｉ層（１０３、１０４，１
０５）に太陽電池を形成し、一方、Ｓｉウエハ１０１を
再び同様の工程に投入してコストダウンを図る。

【０００５】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。溶媒としてＳｎ溶融液
を用い、成長前に予めＳｎ溶融液中に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エハの多孔質表面をＳｎ溶
融液に漬け、多孔質表面上にエピタキシャルＳｉ層を成
長させている。

【０００６】また、特開平５−１７２８４号公報は、化
合物半導体の浸漬型の液相成長装置と保持治具を開示し
ている。図１７は、この液相成長装置の断面図である。
図中、８１はウエハホルダー、８２はウエハ、８３はル
ツボ、８４は溶液、８５は石英反応管、８６はガス導入
管、８７はガス排出管、８８はヒータ、８９はダミーウ
エハである。この浸漬型の液相成長装置では、ウエハ８
２とダミーウエハ８９を保持したウエハホルダー８１を
（Ａ方向へ）下降させることによって、ウエハ８２を、
成長材料を溶かし込んだ溶液８４に浸漬させる。溶液８
４はルツボ８３のなかに入っており、ルツボ８３は、ガ
ス導入管８６、ガス排出管８７を使って雰囲気ガス（還
元性ガスや、不活性ガス）の雰囲気に保つ石英反応管８
５のなかに置く。ヒータ８８は系の温度制御用であり、
ヒータ８８の温度を下げることによって溶液８４の温度
を下げ、溶液８４から成長材料をウエハ８２上に析出さ
せて液相成長させる。浸漬型の液相成長装置は、スライ
ドボート方式や溶液注入型の液相成長装置に比べて、同
じサイズのウエハに液相成長させる分には、成長装置の
大きさを小さくすることができる。またホルダーに多数
のウエハを並べることができるので量産化にも便利であ
る。

【０００７】また、特開昭５７−７６８２１号公報も浸
漬型の液相成長方法について開示している。図１８
（ａ）は、特開昭５７−７６８２１号公報で開示された
ウエハ保持体の斜視図であり、１２３は腕、１２４は傘
状板、１２５はウエハ、１２６は通し穴、１２２は筒状
体を表す。このウエハ保持体は傘状板１２４上に６枚の
基板を載せることができる。図１８（ｂ）は、このウエ
ハ保持板の平面図である。図１８（ｃ）は、図１８
（ａ）や（ｂ）で表したウエハ保持体を浸漬するルツボ
１２８を表し、ルツボ１２８の中には溶液１２９が入っ
ている。ルツボ１２８の周りにはヒータ１３０があり、
ルツボ１２８の下部には中央にせり上がって突出する補
助ヒータ１３１がある。つまり、補助ヒータ１３１の周
りでは、ルツボ１２８は内部に向かって窪んでおり、そ
の内部に補助ヒータ１３１がある。この補助ヒータ１３
１のために、溶液１２９の中央部が、その周辺部より温
度が低くなることがなく、溶液１２９全体が均一な育成
温度になる。このため、均一な液相成長が可能であるこ
とを開示している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図１７を使って説明し
た特開平５−１７２８４号公報で開示された浸漬型の液
相成長装置の場合、ウエハサイズが大きくなり、大きな
面積で液相成長させようとすると、堆積膜がウエハの周
辺部で厚く、中央部で薄くなる。図１９は、その堆積膜
の成長を表す断面図である。図中、８２はウエハ、９０
はウエハ８２上に堆積したエピタキシャル成長膜であ
る。図のように、ウエハサイズが大きくなると、堆積膜
９０は、ウエハの中央部では薄く、周辺部で厚くなる。
この現象は、ウエハサイズが５インチ以上になると特に
顕著になる。この原因は、溶液８４の外側は雰囲気ガス
の近くなので、溶液の外側の降温が系の冷却についてい
くが、溶液８４の中央部は雰囲気ガスから遠いので、外
側の降温に比べて遅れて冷却されるためであると推測さ
れる。つまり、ウエハの中央部では、周辺部に比べて、
成長開始から温度変化が少ない。このため、ウエハの中
央部では堆積膜９０の析出量が、周辺部に比べて小さい
と考えられる。

【０００９】特開昭５７−７６８２１号公報に開示の液
相成長方法も同様で、ルツボに溜めた溶液を積極的に冷
やす機構がないため、ルツボ中央部の温度が周辺部に比
べて下がりにくい。このため、ルツボ中央部の溶質の析
出量が少なく、ウエハのルツボ中央部近くはやはり堆積
膜の膜厚が薄くなってしまう。

【００１０】このように、ウエハの堆積膜にばらつきが
あると、例えば、太陽電池を製造し堆積膜の表面に電極
を付けたりするときに、コンタクト不良が起こる可能性
が大きい。また、十分に光吸収させるために、堆積膜の
膜厚を薄い部分に合わせなければならないため、膜厚の
厚い部分はオーバースペックになり堆積膜の材料が無駄
になる。そのうえ、堆積膜が厚い場合、その膜の周辺部
は、その厚すぎる膜厚のために電極に到達しない光キャ
リアも多くなり、光変換効率が悪くなる。このため、太
陽電池をウエハ上に製造する場合、堆積膜はできるだけ
均一である方がよい。太陽電池以外の半導体装置でも、
堆積膜の膜厚がばらついているとウエハの中央部と周辺
部で、設計を変えなければならず、これが工程増などに
つながり、製造コストが高くなってしまう。

【００１１】そこで、本発明の課題は、ウエハなどの基
板上の液相成長による堆積膜の膜厚を基板全体に亙って
均一化することである。

【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、鋭意努力した結果、以下の発明が得られた。

【００１３】すなわち、本発明は、溶媒に成長材料を溶
かし込んで溶液を調製し、基板をルッボに溜めた前記溶
液に浸し、前記溶液からの液相成長によって前記基板上
に堆積膜を成長させる方法において、冷却手段により前
記溶液の中央部を冷やすこととしている。

【００１４】ここで、前記冷却手段は、前記ルツボの中
央部にある通気孔であるのがよい。この通気孔は、基板
を保持する治具に備わっていてもよいし、ルツボ自体に
備わっていてもよい。成長材料としてはＳｉが望ましい
が、Ｇｅ、ＧａＡｓなどの化合物半導体であってもよ
い。また、成長材料を溶かすための溶媒としてはＩｎま
たはＳｎなどの溶融液が挙げられる。

【００１５】本発明の別の態様は、ルツボ内に溜めた溶
媒に成長材料を溶かし込んで溶液を調製し、前記溶液に
基板を浸し、前記溶液からの液相成長によって前記基板
上に堆積膜を成長させる装置において、前記装置内にて
前記溶媒に前記成長材料を溶解させることができるよう
にその外部から内部へ導入され、次いでその内部から外
部へ排出される溶かし込みウエハカセット、前記装置内
にて前記堆積膜を成長させることができるようにその外
部から内部へ導入され、次いでその内部から外部へ排出
されるウエハカセット、前記装置の外部から前記装置の
内部へ気体を導入するためのガス導入管、前記装置の内
部から前記装置の外部へ気体を排出するためのガス排出
管及び前記溶液の中央部を冷やす冷却手段を具備するこ
ととする。

【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。４つの実施形態を説明する
が、それぞれの実施形態に限らず、それぞれの組み合わ
せも本発明の範囲に含まれる。

【００１７】（実施形態１）実施形態１は、Ｓｉウエハ
を支えるウエハカセットの中心の主軸が中空構造になっ
ていて、溶液の中心部分の冷却効果を上げる実施形態で
ある。図１は、実施形態１のウエハカセットの、側面か
らの断面図（ａ）と上面からの平面図（ｂ）である。図
１（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ’線での断面図であり、
図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ’線での断面図であ
る。図中、１はルツボ、２は主軸、３は通気孔、４はル
ツボ１に蓄えられた溶液、５はウエハ支持ピン、６はＳ
ｉウエハ、７は自転軸、８は支持ピン固定円盤、１１は
自転軸支持円盤である。ルツボ１、主軸２、ウエハ支持
ピン５、自転軸７、支持ピン固定円盤８、自転軸支持円
盤１１は１０００℃程度の温度に耐えられるように石英
製であるのが好ましい。

【００１８】図２は、ヒータ１０と駆動系２２と図１の
ウエハカセット１５を含めた液相成長装置の側面からの
断面図である。ルツボ１とウエハカセット１５は、石英
反応管１４の中に入る。ヒータ１０は、石英反応管１４
の外側にあり、上中下で３つの部分に別れていて、中央
部の加熱部として、ルツボ１を設置する場所と、ルツボ
１上部のルツボ１の高さ分程度は確保している。これ
は、ウエハカセット１５をルツボ１に浸漬する前に、１
０４０℃程度の温度で水素アニールを行って、Ｓｉウエ
ハ６の表面を清純化するためである。

【００１９】駆動系２２について説明する。図中、１３
は公転軸用モータ、１２は自転軸用モータ、１６は自転
軸支柱、１７は主軸支柱、１８は上部自転軸支持円盤、
１９、２０は接続部、２１はウエハカセット支持系、２
３は公転軸用モータ１３と自転軸用モータ１２に電力を
供給する導線である。自転軸支柱１６、主軸支柱１７、
上部自転軸支持円盤１８、全体支柱はステンレス製であ
る。主軸支柱１７と石英製の主軸２は、接続部２０でボ
ルトとナットなどを使って接続させる。自転軸７と自転
軸支柱１６も接続部１９で同様に接続させる。８６は、
石英反応管１４内に水素、窒素などの雰囲気ガスを導入
するガス導入管である。

【００２０】ウエハカセット支持系２１は、外枠と通じ
ていて、駆動系２２やウエハカセット１５などを支持し
ている。公転軸用モータ１３は、主軸支柱１７を介して
ウエハカセット１５の公転軸となる主軸２を回転させ
る。主軸支柱１７の中には導線が通っていて、その導線
から自転軸用モータ１２に電力が供給される。公転軸用
モータ１３の中にはリング電極があり、主軸支柱１７が
公転しても、導線２３と主軸支柱の中の導線との導通が
とれるようになっている。

【００２１】以下、実施形態１の気相成長装置を使っ
て、剥離型の太陽電池を製造する例を説明する。図３と
図４は、この構造の太陽電池の作製工程を示す断面図で
あり、図６は完成した太陽電池の斜視図である。

【００２２】まず、図３（ａ）のように単結晶のＳｉウ
エハ６を用意する。つぎに、図３（ｂ）のようＳｉウエ
ハ６の表面に陽極化成によって厚さ（１〜３０μｍ）の
多孔質Ｓｉ層２７を形成する。Ｓｉウエハ６の厚みは６
００μｍ程度であり、多孔質Ｓｉ層２７は１〜３０μｍ
程度とするので、Ｓｉウエハ６の極表層部分だけが多孔
質Ｓｉ層２７となる。Ｓｉウエハ６の大部分は、非多孔
質Ｓｉ層２８として残る。

【００２３】図５（ａ）と（ｂ）は、Ｓｉウエハ６をフ
ッ酸系のエッチング液で処理（陽極化成）をする装置の
断面図である。図中、６はＳｉウエハ、４１はフッ酸系
のエッチング液、４２、４３は金属電極、４４はＯリン
グを表す。処理するＳｉウエハ６はｐ型の方が望ましい
が、低抵抗であればｎ型でもよい。また、ｎ型のウエハ
であっても光を照射し、ホールが生成した状態であれば
多孔質化することができる。図５（ａ）のように下側の
金属電極４２を正に、上側の金属電極４３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
ウエハ６の面に垂直な方向にかかるように設置すると、
Ｓｉウエハ６の上側の表面が多孔質化される。図５
（ｂ）のように左側の金属電極４２を正に、右側の金属
電極４３を負にし、両電極間にＳｉウエハ６を置いて電
圧をかけると、Ｓｉウエハ６の右側の表面つまり負電極
側が多孔質化される。フッ酸系のエッチング液４１とし
ては、濃フッ酸（例えば４９％ＨＦ）を用いる。金属電
極４２、４３は、ＰｔやＡｕなどを使用する。陽極化成
中は、Ｓｉウエハ６から気泡が発生するので、この気泡
を効率よく取り除くために、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用いて、
攪拌しながら陽極化成を行ってもよい。多孔質化する表
面の厚さは０．１〜３０μｍがよく、より望ましくは１
〜１０μｍである。

【００２４】また、陽極化成の工程では、後に分離工程
での作業をやりやすくするため、陽極化成時に金属電極
４２から金属電極４３に流す電流を変化させる。例え
ば、Ｓｉウエハ６の極表層を多孔質化する陽極化成の前
半は小電流を、非多孔質Ｓｉ層２８と多孔質Ｓｉ層２７
の界面付近を多孔質化する陽極化成の後半は大電流を流
す。この場合、多孔質Ｓｉ層２７中の表層は、後のエピ
タキシャル成長を行いやすい孔の小さい構造になり、多
孔質Ｓｉ層２７の非多孔質Ｓｉ層２８側は、分離を行い
やすい孔の大きい構造になる。この結果、後のエピタキ
シャル成長の工程と分離の工程の実施が容易になる。も
ちろん、工程簡略化のため、一定電流で陽極化成をして
もよい。

【００２５】つぎに、図３（ｃ）のように多孔質Ｓｉ層
２７上に液相成長によってエピタキシャル層（単結晶）
であるｐ^-型Ｓｉ層２５を成長させる。その際の膜厚は
２０〜５０μｍとする。実施形態１の場合、このエピタ
キシャル層が本発明の堆積膜である。この工程は、図１
と図２を使って説明した本発明の液相成長装置と方法に
よって行う。

【００２６】まず、薄いフッ酸などで洗浄した溶かし込
み用Ｓｉウエハをウエハカセット１５に取り付ける。ウ
エハ支持ピン５には、Ｓｉウエハを挿し込む溝が切って
あり、その中にＳｉウエハを挿し込むことによってＳｉ
ウエハを支持する。ウエハ支持ピン５の溝は、溶液４か
らＳｉウエハ６を引き上げたとき、Ｓｉウエハ上に溶液
４が残らないように、Ｓｉウエハを斜めに取り付けるよ
うに形成されている。

【００２７】つぎに、図２のようにウエハカセット１５
を、接続部１９、２０を使って、駆動部２２に取り付け
る。このとき、あらかじめ、主軸２の接続部２０は常時
接合状態にあり、接続部１９のみを外して、ウエハカセ
ット１５の抜き差しを行った方がよい。このようにし
て、ウエハカセット１５を液相成長装置に組み込み、ウ
エハカセット１５を、図２のように溶媒の真上に置い
て、ヒータ１０に通電し、１０分間程度１０４０℃でア
ニールを行い、Ｓｉウエハ６の表面を清純化する。この
アニールは水素雰囲気中で行う。このとき、公転モータ
１３や自転モータ１２を使って、Ｓｉウエハを回転させ
るのが望ましい。

【００２８】その後、ヒータ１０への通電状態を調節す
ることにより、ルツボ１の中の溶媒を９６０℃程度の温
度に調節し、上下機構を使って、ウエハカセット１５と
駆動系２２を下降させ、溶媒にＳｉウエハを浸け込み、
約１時間放置する。すると、ＳｉウエハのＳｉが溶媒に
溶ける。つぎに、ウエハカセット１５を溶液４から引上
げ、ウエハカセット１５を液相成長装置の外に出すこと
によって、溶媒へのＳｉの溶かし込みを終える。このよ
うにしてＳｉを含む溶液が調製される。

【００２９】つぎに、表面に多孔質Ｓｉ層２７があり、
やはり薄いフッ酸などで洗浄したＳｉウエハ６を別のウ
エハカセット１５に取り付ける。そして、溶かし込みウ
エハと同様に水素雰囲気中でアニールを行ったあと、ヒ
ータ１０への通電状態を調節することにより９５０℃に
温度調節する。この段階でＳｉの溶け込んだ溶液４が過
飽和状態になる。そして、上下機構を使って、ウエハカ
セット１５と駆動系２２を下降させ、溶液４にＳｉウエ
ハ６を浸け込む。その後、ヒータ１０への通電状態を調
節することにより、溶液４を９００℃程度まで徐々に温
度調節し、溶液４からＳｉウエハ６上にＳｉの堆積膜を
形成させる。つぎに、ウエハカセット１５を溶液４から
引上げ、ウエハカセット１５を液相成長装置の外に出す
ことによって、液相成長を終了させる。

【００３０】実施形態１の液相成長では、通常は自転軸
用モータ１２と公転軸用モータ１３で、Ｓｉウエハに自
転と公転を与えるのが望ましいが、通気孔３を通じて、
溶液４の内部まで石英反応管１４中の雰囲気中の温度に
追従する。このため、特に、Ｓｉウエハに自転や公転を
与えなくても、液相成長によるエピタキシャル層の膜厚
の均一性を保つことができる。従って、特に、成長中、
自転と公転のいずれか一方があってもよいし、全く自転
と公転がなくてもよい。

【００３１】液相成長法で、ｐ^-型Ｓｉ層２５の液相成
長を終えた後、図３（ｄ）のように不純物拡散によっ
て、ｐ^-型Ｓｉ層２５の表面をｎ⁺型Ｓｉ層２４とす
る。つぎに図３（ｅ）のようにｎ⁺型Ｓｉ層２４上に印
刷などの方法で表面電極３１を形成する。表面電極３１
は、斜視図である図６で示すように櫛の歯のような構造
を有する。つぎに、表面電極３１で覆われていないｎ⁺
型Ｓｉ層２４上にＴｉＯ（酸化チタン）やＭｇＦ（フッ
化マグネシウム）やＳｉＮ（窒化シリコン）などからな
る反射防止膜をスパッタなどの方法で形成し、その上に
図４（ａ）のようにガラス基板３３を接着材で貼り付け
る。

【００３２】その後、ガラス基板３３と非多孔質Ｓｉ層
２８の間に引っ張り力を働かせ、多孔質Ｓｉ層２７の部
分で非多孔質Ｓｉ層２８と太陽電池となる部分を分離す
る。分離した非多孔質Ｓｉ層２８は、表面に残った多孔
質Ｓｉの残さをアルカリのエッチャントなどで除去し再
びＳｉウエハ６として、図３（ａ）からの工程に使用す
る。図４（ｂ）で分離した太陽電池となる部分について
は、やはり、多孔質Ｓｉ層２７の残さをアルカリのエッ
チャントなどで除去し、図４（ｃ）のような残さのない
構造にする。その後、図４（ｄ）のようにｐ^-型Ｓｉ層
２５の裏面にステンレスやＡ１鋼板などからなる裏面電
極３２を導電性接着材などで貼り合わせ、図６の太陽電
池向けユニットセルの完成となる。裏面電極３２のｐ^-
型Ｓｉ層２５への貼り付けは熱溶着によって行ってもよ
い。

【００３３】実施形態１の液相成長装置を使って浸漬型
の液相成長を行えば、溶液の中央部もヒータの温度調節
に追従して冷却することができるので、膜厚むらの少な
い堆積膜を成長させることができる。さらに、ウエハカ
セットに多くのＳｉウエハを付けることができるので、
大量生産に適している。また、実施形態１は、Ｓｉウエ
ハに多孔質Ｓｉ層を形成して、単結晶Ｓｉ層をエピタキ
シャル成長させる例を挙げて説明したが、Ｓｉウエハの
代りにＧｅ、ＧａＡｓウエハを使用してもよいし、Ｓｉ
ウエハを陽極化成して得た多孔質Ｓｉ層上に、Ｇｅ、Ｇ
ａＡｓなどを成長させてもよい。また、太陽電池を製造
する例を示したが、エピタキシャルウエハやＳＯＩ（Si
licon on Insulator）基板の製造に適用させてもよい。

【００３４】（実施形態２）実施形態２は、ルツボの中
央部が中空構造になっていて、溶液の中心部分の冷却効
果を上げる実施形態である。実施形態２では、４つのウ
エハカセットを一つのルツボに浸漬する。図７は、実施
形態２のウエハカセットとルツボの側面からの断面図
（ａ）と上面からの断面図（ｂ）である。部品の符号
は、前述の図と同じものを表す。図８は、ウエハカセッ
トをルツボ１から引き上げた状態での断面図である。８
６はガス導入管であり、８７はガス排出管である。この
液相成長装置では、自転軸用モータ１２で自転をするの
みであって、実施形態１のように公転機構は備わってい
ないが、その分、単純な構造になっている。図７や図８
で示すように、実施形態２のルツボ１は、中央部に雰囲
気ガス９が流れる通気孔３があるので、溶液４の中央部
も周辺部と同様に冷やすことができる。雰囲気ガス９の
流れを確保するためにガス導入管やガス排出管の形状を
適宜変更する。

【００３５】（実施形態３）実施形態３は、実施形態２
と同様に溶液のルツボの中央部が中空構造になってい
て、溶液の中心部分の冷却効果を上げる実施形態であ
る。しかし、ウエハカセットが一つであって、Ｓｉウエ
ハの中央部に穴が開口している。図９は、実施形態３の
ウエハカセットとルツボの側面からの断面図（ａ）と上
面からの断面図（ｂ）である。部品の符号は、前述の図
と同じものを表す。断面図（ａ）は断面図（ｂ）のＡ−
Ａ’線で切った断面図であり、断面図（ｂ）は断面図
（ａ）のＢ−Ｂ’線で切った断面図である。実施形態３
のＳｉウエハ６は六角形であり、中央部に六角形の穴が
開口している。Ｓｉウエハ６を溶液４の入ったルツボ１
に浸漬するとき、ルツボ１に備わった通気孔３がＳｉウ
エハ中央部の穴を通る。六角形のＳｉウエハは（１１
１）面が表面であるＳｉウエハを使い、そのへき開性を
利用して六角形に成形するのが望ましい。

【００３６】実施形態３の液相成長では、Ｓｉウエハ中
央部の溶液付近に雰囲気ガスを当てることができるの
で、Ｓｉウエハ中央部も周辺部も溶液４の温度が均一に
下がり、ウエハ全体に亙って厚さが均一である膜を液相
成長させることができる。また、支持ピン固定円盤８に
つながった３本のウエハ支持ピン５でＳｉウエハ６を支
え、回転させることにより、より均一な液相成長を行う
ことができる。実施形態３の液相成長を実施形態１で説
明した太陽電池の製造工程に使用し、１枚のＳｉウエハ
から１００枚程度薄膜単結晶の太陽電池ユニットセルが
得られる。

【００３７】実施形態３で成長させ、剥離した薄膜単結
晶を図１０（ａ）の点線のところで切断し、太陽電池ユ
ニットセル３７とする。完成した太陽電池ユニットセル
３７は、図１０（ｂ）のように並べてユニットセルの充
填率の高い太陽電池モジュール３８とする。実施形態３
では、図１０（ｃ）のように、外周が四角形であって、
四角形の穴を開口させたＳｉウエハを使用し、同様の方
法で液相成長と太陽電池のセル化を行い、ユニットセル
３９を作製してもよい。この場合、ユニットセル３９を
図１０（ｄ）のように並べて充填率の高い太陽電池モジ
ュール４０とする。図１０（ｂ）や（ｄ）のモジュール
は、幾何学的模様のような形になり、例えば太陽電池を
住宅の屋根に取り付ける場合、デザインの多様性を高め
る効果もある。

【００３８】（実施形態４）実施形態４は、ウエハカセ
ットに通気孔が備わっている形態である。図１１と図１
２は、それぞれ実施形態４のウエハカセットの側面から
と斜め上面からの断面図である。図１２の断面図は、図
１１のＡ−Ａ’線で切った斜め上面からの断面図であ
る。図中、４１は支柱、４４はウエハ覆い、４５はウエ
ハ裏打ち台座、５０は支柱指示円盤であり、すべて１０
００℃程度の温度に耐えるよう石英製である。実施形態
４のウエハカセットは、Ｓｉウエハ６を保持するウエハ
裏打ち台座４５を有し、そのウエハ裏打ち台座４５の裏
表でＳｉウエハ６を保持し、それぞれのウエハ裏打ち台
座４５を支える支柱４１とウエハ裏打ち台座４５自身が
一体構造の石英で構成されている。支柱指示円盤５０
は、支柱４１と一体構造の石英製であり、支柱４１を支
えている。６はＳｉウエハで、図１２の４９の位置にオ
リエンテーションフラット（以下オリフラと略す。）を
有する。ウエハ裏打ち台座４５のザグリ（凹部）の中に
Ｓｉウエハを埋め込み、ウエハ覆い４４を使って保持す
る。

【００３９】ウエハ裏打ち台座４５は、Ｓｉウエハ６よ
りもその直径が０．１〜０．５ｍｍ程度大きく、Ｓｉウ
エハ６のオリフラ部分４９の形に合わせたザグリ（凹
部）が設けてあり、Ｓｉウエハ６をそのザグリの中に埋
め込む。このため、ウエハ裏打ち台座４５は、Ｓｉウエ
ハ６を保持する保持板となる。ウエハ覆い４４の直径
は、Ｓｉウエハ６をＳｉウエハ６の周辺部だけで押さえ
られるように図１２のようにＳｉウエハ６の大きさより
１〜５ｍｍ小さく、オリフラ部分４９の形に対応した開
口部４７がある。また、図１１のように、支柱４１のウ
エハ裏打ち台座４５の接続部に溝４８が形成されてお
り、ウエハ覆い４４をその溝４８に合わせることでウエ
ハ覆い４４を固定する。ウエハ覆い４４を装着したり取
り外したりするときは、ウエハ覆い４４を溝４８のなか
で回転させ、図１２で示した切り欠き部４６を支柱４１
に合わせる。このようなＳｉウエハ６を固定する構造
は、他のＳｉウエハ６を押さえる部分にも共通してい
る。

【００４０】このウエハカセットの支柱４１とウエハ裏
打ち台座４５の内部に、通気孔３を設けてある。この通
気孔３により、雰囲気ガスが溶液の中央部まで回り、溶
液の中央部を積極的に冷やすことになる。このため、ウ
エハ中央部も端部も、液相成長時、同じ降温速度で冷や
されることになり、膜厚の均一な成長ができる。通気孔
３の上部は、支柱指示円盤５０の上部まで達しており、
ここが雰囲気ガスの出入り口になる。実施形態４では、
この出入り口付近にガス導入管を置いて、積極的に雰囲
気ガスが通気孔３のなかに入るようにしてもよい。

【００４１】実施形態４では、２槽型の液相成長装置を
使用する。図１３は、２槽型の液相成長装置を上部から
見た平面図である。図中、５１はローディングチャンバ
ー（Ｌ／Ｃ）であり、５２は水素アニール室、５４はｐ
^-型Ｓｉ層２５の成長チャンバー、５５はｎ⁺型Ｓｉ層
２４の成長チャンバー、５６はアンローディングチャン
バー（ＵＬ／Ｃ）、６３はウエハカセット６８の搬送系
が入るコアである。５８、５９は、それぞれｐ^-型Ｓｉ
層、ｎ⁺型Ｓｉ層の成長チャンバーへＳｉ原料を供給す
る搬送室、６１、６２は、それぞれｐ^-型Ｓｉ層、ｎ⁺
型Ｓｉ層の成長チャンバーにＳｉ原料を供給するための
Ｓｉ原料保管室である。

【００４２】液相成長をさせるとき、通気孔３を持ちＳ
ｉウエハ６を乗せたウエハカセット６８をローディング
チャンバー（Ｌ／Ｃ）５１に入れる。次に、コア６３に
ある搬送系を使って、ローディングチャンバー（Ｌ／
Ｃ）５１に入ったウエハカセット６８を水素アニール室
５２に移動させ、水素アニールを行う。その後、ウエハ
カセット６８をｐ^-型Ｓｉ層２５の成長チャンバー５
４、ｎ⁺型Ｓｉ層２４の成長チャンバー５５の順に移し
ていき、順にｐ^-型Ｓｉ層、ｎ⁺型Ｓｉ層をＳｉウエハ
６上に形成する。

【００４３】図１３の切断面Ａ−Ａ’で切った断面図を
図１４で表す。図中、６４は溶液、６５はヒータ、６６
はルツボ、６８は本実施形態のウエハカセット、６９は
垂直方向の搬送系、７０は水平方向の搬送系、８６は溶
かし込みウエハカセット、８７は溶かし込みウエハ、３
８は接続部である。先に説明した符号の部品は、前述し
た部品と同じであるので説明を省略する。

【００４４】ローディングチャンバー５１は、普段はゲ
ートバルブ６７によりコア６３と外気とから隔離されて
いる。ローディングチャンバー５１の右側のゲートバル
ブ６７を解除し、ウエハカセット６８をローディングチ
ャンバー５１へ導入することができる。また、ローディ
ングチャンバー５１の左側のゲートバルブを解除するこ
とにより、コア６３にある水平方向の搬送系７０を使
い、ウエハカセット６８をｐ^-型Ｓｉ層の成長チャンバ
ー５４に移動させることができる。

【００４５】Ｓｉ原料供給室６１は、左側のゲートバル
ブ６７を開けることにより、溶かし込みウエハカセット
８６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を解除することにより、搬送室
５８にある水平方向の搬送系７０を使い、溶かし込みウ
エハカセット８６をｐ^-型Ｓｉ層の成長チャンバー５４
に移動させることができる。ｐ^-型Ｓｉ層の成長チャン
バー５４は、ウエハカセット６８と溶かし込みウエハカ
セット８６を上下させる垂直方向の搬送系６９を持って
いる。垂直方向の搬送系６９は、ルツボ６６に溜めた溶
媒（メルトともいう。）中に、ウエハカセット６８と溶
かし込み基板カセット８６を浸すことができる。接続部
３８は、石英製のウエハカセット６８とステンレス製の
垂直方向搬送系６９を接続する。この接続方式としては
鍵掛け式のものが望ましい。ヒータ６５は、メルトに高
温をかけることにより、メルトを液体の状態に保つ。ｎ
⁺型Ｓｉ層の成長チャンバー５５、搬送室５９、Ｓｉ原
料供給室６２もその断面は、図１４と同じ構造である。
ウエハカセット６８では、Ｓｉウエハ６の裏面と側面に
溶液６４が触れず、Ｓｉウエハ６の裏面と側面上では薄
膜を成長させずに、表面のみに薄膜を成長させる。溶か
し込みウエハカセット８６は、１枚のウエハからできる
だけ多量のＳｉを溶媒中に溶かせるように表面も裏面も
側面も溶媒に触れる構造を有する。薄膜を成長させる場
合、垂直方向搬送系６９を使ってウエハカセット６８に
回転を与えるのが望ましい。

【００４６】図１５は、図１３と図１４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バッチ目のウエハカセットの動きを表す。１バッ
チ目のウエハカセットは、最初の２０分間でローディン
グチャンバー５１にロードされ、次いで水素アニール室
５２に搬送される。水素アニール室５２では、ウエハカ
セット６８の昇温に３０分かけ、水素アニールを１０分
間行う。水素アニールは、水素雰囲気中で約１０４０℃
にて行う。また、水素アニールの直後に微量のＳｉＨ₄
（シラン）ガスを流し、多孔質Ｓｉ層２７の表面性を良
くしておいてもよい。そして、ウエハカセット６８をコ
ア６３の水平方向の搬送系７０を使いながらｐ^-型Ｓｉ
層の成長チャンバー５４に移動させて、ウエハカセット
６８が成長温度になるまで１０分間保持する。このと
き、溶液６４ａが冷やされて溶液６４ａ中のｐ^-型Ｓｉ
が過飽和状態になる。ウエハカセット６８をｐ^-型Ｓｉ
の成長チャンバー５４に移動させる前に、Ｓｉ原料供給
室６１から搬送室５８を通して、ｐ^-型Ｓｉウエハなど
保持した溶かし込みウエハカセット８６を高温の溶媒に
浸し、溶媒内にｐ^-型Ｓｉを溶かし込んでおく。溶媒の
材料としては、Ｉｎ、Ｓｎなどがある。このようにして
ｐ^-型Ｓｉを含む溶液が調製される。

【００４７】次に、垂直方向の搬送系を使って、ウエハ
カセット６８を溶液６４ａに浸し、溶液６４ａの温度を
徐徐に下げると、多孔質Ｓｉ層２７の表面上にｐ^-型Ｓ
ｉ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。その後、ウエハカセット６８を溶液６４
ａから引き上げｐ^-型Ｓｉの成長チャンバー５４に移動
させ１０分間保持する。

【００４８】同様に予めｎ⁺型Ｓｉウエハを保持した溶
かし込みウエハカセットを溶媒に浸し、ｎ⁺型Ｓｉを溶
媒に２０分間溶かし込んでおく。このようにしてｎ⁺型
Ｓｉを含む溶液が調製される。そして、ウエハカセット
６８を溶液６４ｂに浸し、溶液６４ｂの温度を徐徐に下
げると、ｐ^-型Ｓｉ層の表面上にｎ⁺型Ｓｉ層がエピタ
キシャル成長する。この成長時間は約１０分間である。

【００４９】その後、ウエハカセット６８を溶液６４ｂ
から引き上げ、アンローディングチャンバー５６に移動
させ、５５分間冷却し室温に戻した後、最後の５分間で
ウエハカセット６８を液相成長装置から取り出す。

【００５０】Ｂは、２バッチ目のウエハカセットの動き
を表す。２バッチ目のウエハカセットも図１５のタイム
チャートどおりに移動させるが、１バッチ目のウエハカ
セットと同様の動きなので、説明を省略する。実施形態
４の液相成長装置によれば、６０分ごとに新しいウエハ
カセットの液相成長ができる。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、溶媒に成長材料を溶か
し込んで溶液を調製し、基板をルツボに溜めた前記溶液
に浸し、前記溶液からの液相成長によって前記基板上に
堆積膜を成長させる方法において、冷却手段により前記
溶液の中央部を冷やす場合、溶媒の中央部と端部の間の
温度差がなくなるので、中央部でも端部でも、均一な膜
厚の成長を行うことができる。また、本発明によれば、
前記方法に使用される装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１のウエハカセットの、側面からの断
面図（ａ）と上面からの断面図（ｂ）である。

【図２】実施形態１の液相成長装置の側面からの断面図
である。

【図３】太陽電池の製造工程を表す断面図である。

【図４】太陽電池の製造工程を表す断面図である。

【図５】陽極化成装置の断面図である。

【図６】太陽電池ユニットセルの斜視図である。

【図７】実施形態２のウエハカセットとルツボの側面か
らの断面図（ａ）と上面からの断面図（ｂ）である。

【図８】実施形態２の液相成長装置の側面からの断面図
である。

【図９】実施形態３のウエハカセットとルツボの側面か
らの断面図（ａ）と上面からの断面図（ｂ）である。

【図１０】実施形態３のウエハの平面図と太陽電池ユニ
ットセルを並べた平面図である。

【図１１】実施形態４のウエハカセットの側面からの断
面図である。

【図１２】実施形態４のウエハカセットの斜め上面から
の断面図である。

【図１３】実施形態４の液相成長装置の平面図である。

【図１４】実施形態４の液相成長装置の断面図である。

【図１５】実施形態４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１６】従来の太陽電池の製造工程を表す断面図であ
る。

【図１７】従来の液相成長装置の断面図である。

【図１８】従来の液相成長装置を表す模式図である。

【図１９】従来の液相成長した層の断面図である。

【符号の説明】

１ルツボ２主軸３通気孔４溶液５ウエハ支持ピン６Ｓｉウエハ７自転用軸８支持ピン固定円盤９雰囲気ガス１０ヒーター１４石英反応管１５ウエハカセット１９、２０接続部２１ウエハカセット支持系２２駆動系２４ｎ⁺型Ｓｉ層２５ｐ^-型Ｓｉ層２７多孔質Ｓｉ層２８非多孔質Ｓｉ層３１表面電極３２裏面電極３３ガラス基板５１ローディングチャンバー５２水素アニール室５４ｐ^-型Ｓｉ層の成長チャンバー５５ｎ⁺型Ｓｉ層の成長チャンバー５６アンローディングチャンバー５８搬送室５９搬送室６１Ｓｉ原料保管室６２Ｓｉ原料保管室６３コア６４、６４ａ、６４ｂ溶液６６ルツボ８６ガス導入管８７ガス排出管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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)発明者齊藤哲郎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 (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Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BA04 BA05 BE46 CG02 CG06 EG02 EG14 EG18 QA04 QA12 QA34 QA38 QA54 5F053 AA03 AA22 BB53 BB54 BB55 DD01 DD03 FF02 GG01 HH04 RR01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ルツボ内に溜めた溶媒に成長材料を溶かし
込んで溶液を調製し、前記溶液に基板を浸し、前記溶液
からの液相成長によって前記基板上に堆積膜を成長させ
る方法において、冷却手段により前記溶液の中央部を冷やすことを特徴と
する液相成長方法。
【請求項２】前記冷却手段は前記基板を保持する治具に
形成された通気孔である請求項１に記載の液相成長方
法。
【請求項３】前記冷却手段は前記ルツボに形成された通
気孔である請求項１に記載の液相成長方法。
【請求項４】前記ルツボとしてｐ^-型Ｓｉ層を形成する
液相成長槽を、続いてｎ⁺型Ｓｉ層を形成する液相成長
槽を用いる請求項１に記載の液相成長方法。
【請求項５】前記成長材料はＳｉ、ＧｅまたはＧａＡｓ
である請求項１に記載の液相成長方法。
【請求項６】前記溶媒はＩｎまたはＳｎの溶融液である
請求項１に記載の液相成長方法。
【請求項７】ルツボ内に溜めた溶媒に成長材料を溶かし
込んで溶液を調製し、前記溶液に基板を浸し、前記溶液
からの液相成長によって前記基板上に堆積膜を成長させ
る装置において、前記装置内にて前記溶媒に前記成長材料を溶解させるこ
とができるようにその外部から内部へ導入され、次いで
その内部から外部へ排出される溶かし込みウエハカセッ
ト、前記装置内にて前記堆積膜を成長させることができるよ
うにその外部から内部へ導入され、次いでその内部から
外部へ排出されるウエハカセット、前記装置の外部から前記装置の内部へ気体を導入するた
めのガス導入管、前記装置の内部から前記装置の外部へ気体を排出するた
めのガス排出管及び前記溶液の中央部を冷やす冷却手段
を具備することを特徴とする液相成長装置。
【請求項８】前記冷却手段は前記基板を保持する治具に
形成された通気孔である請求項７に記載の液相成長装
置。
【請求項９】前記冷却手段は前記ルツボに形成された通
気孔である請求項７に記載の液相成長装置。
【請求項１０】前記ルツボとしてｐ^-型Ｓｉ層を形成す
る液相成長槽とｎ⁺型Ｓｉ層を形成する液相成長槽を具
備する請求項７に記載の液相成長装置。
【請求項１１】前記ウエハカセットは自転可能である請
求項７に記載の液相成長装置。
【請求項１２】前記ウエハカセットは公転可能である請
求項７に記載の液相成長装置。
【請求項１３】前記気体は雰囲気ガスとしての水素また
は窒素ガスである請求項７に記載の液相成長装置。
【請求項１４】前記成長材料はＳｉ、ＧｅまたはＧａＡ
ｓである請求項７に記載の液相成長装置。
【請求項１５】前記溶媒はＩｎまたはＳｎの溶融液であ
る請求項７に記載の液相成長装置。