JPH03187229A - 半導体形状の改善方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野） 本発明は半導体の処理方法に係り、半導体素子の特性を向上するためのものである。 【従来の技術】

物質の表面がその融点以下の温度において溶ける現象は
これまでも知られていたが、簡単なモデルでも表面の１
原子層が溶ける（原子が動く）温度は融点の２／３程度
であり、実験的には真空中においてそれよりもかなり高
い温度でしか観測されていなかった。これに関しては、
サーフエースサイエンス、１７８　（１９８６年）第３
８２頁−第３９５頁（Ｓｕｒｆａｃｅ　５ｃｉｅｎｃｅ
、　１７８（１９８６）ＰＰ、３８２−３９５、あるい
はフィジカル　レビュー　レター、５６　（１４）（１
９８７年）第１４３７頁−第１４３９頁（Ｐｈｙｓｉｃ
ａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ　Ｌｅｔｔｅｒ　、　５８　（１４
）。 （１９８７）ＰＰ、１４３７−１４３９等に於いて論じ
られている。これらの現象は、超高真空中においてより
顕著である。ここで、超高真空技術の最も一般的な応用
として分子線ビームエピタキシャル法があるが、通常こ
こでは基板を加熱することにより表面の酸化膜等を除去
する表面クリーニングの工程がプロセスでの最高温度で
ある。デバイスの製造では、超高真空装置中にいれる前
に基板が凹凸の形状に加工されていることも多いが、こ
の表面クリーニングにおいて基板の形状が変化した報告
はない。 近年、素子の高性能化のために基板の異方性エツチング
が多く行われているが、異方性エツチングの方法にはド
ライエツチング法とウェットエツチング法がある。ドラ
イエツチング法はＲ４Ｅ装置やＥＣＲエツチング装置等
を用いて行なわれ。 トレンチエツチングの様に基板を垂直にエツチングする
場合に多く行なわれる。一方、ウェットエツチングは単
結晶シリコン太陽電池の製造において、アルカリによる
テクスチャーエツチングが行なわれている。両者の方法
は共に異方性エツチングした後の断面は直線で構成され
る様になり、角は丸くならない。このため、素子特性で
は劣る問題があり、コーナーに丸みをもたせるために再
び等方性エツチングが行われていた。これに関しては、
第４７回応用物理学会学術講演会２９Ｐ−Ｐ−６および
２９ｐ−Ｐ−１６，第３５回応用物理学会学＃ｉ講演会
２８ｐ−Ｇ−２に於いて論じられている。

【発明が解決しようとする課題１ 上記従来技術におけるドライエツチング法は、基板を異
法性エツチングするためには優れた方法であるが、いく
つかの欠点を持っている。その一つは、異方性が大きい
場合はどエツチングは垂直に行なわれるが、その結果エ
ツチング面でのコーナ一部が鋭角又は直角になり、この
ためトレンチキャパシタではそこで電界集中がおこった
り、熱酸化膜を形成した場合にコーナ一部の膜厚が薄く
なったり、ＣＶＤ法により絶縁膜で覆う場合や金属電極
の蒸着で段切れする問題等があった。また、エツチング
面が完全には平滑にならず、微小な凹凸になったり、エ
ツチング時のイオン衝撃により表面層にダメージが発生
する問題があった。一方、アルカリによってウェットエ
ツチングした場合もエツチング表面が鋭角となるために
、素子を作製したときに電界集中が起ったり、その部分
が欠けたりして素子特性が劣化する問題があった。 そこで、これらの問題を解決する方法が提案されている
が、微細パターンでは寸法精度が得られない等の問題が
あった。 ［課題を解決するための手段］ 上記目的は、表面に酸化膜等がなく、基板表面が完全に
露出した状態で超高真空中において、所定の温度で加熱
することにより遠戚される。 ［作用１ 基板表面を完全に露出した状態で高真空中で加熱すると
、表面の原子は融点より非常に低い温度でマイグレーシ
ョンを起こす。このため特に突起や鋭角又は直角部分で
は原子の移動が多くなり、コーナ一部に丸みをもった表
面ができる。このためコーナーでの電解集中がなくなる
他に表面の凹凸やエツチングによって生じた欠陥は消滅
する。 ここで、マイグレーションによって新たな結晶面が表れ
るが、この場合、系のエネルギーを最小にするような働
きにより、表面エネルギーの小さい安定した結晶面で構
成される。 ［実施例］ 実施例１ Ｓｉ　（１００）およびＳ　ｉ　（１１１）基板を用い
てドライエツチング法により、ｌｌｌｉｌミクロン、深
さ２ミクロンの異方性エツチングを行った。これらの基
板を前処理として硝酸ボイルを行い、次いで薄い酸化膜
を形成した後に超高真空装置に入れ、５　Ｘ　１０””
’Ｔｏｒｒで９００℃、２秒間の熱処理を行った。この
熱処理により、表面に付着した酸化膜は完全に除去され
たことが高エネルギー反射電子線回折（ＲＨＥＥＤ）像
により確認され、走査型電子顕微ｆｉ（ＳＥＭ）による
断面観察から形状の変化が起こらないことが確認された
。超高真空中で表面が完全に露出した状態で加熱した場
合の影響を調べるために、７００℃から５０℃間隔で１
１００℃までの温度範囲でそれぞれ５分、２０分、１０
０分間の熱処理を行った。その結果、７５０℃以上の温
度で形状の変化が観察され、温度が高いほど、また熱処
理時間が長い場合はど変化が大きかった。第１図は（１
１１）基板の場合の断面形状を示したもので、同図（ａ
）は熱処理前、（ｂ）は７５０℃、２０分、（ｃ）は９
００℃、１００分、（ｄ）は１０００℃、ｌ００分の熱
処理後の形状である。熱処理により角部が丸くなり、さ
らに詳細に見るといくつかの結晶面で構成されていた。 （１１０）方向から見た場合に新たに表れた結晶面は（
１００）、（１１１）。 （１１３）　、（５５１）であり、（１１２）方向から
見て新たに表れた結晶面は（１１０）、（１１３）、（
５１３）であった。また、（↓００）基板の場合には新
たに表れた結晶面は、（１，０２）、（１０３）、（２
０３）　であった。 ＣＺ−８ｉ基板を用いた場合には、結晶中の不純物によ
り長時間の熱処理によって欠陥が発生することがあるの
で、各試料について５ｉｒｔｌｅエツチングにより調へ
た。その結果、熱処理温度が１０００℃および１１００
’ｃではすべての試料に欠陥がみられたが９５０℃以下
では欠陥が見られなかった。 次に熱処理を行う真空度では、　　Ｉ　Ｘ　１０−’Ｔ
ｏｒｒよりも悪い場合には↓ＯＯＯ℃以上に加熱しない
と形状の変化が見られず、その理由は表面のシリコン原
子に気相中の物質が吸着するためと考えられた。 実施例２ シリコン基板にＳｉｎ、膜をマスクにして直径１μｍ、
深さ３μｍのトレンチエツチングを行ない、これを熱酸
化した後のトレンチ部での酸化膜の耐圧を測定したとこ
ろ、８　Ｘ　１０’Ｖ／　ｃ　ｍ”と低い値であった。 そこでトレンチエツチングした後に５　Ｘ　１０−１１
Ｔｏｒｒの超高真空中で８００℃、２０分間の加熱を行
なって、熱酸化後の耐圧を測ったところ、５　Ｘ　１０
’Ｖ／ｃ　ｍ”に向上していた。 第１図（ａ）はエツチング後、（ｂ）は熱処理後の断面
をＳＥＭによりｌｌｌ察した結果で、熱処理により露出
部分のコーナーが融けて（１１３）面と（５３１）面が
表れ、丸い形状になっていた。また、透過電子顕微鏡ｉ
察の結果、ドライエツチング後は表面に微細な凹凸があ
り欠陥が発生していたが、熱処理により凹凸がなくなり
、欠陥が完全に消滅していた。この結果から、超高真空
中での熱処理によって、形状が変化して底部コーナーで
の電界集中がなくなり、さらに欠陥が消滅したことによ
って耐圧が向上したことがわかった。また、加熱時に酸
化膜によって覆われていた場所は加熱によって形状が変
化しないことが明らかとなった。 実施例３ テクスチャーエツチングを行なったシリコン単結晶太陽
電池の場合について説明する。Ｐ型（１００）の単結晶
シリコンを５０℃のカセイソーダ中でエツチングして表
面を凹凸化した後、燐を拡散してｐｎ接合を形成した。 次いで裏面電界効果の目的から裏面にアルミニウムを蒸
着して８００℃、２０分間の熱処理をし、表面にも電流
取りだし電極用のアルミニウムを金属マスクを通して蒸
着した。そして最後に１表面に反射防止膜を蒸着して太
陽電池を製造した。これらの太ｐＪｋ電池をＡＭＩ、Ｌ
ＯＯｍＷ／ｃｍ２の擬似太陽光下において光電変換効率
を測定したところ、８％のものから１１％のものまでば
らつきがあった。この原因を検討した結果、テクスチャ
ーエツチングによってできた突起部が欠けているものが
あり、欠けている部分が多いものほど曲線因子が低く効
率が低いことから、ここでの電流リークによるものと判
明した。 そこで、シリコン基板をアルカリによりテクスチャーエ
ツチングした後で真空装置に入れて加熱し、突起部に丸
みをつける検討を行なった。その結果、５Ｘ１０−ＳＴ
ｏｒｒの真空度において７５０℃以上の温度で形状の変
化が見られ、高温で長時間のものほど変化が大きかった
。ここで。 １０００℃、５分以上では変化が大きくなって凹凸がな
くなってしまい、テクスチャーエツチングの効果がなく
なってしまった。以上の検討結果から、太陽電池には形
状の点で最適と思われる８００℃、１０分間の加熱を行
なった。加熱後に上記と同様の工程により太ｌｉ！電池
を製造して特性の測定を行なったところ、１００個の測
定でも光電変換効率は１１％から１２％と均一で、しか
も加熱しない場合よりも高い値が得られた。 実施例４ シリコン基板にホトレジストをマスクにしてドライエツ
チングを行ない、深さ１μｍの溝を形成した。その後、
酸化膜形成、穴あけ、拡散、電極蒸着等の工程を経て素
子を製作し、電気特性を測定したところ、整流特性の表
れないものがあった。 検討の結果、原因はエツチング段差部分での電極の断線
によるものであることがわかった。そこで、ドライエツ
チング後に超高真空中での加熱を行い、段差部の形状を
変える検討を行なった。 まず、エツチング後の形状が超高真空中での加熱によっ
てどのように変化するかをみたところ、８５０℃、２０
分程度の加熱による変形初期には第１図（Ｃ）に示すよ
うなオーバーハング現象が観測された。このような場合
にはむしろ断線が起こりやすくなり、これよりもさらに
高温の加熱を行なうか、あるいは低温の場合には長時間
の加熱により、変形を大きくする必要のあることがわか
った。いくつかの検討の結果１例えば９００℃、１００
分間の加熱時の様に、より大きな変形があった場合にお
いても、段差の中心寸法はほとんど変わらないことがわ
かった。すなわち１段差の大きさや被覆する物質、被覆
条件、形状変形の許容量によって加熱条件が自由に選べ
るということである０本実施例での最適条件は９００℃
、２０分であった。 実施例５ Ｎ型１０Ω・ｃｍのシリコン基板に燐をイオン注入した
後に異方性エツチングを行なって池状の部分をつくって
おき、ニッケルを高真空中で蒸着した場合には、池の部
分はショットキーとなり、エツチングされない部分はオ
ーミックになる。しかしこの場合、エツチングした側壁
にもニッケルが蒸着されると両者が短絡してしまい、シ
ョットキー特性を測ることができなかった。そこで、蒸
着前に５　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒの真空度で８５０℃、
２０分間加熱してシリコン表面を融かし、第１図（ｃ）
に示す様にオーバーハングをつくった後にニッケルを蒸
着したところ、全く短絡がなくショットキー特性の測定
ができる様になった。 【発明の効果】 本発明によれば、エツチングによって生じた欠陥を消滅
できる他、突起や鋭角部分ををなくして表面を滑らかに
し、コーナ一部分を丸くできるため、素子を形成した場
合のリークやそこでの電界集中、絶縁膜等で覆った場合
の段切れ防止等の効果があり、素子特性を向上すること
ができる。また逆に、オーバーハングの形状を作ること
により、その上に膜形成する場合に段切れさせることも
できる。

【図面の簡単な説明】

第工図（ａ）は熱処理前の断面形状を示す図、（ｂ）は
超高真空中で７５０℃、２０分間の熱処理後の断面形状
を示す図、（ｃ）は超高真空中で９００℃、１００分間
の熱処理後の断面形状を示す図、（ｄ）は超高真空中’
ｔ’１０００’Ｃ１１００分間の熱処理後の断面形状を
示す図、第２図（ａ）はドライエツチング後の断面形状
を示す図、（ｂ）は超高真空中で８００℃、２０分間の
熱処理後の断面形状を示す図である。 符号の説明 ｌ・・・・・・シリコン基板、２−・・・・・酸化膜茶
７ｉ （＾） （Ｃ） （ｂ） （ｄ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板表面を凹凸に加工する工程と、超高真空
   中で基板表面の一部あるいはすべてを完全に露出する工
   程と、超高真空中で加熱する工程により、基板露出部に
   おける鋭角又は直角な部分の形状を鈍角な形状に変化す
   ることを特徴とする半導体形状の改善方法。 ２、上記半導体がシリコンであり、上記加熱する工程の
   加熱温度が７５０℃以上９５０℃以下であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の半導体形状の改善方
   法。