JP3951340B2 - Semiconductor substrate and method of manufacturing semiconductor substrate and thin film semiconductor - Google Patents

Semiconductor substrate and method of manufacturing semiconductor substrate and thin film semiconductor Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基体と、半導体基体および薄膜半導体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
各種単体半導体装置、例えばトランジスタ、発光素子、太陽電池等の半導体素子、あるいは複数の半導体素子が共通の基板に形成されてなる半導体集積回路等の半導体装置を構成する場合において、例えばフレキシブル構成とするとか、あるいはいわゆるSOI(Semiconductor on Insulator)構成とする場合等において薄膜半導体の作製がなされる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人は、例えば特願平9−53354号出願等において、先に半導体基体に対して、その表面に陽極化成によって分離層を有する多孔質層の形成を行い、これの上に半導体膜の成膜を行い、この半導体膜を、多孔質層の分離層において分離して半導体膜による薄膜半導体を得る方法の提案をなした。
この方法による場合、必要充分に薄い例えば単結晶薄膜半導体を容易に得ることができる。
【0004】
本発明は、例えばこのような薄膜半導体等を得る場合に適用して好適な半導体基体と、この半導体基体、薄膜半導体を、より確実に得ることができるようにした半導体基体と、半導体基体および薄膜半導体の製造方法を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体基体上に、複数の柱状体が分散して存在する空洞層を介して単結晶半導体層が形成され、この単結晶半導体層上に多孔質層が形成され、この多孔質層上に材料膜の成膜がなされた半導体基体を構成する。
【0006】
本発明による半導体基体の製造方法は、半導体基体表面に、多段階陽極化成とアニールとによって、複数の柱状体が分散して存在する空洞層と、この空洞層上の単結晶半導体層と、この単結晶半導体層上の多孔質層とを形成する工程とを取って半導体基体を得る。
【0007】
また、本発明による薄膜半導体の製造方法は、半導体基体表面に、多段階陽極化成とアニールとによって、複数の柱状体が分散して存在する空洞層と、この空洞層上の単結晶半導体層と、この単結晶半導体層上の多孔質層とを形成する工程と、多孔質層上に、半導体膜を成膜する工程と、その後、空洞層において、半導体基体からの半導体膜の分離を行う分離工程とを経て薄膜半導体を得る。
【0008】
また、本発明による薄膜半導体の製造方法は、半導体基体表面に、多段階陽極化成とアニールとによって、複数の柱状体が分散して存在する空洞層と、この空洞層上の単結晶半導体層と、この単結晶半導体層上の多孔質層とを形成する工程と、多孔質層を除去する工程と、多孔質層の除去によって露呈した単結晶半導体層上に、半導体膜を成膜する工程と、この半導体膜が成膜された単結晶半導体層を、空洞層における分離によって半導体基体から分離する工程とを経て薄膜半導体を得る。
【0009】
上述したように、本発明による半導体基体は、半導体基体上に、空洞層を介して単結晶半導体層が形成された構成、あるいは、この単結晶半導体層上に多孔質層が形成された構成とするものであり、空洞層は、複数の柱状体が分散して存在する構成とされていて半導体基体に対して、単結晶半導体層が空洞層に存在する柱状体によって適度に連結された状態とすることができることから、単結晶半導体層もしくは多孔質層に対し、成膜等の各種処理において、これらが分離することなく半導体基体に対して一体化された構成とすることができ、しかも、半導体基体からの分離においては、所要の外力によって確実に分離(剥離)することができるものである。
【0010】
そして、この半導体基体に対する空洞層の形成は、単に半導体基体表面を多段陽極化成および熱処理すなわちアニールによって形成することができることからその製造は容易である。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を説明する。
本発明においては、半導体基体表面に、多段階陽極化成とアニールすなわち熱処理とを経ることによって、半導体基体上に、複数の柱状体が分散して存在する空洞層を介して単結晶半導体層が形成され、この単結晶半導体層上に多孔質層が形成された半導体基体を構成する。
そして、1つの実施態様としては、この半導体基体を用いて、その多孔質層上に更に各種の材料膜、例えば金属膜、誘電体膜、あるいは半導体膜、例えばエピタキシャル成長による単結晶膜、もしくは多結晶膜、非晶質膜による例えば半導体膜を成膜する。
【0012】
この半導体基体を有する半導体基体において、その材料膜例えば半導体膜を、上記空洞層において、半導体基体から分離(剥離)することによって、すなわち、いわば空洞層における柱状体の破砕によって半導体基体から分離することによって薄膜半導体を構成することができる。
【0013】
また、他の実施態様としては、上述した半導体基体において、その多孔質層の除去を行い、残された単結晶半導体層上に、半導体膜の成膜、例えばエピタキシャル成長による半導体膜の成膜を行い、その後、上述したと同様に、空洞層において半導体膜を単結晶半導体層と共に、半導体基体から分離(剥離)して薄膜半導体を構成することができる。
【0014】
陽極化成は、公知の方法、例えば伊藤らによる表面技術Vol.46,No.5,pp.8〜13,1995〔多孔質Siの陽極化成〕に示された方法によることができる。すなわち、例えば図1にその概略構成図を示す2重セル法で行うことができる。この方法は、第1および第2の槽1Aおよび1Bを有する2槽構造の電解溶液槽1が用いられる。そして、両槽1Aおよび1B間に多孔質層を形成すべき半導体基体11を配置し、両槽1Aおよび1B内に、直流電源2が接続された対の白金電極3Aおよび3Bの各一方が配置される。電解溶液槽1の第1および第2の槽1Aおよび1B内には、それぞれ例えばフッ化水素HFとエタノールC2 5 OHとを含有する電解溶液4、あるいはフッ化水素HFとメタノールCH3 OHとを含有する電解溶液4が収容され、第1および第2の槽1Aおよび1Bにおいて電解溶液4に半導体基体11の両面が接触するように配置され、かつ両電極3Aおよび3Bが電解溶液4に浸漬配置される。そして、半導体基体11の多孔質層を形成すべき表面側の槽1A内の電解溶液4に浸漬されている電極3A側を負極側として、直流電源2が接続されて両電極3Aおよび3B間に通電がなされる。このようにすると、半導体基体11側を陽極側、電極3Aを陰極側とする給電がなされ、これにより、半導体基体11の電極3A側に対向する表面が侵蝕されて多孔質化する。
【0015】
この2槽セル法によるときは、オーミック電極を半導体基体に被着形成することが不要となり、このオーミック電極から不純物が半導体基体に導入することが回避される。
【0016】
しかしながら、陽極化成は、上述した2槽セル法による場合に限られるものではなく、例えば図2に概略構成図を示す単槽セル法によることもできる。この例では単槽の電解溶液槽1が設けられ、その例えば底面に設けた開口1Hに対向して、陽極化成を行う半導体基体11が、Oリング5を介して液密に衝合して配置される。電解溶液槽1内には電解溶液4が収容されて、底部に配置された半導体基体11の陽極構成を行う面に電解溶液4が接触するようになされる。槽1内の電解溶液4中には、例えはPt電極板より成る一方の電極3Aが浸漬される。半導体基体11の裏面には例えばカーボン電極より成る他方の電極3Bが、できるだけ陽極化成を行う面の全域に亘って対向するように面接触して配置される。そして、電解溶液4中に浸漬された電極3A側を負極側として、両電極3Aおよび3B間に直流電源2が挿入されて、通電がなされる。このようにする場合においても、半導体基体11の電極3Aと対向する側の面が陽極化成される。
【0017】
そしてこの陽極化成における条件の選定により、形成される多孔質層、空洞層単結晶半導体層の構造、厚さ等が変化し、分離(剥離)性すなわち分離(剥離)強度が変化する。
【0018】
半導体基体に対する陽極化成は、少くとも電流密度を異にする2段階以上とする。すなわち、少くとも半導体基体表面を低電流密度で陽極化成する工程と、その後、これより高い電流密度で陽極化成する工程とを採る。
この陽極化成は、例えば低電流密度での陽極化成工程と、更にこの低電流密度よりも高い電流密度での陽極化成工程と、更にこれより高い電流密度での陽極化成工程とを採ることができる。
また、陽極化成において、その高電流密度での陽極化成は、その通電を間欠的に行うようにすることができる。
また、多孔質層を形成する陽極化成における、中間高電流密度での陽極化成において、その電流密度を漸次もしくは階段的に大きくすることができる。
【0019】
また、陽極化成工程において、電流密度を変更するに際して、電解溶液の組成も変更することができる。
【0020】
半導体基体は、シリコンSiの単結晶基体、或る場合はSi多結晶基体、あるいはGaAs,GaP,GaN,SiGe単結晶等の化合物半導体基体など種々の半導体基体によって構成することができるが、格子整合の上から、例えばSi単結晶薄膜半導体や、Si単結晶薄膜による太陽電池などの製造には、Si単結晶基体を用いることが好ましい。
【0021】
化合物半導体による薄膜半導体を形成する場合においては、半導体基体として化合物半導体基体を用いることができ、この場合においてもこれに陽極化成を行えば、同様に表面に多孔質層を有する半導体基体を構成することができる。
【0022】
また、半導体基体は、n型もしくはp型の不純物がドープされた半導体基体あるいは、不純物を含まない半導体基体によって構成することができる。しかし、陽極化成を行う場合は、p型の不純物が高濃度にドープされた低比抵抗の半導体基体いわゆるp+Si基体を用いることが望ましい。この半導体基体としてp+型Si基体を用いるときは、p型不純物の例えばボロンBが、約1019atoms/cm3程度にドープされ、その抵抗が0.01〜0.02Ωcm程度のSi基板を用いることが望ましい。そして、このp+型Si基体を陽極化成すると、基板表面とほぼ垂直方向に細長く伸びた微細孔が形成され、結晶性を維持したまま多孔質するため、望ましい多孔質層が形成される。
したがって、この多孔質層上に、半導体膜のエピタキシャル成長を行うことができる。
【0023】
半導体基体の形状は、種々の構成を採るこができる。例えば円板状等のウェファ状、あるいは単結晶引上げによる円柱体状インゴットを用いてその周面を基体表面とするなど、種々の形状とすることができる。
【0024】
半導体基体表面に、多孔質層を形成した後は、常圧あるいは減圧における水素ガス雰囲気中あるいは真空中で加熱するとか、He,Ne,Ar,Kr等の周期律表において第8族の希ガス元素雰囲気中で高温アニール例えば700℃〜1200℃でアニールする。
このようにすると、上述したように、半導体基体表面に上述した空洞層と、この空洞層を介して単結晶半導体層とこれの上に多孔質層の形成がなされる。
【0025】
多孔質層上、もしくはこの多孔質層が除去された単結晶半導体層上への成膜は、MOCVD(有機金属化学的気相成長法)、CVD(化学的気相成長)法、MBE(分子線エピタキシー)法、スパッタリング等によることができ、単結晶、多結晶、非晶質の各膜として形成することができるし、更に、例えば非晶質膜として形成して後、アニールによって、多結晶もしくは単結晶化することができる。
【0026】
上述した陽極化成後にアニールによって空洞層および単結晶半導体層を形成して後の多孔質層表面もしくは単結晶半導体層への半導体膜等のエピタキシャル成長は、例えばCVD法により、700℃〜1200℃の温度で行うことができるものであり、この場合アニール温度より低い温度によって成膜を行うことによって、アニール条件の選定によって選定された空洞層および単結晶半導体層の厚さ、空洞層における柱状体の太さ、密度等の空孔率が、半導体膜等の成膜によって変動することを回避できる。
【0027】
また、この成膜は、半導体基体と同じ物質でもよいし、異なる物質でもよい。例えば、単結晶Si半導体基体を用い、その表面に形成した多孔質層にSi、あるいはGaAs等の化合物半導体、またはSi化合物、例えばSi1-y Gey をエピタキシャル成長するとか、これらを適宜組み合わせ積層する等、種々のエピタキシャル成長を行うことができる。
【0028】
例えば太陽電池を構成する場合は、半導体膜としては、例えば多孔質層側から順に、例えばp型の高不純物濃度のp+ 半導体層、p型の低不純物濃度のp- 半導体層、およびn型の高不純物濃度のn+ 半導体層の順にエピタキシャル成長させた複層半導体膜とすることができる。これらの層の不純物濃度、膜厚は特に制限されないが、例えばp+ 型半導体層は、膜厚が0〜1μmの範囲、典型的には0.5μm程度、ボロンBの濃度が1018〜1020atoms/cm3 の範囲、典型的には約1019atoms/cm3 程度、p型半導体層は、膜厚が1〜30μmの範囲、典型的には5μm程度、ボロン濃度が1014〜1017atoms/cm3 の範囲、典型的には約1016atoms/cm3 程度、n+ 型半導体層は、膜厚が0.1〜1μmの範囲、典型的には0.5μm程度、リンPまたは砒素Asの濃度が1018〜1020atoms/cm3 の範囲、典型的には約1019atoms/cm3 程度とすることが好ましい。
【0029】
また、半導体膜を、多孔質層側からp+ 型Si層、p型Si1-x Gex グレーディッド層、アンドープのSi1-y Gey 層、n型Si1-x Gex グレーディッド層、およびn+ 型シリコン層の順にエピタキシャル成長させた半導体膜とし、これによってダブルヘテロ構造の太陽電池を作製することができる。このダブルヘテロ構造を構成する各層の典型的な例示としては、p+ 型Si層としては、不純物濃度が1019atoms/cm3 程度、膜厚が0.5μm程度、p型Si1-x Gex グレーディッド層としては、不純物濃度が1016atoms/cm3 程度、膜厚が1μm程度、アンドープのSi1-y Gey 層としては、yが0.7、膜厚が1μm程度、n型Si1-x Gex グレーディッド層としては、不純物濃度が1016atoms/cm3 程度、膜厚が1μm程度、およびn+ 型Si層としては、不純物濃度が1010cm-3程度、膜厚が0.5μm程度とすることが好ましい。なお、p型、n型Si1-x Gex グレーディッド層中のGeの組成比xは、それぞれ両側に存する層のx=0からアンドープのSi1-y Gey のyまで、漸次増大するようにすることが好ましい。これにより、各界面において格子定数が整合することから、良好な結晶性を得ることができる。因みに、このようなダブルヘテロ構造の太陽電池では、その中央のアンドープのSi1-y Gey 層にキャリアおよび光を有効に閉じこめることができるため、高い変換効率を得ることができる。
【0030】
また、上述した半導体膜におけるn型もしくはp型の不純物の導入は、その成膜時、例えばエピタキシャル成長時にドーピングすることができる。あるいは、半導体膜の成膜後に、イオン注入、拡散等によって不純物の導入を全面もしくは選択的に行うこともできる。この場合、その使用目的に応じて、導電型、不純物の濃度、種類の選択がなされる。
【0031】
多孔質層を除去して、単結晶半導体層上に、半導体膜の成膜を行う場合の、多孔質層の除去は、半導体基体がSiである場合、上述した高温アニールにより形成された多孔質層をエッチングする機能を持つガス、例えば液化塩化水素(化学式:HCl)ガスを少量流すことによってエッチング除去する。
このように、高温アニールのなされた多孔質層に対しHClガスによるエッチングを行うときは、このエッチングによって多孔質層が除去されて露呈した単結晶半導体層の表面は、きわめて清浄となる。
そして、このように清浄化された単結晶半導体層に対して例えばSiの成膜例えばエピタキシャル成長を行うときは、上述した高温アニールと、HClガスによるエッチングと、エピタキシャル成長とは、同一エピタキシャル成長炉内において連続的に行うことができることから、単結晶半導体層のエピタキシャル成長面が酸化されるとか、異物が介入するとかの不都合が回避されることから、すぐれた成膜例えば特性のよいエピタキシャル成長膜を形成することができる。そして、その作業工程も簡易化される。
【0032】
しかしながら、多孔質層の除去は、上述したアニールの後に、炉から取出して例えばRIE(反応性イオンエッチング)、化学的ウエットエッチング、機械的化学的エッチングいわゆるCMP(Chemical Mechanical Polishing)等によって除去する方法を採ることもできる。
【0033】
また、半導体膜の成膜において、Siをエピタキシャル成長する場合、この半導体膜を、例えば半導体集積回路等の薄膜半導体とする場合におけるように、表面が平滑性を有する半導体膜として成膜することが望まれる場合においては、このSiのエピタキシャル成長は、塩素ガス系の原料ガス例えばSi22 Cl2 、SiHCl3 、SiCl4 等を用いることが望ましい。そして、例えば太陽電池におけるように、受光効率を高めるように、その表面に微細凹凸を形成することが望まれる場合は、エピタキシャル成長面に対し塩酸によるエッチングを行って表面に微細凹凸を形成し、その後、シラン系原料ガス例えばSiH4 、Si26 、Si3 8 等を用いたエピタキシャル成長を行うことによって微細凹凸の形成が可能となる。
【0034】
また、上述した単層もしくは複数層の成膜を、半導体基体から分離するに当たっては、この成膜上に、高分子シート等のフレキシブル基板もしくは剛性に富んだガラス基板、樹脂基板あるいは例えば所要のプリント配線がなされたフレキシブル等の担持基板を接合して、この担持基板と共に、空洞層において半導体基体からの分離を行うようにすることができる。この場合、その成膜が半導体膜であり、その担持基板が絶縁基板であるとか、その接合面に絶縁層が形成された半導体基板、あるいは導電性基板等によって構成するときは、SOI構成の薄膜半導体を作製することができる。
【0035】
また、空洞層における分離は、例えば、超音波印加によって分離させるとか、真空吸着によって分離することができる。
【0036】
一方、残された半導体基体は、再び上述した薄膜半導体の製造に繰り返して使用するとか、上述したSOIの担持基板として用いるとか、あるいは上述した繰り返し使用によって薄くなった半導体基体は、これ自体を薄膜半導体として用いることができる。
【0037】
上述したアニール、および半導体膜の成膜時のいずれにおいても、半導体基体を所定の基体温度に加熱する方法としては、いわゆるサセプタ加熱方式によることもできるし、半導体基体自体に直接電流を流して加熱する通電加熱方式等を採ることができる。
【0038】
次に、本発明の実施例を挙げて説明する。しかしながら、本発明は、この実施例に限定されるものではない。
まず、本発明による半導体基体とその製造方法の実施例について説明する。
【0039】
〔実施例1〕
図3は、この実施例1の製造工程図を示す。
先ず、半導体基体、例えば高濃度にボロンBがドープされて、比抵抗例えば0.01〜0.02Ωcmとされた単結晶Siによるウエファ状半導体基体11を用意した(図3A)。
【0040】
そして、この半導体基体11に対して多段階陽極化成を行って半導体基体11の表面に多孔質層を形成した。
この実施例においては、図2で説明した1槽構造の陽極化成装置を用いて陽極化成を暗所で行った。この場合、電解溶液は、HF:C2 5 OH=1:1を用いた。そして、両電極3Aおよび3B間に直流電流を通電した。
【0041】
先ず、電流密度を、0mA/cm2 から1mA/cm2 へと約1分掛けて傾斜的に増加させて行き、この1mA/cm2 の低電流で8分間通電する低電流通電を行った。これにより多孔率が低い多孔質の表面層12Sが形成された(図3B)。
【0042】
次に、電流密度を、1mA/cm2 から7mA/cm2 へと約30秒掛けて傾斜的に増加させて行き、この7mA/cm2 の中電流で8分間通電する中電流通電を行った。これにより多孔率が表面層12Sに比しては高い中間多孔率層12Mが形成された多孔質層12が形成された(図3C)。
【0043】
次に、電流密度を、先の両通電電流密度より高い80mA/cm2 に高めて0.3秒間通電し、その後通電を停止して1分間経過して後、再び80mA/cm2 に高めて0.3秒間通電し、更にその後通電を停止して1分間経過して後、更に80mA/cm2 に高めて0.3秒間の通電する間欠的高電流通電を行った。
その後、この半導体基体を常圧Siエピタキシャル成長装置によって、H2 雰囲気中で熱処理すなわちアニールした。このアニールは、室温から1120℃に約20分間掛けて昇温し、この温度で約50分間保持した。このようにすると、多孔質層12の表面層12Sの表面が平坦で滑らかになり、多孔質層12内の、多孔質層と半導体基体11との界面(この界面とは、半導体基体11の陽極化成前における初期の表面から所要の深さ位置の多孔質層12が生成されずに残された半導体基体11の表面を指称するものであり、以下同様である。)側に位置して、多孔質層12の面に沿って広がる空洞層13が発生するとともに、空洞層13上に単結晶半導体層14が生じた(図3D)。この空洞層13には、複数の柱状体15が、分散して植立するように発生していわば半導体基体11の界面に対して単結晶半導体層14を半導体基体11に対して連結する連結柱として機能すると共に、空洞層13に所要の分離性を保持する亀裂を形成する。
【0044】
このようにして多孔質層12下に単結晶半導体層14が形成され、これと半導体基体11との間に、空洞層13による亀裂が発生して機械的に脆弱化された半導体基体この例では半導体基板16が構成される。
【0045】
〔実施例2〕
この実施例においては、アニール条件が実施例1と相違する以外は、図3で説明した実施例1と同様の工程によって、半導体基板16を作製した。すなわち、この実施例2においては、図3A〜図3Cで説明した工程によって多孔質層12を形成した半導体基体を、常圧Siエピタキシャル成長装置によって、H2 雰囲気中で室温から1120℃に約20分間掛けて昇温し、この温度で、この実施例2においては、実施例1に比し長時間の約8時間のアニールを行った。この場合においても、多孔質層12の表面層12Sの表面が平坦で滑らかになり、図3Dに示すように、多孔質層12下、すなわち多孔質層と半導体基体11のとの界面に空洞層13が発生するとともに、空洞層13上に単結晶半導体層14が生じた。そして、この空洞層13には、複数の柱状体15が、分散発生する。この柱状体は、アニール時間を、実施例1に比して長くした、この実施例2による場合、その幅、すなわち太さが大となり、また単結晶半導体層14の厚さが増した。
【0046】
〔実施例3〕
この実施例においては、実施例1によって得た半導体基板16上に半導体膜の成膜を行った場合である。すなわち、この実施例3においても、図3A〜図3Dで示した実施例1と同様の工程を採って半導体基板16を構成した。
そして、この半導体基板16上に、図4にその概略断面図を示すように、この半導体基板16の、多孔質層12上に材料膜17の成膜を行った。この実施例においては、Si半導体膜17をエピタキシャル成長した。このエピタキシャル成長は、上述した1120℃の50分間のアニールの後、1060℃に降温して、SiH4 およびB26 ガスによる高濃度ボロンドープのCVD(化学的気相成長)を10分間行い、その後、これより低い濃度のボロンドープのCVDを40分間行ってp型の厚さ約10μmのSi半導体膜17をエピタキシャル成長した。図4において、図3Dと対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【0047】
〔実施例4〕
この実施例においては、実施例2によって得た半導体基板16上に半導体膜の成膜を行った場合である。すなわち、この実施例4においては、実施例3とは半導体基板16を製造するに際してのアニール時間が、約8時間とされ、実施例3における半導体基板16を製造するに際してのアニール時間50分に比して長時間とした以外は、実施例3と同様の工程を採った。すなわち、この実施例4においては、実施例2で得た半導体基板16上に、実施例3と同様に、図4に示すように、多孔質層12上に材料膜17として、Si半導体膜17を上述した1120℃のアニールの後、1060℃に降温して、SiH4 およびB26 ガスによる高濃度ボロンドープのCVD(化学的気相成長)を10分間行い、その後、これより低い濃度のボロンドープのCVDを40分間行ってp型の厚さ約10μmのSi半導体膜17をエピタキシャル成長した。
【0048】
上述の実施例3と実施例4によって作製したそれぞれSi半導体膜17を有する半導体基板16各断面像を高分解能SEM(Secondary Electron Microscopy)で観察した。実施例3によるサンプルAと、実施例4によるサンプルBによるSEMによる断面像を、図5および図6に示す。これらサンプルAおよびBは、断面が(110)面で、上部方向が<001>方位である。
【0049】
これら、サンプルAとサンプルBとを比較すると、上述した陽極化成処理における低電流通電と中電流通電とで形成された多孔質層の各層の、穴形状が、上述の各アニールによる再結晶化によって、それぞれ図7および図8に、サンプルAおよびBのそれぞれの断面拡大SEM像を示すように、その断面が四角形、五角形、六角形の形状で、それらの各頂点が若干丸みを帯ていることがわかった。そして、この詳細を調べたところ、基本的には、図9に示すように、全ての穴が、面方位<111>を各面とした6つの頂点を持つ8面体であり、これらの頂点の内のいくつかが、図10に示すように、面方位<001>の面となるようにSi原子が埋められることがわかった。
【0050】
一方、単結晶半導体層14の膜厚は、H2 アニール時間を50分としたサンプルAにおいては、約2μmとなり、H2 アニール時間を約8時間としたサンプルBにおいては、約3.5〜4μmとなった。すなわち、アニール時間を長くする程、単結晶半導体層14の膜厚は大となった。よって、これは多孔質Si層が固相エピタキシャル成長したものと考えられる。
【0051】
また、空洞層13については、その半導体基体11と単結晶Si半導体層14とを連結する柱状体15の太さは、H2 アニール時間を50分としたサンプルAでは約6μm以下のものが混在して発生し、これに比し、H2 アニール時間を長くした、すなわち約8時間としたサンプルBにおいては、太さが約15μm以下の柱状体が混在して発生した。すなわち、アニール時間を長くする程、空洞層13における柱状体15が太くなる。
【0052】
これらの事柄から、単結晶半導体層14の膜厚を大とするには、アニール時間を長くすればよいが、このとき、空洞層13における柱状体15が太くなることから、分離強度が大、すなわち分離しにくくなることから、これらの兼ね合いを考慮してアニール時間の選定を行う。
【0053】
そして、上述した実施例3および4による半導体基体を用いて、その半導体膜17を、空洞層13において柱状体15の破壊によって、半導体基体11から分離して、半導体膜17による薄膜半導体を得ることができる。
この半導体膜17の、半導体基体11からの分離に先立って、半導体膜17上に絶縁層を有する担持基板もしくは絶縁性を有する担持基板を接合して、この担持基板と共に半導体膜17を、半導体基体11から分離することによってSOI基板を得ることもできる。この場合の実施例を実施例5として図11を参照して説明する。
【0054】
〔実施例5〕
この実施例では、実施例3または実施例4における図4に示した材料膜17のSiのエピタキシャル半導体膜17上に、例えばSiO2 による絶縁層18が被着形成されたSi基板による担持基板19を接合する(図11A)。この接合は、接着剤による接着もしくは表面の親水性化して接合する方法、それぞれの基板をはりあわせて後に熱アニーリングする方法(いわゆるウエファボンディング方法)等によることができる。
その後、空洞層13における破断によって、半導体膜17を、担持基板19と共に、半導体基体11より分離する。このとき、半導体基体11から分離、すなわち剥離された半導体膜17には、多孔質層12が残存するので、これを必要に応じてエッチング除去する。このようにすると、担持基板19に絶縁層18を介して半導体膜17による薄膜半導体27が形成されたSOI基板20が得られる(図11B)。
【0055】
実施例3〜5においては、多孔質層12上に、材料膜17の成膜、上述の実施例ではSi半導体膜をエピタキシャル成長した場合であるが、上述した多孔質層12の形成を行って後に、アニールによる空洞層13および単結晶半導体層14の形成を行い、その後に、多孔質層12をエッチング除去して単結晶半導体層14を外部に露呈し、この露呈された単結晶半導体層14上に、半導体膜17の成膜を行うことができる。この場合の実施例を、実施例6として図12を参照して説明する。
【0056】
〔実施例6〕
この実施例においては、実施例2で説明した方法によって、半導体基体11の表面に、多段の陽極化成を行うことによって多孔質層12を形成し、その後、常圧Siエピタキシャル成長装置において、H2 雰囲気中で室温から1120℃まで約20分間で昇温し、この1120℃で約8時間のアニールを行って多孔質層12に空洞層13の生成と、これの上に単結晶半導体層14を生成する処理を行う(図12A)。
【0057】
続いて、エピタキシャル成長装置内に、アニール温度と同程度の温度すなわち1120℃で液化塩化水素(化学式:HCl)によるHClガスを導入する。このようにすると、多孔質層12すなわち多孔質Si層がエッチング除去され、これの下の単結晶半導体層14が外部に露呈する(図12B)。
続いてその後、1060℃に降温してSiH4 ガスを用いた高濃度ボロンドープのSiエピタキシャル成長を30分間行って、半導体膜17の成膜を行った(図12C)。この成膜によって形成された半導体膜17の厚さは8μmであった。
【0058】
この半導体膜17上に、接着剤21を介して、例えばフレキシブル性を有する樹脂基板による担持基板19を接合する(図12D)。
この担持基板19に接合された半導体膜17を、空洞層13における破断によって、担持基板19と共に、半導体基体11より分離して、担持基板19によって保持された半導体膜17による薄膜半導体27を有するSOI基板20が得られる(図12E)。このとき、半導体基体11から分離された、すなわち剥離された半導体膜17の表面が、空洞層13における破壊によって凹凸面とされていることから、表面平滑化を必要とするときは、この剥離面の平滑化のエッチング処理等を行う。
【0059】
この実施例6によって形成されたSOI基板20は、その担持基板19としてフレキシブル性を有する場合は、フレキシブルSOI基板20として構成することができる。しかしながら、担持基板19として、例えば剛性を有する絶縁基板あるいは実施例5と同様に絶縁層を有する半導体基板等を用いることによって、剛性を有するSOIを形成することができる。
【0060】
また、本発明は、その薄膜半導体に、各種半導体素子を形成することによって半導体集積回路装置を構成することができる。
この場合の実施例を、実施例7として挙げ、図13を参照して説明する。
【0061】
〔実施例7〕
この例においては、実施例6と同様の工程を採って、図12Cで示すように半導体基板11上の空洞層13を介して形成された単結晶半導体層14上に、エピタキシャル成長した半導体膜17が形成された半導体基体を用意する(図13A)。
【0062】
エピタキシャル成長された半導体膜17に、通常の半導体製造プロセスによって、回路素子を形成する。この実施例では、MOS−FET(絶縁ゲート電界効果型トランジスタ)によるCMOS(Complementary MOS) を有する集積回路を形成した場合で、この場合、半導体膜17の素子間分離を行うべき部分に、局部的酸化いわゆる LOCOS(Local Oxidation of Silicon)によって分離絶縁層51を形成した。そして、MOS−FETの形成部に、例えば半導体膜17の表面熱酸化によってゲート絶縁膜52を形成し、これの上にゲート電極53を形成する。このゲート電極53の形成は、例えばCVD(化学的気相成長)法によって多結晶Siを全面的に形成し、フォトリソグラフィによるパターンエッチングによってこれを所要のパターンとしてゲート電極53を形成する。次に、半導体膜17のゲート電極53下の両側に、このゲート電極53をマスクとして比較的低濃度にp型もしくはn型の不純物をイオン注入して低濃度のソースおよびドレイン領域を形成する。その後、ゲート電極53の側面に例えばSiO2 によるサイドウオール54を周知の方法で形成する。そして、このサイドウオール54を含んでゲート電極53をマスクにその両側に同様のp型もしくはn型の不純物を高濃度にイオン注入して、これによって形成した高濃度のソースおよびドレイン領域と、先に形成した低濃度のソースおよびドレイン領域とによって、ソースおよびドレイン領域とする半導体領域55を形成する。このようにしてLDD(Lightly Doped Drain)型MOS−FETを形成する。
【0063】
その後、全面的に例えばSiO2 による第1の層間絶縁層56を堆積し、平坦化した後、これの上に第1の配線層57を形成する。この第1の配線層57は、第1の層間絶縁層56に穿設したコンタクトホールを通じて、回路素子の所定の半導体領域55に電気的にコンタクトする。さらに、全面的に、例えばSiO2 による第2の層間絶縁層58を形成し、これの上に第2の配線層59を形成する。この第2の配線層59は、第2の層間絶縁層58に穿設したコンタクトホールを通じて、例えば下層の第1の配線層の所定部に電気的にコンタクトする(図13B)。
【0064】
このように、半導体膜17に形成した集積回路を、半導体基体11から分離する。まず、接着剤21を介して例えばフレキシブル樹脂基板よりなる担持基板19を集積回路が形成された半導体膜17上、したがって、第2の配線層59が形成された第2の層間絶縁層58上に接合すなわち貼着する(図13C)。このときの担持基板19の接着強度は、多孔質層12による半導体基体11からの分離強度よりも強い強度、すなわち分離に際して担持基板19に剥離が生じない程度の接着強度とする。
【0065】
次に、半導体基体11と担持基板19との間に両者を引き離す方向の外力を与える。このようにすると、前述したように脆弱化された空洞層13において、柱状体15の破壊が生じ、半導体膜17が単結晶半導体層14と共に半導体基体11から分離される。
このようにして分離され、集積回路が構成された半導体膜17が形成された単結晶半導体層14の表面、すなわち半導体基体11からの分離面に例えば樹脂膜を塗布して、この面の保護を行う保護膜62を形成する(図13D)。
【0066】
このようにすると、担持基板19に、回路素子が形成された半導体膜17による薄膜半導体が形成された集積回路装置が構成される。この集積回路装置は、担持基板19が、フレキシブルな基板である場合は、フレキシブルな集積回路装置として構成することができる。しかしながら、担持基板19が剛性を有するすなわちリジッドな基板とするときはリジッドな集積回路装置を構成することができる。
【0067】
上述した集積回路装置においては、回路素子がCMOSである場合を例示したが、言うまでもなく、回路素子としては、CMOSに限られず、種々の回路素子によることができ、種々の集積回路装置に適用することができる。
【0068】
更に、本発明は、太陽電池を得る場合に適用することができる。この場合の一実施例を、実施例8として図14および図15を参照して説明する。
【0069】
〔実施例8〕
この実施例においては、受光面側電極からの端子導出、すなわち導電線の導出を、容易に行うことができるようにしたものである。
この実施例においても、Si単結晶半導体基体11を用意し、その表面を実施例1で説明したと同様の方法による陽極化成を行って表面層12Sと、これに菱高い多孔率を有する中間多孔率層12Mが形成された多孔質層12を形成する。そして、この半導体基体11を、常圧Siエピタキシャル成長装置によって、H2 雰囲気中で熱処理すなわちアニールした。このアニールは、室温から1120℃に約20分間掛けて昇温し、この温度で約30分間保持した。このようにすると、多孔質層12の表面層12Sの表面が平坦で滑らかになり、多孔質層12内の、多孔質層と半導体基体11との界面側に、単結晶半導体層14が発生すると共に、複数の柱状体15が、分散して植立する空洞層13が発生する(図14A)。
その後、多孔質層12を、HClによってエッチングして単結晶半導体層14を外部に露呈し、これの上に、常圧Siエピタキシャル成長装置に、SiH4 ガスとB2 6 ガスとを用いたエピタキシャル成長を3分間行って、ボロンBが1019atoms/cm3 にドープされたp+ Siによる第1の半導体層171を形成し、次に、B2 6 ガスの流量を変更して、Siエピタキシャル成長を20分間行って、ボロンBが1016atoms/cm3 にドープされた低濃度のp- Siによる第2の半導体層172を形成し、更にB2 6 ガスに換えてPH3 ガスを供給して、エピタキシャル成長を4分間行って、第2の半導体膜132上に、リンPが1019atoms/cm3 の高濃度にドープされたn+ Siによる第3の半導体層173を形成して、第1〜第3の半導体層171〜173よりなるp+ −p- −n+ 構造の半導体膜17を形成した(図14B)。
【0070】
次に、この実施例においては、エピタキシャル半導体膜13上に表面熱酸化によってSiO2膜すなわち透明の絶縁膜26を形成し、フォトリソグラフィによるパターンエッチングを行って電極ないしは配線とのコンタクトを行う開口26Wを形成する。この開口26Wは、所要の間隔を保持して図において紙面と直交する方向に伸びるストライプ状に平行配列して形成することができる。このように形成したSiO2膜により、界面でのキャリア発生や再結合を極力少なくすることが可能である。
そして、全面的に金属膜の蒸着を行い、フォトリソグラフィによるパターンエッチングを行って所要のパターン、この例では、ストライプ状の開口26Wに沿ってストライプ状の電極ないしは配線37を形成する(図14B)。この電極ないしは配線37を形成する金属膜は、例えば厚さ30nmのTi膜、厚さ50nmのPd、厚さ100nmのAgを順次蒸着し、さらにこれの上にAgメッキを行って形成した多層構造膜によって構成し得る。その後、400℃で20〜30分間のアニールを行った。
【0071】
次に、この実施例においては、ストライプ状の電極ないしは配線37上に、それぞれこれらに沿って導電線41、この実施例では金属ワイヤを接合し、これの上に透明の接着剤21によって、透明基板42を接合する(図14C)。電極ないしは配線37への導電線41の接合は、半田付けによることができる。そして、これら導電線41は、その一端もしくは両端を、電極ないしは配線37よりそれぞれ長くして外方に導出する。
【0072】
その後、半導体基体11と透明基板42とに、互いに引き離す外力を与える。このようにすると、脆弱な空洞層13において、半導体膜17および単結晶半導体層14が半導体基体11より、剥離(分離)され、透明基板42上に、半導体膜17が接合された薄膜半導体23が得られる(図15D)。
【0073】
この場合、薄膜半導体23の裏面には、多孔質層12が残存するが、これの上に銀ペーストを塗布し、更に金属板を接合して他方の裏面電極24を構成する。このようにして、プリント基板20にp+ −p- −n+ 構造の薄膜半導体23が形成された太陽電池が構成される(図15E)。この金属電極24は、太陽電池裏面の保護膜としても機能する。
【0074】
このようにして形成した太陽電池は、受光側電極ないしは配線37が、透明基板42によって覆われているにもかかわらず、これからの電気的外部導出が導電線41によってなされていることから、外部との電気的接続が容易になされる。また、例えば上述の実施例におけるように、エピタキシャル半導体膜13に対し、すなわち太陽電池の活性部に対しそれぞれコンタクトされた複数の各電極ないしは配線37からそれぞれ導電線41の導出を行うようにしたことから、太陽電池の直列抵抗を充分小とすることができる。
【0075】
また、このように導電線41を外部に導出したことから、複数の太陽電池を相互に接続する場合、この接続を容易に行うことができる。
【0076】
上述の各実施例3〜8において、空洞層13における分離後に残された半導体基体11は、再びそれぞれの薄膜半導体、半導体集積回路装置、太陽電池等を構成する陽極化成を行う半導体基体11として繰り返し利用を行うことができる。また、この繰り返し利用によってその厚さが薄くなった半導体基体11は、これ自体に回路素子もしくは集積回路を形成する薄膜半導体もしくは半導体集積回路装置を構成することができる。
【0077】
また、あるいは、上述のようにして分離によって残された半導体基体11を、例えば薄膜半導体の担持基板19として用いることができる。この場合の一実施例を実施例9として図16を参照して説明する。
【0078】
〔実施例9〕
この実施例においても、実施例1で用いたと同様のSi単結晶半導体基体11を用意した(図16A)。
この半導体基体11の表面を実施例1で説明したと同様の方法によって陽極化成を行って表面層12Sと、これに比し高い多孔率を有する中間多孔率層12Mが形成された多孔質層12を形成した(図16B)。そして、この半導体基体11を、常圧Siエピタキシャル成長装置によって、H2 雰囲気中で熱処理すなわちアニールした。このアニールは、室温から1120℃に約20分間掛けて昇温し、この温度で約30分間保持した。このようにすると、多孔質層12内の、多孔質層と半導体基体11との界面側に、単結晶半導体層14が発生すると共に、複数の柱状体15が、分散して植立する空洞層13が発生する(図16C)。
このようにして初期の半導体基体11の表面に、空洞層13、単結晶半導体層14、多孔質層12の形成がなされ、これより下層においては、半導体基体11S1 として残る。
【0079】
その後、多孔質層12を、HClによってエッチングして単結晶半導体層14を外部に露呈する(図16D)。
このように外部に露呈した単結晶半導体層14上に、例えばSiによる半導体膜17をエピタキシャル成長する。そして、このSi半導体膜17の表面に、絶縁層18を、例えばSi半導体膜17の表面熱酸化によって形成する。(図16E)。
そして、この絶縁層18上にSi担持基板19の接合を行う(図16F)。この接合は、例えば予めSi担持基板19をアルカリ洗浄して表面を親水性としておき、これを絶縁層18が形成された半導体膜17上に合致させ、この状態で、例えば拡散炉において、H2 雰囲気中で1000℃、30分のアニールを行うことによって接合することができる。
【0080】
その後、担持基板19に接合された半導体膜17を単結晶半導体層14と共に、脆弱な空洞層13の破壊によって半導体基体11から分離する(図16G)。このようにすると、担持基板19に絶縁層18を介して半導体膜17および単結晶半導体層14が接合された薄膜半導体を有するSOI基板20が形成されるとともに、これと分離された上述の空洞層13より下層の半導体基体11S1が分離される。
【0081】
このようにして、図16A〜図16Gで説明した一連の工程による作業の複数を、順次直列的に、あるいは並列的に行う。つまり、図16A〜図16Gで説明した一連の工程による第1の作業と、同様に図16A〜図16Gで説明した一連の工程による他の第2の作業、更に同様に図16A〜図16Gで説明した一連の工程による第3の作業・・・を行うものであり、この場合、第1の作業における図16Fで示した担持基板19を、これより前、あるいは一部並行して行った他の上述したと同様の一連の作業で分離された半導体基体11s0によって構成する。そして、第2の作業おける図16Fで示した担持基板19を、これより前、あるいは並行して行った第1の作業で分離された半導体基体11s1によって構成する。
【0082】
このようにして、例えばSOI基板の製造において、他の作業で生じた半導体基体11の残されたすなわち分離によって生じた半導体基体11s(11s0 ,11s1 ・・・)を、担持基板19として利用するものである。
【0083】
尚、この場合の担持基板19として用いる半導体基体11sは、上述したような1回の図16A〜図16Gで説明した一連の工程によって発生した半導体基体を用いる場合に限られるものではなく、分離された半導体基体11sを再び初期の半導体基体11として用いて複数回の上述の一連の作業を行って所要の厚さに減少した半導体基体11sに関して担持基板19として利用することもできる。
【0084】
尚、本発明における空洞層13および単結晶半導体層14の形成のアニールは、常圧あるいは減圧におけるH2 ガス雰囲気中でのアニールのみならず、前述したように、真空中、あるいはHe,Ne,Ar,Kr等の周期律表において第8族元素ガス中でのアニールによることができる。
【0085】
また、上述した各例では陽極化成を行う装置としては、図2の単槽構造を用いた場合であるが、図1で説明した2槽構造の陽極化成装置を用いることができる。
【0086】
上述の陽極化成において、大電流通電、長時間通電等によって半導体例えばSiの基体側からの剥離が生じ、このSiくずが電解液槽に付着する場合がある。この場合は、基体11をとり出して後、電解液に換えて槽内にフッ硝酸を注入することによって不要なSi等の半導体くずをエッチング除去することができる。
また、上述した各例においては半導体膜17および単結晶半導体層14の半導体基体11からの分離を、互いに引き離す外力を与えて剥離した場合であり、この場合前述したように真空吸着によって行うことができる。また、あるいは超音波振動によって空洞層の破壊によって分離することができる。
【0087】
また、陽極化成を、フッ化水素とエタノールを含有する電解溶液、あるいは、フッ化水素とメタノールの混合液中で行うことにより、多孔質層を容易に形成することができる。この場合、陽極化成の電流密度を変える際に、この電解溶液の組成も変えることにより、多孔率の調整範囲が更に大きくなる。
【0088】
また、陽極化成中に光を照射することによる、多孔質層の表面の凹凸の発生が著しくなり、エピタキシャル半導体膜の結晶性が悪くなるが、上述の実施例におけるように、陽極化成を暗所で行うことにより、この凹凸を軽減ないしは回避できて、良好な結晶性を有するエピタキシャル半導体膜を形成することができる。
【0089】
また、上述したように、本発明においては、単結晶半導体層14、もしくはこの単結晶半導体層14とこれの上に形成した半導体膜17、あるいは多孔質層12上に形成した半導体膜17によって、例えば薄膜半導体の形成を行うものであり、各半導体膜17は、エピタキシャル成長によって形成した場合であるが、特にこの半導体膜17を単結晶半導体層14上にエピタキシャル成長するときは、結晶性にすぐれた半導体膜17を形成することができる。しかしながら、半導体膜17としてはエピタキシャル成長膜に限られるものではなく、前述したように、多結晶層、非晶質層、さらにあるいはこれらの混在によって形成することもできるものである。
【0090】
また、半導体膜17として、シリコンSi膜を成膜する場合、表面平滑性にすぐれたSi膜を得るにはSi供給の原料ガスとしては塩素系ガスのSiCl4 ,SiHCl3 ,Si2 2 Cl2 等による成膜が好ましく、例えば太陽電池におけるよう受光効率を高めるために表面に微細凹凸を発生させるには、半導体膜の成膜に先立ってHClによるエッチングを行って後、シラン系ガスSiH4 ,S2 6 等による成膜を行うことが好ましい。
【0091】
上述した本発明による半導体基体(半導体基板16)においては、半導体基体11に、柱状体15が、いわば支持柱として存在する空洞層13を介して単結晶半導体層14が形成された構造を有するものであるが、この空洞層13の強度は、その連結柱状体15の太さ等の選定によって確実に設定できることから、或る場合は、この空洞層13もしくは柱状体15自体の各種使用態様が可能となり、またこの空洞層13を例えば単結晶半導体層14との剥離分離層として用いる場合においても、例えばハンドリングにおいて、この空洞層13が不用意に破壊するような不都合を効果的回避でき、また、分離を必要とするに際してはこの空洞層13の全域に渡って確実にその分離を行うことができるという過不足のない強度に選定することができるものである。したがって、この半導体基板16を用いて薄膜半導体や、これによるSOI、太陽電池、集積回路等の半導体装置を、容易かつ確実に、したがって、高い歩留りをもって構成することができる。
【0092】
また、本発明製造方法によれば、多孔質層の形成とアニールによって空洞層13と単結晶半導体層14との形成を行うものであるが、この多孔質層の形成条件や、アニール条件の選定によって、空洞層13の強度、すなわち例えば柱状体の太さ等の選定ができることから、半導体基板16の使用目的に応じて、その分離強度を容易、かつ確実に選定することができる。
【0093】
そして、本発明方法においては、前述したように、陽極化成後にアニールによって空洞層および単結晶半導体層を形成して後の多孔質層表面もしくは単結晶半導体層への半導体膜等のエピタキシャル成長は、例えばCVD法により、700℃〜1200℃の温度で行うことができるので、この場合アニール温度より低い温度によって成膜を行うことによって、アニール条件の選定によって選定された空洞層および単結晶半導体層の厚さ、空洞層における柱状体の太さ、密度等の空孔率が、半導体膜等の成膜によって変動することを回避できる。
【0094】
また、本発明製造方法によれば、半導体基板16を構成する半導体基体11は、空洞層13における単結晶半導体層14、半導体膜17の半導体基体11からの分離の後の、残された半導体基体に関しては、再び例えばその表面を電解研磨等によって研磨することによって、半導体基板16を得るための半導体基体11として繰り返す使用するとか、半導体基板16の形成によって減じた厚さを、エピタキシャル成長によって補う等によって、多数回の繰り返し使用を可能にするとか、更に前述したように、担持基板19として用いることができることから、安価に製造できる。
【0095】
また、本発明製造方法によれば、半導体膜上に担持基板19として、プリント基板などの基板を接合して基板と半導体膜とを一体化させた後、半導体基体11からの剥離を行うという方法を採ることができるので、この担持基板19の種類には制限はなく、金属板、セラミック、ガラス、樹脂等、従来からの半導体技術の常識では到底考えられなかったような基板上に薄膜単結晶半導体を形成するとか、太陽電池を形成できる。
【0096】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、各種使用目的、態様に応じた最適強度、構造の半導体基体を容易、かつ安価に提供できるものである。
したがって、各種半導体装置を量産的に、歩留り良く、高い収率をもって、したがって、低コストをもって製造できるという工業的に重要な効果を奏することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法を実施する陽極化成装置の一例の構成図である。
【図2】本発明方法を実施する陽極化成装置の他の例の構成図である。
【図3】A〜Dは、本発明による半導体基体を得る一製造方法の工程図である。
【図4】本発明による半導体基体の一例の断面図である。
【図5】本発明による半導体基体の一例のSEM像である。
【図6】本発明による半導体基体の他の例のSEM像である。
【図7】本発明による半導体基体の一例の更に拡大されたSEM像である。
【図8】本発明による半導体基体の他の例の更に拡大されたSEM像である。
【図9】本発明の説明に供する空洞層の穴の構造を示す図である。
【図10】本発明の説明に供する空洞層の穴の構造を示す図である。
【図11】AおよびBは、本発明による薄膜半導体の製造方法の一例の工程図である。
【図12】A〜Eは、本発明によるSOI基板の製造方法の一例の工程図である。
【図13】A〜Dは、本発明による集積回路装置の製造方法の一例の工程図である。
【図14】 A〜Cは、本発明による太陽電池の製造方法の一例の工程図(その1)である。
【図15】 DおよびEは、本発明による太陽電池の製造方法の一例の工程図(その2)である。
【図16】A〜Gは、本発明によるSOI基板の製造方法の他の例の工程図である。
【符号の説明】
1 電解溶液槽、1A 第1の槽、1B 第2の槽、1H 開口、2 直流電源、3A,3B 電極、11 半導体基体、12 多孔質層、13 空洞層、14 単結晶半導体層、15 柱状体、16 半導体基板、17 半導体膜(もしくは材料膜)、18 絶縁層、19 担持基板、20 SOI基板、21 接着剤、26 絶縁膜、27 薄膜半導体、37 電極ないしは配線、41 導電線、51 分離絶縁層、52 ゲート絶縁膜、53 ゲート電極、54 サイドウオール、55 半導体領域、56 第1の層間絶縁層、57 第1の配線層、58 第2の層間絶縁層、59 第2の配線層、 第1の半導体膜、132 第2の半導体膜、133 第3の半導体膜、171 第1の半導体膜、172 第2の半導体膜、173 第3の半導体膜
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor substrate and a method for manufacturing a semiconductor substrate and a thin film semiconductor.
[0002]
[Prior art]
When configuring various single semiconductor devices, for example, semiconductor devices such as transistors, light emitting elements, solar cells, etc., or semiconductor devices such as a semiconductor integrated circuit in which a plurality of semiconductor elements are formed on a common substrate, for example, a flexible configuration is used. In the case of a so-called SOI (Semiconductor on Insulator) configuration, a thin film semiconductor is manufactured.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
For example, in Japanese Patent Application No. 9-53354, the present applicant first forms a porous layer having a separation layer on the surface thereof by anodization on a semiconductor substrate, and a semiconductor film is formed thereon. A method for forming a thin film semiconductor by using a semiconductor film by separating the semiconductor film in a porous layer separation layer was proposed.
According to this method, a sufficiently thin film such as a single crystal thin film semiconductor can be easily obtained.
[0004]
The present invention is applicable to, for example, the case of obtaining such a thin film semiconductor, a semiconductor base suitable for obtaining the semiconductor base and the thin film semiconductor, and the semiconductor base and the thin film. A method for manufacturing a semiconductor is provided.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, a single crystal semiconductor layer is formed on a semiconductor substrate through a cavity layer in which a plurality of columnar bodies are dispersed, and a porous layer is formed on the single crystal semiconductor layer. A semiconductor substrate having a material film formed thereon is formed.
[0006]
A method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention includes a cavity layer in which a plurality of columnar bodies are dispersed by multi-step anodization and annealing on a semiconductor substrate surface, a single crystal semiconductor layer on the cavity layer, A semiconductor substrate is obtained by forming a porous layer on the single crystal semiconductor layer.
[0007]
The thin film semiconductor manufacturing method according to the present invention includes a cavity layer in which a plurality of columnar bodies are dispersed by multi-step anodization and annealing on a semiconductor substrate surface, and a single crystal semiconductor layer on the cavity layer. A step of forming a porous layer on the single crystal semiconductor layer, a step of forming a semiconductor film on the porous layer, and a separation for separating the semiconductor film from the semiconductor substrate in the cavity layer A thin film semiconductor is obtained through the steps.
[0008]
The thin film semiconductor manufacturing method according to the present invention includes a cavity layer in which a plurality of columnar bodies are dispersed by multi-step anodization and annealing on a semiconductor substrate surface, and a single crystal semiconductor layer on the cavity layer. Forming a porous layer on the single crystal semiconductor layer; removing the porous layer; forming a semiconductor film on the single crystal semiconductor layer exposed by removing the porous layer; The single crystal semiconductor layer on which the semiconductor film is formed is separated from the semiconductor substrate by separation in the cavity layer to obtain a thin film semiconductor.
[0009]
As described above, the semiconductor substrate according to the present invention has a configuration in which a single crystal semiconductor layer is formed on a semiconductor substrate via a cavity layer, or a configuration in which a porous layer is formed on this single crystal semiconductor layer. The cavity layer has a configuration in which a plurality of columnar bodies are present in a dispersed manner, and the single crystal semiconductor layer is appropriately connected to the semiconductor substrate by the columnar bodies present in the cavity layer. Therefore, the single crystal semiconductor layer or the porous layer can be integrated with the semiconductor substrate without being separated in various processes such as film formation, and the semiconductor. In separation from the substrate, separation (separation) can be ensured by a required external force.
[0010]
The formation of the cavity layer on the semiconductor substrate is easy because the surface of the semiconductor substrate can be formed simply by multi-stage anodization and heat treatment, that is, annealing.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described.
In the present invention, a single crystal semiconductor layer is formed on the surface of a semiconductor substrate through a multi-stage anodization and annealing, that is, a heat treatment, through a cavity layer in which a plurality of columnar bodies are dispersed on the semiconductor substrate. A semiconductor substrate in which a porous layer is formed on the single crystal semiconductor layer is formed.
As one embodiment, using this semiconductor substrate, various material films such as a metal film, a dielectric film, or a semiconductor film such as a single crystal film by epitaxial growth or a polycrystal are further formed on the porous layer. For example, a semiconductor film made of a film or an amorphous film is formed.
[0012]
In the semiconductor substrate having the semiconductor substrate, the material film, for example, the semiconductor film is separated (separated) from the semiconductor substrate in the cavity layer, that is, to be separated from the semiconductor substrate by crushing the columnar body in the cavity layer. Thus, a thin film semiconductor can be formed.
[0013]
As another embodiment, the porous layer is removed from the semiconductor substrate described above, and a semiconductor film is formed on the remaining single crystal semiconductor layer, for example, a semiconductor film is formed by epitaxial growth. Thereafter, as described above, the semiconductor film can be separated (separated) from the semiconductor substrate together with the single crystal semiconductor layer in the cavity layer to form a thin film semiconductor.
[0014]
Anodization is carried out by a known method such as surface technology Vol. 46, no. 5, pp. 8-13, 1995 [Anodic conversion of porous Si]. That is, for example, it can be performed by the double cell method whose schematic configuration is shown in FIG. In this method, an electrolytic solution tank 1 having a two-tank structure having first and second tanks 1A and 1B is used. Then, a semiconductor substrate 11 on which a porous layer is to be formed is disposed between both tanks 1A and 1B, and each one of a pair of platinum electrodes 3A and 3B connected to a DC power source 2 is disposed in both tanks 1A and 1B. Is done. In the first and second tanks 1A and 1B of the electrolytic solution tank 1, for example, hydrogen fluoride HF and ethanol C are respectively provided. 2 H Five Electrolytic solution 4 containing OH, or hydrogen fluoride HF and methanol CH Three An electrolytic solution 4 containing OH is accommodated, the first and second tanks 1A and 1B are disposed so that both surfaces of the semiconductor substrate 11 are in contact with the electrolytic solution 4, and both electrodes 3A and 3B are disposed in the electrolytic solution 4. Soaked in. Then, the DC power source 2 is connected between the electrodes 3A and 3B with the electrode 3A side immersed in the electrolytic solution 4 in the tank 1A on the surface side where the porous layer of the semiconductor substrate 11 is to be formed as the negative electrode side. Energization is performed. In this way, power is supplied with the semiconductor substrate 11 side as the anode side and the electrode 3A as the cathode side, whereby the surface of the semiconductor substrate 11 facing the electrode 3A side is eroded and becomes porous.
[0015]
When this two-cell method is used, it is not necessary to deposit the ohmic electrode on the semiconductor substrate, and the introduction of impurities from the ohmic electrode into the semiconductor substrate is avoided.
[0016]
However, the anodization is not limited to the case of the above-described two-tank cell method, and for example, the single-tank cell method shown in a schematic configuration diagram in FIG. In this example, a single electrolytic solution tank 1 is provided, and for example, a semiconductor substrate 11 to be anodized is disposed in a liquid-tight manner through an O-ring 5 so as to face an opening 1H provided on the bottom surface. Is done. The electrolytic solution 4 is accommodated in the electrolytic solution tank 1, and the electrolytic solution 4 is brought into contact with the surface of the semiconductor substrate 11 disposed at the bottom for the anode configuration. In the electrolytic solution 4 in the tank 1, for example, one electrode 3A made of a Pt electrode plate is immersed. On the back surface of the semiconductor substrate 11, the other electrode 3B made of, for example, a carbon electrode is disposed in surface contact so as to face the entire surface of the surface to be anodized as much as possible. Then, with the electrode 3A side immersed in the electrolytic solution 4 as the negative electrode side, the DC power source 2 is inserted between the electrodes 3A and 3B, and energization is performed. Even in this case, the surface of the semiconductor substrate 11 facing the electrode 3A is anodized.
[0017]
By selecting the conditions in this anodization, the structure, thickness, and the like of the porous layer and the cavity single crystal semiconductor layer to be formed change, and the separation (peeling) property, that is, the separation (peeling) strength changes.
[0018]
Anodization of the semiconductor substrate is at least two steps with different current densities. That is, at least a step of anodizing the surface of the semiconductor substrate at a low current density and a step of anodizing at a higher current density are adopted thereafter.
This anodization can take, for example, an anodization step at a low current density, an anodization step at a current density higher than the low current density, and an anodization step at a higher current density. .
In anodization, the anodization at the high current density can be conducted intermittently.
Further, in the anodization at an intermediate high current density in the anodization for forming the porous layer, the current density can be increased gradually or stepwise.
[0019]
In the anodizing step, the composition of the electrolytic solution can be changed when changing the current density.
[0020]
The semiconductor substrate can be composed of various semiconductor substrates such as a silicon Si single crystal substrate, in some cases a Si polycrystalline substrate, or a compound semiconductor substrate such as a GaAs, GaP, GaN, or SiGe single crystal. For example, it is preferable to use a Si single crystal substrate for manufacturing, for example, a Si single crystal thin film semiconductor or a solar cell using a Si single crystal thin film.
[0021]
In the case of forming a thin film semiconductor using a compound semiconductor, a compound semiconductor substrate can be used as the semiconductor substrate. Even in this case, a semiconductor substrate having a porous layer on the surface can be formed by anodizing the compound semiconductor substrate. be able to.
[0022]
The semiconductor substrate can be constituted by a semiconductor substrate doped with n-type or p-type impurities or a semiconductor substrate not containing impurities. However, in the case of anodizing, a low resistivity semiconductor substrate so-called p-type doped with a high concentration of p-type impurities. + It is desirable to use a Si substrate. As this semiconductor substrate, p + When using a type Si substrate, p-type impurities such as boron B are about 10 19 atoms / cm Three It is desirable to use a Si substrate that is doped to the extent that the resistance is about 0.01 to 0.02 Ωcm. And this p + When anodizing a type Si substrate, fine pores that are elongated in a direction substantially perpendicular to the substrate surface are formed, and porous while maintaining crystallinity. Conversion Therefore, a desirable porous layer is formed.
Therefore, the semiconductor film can be epitaxially grown on the porous layer.
[0023]
Various shapes can be adopted as the shape of the semiconductor substrate. For example, a wafer shape such as a disk shape or a cylindrical body ingot formed by pulling a single crystal can be used to form various shapes such as a peripheral surface of the substrate surface.
[0024]
After the porous layer is formed on the surface of the semiconductor substrate, it is heated in a hydrogen gas atmosphere or vacuum at normal pressure or reduced pressure, or a group 8 noble gas in the periodic table of He, Ne, Ar, Kr, etc. High-temperature annealing is performed in an element atmosphere, for example, 700 ° C. to 1200 ° C.
Thus, as described above, the above-described cavity layer is formed on the surface of the semiconductor substrate, and the single crystal semiconductor layer and the porous layer are formed on the single-crystal semiconductor layer via the cavity layer.
[0025]
Film formation on the porous layer or on the single crystal semiconductor layer from which the porous layer has been removed is performed by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), CVD (chemical vapor deposition), MBE (molecular (Line epitaxy) method, sputtering, etc., and can be formed as single crystal, polycrystal, and amorphous films, and further, for example, formed as an amorphous film and then annealed to be polycrystalline. Alternatively, single crystallization can be performed.
[0026]
After the anodization described above, the cavity layer and the single crystal semiconductor layer are formed by annealing, and the subsequent epitaxial growth of the semiconductor film or the like on the surface of the porous layer or the single crystal semiconductor layer is performed at a temperature of 700 ° C. to 1200 ° C., for example, by CVD. In this case, by forming the film at a temperature lower than the annealing temperature, the thickness of the cavity layer and the single crystal semiconductor layer selected by the selection of the annealing conditions, the thickness of the columnar body in the cavity layer, and In addition, the porosity such as density can be prevented from fluctuating due to the formation of a semiconductor film or the like.
[0027]
Further, this film formation may be the same material as the semiconductor substrate or a different material. For example, a single-crystal Si semiconductor substrate is used, and a compound semiconductor such as Si or GaAs or a Si compound such as Si is used for the porous layer formed on the surface thereof. 1-y Ge y Various epitaxial growths can be performed, for example, by epitaxially growing them, or by appropriately combining and laminating them.
[0028]
For example, in the case of constituting a solar cell, as the semiconductor film, for example, p-type high impurity concentration p in order from the porous layer side, for example. + Semiconductor layer, p-type low impurity concentration p - Semiconductor layer and n-type high impurity concentration n + It can be set as the multilayer semiconductor film epitaxially grown in order of the semiconductor layer. The impurity concentration and film thickness of these layers are not particularly limited. + The type semiconductor layer has a thickness in the range of 0 to 1 μm, typically about 0.5 μm, and a boron B concentration of 10 18 -10 20 atoms / cm Three Range, typically about 10 19 atoms / cm Three The p-type semiconductor layer has a thickness in the range of 1 to 30 μm, typically about 5 μm, and a boron concentration of 10 14 -10 17 atoms / cm Three Range, typically about 10 16 atoms / cm Three Degree, n + The type semiconductor layer has a thickness in the range of 0.1 to 1 μm, typically about 0.5 μm, and a phosphorus P or arsenic As concentration of 10 18 -10 20 atoms / cm Three Range, typically about 10 19 atoms / cm Three It is preferable to set the degree.
[0029]
In addition, the semiconductor film is p from the porous layer side + Type Si layer, p type Si 1-x Ge x Graded layer, undoped Si 1-y Ge y Layer, n-type Si 1-x Ge x Graded layer, and n + The semiconductor film is epitaxially grown in the order of the type silicon layer, whereby a solar cell having a double hetero structure can be manufactured. As a typical example of each layer constituting this double heterostructure, p + The type Si layer has an impurity concentration of 10 19 atoms / cm Three About 0.5 μm, p-type Si 1-x Ge x The graded layer has an impurity concentration of 10 16 atoms / cm Three About 1 μm thick, undoped Si 1-y Ge y As the layer, y is 0.7, the film thickness is about 1 μm, and n-type Si. 1-x Ge x The graded layer has an impurity concentration of 10 16 atoms / cm Three The film thickness is about 1 μm, and n + The type Si layer has an impurity concentration of 10 Ten cm -3 The film thickness is preferably about 0.5 μm. P-type and n-type Si 1-x Ge x The composition ratio x of Ge in the graded layer is changed from x = 0 of the layers existing on both sides to undoped Si. 1-y Ge y It is preferable to gradually increase until y. Thereby, since the lattice constants are matched at each interface, good crystallinity can be obtained. Incidentally, in such a solar cell having a double hetero structure, the undoped Si at the center thereof is used. 1-y Ge y Since the carrier and light can be effectively confined in the layer, high conversion efficiency can be obtained.
[0030]
The introduction of n-type or p-type impurities into the semiconductor film described above can be performed during the film formation, for example, during epitaxial growth. Alternatively, after the semiconductor film is formed, impurities can be introduced over the entire surface or selectively by ion implantation, diffusion, or the like. In this case, the conductivity type, impurity concentration, and type are selected according to the purpose of use.
[0031]
When the semiconductor layer is formed on the single crystal semiconductor layer by removing the porous layer, the porous layer is removed when the semiconductor substrate is made of Si. Etching is performed by flowing a small amount of gas having a function of etching the layer, for example, liquefied hydrogen chloride (chemical formula: HCl) gas.
As described above, when etching with HCl gas is performed on the porous layer that has been annealed at high temperature, the surface of the single crystal semiconductor layer exposed by removing the porous layer by this etching becomes extremely clean.
When, for example, Si film formation, for example, epitaxial growth is performed on the single crystal semiconductor layer thus cleaned, the above-described high temperature annealing, etching with HCl gas, and epitaxial growth are continuously performed in the same epitaxial growth furnace. Therefore, it is possible to form an excellent film, for example, an epitaxial film having good characteristics, because the disadvantage that the epitaxial growth surface of the single crystal semiconductor layer is oxidized or foreign matter intervenes is avoided. it can. And the work process is also simplified.
[0032]
However, the removal of the porous layer is performed by removing the porous layer from the furnace after the annealing described above and removing the porous layer by, for example, RIE (reactive ion etching), chemical wet etching, mechanical chemical etching, so-called CMP (Chemical Mechanical Polishing), or the like. Can also be taken.
[0033]
In addition, when Si is epitaxially grown in the formation of a semiconductor film, it is desirable to form the semiconductor film as a semiconductor film having a smooth surface as in the case of a thin film semiconductor such as a semiconductor integrated circuit. In this case, the epitaxial growth of Si is performed using chlorine gas-based source gas such as Si. 2 H 2 Cl 2 , SiHCl Three , SiCl Four Etc. are desirable. Then, for example, in the case of a solar cell, when it is desired to form fine irregularities on the surface so as to increase the light receiving efficiency, etching is performed with hydrochloric acid on the epitaxial growth surface to form fine irregularities on the surface, and then Silane source gas such as SiH Four , Si 2 H 6 , Si Three H 8 It is possible to form fine irregularities by performing epitaxial growth using the like.
[0034]
Further, when separating the single-layer or multiple-layer film formation from the semiconductor substrate, a flexible substrate such as a polymer sheet or a rigid glass substrate, a resin substrate or, for example, a required print is formed on the film formation. It is possible to bond a flexible carrier substrate with wiring and to perform separation from the semiconductor substrate together with the carrier substrate in the cavity layer. In this case, when the film is formed of a semiconductor film and the supporting substrate is an insulating substrate, or a semiconductor substrate having an insulating layer formed on its bonding surface, or a conductive substrate, the thin film having an SOI structure is used. A semiconductor can be manufactured.
[0035]
In addition, the separation in the cavity layer can be performed, for example, by applying ultrasonic waves or by vacuum adsorption.
[0036]
On the other hand, the remaining semiconductor substrate is used again in the above-described thin film semiconductor manufacturing, used as the above-mentioned SOI support substrate, or the semiconductor substrate thinned by the above-mentioned repeated use is a thin film itself. It can be used as a semiconductor.
[0037]
In any of the annealing and the semiconductor film formation described above, a method of heating the semiconductor substrate to a predetermined substrate temperature can be a so-called susceptor heating method, or heating by direct current flow to the semiconductor substrate itself. It is possible to adopt an electric heating method or the like.
[0038]
Next, examples of the present invention will be described. However, the present invention is not limited to this embodiment.
First, embodiments of the semiconductor substrate and the method for manufacturing the same according to the present invention will be described.
[0039]
[Example 1]
FIG. 3 is a manufacturing process diagram of the first embodiment.
First, a semiconductor substrate, for example, a wafer-like semiconductor substrate 11 made of single crystal Si doped with boron B at a high concentration and having a specific resistance of 0.01 to 0.02 Ωcm, for example, was prepared (FIG. 3A).
[0040]
Then, a multi-step anodization was performed on the semiconductor substrate 11 to form a porous layer on the surface of the semiconductor substrate 11.
In this example, anodization was performed in the dark using the one-tank structure anodizing apparatus described in FIG. In this case, the electrolytic solution is HF: C 2 H Five OH = 1: 1 was used. A direct current was passed between the electrodes 3A and 3B.
[0041]
First, the current density is 0 mA / cm. 2 To 1 mA / cm 2 It gradually increases to about 1 minute, and this 1 mA / cm 2 Low current energization was conducted at a low current of 8 minutes. As a result, a porous surface layer 12S having a low porosity was formed (FIG. 3B).
[0042]
Next, the current density is 1 mA / cm. 2 To 7 mA / cm 2 It gradually increases over 30 seconds, and this 7 mA / cm 2 Medium current energization was conducted at a medium current for 8 minutes. Thereby, the porous layer 12 in which the intermediate porosity layer 12M having a higher porosity than the surface layer 12S was formed (FIG. 3C).
[0043]
Next, the current density is 80 mA / cm, which is higher than the previous current carrying current densities. 2 And then energized for 0.3 seconds, after which the energization was stopped for 1 minute, and then again 80 mA / cm. 2 And then energized for 0.3 seconds, and then the energization was stopped and after 1 minute had elapsed, an additional 80 mA / cm 2 And intermittent high current energization was performed for 0.3 seconds.
Thereafter, this semiconductor substrate is subjected to an atmospheric pressure Si epitaxial growth apparatus with H 2 Heat treatment or annealing was performed in the atmosphere. In this annealing, the temperature was raised from room temperature to 1120 ° C. over about 20 minutes, and this temperature was maintained for about 50 minutes. By doing so, the surface of the surface layer 12S of the porous layer 12 becomes flat and smooth, and the interface between the porous layer and the semiconductor substrate 11 in the porous layer 12 (this interface is the anode of the semiconductor substrate 11). This refers to the surface of the semiconductor substrate 11 that is left without the porous layer 12 having a required depth position from the initial surface before the formation, and the same applies hereinafter. A cavity layer 13 extending along the surface of the porous layer 12 was generated, and a single crystal semiconductor layer 14 was formed on the cavity layer 13 (FIG. 3D). In this hollow layer 13, a plurality of columnar bodies 15 are generated so as to be dispersed and planted, that is, a connecting column for connecting the single crystal semiconductor layer 14 to the semiconductor substrate 11 with respect to the interface of the semiconductor substrate 11. As well as functioning as a crack, the cavity layer 13 is formed with a crack that maintains the required separability.
[0044]
In this example, the single crystal semiconductor layer 14 is formed under the porous layer 12, and a crack is generated by the cavity layer 13 between the semiconductor substrate 11 and the semiconductor substrate 11. In this example, the semiconductor substrate is weakened. A semiconductor substrate 16 is configured.
[0045]
[Example 2]
In this example, a semiconductor substrate 16 was produced by the same process as that of Example 1 described with reference to FIG. 3 except that the annealing conditions were different from those of Example 1. That is, in Example 2, the semiconductor substrate on which the porous layer 12 was formed by the steps described with reference to FIGS. 3A to 3C was converted into H by an atmospheric pressure Si epitaxial growth apparatus. 2 In this atmosphere, the temperature was raised from room temperature to 1120 ° C. over about 20 minutes, and at this temperature, annealing was performed for about 8 hours in this Example 2 as compared with Example 1. Also in this case, the surface of the surface layer 12S of the porous layer 12 is flat and smooth, and as shown in FIG. 3D, a hollow layer is formed under the porous layer 12, that is, at the interface between the porous layer and the semiconductor substrate 11. 13 was generated, and a single crystal semiconductor layer 14 was formed on the cavity layer 13. A plurality of columnar bodies 15 are dispersed and generated in the hollow layer 13. In this columnar body, the annealing time was made longer than that in Example 1. In Example 2, the width, that is, the thickness was increased, and the thickness of the single crystal semiconductor layer 14 was increased.
[0046]
Example 3
In this embodiment, a semiconductor film is formed on the semiconductor substrate 16 obtained in the first embodiment. That is, also in this Example 3, the semiconductor substrate 16 was configured by taking the same steps as in Example 1 shown in FIGS. 3A to 3D.
Then, a material film 17 was formed on the porous layer 12 of the semiconductor substrate 16 on the semiconductor substrate 16 as shown in a schematic sectional view in FIG. In this example, the Si semiconductor film 17 was epitaxially grown. This epitaxial growth is performed after the above-described annealing at 1120 ° C. for 50 minutes, and then the temperature is lowered to 1060 ° C. Four And B 2 H 6 High concentration boron-doped CVD (chemical vapor deposition) with gas was performed for 10 minutes, and then boron-doped CVD at a lower concentration was performed for 40 minutes to epitaxially grow a p-type Si semiconductor film 17 having a thickness of about 10 μm. In FIG. 4, parts corresponding to those in FIG.
[0047]
Example 4
In this embodiment, a semiconductor film is formed on the semiconductor substrate 16 obtained in the second embodiment. That is, in the fourth embodiment, the annealing time for manufacturing the semiconductor substrate 16 is about 8 hours compared to the third embodiment, which is compared with the annealing time for manufacturing the semiconductor substrate 16 in the third embodiment of 50 minutes. Then, the same steps as in Example 3 were taken except that the time was long. That is, in Example 4, as shown in FIG. 4, on the semiconductor substrate 16 obtained in Example 2, the Si semiconductor film 17 is formed as the material film 17 on the porous layer 12 as shown in FIG. After the annealing at 1120 ° C. described above, the temperature was lowered to 1060 ° C. Four And B 2 H 6 High concentration boron-doped CVD (chemical vapor deposition) with gas was performed for 10 minutes, and then boron-doped CVD at a lower concentration was performed for 40 minutes to epitaxially grow a p-type Si semiconductor film 17 having a thickness of about 10 μm.
[0048]
Each cross-sectional image of the semiconductor substrate 16 having the Si semiconductor film 17 produced in Example 3 and Example 4 described above was observed with a high-resolution SEM (Secondary Electron Microscopy). Cross-sectional images of the sample A according to Example 3 and the sample B according to Example 4 by SEM are shown in FIGS. 5 and 6. In these samples A and B, the cross section is the (110) plane, and the upper direction is the <001> orientation.
[0049]
When these sample A and sample B are compared, the hole shape of each layer of the porous layer formed by the low-current energization and medium-current energization in the above-described anodizing treatment is determined by recrystallization by the above-described annealing. 7 and 8, respectively, as shown in the enlarged cross-sectional SEM images of Samples A and B, the cross-sections are quadrilateral, pentagonal and hexagonal, and their vertices are slightly rounded. I understood. Then, as a result of examining this detail, basically, as shown in FIG. 9, all the holes are octahedrons having six vertices with the surface orientation <111> as each surface, As shown in FIG. 10, it was found that Si atoms were buried so that some of them were in the plane orientation <001>.
[0050]
On the other hand, the film thickness of the single crystal semiconductor layer 14 is H 2 In sample A in which the annealing time is 50 minutes, it is about 2 μm, and H 2 In Sample B in which the annealing time was about 8 hours, it was about 3.5 to 4 μm. That is, the longer the annealing time, the greater the thickness of the single crystal semiconductor layer 14. Therefore, this is considered that the porous Si layer was solid phase epitaxially grown.
[0051]
For the cavity layer 13, the thickness of the columnar body 15 that connects the semiconductor substrate 11 and the single crystal Si semiconductor layer 14 is H 2 In sample A with an annealing time of 50 minutes, a sample of about 6 μm or less was mixed, and compared with this, H 2 In Sample B where the annealing time was extended, that is, about 8 hours, columnar bodies having a thickness of about 15 μm or less were mixed. That is, the longer the annealing time, the thicker the columnar body 15 in the cavity layer 13.
[0052]
From these matters, in order to increase the film thickness of the single crystal semiconductor layer 14, the annealing time may be increased. At this time, since the columnar body 15 in the cavity layer 13 becomes thicker, the separation strength is large. That is, since it becomes difficult to separate, the annealing time is selected in consideration of these balances.
[0053]
Then, by using the semiconductor substrate according to Examples 3 and 4 described above, the semiconductor film 17 is separated from the semiconductor substrate 11 by breaking the columnar body 15 in the cavity layer 13 to obtain a thin film semiconductor by the semiconductor film 17. Can do.
Prior to separation of the semiconductor film 17 from the semiconductor substrate 11, a carrier substrate having an insulating layer or an insulating carrier substrate is bonded onto the semiconductor film 17, and the semiconductor film 17 is attached to the semiconductor substrate together with the carrier substrate. The SOI substrate can be obtained by separating from the substrate 11. An example in this case will be described as Example 5 with reference to FIG.
[0054]
Example 5
In this embodiment, on the Si epitaxial semiconductor film 17 of the material film 17 shown in FIG. 2 A carrier substrate 19 made of an Si substrate on which an insulating layer 18 is deposited is bonded (FIG. 11A). This bonding can be performed by bonding with an adhesive or making the surfaces hydrophilic to bond, a method in which the respective substrates are bonded together, and then thermal annealing (so-called wafer bonding method).
Thereafter, the semiconductor film 17 is separated from the semiconductor substrate 11 together with the supporting substrate 19 by breaking in the cavity layer 13. At this time, since the porous layer 12 remains in the semiconductor film 17 separated from the semiconductor substrate 11, that is, peeled off, it is removed by etching as necessary. In this way, the SOI substrate 20 in which the thin film semiconductor 27 by the semiconductor film 17 is formed on the support substrate 19 through the insulating layer 18 is obtained (FIG. 11B).
[0055]
In Examples 3 to 5, the material film 17 is formed on the porous layer 12, and the Si semiconductor film is epitaxially grown in the above-described examples. However, after the porous layer 12 is formed as described above, Then, the cavity layer 13 and the single crystal semiconductor layer 14 are formed by annealing, and then the porous layer 12 is removed by etching to expose the single crystal semiconductor layer 14 to the outside, and on the exposed single crystal semiconductor layer 14 In addition, the semiconductor film 17 can be formed. An embodiment in this case will be described as a sixth embodiment with reference to FIG.
[0056]
Example 6
In this embodiment, the porous layer 12 is formed by performing multi-stage anodization on the surface of the semiconductor substrate 11 by the method described in the embodiment 2, and thereafter, in the atmospheric pressure Si epitaxial growth apparatus, 2 The temperature is raised from room temperature to 1120 ° C. in an atmosphere in about 20 minutes, and annealing is performed at 1120 ° C. for about 8 hours to form the cavity layer 13 in the porous layer 12, and the single crystal semiconductor layer 14 is formed thereon. The process to generate is performed (FIG. 12A).
[0057]
Subsequently, HCl gas by liquefied hydrogen chloride (chemical formula: HCl) is introduced into the epitaxial growth apparatus at a temperature similar to the annealing temperature, that is, 1120 ° C. Thus, the porous layer 12, that is, the porous Si layer is removed by etching, and the single crystal semiconductor layer 14 under the porous layer 12 is exposed to the outside (FIG. 12B).
Subsequently, the temperature was lowered to 1060 ° C. and SiH Four High-concentration boron-doped Si epitaxial growth using gas was performed for 30 minutes to form the semiconductor film 17 (FIG. 12C). The thickness of the semiconductor film 17 formed by this film formation was 8 μm.
[0058]
A carrier substrate 19 made of, for example, a flexible resin substrate is bonded onto the semiconductor film 17 via an adhesive 21 (FIG. 12D).
The semiconductor film 17 bonded to the carrier substrate 19 is separated from the semiconductor substrate 11 together with the carrier substrate 19 by breaking in the cavity layer 13, and the SOI having the thin film semiconductor 27 by the semiconductor film 17 held by the carrier substrate 19. A substrate 20 is obtained (FIG. 12E). At this time, since the surface of the semiconductor film 17 separated from the semiconductor substrate 11, that is, separated from the semiconductor substrate 11 is an uneven surface due to the breakage in the cavity layer 13, when the surface smoothing is required, this separation surface Etching for smoothing is performed.
[0059]
The SOI substrate 20 formed according to the sixth embodiment can be configured as a flexible SOI substrate 20 when the carrier substrate 19 has flexibility. However, a rigid SOI can be formed by using, for example, a rigid insulating substrate or a semiconductor substrate having an insulating layer as in the fifth embodiment as the carrier substrate 19.
[0060]
Further, according to the present invention, a semiconductor integrated circuit device can be configured by forming various semiconductor elements on the thin film semiconductor.
An example in this case is given as Example 7 and will be described with reference to FIG.
[0061]
Example 7
In this example, a semiconductor film 17 epitaxially grown on the single crystal semiconductor layer 14 formed through the cavity layer 13 on the semiconductor substrate 11 as shown in FIG. A formed semiconductor substrate is prepared (FIG. 13A).
[0062]
A circuit element is formed on the epitaxially grown semiconductor film 17 by a normal semiconductor manufacturing process. In this embodiment, an integrated circuit having a CMOS (Complementary MOS) using a MOS-FET (Insulated Gate Field Effect Transistor) is formed. In this case, the portion of the semiconductor film 17 to be subjected to element isolation is locally The isolation insulating layer 51 was formed by oxidation, so-called LOCOS (Local Oxidation of Silicon). Then, a gate insulating film 52 is formed on the MOS-FET forming portion by, for example, surface thermal oxidation of the semiconductor film 17, and a gate electrode 53 is formed thereon. The gate electrode 53 is formed by forming polycrystalline Si over the entire surface by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, and forming the gate electrode 53 as a required pattern by pattern etching by photolithography. Next, low concentration source and drain regions are formed on both sides of the semiconductor film 17 below the gate electrode 53 by ion implantation of p-type or n-type impurities at a relatively low concentration using the gate electrode 53 as a mask. Thereafter, for example, SiO 2 is formed on the side surface of the gate electrode 53. 2 The side wall 54 is formed by a known method. Then, using the gate electrode 53 as a mask including the side wall 54, the same p-type or n-type impurity is ion-implanted at a high concentration on both sides thereof, and the high-concentration source and drain regions formed thereby, A semiconductor region 55 serving as a source and drain region is formed by the low concentration source and drain regions formed in (1). In this way, an LDD (Lightly Doped Drain) type MOS-FET is formed.
[0063]
After that, for example, SiO 2 After the first interlayer insulating layer 56 is deposited and planarized, a first wiring layer 57 is formed thereon. The first wiring layer 57 is in electrical contact with a predetermined semiconductor region 55 of the circuit element through a contact hole formed in the first interlayer insulating layer 56. In addition, for example, SiO 2 A second interlayer insulating layer 58 is formed, and a second wiring layer 59 is formed thereon. The second wiring layer 59 is in electrical contact with, for example, a predetermined portion of the lower first wiring layer through a contact hole formed in the second interlayer insulating layer 58 (FIG. 13B).
[0064]
Thus, the integrated circuit formed in the semiconductor film 17 is separated from the semiconductor substrate 11. First, the carrier substrate 19 made of, for example, a flexible resin substrate is placed on the semiconductor film 17 on which the integrated circuit is formed via the adhesive 21, and thus on the second interlayer insulating layer 58 on which the second wiring layer 59 is formed. Join or stick (FIG. 13C). The adhesive strength of the carrier substrate 19 at this time is set to a strength stronger than the separation strength from the semiconductor substrate 11 by the porous layer 12, that is, an adhesive strength that does not cause separation of the carrier substrate 19 during separation.
[0065]
Next, an external force is applied between the semiconductor substrate 11 and the carrier substrate 19 in a direction to separate them. As a result, the columnar body 15 is broken in the weakened cavity layer 13 as described above, and the semiconductor film 17 is separated from the semiconductor substrate 11 together with the single crystal semiconductor layer 14.
For example, a resin film is applied to the surface of the single crystal semiconductor layer 14 on which the semiconductor film 17 separated in this way is formed, that is, the separation surface from the semiconductor substrate 11, and the surface is protected. A protective film 62 is formed (FIG. 13D).
[0066]
In this way, an integrated circuit device is formed in which a thin film semiconductor is formed on the carrier substrate 19 by the semiconductor film 17 on which circuit elements are formed. This integrated circuit device can be configured as a flexible integrated circuit device when the carrier substrate 19 is a flexible substrate. However, when the carrier substrate 19 is rigid, that is, a rigid substrate, a rigid integrated circuit device can be configured.
[0067]
In the above-described integrated circuit device, the case where the circuit element is a CMOS has been exemplified, but it goes without saying that the circuit element is not limited to a CMOS, and can be formed by various circuit elements, and can be applied to various integrated circuit devices. be able to.
[0068]
Furthermore, the present invention can be applied when obtaining a solar cell. One embodiment in this case will be described as an eighth embodiment with reference to FIGS. 14 and 15.
[0069]
Example 8
In this embodiment, terminal derivation from the light-receiving surface side electrode, that is, derivation of the conductive wire can be easily performed.
Also in this embodiment, a Si single crystal semiconductor substrate 11 is prepared, and its surface is anodized by the same method as described in Embodiment 1 to form a surface layer 12S and an intermediate porosity having a high porosity. The porous layer 12 in which the rate layer 12M is formed is formed. Then, the semiconductor substrate 11 is converted to H by an atmospheric pressure Si epitaxial growth apparatus. 2 Heat treatment or annealing was performed in the atmosphere. In this annealing, the temperature was raised from room temperature to 1120 ° C. over about 20 minutes, and this temperature was maintained for about 30 minutes. As a result, the surface of the surface layer 12S of the porous layer 12 becomes flat and smooth, and the single crystal semiconductor layer 14 is generated on the interface side between the porous layer and the semiconductor substrate 11 in the porous layer 12. At the same time, a hollow layer 13 in which a plurality of columnar bodies 15 are dispersed and planted is generated (FIG. 14A).
Thereafter, the porous layer 12 is etched with HCl to expose the single crystal semiconductor layer 14 to the outside. Four Gas and B 2 H 6 Epitaxial growth using gas is performed for 3 minutes, and boron B is 10 19 atoms / cm Three P doped in + A first semiconductor layer 171 made of Si is formed, and then B 2 H 6 By changing the gas flow rate, Si epitaxial growth is performed for 20 minutes, and boron B is 10 16 atoms / cm Three P doped at low concentration - A second semiconductor layer 172 made of Si is formed, and B 2 H 6 PH instead of gas Three Gas is supplied and epitaxial growth is performed for 4 minutes, so that phosphorus P is 10% on the second semiconductor film 132. 19 atoms / cm Three Highly doped n + A third semiconductor layer 173 made of Si is formed, and p made of the first to third semiconductor layers 171 to 173 is formed. + -P - -N + A semiconductor film 17 having a structure was formed (FIG. 14B).
[0070]
Next, in this embodiment, SiO 2 is formed on the epitaxial semiconductor film 13 by surface thermal oxidation. 2 A film, that is, a transparent insulating film 26 is formed, and pattern etching by photolithography is performed to form an opening 26W that makes contact with an electrode or wiring. This opening 26 W can be formed in a parallel arrangement in stripes extending in a direction orthogonal to the paper surface in the drawing while maintaining a required interval. SiO formed in this way 2 The film can minimize the generation of carriers and recombination at the interface.
Then, a metal film is deposited on the entire surface, and pattern etching by photolithography is performed to form a required pattern, in this example, a stripe-shaped opening. 26 Striped electrodes or wirings 37 are formed along W (FIG. 14B). The metal film forming this electrode or wiring 37 is, for example, a multilayer structure formed by sequentially depositing a Ti film with a thickness of 30 nm, Pd with a thickness of 50 nm, and Ag with a thickness of 100 nm, and further performing Ag plating thereon. It can be constituted by a membrane. Thereafter, annealing was performed at 400 ° C. for 20 to 30 minutes.
[0071]
Next, in this embodiment, a conductive wire 41, a metal wire in this embodiment is joined to the striped electrodes or wirings 37 along these, respectively, and a transparent adhesive 21 is used on the conductive wire 41. The substrate 42 is bonded (FIG. 14C). Bonding of the conductive wire 41 to the electrode or wiring 37 can be performed by soldering. Then, one end or both ends of these conductive lines 41 are made longer than the electrodes or wirings 37 and led out to the outside.
[0072]
Thereafter, an external force is applied to the semiconductor substrate 11 and the transparent substrate 42 to separate them from each other. Thus, in the fragile cavity layer 13, the semiconductor film 17 and the single crystal semiconductor layer 14 are separated (separated) from the semiconductor substrate 11, and the thin film semiconductor 23 in which the semiconductor film 17 is bonded onto the transparent substrate 42 is formed. Is obtained (FIG. 15D).
[0073]
In this case, although the porous layer 12 remains on the back surface of the thin film semiconductor 23, a silver paste is applied on the porous layer 12, and a metal plate is further bonded to form the other back electrode 24. In this way, the printed circuit board 20 is p. + -P - -N + A solar cell in which the thin film semiconductor 23 having the structure is formed is formed (FIG. 15E). The metal electrode 24 also functions as a protective film on the back surface of the solar cell.
[0074]
In the solar cell thus formed, the light receiving side electrode or wiring 37 is covered with the transparent substrate 42, but the electrical external derivation from this is performed by the conductive wire 41. Can be easily connected. Further, for example, as in the above-described embodiment, the conductive line 41 is led out from each of the plurality of electrodes or wirings 37 that are in contact with the epitaxial semiconductor film 13, that is, the active part of the solar cell. Thus, the series resistance of the solar cell can be made sufficiently small.
[0075]
Further, since the conductive wire 41 is led out to the outside as described above, when a plurality of solar cells are connected to each other, this connection can be easily performed.
[0076]
In each of the above-described Examples 3 to 8, the semiconductor substrate 11 left after the separation in the cavity layer 13 is repeated as the semiconductor substrate 11 that performs anodization constituting the respective thin film semiconductors, semiconductor integrated circuit devices, solar cells, and the like again. Can be used. In addition, this repetition Return The semiconductor substrate 11 whose thickness is reduced by use can constitute a thin film semiconductor or semiconductor integrated circuit device in which a circuit element or an integrated circuit is formed.
[0077]
Alternatively, the semiconductor substrate 11 left by the separation as described above can be used as, for example, a thin film semiconductor supporting substrate 19. An example in this case will be described as Example 9 with reference to FIG.
[0078]
Example 9
Also in this example, a Si single crystal semiconductor substrate 11 similar to that used in Example 1 was prepared (FIG. 16A).
The surface of the semiconductor substrate 11 is anodized by the same method as described in Example 1 to form the surface layer 12S and the porous layer 12 having the intermediate porosity layer 12M having a higher porosity. Was formed (FIG. 16B). Then, the semiconductor substrate 11 is converted to H by an atmospheric pressure Si epitaxial growth apparatus. 2 Heat treatment or annealing was performed in the atmosphere. In this annealing, the temperature was raised from room temperature to 1120 ° C. over about 20 minutes, and this temperature was maintained for about 30 minutes. In this way, the single crystal semiconductor layer 14 is generated on the interface side between the porous layer and the semiconductor substrate 11 in the porous layer 12, and the plurality of columnar bodies 15 are dispersed and planted. 13 occurs (FIG. 16C).
In this way, the cavity layer 13, the single crystal semiconductor layer 14, and the porous layer 12 are formed on the surface of the initial semiconductor substrate 11, and in the lower layers, the semiconductor substrate 11S is formed. 1 Remain as.
[0079]
After that, the porous layer 12 is etched with HCl to expose the single crystal semiconductor layer 14 to the outside (FIG. 16D).
A semiconductor film 17 made of Si, for example, is epitaxially grown on the single crystal semiconductor layer 14 thus exposed to the outside. Then, an insulating layer 18 is formed on the surface of the Si semiconductor film 17 by, for example, surface thermal oxidation of the Si semiconductor film 17. (FIG. 16E).
Then, the Si carrying substrate 19 is bonded onto the insulating layer 18 (FIG. 16F). For this bonding, for example, the Si-supporting substrate 19 is washed beforehand with alkali to make the surface hydrophilic, and this is matched with the semiconductor film 17 on which the insulating layer 18 is formed. 2 Bonding can be performed by annealing at 1000 ° C. for 30 minutes in an atmosphere.
[0080]
Thereafter, the semiconductor film 17 bonded to the carrier substrate 19 is separated from the semiconductor substrate 11 together with the single crystal semiconductor layer 14 by breaking the fragile cavity layer 13 (FIG. 16G). In this way, an SOI substrate 20 having a thin film semiconductor in which the semiconductor film 17 and the single crystal semiconductor layer 14 are bonded to the carrier substrate 19 via the insulating layer 18 is formed. Separation Semiconductor substrate 11S below the above-described cavity layer 13 1 Are separated.
[0081]
In this way, a plurality of operations in the series of steps described with reference to FIGS. 16A to 16G are sequentially performed in series or in parallel. That is, the first operation by the series of steps described in FIGS. 16A to 16G, the other second operation by the series of steps described in FIGS. 16A to 16G, and the same in FIGS. 16A to 16G. In this case, the supporting substrate 19 shown in FIG. 16F in the first operation is performed before or partially in parallel. Same as above Series The semiconductor substrate 11s separated by the operation of 0 Consists of. And the second work In The supporting substrate 19 shown in FIG. Parallel The semiconductor substrate 11s separated in the first work performed 1 Consists of.
[0082]
In this way, for example, in the manufacture of the SOI substrate, the semiconductor substrate 11s (11s generated by the separation of the semiconductor substrate 11 left in other operations, that is, the separation is generated. 0 , 11s 1 ... Are used as the carrier substrate 19.
[0083]
Note that the semiconductor substrate 11s used as the carrier substrate 19 in this case is not limited to the case where the semiconductor substrate generated by the series of steps described with reference to FIGS. 16A to 16G as described above is used, and is separated. The semiconductor substrate 11s can be used as the carrier substrate 19 with respect to the semiconductor substrate 11s reduced to a required thickness by performing the above-described series of operations a plurality of times using the semiconductor substrate 11s again as the initial semiconductor substrate 11.
[0084]
Note that the annealing for forming the cavity layer 13 and the single crystal semiconductor layer 14 in the present invention is performed under normal pressure or reduced pressure. 2 In addition to annealing in a gas atmosphere, as described above, annealing can be performed in a group 8 element gas in a vacuum or in a periodic table of He, Ne, Ar, Kr, or the like.
[0085]
In each example described above, the anodizing apparatus is the case where the single tank structure of FIG. 2 is used, but the two tank structure anodizing apparatus described in FIG. 1 can be used.
[0086]
In the above-mentioned anodization, peeling of the semiconductor, for example, Si from the substrate side may occur due to large-current energization, long-time energization, etc., and this Si waste may adhere to the electrolyte bath. In this case, after removing the substrate 11, unnecessary semiconductor waste such as Si can be removed by etching by injecting hydrofluoric acid into the tank instead of the electrolytic solution.
In each of the above examples, the semiconductor film 17 and the single crystal semiconductor layer 14 are separated from the semiconductor substrate 11 by applying an external force that separates them from each other. In this case, the separation can be performed by vacuum adsorption as described above. it can. Alternatively, it can be separated by breaking the cavity layer by ultrasonic vibration.
[0087]
Moreover, a porous layer can be easily formed by performing anodization in the electrolytic solution containing hydrogen fluoride and ethanol, or the liquid mixture of hydrogen fluoride and methanol. In this case, when changing the current density of the anodization, the range of adjusting the porosity is further increased by changing the composition of the electrolytic solution.
[0088]
In addition, when light is irradiated during anodization, unevenness on the surface of the porous layer is remarkably generated, and the crystallinity of the epitaxial semiconductor film is deteriorated. This can reduce or avoid the unevenness, and an epitaxial semiconductor film having good crystallinity can be formed.
[0089]
Further, as described above, in the present invention, the single crystal semiconductor layer 14, the single crystal semiconductor layer 14 and the semiconductor film 17 formed thereon, or the semiconductor film 17 formed on the porous layer 12, For example, a thin film semiconductor is formed, and each semiconductor film 17 is formed by epitaxial growth. In particular, when this semiconductor film 17 is epitaxially grown on the single crystal semiconductor layer 14, a semiconductor having excellent crystallinity. A film 17 can be formed. However, the semiconductor film 17 is not limited to an epitaxially grown film, and can be formed of a polycrystalline layer, an amorphous layer, or a mixture thereof as described above.
[0090]
Further, when a silicon Si film is formed as the semiconductor film 17, in order to obtain a Si film having excellent surface smoothness, a chlorine-based gas SiCl is used as a source gas for supplying Si. Four , SiHCl Three , Si 2 H 2 Cl 2 For example, in order to generate fine irregularities on the surface in order to increase the light receiving efficiency as in a solar cell, etching with HCl prior to the formation of the semiconductor film, followed by the silane gas SiH Four , S 2 H 6 It is preferable to perform film formation by, for example.
[0091]
In the semiconductor substrate (semiconductor substrate 16) according to the present invention described above, the semiconductor substrate 11 has a structure in which the columnar body 15 is formed with the single crystal semiconductor layer 14 via the cavity layer 13 that exists as a support column. However, since the strength of the hollow layer 13 can be reliably set by selecting the thickness of the connecting columnar body 15 or the like, in some cases, various usage modes of the hollow layer 13 or the columnar body 15 themselves are possible. Further, even when this cavity layer 13 is used as a separation layer separated from the single crystal semiconductor layer 14, for example, in handling, the inconvenience that the cavity layer 13 is inadvertently broken is effective. In In addition, when separation is required, the strength can be selected so as not to be excessive or deficient so that the separation can be surely performed over the entire area of the cavity layer 13. Therefore, a thin film semiconductor and a semiconductor device such as an SOI, a solar cell, and an integrated circuit using the semiconductor substrate 16 can be easily and reliably configured with a high yield.
[0092]
In addition, according to the manufacturing method of the present invention, the cavity layer 13 and the single crystal semiconductor layer 14 are formed by the formation and annealing of the porous layer. The formation conditions of the porous layer and the selection of the annealing conditions are selected. Thus, the strength of the cavity layer 13, that is, for example, the thickness of the columnar body can be selected, so that the separation strength can be easily and reliably selected according to the purpose of use of the semiconductor substrate 16.
[0093]
In the method of the present invention, as described above, after the anodization, the cavity layer and the single crystal semiconductor layer are formed by annealing, and the subsequent epitaxial growth of the semiconductor film or the like on the surface of the porous layer or the single crystal semiconductor layer is, for example, Since the CVD method can be performed at a temperature of 700 ° C. to 1200 ° C., in this case, the thickness of the cavity layer and the single crystal semiconductor layer selected by selecting the annealing conditions is performed by forming the film at a temperature lower than the annealing temperature. In addition, the porosity such as the thickness and density of the columnar body in the hollow layer can be prevented from fluctuating due to the formation of a semiconductor film or the like.
[0094]
In addition, according to the manufacturing method of the present invention, the semiconductor substrate 11 constituting the semiconductor substrate 16 has the remaining semiconductor substrate after separation of the single crystal semiconductor layer 14 and the semiconductor film 17 from the semiconductor substrate 11 in the cavity layer 13. For example, the surface is again used as a semiconductor substrate 11 for obtaining the semiconductor substrate 16 by polishing the surface thereof by electrolytic polishing or the like, or the thickness reduced by the formation of the semiconductor substrate 16 is compensated by epitaxial growth. Since it can be used repeatedly many times, and as described above, it can be used as the carrier substrate 19, it can be manufactured at low cost.
[0095]
In addition, according to the manufacturing method of the present invention, a substrate such as a printed circuit board is bonded as a supporting substrate 19 on a semiconductor film, and the substrate and the semiconductor film are integrated, and then peeled off from the semiconductor substrate 11. Therefore, the type of the carrier substrate 19 is not limited, and a thin film single crystal is formed on a substrate such as a metal plate, ceramic, glass, resin, etc., which has never been considered by conventional common sense of semiconductor technology. A semiconductor can be formed or a solar cell can be formed.
[0096]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to easily and inexpensively provide a semiconductor substrate having an optimum strength and structure according to various uses and modes.
Therefore, it is possible to produce an industrially important effect that various semiconductor devices can be manufactured in a mass production, with a high yield, with a high yield, and therefore with a low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an example of an anodizing apparatus for carrying out the method of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of another example of an anodizing apparatus for carrying out the method of the present invention.
3A to 3D are process diagrams of one manufacturing method for obtaining a semiconductor substrate according to the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of an example of a semiconductor substrate according to the present invention.
FIG. 5 is an SEM image of an example of a semiconductor substrate according to the present invention.
FIG. 6 is an SEM image of another example of a semiconductor substrate according to the present invention.
FIG. 7 is a further enlarged SEM image of an example of a semiconductor substrate according to the present invention.
FIG. 8 is a further enlarged SEM image of another example of a semiconductor substrate according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a structure of a hole in a cavity layer for explaining the present invention.
FIG. 10 is a view showing a structure of a hole in a cavity layer for explaining the present invention.
FIGS. 11A and 11B are process diagrams of an example of a method of manufacturing a thin film semiconductor according to the present invention. FIGS.
12A to 12E are process diagrams of an example of a method for manufacturing an SOI substrate according to the present invention.
13A to 13D are process diagrams of an example of a method for manufacturing an integrated circuit device according to the present invention.
14A to 14C are solar cells according to the present invention. Made of It is process drawing (the 1) of an example of a manufacturing method.
FIG. 15 D and E are solar cells according to the invention Made of It is process drawing (the 2) of an example of a manufacturing method.
16A to 16G are process diagrams of another example of a method for manufacturing an SOI substrate according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrolytic solution tank, 1A 1st tank, 1B 2nd tank, 1H opening, 2 DC power supply, 3A, 3B electrode, 11 Semiconductor substrate, 12 Porous layer, 13 Cavity layer, 14 Single crystal semiconductor layer, 15 Columnar shape Body, 16 semiconductor substrate, 17 semiconductor film (or material film), 18 insulating layer, 19 carrier substrate, 20 SOI substrate, 21 adhesive, 26 insulating film, 27 thin film semiconductor, 37 electrode or wiring, 41 conductive line, 51 separation Insulating layer, 52 Gate insulating film, 53 Gate electrode, 54 Side wall, 55 Semiconductor region, 56 First interlayer insulating layer, 57 First wiring layer, 58 Second interlayer insulating layer, 59 Second wiring layer, First semiconductor film, 132 Second semiconductor film, 133 Third semiconductor film, 171 First semiconductor film, 172 Second semiconductor film, 173 Third semiconductor film

Claims (1)

半導体基体上に、複数の柱状体が分散して存在する空洞層を介して単結晶半導体層が形成され、該単結晶半導体層上に多孔質層が形成され、該多質層上に、所要の材料膜の成膜がなされた
ことを特徴とする半導体基体。
On the semiconductor substrate, through a hollow layer in which a plurality of columnar bodies are present dispersed single-crystal semiconductor layer is formed, the porous layer is formed on the single crystal semiconductor layer, the porous layer, A semiconductor substrate characterized in that a required material film is formed.
JP06313597A 1997-03-17 1997-03-17 Semiconductor substrate and method of manufacturing semiconductor substrate and thin film semiconductor Expired - Fee Related JP3951340B2 (en)

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