JPH07273031A - シリコン基体の製造方法 - Google Patents

シリコン基体の製造方法

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JPH07273031A
JPH07273031A JP6281889A JP28188994A JPH07273031A JP H07273031 A JPH07273031 A JP H07273031A JP 6281889 A JP6281889 A JP 6281889A JP 28188994 A JP28188994 A JP 28188994A JP H07273031 A JPH07273031 A JP H07273031A
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豊 林
Kenichi Ishii
賢一 石井
Tetsuo Takahashi
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Yukihiro Nakamura
之大 中村
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Abstract

(57)【要約】 【構成】セラミック基板1上に、シリコン窒化単層膜或
はシリコン酸化・窒化中間化合物単層膜よりなるバッフ
ァ層2を配置し、この上にシリコン膜を堆積し、該シリ
コン膜を溶融して結晶シリコン膜3とするシリコン基体
の製造方法。 【効果】バッファ層2を介在させることによってセラミ
ック基板1から結晶シリコン膜3へ移行する汚染不純物
濃度を減少でき、しかもシリコン膜においては結晶粒の
大きな結晶を成長させることができ、したがって電気的
な特性、光電特性も優れたシリコン基体を得ることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、シリコンとは異種の
セラミック基板上へ高品質の結晶シリコン膜を配置した
シリコン基体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】最近SOI(Silicon on Insulator)技術
が研究されているが、石英基板上の結晶シリコン薄膜に
ついての報告はあるものの、溶融・結晶化に際して熱膨
張係数の違いからシリコン薄膜に亀裂が入って素子を作
るまでに至っていない。
【0003】基板としてはシリコンウェハ上に絶縁膜を
形成したものが多く、その絶縁膜上にシリコン薄膜を形
成し、それを溶融・結晶化して素子形成等に使用してい
た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、シリコンウェ
ハを使用している以上、大面積素子を低価格で製造する
ことは不可能であり、シリコンウェハよりも低価格な異
種基板上に結晶シリコン膜を亀裂等がなく、しかも汚染
を受けない状態で製造する技術の出現が望まれていた。
【0005】そこで、この発明の目的は、低価格での異
種基板上に亀裂がなく、しかも汚染原子の量が少なく、
結晶粒の大きな結晶シリコン膜を成長させることができ
るような構造としたシリコン基体の製造方法を提供する
ことにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、この発明ではセラミック基板上に、厚さ1000
Å以上のシリコン窒化単層膜或はシリコン酸化・窒化中
間化合物単層膜よりなるバッファ層を配置し、該バッフ
ァ層の上面にはシリコン膜を上記バッファ層を溶融させ
ない程度の温度で堆積し、更に該シリコン膜を溶融・結
晶化させるシリコン基体の製造方法を提供するものであ
る。
【0007】この発明では、このような基本的な構成の
他に、上記バッファ層と結晶シリコン膜との間に第3の
膜を設けてデバイス製造上格別な効果をもたらすように
することもできる。
【0008】すなわち、この発明により製造されたシリ
コン基体は、バッファ層と結晶シリコン膜との間に、予
め所望の有効不純物を含有されたシリコン酸化膜(低級
酸化膜も含む)、シリコン窒化膜(低級窒化膜も含
む)、及びその2層又は中間化合物膜、シリコン炭化膜
等のシリコン化合物膜を設け、溶融再結晶化の際に前記
シリコン結晶膜に不純物を添加した構造のデバィスを製
造するときに格別な効果を有する不純物添加膜構造とし
て用いることができる。
【0009】更にまた、この発明では前記シリコン膜の
裏面でのコンタクトをとるために、結晶シリコンより融
点の高い導電性膜をバッファ層と結晶シリコン膜との間
に設けた構成とすることもできる。
【0010】
【実施例】以下に図面を参照してこの発明を詳細に説明
する。第1図はこの発明により製造した基体の構成例を
示し、1はセラミック基板、2はこの基体1上に配置し
たバッファ層、3はバッファ層2上の結晶シリコン膜で
ある。
【0011】この発明では、石英よりもシリコンに熱膨
張係数の近いアルミナ等のセラミック基体1を用いる。
【0012】通常、アルミナ基板の表面には、仕上げが
良好なものでも、サブμmから数μmの凹凸があり、こ
のためシリコン膜の基板への機械的付着が良好である。
【0013】しかし、シリコン膜の溶融・結晶化のため
にレーザ等の光線または電子線で走査・溶融した後の結
晶粒は、面積にして10μm2以下のものが多く、未だ素子
作製には不十分であり、かつ基板からの汚染不純物原子
が膜中に1017個/cm3 以上混入し、素子を作製しても良
好な特性が期待できなかった。
【0014】そこで、この発明では、セラミック基板1
とシリコン膜3との間にシリコン窒化単層膜或はシリコ
ン酸化・窒化中間化合物単層膜よりなるバッファ層2を
挿入することによって、上記の汚染不純物原子濃度を一
桁以上減少させ、更に結晶粒もその面積を2倍以上に増
大させる。
【0015】この発明によれば、セラミック基板1から
の汚染不純物原子濃度を小さくできるので、素子作製に
有効な、有効不純物を添加して膜の特性を制御すること
もできる。
【0016】この有効不純物はセラミック基板1とシリ
コン膜2との間に挿入するシリコン窒化膜或はシリコン
酸化・窒化中間化合物膜またはその多層膜中の何れか一
層に含まれていても良いし、更にこの有効不純物を含む
シリコン酸化膜の層をバッファ層2と結晶シリコン膜3
との間に配置しても良い。このような構成で、シリコン
膜を溶融・結晶化すると、有効不純物は膜の基板側から
表面に向けて減少する不純物濃度分布をとるので、素子
作製上好都合なことが多い。
【0017】以下にこの発明の実施例を詳細に説明す
る。 実施例1 アルミナセラミック基板(〓京セラ製、商品名スムース
基板)上へ680 ℃の熱CVDによりバッファ層としてシ
リコン窒化膜を1270Å成長させ、その上にモノシランの
熱分解により、630 ℃前後の温度で3 μm の厚さにアモ
ルファスと微結晶の混在するシリコン薄膜を堆積した。
【0018】これらで得た試料をArレーザビーム(ビ
ーム径は約60μm φとした)で最適のスイープ速度(5-2
0mm/sec),ピッチ(30〜40μm)を以て3 〜4.5Wのエネル
ギーを加え溶融再結晶化した。これにより再結晶化した
シリコン薄膜は多結晶であった。再結晶化後の結晶粒を
観測するためにSECCO エッチ(重クロム酸水溶液(4重
量%):50%フッ酸水溶液=1:2 に混合)を行って粒界
を観察できるようにし、一定面積の中の結晶粒の個数を
計測して平均の結晶粒面積を導出した。この結果を第1
表に示す。なお、表1に示す比較例1は、バッファ層を
設けない従来例である。
【0019】
【0020】表1から、この発明により、セラミック基
板上に窒化膜によるバッファ層に介挿してシリコン薄膜
を堆積すると、結晶粒平均面積は約1000Åのバッファ層
に対しても、比較例1に対して既に倍まで増大させる効
果があり、改善の程度が著しいことがわかる。
【0021】結晶粒の増大の他にバッファ層はセラミッ
ク基板からの汚染不純物の混入を緩和する。SIMS( 二次
イオン分析装置)を用いた解析によれば、アルミナセラ
ミックの場合、バッファ層を設けない時には、再結晶化
したシリコン薄膜の中にはアルミニウム、マグネシウム
等の不純物が基板から溶け込んでおり、このため膜のキ
ャリア濃度も高くなっている。バッファ層はこの基板か
らの不純物の混入を少なくとも一桁は減少させることが
わかった。第1表にこの効果を数量的に示すためアルミ
ニウムの混入と関係が深いと思われるキャリア濃度の測
定値を示すと、実施例1のシリコン窒化膜で約1/10に汚
染不純物濃度を減少させることができた。
【0022】なお、この発明の実施例では、バッファ層
としてシリコン窒化単層膜の例を挙げたが、所謂シリコ
ン・オキシ・ナイトライド単層膜(シリコン酸化・窒化
膜)を用いても同様な効果が得られる。シリコン薄膜の
厚さも0.5 μm 〜10μm まで同様な効果が得られること
が確かめられた。
【0023】また、溶融再結晶化手段は上述のアルゴン
レーザの場合に限らず、各種の加熱手段を用いることが
でき、例えば5 〜10μm とシリコン膜厚が厚い場合は、
YAGレーザを用いることができる。電子ビームまたはラ
ンプ加熱により溶融再結晶化させることも可能である。
【0024】実施例2 基板側からこのシリコン溶融再結晶化膜へ、デバイス製
造に都合の良い不純物である硼素を添加した。まず、ア
ルミナ基板上に厚さ約4000Åのシリコン酸化膜、厚さ13
00Åのシリコン窒化膜を塗布して200 ℃で熱処理し、更
に硼素を含むシリコン酸化膜を厚さ1400Åに塗布し、次
いでモノシランの熱分解により630 ℃でシリコン薄膜を
厚さ3 μm 堆積した。この試料を前述のようにArレー
ザビームで溶融再結晶化し、結晶粒平均面積及びキャリ
ア濃度を測定した。結晶粒平均面積は約150 μm2、キャ
リア濃度は8 ×1017個/cm3 であり、5 ×1015個/cm3
のバックグランド濃度に対して、活性な硼素が意図され
たように添加されていることが判明した。しかもこの硼
素はシリコン酸化膜(基板側)側から不純物濃度が減少
していくように分布しており、太陽電池等のデバイスの
試作に都合の良い分布となっている。
【0025】上記の溶融再結晶化シリコン薄膜を用いて
太陽電池を試作した。上記薄膜上にリン原子を含んだ厚
さ300 〜500 Åのアモルファスシリコン膜と更に900 Å
の酸化錫・インジウム(ITO)膜をそれぞれプラズマCV
D技術と電子ビームの蒸着技術により堆積した。溶融再
結晶化シリコン薄膜にはアルミニウム薄膜を正電極とし
て蒸着し、負電極としては上記のITO 膜を用いた。この
太陽電池にAM1.5 スペクトルの擬似太陽光を照射したと
ころ、10mA/cm2以上の短絡光電流はが得られた。これと
同時に結晶シリコンウェハ(厚み400 μm )上に作られ
た太陽電池の短絡光電流は22mA/cm2であり、約100 分の
1 の厚さのこの発明の溶融再結晶化シリコン薄膜でこの
1/2 の短絡光電流値が得られた。したがって、本例によ
り材料利用率としては約50倍の新技術が得られたことに
なる。
【0026】上記実施例2の他に、シリコン窒化膜、シ
リコンオキシナイトライド膜、シリコン炭化膜等のシリ
コン化合物膜に、硼素や燐原子等の有効不純物膜との間
に挿入しておいて、溶融再結晶化を行うことによって、
有効不純物を結晶シリコン膜中へ裏面から添加すること
もできる。更に、低級シリコン酸化膜、窒化膜(例えば
酸素又は窒素がシリコンに対して数%〜数十%混入した
膜)やシリコン炭化膜等の高融点半導体膜は、有効不純
物を添加してバッファ層と結晶シリコン膜との間に挿入
し、シリコン膜を溶融再結晶化した場合に導電性が得ら
れ、シリコンの裏面コンタクトとして、太陽電池、バイ
ポーラデバイス等の製造の場合には有用な機能層として
利用することができる。更に、上記高融点半導体膜とバ
ッファ層との間に高融点導体の膜を挿入しておくことに
より、裏面コンタクト層の抵抗を一層低下させることが
可能となる。
【0027】
【発明の効果】以上から明かのように、この発明はセラ
ミック基板とこの基板上に設けられた厚さ1000Å以上の
シリコン窒化単層膜或はシリコン酸化・窒化中間化合物
単層膜よりなるバッファ層を配置し、更にこのバッファ
層上に溶融再結晶化した結晶シリコン膜を配置するの
で、結晶シリコン薄膜を低価格に、高純度で、かつ結晶
粒の大きな状態で、得ることができ、しかも電気的な特
性、光電特性も優れたものが得られる。この発明によれ
ばシリコンの有効利用が可能で、セラミック基板上に大
面積、かつ高性能のデバイスまたは大集積化が可能とな
る。しかも、薄膜電子デバイスの基板側から不純物の導
入も可能であるため、デバイス設計上大きな利点が生ず
る。
【0028】更に、この発明では高融点の導電性の膜を
バッファ層と結晶シリコン膜の間に挿入することがで
き、この導電性の膜をコンタクト層としてデバイス製造
時に活用できるという格別な効果が生ずる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
1……………………………セラミック基板 2……………………………バッファ層 3……………………………結晶シリコン膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 31/04 (72)発明者 中村 之大 東京都新宿区早稲田南町35番地

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミック基板上に、厚さ1000Å以上の
    シリコン窒化単層膜或はシリコン酸化・窒化中間化合物
    単層膜よりなるバッファ層を配置し、該バッファ層の上
    面にはシリコン膜を上記バッファ層を溶融させない程度
    の温度で堆積し、更に該シリコン膜を溶融・結晶化させ
    ることを特徴とするシリコン基体の製造方法。
  2. 【請求項2】 特許請求の範囲第1項記載のシリコン基
    体の製造方法において、前記バッファ層内に有効不純物
    を含ませ、溶融・結晶化を行う時に前記結晶シリコン膜
    中へ有効不純物を添加したことを特徴とするシリコン基
    体の製造方法。
  3. 【請求項3】 特許請求の範囲第1項記載のシリコン基
    体の製造方法において、前記バッファ層と前記結晶シリ
    コン膜との間に有効不純物を含んだシリコン化合物膜を
    配置し、溶融・結晶化を行う時に前記シリコン膜中へ有
    効不純物を添加したことを特徴とするシリコン基体の製
    造方法。
  4. 【請求項4】 特許請求の範囲第1項記載のシリコン基
    体の製造方法において、前記バッファ層と前記結晶シリ
    コン膜との間に、シリコンより高融点の導電性膜を配置
    して前記結晶シリコン膜の裏面のコンタクト層としたこ
    とを特徴とするシリコン基体の製造方法。
  5. 【請求項5】 特許請求の範囲第1項記載のシリコン基
    体の製造方法において、前記溶融・結晶化は電子線また
    は光線の走査により行うことを特徴とするシリコン基体
    の製造方法。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5365066A (en) * 1976-11-22 1978-06-10 Nec Corp Semiconductor device
JPS56111258A (en) * 1980-01-07 1981-09-02 Chiyou Lsi Gijutsu Kenkyu Kumiai Thin film semiconductor device
JPS57157519A (en) * 1981-03-23 1982-09-29 Fujitsu Ltd Manufacture of semiconductor device

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