JPH101393A

JPH101393A - 結晶シリコン薄膜の形成方法

Info

Publication number: JPH101393A
Application number: JP14893696A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yokoyama; 敬志横山; Kazuma Yamamoto; 和馬山本; Takahiro Mishima; 孝博三島; Takeshi Matsuda; 豪松田; Shigeki Ito; 茂樹伊藤
Original assignee: Daido Hoxan Inc
Current assignee: Daido Hoxan Inc
Priority date: 1996-06-11
Filing date: 1996-06-11
Publication date: 1998-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】安価な基板を使用することによりＬＰＥのコス
トを低減し、しかも良質な結晶が得られるというＬＰＥ
の特性を最大限に活かすことができる結晶シリコン薄膜
の形成方法を提供する。【解決手段】液相成長法によって基板５表面に結晶シリ
コンの薄膜を形成する方法であって、シリコンとは異な
る材料からなる基板５を準備し、上記基板５の表面に、
粉末状の結晶シリコン１５を均一に散布し、その状態で
プレスして基板５表面に上記粉末状の結晶シリコン１５
を圧着させ、上記圧着された粉末状の結晶シリコン１５
を核として液相成長させることにより、上記基板５表面
に結晶シリコンの薄膜を形成するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液相成長法にもと
づく結晶シリコン薄膜の形成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体材料として用いられる結晶薄膜を
得る方法としては、従来から、低融点金属の溶媒に溶質
材料を高温で飽和させたあと、その飽和溶液を冷却して
過飽和となる溶質材料を基板上に結晶として析出させて
結晶薄膜を得る液相成長法（ＬｉｑｕｉｄＰｈａｓｅ
Ｅｐｉｔａｘｙ、以下「ＬＰＥ」と略す）がよく知ら
れている。このＬＰＥは、例えば、つぎのような各種の
ＬＰＥ装置を用いて行われている。

【０００３】まず、ティッピング方式（傾斜法）のＬＰ
Ｅ装置の一例を図６に示す。この装置は、片側に傾いた
状態の炉芯管１内で、溶融槽２に、溶媒となる金属溶液
（以下「メルト」という）３と溶質となる原料４を入
れ、メルト３が偏った方とは反対側の溶融槽２内に基板
５を装着し、高温下で原料４をメルト３中に拡散させ飽
和させる。そして、炉芯管１を反対側に傾けて、溶質が
飽和したメルト３を、基板５の上に移動させ、その状態
で温度を降下させながらエピタキシャル成長を行い、所
定厚みの結晶膜が得られた時点で、再び炉芯管１を元の
ように傾けて、結晶膜が形成された基板５を取り出すよ
うになっている。なお、６は熱電対、７は基板５保持用
のクランプである。また、上記炉芯管１内は、高純度水
素ガス等の雰囲気になっている。

【０００４】また、ディッピング方式（液浸法）のＬＰ
Ｅ装置の一例を図７に示す。この装置は、縦型炉８内
に、メルト３を入れた白金るつぼ１０を配置し、この中
に溶質となる原料４を入れて高温下で溶解させ、ついで
上方から基板５を下降させてメルト３に浸し、その状態
で温度を降下させて基板５表面でエピタキシャル成長を
行うようになっている。なお、６は熱電対、１１は上部
ヒータ，１２はアルミナ管である。

【０００５】さらに、スライドボート方式のＬＰＥ装置
の一例を図８に示す。この装置は、ベース板１３の上面
に、基板５と原料４を所定間隔で嵌入保持し、その上
に、貫通穴１４ａ内にメルト３を保持したスライダー１
４を取り付けたもので、上記メルト３が原料４と接する
ようスライダー１４を右に移動させ、高温下でメルト３
に原料４を拡散させ飽和させたのち、メルト３が基板５
と接するようスライダー１４を左に移動させ、温度を降
下させて基板５表面でエピタキシャル成長を行うように
なっている。

【０００６】上記のようなＬＰＥは、固相と液相間の準
平衡状態からの結晶成長であるため、高純度でしかも欠
陥が少ない完全性の高い結晶が得られる。これが他の方
法にはないＬＰＥの大きなメリットとなっている。この
ため、ＬＰＥは、半導体用材料や、太陽電池等に用いら
れる結晶シリコン薄膜の形成方法として有望視されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＬＰＥでは、基板の材料と同じ材料からなる結晶膜を生
成させることが行われ、結晶シリコン薄膜をＬＰＥによ
って作製しようとすれば、基板５として、高価なシリコ
ンウェーハを用いなければならない。すなわち、ＬＰＥ
で結晶シリコン薄膜を作製する際に、カーボン，ステン
レス等のようなシリコンとは異なる材料を基板に用いる
と、シリコンと基板とで格子定数が異なることから液相
成長がほとんど起こらず、結晶が生成しない。また、あ
る程度の結晶の生成があったとしても、その成長が不充
分で基板上に膜を形成するまでには至らず、膜状のシリ
コン結晶を得ることは不可能であった。したがって、Ｌ
ＰＥによって結晶シリコン薄膜を得るには、上述のよう
に必ず基板としてシリコンウェーハを用いなければなら
ないのであり、このことは、結果的にＬＰＥのコストを
引き上げる要因となっている。また、シリコンウェーハ
基板上にＬＰＥによって結晶シリコン薄膜を形成させ、
それを半導体や太陽電池等に用いた場合、ＬＰＥによっ
て得られる結晶がいくら良質であっても、基板のシリコ
ンウェーハに欠陥が多ければ、それだけＬＰＥによる良
質な結晶の特性が減殺されてしまうという問題がある。

【０００８】このように、従来のＬＰＥでは、コストが
高いうえ、良質の結晶が得られるという最大のメリット
が充分活かせていないという課題を含んでいるのが実情
である。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、安価な基板を使用することによりＬＰＥのコス
トを低減し、しかも良質な結晶が得られるというＬＰＥ
の特性を最大限に活かすことができる結晶シリコン薄膜
の形成方法を提供することをその目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の結晶シリコン薄膜の形成方法は、液相成長
法によって基板表面に結晶シリコンの薄膜を形成する方
法であって、シリコンとは異なる材料からなる基板を準
備し、上記基板の表面に、粉末状の結晶シリコンを均一
に散布し、その状態でプレスして基板表面に上記粉末状
の結晶シリコンを圧着させ、上記圧着された粉末状の結
晶シリコンを核として液相成長させることにより、上記
基板表面に結晶シリコンの薄膜を形成するようにしたこ
とを要旨とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態を詳
しく説明する。

【００１２】本発明の方法は、液相成長法によって基板
表面に結晶シリコンの薄膜を形成する方法であって、シ
リコンとは異なる材料からなる基板を準備し、上記基板
の表面に、粉末状の結晶シリコンを均一に散布する。そ
して、その状態でプレスして基板表面に上記粉末状の結
晶シリコンを圧着させ、この圧着された粉末状の結晶シ
リコンを核として液相成長させることにより、結晶シリ
コン薄膜を形成する。

【００１３】基板の材質としては、シリコンとは異なる
各種の材料が用いられ、カーボン，石英，耐熱ガラス等
の無機材料、ステンレス，モリブデン，耐熱鋼，超合
金，タングステン，チタン等の金属材料、アルミナ，炭
化珪素，ジルコニア，窒化珪素，マグネシア，窒化ボロ
ン等のセラミック系材料等、液相成長を行う際の高温に
耐えられるものであれば、各種のものが用いられる。こ
れらのなかでも、安価に入手できるほか、光の透過性が
あるという観点から、石英，耐熱ガラスが好ましい。ま
た、電気伝導性が良好で、熱膨張係数が少ないという理
由から、カーボンが好ましい。

【００１４】粉末状の結晶シリコンとしては、結晶シリ
コンのインゴットを粉砕したもの等が用いられるが、こ
れに限定されるものではなく、各種のものが用いられ
る。この粉末状の結晶シリコンの平均粒径としては、好
ましくは１〜１０００μｍ、最も好ましくは１０〜１０
０μｍのものが用いられる。粒径が大きすぎると、基板
表面への圧着が不充分になりやすいほか、ＬＰＥによっ
て結晶成長させても粒子同士が完全に結合せず隙間が生
じてしまうためであり、反対に小さすぎると、圧着しな
い余剰粉末の除去が困難になるほか、粉末作製の際の粉
砕時等に混入する不純物を除去するための洗浄が困難に
なるためである。また、この粉末状の結晶シリコンは、
どのようにして得られるものであっても差し支えない
が、なかでも、ＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法，Ｆ
Ｚ（ｆｌｏａｔｉｎｇｚｏｎｅ）法等で形成された単
結晶シリコンのインゴットを粉砕した、単結晶シリコン
の粉末を用いると、結晶粒度の大きな結晶シリコン薄膜
が得られる傾向があるため、より好ましい。

【００１５】本発明の方法では、まず、上記粉末状の結
晶シリコンを、例えば、つぎのようにして上記基板の表
面に均一に圧着させる。すなわち、図１に示すように、
基板５の上面に、粉末状の結晶シリコン１５を均一に散
布する。このとき、基板５表面に、粉末状の結晶シリコ
ン１５を分散させて散布してもよいし、図示のように、
一定の厚みに堆積させてもよい。ついで、図２に示すよ
うに、上記堆積した粉末状の結晶シリコン１５の上か
ら、プレス９により所定の圧力でプレスして、基板５の
表面に接触した粉末状の結晶シリコン１５の粒子を基板
５の表面に圧着させる。そののち、圧着されていない余
分な粉末状の結晶シリコン１５を取り除き、図３に示す
ように、表面に粉末状の結晶シリコン１５が圧着されて
分布した基板５が得られる。

【００１６】ここで、上記プレスの圧力としては、基板
５材料として何を使用するかによって異なるが、例え
ば、カーボンを使用する場合には、０．１〜１００ｔ／
ｃｍ²の範囲で行うのが好ましく、さらに好ましいの
は、０．５〜５０ｔ／ｃｍ²の範囲であり、最も好まし
いのは、１〜１０ｔ／ｃｍ²の範囲である。すなわち、
１００ｔ／ｃｍ²を超えると、基板５を破損させるおそ
れがあり、０．１ｔ／ｃｍ ²未満では、粉末状の結晶シ
リコン１５の圧着が不充分になりやすいからである。

【００１７】つぎに、上記基板５の表面に、上述したよ
うなティッピング方式，ディッピング方式，スライドボ
ート方式等の所定の方法で、結晶シリコンのＬＰＥ成長
膜を形成させる。すなわち、上記基板５を飽和溶液中に
浸漬し、溶液の温度を降下させてＬＰＥ成長させること
により、図４に示すように、基板５の表面に圧着された
上記粉末状の結晶シリコン１５を核として、結晶シリコ
ン１５ａが成長する。そして、ＬＰＥ成長を続けると、
図５に示すように、基板５上に、結晶シリコンの薄膜１
５ｂが形成される。もちろん、ＬＰＥを行う方式，装置
としては、上述したものに限定されるものではなく、各
種の方式，装置を使用することができる。

【００１８】上記の方法によれば、粉末状の結晶シリコ
ンを基板５の表面に圧接させた状態でＬＰＥによる液相
成長を行うことにより、従来不可能とされていた、異種
材料の基板５上への結晶シリコン薄膜の形成を行うこと
ができる。しかも、異種材料の基板５であるにもかかわ
らず、従来のように結晶の成長が不充分になることがな
く、欠陥の少ない緻密な膜状の結晶シリコンを得ること
ができる。

【００１９】また、本発明では、半導体や太陽電池等に
用いられるシリコンとは、異なる材質の基板５上に結晶
シリコン薄膜１５ｂを形成させ、しかも得られる結晶シ
リコン薄膜１５ｂは、基板５と一体化して形成される。
したがって、基板５の材質の選定により、結晶シリコン
薄膜１５ｂに各種の特性を付加することができる。例え
ば、基板５としてステンレス，モリブデン，カーボン等
のような導電性の材質を用いると、基板５自体を電極と
して利用することができる。あるいは、基板５として耐
熱ガラス，石英等のような透明体を用いると、基板５自
体を太陽電池のカバー材等として利用することができ
る。さらに、上記基板５は、結晶シリコン薄膜１５ｂの
支持部材としての作用も奏する。このように、基板５の
材質を、目的に合わせて適宜に選定することにより、結
晶シリコン薄膜１５ｂに、新たな特性を付加することが
でき、結晶シリコン薄膜１５ｂの多面的な利用を図るこ
とができる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、本発明の結晶シリコン薄
膜の形成方法は、シリコンとは異なる材料からなる基板
の表面に、粉末状の結晶シリコンを均一に散布する。そ
して、その状態でプレスして基板表面に上記粉末状の結
晶シリコンを圧着させ、上記圧着された粉末状の結晶シ
リコンを核として液相成長させるようにしたものであ
る。この方法によれば、従来のように、高価なシリコン
ウェーハではなく、シリコンとは異なる安価な材料を基
板に用いることができるため、ＬＰＥを安価に行うこと
ができ、半導体や太陽電池等のコストを低減させること
ができる。しかも、異種材料の基板を用いるにもかかわ
らず、結晶が充分成長して緻密な膜を形成することがで
きる。

【００２１】また、本発明によって得られる結晶シリコ
ン薄膜の形成品は、異種材質の基板と、ＬＰＥによる結
晶シリコン薄膜との組み合わせになるため、ＬＰＥによ
って形成される良質の結晶だけを半導体や太陽電池等と
して用いることができ、ＬＰＥによる良質な結晶の特性
が減殺されず、ＬＰＥの特性を最大限に活かすことがで
きる。

【００２２】つぎに、実施例について説明する。

【００２３】

【実施例】基板として、厚み１ｍｍのカーボンシート
（２０ｍｍ×２０ｍｍ）の上に、平均粒径１０μｍの粉
末状の結晶シリコンを、厚み１ｍｍになるように均一に
堆積した。ついで、約１ｔ／ｃｍ²の圧力でプレスした
のち、余剰の粉末状の結晶シリコンを取り除き、カーボ
ンシートの表面に粉末状の結晶シリコンを圧着させ分布
させた。

【００２４】上記表面に粉末状の結晶シリコンが分布埋
設されたカーボンシートを基板として使用し、図７に示
すディッピング方式のＬＰＥ装置を用いて、約１０００
℃に加熱溶融した飽和シリコン−すず溶液に浸漬し、１
℃／ｍｉｎの冷却速度で８００℃まで温度を降下させ
て、基板上に結晶シリコン薄膜を液相成長させた。

【００２５】このようにして得られた結晶シリコン薄膜
のサイズは、５０〜１００μｍであり、上記粉末状の結
晶シリコンの粒径（１０μｍ）よりもはるかに大きく成
長していることがわかる。また、膜厚は、約５０〜１０
０μｍであった。しかも、粉末状の結晶シリコンを核と
して成長した結晶同士は、互いに緊密に接触した状態で
成長し、欠陥のほとんどない良質な膜を形成した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法の一実施の形態例を示す説明図で
ある。

【図２】本発明の方法の一実施の形態例を示す説明図で
ある。

【図３】本発明の方法の一実施の形態例を示す説明図で
ある。

【図４】本発明の方法の一実施の形態例を示す説明図で
ある。

【図５】本発明の方法の一実施の形態例を示す説明図で
ある。

【図６】ＬＰＥ装置の一例を示す説明図である。

【図７】ＬＰＥ装置の第２の例を示す説明図である。

【図８】ＬＰＥ装置の第３の例を示す説明図である。

【符号の説明】

５基板１５粉末状の結晶シリコン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松田豪大阪府堺市築港新町２丁６番地40 大同ほくさん株式会社堺工場内 (72)発明者伊藤茂樹大阪府堺市築港新町２丁６番地40 大同ほくさん株式会社堺工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液相成長法によって基板表面に結晶シリ
コンの薄膜を形成する方法であって、シリコンとは異な
る材料からなる基板を準備し、上記基板の表面に、粉末
状の結晶シリコンを均一に散布し、その状態でプレスし
て基板表面に上記粉末状の結晶シリコンを圧着させ、上
記圧着された粉末状の結晶シリコンを核として液相成長
させることにより、上記基板表面に結晶シリコンの薄膜
を形成することを特徴とする結晶シリコン薄膜の形成方
法。
【請求項２】粉末状の結晶シリコンとして、平均粒径
１〜１０００μｍのものを用いる請求項１記載の結晶シ
リコン薄膜の形成方法。
【請求項３】プレスが、０．１〜１００ｔ／ｃｍ²の
圧力で行われる請求項１または２記載の結晶シリコン薄
膜の形成方法。