JP4263124B2 - 半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Description
この実施例1では、n型単結晶シリコン基板の表面を銀(Ag)を含有する電解液を用いてエッチングすることにより、実施例1−1および1−2によるn型単結晶シリコン基板を作製するとともに、上記した従来の電解液を用いてエッチングすることにより、比較例1−1によるn型単結晶シリコン基板を作製した。なお、このn型単結晶シリコン基板は、本発明の「シリコン半導体」の一例である。そして、その作製したn型単結晶シリコン基板について、反射率スペクトルを測定した。以下、詳細に説明する。
図1〜図3は、本発明の実施例1−1によるn型単結晶シリコン基板の作製プロセスを説明するための模式図である。図1〜図3を参照して、実施例1−1によるn型単結晶シリコン基板の作製プロセスについて説明する。
上記反応式(1)に示した反応により、n型単結晶シリコン基板の表面の銀イオン(Ag+)に対応する領域にSiF2が生成される。そして、この生成されたSiF2と電解液中のフッ化水素(HF)とによって、以下の反応式(2)に示す反応が生じると考えられる。
上記反応式(2)に示した反応によって、n型単結晶シリコン基板の表面の銀イオン(Ag+)に対応する領域にSiF4が生成される。そして、この生成されたSiF4と電解液中のフッ化水素(HF)とによって、以下の反応式(3)に示す反応が生じると考えられる。
上記反応式(3)に示した反応により生成されたH2SiF6はガスであるので、電解液中に気泡となって放出される。これにより、n型単結晶シリコン基板の表面の銀イオン(Ag+)に対応する領域がエッチングされて、図2に示すような円形の平面形状とU字状の断面形状とを有する凹部が複数形成されると考えられる。なお、図2に示すような円形の平面形状とU字状の断面形状とを有する凹部が形成されるのは、上記のプロセスでは、n型単結晶シリコン基板の表面に対して等方的にエッチングが行われることによると考えられる。このようにして、n型単結晶シリコン基板の表面に凹凸形状が形成されると考えられる。
この実施例1−2では、上記実施例1−1によるn型単結晶シリコン基板の凹凸形状が形成された表面をさらにエッチングすることによって、実施例1−2によるn型単結晶シリコン基板を作製した。具体的には、上記実施例1−1によるn型単結晶シリコン基板を5質量%の水酸化ナトリウム(NaOH)を含有する水溶液(室温)中に15分間浸漬することにより、凹凸形状が形成されたn型単結晶シリコン基板の表面をエッチングした。これにより、n型単結晶シリコン基板の表面上に生成されたSiF2やSiF4などの生成物(上記反応式(1)および(2)参照)を除去するとともに、n型単結晶シリコン基板の表面に形成された凹凸形状の断面における凹部の幅に対する深さの比を少し小さくした。また、この水酸化ナトリウム水溶液によるエッチングは異方性エッチングであるので、実施例1−1により形成された円形の平面形状とU字状の断面形状とを有する凹部(図2参照)は、図3に示すような凹部になった。各々の凹部は、立体的に見ると、四角錘(ピラミッド)の頂点を下向きにした逆ピラミッド構造(逆四角錘形状)を有する。上記のようにして実施例1−2によるn型単結晶シリコン基板を作製した。
この比較例1−1では、従来の電解液と同様の構成を有する電解液を用いて、n型単結晶シリコン基板の表面をエッチングすることにより比較例1−1によるn型単結晶シリコン基板を作製した。具体的には、3質量%の水酸化ナトリウム(NaOH)を含有する水溶液にイソプロピルアルコール(IPA)を10質量%添加した電解液を用いて、75℃の温度で30分間、n型単結晶シリコン基板の表面をエッチングした。なお、電解液に添加したイソプロピルアルコール(IPA)は、エッチング中に揮発していくので、少量のイソプロピルアルコール(IPA)を電解液に追加しながらエッチングを行った。これにより、n型単結晶シリコン基板の表面に、ピラミッド構造(四角錘形状)の凸部を含む凹凸形状を形成した。これ以外は、上記実施例1−1と同様にして比較例1−1によるn型単結晶シリコン基板を作製した。
この実施例2では、n型単結晶シリコン基板の表面に高濃度のn型不純物領域を形成した後、凹凸形状を形成した実施例2−1および実施例2−2によるn型単結晶シリコン基板と、上記した従来の電解液を用いてエッチングすることにより凹凸形状を形成した比較例2−1によるn型単結晶シリコン基板とを作製した。そして、その作製したn型単結晶シリコン基板について、反射率スペクトルを測定した。
この実施例2−1では、n型単結晶シリコン基板の表面を平坦化した後、そのn型単結晶シリコン基板の表面にリンを熱拡散させることによって、n型単結晶シリコン基板の表面近傍のn型不純物の濃度を上昇させた。これにより、n型単結晶シリコン基板の表面にn型単結晶シリコン基板の導電率よりも高い導電率を有するn型の高濃度不純物領域を形成した。次に、10質量%のフッ化水素(HF)を含有する水溶液と、30質量%の過酸化水素(H2O2)を含有する水溶液とを10:1の体積比で混合した後、2.0×10−5mol/lの銀(Ag)を添加することによって電解液を調製した。その後、電解液中に上記のn型の高濃度不純物領域を形成したn型単結晶シリコン基板を30分間浸漬することにより、n型単結晶シリコン基板の表面に凹凸形状を形成した。これ以外は、上記実施例1−1と同様にして実施例2−1によるn型単結晶シリコン基板を作製した。
この実施例2−2では、上記実施例2−1によるn型単結晶シリコン基板を40℃の温度に保持した5質量%の水酸化ナトリウム(NaOH)を含有する水溶液中に3分間浸漬することにより、凹凸形状が形成されたn型単結晶シリコン基板の表面をエッチングした。このように、エッチングに用いる水溶液の温度を上昇させることにより、短時間でエッチングを行うことが可能である。これ以外は、上記実施例1−2と同様にして実施例2−2によるn型単結晶シリコン基板を作製した。
この比較例2−1では、上記比較例1−1と同様にして、比較例2−1によるn型単結晶シリコン基板を作製した。
この実施例3では、種々の電解液を用いて、n型単結晶シリコン基板およびp型単結晶シリコン基板の表面をエッチングして凹凸形状を形成することにより、実施例3−1〜3−9による単結晶シリコン基板を作製した。そして、その実施例3−1〜3−9による単結晶シリコン基板の表面をエッチングして凹凸形状を形成する際のエッチングレートを測定した。
この実施例3−1では、10質量%のフッ化水素(HF)を含有する水溶液に2×10−5mol/lの塩化銀(I)(AgCl)を添加した電解液を用いて、105cm2の表面積を有するn型単結晶シリコン基板(抵抗率:1.1Ωcm)の表面をエッチングすることにより凹凸形状を形成した。これ以外は、上記実施例1−1と同様にして実施例3−1によるn型単結晶シリコン基板を作製した。
この実施例3−2では、10質量%のフッ化水素(HF)を含有する水溶液と、30質量%の過酸化水素(H2O2)を含有する水溶液とを10:1の体積比で混合した後、2×10−5mol/lの塩化銀(I)を添加することによって、電解液を調製した。そして、この電解液を用いて、n型単結晶シリコン基板の表面をエッチングすることにより凹凸形状を形成した。これ以外は、上記実施例3−1と同様にして実施例3−2によるn型単結晶シリコン基板を作製した。
この実施例3−3では、10質量%のフッ化水素(HF)を含有する水溶液中にオゾンの泡を放出することによって、水溶液中にオゾンを溶解させた。その後、その水溶液に2×10−5mol/lの塩化銀(I)を添加することによって、電解液を調製した。そして、この電解液を用いて、n型単結晶シリコン基板の表面をエッチングすることにより凹凸形状を形成した。これ以外は、上記実施例3−1と同様にして実施例3−3によるn型単結晶シリコン基板を作製した。
この実施例3−4では、n型単結晶シリコン基板をエッチングするのに先立って、上記実施例2−1と同様のプロセスにより、n型単結晶シリコン基板の表面近傍にn型単結晶シリコン基板の導電率よりも高い導電率を有するn型の高濃度不純物領域を形成した。これ以外は、上記実施例3−1と同様にして実施例3−4によるn型単結晶シリコン基板を作製した。
この実施例3−5では、n型単結晶シリコン基板をエッチングするのに先立って、上記実施例2−1と同様のプロセスにより、n型単結晶シリコン基板の表面近傍にn型単結晶シリコン基板の導電率よりも高い導電率を有するn型の高濃度不純物領域を形成した。これ以外は、上記実施例3−2と同様にして実施例3−5によるn型単結晶シリコン基板を作製した。
この実施例3−6では、n型単結晶シリコン基板をエッチングするのに先立って、上記実施例2−1と同様のプロセスにより、n型単結晶シリコン基板の表面近傍にn型単結晶シリコン基板の導電率よりも高い導電率を有するn型の高濃度不純物領域を形成した。これ以外は、上記実施例3−3と同様にして実施例3−6によるn型単結晶シリコン基板を作製した。
この実施例3−7では、(100)面を有するp型単結晶シリコン基板(抵抗率:0.7Ωcm)の表面を、上記実施例3−1と同様の電解液を用いてエッチングすることにより凹凸形状を形成するとともに、上記実施例3−1と同様にして実施例3−7によるp型単結晶シリコン基板を作製した。
この実施例3−8では、(100)面を有するp型単結晶シリコン基板(抵抗率:0.7Ωcm)の表面を、上記実施例3−2と同様の電解液を用いてエッチングすることにより凹凸形状を形成するとともに、上記実施例3−2と同様にして実施例3−8によるp型単結晶シリコン基板を作製した。
この実施例3−9では、(100)面を有するp型単結晶シリコン基板(抵抗率:0.7Ωcm)の表面を、上記実施例3−3と同様の電解液を用いてエッチングすることにより凹凸形状を形成するとともに、上記実施例3−3と同様にして実施例3−9によるp型単結晶シリコン基板を作製した。
上記式(4)により算出したエッチングレートを以下の表1に示す。
この実施例4では、塩化銅(I)を添加した電解液を用いてエッチングを行うことにより凹凸形状を形成した実施例4−1によるn型単結晶シリコン基板と、上記した従来の電解液を用いてエッチングすることにより凹凸形状を形成した比較例4−1によるn型単結晶シリコン基板とを作製した。そして、その作製したn型単結晶シリコン基板について、反射率スペクトルを測定した。
この実施例4−1では、10質量%のフッ化水素(HF)を含有する水溶液と、30質量%の過酸化水素(H2O2)を含有する水溶液とを10:1の体積比で混合した後、1×10−3mol/lの塩化銅(I)(CuCl)を添加することによって、電解液を調製した。そして、この電解液中にn型単結晶シリコン基板を20分間浸漬することにより、n型単結晶シリコン基板の表面をエッチングして凹凸形状を形成した。この際、n型単結晶シリコン基板の表面に銅が析出することにより、n型単結晶シリコン基板の表面が徐々に茶色に変色するのを確認した。この後、アンモニア、過酸化水素水および水を1:1:10の体積比で混合した水溶液を80℃に加熱した後、この水溶液中に表面に銅が析出したn型単結晶シリコン基板を10分間浸漬した。これにより、n型単結晶シリコン基板の表面に析出した銅を除去した。これ以外は、上記実施例1−1と同様にして実施例4−1によるn型単結晶シリコン基板を作製した。なお、この実施例4−1による凹凸形状を形成するためのエッチングでは、上記実施例1−1による凹凸形状を形成するためのエッチング反応(実施例1−1による反応式(1)〜(3)参照)と同様の反応が生じると考えられる。
この比較例4−1では、上記比較例1−1と同様にして比較例4−1によるn型単結晶シリコン基板を作製した。
この実施例5では、銀(Ag)の添加量を変化させた電解液を用いて、n型単結晶シリコン基板の表面をエッチングすることにより実施例5−1〜5−13によるn型単結晶シリコン基板を作製するとともに、その作製したn型単結晶シリコン基板について反射率スペクトルを測定した。
この実施例5−1では、10質量%のフッ化水素(HF)を含有する水溶液と、30質量%の過酸化水素(H2O2)を含有する水溶液とを10:1の体積比で混合した後、1.0×10−8mol/lの過塩素酸銀(AgClO4)を添加することによって、電解液を調製した。そして、この電解液中に(100)面を有するn型単結晶シリコン基板(抵抗率:2.5Ωcm)を15分間浸漬した。これ以外は、上記実施例1−1と同様にして実施例5−1によるn型単結晶シリコン基板を作製した。なお、この実施例5−1によるn型単結晶シリコン基板の表面には、凹凸形状が形成されなかった。
この実施例5−2では、10質量%のフッ化水素(HF)を含有する水溶液と、30質量%の過酸化水素(H2O2)を含有する水溶液とを10:1の体積比で混合した後、1.4×10−7mol/lの過塩素酸銀(AgClO4)を添加することによって、電解液を調製した。これ以外は、上記実施例5−1と同様にして実施例5−2によるn型単結晶シリコン基板を作製した。なお、この実施例5−2によるn型単結晶シリコン基板の表面には、凹凸形状が形成されなかった。
この実施例5−3では、10質量%のフッ化水素(HF)を含有する水溶液と、30質量%の過酸化水素(H2O2)を含有する水溶液とを10:1の体積比で混合した後、4.0×10−7mol/lの過塩素酸銀(AgClO4)を添加することによって、電解液を調製した。これ以外は、上記実施例5−1と同様にして実施例5−3によるn型単結晶シリコン基板を作製した。なお、この実施例5−3によるn型単結晶シリコン基板の表面には、凹凸形状が形成されているのが確認できた。
この実施例5−4では、10質量%のフッ化水素(HF)を含有する水溶液と、30質量%の過酸化水素(H2O2)を含有する水溶液とを10:1の体積比で混合した後、8.2×10−7mol/lの過塩素酸銀(AgClO4)を添加することによって、電解液を調製した。これ以外は、上記実施例5−1と同様にして実施例5−4によるn型単結晶シリコン基板を作製した。なお、この実施例5−4によるn型単結晶シリコン基板の表面には、凹凸形状が形成されているのが確認できた。
この実施例5−5では、10質量%のフッ化水素(HF)を含有する水溶液と、30質量%の過酸化水素(H2O2)を含有する水溶液とを10:1の体積比で混合した後、5.1×10−6mol/lの過塩素酸銀(AgClO4)を添加することによって、電解液を調製した。これ以外は、上記実施例5−1と同様にして実施例5−5によるn型単結晶シリコン基板を作製した。なお、この実施例5−5によるn型単結晶シリコン基板の表面には、凹凸形状が形成されているのが確認できた。
この実施例5−6では、10質量%のフッ化水素(HF)を含有する水溶液と、30質量%の過酸化水素(H2O2)を含有する水溶液とを10:1の体積比で混合した後、7.3×10−5mol/lの過塩素酸銀(AgClO4)を添加することによって、電解液を調製した。これ以外は、上記実施例5−1と同様にして実施例5−6によるn型単結晶シリコン基板を作製した。なお、この実施例5−6によるn型単結晶シリコン基板の表面には、凹凸形状が形成されているのが確認できた。
この実施例5−7では、10質量%のフッ化水素(HF)を含有する水溶液と、30質量%の過酸化水素(H2O2)を含有する水溶液とを10:1の体積比で混合した後、1.8×10−4mol/lの過塩素酸銀(AgClO4)を添加することによって、電解液を調製した。これ以外は、上記実施例5−1と同様にして実施例5−7によるn型単結晶シリコン基板を作製した。なお、この実施例5−7によるn型単結晶シリコン基板の表面には、凹凸形状が形成されているのが確認できた。
この実施例5−8では、10質量%のフッ化水素(HF)を含有する水溶液と、30質量%の過酸化水素(H2O2)を含有する水溶液とを10:1の体積比で混合した後、3.0×10−4mol/lの過塩素酸銀(AgClO4)を添加することによって、電解液を調製した。これ以外は、上記実施例5−1と同様にして実施例5−8によるn型単結晶シリコン基板を作製した。なお、この実施例5−8によるn型単結晶シリコン基板の表面には、凹凸形状が形成されているのが確認できた。
この実施例5−9では、10質量%のフッ化水素(HF)を含有する水溶液と、30質量%の過酸化水素(H2O2)を含有する水溶液とを10:1の体積比で混合した後、5.9×10−4mol/lの過塩素酸銀(AgClO4)を添加することによって、電解液を調製した。これ以外は、上記実施例5−1と同様にして実施例5−9によるn型単結晶シリコン基板を作製した。なお、この実施例5−9によるn型単結晶シリコン基板の表面には、凹凸形状が形成されているのが確認できた。
この実施例5−10では、10質量%のフッ化水素(HF)を含有する水溶液と、30質量%の過酸化水素(H2O2)を含有する水溶液とを10:1の体積比で混合した後、1.2×10−3mol/lの過塩素酸銀(AgClO4)を添加することによって、電解液を調製した。これ以外は、上記実施例5−1と同様にして実施例5−10によるn型単結晶シリコン基板を作製した。なお、この実施例5−10によるn型単結晶シリコン基板の表面には、析出した銀(Ag)が付着した領域と、銀(Ag)が付着することなく凹凸形状が形成されている領域とが混在しているのが確認できた。
この実施例5−11では、10質量%のフッ化水素(HF)を含有する水溶液と、30質量%の過酸化水素(H2O2)を含有する水溶液とを10:1の体積比で混合した後、2.0×10−3mol/lの過塩素酸銀(AgClO4)を添加することによって、電解液を調製した。これ以外は、上記実施例5−1と同様にして実施例5−11によるn型単結晶シリコン基板を作製した。なお、この実施例5−11によるn型単結晶シリコン基板の表面には、析出した銀(Ag)が付着した領域と、銀(Ag)が付着することなく凹凸形状が形成されている領域とが混在しているのが確認できた。
この実施例5−12では、10質量%のフッ化水素(HF)を含有する水溶液と、30質量%の過酸化水素(H2O2)を含有する水溶液とを10:1の体積比で混合した後、2.4×10−3mol/lの過塩素酸銀(AgClO4)を添加することによって、電解液を調製した。これ以外は、上記実施例5−1と同様にして実施例5−12によるn型単結晶シリコン基板を作製した。なお、この実施例5−12によるn型単結晶シリコン基板の表面は、全体にわたって、析出した銀(Ag)で覆われていることが確認できた。
この実施例5−13では、10質量%のフッ化水素(HF)を含有する水溶液と、30質量%の過酸化水素(H2O2)を含有する水溶液とを10:1の体積比で混合した後、4.8×10−3mol/lの過塩素酸銀(AgClO4)を添加することによって、電解液を調製した。これ以外は、上記実施例5−1と同様にして実施例5−13によるn型単結晶シリコン基板を作製した。なお、この実施例5−13によるn型単結晶シリコン基板の表面は、全体にわたって、析出した銀(Ag)で覆われていることが確認できた。
1a 凹凸形状
2 i型非晶質シリコン層
3 p型非晶質シリコン層
4 透明導電膜
5 i型非晶質シリコン層
6 n型非晶質シリコン層
7 透明導電膜
8 表面側集電極
9 裏面側集電極
Claims (6)
- 過酸化水素及びオゾンの少なくとも一方が添加されたフッ化水素を含有する電解液に、銀、銅、白金、銀化合物および白金化合物からなるグループより選択される少なくとも1つの金属材料を溶解させる工程と、
前記金属材料が溶解された電解液に、シリコン半導体を接触させることにより、前記シリコン半導体の表面に凹凸形状を形成する工程とを備え、
前記電解液に前記シリコン半導体を接触させる工程においてバブリングを行うことにより、当該工程中に発生する気泡を前記シリコン半導体の表面から除去することを特徴とする、
半導体素子の製造方法。 - 前記金属材料が溶解された電解液中の前記金属材料の含有量は、3.0×10−7mol/l以上1.1×10−3mol/l以下である、請求項1に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記シリコン半導体は、所定量の不純物を含有することにより所定の導電率を有しており、
前記シリコン半導体の表面に凹凸形状を形成する工程に先立って、前記シリコン半導体の表面に、不純物を導入することにより、前記シリコン半導体の導電率よりも高い導電率を有する不純物領域を形成する工程をさらに備えた、請求項1または2のいずれか1項に記載の半導体素子の製造方法。 - 前記シリコン半導体の表面の凹凸形状を形成する工程の後、前記凹凸形状が形成されたシリコン半導体の表面をエッチングする工程をさらに備えた、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記金属材料が溶解された電解液中の前記金属材料の含有量は、8.2×10−7mol/l以上5.9×10−4mol/l以下である、請求項4に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記シリコン半導体は、光起電力素子に使用されるシリコン半導体である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体素子の製造方法。
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