JPH0536611A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH0536611A
JPH0536611A JP3216203A JP21620391A JPH0536611A JP H0536611 A JPH0536611 A JP H0536611A JP 3216203 A JP3216203 A JP 3216203A JP 21620391 A JP21620391 A JP 21620391A JP H0536611 A JPH0536611 A JP H0536611A
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繁 能口
Keiichi Sano
景一 佐野
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明の目的は、低コストの半導体装置及
びその製造方法を提供することにある。 【構成】 この発明の半導体装置は、基板1として金属
シリコンを用い、この金属シリコン基板1上に半導体グ
レードの高純度シリコンからなる活性層2を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、シリコン太陽電池、
トランジスタ等のシリコン半導体を用いた半導体装置及
びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体シリコンを用いた太陽電池、トラ
ンジスタは、純度99.999%程度の半導体グレード
のシリコンが用いられている。
【0003】例えば、この半導体グレードのシリコンを
用いた太陽電池の場合は、まず、珪石、珪砂などの原鉱
を還元して、金属グレードシリコンを製造し、次にこの
金属グレードシリコンから、モノシラン、ジクロロシラ
ン、トリクロロシランなどのシラン系ガスを製造し、こ
のガスを用いて半導体グレードの多結晶シリコン、アモ
ルファスシリコンが製造されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した半導体グレー
ドのシリコンを製造するためには、金属グレードシリコ
ンから更に水素還元などの精製作業を必要とするため、
コストが高くなるという難点があった。とりわけ、純度
が99.99%以上のシリコンを製造すると、飛躍的に
コストが上がることから、純度99.99%未満のシリ
コンを使用した半導体装置の開発が望まれている。
【0005】この発明は上述した難点を解消し、低コス
トの半導体装置及びその製造方法を提供することをその
課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明の半導体装置
は、基板として金属シリコンを用い、この金属シリコン
上に半導体グレードの高純度シリコンからなる活性層が
形成されてなる。
【0007】また、この発明の半導体装置は、基板とし
てシリコン純度が99.99%未満の低純度シリコンを
用い、この低純度シリコン上に半導体グレードの高純度
シリコンからなる活性層が形成されてなる。
【0008】さらに、この発明に係る半導体装置の製造
方法は、金属シリコン基板上に低温エピタキシャル成長
により、半導体グレードの高純度シリコンからなる活性
層を形成することを特徴とする。
【0009】この発明の半導体装置の製造方法は、金属
シリコン基板表面より高圧水素を拡散することにより、
少なくとも金属シリコン基板表面の不純物を除去して高
純度シリコン層を形成することを特徴とする。
【0010】また、この発明の半導体装置の製造方法
は、金属シリコン基板の一主面を加熱溶融した錫融液上
に接触させた状態で保持し、前記基板上に高エネルギー
ビームを照射して、基板1内の不純物を錫融液に溶出さ
せることにより、少なくとも前記基板の錫融液と接する
表面に純度が99.999%以上の高純度シリコンから
なる活性層を形成することを特徴とする。
【0011】
【作用】金属シリコン及び低純度シリコンは、原鉱を還
元して製造され、この精錬に要するエネルギーはアルミ
ニウム及びチタン精錬に要するエネルギーとほぼ同等で
ある。従って、低コストで大面積の基板が容易に入手可
能である。この低コストな基板においてもシリコン特性
をある程度備えており、この基板に高純度シリコンを容
易に形成することができるので、この形成した高純度シ
リコンを活性層として用いれば、低コストの半導体装置
が得られる。
【0012】
【実施例】以下、この発明の実施例につき図面を参照し
て説明する。
【0013】まず、シリコン純度が98〜99.99%
程度の低純度シリコン基板を用意する。
【0014】この低純度シリコンは、珪石、珪砂の原鉱
を還元して得られる金属グレードのシリコン、いわゆる
金属シリコンが用いられる。例えば、この金属シリコン
は結晶タイプの珪石、主に石英をコークス、石炭と混ぜ
て大型のアーク炉中で加熱し、次式の反応により還元さ
れ、形成される。
【0015】SiO2+2C→Si+2CO
【0017】そして、シリコンは周期的に炉から浅い槽
に流し出され固められて、シリコンブロックが形成され
る。
【0018】このシリコンブロックの純度は98〜9
9.99%であり、不純物は主に鉄とアルミニウムであ
る。この金属シリコン中の不純物の代表値を表1に示
す。
【0019】
【表1】
【0020】表1よりこの金属シリコンの純度は99.
6%以下である。次に上記金属シリコンを用いた半導体
装置として太陽電池を例にとり以下に説明する。
【0021】図1は、この発明の一実施例を示す断面図
である。
【0022】まず、純度98%の金属シリコンからなる
膜厚300μmの基板1を用意する。 金属シリコン1
上に光CVD法、化学堆積法、プラズマCVD法等によ
る低温エピタキシャル成長により、n-型の多結晶シリ
コン層2が形成される。そして、この多結晶シリコン層
2上にp型の非晶質シリコン層3またはi型層、p型層
と順次積層した非晶質シリコン層を積層形成する。更
に、この非晶質シリコン層3上に透明電極4を基板1の
裏面に裏面電極5を設けることにより太陽電池が形成さ
れる。
【0023】次、図1に示した太陽電池の製造例につき
更に説明する。
【0024】まず、純度98%、膜厚300μmの金属
シリコン基板1を用意する。そして、SiH4ガスを5
sccm、SiH22ガスを5sccm、希釈ガスとし
てH2ガスを100sccm、PH3(0.1%)/H2
ガスを1sccm流し、基板温度を300℃、RFパワ
ーを10W、圧力100mTorrで、プラズマCVD
法により膜厚5μmのn-型多結晶シリコン層2を形成
する。
【0025】続いて、SiH4ガスを5sccm、希釈
ガスとしてH2ガスを10sccm、B26(1%)/
2を5sccm、基板温度150℃でRFパワー10
W、圧力100mTorrに保持し、プラズマCVD法
によりn-型多結晶シリコン層2上に膜厚100Åのp+
型の非晶質シリコン層3を形成する。
【0026】その後、金属シリコンは抵抗値が小さいの
で、この基板1裏面に直接Al蒸着により膜厚5000
Åの裏面電極5を形成する。そしてスパッタリングによ
りITOからなる透明導電膜4をp+型非晶質シリコン
層3上に形成し、太陽電池が形成される。
【0027】尚、p+型非晶質シリコン層3とn-型多結
晶シリコン層2の界面に膜厚80Å程度のノンドープの
非晶質シリコンを挿入するとさらに特性が向上する。
【0028】このように低温エピタキシャルで基板1上
に多結晶シリコンからなる半導体層を形成する場合、製
造が低温なため、金属シリコンからの不純物が活性層に
拡散することなく、特性劣化を引き起こすことはない。
【0029】また、製造時の温度が600℃以下であれ
ば、基板1よりの不純物の拡散を防止することができ
る。従って、プラズマCVD法以外に光CVD法、F2
を流したCVD法を用いたり、プラズマCVD法などで
低温で非晶質シリコンを形成した後、600℃以下の温
度でアニールして、結晶化させるいわゆる固相成長法な
どを用いることができる。
【0030】続いて、この発明の第2の実施例につき図
2を参照して説明する。純度98%、膜厚1mmの金属
シリコン基板1を真空炉10内に配置する、この基板1
は高圧に耐えるため1mm間隔で配置された支柱11上
に載置する、そして、この支柱11の下方に設けられた
ヒータ12にて基板1を200〜1300℃に加熱す
る。この実施例においては、基板1を700℃に加熱す
る、この状態で真空炉10の上部に100気圧程度の高
圧水素(H2)を供給し、真空炉10の下部10bを低
圧又は真空にする。
【0031】而して、基板1表面が高圧H2で拡散され
ると、基板1表面の不純物が水素化されて除去され、且
つ欠陥のターミネートがなされ、基板1表面に高純度シ
リコンからなる活性層が形成される。例えば基板温度7
00℃で100気圧の高圧H2を10分間拡散すること
で、厚さ10μmの高純度シリコンからなる活性層が形
成される。
【0032】この活性層に燐(P)などのn型不純物を
ドープして、n-型半導体層を形成した後、前述と同様
に、p+型非晶質シリコン層をプラズマCVD法により
形成する。その後、透明導電膜、裏面電極を形成するこ
とにより、太陽電池が得られる。
【0033】図3はこの発明の第3の実施例を示す断面
図である。この図3に従い第3の実施例を説明する。
【0034】純度98%、膜厚1mmの金属シリコン基
板1を700℃に加熱した錫(Sn)融液20上に載
せ、基板1上に出力100mJ/cm2×100Hzの
エキシマレーザを照射する。このエキシマレーザの照射
により、基板1内の不純物がSn融液20に溶出し、基
板1のSn融液20と接する表面に高純度シリコンから
なる活性層を形成することができる。そして、前述した
第2の実施例と同様に、活性層にP等の不純物をドーブ
して、n-型半導体層を形成した後、p+型非晶質シリコ
ン層をプラズマCVD法により形成する。その後、透明
電極、裏面電極を形成することにより、太陽電池が得ら
れる。
【0035】尚、上述した各実施例は、太陽電池につい
て説明しているが、この発明はスイッチングトランジス
タを主体として集積化した半導体装置等にも適用するこ
とができる。
【0036】
【発明の効果】上述したように、この発明は、金属シリ
コン及び低純度シリコンからなる低コストの基板に高純
度シリコンを容易に形成することができるので、このシ
リコンを活性層として用いれば、低コストの半導体装置
が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例を示す断面図である。
【図2】この発明の第2の実施例の製造方法を示す断面
図である。
【図3】この発明の第3の実施例の製造方法を示す断面
図である。
【符号の説明】
1 金属シリコン基板 2 n-型シリコン半導体層(活性層) 3 p+型シリコン半導体層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 7376−4M H01L 31/04 M

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板として金属シリコンを用い、この金
    属シリコン上に半導体グレードの高純度シリコンからな
    る活性層が形成されてなる半導体装置。
  2. 【請求項2】 基板としてシリコン純度が99.99%
    未満の低純度シリコンを用い、この低純度シリコン上に
    半導体グレードの高純度シリコンからなる活性層が形成
    されてなる半導体装置。
  3. 【請求項3】 金属シリコン基板上に低温エピタキシャ
    ル成長により、半導体グレードの高純度シリコンからな
    る活性層を形成することを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
  4. 【請求項4】 金属シリコン基板上に低温エピタキシャ
    ル成長により、半導体グレードの高純度シリコンからな
    る一導電型の半導体層を形成し、この半導体層上に他導
    電型の非晶質シリコン半導体層を形成することを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 シリコン純度が99.99%未満の低純
    度シリコンからなる基板上に、低温エピタキシャル成長
    により、半導体グレードの高純度シリコンからなる活性
    層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 シリコン純度が99.99%未満の低純
    度シリコンからなる基板上に、低温エピタキシャル成長
    により半導体グレードの高純度シリコンからなる一導電
    型の半導体層を形成し、この半導体層上に他導電型非晶
    質シリコン半導体層を形成することを特徴とする半導体
    装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 金属シリコン基板の表面より高圧水素を
    拡散することにより、少なくとも金属シリコン基板表面
    の不純物を除去して高純度シリコン層を形成することを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 シリコン純度が99.99%未満の低純
    度シリコンからなる基板の表面より高圧水素を拡散する
    ことにより、少なくとも低純度シリコン基板表面の不純
    物を除去して、純度が99.999%以上の半導体グレ
    ードのシリコン層を形成することを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
  9. 【請求項9】 金属シリコン基板の一主面を加熱溶融し
    た錫融液上に接触させた状態で保持し、前記基板上に高
    エネルギービームを照射して、基板1内の不純物を錫融
    液に溶出させることにより、少なくとも前記基板の錫融
    液と接する表面に純度が99.999%以上の高純度シ
    リコンからなる活性層を形成することを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
  10. 【請求項10】 シリコン純度が99.99%未満の低
    純度シリコンからなる基板の一主面を加熱溶融した錫融
    液上に接触させた状態で保持し、前記基板上に高エネル
    ギービームを照射して、基板1内の不純物を錫融液に溶
    出させることにより、少なくとも前記基板の錫融液と接
    する表面に純度が99.999%以上の高純度シリコン
    からなる活性層を形成することを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2004086516A1 (en) * 2003-03-26 2004-10-07 Canon Kabushiki Kaisha Solar cell
JP2012503310A (ja) * 2008-09-16 2012-02-02 シエラ ソーラー パワー, インコーポレイテッド 冶金級Siウエハ上のCVDエピタキシャルSi膜を使用して製造される太陽電池
JP2013149897A (ja) * 2012-01-23 2013-08-01 Innovation & Infinity Global Corp 複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板の製造方法
JP2013149896A (ja) * 2012-01-23 2013-08-01 Innovation & Infinity Global Corp 複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板及びそれを用いた太陽電池

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