JP2002289536A - 熱ｃｖｄ装置および薄膜半導体素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 短時間に多数のシリコンウェーハを加熱で
き、かつ短時間で降温できる、省電力でスループットの
高い熱ＣＶＤ装置およびこれを用いた薄膜半導体素子の
製造方法を提供する。 【解決手段】 熱ＣＶＤ装置１の反応管１１内に収納さ
れた複数のシリコンウェーハＷを、カーボンサセプタを
用いずに電磁誘導方式で直接加熱する。シリコンウェー
ハＷは、ボート１３上に立設されたウェーハ保持部１５
Ａ〜１５Ｃの内側の側面に設けられた係止部１６Ａ〜１
６Ｃにおいて端縁を３点で支持されているだけなので、
シリコンウェーハＷの表側および裏側の両面に単結晶シ
リコン膜を成膜することが可能である。シリコンウェー
ハＷは輻射熱により相互に加熱し合うので、多数のシリ
コンウェーハを省電力で効率良く加熱できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、結晶性の良い均一
なエピタキシャル膜を成膜するための熱ＣＶＤ（Chemic
al Vapor Deposition ；化学的気相成長）装置に係り、
特に薄膜単結晶シリコン（Ｓｉ）太陽電池素子の製造に
好適な熱ＣＶＤ装置、およびこれを用いた薄膜半導体素
子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の太陽電池素子は例えば以
下のプロセスを経て製造されている。まず、ｐ型シリコ
ンウェーハの一方の面（表側の面）に、陽極化成により
多孔質シリコン層を形成する。その後、水素アニールに
より多孔質シリコン膜の表面の孔を塞ぎ、熱ＣＶＤ法ま
たはエピタキシャル成長により多孔質シリコン膜上に単
結晶シリコン膜を形成する。

【０００３】この単結晶シリコン膜の成膜工程と同時
に、多孔質シリコン層中に、引張強度が最も小さい剥離
層を形成する。続いて、単結晶シリコン膜に例えばイオ
ン注入によりｎ型不純物を拡散させてｎ型層を形成し、
これにより、ｐｎ接合を形成する。そして、アルミニウ
ム（Ａｌ）および銀（Ａｇ）のスクリーン印刷により電
極を形成し、光電変換部を形成する。続いて、この光電
変換部の表側（多孔質シリコン層とは反対側）に、プラ
スチックフィルムを接着し、光電変換部を剥離層におい
てシリコンウェーハから剥離する。

【０００４】このようにして光電変換部をプラスチック
フィルムに転写した後、裏側（剥離面側）に残っている
多孔質シリコン層をエッチングなどにより除去し、反射
防止膜を形成し、透明プラスチックフィルムを接着し
て、太陽電池素子が完成する。一方、光電変換部を剥離
した後のシリコンウェーハは、表側（剥離面側）に残っ
ている多孔質シリコン層をエッチングなどにより除去し
て、太陽電池素子を形成するためのウェーハとして再利
用する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の単結晶シリコン
膜の成膜工程は、例えば熱ＣＶＤ装置を用いて行われ
る。しかしながら、従来の熱ＣＶＤ装置は、エピタキシ
ャル膜の結晶品質の向上、膜厚制御、抵抗率分布の制御
等を重視するあまり、成膜速度を遅くしてスループット
を低下させている。また、ＳｉＨ₄ 、Ｓｉ₂ Ｈ₂ Ｃ
ｌ₂ 、ＳｉＣｌ₄ 等の成膜ガスを層流にするのでガスの
利用効率が２０％以下と低くなっている。したがって、
低コストで製造する必要がある太陽電池では、これらの
装置を使用することはできなかった。

【０００６】利用効率の良い太陽電池製造用ＣＶＤ装置
としては、ドイツのFraunhofer Institute for Solar E
nergy Systems のFallerらが開発したものがある。この
ＣＶＤ装置はＳｉＨＣｌ₃ ガスの利用効率が７５％と高
い（２nd World Conferenceand Exhibition on Photovo
ltaic Solar Energy Conversion 6-10 July 1998 Vienn
a, Austria ）。しかし、このＣＶＤ装置はランプ加熱
方式であるので、数十枚のウェーハを一度に処理するこ
とはできず、スループットに問題があった。

【０００７】一方、電磁誘導方式を採用したＣＶＤ装置
が種々開発されてきた。このような電磁誘導方式のＣＶ
Ｄ装置は、一般に、カーボンサセプタを備えており、こ
のカーボンサセプタ上にシリコンウェーハが載置されて
いる。そして、まずサセプタを加熱し、サセプタを介し
て間接的にシリコンウェーハを加熱するようになってい
る。その理由は、通常のシリコンは比抵抗が数Ωｃｍと
高いので電磁誘導方式では加熱しにくいからである。し
かし、カーボンサセプタの利用には、以下のようないく
つかの問題がある。

【０００８】まず、厚さ５ｍｍの６インチカーボンサセ
プタ１枚を１１００℃に加熱するために必要な電力は１
６４ＫＪに達し、太陽電池製造エネルギーを増加させ
る。また、カーボンサセプタは熱容量が大きいので、成
膜後にシリコンウェーハをＣＶＤ装置から取り出すため
に１００℃以下に冷却するまでの時間が長くなり、スル
ープットを悪化させる。さらに、５ｍｍ厚のカーボンサ
セプタを使用するとシリコンウェーハ間の間隔（ピッ
チ）が約１５ｍｍ（すなわち、あるシリコンウェーハと
その上のシリコンウェーハを載せるカーボンサセプタと
の間の距離は約９ｍｍ）になり、ＣＶＤ装置が大型化し
てしまう。

【０００９】一方、シリコンウェーハの比抵抗を下げる
ため、４００℃程度までシリコンウェーハを他の補助手
段で加熱（予備加熱）してシリコンウェーハの比抵抗を
低下させてから電磁誘導方式で加熱することが行われて
いる。シリコンウェーハの予備加熱は、ＦＺ結晶（floa
t zoning crystal）成長などでも行われているが、補助
手段の装置が複雑になるという問題を有している。

【００１０】一方、電磁誘導方式以外の別の方法とし
て、マイクロ波加熱方式によるエピタキシャル装置が開
発されている。マイクロ波加熱方式によれば、短時間で
シリコンウェーハ全体を加熱することができるという利
点がある。その反面、（１）マイクロ波を発振するマグ
ネトロンが高価であること、また、（２）シリコンウェ
ーハの比抵抗が低くなるとマイクロ波で加熱する加熱箱
部（アプリケータ）の金属壁にマイクロ波が吸収される
確率が高くなってシリコンウェーハを加熱する効率が低
下すること、さらに、（３）マイクロ波加熱方式では比
抵抗が高いほど加熱効率が高くなるが、シリコンウェー
ハが１１００℃のように高温になるとその比抵抗が０．
００１Ωｃｍ程度に低下してしまい加熱効率が一層低下
すること等の問題があった。

【００１１】また、上述の単結晶シリコン太陽電池素子
の製造プロセスにおいては、シリコンウェーハの一方の
面に多孔質シリコン層を１０μｍ程度形成し、この多孔
質シリコン層を剥離層として光電変換部を剥離する。し
たがって、シリコンウェーハを再利用するうちにシリコ
ンウェーハが薄くなって機械的強度が減少し、シリコン
ウェーハが割れる虞があるという問題があった。

【００１２】本発明はかかる問題に鑑みてなされたもの
で、その第１の目的は、均一な成膜および半導体ウェー
ハの反復再利用を可能とする熱ＣＶＤ装置および薄膜半
導体素子の製造方法を提供することにある。

【００１３】また、本発明の第２の目的は、小電力で短
時間に多数の半導体ウェーハを加熱でき、かつ短時間で
降温できる、省エネルギーでスループットの高い小型の
熱ＣＶＤ装置および薄膜半導体素子を提供することにあ
る。

【００１４】本発明の第３の目的は、低コストで大量生
産に適する太陽電池素子等の薄膜半導体素子の製造方法
を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明による熱ＣＶＤ装
置は、反応管と、複数の半導体ウェーハを保持しうるウ
ェーハ保持部を有し、反応管の内部に設けられるボート
と、このボートに保持された複数の半導体ウェーハを直
接に加熱するための加熱手段と、半導体ウェーハに対し
て成膜用ガスを供給するための複数のガス供給孔を有す
るガスノズルとを備えている。

【００１６】また、本発明による薄膜半導体素子の製造
方法は、薄膜の形成工程において、複数の半導体ウェー
ハを反応管に収容し、複数の半導体ウェーハを直接に加
熱しつつ、成膜用ガスを供給することにより気相成長さ
せて薄膜を形成するものである。

【００１７】本発明による熱ＣＶＤ装置およびこれを用
いた薄膜半導体素子の製造方法では、薄膜形成工程にお
いて、従来のようにカーボンサセプタを介することな
く、半導体ウェーハが直接に加熱される。したがって、
カーボンサセプタを加熱するために必要な膨大な電力が
不要となり、省エネルギーで効率良く半導体ウェーハ上
に単結晶薄膜を成膜することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１９】〔熱ＣＶＤ装置〕図１は、本発明の一実施
の形態に係る熱ＣＶＤ装置の概略構成を一部切り欠いて
表すものである。また、図２は、図１に示した熱ＣＶＤ
装置の上面図を表している。この熱ＣＶＤ装置１は、例
えば太陽電池素子の製造プロセスにおいて、半導体ウェ
ーハ、例えば６インチシリコン（Ｓｉ）ウェーハＷ上に
単結晶シリコン膜を成膜するために用いられるものであ
り、一度に複数のシリコンウェーハへの成膜が可能なバ
ッチ式のものである。また、加熱方式としては電磁誘導
加熱を採用している。なお、この熱ＣＶＤ装置１は、水
平にしたシリコンウェーハＷを縦に重ねて収容する所謂
縦型である。

【００２０】熱ＣＶＤ装置１は、例えば石英ガラスから
なる６インチ用反応管１１を備えている。反応管１１の
外周には誘導コイル１２が巻回されており、この誘導コ
イル１２は高周波電源１２Ａに接続されている。なお、
図１においては、反応管１１および誘導コイル１２は一
部を切り欠いて示されている。

【００２１】反応管１１の内部には、炭化ケイ素（Ｓｉ
Ｃ）からなる６インチ用ボート１３と、ガスノズル１４
が設けられている。ボート１３は、成膜された薄膜の均
一性を向上させるため、図示しない回転機構により図１
の矢印Ｃ方向（時計回り方向）に回転可能となってい
る。ガスノズル１４は、シリコンウェーハＷ間に成膜用
のガスを吹き込むことができるように、シリコンウェー
ハＷ間のほぼ中間の位置に複数のガス供給孔１４Ａを有
している。

【００２２】本実施の形態に係る熱ＣＶＤ装置１では、
従来の熱ＣＶＤ装置のようにウェーハ載置用のカーボン
サセプタを備えておらず、他の方法でシリコンウェーハ
Ｗを保持することができるようになっている。例えば、
本実施の形態においては、ボート１３には、例えば断面
矩形の柱状部材からなる３本のウェーハ保持部１５Ａ，
１５Ｂ，１５Ｃが設けられている。ウェーハ保持部１５
Ａ〜１５Ｃは、ボート１３の回転に伴いシリコンウェー
ハＷがこぼれ落ちないように適当な間隔で、ガスノズル
１４のガス供給孔１４Ａからのガスの流れを阻害しない
位置に設置されており、例えば石英，炭化ケイ素（Ｓｉ
Ｃ），ケイ素（Ｓｉ），アルミナ等から構成されてい
る。

【００２３】ウェーハ保持部１５Ａ〜１５Ｃは、シリコ
ンウェーハＷの表側および裏側の両面に単結晶シリコン
膜を形成できるようにシリコンウェーハＷを保持するこ
とができる。例えば、本実施の形態においては、ウェー
ハ保持部１５Ａ〜１５Ｃの内側の側面には、それぞれ凹
部からなる複数の係止部１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃが一定
の間隔で同じ高さに形成されている。同じ高さに設けら
れた１組の係止部１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃに、１枚のシ
リコンウェーハＷの端縁を載せることにより、シリコン
ウェーハＷを３点で中空に保持することができる。シリ
コンウェーハＷは係止部１６Ａ〜１６Ｃに端縁を支持さ
れているだけであるので、シリコンウェーハＷの表側お
よび裏側の両面がほぼ全面にわたって成膜用ガスにさら
され、シリコンウェーハＷの表側および裏側の両面への
成膜が可能となる。

【００２４】係止部１６Ａ〜１６Ｃの数およびその間隔
は、一括して加熱するシリコンウェーハＷの枚数、シリ
コンウェーハＷ間の距離Ｄおよび反応管１１のサイズ等
に応じて適宜定めることができるが、具体的には、シリ
コンウェーハＷ間の距離Ｄが３ｍｍ以上３０ｍｍ以下の
範囲内となるように設けられることが好ましい。

【００２５】なお、シリコンウェーハＷの保持は、図１
に示した形状の係止部１６Ａ〜１６Ｃに限らず、他の適
当な手段で行うことが可能である。例えば、図１では係
止部１６Ａ〜１６Ｃは凹部としてウェーハ保持部１５Ａ
〜１５Ｃの側面に刻み込まれているが、凹部の代わりに
突起部を設け、この突起部にシリコンウェーハＷの端縁
を載せて保持するようにしてもよい。

【００２６】本実施の形態においては、３つのウェーハ
保持部１５Ａ〜１５Ｃを設けたが、シリコンウェーハＷ
を所定の位置に保持するためにはウェーハ保持部は少な
くとも３つあればよく、４つ以上のウェーハ保持部を設
けてもよい。

【００２７】このような構成を有する熱ＣＶＤ装置１に
おいては、反応管１１の外側に巻かれた誘導コイル１２
に高周波電流を流し、電磁誘導によって生じる渦電流に
より、反応管１１内のシリコンウェーハＷを加熱する。
シリコンウェーハＷは従来のようにカーボンサセプタに
載せられているのではなく、ウェーハ保持部１５Ａ〜１
５Ｃにより反応管１１内で中空に保持されているので、
シリコンウェーハＷはカーボンサセプタを介しての間接
的な加熱ではなく直接加熱される。こうして所定の温度
まで昇温し、ガスノズル１４のガス供給孔１４Ａから例
えばＳｉＨ₄ ，ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ ，ＳｉＨＣｌ₃ ，ＳｉＣ
ｌ₄ などの成膜用ガスを吹き込むことにより、シリコン
ウェーハＷの表面に単結晶シリコン膜を成膜する。成膜
完了後は高周波電源１２Ａを切ることにより降温してシ
リコンウェーハＷを熱ＣＶＤ装置１から取り出す。

【００２８】シリコンウェーハＷを加熱するための高周
波電源１２Ａの周波数は５ｋＨｚから４００ｋＨｚの範
囲内とすることができる。なお、良好な成膜のために
は、ガスの対流等による反応管１１内での温度むら、ま
たは各シリコンウェーハＷ表面上での温度むらを軽減
し、シリコンウェーハＷの温度を均一にする必要があ
る。そこで、高周波電源１２Ａの周波数を５ｋＨｚから
５０ｋＨｚの範囲内とすることがより好ましい。その理
由は、一般に温度測定のための熱電対は電磁誘導によっ
て発熱してしまうので使用できないが、５ｋＨｚから５
０ｋＨｚの範囲内の比較的低い周波数を用いることによ
り熱電対に対する電磁誘導の影響を無視することがで
き、温度測定に熱電対を使用することができるからであ
る。

【００２９】このように、熱電対をセンサとして温度モ
ニターを行い、反応管１１内での温度むらを検出した場
合には、誘導コイル１２の間隔を制御することにより温
度むらを軽減することができる。具体的には、例えば、
反応管１１の中央部１１Ｂでは誘導コイル１２を疎に巻
き、反応管１１の端部１１Ａ，１１Ｃでは誘導コイル１
２を密に巻くようにすることが可能である。

【００３０】また、高周波電源１２Ａおよび誘導コイル
１２を３組設け、各組の高周波電源１２Ａおよび誘導コ
イル１２を、反応管１１の長手方向の異なる部位、例え
ば、端部１１Ａ，中央部１１Ｂおよび端部１１Ｃにそれ
ぞれ対応させることにより反応管１１内の温度調整を行
うことができる。

【００３１】なお、高周波電源１２Ａの周波数が高すぎ
ると、シリコンウェーハＷの周縁のみが加熱され、シリ
コンウェーハＷの周縁と中央との間に温度差が生じるの
で、周波数は可及的に低くすることが望ましい。

【００３２】熱ＣＶＤ装置１において用いるシリコンウ
ェーハＷとしては、比抵抗が０．００５Ωｃｍから１０
Ωｃｍの範囲内にあるものを用いることができるが、比
抵抗が０．０１Ωｃｍから０．０２Ωｃｍの範囲内にあ
ればより好ましい。このような比抵抗の低いシリコンウ
ェーハＷを用いれば、結晶性の良い多孔質シリコン層を
形成できるとともに、予備加熱を行わずにシリコンウェ
ーハＷを容易に１１００℃まで加熱することができるか
らである。

【００３３】一括して加熱される複数のシリコンウェー
ハＷの枚数は、５枚以上であることが好ましく、１０枚
以上であればより好ましい。その理由は、シリコンウェ
ーハＷの枚数が多いと、加熱されたシリコンウェーハＷ
から発生する輻射熱が隣接するシリコンウェーハＷを加
熱して、シリコンウェーハＷが相互に加熱し合うからで
ある。このように、多数のシリコンウェーハＷを一括し
て加熱するほどシリコンウェーハＷ１枚当たりの加熱電
力が少なくて済む。したがって、熱ＣＶＤ装置１は大量
生産に適しており、低コストでの成膜が望まれる太陽電
池素子製造プロセスに好ましい。

【００３４】さらに、成膜対象である複数のシリコンウ
ェーハＷを反応管１１の中央部１１Ｂに収容し、反応管
１１の端部１１Ａ，１１Ｃに、シリコン，炭化ケイ素，
カーボン等の電磁誘導加熱可能な材料からなるダミーウ
ェーハを収容することが望ましい。もし反応管１１の端
部１１Ａ，１１Ｃおよび中央部１１Ｂにシリコンウェー
ハＷのみを収容すると、反応管１１の全体にわたっての
良好な成膜は困難となる。なぜなら、端部１１Ａ，１１
Ｃに収容されているシリコンウェーハＷは、空気にさら
される上に、隣接するシリコンウェーハＷの輻射熱を受
けないので、中央部１１Ｃに収容されているシリコンウ
ェーハＷに比べて温度が上昇しないからである。これに
対して、ダミーウェーハを端部１１Ａ，１１Ｃに収容す
るようにすれば、ダミーウェーハからの輻射熱を成膜対
象であるシリコンウェーハＷに与えることが可能とな
る。

【００３５】上述のように、本実施の形態においては、
熱ＣＶＤ装置１がカーボンサセプタを用いずにシリコン
ウェーハＷを直接加熱するようにしたので、カーボンサ
セプタを昇温させるための膨大な電力が不要となる。し
たがって、省電力でシリコンウェーハＷへの成膜が可能
となり、低コストで製造する必要のある太陽電池素子の
製造に極めて有用である。

【００３６】成膜完了後は、シリコンウェーハＷは厚さ
が数百μｍと薄く、熱容量が非常に小さいので、高周波
電源１２Ａを切ることにより例えば１分以内という短時
間内に速やかに降温する。したがって、成膜後のシリコ
ンウェーハＷを速やかに熱ＣＶＤ装置１から取り出すこ
とができ、スループットの著しい向上が期待できる。

【００３７】また、本実施の形態においては、シリコン
ウェーハＷはカーボンサセプタに載せられておらず、例
えばウェーハ保持部１５Ａ〜１５Ｃの係止部１６Ａ〜１
６Ｃにより端縁を３点で支持されているだけであるか
ら、シリコンウェーハＷの表側および裏側の両面がほぼ
全面にわたって成膜用ガスにさらされることになる。し
たがって、本実施の形態ではシリコンウェーハＷの表側
および裏側の両面への成膜が可能となる。従来のように
カーボンサセプタ上にシリコンウェーハを載せてその片
面にのみ成膜した場合は、太陽電池素子の製造および剥
離の度にシリコンウェーハが薄くなるので、機械的強度
の観点からシリコンウェーハの再利用は約１０回程度に
限られていた。これに対して、本実施の形態において
は、シリコンウェーハＷの両面への成膜が可能となるの
で、太陽電池素子の製造および剥離によるシリコンウェ
ーハＷの膜厚の減少を補うことができ、シリコンウェー
ハＷの再利用を１００回程度まで行うことができる。

【００３８】さらに、カーボンサセプタの除去により、
シリコンウェーハＷ間の距離Ｄを小さくすることがで
き、熱ＣＶＤ装置１の小型化が実現できるとともに、２
枚から数百枚のシリコンウェーハＷを熱ＣＶＤ装置１に
より一括成膜することも可能となる。この距離Ｄは、例
えば、３ｍｍから３０ｍｍの範囲内とすることができ
る。３０ｍｍよりも広いとシリコンウェーハＷが加熱さ
れにくくなるとともに一括成膜可能なシリコンウェーハ
Ｗの枚数が制限される。一方、３ｍｍよりも狭いとガス
がシリコンウェーハＷの間に入りにくくなり、膜の中央
部が薄く周縁部が厚くなって均一性が損なわれるからで
ある。

【００３９】本実施の形態においては、シリコンウェー
ハＷを加熱するための高周波電源１２Ａの周波数を５ｋ
Ｈｚから４００ｋＨｚの範囲内、さらに好ましくは５ｋ
Ｈｚから５０ｋＨｚの範囲内としたので、反応管１１内
の温度測定に熱電対を使用することができる。

【００４０】誘導コイル１２は、反応管１１の長手方向
の中央部１１Ｂでは疎に巻回され、端部１１Ａ，１１Ｃ
では密に巻回されているので、反応管１１内での温度む
らを軽減し、シリコンウェーハＷの温度を均一化するこ
とができる。したがって、膜の均一性を向上させ、良好
な成膜を行うことができる。

【００４１】また、３組の高周波電源１２Ａおよび誘導
コイル１２を設け、反応管１１の長手方向の中央部１１
Ｂおよび端部１１Ａ，１１Ｃにそれぞれ対応させるよう
にしたので、ガスの対流等による反応管１１内の温度む
らを軽減し、シリコンウェーハＷの温度を均一化するこ
とができる。したがって、膜の均一性を向上させ、良好
な成膜を行うことができる。

【００４２】加えて、比抵抗が０．００５Ωｃｍから１
０Ωｃｍの範囲内、より好ましくは０．００１Ωｃｍか
ら０．０２Ωｃｍの範囲内にある比抵抗の低いシリコン
ウェーハＷを用いれば、結晶性の良い多孔質シリコン層
を形成できるとともに、予備加熱を行わずにシリコンウ
ェーハＷを容易に１１００℃まで加熱することができ
る。さらに、比抵抗が数Ωｃｍと比較的高いシリコンウ
ェーハの成膜処理を行う場合には、誘導コイル１２に最
初に大きな電流を流し、温度がある程度まで上がったと
ころで小さくするようにすれば、良好な成膜を行うこと
ができる。

【００４３】加えて、５枚以上、好ましくは１０枚以上
のシリコンウェーハＷを一括して加熱するようにしたの
で、加熱されたシリコンウェーハＷから発生する輻射熱
が隣接するシリコンウェーハＷを加熱して、シリコンウ
ェーハＷが相互に加熱し合う。したがって、多数のシリ
コンウェーハＷを一括成膜するほどシリコンウェーハＷ
１枚当たりの加熱電力が少なくて済む。このように、本
実施の形態に係る熱ＣＶＤ装置１は大量生産に適してお
り、低コストでの成膜が望まれる太陽電池素子製造プロ
セスに好ましい。

【００４４】さらに、成膜対象である複数のシリコンウ
ェーハＷを反応管１１の中央部１１Ｂに収容し、反応管
１１の端部１１Ａ，１１Ｃに、シリコン，炭化ケイ素，
カーボン等の、電磁誘導加熱可能な材料からなるダミー
ウェーハを収容するようにしたので、ダミーウェーハか
らの輻射熱を成膜対象であるシリコンウェーハＷに与え
ることが可能となり、加熱効率の更なる向上を期待する
ことができる。

【００４５】〔薄膜半導体素子の製造方法〕以下、図３
ないし図７を参照して、本実施の形態に係る熱ＣＶＤ装
置１を用いた薄膜半導体素子の製造方法について説明す
る。本実施の形態においては、シリコンウェーハ上に薄
膜として単結晶シリコン膜を形成し、この単結晶シリコ
ン膜を利用して薄膜半導体素子として太陽電池素子を形
成する例について説明する。

【００４６】まず、図３（Ａ）に示したように、太陽電
池素子の光電変換部を形成するためのシリコンウェーハ
Ｗを用意する。このシリコンウェーハＷとしては、例え
ば、ホウ素などのｐ型不純物が添加され、約０．０１Ω
・ｃｍ〜約０．０２Ω・ｃｍの範囲内の比抵抗を有する
単結晶シリコンウェーハを用いる。シリコンウェーハＷ
は、シリコンインゴットからスライスされ、エッチング
により鏡面化される。

【００４７】次に、図３（Ｂ）に示したように、シリコ
ンウェーハＷの一方の面（表側の面）に、陽極化成によ
り多孔質シリコン層２１を形成する。ここでは、陽極化
成を例えば３段階に分けて行う。すなわち、例えば、第
１段階では、約１ｍＡ／ｃｍ ² の電流密度で約８分間、
第２段階では、例えば約７ｍＡ／ｃｍ² の電流密度で約
８分間、第３段階では、例えば約２００ｍＡ／ｃｍ² の
電流密度で数秒間、それぞれ陽極化成を行う。

【００４８】シリコンウェーハＷの表側の面に多孔質シ
リコン層２１を形成した後、水素アニールにより、多孔
質シリコン層２１の表面に存在する空孔を塞ぐ。次い
で、図３（Ｃ）に示したように、上述の熱ＣＶＤ装置１
を用いて、多孔質シリコン層２１の表面に例えば約１０
μｍの厚さのｐ型の単結晶シリコン膜２２を形成すると
同時に、シリコンウェーハＷの裏側の面にも同様に例え
ば約１０μｍの厚さのｐ型の補強用単結晶シリコン膜２
３を形成する。

【００４９】このような水素アニールならびに単結晶シ
リコン膜２２および補強用単結晶シリコン膜２３の成膜
を行っている間に、多孔質シリコン層２１中に、引張強
度が最も小さい剥離層２１Ａが形成される。ただし、こ
の剥離層２１Ａは、太陽電池素子の製造工程中に、ｐ型
の単結晶シリコン膜２２などがシリコンウェーハＷから
部分的にまたは全体的に剥離しない程度の引張強度を有
しているものとする。

【００５０】続いて、図４（Ａ）に示したように、単結
晶シリコン膜２２に例えばイオン注入によりｎ型不純物
を拡散させてｎ型層２２Ａを形成し、これにより、ｐｎ
接合を形成する。そして、図４（Ｂ）に示したように、
アルミニウム（Ａｌ）のスクリーン印刷によりｐ側電極
２４を形成し、銀（Ａｇ）のスクリーン印刷によりｎ側
電極２５および半田付け用のＡｇ層２６を形成する。こ
れにより光電変換部２０が形成される。

【００５１】その後、図５に示したように、シリコンウ
ェーハＷよりも面積の広い、例えばフッ素樹脂，ポリカ
ーボネートあるいはポリエチレンテレフタレートからな
るプラスチックフィルム２７を用意し、このプラスチッ
クフィルム２７を光電変換部２０の表側に接着層２８を
介して接着させる。

【００５２】次いで、図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示
したように、光電変換部２０をプラスチックフィルム２
７と共に剥離層２１ＡにおいてシリコンウェーハＷから
剥離する。これにより、光電変換部２０がプラスチック
フィルム２７に転写される。剥離の際には、例えば、プ
ラスチックフィルム２７とシリコンウェーハＷとの間に
引張り応力を加える方法、水あるいはエタノールなどの
溶液中にシリコンウェーハＷを浸し、超音波を照射して
剥離層２１Ａの強度を弱めて剥離する方法、遠心分離を
加えて剥離層２１Ａの強度を弱めて剥離する方法、また
はこれらの方法のうちの複数を併用することができる。

【００５３】図６（Ａ）に示した転写された光電変換部
２０については、続いて図７に示したように、裏側の面
に残存している多孔質シリコン層２１をエッチングによ
り除去し、この裏側の面に反射防止膜２９を形成する。
さらに、透明プラスチックフィルム３０を反射防止膜２
９上に接着する。これにより、太陽電池素子３１が完成
する。この太陽電池素子３１は、裏側の透明プラスチッ
クフィルム３０側から入射した太陽光３２による光電変
換を行う。

【００５４】一方、図５（Ｂ）に示した剥離後のシリコ
ンウェーハＷについては、表側の面に残存している多孔
質シリコン層２１を通常の研磨方法、電解研磨あるいは
シリコンエッチングにより除去する。こうして、シリコ
ンウェーハＷを太陽電池素子製造に再利用することがで
きる。このとき、本実施の形態に係る上述の熱ＣＶＤ装
置１および上述の薄膜形成方法により、シリコンウェー
ハＷの裏側の面には補強用単結晶シリコン膜２３が形成
されているので、シリコンウェーハＷは補強用単結晶シ
リコン膜２３によって補強される。したがって、太陽電
池素子製造を行うたびにシリコンウェーハＷが薄くなっ
て機械的強度が低下することがなく、シリコンウェーハ
Ｗを１００回程度まで再利用することも可能となる。

【００５５】以上のように、本実施の形態では、上述の
熱ＣＶＤ装置１を用いて、シリコンウェーハＷの表側の
面に単結晶シリコン膜２２を形成すると同時に裏側の面
にも補強用単結晶シリコン膜２３を形成するようにした
ので、シリコンウェーハＷの強度低下を防ぎ、シリコン
ウェーハＷの反復再利用が可能となる。

【００５６】以上、実施の形態を挙げて本発明を説明し
たが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態にお
いては、水平にしたシリコンウェーハＷを縦に重ねる所
謂縦型の熱ＣＶＤ装置１の場合について説明したが、本
発明は、シリコンウェーハを立てに置き、これを多数横
に並べる所謂横型の熱ＣＶＤ装置についても同様に適用
することができ、同様の優れた効果を得ることができ
る。また、成膜対象としてはシリコンウェーハに限ら
ず、他の種類の半導体ウェーハにも適用できることはい
うまでもない。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし１
４のいずれか１に記載の熱ＣＶＤ装置、または請求項１
５ないし請求項２１のいずれか１に記載の薄膜半導体素
子の製造方法によれば、従来のようにカーボンサセプタ
を用いずに半導体ウェーハを直接に加熱するようにした
ので、カーボンサセプタを昇温させるために必要な膨大
な電力が不要となる。したがって、省電力で半導体ウェ
ーハへの成膜が可能となる。また、熱容量の大きいカー
ボンサセプタを用いないので、成膜完了後の半導体ウェ
ーハの降温時間も著しく短縮される。したがって、太陽
電池素子の製造に適用することにより、スループットが
著しく向上し、コストを大幅に低減させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る熱ＣＶＤ装置の概
略構成を一部切り欠いて示す斜視図である。

【図２】図１に示した熱ＣＶＤ装置の上面図である。

【図３】本発明の一実施の形態に係る太陽電池素子の製
造方法を工程順に説明するための断面図である。

【図４】図３の工程に続く断面図である。

【図５】図４の工程に続く断面図である。

【図６】図５の工程に続く断面図である。

【図７】図６の工程に続く断面図である。

【符号の説明】

１…熱ＣＶＤ装置、１１…反応管、１１Ａ，１１Ｃ…端
部、１１Ｂ…中央部、１２…誘導コイル、１３…ボー
ト、１４…ガスノズル、１５Ａ〜１５Ｃ…ウェーハ保持
部、１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ…係止部、２０…光電変換
部、２１…多孔質シリコン層、２１Ａ…剥離層、２２…
単結晶シリコン膜、２２Ａ…ｎ型層、２３…補強用単結
晶シリコン膜、２４…ｐ側電極、２５…ｎ側電極、２６
…Ａｇ層、２７…プラスチックフィルム、２８…接着
層、２９…反射防止膜、３０…透明プラスチックフィル
ム、３１…太陽電池素子、３２…太陽光、Ｗ…半導体ウ
ェーハ（シリコンウェーハ）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 BA29 BB02 CA04 CA12 EA06 FA10 GA02 GA06 GA13 JA03 JA18 KA04 KA05 KA24 KA46 LA16 5F045 AA03 AB02 AC01 AC03 AF03 AF08 CA13 DP19 DQ05 EK02 EM08 5F051 AA02 BA14 CB12 GA04

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応管と、 複数の半導体ウェーハを保持しうるウェーハ保持部を有
   し、前記反応管の内部に設けられるボートと、 このボートに保持された複数の半導体ウェーハを直接に
   加熱するための加熱手段と、 前記半導体ウェーハに対して成膜用ガスを供給するため
   の複数のガス供給孔を有するガスノズルとを備えたこと
   を特徴とする熱ＣＶＤ装置。
2. 【請求項２】 前記加熱手段は、 高周波電源と、 この高周波電源に接続されるとともに、前記反応管の外
   周に巻回され、前記複数の半導体ウェーハを渦電流によ
   って加熱するための誘導コイルとを含むことを特徴とす
   る請求項１記載の熱ＣＶＤ装置。
3. 【請求項３】 前記ウェーハ保持部は、前記複数の半導
   体ウェーハの表側および裏側の両面に薄膜を形成できる
   ように前記複数の半導体ウェーハを保持することを特徴
   とする請求項１記載の熱ＣＶＤ装置。
4. 【請求項４】 前記ウェーハ保持部は、前記ボート上に
   立設された少なくとも３本の柱状部材を含み、前記柱状
   部材それぞれの内側の側面に複数の係止部が同じ高さに
   設けられており、これらの係止部において前記複数の半
   導体ウェーハの各々の端縁を支持することを特徴とする
   請求項３記載の熱ＣＶＤ装置。
5. 【請求項５】 前記ボートを回転させる回転手段をさら
   に備え、前記半導体ウェーハを回転させつつ前記加熱手
   段により加熱することを特徴とする請求項１記載の熱Ｃ
   ＶＤ装置。
6. 【請求項６】 前記ウェーハ保持部の前記柱状部材にお
   ける係止部は、前記複数の半導体ウェーハ間の距離が３
   ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲内となるように設定されて
   いることを特徴とする請求項４記載の熱ＣＶＤ装置。
7. 【請求項７】 前記ウェーハ保持部は、石英，炭化ケイ
   素（ＳｉＣ）または酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）に
   より構成されていることを特徴とする請求項１記載の熱
   ＣＶＤ装置。
8. 【請求項８】 前記高周波電源の周波数は５ｋＨｚ以上
   ４００ｋＨｚの範囲内であることを特徴とする請求項２
   記載の熱ＣＶＤ装置。
9. 【請求項９】 前記誘導コイルは、前記反応管の長手方
   向の部位により異なる間隔で巻回されていることを特徴
   とする請求項２記載の熱ＣＶＤ装置。
10. 【請求項１０】 前記誘導コイルは、前記反応管の長手
    方向の中央部では疎、前記反応管の長手方向の端部では
    密に巻かれていることを特徴とする請求項９記載の熱Ｃ
    ＶＤ装置。
11. 【請求項１１】 前記加熱手段が複数設けられており、
    この複数の加熱手段が前記反応管の長手方向の異なる部
    位にそれぞれ対応していることを特徴とする請求項２記
    載の熱ＣＶＤ装置。
12. 【請求項１２】 前記加熱手段が３つ設けられており、
    この３つの加熱手段が前記反応管の長手方向の端部およ
    び中央部にそれぞれ対応していることを特徴とする請求
    項１１記載の熱ＣＶＤ装置。
13. 【請求項１３】 半導体ウェーハ上に薄膜を形成する工
    程を含む薄膜半導体素子の製造方法であって、 複数の半導体ウェーハを反応管に収容し、前記複数の半
    導体ウェーハを直接に加熱しつつ、成膜用ガスを供給す
    ることにより気相成長させて薄膜を形成することを特徴
    とする薄膜半導体素子の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記複数の半導体ウェーハを前記反応
    管の長手方向の中央部に収容するとともに、前記反応管
    の長手方向の端部には加熱可能な材料からなるダミーウ
    ェーハを収容することを特徴とする請求項１３記載の薄
    膜半導体素子の製造方法。
15. 【請求項１５】 前記ダミーウェーハとして、シリコン
    （Ｓｉ），炭化ケイ素（ＳｉＣ）またはカーボンからな
    るウェーハを用いることを特徴とする請求項１４記載の
    薄膜半導体素子の製造方法。
16. 【請求項１６】 前記薄膜として単結晶シリコン膜を形
    成し、前記薄膜半導体素子として太陽電池素子を形成す
    ることを特徴とする請求項１３記載の薄膜半導体素子の
    製造方法。
17. 【請求項１７】 前記複数の半導体ウェーハそれぞれの
    表側の面に多孔質シリコン層を形成する工程と、 前記多孔質シリコン層の表面に単結晶シリコン膜の薄膜
    を形成すると同時に、前記半導体ウェーハの裏側の面に
    補強用単結晶シリコン膜の薄膜を形成する工程と、 前記単結晶シリコン膜に光電変換部を形成する工程と、 前記多孔質半導体層を利用して前記半導体ウェーハから
    前記光電変換部を剥離する工程と、 剥離された光電変換部を含む太陽電池素子を形成する工
    程と、 光電変換部が剥離された後の前記半導体ウェーハから前
    記多孔質シリコン層を除去して前記半導体ウェーハを再
    利用可能とする工程とを含むことを特徴とする請求項１
    ６記載の薄膜半導体素子の製造方法。
18. 【請求項１８】 前記半導体ウェーハとして、比抵抗が
    ０．００５Ωｃｍから１０Ωｃｍの範囲内であるものを
    用いることを特徴とする請求項１３記載の薄膜半導体素
    子の製造方法。
19. 【請求項１９】 前記半導体ウェーハとして、比抵抗が
    ０．０１Ωｃｍから０．０２Ωｃｍの範囲内である半導
    体ウェーハを用いることを特徴とする請求項１５記載の
    薄膜半導体素子の製造方法。