JP2004002135A

JP2004002135A - 液相成長方法及び液相成長装置

Info

Publication number: JP2004002135A
Application number: JP2002248500A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Saito; 齊藤　哲郎; Toshihito Yoshino; 吉野　豪人; Masaki Mizutani; 水谷　匡希; Akiyuki Nishida; 西田　彰志; Katsumi Nakagawa; 中川　克己; Tatsumi Shoji; 庄司　辰美
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2004-01-08
Also published as: US6824609B2; US20030060044A1

Abstract

【課題】高い成長速度が得られ、１バッチに多数枚の基板を投入しても基板間や同一基板内における成長速度の差が少ない液相成長方法、及び液相成長装置を提供する。
【解決手段】結晶原料が溶け込んだ容器内の溶液に種子基板を浸漬し、その基板上に結晶を成長させる液相成長方法であって、容器の底部に溶液を中心部から径方向外方へと整流するためのフィンを配すると共に、容器の内側壁近傍に溶液を底部から上方へと整流する整流板を配し、容器を回転させながら、フィン及び整流板の作用により液流れを整流して種子基板に接触させる。それにより高い成長速度が得られ、１バッチに多数枚の基板を投入しても基板間や同一基板内における成長速度の差が少ない液相成長方法、及び液相成長装置を提供する。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置や電気光学装置に利用される各種の半導体結晶や光学結晶を製造するための液相成長方法、及びこの方法の実施に好適な液相成長装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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ようになってきた。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、数十から１００μｍ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。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。
【０００４】
しかし、太陽電池の量産においては１バッチで数十〜数百枚の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ている。このような仕様に対応できる気相成長装置は、市販されていない。
【０００５】
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ＬＥＤ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１０−１８９９２４号公報等に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。
【０００６】
液相成長法とは、先ず、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。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事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。
【０００７】
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。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
これらを踏まえ、従来の液相成長装置を検討したところ、夫々次のような問題があった。
【０００９】
図１４は、複数の基板上に結晶が成長できる従来の液相成長装置の一例を示す模式図である。ここでは、基板支持手段２０２により５枚の基板２０１が所定の間隔を保って水平に支持され、有底円筒体状の坩堝２０３に保持されたメルト２０４に浸漬されており、これらが成長室２０５内に収容されている。メルト２０４の温度は電気炉２０６により適宜制御できる。成長室にはゲート弁２０７が取り付けられており、必要に応じて開閉できる。
【００１０】
この装置において、まず、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’（成長用の基板と区別するため、２０１’と呼ぶ。）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。その後、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（従って、図面上成長用基板２０１と溶かし込み用基板２０１’は区別できない）。
【００１１】
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２０４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。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。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。
【００１２】
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を成長室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することができる。
【００１３】
図１４に示した装置では、基板２０１の枚数を必要に応じて増やせる。しかし、実験の結果、このような構成では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。
【００１４】
図１５は、メルトをインジウム、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説明図である。ここで、「○」はメルトの表層部に近い基板上での分布、「●」はメルトの底に近い基板上での分布を示す。
【００１５】
図１５に示すように、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。メルト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。
【００１６】
成長速度が面内で不均一になるのは、基板間のメルトに溶けている半導体原料が析出した後に新鮮なメルトが十分補充できないためであり、堆積速度が速い程、また基板の間隔が狭い程不均一性は顕著になる。図１４の装置で成長中に基板を回転させると、シリコンを高濃度で含んだメルトが基板と基板の間に補充され成長速度の均一性が多少得やすくなるが、まだまだ不十分である。
【００１７】
メルトと基板を相対的に運動させるためには、基板を静止し坩堝を回転させる方法もある。高温度の坩堝を回転することは、チョクラルスキー法の単結晶引上げ装置では一般的に行われている。特開平７−３１５９８３号公報には、坩堝の回転を液相成長装置に適用した例が提案されている。
【００１８】
しかし、単に坩堝を回転させる方式では、坩堝の回転に対してメルトの追従性が充分でなく、装置が複雑になる割にはメルトを攪拌する効果は小さかった。
【００１９】
また、基板を垂直に配置し、メルトに浸漬して液相成長する方法が、特開平５−３３０９７９号公報に開示されている。この液相成長装置の構成は、図１６に示されている。ここで、３１０は電気炉、３０３は坩堝、３０１は溶液、３１２は支持棒に取り付け可能な成長用基板、３１５は支持棒、３１７は駆動手段、３１８は支持台、３１９はリフタである。
【００２０】
図１６に示すように、成長用基板３１２は、溶液面に対して垂直に支持されており、支持棒３１５が下降することで、溶液３０１に浸漬され、結晶成長を開始する。ここで、基板３１２は支持棒３１５を中心として回転している。
【００２１】
このように基板の平面内で回転させる場合は、基板間での膜厚変動は減少するが、基板自体を支持棒に挿通固定するため、穴を開けなければならず、その部分は使用できない。また、基板は、その中心を軸として、一定の位置で回転しているため、基板表面への溶液供給も限られ、成膜速度が速くならないという問題があった。その上、従来の方法の基板配置では、一度の処理で、多くの基板の処理が難しい。
【００２２】
また、坩堝の内壁に上下方向の邪魔板を設ける提案が特開平６−２０６７９２号公報に開示されている。この提案では、邪魔板は側壁のみであるのでメルトを下から上に流す効果は小さい。更に、基板の姿勢が水平で有り、成長中の溶液の流動は小さい。
【００２３】
さらに、坩堝の底部にフィンを設け、坩堝を回転させるという提案が特開平７−２７７８７６号公報に開示されているが、フィンが底部のみに設けてあるので、坩堝内の溶液の流れは充分でない。
【００２４】
そして、坩堝の底部に坩堝と独立したフィンを設けて回転させ、溶液の流れを起こさせる提案が特開昭５５−４０７９３号公報や特開２００１−３９７９１号公報に開示されているが、坩堝と独立に回転羽根を設けることは構造的に複雑になり、装置が高価なものとなる。また、壁面付近に垂直なフィンが無いため、溶液の流れは充分でない。
【００２５】
本発明は、上記の課題に鑑みて創案されたものであり、その目的は、高い成長速度が得られ、１バッチに多数枚の基板を投入しても基板間や同一基板内における成長速度の差が少ない液相成長方法、及びこの方法の実施に好適な装置を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第１の発明は、
結晶原料が溶け込んだ容器内の溶液に種子基板を浸漬し、その基板上に結晶を成長させる液相成長方法において、
容器の底部に溶液を中心部から径方向外方へ整流するためのフィンを配すると共に、該容器の内側壁近傍に溶液を底部から上部へ整流する整流板を配し、容器を回転させながら、フィン及び整流板の作用により溶液を整流して種子基板に接触させることを特徴とする。
【００２７】
本発明は、上記第１の発明において、
「基板を溶液面に対して起立姿勢で保持し、平面視の状態で、容器の中心部から径方向外方へ放射状で、且つ、その円周方向に等間隔で配すること」、
「基板の周囲を円筒体で囲繞すると共に、該円筒体の外周面に複数の整流板を設けること」、
更には、
「容器の中心部に円筒体を設けること」、
また、
「容器をその周方向へ交互に正逆回転させること」、
をその好ましい態様として含むものである。
【００２８】
上記課題を解決するための第２の発明は、
結晶原料を溶かし込んだ溶液を収容する容器と、種子基板を保持して溶液中に浸漬させる基板支持手段とを備えている液相成長装置において、
容器の底部にはその径方向に放射状にフィンが配されると共に、容器の内側壁近傍には溶液面に対し起立姿勢で整流板が配され、該容器には回転手段が備えられていることを特徴とする。
【００２９】
本発明は、上記第２の発明において、
「基板支持手段には、溶液面に対し起立姿勢で複数の基板が保持され、該基板は平面視した状態で、容器の中心部から径方向外方へ放射状で、且つ、その円周方向に等間隔で配されていること」、
「容器内には基板の周囲を囲繞するように円筒体が配されており、該円筒体の外周面には整流板が起立姿勢で設けられていること」、
更には、
「容器の中心部には、基板が周囲に位置するように円筒体が配されていること」、
また、
「容器の底部に配したフィンの側面と容器の底面との成す角度が、径方向外方へ向けて鈍角となること」、
をその好ましい態様として含むものである。
【００３０】
すなわち、上記第１、第２の発明においては、基板内或いは基板間での結晶成長速度の差は、溶液に溶け込んでいる結晶原料が基板上に成長し、溶液内の基板付近の結晶原料が少なくなることで生じることを考慮し、結晶原料が基板に成長中に溶液を坩堝内で充分流動させ、溶液内の基板付近の結晶原料が少なくなるのを防止するようにしている。
【００３１】
上記課題を解決するための第３の発明は、
容器内に充填されている結晶原料を含む溶液に基板を浸漬した状態で、前記基板を面方向に移動することによって前記溶液を撹拌しながら当該基板に前記結晶原料を液相成長させることを特徴とする。
【００３２】
本発明は、上記第３の発明において、
「前記容器を前記基板の移動方向と反対の方向へ移動すること」、
「前記基板を放射状に配置して、回転させることで前記溶液を撹拌すること」、をその好ましい態様として含むものである。
【００３３】
上記課題を解決するための第４の発明は、
結晶原料を含む溶液が充填されている容器と、前記溶液に基板を浸漬させる浸漬手段と、前記浸漬手段によって基板を溶液に浸漬させた状態で当該基板を面方向に移動させる移動手段とを有することを特徴とする。
【００３４】
本発明は、上記第４の発明において、
「前記容器を前記基板の移動方向と反対の方向へ移動する手段を備えること」、「前記基板を放射状に保持する基板支持手段を備え、当該基板支持手段を回転させることで前記溶液を撹拌すること」、
「前記容器の内面に、固化した前記溶液を取り出す方向に向けて細くなるリブが備えられていること」、
更には、
「前記リブは、前記容器の側面及び底面に備えられていること」、
をその好ましい態様として含むものである。
【００３５】
すなわち、上記第３、第４の発明においては、基板内或いは基板間での結晶成長速度の差は、溶液に溶け込んでいる結晶原料が基板上に成長し、溶液内の基板付近の結晶原料が少なくなることで生じることを考慮し、結晶原料が基板に成長中に溶液を充分撹拌し、溶液内の基板付近の結晶原料が少なくなるのを防止するようにしている。
【００３６】
上記課題を解決するための第５の発明は、
結晶原料が溶け込んだ容器内の溶液に種子基板を浸漬し、その基板上に結晶を成長させる液相成長方法において、
容器の底部に溶液を中心部から径方向外方へ整流するためのフィンを配し、容器の内側壁に溶液を上方へ整流するためのフィンを配し、容器を回転させながら、フィンの作用により溶液を整流して種子基板に接触させることを特徴とする。
【００３７】
本発明は、上記第５の発明において、
「基板を面方向に移動することによって溶液を攪拌しながら基板上に結晶を成長させること」、
さらには、
「前記容器を前記基板の移動方向と反対の方向へ移動すること」、
「基板を放射状に配置して、回転させることで溶液を撹拌すること」、
をその好ましい態様として含むものである。
【００３８】
上記課題を解決するための第６の発明は、
結晶原料を溶かし込んだ溶液を収容する容器と、種子基板を保持して溶液中に浸漬させる基板支持手段とを備えている液相成長装置において、
容器の底部に、径方向に放射状にフィンが配され、更に容器の内側壁にフィンが配されていることを特徴とする。
【００３９】
本発明は、上記第６の発明において、
「容器に回転手段が備えられていること」、
そして、
「基板支持手段が、基板を放射状に保持するものであり且つ回転手段を備えていること」、
又は、
「容器の内側壁近傍には溶液面に対し起立姿勢で整流板が配されていること」、
をその好ましい態様として含むものである。
【００４０】
上記課題を解決するための第７の発明は、
結晶原料を溶かし込んだ溶液を収容する容器と、種子基板を保持して溶液中に浸漬させる基板支持手段とを備えている液相成長装置において、
容器の内側壁近傍に、溶液面に対し起立姿勢で整流板が配されていることを特徴とする。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施形態に限られない。
【００４２】
〔実施形態１〕
図１は実施形態１の液相成長装置における坩堝内の状況を示す平面図であり、図２は図１の側断面状況を示す模式図である。また図３は、図１及び図２の坩堝を組み込んだ実施形態１の液相成長装置を示しており、（ａ）はその模式図、（ｂ）はその横断面図である。なお、図３において、図１及び図２と同一の部材は同一の符号を付している。
【００４３】
図１及び図２において、１０１はシリコン層を成長させるためのシリコン単結晶基板であり、一辺が１２５ｍｍの正方形板の角を取った形状を呈している。また、１０２は基板１０１を保持する基板支持手段で、１０４は容器としての坩堝であり、この坩堝１０４内にはメルト１０７が収容されている。さらに、１０５は坩堝１０４の底部に設けた放射状のフィン（以下、リブと記す場合もある）であり、坩堝１０４の底部において、その径方向に放射状に配されている。１０６は基板支持手段１０２の外周部、即ち坩堝１０４の内側壁近傍において、起立姿勢で配した整流板であり、円周方向に均等間隔で複数配されている。本実施形態の整流板１０６は、メルト１０７の液面に対して垂直に配されている。
【００４４】
基板１０１の配置について説明すると、１６枚の基板１０１がメルト１０７の液面に対し起立姿勢で略垂直と成るように配されており、且つ、図１に示す平面視の状態で、坩堝１０４の中心部から径方向外方へ放射状で、且つ、その円周方向に等間隔で配されるように、基板支持手段１０２に保持されている。相隣接する基板同士が成す角度は約２２．５度であり、最も狭い部分における距離は約１７ｍｍである。
【００４５】
メルト１０７には、基板１０１上に成長させるシリコンが溶け込んでおり、基板支持手段１０２に１６枚の基板１０１を保持した状態で、メルト１０７中に浸漬させる。
【００４６】
また、坩堝１０４は図１に示す平面視の状態で、反時計回りに１０ｒｐｍで回転するように構成され、こうすることにより、メルト１０７が図２の矢印１０８に示すような流れを形成することになる。
【００４７】
図３において、１０３は基板支持手段１０２の昇降支持棒であり、昇降動作可能な機構を備えている。１０９は坩堝１０４を載置して、その円周方向へ正逆回転させるターンテーブルであり、その下部に設けた不図示の回転駆動機構により回転可能に構成されている。１１０は成長室（以下、成長炉と記す場合もある）であり、その上部開口部にはゲート弁１１２を備えており、坩堝１０４や基板１０１の雰囲気を真空雰囲気、水素雰囲気、或いは窒素雰囲気等に保持可能である。１１１は電気炉であり、成長室１１０及びその内部に収納される坩堝１０４内のメルト１０７等を加熱する。１１３はロードロック室であり、基板支持手段１０２に保持された基板１０１を成長室１１０へと供給する際に用いられ、上記ゲート弁１１２に着脱自在に配される。
【００４８】
次に、実施形態１の液相成長装置を使用して実施する本発明の液相成長方法を工程順に説明する。
【００４９】
まず、不図示の基板交換位置において、メルト１０７へのシリコン溶かし込み用として、一辺が１２５ｍｍの正方形板状のｐ型多結晶シリコン基板１０１’を１６枚用意し、これらを基板支持手段１０２に装着して、昇降支持棒１０３によりロードロック室１１３内へ引き上げる。
【００５０】
一方、成長室１１０は、その上部開口部のゲート弁１１２を閉成し、その内部に水素ガスを流しながら、電気炉１１１により９００℃の温度に加熱される。この状態で、ロードロック室１１３をゲート弁１１２上に移動させ、ゲート弁１１２と密着させて配置する。そして、ロードロック室１１３の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１１２を開放する。
【００５１】
続いて、基板支持手段１０２を徐々に降下させ、基板１０１’をメルト１０７中に浸漬させる。その間、坩堝１０４は、ターンテーブル１０９により反時計回りに毎分６回転の速度で回転している。回転動作している坩堝１０４内には、放射状に配された基板１０１’や垂直の整流板１０６が付いた基板支持手段１０２が静止した状態で浸漬しているので、メルト１０７は坩堝１０４の回転に伴って攪拌される。そのまま攪拌しながら３０分間待ってシリコンを溶かし込み、メルト中にシリコンを過飽和溶解させる。
【００５２】
その後、基板支持手段１０２をメルト１０７から引き上げ、ロードロック室１１３の内部に収納してから、基板支持手段１０２とロードロック室１１３の間のゲート弁１１２を閉成する。
【００５３】
次いで、ロードロック室１１３の内部を窒素ガスで置換した後、ゲート弁１１２から切り離し、不図示の基板交換位置へと移動させる。ここで溶かし込み用の基板１０１’を外し、成長用として一辺が１２５ｍｍの正方形板状を呈する面方位が（１００）のｐ＋型のＣｚシリコン基板１０１を１６枚用意し、基板支持手段１０２に保持する。
【００５４】
ロードロック室１１３を再びゲート弁１１２の上に移動し、ゲート弁１１２に密着配置させてから、ロードロック室１１３の内部を真空排気し、水素をフローしてゲート弁１１２を開放する。
【００５５】
続いて、基板支持手段１０２を徐々に降下させ、基板加熱位置１１４まで降下させて、電気炉１１１により９００℃の温度まで加熱する。このとき、坩堝１０４は反時計回りに毎分１０回転の速度で回転動作を開始する。
【００５６】
次いで、毎分１℃／分の冷却速度でメルト１０７の冷却を始める。そして、メルト１０７が８９５℃の温度となったところで、基板支持手段１０２をさらに降下させ、シリコンで過飽和となったメルト１０７の中に基板１０１を浸漬させ、引き続きメルト１０７を冷却し続ける。
【００５７】
坩堝１０４の回転を続けて３０分経過したところで、基板支持手段１０２を再び基板加熱位置１１４まで引き上げて１分間停止し、基板面に残留しているメルトを切り、さらにロードロック室１１３の内部まで引き上げた後、ゲート弁１１２を閉成する。
【００５８】
ロードロック室１１３内部を窒素で置換してから、不図示の基板交換位置へと移動させ、成長用の基板１０１を外す。この基板１０１にはシリコン層がエピタキシャル成長しており、その厚さを測定したところ、１６枚の基板間の差は面内平均値で３０μｍ±１０％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％に分布していた。
【００５９】
図４は、図３の液相成長装置を用いた場合の成長速度の面内分布を示す説明図である。ここで、「○」は基板中央部を上下方向に測定した基板上の分布を示し、「●」は基板中央部を水平方向に測定した分布を示している。
【００６０】
メルトの上部に当たる基板の上方向にはシリコン層が厚く付いており、又、坩堝の中央に近い方と坩堝の外周に近い方を比べると、中央に近い方にシリコン層が厚く付いている。
【００６１】
図５は、実施形態１における坩堝の縦断面構造を示す模式図である。図５において、１２１は坩堝本体であり、１２２は坩堝の底部に設けた放射状のフィンである。図５中の線１２３におけるフィンの断面形状を図６に示し、線１２４におけるフィンの断面形状を図７に示している。図６及び図７から明らかなように、坩堝の中心付近におけるフィン部分１２５の側面が坩堝の底面と成す角１２６は直角に近いが、坩堝の外周付近におけるフィン部分１２７の側面と底面の成す角１２８はかなりの鈍角に形成されている。すなわち、坩堝の底部に配したフィン１２２の側面と坩堝の底面との成す角度が、径方向外方へ向けて鈍角となるように形成されている。
【００６２】
これは、坩堝の中央付近におけるフィン部分１２５の役割はメルトを坩堝中心から外側へ押しやることであり、これに対し、坩堝の外周近辺におけるフィン部分１２７の役割はメルトを上方へと押しやることにあるからである。
【００６３】
また、フィンの断面形状が左右対称に形成されているのは、坩堝が時計回りと反時計回りとのいずれの方向へ回転しても、上記のようなメルトに流れを生じさせる効果が出るように考慮したためである。
【００６４】
シリコン層の成長速度が基板間或いは同一基板内で差ができるのは、メルトに溶け込んでいる溶質が基板上に析出し、足りなくなった溶質の補充が多いか少ないかによって生じると考えられる。したがって、成長中もメルトを充分流動させ、基板と相対的な運動を起こさせれば、基板間或いは同一基板内における成長速度の差を低減することができる。
【００６５】
本発明においては、坩堝の底部に横型フィンを設け、この坩堝を回転させることによってメルトに流れを生じさせると共に、容器の底部に配した放射状のフィン、容器の内側壁近傍に起立姿勢で配した整流板、及び基板支持手段により起立姿勢で保持し、径方向へ放射状で、且つ、円周方向に等間隔で配した基板の配置の工夫により、基板表面のメルトの流れを均一にすることができる。
【００６６】
すなわち、成長させるための結晶原料としてのシリコンを溶かし込んだ溶融金属等の溶液（メルト）を収容した坩堝の底部に放射状のフィンを配し、また坩堝の内側壁近傍に液面に垂直な整流板を配して、静止固定させる。そして、ターンテーブルにより坩堝が回転することにより、坩堝の底部のフィンが相対的に回転することによって、その遠心力で中心部から径方向外方へ移動してきたメルトを整流板により上方へと導き、上方へ導かれたメルトは液面付近で坩堝の中心部へと向かい、基板支持手段により液面と垂直に保持された基板同士の間を通って、再び底部へと整流移動していくことになる。これらの一連の動きにより、基板表面に接触するメルトは常に入れ替わり、高い成膜成長速度を維持するものである。
【００６７】
〔実施形態２〕
次に、実施形態２の液相成長装置を図８及び図９に基づいて説明する。図８は実施形態２の液相成長装置における坩堝内の状況を示す平面図であり、図９は図８の側断面状況を示す模式図である。
【００６８】
実施形態２の液相成長装置は実施形態１と同様の装置であるが、坩堝を深く形成し、基板を上下２段で収容できるように構成している。
【００６９】
図８及び図９において、５０１はシリコン層を成長させるためのシリコン単結晶基板であり、一辺が１２５ｍｍの正方形板の角を取った形状を呈している。５０２は基板５０１を保持する基板支持手段で、５０４は坩堝であり、この坩堝５０４内にはメルト５０７が収容されている。
【００７０】
５０５は坩堝５０４の底部に設けたフィンである。５０８は基板支持手段５０２の外周部に取り付けた円筒体であり、５０６は円筒体５０８の外周面にその長手方向に沿って垂直に取り付けた縦長の整流板である。すなわち、坩堝５０４内には基板５０１の周囲を囲繞するように円筒体５０８が配されており、該円筒体５０８の外周面には整流板５０８が起立姿勢で設けられている。
【００７１】
５０９は坩堝５０４の中央部に配され、メルト５０７の流れを制御する円筒体であり、基板５０１が周囲に位置されるように基板支持手段５０２の中央部に取り付けられている。
【００７２】
基板５０１の配置は、実施形態１と同様に、１６枚の基板５０１がメルト５０７の液面と略垂直に配され、且つ、図８に示す平面視の状態で放射状に配されており、上下２段に並ぶように基板支持手段５０２に保持されている。相隣接する基板同士の成す角度は約２２．５度であり、最も狭い部分の距離は約１７ｍｍである。坩堝５０７内に収容されているメルト５０７には、基板５０１上に成長させるシリコンが溶け込んでいる。
【００７３】
図８及び図９に示す状況の坩堝は、図３に示す液相成長装置と同様な装置に組み込まれ、実際の液相成長装置を構成する。実施形態１との違いは、基板５０１の配置が上下２段になっていることと、坩堝５０４の側壁面近傍に円筒体５０８と垂直な整流板５０８とで構成される流れ制御板があり、さらに坩堝５０４の中央部にやはり流れを制御する円筒体５０９が配されていることである。
【００７４】
このような液相成長装置を用い、実施形態１と同様の工程を有する液相成長方法で基板５０１上にシリコン層をエピタキシャル成長させた。ただし、実施形態２においては、基板５０１の装着時に外側の円筒５０８は邪魔となるので、取り外し可能に形成されている。
【００７５】
一連の成長工程を終了し、基板５０１を外してシリコン層を評価した。基板５０１上にエピタキシャル成長したシリコン層の厚さを測定したところ、３２枚の基板の面内平均値は３０μｍ±１１％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±１２％に分布していた。
【００７６】
〔実施形態３〕
次に、実施形態３の液相成長装置を図１０及び図１１に基づいて説明する。図１０は実施形態３の液相成長装置における坩堝内の状況を示す平面図であり、図１１は図１０の側断面状況を示す模式図である。
【００７７】
実施形態３の液相成長装置は実施形態１と同様の装置であるが、基板をメルトの液面と略垂直に配し、且つ、基板同士が平行となるように並列に配している。
【００７８】
図１０及び図１１において、６０１はシリコン層を成長させるためのシリコン単結晶基板であり、一辺が１２５ｍｍの正方形板の角を取った形状を呈している。６０２は基板６０１を保持する基板支持手段で、６０４は坩堝であり、この坩堝６０４内にはメルト６０７が収容されている。６０５は坩堝６０４の底部に配置した放射状のフィンである。６８は基板支持手段６０２の外周部に取り付けた円筒体であり、６０６は円筒体６０８の外周面にその長手方向に沿って垂直に取り付けた縦長の整流板である。
【００７９】
基板６０１の配置としては、基板６０１がメルト６０７の液面と略垂直に配され、且つ、図１０に示す平面視の状態で等間隔を隔てて平行と成るように並列に配されており、この状態で基板支持手段６０２に保持されている。相隣接する基板同士の距離は約１０ｍｍである。坩堝６０４に収容されたメルト６０７には、基板６０１上に成長させるシリコンが溶け込んでいる。
【００８０】
図１０及び図１１に示す状況の坩堝は、図３に示す液相成長装置と同様な装置に組み込まれ、実際の液相成長装置を構成する。実施形態１との違いは、基板が等間隔を隔てて平行と成るように並列に配されていることと、坩堝６０４の側壁面近傍に円筒体６０８及びメルト６０７の液面と略垂直な整流板６０６とで構成される流れ制御板が配されていることである。
【００８１】
このような液相成長装置を用い、実施形態１と同様の工程を有する液相成長方法で基板５０１上にシリコン層をエピタキシャル成長させた。ただし、実施形態３においては、基板支持手段６０２は分解可能に形成されており、基板装着時には、基板支持手段６０２を適宜分解して基板６０１を装着する。
【００８２】
一連の成長工程を終了し、基板６０１を外してシリコン層を評価した。基板６０１上にエピタキシャル成長したシリコン層の厚さを測定したところ、３０枚の基板の面内平均値は３０μｍ±１３％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±１５％に分布していた。
【００８３】
〔実施形態４〕
本実施形態では、本発明の液相成長方法を用いて、薄型単結晶シリコン太陽電池を量産する場合について説明する。この太陽電池の製造プロセスの詳細については、特開平１０−１８９９２４号公報に記載されているが、概略を図１２に基づいて説明する。
【００８４】
図１２において、１００１は一辺が１２５ｍｍの正方形板状を呈する面方位が（１１１）のｐ＋型シリコン基板である。この基板１００１をエタノール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った。陽極化成により基板１００１の表面に厚さ５μｍの多孔質層１００２が形成された。多孔質層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。
【００８５】
それに先立って、水素雰囲気中で基板１００１を１０５０℃の温度でアニールした。こうすると多孔質層の表面の原子が再配列し、表面の微細孔が封じられるので、引き続いて行うエピタキシャル成長に好都合である。
【００８６】
そして、多孔質層１００２の上に液相成長法で厚さ３０μｍのｐ−型層１００３を成長させる。さらに接合を形成するため、液相成長法で厚さ０．３μｍのｎ＋層１００４を成長させる。液相成長法の詳細については別途説明する。ただしｎ＋層１００４は不純物の熱拡散等によって形成しても良い。
【００８７】
次に、ｎ＋層１００４の表面にパシベーション層として熱酸化膜１００５を形成する。
【００８８】
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。焼成により銀のパターンは熱酸化膜１００５を突き抜け、ｎ＋層１００４と接触する。
【００８９】
このように形成したグリッド電極１００６上に、接着剤１００７によりガラス板１００８を貼り付けた後、シリコン基板１００１を固定した状態で、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より上の部分を基板１００１から剥離させる。
【００９０】
剥離された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。
【００９１】
一方、残った基板１００１の表面にも多孔質層１００２の残渣があるので、これもエッチングで除去し鏡面を回復させる。こうして再生された基板１０１１は、厚さが５μｍ強だけ減少した他は始めの状態と同等になったので、工程の最初に戻し、繰り返し使用することができる。なお、図１２においては、多孔質層１００２の厚さを説明のため極端に厚く表現している。
【００９２】
次いで、図１３に基づいて、シリコンをエピタキシャル成長するための液相成長装置の構造について説明する。
【００９３】
図１３において、１１０１は溶かし込み用または成長用の基板であり、一辺が１２５ｍｍの正方形板状を呈している。基板１１０１は、相隣接する基板同士の最も隙い部分が約１０ｍｍになるように、放射状に配置されている。基板支持手段１１０２は、５０枚の基板１１０１を、図１に示した坩堝の状況と同様に配置している。
【００９４】
メルト１１０３は、ターンテーブル１１０５上に載置された石英ガラス製の坩堝１１０４内に収容されている。坩堝１１０４の底部には、放射状のフィン１１０８が配されている。基板支持手段１１０２の外周部には、坩堝１１０４の内側壁に近い位置にメルト１１０３の液面に垂直なフィン１１０９が多数設けられており、図１に示した坩堝の状況と同様に放射状に設けられている。
【００９５】
このような状況の坩堝１１０４は石英ガラス製の成長室１１０６に収納されている。成長室１１０６の上部開口部にはゲート弁１１１０が設けており、このゲート弁１１１０によって外気と遮断できる。坩堝１１０４内のメルト１１０３の温度は電気炉１１０７により制御される。
【００９６】
基板支持手段１１０２が成長室１１０６内へ供給される時には、ゲート弁１１１０が開放される。ここでゲート弁１１１０は、図１３において背面の方向に移動する様に取り付けられている。
【００９７】
また、本実施形態の液相成長装置では、成長室１１０６と同等の不図示の成長室が独立して設けられており、ｎ＋層１００４の成長に使用される。さらにこれらと独立に、多孔質層（図１２の１００２に相当）を形成した基板１１０１を水素アニールするための水素アニール室１１１７、及び基板支持手段１１０２の基板を交換するための基板交換室１１１８が設けられている。
【００９８】
図１３では、昇降支持棒１１１３により、基板支持手段１１０２をロードロック室１１１２から成長炉１１０６の内部へ移動した状態を示している。
【００９９】
また、成長室１１０６や水素アニール室１１１７及び基板交換室１１１８のゲート弁１１１０、１１１０’、１１１０”と、ロードロック室１１１２のゲート弁１１１１との連結室１１１６、１１１６’、１１１６”が設けられており、ロードロック室１１１２と、成長室１１０６、水素アニール炉１１１７及び基板交換室１１１８との間で基板支持手段１１０３のやり取りをする場合に、予め連結室１１１６、１１１６’、１１１６”の内部を排気してからゲート弁１１１０、１１１０’、１１１０”を開くと外気による汚染を全く受けずに基板を移動できる。
【０１００】
次に、多孔質層（図１２の１００２に相当）が形成された基板１１０１にエピタキシャル成長を行う工程について詳しく説明する。
【０１０１】
図１３に示す液相成長装置を用いて、まず、溶かし込み用のｐ−型の多結晶シリコン１１０１’を装着した基板支持手段１１０２を基板交換室１１１８の所定位置にセットする。次いで、基板交換室１１１８のゲート弁１１１０”を閉成して、その内部を真空排気する。
【０１０２】
この基板交換室１１１８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を開放し、ロードロック室に付属する昇降支持棒１１１３を動作させ、基板支持手段１１０２をロードロック室１１１２に格納し、ゲート弁１１１１を閉成してからロードロック室１１１２を水素アニール室１１１７の直上に移動する。
【０１０３】
ロードロック室１１１２と連結室１１１６’の内部を真空排気した後、水素をフローする。一方、水素アニール室１１１７の内部は１０５０℃の温度に保持され、水素がフローされている。ロードロック室１１１２と水素アニール室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１１１１と水素アニール室１１１７のゲート弁１１１０’を開放し、基板支持手段１１０２を降下させ１０分間保持する。この操作により、溶かし込み用の多結晶シリコン１１０１’の表面に存在する自然酸化膜が除去される。
【０１０４】
その後、基板支持手段１１０２を引き上げ、水素アニール室１１１７のゲート弁１１１０’とロードロック室１１１２のゲート弁１１１１とを閉じる。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、ロードロック室を分離する。
【０１０５】
引き続きロードロック室１１１２を成長室１１０６の直上に移動する。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と成長室１１０６のゲート弁１１１０を開放し、基板支持手段１１０２を成長室１１０６内の基板予熱位置１１１５まで降下させ、９５５℃の温度に加熱する。このとき、ターンテーブル１１０５は毎分６回転の速度で時計回りに回転を開始する。
【０１０６】
そして、９５５℃の温度に保持されたメルト１１０３に基板支持手段１１０２を浸漬させる。この状態で３０分間保持し、シリコンをメルト１１０３に溶かし込ませる。その後、多結晶シリコン１１０１’と基板支持手段１１０２は所定の工程を経て、基板交換室１１１８から回収する。
【０１０７】
その間、ｎ＋型シリコン溶かし込み用の多結晶シリコンを装着済みの別の基板支持手段を基板交換室１１１８にセットし、以下同様の手順で不図示のｎ＋型シリコンの成長室内におけるメルトにシリコンとドーパントを溶かし込ませる。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−型の場合よりも遥かに少なく、溶かし込みも短時間で終了する。
【０１０８】
次に、表面に多孔質層（図１２の１００２に相当）が形成された面方位が（１１１）のｐ＋型単結晶シリコン基板１１０１を装着したさらに別の基板支持手段１１０２’を基板交換室１１１８にセットする。溶かし込みの時と同様に、まず水素アニール室１１１７で水素アニールを行う。
【０１０９】
引き続き、成長室１１０６でｐ−型層（図１２の１００３に相当）の成長を行う。この場合、基板予熱位置１１１５で基板を９５５℃の温度に加熱した後、メルト１１０３を１℃／分の冷却速度で冷却する。メルト１１０３が９５０℃の温度になったところで、基板１１０１をメルト１１０３に浸漬させ、３０分間成長を行う。その間において、ターンテーブル１１０５は、毎分６回転の速度で時計回りと反時計回りの正逆方向回転を３分間ずつ交互に回転している。
【０１１０】
その後、基板支持手段１１０２’を引き上げ、ロードロック室１１１２を用いて不図示のｎ＋型用成長室の上方に移動し、その成長室においてｎ＋型層（図１２の１００４に相当）を成長させる。この場合メルトは８５５℃の温度から−０．５℃／分の冷却速度で冷却を開始し、８５０℃の温度となったところで基板１１０１をメルト１１０３に浸漬させ、基板成長を開始し、３分間で終了する。
【０１１１】
一方、ｎ＋型層（図１２の１００４に相当）の成長を行っている間に、次のｐ−型層の成長室１１０６でシリコンの溶かし込みを開始し、次の成長に備える。
【０１１２】
こうして成長した基板について、ｐ−型層１００３とｎ＋型層１００４の厚さの合計は断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察して評価すると共に、ｎ＋型層１００４の厚さはＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法）で測定した。その結果によれば、基板の中央と周辺から５ｍｍの位置における厚さの差が、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。また、図１２に示す方法で形成した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、アニール室や成長室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る虞れがない。
【０１１３】
（実施形態５）
図１７は、本発明の実施形態５の液相成長装置の模式的な構成を示す断面図である。図１８は、図１７の坩堝１０４等の拡大図である。図１９は、図１８の平面図である。
【０１１４】
図１７〜図１９において、１０１は角が取れた□１２５ｍｍ程度の大きさのシリコン単結晶基板、１０２は基板１０１を保持する基板支持手段、１０７は基板１０１に成長させるシリコンが溶け込んでいるメルト、１０４はメルト１０７が充填されている坩堝、１０５は坩堝１０４の側面及び底面に設けたリブ、１０９は図示しない回転駆動機構により回転する坩堝ターンテーブル、１０３は上下動作と回転動作が可能な基板１０１を支持する基板支持手段の昇降支持棒、１１０は成長炉、１１１は成長炉１１０の外からメルト１０７が入った坩堝１０４を加熱する加熱手段である電気炉、１１３は基板支持手段１０２に保持された基板１０１を成長炉１１０に供給する際に使用するロードロック室である。
【０１１５】
さらに、成長炉１１０には開閉可能なゲート弁１１２が備えられ、坩堝１０４や基板１０１の雰囲気を真空或いは水素、或いは窒素雰囲気に保つことができる。
【０１１６】
また、基板１０１の配置を説明すると、例えば１６枚の基板１０１がメルト１０７の液面と垂直に且つ上方から見て放射状になるように基板支持手段１０２に保持されている。隣り合った基板１０１間のなす角度は約２２．５度であり、一番狭い部分の距離は約１７ｍｍである。
【０１１７】
つぎに、図１７に示す液相成長装置の動作について説明する。まず、図１７に示す状態から、基板支持手段の昇降支持棒１０３により基板支持手段１０２を引き上げてゲート弁１１２を閉じ、ロードロック室１１３をゲート弁１１２の上部から図示しない基板交換位置まで移動する。
【０１１８】
そして、基板支持手段の昇降支持棒１０３によりロードロック室１１３から基板支持手段１０２を引き下げて、基板支持手段１０２に支持されている基板１０１に代えて、メルト１０７へのシリコン溶かし込み用の□１２５ｍｍ程度の大きさのｐ型多結晶シリコンウエハを基板支持手段１０２に装着し、基板支持手段の昇降支持棒１０３によりロードロック室１１３に戻す。
【０１１９】
一方、成長炉１１０は、内部に水素ガスを流しつつ電気炉１１１で加熱し温度を９００℃位とする。この状態でロードロック室１１３をゲート弁１１２の上に戻し、ゲート弁１１２と密着させる。
【０１２０】
つぎに、ロードロック室１１３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１１２を開く。つづいて基板支持手段１０２を徐々に降下させ、多結晶シリコンウエハをメルト１０７中に浸漬する。
【０１２１】
その間、基板支持手段１０２は上から見て時計回りに例えば毎分６回転（１０ｒｐｍ）で回転し、ターンテーブル１０９を反時計回りに毎分６回転で回転することで坩堝１０４を動かし、メルト１０７を図１８の矢印１０８方向に流れるように撹拌している。
【０１２２】
攪拌を３０分程度続け、シリコンをメルト１０７内に溶かし込み、メルト１０７にシリコンを飽和させる。
【０１２３】
その後、ゲート弁１１２を開いて基板支持手段１０２をメルト１０７から引き上げ、ロードロック室１１３内部に収納してからゲート弁１１２を閉じる。
【０１２４】
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。
【０１２５】
再び、ロードロック室１１３をゲート弁１１２の上に移動し、ゲート弁１１２に密着させてから、ロードロック室１１３内部を真空排気し、水素をフローしゲート弁１１２を開く。
【０１２６】
つづいて、基板支持手段１０２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１０７の冷却を始める。
【０１２７】
メルト１０７が例えば８９５℃となったところで、基板支持手段１０２をさらに降下させ、シリコンで過飽和となったメルト１０７の中にウエハ１０２を浸漬し、引き続きメルト１０７を冷却し続ける。
【０１２８】
基板支持手段１０２と坩堝１０４はそれぞれ回転を続け３０分経過したところで、基板支持手段１０２を中間位置１１４まで引き上げ１分ほど停止し、ウエハ１０２に残留しているメルト１０７を切り、さらに基板支持手段１０２をロードロック室１１３の内部まで引き上げ、ゲート弁１１２を閉じる。
【０１２９】
ロードロック室１１３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。
【０１３０】
図２２は、図１７に示す液相成長装置によって基板１０１にシリコンを液相成長させたときの成長速度の面内分布図である。ここで、「○」は各基板１０１の中央部で垂直方向に２０ｍｍ間隔で測定した成長速度を示し、「●」は各基板１０１の中央部で水平方向に２０ｍｍ間隔で測定した成長速度を示している。
【０１３１】
図２２に示すように、各基板１０１の中央部で垂直方向・水平方向共に成長速度に差異が生じなかった。すなわち、基板１０１の全面でほぼ一様の成長速度となった。
【０１３２】
図２０は、坩堝１０４の平面図である。図２１は、図２０の縦断面図である。リブ１０５の先端は、坩堝１０４の中心に向けて細くなる。ここでは、リブ１０５は、その側面と底面とのなす角度が６０°程度になるようにしている。また、リブ１０５の先端は、坩堝１０４の上部に向けて例えば１°ほどの角度をもって細くなる。坩堝１０４の側壁は、上部に向けて例えば１°ほどの角度をもって太くなる。
【０１３３】
メルト１０４は、交換時に温度を下げ、これを固化した状態で交換するが、固化した後に線膨張係数に従い収縮する。この際、上記のように、リブ１０５の先端を細くしておくと、固化したメルト１０４を交換しやすくなる。
【０１３４】
なお、リブ１０５は、その側面と底面とのなす角度が垂直に近づくほど、メルト１０４が固化、収縮するときに、無理な力が生じる。一方、リブ１０５は、その側面と底面とのなす角度が水平に近づくほど、メルト１０４が撹拌されにくくなるので、メルト１０４に含まれる結晶原料にもよるが、上記のようにこの角度を６０°程度とすることが好ましい。
【０１３５】
また、本実施形態では、例えば１６枚の基板１０１がメルト１０７の液面と垂直に且つ上方から見て放射状になるように基板支持手段１０２に保持されている場合を例に説明するが、複数の基板１０１を一列に並べ、基板１０１を面方向に移動させるようにしてもよい。
【０１３６】
なお、本発明における基板の面方向とは、基板面に垂直な方向に限らず、基板面と０でない角度を有する方向を指している。しかしながら、基板の移動により大きなメルト攪拌効果を得るためには、基板の移動方向（面方向）として基板面と６０〜９０°程度の角度をなす方向を選択しておくことが好ましい。
【０１３７】
（実施形態６）
図２３は、本発明の実施形態６に係る坩堝１０４等の横断面図である。図２４は、図２３の縦断面図である。図２３及び図２４は、それぞれ実施形態５の図１９及び図１８に相当する。なお、図２３及び図２４において、図１９及び図１８と同様の部分には同一符号を付している。
【０１３８】
本実施形態では、実施形態５で説明したものより、坩堝１０４を大きくし、基板１０１を多く保持できるようにしている。基板１０１の配置は、実施形態５と同様にメルト１０７の液面と垂直に且つ上方から見て放射状になるように基板支持手段１０２に保持されている。ここでは３２枚の基板１０１が配置されている。
【０１３９】
隣り合った基板１０１間のなす角度は約１１．２５度であり、一番狭い部分の距離は約２３ｍｍである。
【０１４０】
また、本実施形態では、実施形態５で説明したものより、リブ１０５の数を増やし、メルト１０７の量も増やしている。メルト１０７の量を増やしたのは基板１０１の数量が多くなったことに伴って、基板１０１の間を通り外側に流れた分が中央に戻るための流路を確保するためである。
【０１４１】
そして、この装置を用い、実施形態５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し、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３２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％に分布していた。
【０１４２】
（実施形態７）
図２５は、本発明の実施形態７の液相成長装置の模式的な構成図である。本実施形態の装置は、リブの形状及び整流板がない点が図１３の装置と異なる。図２５において、１１０１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が最も隙間のないところで１ｃｍ間隔で５０枚並べられた基板群を支持する基板支持手段である。
【０１４３】
また、１１０３はターンテーブル１１０５上に置かれた石英ガラス製の坩堝１１０４に充填されているメルト、１１０６は石英ガラス製の成長炉、１１１０は成長炉１１０６の上部に設けており外気と遮断するゲート弁、１１０７はメルト１１０３の温度を調整する電気炉である。
【０１４４】
基板支持手段１１０２が成長炉１１０６に入るときには、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。
【０１４５】
また、本実施形態の装置では成長炉１１０６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１２のｎ^＋層１００４の成長に使用する。
【０１４６】
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。
【０１４７】
図２５では基板支持手段１１０２を、基板支持手段の昇降支持棒１１１３により成長炉１１０６の内部に移動した状態を示している。
【０１４８】
また、成長炉１１０６、水素アニール炉１１１７及び基板交換室１１１８のゲート弁１１１０、１１１０’、１１１０”と、ロードロック室１１１２のゲート弁１１１１との連結室１１１６、１１１６’、１１１６”を設けている。
【０１４９】
ロードロック室１１１２と成長炉１１０６や水素アニール炉１１１７の間で基板支持手段１１０２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、１１１０’、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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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１１０１’を装着した基板支持手段１１０２を基板交換室１１１８の所定位置にセットする。
【０１５２】
次いで、基板交換室１１１８のゲート弁１１１０”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。
【０１５３】
それから、ロードロック室内部の基板支持手段の昇降支持棒１１１３を動作させ、基板支持手段１１０２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。
【０１５４】
ロードロック室１１１２と連結室１１１６’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。
【０１５５】
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１１１１と水素アニール炉１１１７のゲート弁１１１０’を開き、基板支持手段１１０２を降下させ１０分位保持する。
【０１５６】
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１１０２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１１１２のゲート弁１１１１とを閉じる。
【０１５７】
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１１０６の直上に移動する。
【０１５８】
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１１０６のゲート弁１１１０を開き、基板支持手段１１０２を成長炉１１０６内の基板予熱１１１５まで降下し、９５５℃程度に加熱した後、９５５℃に保持されたメルト１１０３に浸漬する。
【０１５９】
この状態で、基板支持手段１１０２を毎分１０回で回転させ、又、ターンテーブル１１０５は毎分６回転で基板支持手段１１０２と逆方向に回転させながら、３０分間保持し、シリコンをメルト１１０３に溶かし込む。
【０１６０】
その後、基板支持手段１１０２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。
【０１６１】
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１１０８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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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１１０１を装着済みのさらに別の基板支持手段１１０２’を基板交換室１１０８にセットする。
【０１６４】
メルト１１０３にシリコンを溶かし込むときと同様に、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１１０３を１℃／分の割合で冷却する。
【０１６５】
メルト１１０３が９５０℃となったところで、ｐ^＋型シリコンウエハ１１０１をメルト１１０３に浸漬し、約３０分間成長を行う。その間、基板支持手段１１０２’を毎分５回で回転させる。また、同時にターンテーブル１１０５も基板支持手段１１０２’と逆方向に回転させる。
【０１６６】
その後、基板支持手段１１０２’をメルト１１０３から引き上げ、ロードロック室１１１２を用いて図示しないｎ^＋型用の成長炉の上方に移動し、そのにおいてｎ^＋型層１００４を成長する。この場合、メルト１１０３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１１０３に浸漬して、基板成長を開始し３分間で終了する。
【０１６７】
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１１０６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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
また、上述した工程にひきつづいて実施形態４同様の工程（図１２に示す工程）により製造した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。
【０１７１】
なお、以上の実施形態においては、専らシリコンの成長について説明したが、これに限るものではなく、本発明の液相成長方法および液相成長装置はシリコン半導体ばかりでなく、他の結晶材料の液相成長にも適用可能であることは言うまでもない。
【０１７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の好適な実施形態によれば多数の基板上に均一な厚さの結晶を液相成長させることができる。
【０１７３】
したがって、高い成長速度が得られ、１バッチに多数枚の基板を投入しても基板間や同一基板内における成長速度の差が少ない液相成長方法、及びこの方法の実施に好適な装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の液相成長装置における坩堝内の状況を示す平面図である。
【図２】図１の側断面状況を示す模式図である。
【図３】図１及び図２の坩堝を組み込んだ第１の実施形態の液相成長装置を示しており、（ａ）はその模式図、（ｂ）はその横断面図である。
【図４】図３の装置を用いた場合の成長速度の面内分布を示す説明図である。
【図５】第１の実施形態における坩堝の縦断面構造を示す模式図である。
【図６】図５中の線１２３におけるフィンの断面形状を示す断面図である。
【図７】図５中の線１２４におけるフィンの断面形状を示す断面図である。
【図８】第２の実施形態の液相成長装置における坩堝内の状況を示す平面図である。
【図９】図８の側断面状況を示す模式図である。
【図１０】第３の実施形態の液相成長装置における坩堝内の状況を示す平面図である。
【図１１】図１０の側断面状況を示す模式図である。
【図１２】本発明を適用する太陽電池の製造方法の一例を示す説明図である。
【図１３】太陽電池の量産に好適な本発明の液相成長装置を示す模式図である。
【図１４】従来の液相成長装置の一例を示す模式図である。
【図１５】従来の液相成長装置の一例を用いた場合の成長速度の面内分布を示す説明図である。
【図１６】従来の液相成長装置の他例を示す模式図である。
【図１７】本発明の実施形態５の液相成長装置の模式的な構成を示す断面図である。
【図１８】図１７の坩堝１０４等の拡大図である。
【図１９】図１８の平面図である。
【図２０】図１７の坩堝１０４等の平面図である。
【図２１】図２０の縦断面図である。
【図２２】図１７に示す液相成長装置によって基板１０１にシリコンを液相成長させたときの成長速度の面内分布図である。
【図２３】本発明の実施形態６に係る坩堝１０４等の断面図である。
【図２４】図２３の縦断面図である。
【図２５】本発明の実施形態７の液相成長装置の模式的な構成図である。
【符号の説明】
１０１（１０１’）　基板
１０２　基板支持手段
１０３　昇降支持棒
１０４　坩堝
１０５　フィン（リブ）
１０６　整流板
１０７　メルト
１０９　ターンテーブル
１１０　成長室（成長炉）
１１１　電気炉
１１２　ゲート弁
１１３　ロードロック室
１２１　坩堝本体
１２２　フィン（リブ）
１２３　断面線
１２４　断面線
１２５　中央側のフィン部分
１２６　フィン側面と坩堝底面との角度
１２７　外側のフィン部分
１２８　フィン側面と坩堝底面との角度
５０１　基板
５０２　基板支持手段
５０３　昇降支持棒
５０４　坩堝
５０５　フィン（リブ）
５０６　整流板
５０７　メルト
５０８　円筒体
６０１　基板
６０２　基板支持手段
６０３　昇降支持棒
６０４　坩堝
６０５　フィン（リブ）
６０６　整流板
６０７　メルト
６０８　円筒体
１００１　単結晶シリコン基板
１００２　多孔質層
１００３　エピタキシャル成長したｐ−層
１００４　ｎ＋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　再生された基板
１１０１（１１０１’）　基板
１１０２（１１０２’）　基板支持手段
１１０３　メルト
１１０４　坩堝
１１０５　ターンテーブル
１１０６　成長室（成長炉）
１１０７　電気炉
１１０８　フィン（リブ）
１１０９　整流板
１１１０（１１１０’、１１１０”）　ゲート弁
１１１１　ゲート弁
１１１２　ロードロック室
１１１３　昇降支持棒
１１１７　水素アニール室
１１１８　基板交換室

Claims

結晶原料が溶け込んだ容器内の溶液に種子基板を浸漬し、その基板上に結晶を成長させる液相成長方法において、
容器の底部に溶液を中心部から径方向外方へ整流するためのフィンを配すると共に、該容器の内側壁近傍に溶液を底部から上部へ整流する整流板を配し、容器を回転させながら、フィン及び整流板の作用により溶液を整流して種子基板に接触させることを特徴とする液相成長方法。
基板を溶液面に対して起立姿勢で保持し、平面視の状態で、容器の中心部から径方向外方へ放射状で、且つ、その円周方向に等間隔で配することを特徴とする請求項１に記載の液相成長方法。
基板の周囲を円筒体で囲繞すると共に、該円筒体の外周面に複数の整流板を設けることを特徴とする請求項１または２に記載の液相成長方法。
容器の中心部に円筒体を設けることを特徴とする請求項３に記載の液相成長方法。
容器をその周方向へ交互に正逆回転させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の液相成長方法。
結晶原料を溶かし込んだ溶液を収容する容器と、種子基板を保持して溶液中に浸漬させる基板支持手段とを備えている液相成長装置において、
容器の底部にはその径方向に放射状にフィンが配されると共に、容器の内側壁近傍には溶液面に対し起立姿勢で整流板が配され、該容器には回転手段が備えられていることを特徴とする液相成長装置。
基板支持手段には、溶液面に対し起立姿勢で複数の基板が保持され、該基板は平面視した状態で、容器の中心部から径方向外方へ放射状で、且つ、その円周方向に等間隔で配されていることを特徴とする請求項６に記載の液相成長装置。
容器内には基板の周囲を囲繞するように円筒体が配されており、該円筒体の外周面には整流板が起立姿勢で設けられていることを特徴とする請求項６または７に記載の液相成長装置。
容器の中心部には、基板が周囲に位置するように円筒体が配されていることを特徴とする請求項８に記載の液相成長装置。
容器の底部に配したフィンの側面と容器の底面との成す角度が、径方向外方へ向けて鈍角となることを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載の液相成長装置。
容器内に充填されている結晶原料を含む溶液に基板を浸漬した状態で、前記基板を面方向に移動することによって前記溶液を撹拌しながら当該基板に前記結晶原料を液相成長させることを特徴とする液相成長方法。
前記容器を前記基板の移動方向と反対の方向へ移動することを特徴とする請求項１１に記載の液相成長方法。
前記基板を放射状に配置して、回転させることで前記溶液を撹拌することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の液相成長方法。
結晶原料を含む溶液が充填されている容器と、前記溶液に基板を浸漬させる浸漬手段と、前記浸漬手段によって基板を溶液に浸漬させた状態で当該基板を面方向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。
前記容器を前記基板の移動方向と反対の方向へ移動する手段を備えることを特徴とする請求項１４に記載の液相成長装置。
前記基板を放射状に保持する基板支持手段を備え、当該基板支持手段を回転させることで前記溶液を撹拌することを特徴とする請求項１４又は１５に記載の液相成長装置。
前記容器の内面に、固化した前記溶液を取り出す方向に向けて細くなるリブが備えられていることを特徴とする請求項１４から１６のいずれかに記載の液相成長装置。
前記リブは、前記容器の側面及び底面に備えられていることを特徴とする請求項１７に記載の液相成長装置。
結晶原料が溶け込んだ容器内の溶液に種子基板を浸漬し、その基板上に結晶を成長させる液相成長方法において、
容器の底部に溶液を中心部から径方向外方へ整流するためのフィンを配し、容器の内側壁に溶液を上方へ整流するためのフィンを配し、容器を回転させながら、フィンの作用により溶液を整流して種子基板に接触させることを特徴とする液相成長方法。
基板を面方向に移動することによって溶液を攪拌しながら基板上に結晶を成長させることを特徴とする請求項１９に記載の液相成長方法。
前記容器を前記基板の移動方向と反対の方向へ移動することを特徴とする請求項２０に記載の液相成長方法。
基板を放射状に配置して、回転させることで溶液を撹拌することを特徴とする請求項２０又は２１に記載の液相成長方法。
結晶原料を溶かし込んだ溶液を収容する容器と、種子基板を保持して溶液中に浸漬させる基板支持手段とを備えている液相成長装置において、
容器の底部に、径方向に放射状にフィンが配され、更に容器の内側壁にフィンが配されていることを特徴とする液相成長装置。
容器に回転手段が備えられていることを特徴とする請求項２３に記載の液相成長装置。
基板支持手段が、基板を放射状に保持するものであり且つ回転手段を備えていることを特徴とする請求項２３又は２４に記載の液相成長装置。
容器の内側壁近傍には溶液面に対し起立姿勢で整流板が配されていることを特徴とする請求項２３又は２４に記載の液相成長装置。
結晶原料を溶かし込んだ溶液を収容する容器と、種子基板を保持して溶液中に浸漬させる基板支持手段とを備えている液相成長装置において、
容器の内側壁近傍に、溶液面に対し起立姿勢で整流板が配されていることを特徴とする液相成長装置。