JP2003055086A

JP2003055086A - 液相成長方法、液相成長装置及び半導体装置

Info

Publication number: JP2003055086A
Application number: JP2001242447A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Saito; 哲郎齊藤; Makoto Iwagami; 誠岩上; Tatsumi Shoji; 辰美庄司; Noritaka Ukiyo; 典孝浮世; Akiyuki Nishida; 彰志西田; Toshihito Yoshino; 豪人吉野; Katsumi Nakagawa; 克己中川; Masaki Mizutani; 匡希水谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-08-09
Filing date: 2001-08-09
Publication date: 2003-02-26

Abstract

(57)【要約】【課題】基板１０１の枚数に拘わらずムラなく高速で
被成長材を基板１０１に成長させる。【解決手段】被成長材を含む溶融金属１０４が充填さ
れている容器１０５と、溶融金属１０４に基板１０１を
浸漬させる浸漬手段１０３，１１３と、容器１０５の周
辺に備えられた磁石１０９と、磁石１０９と容器１０５
とを相対的に移動させる移動手段とを備える。

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、液
相成長装置及び半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境に対する意識の高まりととも
に、太陽電池が民生用にも広く使用される様になってき
た。民生用の太陽電池としては、半導体材料として主と
して単結晶または多結晶のシリコンが用いられている。

【０００３】現在、これらの結晶は、大きなインゴット
から３００μｍ程度の厚さのウエハとして切り出されて
いる。この方法では、切り出しに伴い２００μｍ程度の
切り代が出るため材料の使用効率が悪い。今後さらに生
産量を増やし低価格化を進めるには、数１０から１００
μｍ程度の電気的・光学的に必要とされる最小限の厚さ
の結晶を成長して使用することが望まれる。

【０００４】その様な薄い結晶シリコンを成長するため
の方法としては、シリコンを含む気体を熱やプラズマの
作用で分解する気相成長法がこれまで主に検討されてき
た。

【０００５】しかし、太陽電池の量産においては１バッ
チで数１０〜数１００枚の４〜５インチ角基板に１μｍ
／分以上の速度でシリコンが成長できる装置が求められ
る。この様な仕様に対応できる気相成長装置は市販され
ていない。

【０００６】結晶の成長法としては、この他に液相成長
法と呼ばれる方法が古くから知られており、実際にＬＥ
Ｄ用の化合物半導体結晶、電気光学素子用の光学結晶の
製造に利用されている。最近では特開平１０−１８９９
２４号公報等により開示されているように、結晶シリコ
ン基板やセラミック基板上に成長したシリコン結晶膜を
太陽電池の製造に利用する例が報告されている。

【０００７】液相成長法とは、まず、錫、インジウム、
ガリウム等の金属や、リチウム酸やニオブ酸等の酸化物
を加熱して溶かし、メルトとする。このメルトの中に必
要に応じてさらに砒素やシリコン等の結晶を構成するた
めの材料を溶かし込み、基板をその中に浸漬し、このメ
ルトを冷却等の手段で過飽和として基板上に結晶を析出
させる方法である。

【０００８】液相成長法は良質の結晶が成長できる上
に、気相成長法に比べ結晶の成長に寄与せずに無駄にな
る原料が少ないので、太陽電池などの低価格であること
が強く求められるデバイスや、ガリウムやニオブ等の高
価な原料を使用する電気光学デバイスへの応用に好適で
ある。

【０００９】しかし、液相成長法はこれまで用途が限ら
れていたため、主に直径３インチ以下の基板に化合物半
導体を成長するための装置が市販されていたに過ぎず、
特にシリコンの成長に対しての応用は少なかった。

【００１０】本発明者らは、これまでの液相成長法及び
液相成長装置における問題点を踏まえ、太陽電池の量産
において求められる様なスループットを得るのに必要な
方法、及びその方法を実施するのに好適な装置を検討し
た。

【００１１】図２は、従来の液相成長装置の模式的な断
面図である。図２には、複数の基板上に結晶を成長する
ものである。

【００１２】図２では、基板支持手段２０２により４枚
の成長用基板２０１と１枚のシリコン等の結晶の原料か
らなる溶かし込み用の基板２０１’が所定の間隔を保っ
て水平に支持され、円筒状の坩堝２０３に充填されたメ
ルト２０４に浸漬されている。以上が成長炉２０５に収
容されている。

【００１３】メルト２０４の温度は電気炉２０６により
適宜制御できる。成長炉にはゲート弁２０７が取り付け
られており、必要に応じて開閉できる。

【００１４】溶かし込み用の基板２０１’を、基板支持
手段２０２にて支持し、電気炉２０６にて所定の温度に
加熱された錫、インジウム、ガリウム等の低融点金属
や、リチウム酸やニオブ酸等の酸化物の融液に浸漬し、
その温度における飽和状態まで結晶原料を溶かし込み、
メルト２０４を調整する。

【００１５】その後、上下機構２０９を上側に移動させ
ることによって、溶かし込み用の基板２０１’をメルト
２０４から引き上げ、成長用基板２０１と交換する。こ
の後、メルト２０４を徐冷し所定の温度となったところ
でその中に成長用基板２０１を浸漬すると、メルト２０
４に溶けきれなくなった原料が基板２０１の表面に析出
し始め、基板上にシリコン等の結晶が成長する。

【００１６】この時に使用する基板２０１が多結晶シリ
コンやガラスやセラミックスだと成長する結晶も多結晶
となるが、基板２０１が単結晶シリコンだと単結晶膜を
成長することができる。

【００１７】所望の厚さの結晶が成長したところで基板
２０１を引き上げる。ゲート弁２０７を閉じた状態で基
板支持手段２０２への基板２０１の取り付けや取り外し
を行い、ロードロック室２０８内で事前に雰囲気を大気
から不活性ガス等に置換してからゲート弁２０７を開
き、基板２０１を成長炉２０５内に下降させると、メル
ト２０４が酸素や水と反応を起こしたり汚染されたりす
るのを防止できる。

【００１８】また、基板２０１の枚数は、例示であり、
必要に応じて増やすこともできる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術
は、基板２０１の枚数を必要に応じて増やそうとする
と、面内で一様に高い成長速度を得るのには不十分なこ
とが分かった。

【００２０】図３は、図２のメルト２０４をインジウ
ム、成長する結晶をシリコンとして、φ５インチのシリ
コンウエハ５枚を１ｃｍ間隔に保って成長を行った時の
成長速度の面内分布を示す図である。

【００２１】ここで、「○」はメルト２０４の底に近い
基板上での分布、「●」はメルト２０４の表層部に近い
基板上での分布を示している。基板間の違いはあまり見
られないが、各基板の中央部では周辺部の１／３程度の
成長速度しか得られていない。

【００２２】メルト２０４の冷却速度を下げると面内の
不均一性は改善されるが全体的に成長速度が低下する。
また、基板２０１の間隔を広げても不均一性が改善され
るが１バッチあたりの投入可能な基板の枚数が減少し、
いずれもスループットが低下する。

【００２３】成長速度が面内で不均一になるのは、基板
２０１間のメルト２０４に溶けている半導体原料が析出
した後に新鮮なメルト２０４が充分補充できないためで
あり、堆積速度が速い程、また、基板２０１の間隔が狭
いほど不均一性は顕著になると考えられる。

【００２４】図２の装置で成長中に基板２０１を回転さ
せると、シリコンを高濃度で含んだメルト２０４が基板
２０１間に補充され、成長速度の均一性を得やすくな
る。しかし、基板支持手段２０２を上下運動及び回転運
動をさせ、さらに成長炉内部の気密を保とうとすると、
その基板支持手段２０２及び上下機構２０９の機構が大
型化・複雑化してしまう。

【００２５】メルト２０４と基板２０１とを相対的に運
動させるためには、基板２０１を静止し坩堝２０３を回
転させても良い。高温度の坩堝２０３を回転することは
チョクラルスキー法の単結晶引き上げ装置では一般的に
行われている。

【００２６】特開平７−３１５９８３号公報には、坩堝
２０３の回転を液相成長装置に適用した例が提案されて
いる。基板を静止し坩堝２０３のみを回転させることに
すると、基板支持手段２０２が大幅に簡素化できるの
で、特に大型の液相成長装置では有利である。

【００２７】しかし、坩堝２０３を回転させる方式で
は、坩堝２０３の回転に対しメルト２０４の追従性が充
分でなく、装置が複雑になる割にはメルト２０４を攪拌
する効果は小さかった。

【００２８】そこで、本発明は、基板の枚数に拘わらず
ムラなく高速で被成長材であるシリコン等を基板に成長
させることを課題とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の液相成長方法は、容器内に充填されている
被成長材を含む溶融金属に基板を浸漬した状態で、前記
容器の周辺に備えた磁力発生体と前記容器との位置を相
対的に変えることによって溶融金属を磁力によって撹拌
しながら当該基板に前記被成長材を液相成長させること
を特徴とする。

【００３０】また、本発明の液相成長装置は、被成長材
を含む溶融金属が充填されている容器と、前記溶融金属
に基板を浸漬させる浸漬手段と、前記容器の周辺に備え
られた磁石と、前記磁石と前記容器とを相対的に移動さ
せる移動手段とを有することを特徴とする。

【００３１】さらに、本発明の液相成長装置は、被成長
材を含む溶融金属が充填されている容器と、前記溶融金
属に基板を浸漬させる浸漬手段と、前記容器の周辺に設
けられた複数の電磁石と、前記各電磁石に順次電磁力を
発生させる発生手段とを有することを特徴とする。

【００３２】さらにまた、本発明の半導体装置は、上記
液相成長装置を用いて製造されている。

【００３３】すなわち、本発明は、基板内或いは基板間
で成長速度の差は、溶融金属に溶け込んでいる被成長材
が基板上に成長し、溶融金属内の基板付近の被成長材が
少なくなることで生じることを考慮し、被成長材が基板
に成長中に溶融金属を充分攪拌し、溶融金属内の基板付
近の被成長材が少なくなるのを防止するようにしてい
る。

【００３４】

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

【００３５】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１の液相成長装置の模式的な構成図である。図１におい
て、１０１はφ１２５ｍｍ程度の大きさのシリコン単結
晶基板、１０２は約２ｃｍの間隔で配置されている５枚
の基板１０１からなるウエハ群である。図１には、４組
ウエハ群１０２を等間隔に配置している。

【００３６】ここで、基板１０１は水平に対し５〜１０
°程度傾けて保持している。基板１０１を若干傾けると
基板１０１間へのメルト１０４への出入りがスムーズに
なる。

【００３７】また、１０３は石英などからなる基板支持
手段、１０４は被成長材であるシリコンが溶け込んだメ
ルト（溶融金属）、１０５はメルト１０４が充填される
坩堝、１０７は成長炉、１０８は成長炉１０７の外から
メルト１０４が入った坩堝１０５を加熱する加熱手段、
１０９は磁力線が坩堝１０５内を通るように坩堝１０５
を挟んで対向配置されており磁石である。

【００３８】磁石１０９は、図示しない鉄片で連結さ
れ、一体で成長炉１０７の周りを回転することができる
ようにしている。

【００３９】また、成長炉１０７には開閉可能なゲート
弁１１０が取り付けられ、基板支持手段１０３を成長炉
１０７内部に収容する際に開く。基板支持手段１０３は
上下機構１１３の動作により基板１０１をメルト１０４
から引き上げ基板支持手段１０３をゲート弁１１０より
も下位の中間位置１１４で保持することもできる。

【００４０】基板１０１をメルト１０４に浸漬する前
に、中間位置１１４に保持し、基板１０１の温度を所定
の温度にしてからメルト１０４に浸漬すると、液相成長
の初期状態を再現性良く制御できる。

【００４１】また、基板１０１をメルト１０４から引き
上げた後、中間位置１１４でしばらく保持して、基板１
０１表面に残留したメルト１０４を充分の除くようにす
るとよい。

【００４２】つぎに、図１に示す液相成長装置の動作に
ついて説明する。まず、図１に示す状態から、基板上下
機構１１３により基板支持手段１０３を引き上げてゲー
ト弁１１０を閉じ、ロードロック室１１１をゲート弁１
１０の上部から図示しない基板交換位置まで移動する。

【００４３】そして、基板上下機構１１３によりロード
ロック室１１１から基板支持手段１０３を引き下げて、
基板支持手段１０３に支持されている基板１０１に代え
て、メルト１０４へのシリコン溶かし込み用のφ１２５
ｍｍ程度の大きさｐ型多結晶シリコンウエハを基板支持
手段１０３に装着し、基板上下機構１１３によりロード
ロック室１１１に戻す。

【００４４】一方、成長炉１０７は、内部に水素ガスを
流しつつ電気炉１０８で加熱し温度を９００℃位とす
る。この状態でロードロック室１１１をゲート弁１１０
の上に戻し、ゲート弁１１０と密着させる。

【００４５】つぎに、ロードロック室１１１内部を一旦
真空排気してから水素をフローしてゲート弁１１０を開
く。続いて基板支持手段１０３を徐々に降下させ、多結
晶シリコンウエハをメルト１０４中に浸漬する。

【００４６】その間、磁石１０９が電気炉１０８の外側
を毎分例えば６回転で回転し、磁力線によりメルト１０
４を動かし攪拌している。攪拌を３０分程度続け、シリ
コンをメルト１０４内に溶かし込み、メルト１０４にシ
リコンを飽和させる。

【００４７】その後、ゲート弁１１０を開いて基板支持
手段１０３をメルト１０４から引き上げ、ロードロック
室１１１内部に収納してからゲート弁１１０を閉じる。

【００４８】次いで、ロードロック室内部を窒素ガスで
置換してから、基板交換位置で多結晶シリコンウエハを
基板１０１に代える。

【００４９】再び、ロードロック室１１１をゲート弁１
１０の上に移動し、ゲート弁１１０に密着させてから、
ロードロック室１１１内部を真空排気し、水素をフロー
しゲート弁１１０を開く。

【００５０】続いて、基板支持手段１０３を徐々に降下
させ、中間位置１１４まで降下させ９００℃位まで加熱
する。次いで、毎分１℃／分程度の速度でメルト１０４
の冷却を始める。

【００５１】メルト１０４が例えば８９５℃となったと
ころで、基板支持手段１０３をさらに降下させ、シリコ
ンで過飽和となったメルト１０４の中にウエハ１０２を
浸漬し、引き続きメルト１０４を冷却し続ける。

【００５２】磁石１０９を毎分例えば３回転で電気炉１
０８の周りを回転させながら３０分経過したところで、
基板支持手段１０３を中間位置１１４まで引き上げ１分
ほど停止し、ウエハ１０２面に残留しているメルト１０
４を切り、さらに基板支持手段１０３をロードロック室
１１１の内部まで引き上げ、ゲート弁１１０を閉じる。

【００５３】ロードロック室１１１内部を窒素で置換し
てから図示しない基板交換位置に移動し、基板１０１を
外す。基板１０１にはシリコン層がエピタキシャル成長
しており、マイクロメーターでその厚さを測定したとこ
ろ、基板間の差は面内平均値で２０枚の中で３０μｍ±
１０％に分布しており、１枚の基板１０１の中でも端か
ら５ｍｍより内側では±１０％に分布していた。

【００５４】図４は、図１に示す液相成長装置で基板１
０１にシリコンをエピタキシャル成長させるときの成長
速度の面内分布図である。ここで「○」はメルト１０４
の底に近い部分の基板１０１上での分布、「●」はメル
ト１０４の表層部に近い部分の基板１０１上での分布を
示している。

【００５５】図４に示すように、各基板１０１での成長
速度のバラツキが少なく、また、基板１０１毎のバラツ
キも少なくなる。

【００５６】［比較例］比較のため、メルト１０４にシ
リコンの溶かし込みを行う際に、磁石１０９の回転を停
止し、他は上記の動作と同様にした。エピタキシャル層
の厚さの平均値は２０μｍであった。溶かし込みの工程
でメルト１０４にシリコンが充分溶け込んでいなかった
ものと推測される。

【００５７】図５は、図１に示す液相成長装置で磁石１
０９の回転を停止した状態で基板１０１にシリコンをエ
ピタキシャル成長させるときの成長速度の面内分布図で
ある。図５に示すようにエピタキシャル層の厚さは２０
枚の面内平均値で２５μｍ±１５％の分布を示し、１枚
の基板の中では端から５ｍｍより内側では±３０％の分
布を示した。これは、メルト１０４の流れの不足により
成長速度に著しい分布を生じたものと考えられる。

【００５８】なお、例えば基板支持手段１０３を上下に
移動させることによって基板１０１をメルト１０４中で
動かして撹拌しようとすると、成長炉１０７内で空気の
対流が生じることでパーティクルが発生し、メルト１０
４が汚染されることも考えられるが、本実施形態のよう
に、成長炉１０７外部からの磁石１０９の力でメルト１
０４を撹拌すると、パーティクルが発生せずメルト１０
４が汚染されにくい。

【００５９】（実施形態２）図６は、本発明の実施形態
２の液相成長装置の模式的な構成図である。図６に示す
ように本実施形態の液相成長装置は、図１に示すもの
に、さらに、坩堝１０５を回転させる回転機構を加える
とともに、磁石１０９が上下に揺動しながら回転するよ
うにしている。なお、図６において、図１に示す部分と
同様の部分には、同一符号を付している。

【００６０】実施形態１と同様の手順で基板１０１にシ
リコンをエピタキシャル成長する。実施形態１との違い
は、メルト１０４の攪拌時と結晶成長時とに、坩堝１０
５及び磁石１０９の回転、揺動を行うようにしている。

【００６１】図７は、図６に示す液相成長装置で基板１
０１にシリコンをエピタキシャル成長させるときの成長
速度の面内分布図である。

【００６２】基板１０１上にエピタキシャル成長したシ
リコン層の厚さをマイクロメーターで測定したところ、
面内平均値は２０枚の中で３０μｍ±９％に分布してお
り、１枚の基板の中でも端から５ｍｍより内側では±９
％に分布しており、実施形態１の場合よりも若干エピタ
キシャル成長速度のバラツキが少なくなった。

【００６３】（実施形態３）図８は、本発明の実施形態
３の液相成長装置の模式的な構成図である。図８に示す
ように本実施形態の液相成長装置は、図１に示す磁石１
０９に代えて、対向させた電磁石８０１を３組配置して
いる。

【００６４】電磁石８０１はデルタ結線しており、電磁
石８０１に周波数０．５Ｈｚ程度の三相交流を与え、メ
ルト１０４を貫通している磁力線を回転磁界となるよう
にしている。また、電磁石８０１は上下方向に揺動速度
毎分１０回で５０ｍｍほどのストロークで揺動できるよ
うにしている。

【００６５】ちなみに、上記条件で電磁石８０１に三相
交流を与えると、回転磁界の回転数は毎分１０回転にな
るが、メルト１０４はそれより遅れて動いているものと
推測できる。

【００６６】図９は、図８に示す液相成長装置で基板１
０１にシリコンをエピタキシャル成長させるときの成長
速度の面内分布図である。

【００６７】基板１０１上にエピタキシャル成長したシ
リコン層の厚さをマイクロメーターで測定したところ、
基板間の膜厚差は面内平均値で２０枚の中で３０μｍ±
９％に分布しており、１枚の基板の中でも端から５ｍｍ
より内側では±１０％に分布しており、実施形態１の場
合よりも若干エピタキシャル成長速度のバラツキが少な
くなった。

【００６８】（実施形態４）図１０は、本発明の実施形
態４の薄型単結晶シリコン太陽電池の模式的な製造工程
図である。本実施形態では、太陽電池を、以下説明する
ように例えば特開平１０−１８９９２４号公報に記載さ
れているような手法によって製造する。

【００６９】まず、１２５ｍｍ角程度の面方位（１１
１）のｐ⁺型シリコンウエハ１００１を用意する（図１
０（ａ））。

【００７０】つぎに、用意したｐ⁺型シリコンウエハ１
００１をエタノールなどで希釈したフッ酸溶液に漬け、
正の電圧をかけて陽極化成を行い、ｐ⁺型シリコンウエ
ハ１００１の表面に、厚さ５μｍほどの多孔質層１００
２を形成する（図１０（ｂ））。

【００７１】多孔質層１００２には複雑に絡み合った微
細孔が形成されているが、単結晶性を保持しておりこの
上にエピタキシャル成長をすることができる。なお、図
１０には、多孔質層１００２の厚さを実際のものよりも
極端に厚く示している。

【００７２】また、エピタキシャル成長を行うのに先立
って水素雰囲気中でｐ⁺型シリコンウエハ１００１を１
０５０℃でアニールして、多孔質層１００２の表面の原
子を再配列している。

【００７３】つづいて、多孔質層１００２の上に、後述
する液相成長法で厚さ３０μｍのｐ ^-型層１００３を成
長する（図１０（ｃ））。

【００７４】さらに接合を形成するため、液相成長法で
厚さ０．３μｍ位のｎ⁺層１００４を成長する（図１０
（ｄ））。

【００７５】ただし、ｎ⁺層１００４は不純物の熱拡散
等によって形成してもよい。

【００７６】つぎに、ｎ⁺層１００４の表面にパシベー
ション層として熱酸化膜１００５を形成し、さらに表面
側の電極として銀ペーストを櫛形のパターンに印刷した
後焼成して、グリッド電極１００６を形成する（図１０
（ｅ））。

【００７７】焼成により銀のパターンは熱酸化膜１００
５を突き抜け、ｎ⁺層１００４と接触する。ここまで形
成した上に接着剤１００７でガラス板１００８を貼り付
ける（図１０（ｆ））。

【００７８】その後、ｐ⁺型シリコンウエハ１００１を
固定しガラス基板１００８に力を加えて、微細孔が形成
されて弱くなっている多孔質層１００２の部分を破壊
し、ｐ ^-型層１００３とｐ⁺型シリコンウエハ１００１と
を分離する（図１０（ｇ））。

【００７９】分離したｐ^-型層１００３の裏面には多孔
質層１００２の残渣があるので、これをエッチングで除
去した後、導電性の接着剤１００９でニッケルメッキし
た銅板１０１０を貼り付ける（図１０（ｈ））。

【００８０】一方、分離したｐ⁺型シリコンウエハ１０
０１の表面にも多孔質層１００２の残渣があるので、こ
れをエッチングで除去し鏡面を回復し、ｐ⁺型シリコン
ウエハ１０１１を再生する（図１０（ｉ））。

【００８１】再生したｐ⁺型シリコンウエハ１０１１
は、厚さが５μｍ強減少したが、それ以外は図１０
（ａ）に示すｐ⁺型シリコンウエハと同等になったの
で、ｐ⁺型シリコンウエハ１００１として、再度、使用
することができる。

【００８２】図１１は、本発明の実施形態４の液相成長
装置の模式的な構成図である。図１１において、１１０
１は１２５ｍｍ角程度の大きさのｐ⁺型シリコンウエ
ハ、１１０２はｐ⁺型シリコンウエハ１１０１が１ｃｍ
間隔で５０枚縦に並べられた基板群、１１０３は例えば
４組の基板群１１０２を支持する基板支持手段である。

【００８３】また、１１０４はターンテーブル１１０６
上に置かれた石英ガラス製の坩堝１１０５に充填されて
いるメルト、１１０７は石英ガラス製の成長炉、１１１
０は成長炉１１０７の上部に設けており外気と遮断する
ゲート弁、１１０８はメルト１１０４の温度を調整する
電気炉、１１０９は電気炉１１０８の外側に磁力線がメ
ルト１１０４を貫通するように設けている電磁石であ
る。

【００８４】基板支持手段１１０３が成長炉１１０７に
入る時には、ゲート弁１１１０が開く。ここでゲート弁
１１１０は図面の背面の方向に移動する様に取り付けら
れている。

【００８５】また、本実施形態の装置では成長炉１１０
７と同等の図示しない成長炉が独立して設けられてお
り、図１０のｎ⁺層１００４の成長に使用する。

【００８６】さらに、多孔質層１００２を形成したｐ⁺
型シリコンウエハ１１０１を水素アニールするための水
素アニール炉１１１７と、ｐ⁺型シリコンウエハと溶か
し込み用基板とを交換する基板交換室１１１８とを設け
ている。

【００８７】図１１では基板支持手段１１０３を、上下
機構１１１３により成長炉１１０７の内部に移動した状
態を示している。

【００８８】また、成長炉１１０７、水素アニール炉１
１１７及び基板交換室１１１８のゲート弁１１１０、１
１１０’、１１１０”と、ロードロック室１１１２のゲ
ート弁１１１１との連結室１１１６、１１１６’、１１
１６”を設けられている。

【００８９】ロードロック室１１１２と成長炉１１０７
や水素アニール炉１１１７の間で基板支持手段１１０３
を移動する場合に、予め連結室１１１６、１１１６’、
１１１６”の内部を排気してからゲート弁１１１０、１
１１０’、１１１０”を開くと、ｐ⁺型シリコンウエハ
１１０１が外気による汚染を受けずに移動できる。

【００９０】つぎに、多孔質層１００２が形成されたｐ
⁺型シリコンウエハ１１０１にエピタキシャル成長を行
うプロセスを説明する。

【００９１】まず、ｐ⁺型シリコンウエハ１１０１に代
えて溶かし込み用のｐ^-型の多結晶シリコン基板を装着
した基板支持手段１１０３を基板交換室１１１８の所定
位置にセットする。

【００９２】次いで、基板交換室１１１８のゲート弁１
１１０”を閉じて内部を真空排気する。この直上に内部
を真空としたロードロック室１１１２を移動し、連結室
１１１６”も真空排気してからロードロック室１１１２
のゲート弁１１１１を開く。

【００９３】それから、ロードロック室内部の上下機構
１１１３を動作させ、基板支持手段１１０３をロードロ
ック室１１１２に格納し、ゲート弁１１１１を閉じてか
らロードロック室１１１２を水素アニール炉１１１７の
直上に移動する。

【００９４】ロードロック室１１１２と連結室１１１
６’の内部を真空排気したのち、水素をフローする。一
方、水素アニール炉１１１７の内部は１０５０℃程度に
保持し水素をフローする。

【００９５】ロードロック室１１１２と水素アニール炉
１１１７と連結室１１１６’の内部の圧力バランスがと
れたところで、ロードロック室１１１２のゲート弁１１
１１と水素アニール炉１１１７のゲート弁１１１０’を
開き、基板支持手段１１０３を降下させ１０分位保持す
る。

【００９６】これにより、溶かし込み用の多結晶シリコ
ン基板の表面に存在する自然酸化膜が除去される。その
後、基板支持手段１１０３を引き上げ、水素アニール炉
１１１７のゲート弁１１１０’とロードロック室１１１
２のゲート弁１１１１とを閉じる。

【００９７】ここで、連結室１１１６’の内部を窒素に
置換した後に、大気に開放しロードロック室１１１２を
分離する。引き続きロードロック室１１１２を成長炉１
１０７の直上に移動する。

【００９８】ここでも連結室１１１６の内部を真空排気
した後、水素をフローし、ロードロック室１１１２のゲ
ート弁１１１１と成長炉１１０７のゲート弁１１１０を
開き、基板支持手段１１０３を成長炉１１０７内の基板
予熱１１０５まで降下し、９５５℃程度に加熱した後、
９５５℃に保持されたメルト１１０４に浸漬する。

【００９９】この状態で、電磁石１１０９による磁界を
例えば毎分１０回で１分毎に正回転、逆回転を交互に繰
り返し、また、ターンテーブル１１０６は毎分６回転で
１分毎に正回転、逆回転を磁界の回転と同期させて行い
ながら、３０分間保持し、シリコンをメルト１１０４に
溶かし込む。

【０１００】その後、基板支持手段１１０３を、基板交
換室１１１８に搬送し、溶かし込み用多結晶シリコン基
板を取り外す。

【０１０１】その間、ｎ⁺型の溶かし込み用の多結晶シ
リコンを装着した別の基板支持手段を基板交換室１１０
８にセットし、以下同様の手順で図示しないｎ⁺型シリ
コンの成長炉のメルトにシリコンとドーパントを溶かし
込む。

【０１０２】通常１回の成長で消費するシリコンの量
は、ｎ⁺型の方がｐ―型の場合よりはるかに少なく溶か
し込みも短時間で終了する。

【０１０３】つぎに、表面に多孔質層１００２が形成さ
れた面方位（１１１）のｐ⁺型単結晶シリコンウエハ１
１０１を装着済みのさらに別の基板支持手段１１０３’
を基板交換室１１０８にセットする。

【０１０４】メルト１１０４にシリコンを溶かし込む時
と同様に、まず、水素アニール炉１１１７で水素アニー
ルを行う。引き続き成長炉でｐ^-型層１００３の成長を
行う。その場合、中間位置１１１５で基板を９５５℃程
度に加熱した後、メルト１１０４を１℃／分の割合で冷
却する。

【０１０５】メルト１１０４が９５０℃となったところ
で、ｐ⁺型シリコンウエハ１１０１をメルト１１０４に
浸漬し、約３０分間成長を行う。その間、電磁石１１０
９による回転磁界を例えば毎分５回で１分毎に正回転、
逆回転を繰り返す。また、同時にターンテーブル１１０
６も磁界の回転に同方向に毎分３回転で正回転、逆回転
を繰り返す。

【０１０６】その後、基板支持手段１１０３’をメルト
１１０４から引き上げ、図示しないｎ⁺型用の成長炉に
おいてｎ⁺型層１００４を成長する。この場合、メルト
１１０４は８５５℃から−０.５℃／分の割合で冷却を
開始し、８５０℃となったところでｐ⁺型シリコンウエ
ハ１１０１をメルト１１０４に浸漬して、基板成長を開
始し３分間で終了する。

【０１０７】一方、ｎ⁺型層１００４の成長を行ってい
る間に、次のｐ^-型層の成長炉１１０７でシリコンの溶
かし込みを開始し次の成長に備えることができる。

【０１０８】こうしてシリコンを成長したｐ⁺型シリコ
ンウエハ１１０１の断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）
で観察して評価し、ｎ⁺型層１００４の厚さはＳＩＭＳ
（２次イオン質量分析法）で測定した。

【０１０９】その結果、ｐ⁺型シリコンウエハ１１０１
の中央と周辺から５ｍｍの位置の厚さの差が、ｐ^-型層
１００３については±１０％以内に、ｎ⁺型層１００４
については±５％以内に収まっていた。

【０１１０】また、本実施形態の太陽電池の変換効率の
分布は±１％に収まり極めて良好だった。さらに本実施
形態の液相成長装置によれば、アニール炉や成長炉間の
基板の移動を大気と隔絶した状態で行えるため、大気か
ら不要な汚染を受けない。

【０１１１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡単な機構によって、基板の枚数に拘わらずムラなく高
速で被成長材を基板に成長させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の液相成長装置の模式的な
構成図である。

【図２】従来の液相成長装置の模式的な断面図である。

【図３】図２のメルト２０４をインジウム、成長する結
晶をシリコンとして、φ５インチのシリコンウエハ５枚
を１ｃｍ間隔に保って成長を行った時の成長速度の面内
分布を示す図である。

【図４】図１に示す液相成長装置で基板１０１にシリコ
ンをエピタキシャル成長させるときの成長速度の面内分
布図である。

【図５】図１に示す液相成長装置で磁石１０９の回転を
停止した状態で基板１０１にシリコンをエピタキシャル
成長させるときの成長速度の面内分布図である。

【図６】本発明の実施形態２の液相成長装置の模式的な
構成図である。

【図７】図６に示す液相成長装置で基板１０１にシリコ
ンをエピタキシャル成長させるときの成長速度の面内分
布図である。

【図８】本発明の実施形態３の液相成長装置の模式的な
構成図である。

【図９】図８に示す液相成長装置で基板１０１にシリコ
ンをエピタキシャル成長させるときの成長速度の面内分
布図である。

【図１０】本発明の実施形態４の薄型単結晶シリコン太
陽電池の模式的な製造工程図である。

【図１１】本発明の実施形態４の液相成長装置の模式的
な構成図である。

【符号の説明】

１０１，２０１，１１０１基板１０２，１１０２基板群１０３，２０２，１１０３，１１０３’ 基板支持手段１０４，２０４，１１０４メルト１０５，２０３，１１０５坩堝６０１，１１０６ターンテーブル１０７，２０５，１１０７成長炉１０８，２０６，１１０８電気炉１１０，２０７，１１１０，１１１０’，１１１０”，
１１１１ゲート弁１１１，２０８，１１１２ロードロック室１１３，１１１３基板支持手段の上下機構１００１単結晶シリコンウエハ１００２多孔質層１００３エピタキシャル成長したｐ^-層１００４ｎ⁺層１００５熱酸化膜１００６グリッド電極１００７接着剤１００８支持基板１００９導電性の接着剤１０１０裏面電極１０１１再生されたウエハ１１１７水素アニール炉１１１８基板交換室

───────────────────────────────────────────────────── 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 (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Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BA04 CG02 CG05 EG05 EJ02 QA04 QA11 QA29 RA03 5F051 AA01 AA07 BA14 CB11 GA01 5F053 AA03 BB21 BB25 DD01 FF01 GG01 HH04 JJ01 LL05 RR01 RR20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】容器内に充填されている被成長材を含む
溶融金属に基板を浸漬した状態で、前記容器の周辺に備
えた磁力発生体と前記容器との位置を相対的に変えるこ
とによって溶融金属を磁力によって撹拌しながら当該基
板に前記被成長材を液相成長させることを特徴とする液
相成長方法。
【請求項２】請求項１に記載の液相成長方法におい
て、前記容器の周辺に磁石を備え、前記磁石と前記容器
とを相対的に移動させることによって前記溶融金属を撹
拌することを特徴とする液相成長法。
【請求項３】請求項１に記載の液相成長方法におい
て、前記容器の周辺に複数の電磁石を備え、前記各電磁
石に順次電磁力を生じさせることによって前記溶融金属
を撹拌することを特徴とする液相成長法。
【請求項４】被成長材を含む溶融金属が充填されてい
る容器と、前記溶融金属に基板を浸漬させる浸漬手段
と、前記容器の周辺に備えられた磁石と、前記磁石と前
記容器とを相対的に移動させる移動手段とを有すること
を特徴とする液相成長装置。
【請求項５】被成長材を含む溶融金属が充填されてい
る容器と、前記溶融金属に基板を浸漬させる浸漬手段
と、前記容器の周辺に設けられた複数の電磁石と、前記
各電磁石に順次電磁力を発生させる発生手段とを有する
ことを特徴とする液相成長装置。
【請求項６】請求項４又は５に記載の液相成長装置を
用いて製造された半導体装置。