JPH03215391A - 結晶の成長方法 - Google Patents
結晶の成長方法Info
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- JPH03215391A JPH03215391A JP2160852A JP16085290A JPH03215391A JP H03215391 A JPH03215391 A JP H03215391A JP 2160852 A JP2160852 A JP 2160852A JP 16085290 A JP16085290 A JP 16085290A JP H03215391 A JPH03215391 A JP H03215391A
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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。
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、例えば、半導体集積回路、光集積回路、磁気
回路等の電子素子、光素子、磁気素子、圧電素子、ある
いは表面音響素子等に使用される結晶の成長方法に関す
る。特に、太陽電池等の形成に好適に使用される結晶の
成長方法に関する。
回路等の電子素子、光素子、磁気素子、圧電素子、ある
いは表面音響素子等に使用される結晶の成長方法に関す
る。特に、太陽電池等の形成に好適に使用される結晶の
成長方法に関する。
[従来の技術]
従来、太陽電池や、バックゲートMOSトランジスタ等
において、金属上に絶縁膜を形成し、絶縁膜一部に開口
を形成して、開口部から露出した金属面とコンタクトを
取る様式のSOI構造のデバイスが考案されている。
において、金属上に絶縁膜を形成し、絶縁膜一部に開口
を形成して、開口部から露出した金属面とコンタクトを
取る様式のSOI構造のデバイスが考案されている。
しかし上記様式を用いて高性能デバイスを形成するため
には、金属表面と一部を接して絶縁膜上に半導体の単結
晶を形成するための技術と、金属と半導体の界面で十分
なオーミックコンタクトをとるための技術が要求される
。それをほぼ実現可能としたのが、本願出願人が別途開
発した、選択核形成法、特開昭63−107016号公
報、EP244081A1号公報である。前記本願出願
人が提案した選択核形成法には、微細な金属表面上に気
相法により成長して単結晶となり得る核を発生させ、該
結晶の核より結晶を成長させるという技術が含まれてい
る。
には、金属表面と一部を接して絶縁膜上に半導体の単結
晶を形成するための技術と、金属と半導体の界面で十分
なオーミックコンタクトをとるための技術が要求される
。それをほぼ実現可能としたのが、本願出願人が別途開
発した、選択核形成法、特開昭63−107016号公
報、EP244081A1号公報である。前記本願出願
人が提案した選択核形成法には、微細な金属表面上に気
相法により成長して単結晶となり得る核を発生させ、該
結晶の核より結晶を成長させるという技術が含まれてい
る。
しかし、この方法では、微細な金属表面上に気相法で半
導体車結晶の核を発生させ、該結晶の核より結晶を成長
させる方法をとるために、形成条件によっては不純物を
高濃度に含んだ結晶を形成し難いこともあった。したが
って金属と半導体界面のオーミックコンタクトは、十分
でない場合もあった。
導体車結晶の核を発生させ、該結晶の核より結晶を成長
させる方法をとるために、形成条件によっては不純物を
高濃度に含んだ結晶を形成し難いこともあった。したが
って金属と半導体界面のオーミックコンタクトは、十分
でない場合もあった。
また、最も基本的な太陽電池の構成に用いられるような
、Siウエハーの裏面に不純物を拡散し、次いで金属を
スパッタ蒸着等で堆積し、電極とするものがあるが、こ
の構成では、デバイスの表面、裏面の両面にプロセス処
理を施さなければいけないということと、Siウェハー
を使用するために、必然的にデバイスの形状や大きざを
制限されてしまうということで、コスト的にも高く、技
術的にも困難であり、しかも大面積化には極めて不利で
あった。
、Siウエハーの裏面に不純物を拡散し、次いで金属を
スパッタ蒸着等で堆積し、電極とするものがあるが、こ
の構成では、デバイスの表面、裏面の両面にプロセス処
理を施さなければいけないということと、Siウェハー
を使用するために、必然的にデバイスの形状や大きざを
制限されてしまうということで、コスト的にも高く、技
術的にも困難であり、しかも大面積化には極めて不利で
あった。
以上述べたように、下部電極上にコンタクトホール(開
口)を有する絶縁膜上に半導体膜を設けた、いわゆるS
OI構造においては、下部電極との良好な電気的接触を
有する単結晶の利用の点で問題があり、また、単結晶ウ
ェハーを使用する場合には、低コスト化、工程の簡易化
、大面積化の点で問題があり、デバイスの高性能化、及
び実用化のためには、解決すべき課題が残されていた。
口)を有する絶縁膜上に半導体膜を設けた、いわゆるS
OI構造においては、下部電極との良好な電気的接触を
有する単結晶の利用の点で問題があり、また、単結晶ウ
ェハーを使用する場合には、低コスト化、工程の簡易化
、大面積化の点で問題があり、デバイスの高性能化、及
び実用化のためには、解決すべき課題が残されていた。
[発明が解決しようとする課題コ
本発明の目的は、上記従来の問題点を解消し、三次元集
積化や大面積化が容易で、優れた特性を有する単結晶と
金属面とのポイントコンタクトタイブSOI構造の形成
が可能な結晶の成長方法を提供するものである。
積化や大面積化が容易で、優れた特性を有する単結晶と
金属面とのポイントコンタクトタイブSOI構造の形成
が可能な結晶の成長方法を提供するものである。
本発明の他の目的は、金属面の露出するコンタクトホー
ルにのみ、結晶成長の極を施す際に、基体上に形成した
非単結晶性の半導体膜をアニールするという簡単な操作
を施すだけで、セルファライメント式にコンタクトホー
ルのみに半導体膜を残し、かつ残った半導体膜を単結晶
性の種子に変質させることが可能な結晶の成長方法を提
供するものである。
ルにのみ、結晶成長の極を施す際に、基体上に形成した
非単結晶性の半導体膜をアニールするという簡単な操作
を施すだけで、セルファライメント式にコンタクトホー
ルのみに半導体膜を残し、かつ残った半導体膜を単結晶
性の種子に変質させることが可能な結晶の成長方法を提
供するものである。
本発明の他の目的は、アニールという一つの操作をする
ことのみで、 (i)固相反応による、半導体材料のコンタクトポイン
トへのセルファライメント効果と、( if)電極上で
の多結晶半導体膜または非晶質半導体膜(非単結晶質膜
)の凝集による単結晶化と、 ( iii)前記凝集した単結晶半導体と金属表面での
オーミックコンタクトをとれる、という3つの効果を一
度に得られる結晶の成長方法を提供することである。
ことのみで、 (i)固相反応による、半導体材料のコンタクトポイン
トへのセルファライメント効果と、( if)電極上で
の多結晶半導体膜または非晶質半導体膜(非単結晶質膜
)の凝集による単結晶化と、 ( iii)前記凝集した単結晶半導体と金属表面での
オーミックコンタクトをとれる、という3つの効果を一
度に得られる結晶の成長方法を提供することである。
本発明の更に別の目的は、例えば金属基板上にも、該金
属基板とコンタクトをとったSolタイプのSi単結晶
を成長せしめることが可能になり、安価で高性能な半導
体集積回路、光集積回路、磁気回路、太陽電池等のデバ
イス形成が可能となる結晶の成長方法を提供することに
ある。
属基板とコンタクトをとったSolタイプのSi単結晶
を成長せしめることが可能になり、安価で高性能な半導
体集積回路、光集積回路、磁気回路、太陽電池等のデバ
イス形成が可能となる結晶の成長方法を提供することに
ある。
[課題を解決するための手段]
本発明の結晶の成長方法は、金属電極上に設けられた絶
縁膜上に単結晶を成長させる結晶成長方法において、金
属電極と絶縁膜とを有する基体に半導体膜を設け、前記
半導体膜と前記絶縁膜とがその界面で固相反応し、前記
金属電極上で前記半導体膜が凝集するためのアニールを
施すことにより前記絶縁膜の開口部に前記半導体膜の凝
集した単結晶性の凝集体を形成し、前記単結晶性の凝集
体を種子として単結晶を成長させることを特徴とする。
縁膜上に単結晶を成長させる結晶成長方法において、金
属電極と絶縁膜とを有する基体に半導体膜を設け、前記
半導体膜と前記絶縁膜とがその界面で固相反応し、前記
金属電極上で前記半導体膜が凝集するためのアニールを
施すことにより前記絶縁膜の開口部に前記半導体膜の凝
集した単結晶性の凝集体を形成し、前記単結晶性の凝集
体を種子として単結晶を成長させることを特徴とする。
本発明の結晶の成長方法は、金属電極上に設けられた開
口を有する絶祿膜上に、半導体車結晶を成長させる結晶
成長方法において、前記絶縁膜と、前記絶縁膜の開口か
ら露出した金属電極面とを有する基体を覆って、非単結
晶買の半導体薄膜を前記絶縁膜より薄い厚さで設け、前
記半導体薄膜をアニールすることにより、絶縁膜と半導
体薄膜とを固相反応させ、絶縁膜上にある半導体薄膜の
みを除去し、かつ、金属電極上の半導体薄膜を凝集させ
単結晶化した凝集体を形成し、前記凝集体を種子として
、結晶を成長させることを特徴とする。
口を有する絶祿膜上に、半導体車結晶を成長させる結晶
成長方法において、前記絶縁膜と、前記絶縁膜の開口か
ら露出した金属電極面とを有する基体を覆って、非単結
晶買の半導体薄膜を前記絶縁膜より薄い厚さで設け、前
記半導体薄膜をアニールすることにより、絶縁膜と半導
体薄膜とを固相反応させ、絶縁膜上にある半導体薄膜の
みを除去し、かつ、金属電極上の半導体薄膜を凝集させ
単結晶化した凝集体を形成し、前記凝集体を種子として
、結晶を成長させることを特徴とする。
本発明の結晶の成長方法は、金属電極上に設けられた絶
縁膜上に単結晶を成長させる結晶成長方法において、金
属電極と絶縁膜とを有する基体の前記絶縁膜上に非単結
晶買であってパターニングした半導体膜を設け、前記半
導体膜をアニールすることにより、前記半導体膜と前記
絶縁膜とを固相反応させ前記パターニングした半導体膜
を設けた部分の前記絶縁膜を除去し、前記金属電極上で
前記半導体膜を凝集させ単結晶化した凝集体を形成し、
前記凝集体を種子として、単結晶を成長させることを特
徴とする。
縁膜上に単結晶を成長させる結晶成長方法において、金
属電極と絶縁膜とを有する基体の前記絶縁膜上に非単結
晶買であってパターニングした半導体膜を設け、前記半
導体膜をアニールすることにより、前記半導体膜と前記
絶縁膜とを固相反応させ前記パターニングした半導体膜
を設けた部分の前記絶縁膜を除去し、前記金属電極上で
前記半導体膜を凝集させ単結晶化した凝集体を形成し、
前記凝集体を種子として、単結晶を成長させることを特
徴とする。
?作用]
本発明の結晶成長方法によれば、まず金属電極と前記金
属電極上の設けられた開口を有する絶縁膜とを有する基
体上に形成した半導体膜をアニルすることにより以下に
述べる2つの現象が同時におこる。
属電極上の設けられた開口を有する絶縁膜とを有する基
体上に形成した半導体膜をアニルすることにより以下に
述べる2つの現象が同時におこる。
すなわち、第1に半導体膜と絶縁膜との固相反応による
半導体膜の除去であり、第2に半導体膜の凝集反応によ
る金属電極上での単結晶化である。以下にそれぞれの現
象を詳しく説明する。
半導体膜の除去であり、第2に半導体膜の凝集反応によ
る金属電極上での単結晶化である。以下にそれぞれの現
象を詳しく説明する。
(1)固相反応
以下に本発明における固相反応による半導体膜の除去を
半導体膜の例としてSi膜を、絶縁膜の例としてSiO
■膜を例として説明する。
半導体膜の例としてSi膜を、絶縁膜の例としてSiO
■膜を例として説明する。
これは、第1図(A)に示すようにSiO2膜101上
に非単結晶性のSi[102(多結晶でも非晶貿でもか
まわない)が形成されている場合、これを例えばH,を
含むガスのような還元ガス雰囲気中でアニールすると、
固相のままでSiとSi○2が反応を起こして蒸気圧の
高いSiOを形成し、昇華してしまう現象である。これ
は、結果的には、 Si+SiO. →2SiO ↑ という反応系であると考えられる。
に非単結晶性のSi[102(多結晶でも非晶貿でもか
まわない)が形成されている場合、これを例えばH,を
含むガスのような還元ガス雰囲気中でアニールすると、
固相のままでSiとSi○2が反応を起こして蒸気圧の
高いSiOを形成し、昇華してしまう現象である。これ
は、結果的には、 Si+SiO. →2SiO ↑ という反応系であると考えられる。
この反応は、例えば第1図(A)に描かれているように
Si膜102の厚みと、Si02膜101の厚みが、ほ
ぼ1:1で反応し、St膜102及びSin.膜101
の一部は共に消失する。またSi膜102は第1図(A
)に描かれているように、パターニングされていなくて
、Sin2膜101全面を覆う膜であっても反応は起こ
る。ただしこの全面の膜のときは、本願発明者の実験に
よると膜厚約5000人を越えると、反応が起こり難く
なる場合がある。
Si膜102の厚みと、Si02膜101の厚みが、ほ
ぼ1:1で反応し、St膜102及びSin.膜101
の一部は共に消失する。またSi膜102は第1図(A
)に描かれているように、パターニングされていなくて
、Sin2膜101全面を覆う膜であっても反応は起こ
る。ただしこの全面の膜のときは、本願発明者の実験に
よると膜厚約5000人を越えると、反応が起こり難く
なる場合がある。
また、Si膜102にP.B,A.等の不純物がドープ
されていると、反応が促進される。
されていると、反応が促進される。
逆に、下がSi膜102で、Si02膜101がキャッ
プ層になフている場合は、341図(B)のようにSi
02膜101が一部開口されていて、Si膜102とS
i 02膜101の界面(反応点)103が露出して
いるときにのみ反応が起こる。Si02膜101が完全
に表面を覆っているときには、反応は殆ど起こらない.
なお、この反応は約850℃以上で起こり得、約950
℃以上で起こり易い。
プ層になフている場合は、341図(B)のようにSi
02膜101が一部開口されていて、Si膜102とS
i 02膜101の界面(反応点)103が露出して
いるときにのみ反応が起こる。Si02膜101が完全
に表面を覆っているときには、反応は殆ど起こらない.
なお、この反応は約850℃以上で起こり得、約950
℃以上で起こり易い。
したがって、固相反応により半導体膜と絶縁膜とを除去
するためのアニール温度としては、好ましくは850℃
以上半導体材料の融点以下、より好ましくは950℃以
上1200℃以下、最適には1000℃以上1100℃
以下とするのが望ましい。
するためのアニール温度としては、好ましくは850℃
以上半導体材料の融点以下、より好ましくは950℃以
上1200℃以下、最適には1000℃以上1100℃
以下とするのが望ましい。
また、前述の固相反応により絶縁膜までも消失させない
ためには、その材料の組合せにもよるが、半導体膜の膜
厚を絶縁膜の膜厚より薄くすることが望ましい. また、前述の固相反応により前記絶縁膜に開口を設ける
こともできる.そのためには開口を設ける所望の位置に
前記絶縁膜よりも厚い半導体膜を設け前記固相反応によ
り前記所望位置の絶縁膜を消失させればよい。
ためには、その材料の組合せにもよるが、半導体膜の膜
厚を絶縁膜の膜厚より薄くすることが望ましい. また、前述の固相反応により前記絶縁膜に開口を設ける
こともできる.そのためには開口を設ける所望の位置に
前記絶縁膜よりも厚い半導体膜を設け前記固相反応によ
り前記所望位置の絶縁膜を消失させればよい。
前述の固相反応を効率よく行うためにはアニル雰囲気中
の水素ガス含有量としては好ましくは20vo 1%以
上であることが望ましい。
の水素ガス含有量としては好ましくは20vo 1%以
上であることが望ましい。
(2)凝集反応
凝集反応とは、薄膜の表面エネルギーを最小にするため
か、もしくは内部応力(エネルギー)を緩和するため等
の原因により、固相でも原子が移動し前記薄膜の表面積
を減少しビーズアップする現象を示している。したがっ
て本発明における凝集は、堆積膜中のエネルギーの安定
化を駆動力として、膜状から表面積の小さな形状、例え
ば半球状に外形を変化させる現象を示す. その様子は第2図に示されるような形状の変化をもって
なされる。
か、もしくは内部応力(エネルギー)を緩和するため等
の原因により、固相でも原子が移動し前記薄膜の表面積
を減少しビーズアップする現象を示している。したがっ
て本発明における凝集は、堆積膜中のエネルギーの安定
化を駆動力として、膜状から表面積の小さな形状、例え
ば半球状に外形を変化させる現象を示す. その様子は第2図に示されるような形状の変化をもって
なされる。
しかも、これらの変化は固相で起こり、すなわち、融点
未満の温度または融点で起こり、薄膜の厚みが薄い程起
こり易い。例えば、厚さ1000人の多結晶SiwAは
水素雰囲気中1050℃前後で凝集反応が起こり、50
0人の薄膜では980℃前後で起こる。
未満の温度または融点で起こり、薄膜の厚みが薄い程起
こり易い。例えば、厚さ1000人の多結晶SiwAは
水素雰囲気中1050℃前後で凝集反応が起こり、50
0人の薄膜では980℃前後で起こる。
凝集したそれぞれの領域はTEMで観察したところ、単
結晶であることが確かめられた。凝集した個々の結晶の
外形はSi単結晶特有のファイセットは見られず、ほぼ
半球状をしており、その半球の形も基板材料によってい
わゆる「濡れ角」の違いが生じ、一概には決まらない. また、これらの凝集反応において、最も特異な現象は、
特に水素ガスを含む雰囲気中で極めて起こり易く、他の
雰囲気、例えば窒素、酸素、アルゴン、ヘリウム等だけ
の水素ガスを含まない雰囲気中では凝集が起こり難いこ
とがあるということである。したがって、再現性よく、
高い歩留りで単結晶性の凝集体(種子)を形成するには
、アニール雰囲気としては水素ガスを含む雰囲気が好ま
しい。
結晶であることが確かめられた。凝集した個々の結晶の
外形はSi単結晶特有のファイセットは見られず、ほぼ
半球状をしており、その半球の形も基板材料によってい
わゆる「濡れ角」の違いが生じ、一概には決まらない. また、これらの凝集反応において、最も特異な現象は、
特に水素ガスを含む雰囲気中で極めて起こり易く、他の
雰囲気、例えば窒素、酸素、アルゴン、ヘリウム等だけ
の水素ガスを含まない雰囲気中では凝集が起こり難いこ
とがあるということである。したがって、再現性よく、
高い歩留りで単結晶性の凝集体(種子)を形成するには
、アニール雰囲気としては水素ガスを含む雰囲気が好ま
しい。
ここで、アニール雰囲気中の水素ガスの含有量としては
、その上限は100%すなわち水素ガス雰囲気とされ、
下限としては0%(アニール雰囲気中に水素ガスを含ん
でいなくても凝集が起こる)とされる.再現性及び歩留
りよく単結晶性の種子を形成すると共に前記固相反応を
効率よく利用するための水素ガス含有量としては、好ま
しくは50%以上100%以下、より好ましくは80%
以上100%以下とされるのが望ましい。
、その上限は100%すなわち水素ガス雰囲気とされ、
下限としては0%(アニール雰囲気中に水素ガスを含ん
でいなくても凝集が起こる)とされる.再現性及び歩留
りよく単結晶性の種子を形成すると共に前記固相反応を
効率よく利用するための水素ガス含有量としては、好ま
しくは50%以上100%以下、より好ましくは80%
以上100%以下とされるのが望ましい。
本発明においてこの凝集反応を利用するためには、ある
任意の領域内で、薄膜が1個の単結晶に凝集するように
、凝集前の多結晶膜もしくは非晶質@(以後「原種子」
と呼ぶ。)の膜厚とノ\ターニング寸法を選んでやらな
ければならなレ)。すなわち、′s2図(a)に示すよ
うに、薄膜201の膜厚tにたいしてパターニング寸法
1が大きすぎると、複数個に分断し、凝集するため、凝
集体の複数201゜を形成してしまう。そこで単数に凝
集させるために第2図(b)のように薄膜202の膜厚
tを厚くしてやると単一の凝集体202゛を形成する.
もしくは膜厚を変えずに、ノ<ターニング寸法文を小さ
くした薄膜203を設け、単一の原種子から車−の凝集
体203″を形成してもかまわない(第2図(C))。
任意の領域内で、薄膜が1個の単結晶に凝集するように
、凝集前の多結晶膜もしくは非晶質@(以後「原種子」
と呼ぶ。)の膜厚とノ\ターニング寸法を選んでやらな
ければならなレ)。すなわち、′s2図(a)に示すよ
うに、薄膜201の膜厚tにたいしてパターニング寸法
1が大きすぎると、複数個に分断し、凝集するため、凝
集体の複数201゜を形成してしまう。そこで単数に凝
集させるために第2図(b)のように薄膜202の膜厚
tを厚くしてやると単一の凝集体202゛を形成する.
もしくは膜厚を変えずに、ノ<ターニング寸法文を小さ
くした薄膜203を設け、単一の原種子から車−の凝集
体203″を形成してもかまわない(第2図(C))。
この様ニシテ、任意の位置に阜数のjIL結晶(種子)
を形成する。
を形成する。
単数の種結晶に凝集させるための原種子の膜厚tとパタ
ーニング寸法lの関係の典型的な例を第3図に示す. 第3図からも分るとおり、原種子をアニールして単一の
凝集体を形成するためには適切なサイズの原種子を配さ
なければならない。すなわち、本発明において原種子の
大きさは凝集して単結晶性の種子となるに充分小さいこ
とが望ましい。
ーニング寸法lの関係の典型的な例を第3図に示す. 第3図からも分るとおり、原種子をアニールして単一の
凝集体を形成するためには適切なサイズの原種子を配さ
なければならない。すなわち、本発明において原種子の
大きさは凝集して単結晶性の種子となるに充分小さいこ
とが望ましい。
具体的には膜厚tは10000人(1μm)以下が使用
可能であり、4000人以下が好ましく、より好ましく
は2000人以下とするのが再現性よく、かつ短時間で
歩留りよく単結晶性の種子を形成するのには望ましい。
可能であり、4000人以下が好ましく、より好ましく
は2000人以下とするのが再現性よく、かつ短時間で
歩留りよく単結晶性の種子を形成するのには望ましい。
原種子のパターニング寸法1としては分断せず単一の凝
集体を形成するためにはその最大径が好ましくは5μm
以下、より好ましくは0.5μm以上、2μm以下とな
るよう開口、またはパターニングした半導体を配するこ
とが望ましい,また、原種子中に周期律表第III族元
素や第V族元素、例えば、B,P,As等のドーバント
が含有されていると凝集反応は起こりやすい。
集体を形成するためにはその最大径が好ましくは5μm
以下、より好ましくは0.5μm以上、2μm以下とな
るよう開口、またはパターニングした半導体を配するこ
とが望ましい,また、原種子中に周期律表第III族元
素や第V族元素、例えば、B,P,As等のドーバント
が含有されていると凝集反応は起こりやすい。
なお、本発明に使用し得る多結晶又は非晶買の非単結晶
性の原種子の材料と絶縁膜の材料の他の組合せとしては
、例えばシリコンと酸化シリコン(Sin.)、シリコ
ンと窒化酸化シリコン(SiO.N,)、ゲルマニウム
と酸化シリコン、及びゲルマニウムと窒化酸化シリコン
等の半導体材料と酸化物系絶縁体材料との組合せが好適
に用いられる。
性の原種子の材料と絶縁膜の材料の他の組合せとしては
、例えばシリコンと酸化シリコン(Sin.)、シリコ
ンと窒化酸化シリコン(SiO.N,)、ゲルマニウム
と酸化シリコン、及びゲルマニウムと窒化酸化シリコン
等の半導体材料と酸化物系絶縁体材料との組合せが好適
に用いられる。
[実施例]
(実施例1)
第4図を用いて本発明の第1の実施例を説明する。本実
施例は本発明の現象を利用して太陽電池を形成したもの
である. (A)下部金属電極401としてタングステン(W)を
用い、ソノ上1.mCVD法でSiO2膜402を60
00人堆積した。Si02膜に通常のフォトリソグラフ
ィ技術を用いて2μmX2μmのコンタクトホール40
3を形成するため50μmピッチで格子点上にパターニ
ングし、ウェット法でエッチングしコンタクトホール4
03を形成した(第4図(A))。
施例は本発明の現象を利用して太陽電池を形成したもの
である. (A)下部金属電極401としてタングステン(W)を
用い、ソノ上1.mCVD法でSiO2膜402を60
00人堆積した。Si02膜に通常のフォトリソグラフ
ィ技術を用いて2μmX2μmのコンタクトホール40
3を形成するため50μmピッチで格子点上にパターニ
ングし、ウェット法でエッチングしコンタクトホール4
03を形成した(第4図(A))。
(B)次いでLPGVDを用イテ、多結晶Si層404
を2000人堆積し、!1p− (リン)イオンを4
0keyで1.5xlO”cm−2のドーズ量でイオン
注入した(第4図(B))。
を2000人堆積し、!1p− (リン)イオンを4
0keyで1.5xlO”cm−2のドーズ量でイオン
注入した(第4図(B))。
(C)次いで、上記基板を水素雰囲気中で1030℃、
8分間アニールした.その結果、Sin2膜上402の
多結晶Stは全て消失し、Si02膜の膜厚は、約40
00人に変化していた。一方、コンタクトホール403
のタングステン上にあった多結晶Siは金属表面で凝集
を起こしn゛型の単結晶Siの凝集体く種子)405に
変化していった(第4図(C))。
8分間アニールした.その結果、Sin2膜上402の
多結晶Stは全て消失し、Si02膜の膜厚は、約40
00人に変化していた。一方、コンタクトホール403
のタングステン上にあった多結晶Siは金属表面で凝集
を起こしn゛型の単結晶Siの凝集体く種子)405に
変化していった(第4図(C))。
(D)次に、凝集によって得られたn+型単結晶Siの
凝集体405を種結晶として、Sin.層402をマス
クとして、公知の選択的な気相法による結晶成長技術を
用いて結晶成長を行なった。このときの条件は下記に示
すとおりである。
凝集体405を種結晶として、Sin.層402をマス
クとして、公知の選択的な気相法による結晶成長技術を
用いて結晶成長を行なった。このときの条件は下記に示
すとおりである。
・ガス組成 S i H2 Clz /HCjl!/H
2・ガス流量 0.53/ 1.6 / 100 (f
/min)・温度 990℃ ・圧力 150torr また選択エビタキシャル成長の初期はドーパントを入れ
ずに中性のノンドーブSt単結晶層406を径10μm
まで成長させ、途中から82H6をドーバント源としな
がら、p型の結晶層407を成長させた(第4図(D)
)。
2・ガス流量 0.53/ 1.6 / 100 (f
/min)・温度 990℃ ・圧力 150torr また選択エビタキシャル成長の初期はドーパントを入れ
ずに中性のノンドーブSt単結晶層406を径10μm
まで成長させ、途中から82H6をドーバント源としな
がら、p型の結晶層407を成長させた(第4図(D)
)。
結晶が成長し、隣り同士の結晶がぶつかり合うと、コン
タクトホール間のほぼ中間の位置に粒界(グレインバン
ダリー)408を生じる。このときグレインの大きさは
コンタクトホールのピッチ間距離50μmにほぼ等しい
。グレイン同士が衝突し合フてからもしばらく成長を続
け、結晶の高さ(山型の頂点)が約30μm程度になっ
たところで成長をとめた。結晶の外形はSi結晶特有の
ファセットが見られ、それぞれが単結晶であることを示
している。またファセットで囲まれているために、表面
形状は激しい凹凸を有するが、太陽電池の場合、この凹
凸が照射された光を効率よく利用するためのいわゆるテ
クスチャー構造となり得、変換効率向上の要素となる。
タクトホール間のほぼ中間の位置に粒界(グレインバン
ダリー)408を生じる。このときグレインの大きさは
コンタクトホールのピッチ間距離50μmにほぼ等しい
。グレイン同士が衝突し合フてからもしばらく成長を続
け、結晶の高さ(山型の頂点)が約30μm程度になっ
たところで成長をとめた。結晶の外形はSi結晶特有の
ファセットが見られ、それぞれが単結晶であることを示
している。またファセットで囲まれているために、表面
形状は激しい凹凸を有するが、太陽電池の場合、この凹
凸が照射された光を効率よく利用するためのいわゆるテ
クスチャー構造となり得、変換効率向上の要素となる。
St結晶上にデバイスを形成するときは、例えば表面を
研磨し、平坦化すればよい. (E)次に上部電極をとるためにSi結晶表面にB0イ
オンをイオン注入しp0型の層領域409を形成し、さ
らにファセットの谷間に沿って上部電極410としてT
i−Agをスパッタ法にてマスク蒸着して、太陽電池を
形成した(第4図(E))。
研磨し、平坦化すればよい. (E)次に上部電極をとるためにSi結晶表面にB0イ
オンをイオン注入しp0型の層領域409を形成し、さ
らにファセットの谷間に沿って上部電極410としてT
i−Agをスパッタ法にてマスク蒸着して、太陽電池を
形成した(第4図(E))。
このようにして形成した太陽電池は下部金属電極401
とn0型単結晶405とが良好な電気的接触を有すると
共に光電変換効率に優れた単結晶半導体を光電変換領域
に有するので、高い変換効率と、信頼性を有していた。
とn0型単結晶405とが良好な電気的接触を有すると
共に光電変換効率に優れた単結晶半導体を光電変換領域
に有するので、高い変換効率と、信頼性を有していた。
(実施例2)
第5図は他の実施例として、フォトセンサを形成したと
きの説明を図示したものである.以下第5図にしたがフ
て形成法を解説する. (A)石英ガラスからなる下地材料501上にスパツタ
法でタングステン膜を0.5μmの厚さで堆積した.そ
して該タングステン膜を30μm×30μmの下部電極
502の領域とその領域からの配線部分を残して他をエ
ッチング除去した。
きの説明を図示したものである.以下第5図にしたがフ
て形成法を解説する. (A)石英ガラスからなる下地材料501上にスパツタ
法でタングステン膜を0.5μmの厚さで堆積した.そ
して該タングステン膜を30μm×30μmの下部電極
502の領域とその領域からの配線部分を残して他をエ
ッチング除去した。
次いで先に述べた実施例1と同じ方法で、n◆−Si車
結晶性の凝集体503をSin,層からなる絶縁層50
4の開口より露出したコンタクトポイントにのみ形成し
た(′j45図(A))。
結晶性の凝集体503をSin,層からなる絶縁層50
4の開口より露出したコンタクトポイントにのみ形成し
た(′j45図(A))。
(B)次に、前記n”−Si単結晶性の凝集体503を
種としてn型P型の順にドーピングガスを連続的に変化
させて選択的に結晶成長を行ない、n型単結晶層505
及びp型単結晶層506を形成した。成長条件は先の実
施例1と同じである.なお、この成長は隣同士の結晶が
衝突する前に終わるように、あらかじめ実験により求め
た結晶成長処理時間50分間結晶成長処理した。
種としてn型P型の順にドーピングガスを連続的に変化
させて選択的に結晶成長を行ない、n型単結晶層505
及びp型単結晶層506を形成した。成長条件は先の実
施例1と同じである.なお、この成長は隣同士の結晶が
衝突する前に終わるように、あらかじめ実験により求め
た結晶成長処理時間50分間結晶成長処理した。
次いで上部電極とのコンタクトのために、全面にB+イ
オンをイオン注入し、表面をpI型にしてp0型の層5
07を形成した(第5図(B))。
オンをイオン注入し、表面をpI型にしてp0型の層5
07を形成した(第5図(B))。
(C)個々の結晶を完全に絶縁分離するために表面を熱
酸化し、Sin,層508を形成し、次いで各結晶の周
辺部の酸化膜をエッチングし、周辺部にP+型の層50
7の表面を露出させ、上部電極509とコンタクトする
ためのコンタクトホールを形成した。次いでコンタクト
ホールより露出したコンタクトポイントに上部電極50
9を、マスク蒸着法で形成し、フォトセンサを形成した
。
酸化し、Sin,層508を形成し、次いで各結晶の周
辺部の酸化膜をエッチングし、周辺部にP+型の層50
7の表面を露出させ、上部電極509とコンタクトする
ためのコンタクトホールを形成した。次いでコンタクト
ホールより露出したコンタクトポイントに上部電極50
9を、マスク蒸着法で形成し、フォトセンサを形成した
。
このようにして形成したフォトセンサは高感度の単結晶
半導体領域を基体上の所望のセンサ画素位置に設けると
共に、下部電極502との電気的接触が良好なので、入
射した光に忠実で高感度の応答性を有する。
半導体領域を基体上の所望のセンサ画素位置に設けると
共に、下部電極502との電気的接触が良好なので、入
射した光に忠実で高感度の応答性を有する。
(実施例3)
アニール条件を以下の条件とした以外は実施例1と同様
にして太陽電池を形成した。
にして太陽電池を形成した。
アニール雰囲気 水素 80%
アルゴン 20%
アニール温度 1050℃
圧力 100Torr
アニール時間 12分間
本実施例により実施例1と同様の良好な特性を示す太陽
電池が形成できた。
電池が形成できた。
(実施例4)
タグステン板からなる下部金属電極601上に通常のC
VD法により非晶買酸化ケイ素膜602を厚さ2000
人で形成し、その上に、POCf3を用いてリンを飽和
状態まで拡散した多結晶ケイ素膜を厚さ4000人で形
成した。続いて通常のフォトリソグラフィー及びドライ
エッチングプロセスにより縦横1.5μmの正方形の島
状に残し、他の部分の多結晶ケイ素膜をエッチング除去
し、多結晶性の原種子603を50μmピッチで設けた
基体を形成した(第6図(A))。
VD法により非晶買酸化ケイ素膜602を厚さ2000
人で形成し、その上に、POCf3を用いてリンを飽和
状態まで拡散した多結晶ケイ素膜を厚さ4000人で形
成した。続いて通常のフォトリソグラフィー及びドライ
エッチングプロセスにより縦横1.5μmの正方形の島
状に残し、他の部分の多結晶ケイ素膜をエッチング除去
し、多結晶性の原種子603を50μmピッチで設けた
基体を形成した(第6図(A))。
この基体にH2雰囲気中、温度1030℃、圧力100
Torrの条件で20分間アニールした。
Torrの条件で20分間アニールした。
上述のアニールにより多結晶性の原種子603は単一の
凝集体にw1aすると同時に酸化ケイ素膜602と固相
反応を起こし、原種子603と接した部分の酸化ケイ素
膜602を消失させ、タングステンからなる下部金属電
極601とオーミックコンタクトする単結晶性の種子6
04となる(第6図(B))。
凝集体にw1aすると同時に酸化ケイ素膜602と固相
反応を起こし、原種子603と接した部分の酸化ケイ素
膜602を消失させ、タングステンからなる下部金属電
極601とオーミックコンタクトする単結晶性の種子6
04となる(第6図(B))。
このようにしてaX反応及び固相反応を利用して形成し
た下部金属電極601上の開口を有する酸化ケイ素膜6
02と該開口に自己整合的に形成した単結晶性の種子6
04とを有する基体に対して実施例1と同様にして太陽
電池を形成したところ実施例1と同様に良好な特性を有
していた。
た下部金属電極601上の開口を有する酸化ケイ素膜6
02と該開口に自己整合的に形成した単結晶性の種子6
04とを有する基体に対して実施例1と同様にして太陽
電池を形成したところ実施例1と同様に良好な特性を有
していた。
[発明の効果]
以上説明したように、本発明によれば、アニールという
−の操作をすることのみで、 (i)固相反応による、半導体材料のコンタクトポイン
トへのセルファライメント効果と、(if)電極上での
多結晶半導体膜または非晶質半導体膜の凝集による単結
晶化と、 (iii)前記凝集した単結晶半導体と金属表面でのオ
ーミックコンタクトをとれる、という3つの効果を一度
に得られるようになった. これらにより、例えば金属基板上にも、該金属基板とコ
ンタクトをとったSolタイプのSi単結晶を成長せし
めることが可能になり、安価で高性能な太陽電池等のデ
バイス形成が可能となった。
−の操作をすることのみで、 (i)固相反応による、半導体材料のコンタクトポイン
トへのセルファライメント効果と、(if)電極上での
多結晶半導体膜または非晶質半導体膜の凝集による単結
晶化と、 (iii)前記凝集した単結晶半導体と金属表面でのオ
ーミックコンタクトをとれる、という3つの効果を一度
に得られるようになった. これらにより、例えば金属基板上にも、該金属基板とコ
ンタクトをとったSolタイプのSi単結晶を成長せし
めることが可能になり、安価で高性能な太陽電池等のデ
バイス形成が可能となった。
第1図は本発明の実行を可能にするSi一SiO2固相
反応の説明図、第2図は同じく凝集反応の説明図、$3
図は凝集反応により単一単結晶Siを形成するための典
型的な条件を示すためのグラフ、第4図は第1実施例で
、太陽電池の形成プロセスの模式的説明図、第5図は第
2実施例でフォトセンサの形成プロセスの模式的説明図
、第6図は他の実施例を説明するための模式的説明図で
ある。 (符号の説明) 101,402−Si02膜、 102・・・Si膜、 103・・・界面(反応点)、 201,202,203・・・薄膜、 201゜.202″.203″・・・凝集体、401・
・・下部金属電極、 403・・・コンタクトホール、 404・・・多結晶Si層、 405・・・n+型の単結晶Siの凝集体(種子)、4
06・・・中性のノンドープSi単結晶層、407・・
・p型の結晶層、 408・・・粒界(グレインバンダリー)、409・・
・p+型の層領域、 410,509・・・上部電極、 501・・・下地材料、 502・・・下部電極、 503・・・n”−Si単結晶性の凝集体、504・・
・絶縁層、 505・・・n型車結晶層、 506・・・p型単結晶層、 507・・・p9型の層、 508”SiOz 層. 第1 (A) 図 第 ■ 図 第 4 図
反応の説明図、第2図は同じく凝集反応の説明図、$3
図は凝集反応により単一単結晶Siを形成するための典
型的な条件を示すためのグラフ、第4図は第1実施例で
、太陽電池の形成プロセスの模式的説明図、第5図は第
2実施例でフォトセンサの形成プロセスの模式的説明図
、第6図は他の実施例を説明するための模式的説明図で
ある。 (符号の説明) 101,402−Si02膜、 102・・・Si膜、 103・・・界面(反応点)、 201,202,203・・・薄膜、 201゜.202″.203″・・・凝集体、401・
・・下部金属電極、 403・・・コンタクトホール、 404・・・多結晶Si層、 405・・・n+型の単結晶Siの凝集体(種子)、4
06・・・中性のノンドープSi単結晶層、407・・
・p型の結晶層、 408・・・粒界(グレインバンダリー)、409・・
・p+型の層領域、 410,509・・・上部電極、 501・・・下地材料、 502・・・下部電極、 503・・・n”−Si単結晶性の凝集体、504・・
・絶縁層、 505・・・n型車結晶層、 506・・・p型単結晶層、 507・・・p9型の層、 508”SiOz 層. 第1 (A) 図 第 ■ 図 第 4 図
Claims (32)
- (1)金属電極上に設けられた絶縁膜上に単結晶を成長
させる結晶成長方法において、 金属電極と絶縁膜とを有する基体に半導体膜を設け、 前記半導体膜と前記絶縁膜とがその界面で固相反応し、
前記金属電極上で前記半導体膜が凝集するためのアニー
ルを施すことにより前記絶縁膜の開口部に前記半導体膜
の凝集した単結晶性の凝集体を形成し、 前記単結晶性の凝集体を種子として単結晶を成長させる
ことを特徴とする結晶の成長方法。 - (2)請求項1において、前記絶縁膜は酸化ケイ素より
なることを特徴とする結晶の成長方法。 - (3)請求項1において、前記半導体膜はシリコンより
なることを特徴とする結晶の成長方法。 - (4)請求項1において、前記半導体膜は周期律表第I
II族元素を含むことを特徴とする結晶の成長方法。 - (5)請求項1において、前記半導体膜は周期律表第V
族元素を含むことを特徴とする結晶の成長方法。 - (6)請求項1において、前記アニールの温度は850
℃以上、半導体材料の融点以下であることを特徴とする
結晶の成長方法。 - (7)請求項1において、前記アニールの雰囲気は水素
ガスを含有することを特徴とする結晶の成長方法。 - (8)請求項1において、前記基体上に、複数の単結晶
を形成することを特徴とする結晶の成長方法。 - (9)請求項1において、前記半導体膜は前記絶縁膜の
開口より前記金属電極の露出した基体上に設けられるこ
とを特徴とする結晶の成長方法。 - (10)請求項1において、開口を有する前記絶縁膜の
膜厚は前記半導体膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする
結晶の成長方法。 - (11)請求項1において、前記半導体膜は前記絶縁膜
と接して設けられ、アニールにより単一の凝集体となる
に充分小さいことを特徴とする結晶の成長方法。 - (12)請求項1において、前記半導体膜の厚さは前記
絶縁膜より厚いことを特徴とする結晶の成長方法。 - (13)金属電極上に設けられた開口を有する絶縁膜上
に、半導体単結晶を成長させる結晶成長方法において、
前記絶縁膜と、前記絶縁膜の開口から露出した金属電極
面とを有する基体を覆って、非単結晶質の半導体薄膜を
前記絶縁膜より薄い厚さで設け、前記半導体薄膜をアニ
ールすることにより、絶縁膜と半導体薄膜とを固相反応
させ、絶縁膜上にある半導体薄膜のみを除去し、かつ、
金属電極上の半導体薄膜を凝集させ単結晶化した凝集体
を形成し、前記凝集体を種子として、結晶を成長させる
ことを特徴とする結晶の成長方法。 - (14)請求項13において、前記絶縁膜は酸化ケイ素
よりなることを特徴とする結晶の成長方法。 - (15)請求項13において、前記半導体膜はシリコン
よりなることを特徴とする結晶の成長方法。 - (16)請求項13において、前記半導体膜は周期律表
第III族元素を含むことを特徴とする結晶の成長方法。 - (17)請求項13において、前記半導体膜は周期律表
第V族元素を含むことを特徴とする結晶の成長方法。 - (18)請求項13において、前記アニールの温度は8
50℃以上、半導体材料の融点以下であることを特徴と
する結晶の成長方法。 - (19)請求項13において、前記アニールの雰囲気は
水素ガスを含有することを特徴とする結晶の成長方法。 - (20)請求項13において、前記基体上に、複数の単
結晶を形成することを特徴とする結晶の成長方法。 - (21)請求項13において、前記絶縁膜の膜厚は前記
半導体膜の膜厚より厚いことを特徴とする結晶の成長方
法。 - (22)請求項13において、前記絶縁膜の開口は、そ
の最大径が5μm以下であることを特徴とする結晶の成
長方法。 - (23)金属電極上に設けられた絶縁膜上に単結晶を成
長させる結晶成長方法において、 金属電極と絶縁膜とを有する基体の前記絶縁膜上に非単
結晶質であってパターニングした半導体膜を設け、前記
半導体膜をアニールすることにより、前記半導体膜と前
記絶縁膜とを固相反応させ前記パターニングした半導体
膜を設けた部分の前記絶縁膜を除去し、前記金属電極上
で前記半導体膜を凝集させ単結晶化した凝集体を形成し
、前記凝集体を種子として、単結晶を成長させることを
特徴とする結晶の成長方法。 - (24)請求項23において、前記絶縁膜は酸化ケイ素
よりなることを特徴とする結晶の成長方法。 - (25)請求項23において、前記半導体膜はシリコン
よりなることを特徴とする結晶の成長方法。 - (26)請求項23において、前記半導体膜は周期律表
第III族元素を含むことを特徴とする結晶の成長方法。 - (27)請求項23において、前記半導体膜は周期律表
第V族元素を含むことを特徴とする結晶の成長方法。 - (28)請求項23において、前記アニールの温度は8
50℃以上、半導体材料の融点以下であることを特徴と
する結晶の成長方法。 - (29)請求項23において、前記アニールの雰囲気は
水素ガスを含有することを特徴とする結晶の成長方法。 - (30)請求項23において、前記基体上に、複数の単
結晶を形成することを特徴とする結晶の成長方法。 - (31)請求項23において、前記半導体膜の膜厚は前
記絶縁膜の膜厚より厚いことを特徴とする結晶の成長方
法。 - (32)請求項23において、前記半導体膜の最大径は
5μm以下であることを特徴とする結晶の成長方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1-163430 | 1989-06-26 | ||
JP16343089 | 1989-06-26 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03215391A true JPH03215391A (ja) | 1991-09-20 |
Family
ID=15773748
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2160852A Pending JPH03215391A (ja) | 1989-06-26 | 1990-06-19 | 結晶の成長方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5236544A (ja) |
EP (1) | EP0405896A3 (ja) |
JP (1) | JPH03215391A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US7115902B1 (en) | 1990-11-20 | 2006-10-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electro-optical device and method for manufacturing the same |
US5849601A (en) * | 1990-12-25 | 1998-12-15 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electro-optical device and method for manufacturing the same |
US7576360B2 (en) | 1990-12-25 | 2009-08-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electro-optical device which comprises thin film transistors and method for manufacturing the same |
US7098479B1 (en) | 1990-12-25 | 2006-08-29 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electro-optical device and method for manufacturing the same |
US5653730A (en) * | 1993-09-28 | 1997-08-05 | Hemodynamics, Inc. | Surface opening adhesive sealer |
US7081938B1 (en) | 1993-12-03 | 2006-07-25 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electro-optical device and method for manufacturing the same |
TW330313B (en) * | 1993-12-28 | 1998-04-21 | Canon Kk | A semiconductor substrate and process for producing same |
US6103598A (en) * | 1995-07-13 | 2000-08-15 | Canon Kabushiki Kaisha | Process for producing semiconductor substrate |
US6500257B1 (en) * | 1998-04-17 | 2002-12-31 | Agilent Technologies, Inc. | Epitaxial material grown laterally within a trench and method for producing same |
JP4310076B2 (ja) * | 2001-05-31 | 2009-08-05 | キヤノン株式会社 | 結晶性薄膜の製造方法 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5792591A (en) * | 1980-11-28 | 1982-06-09 | Ngk Insulators Ltd | Production of single crystal |
FR2580673B1 (fr) * | 1985-04-19 | 1987-09-25 | Haond Michel | Procede de fabrication sur un support isolant d'un film de silicium monocristallin oriente et a defauts localises |
GB2180688B (en) * | 1985-09-21 | 1989-09-13 | Stc Plc | Transistors |
JPS62119914A (ja) * | 1985-11-20 | 1987-06-01 | Sony Corp | 半導体層の固相成長方法 |
JPH0732124B2 (ja) * | 1986-01-24 | 1995-04-10 | シャープ株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
JPS62210920A (ja) * | 1986-03-12 | 1987-09-17 | チッソ株式会社 | わさび辛味成分の製造方法 |
JPH0782996B2 (ja) * | 1986-03-28 | 1995-09-06 | キヤノン株式会社 | 結晶の形成方法 |
EP0307109A1 (en) * | 1987-08-24 | 1989-03-15 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for forming semiconductor crystal and semiconductor crystal article obtained by said method |
-
1990
- 1990-06-19 JP JP2160852A patent/JPH03215391A/ja active Pending
- 1990-06-25 EP EP19900306946 patent/EP0405896A3/en not_active Ceased
- 1990-06-26 US US07/543,417 patent/US5236544A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0405896A3 (en) | 1991-03-13 |
US5236544A (en) | 1993-08-17 |
EP0405896A2 (en) | 1991-01-02 |
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