JPH10326759A

JPH10326759A - 薄膜の形成方法

Info

Publication number: JPH10326759A
Application number: JP10072226A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Iwane; 正晃岩根; Takao Yonehara; 隆夫米原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 1998-12-08
Anticipated expiration: 2018-03-20
Also published as: JP3667079B2

Abstract

(57)【要約】【課題】省資源、低コスト化に役立つＳＯＩ基板の製
造方法を提供する。また、きれいに多孔質Ｓｉ層で基板
を分離でき、基板と治具との間の強力な接着が必要な
い、省資源、低コストな太陽電池などの光電変換装置の
製造方法を提供する。【解決手段】非多孔質Ｓｉ層２上に多孔質Ｓｉ層３が
あり、前記多孔質Ｓｉ層３上に多孔度の小さいＳｉ層４
がある基板の、前記非多孔質Ｓｉ層２と多孔度の小さい
Ｓｉ層３を、前記多孔質Ｓｉ層３で分離して形成するＳ
ｉ薄膜の形成方法において、前記基板の側面から、レー
ザ光１３を照射することによって、前記分離をおこな
う。そして分離した基板４，７，６からＳＯＩ基板を製
造し、非多孔質Ｓｉ層２は再びＳＯＩ基板の製造工程に
利用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＳＯＩ基板あるい
は、太陽電池やエリアセンサーなどの光電変換装置に用
いる薄膜の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＳＯＩ（セミコンダクター・オン・イン
シュレータ）構造の基板に作製した集積回路は、通常の
Ｓｉウェハに作製した集積回路に比べて、さまざまな優
位点がある。例えば、誘電体分離が容易で高集積化が
可能、対放射線耐性に優れている、浮遊容量が低減
し高速化が可能、ウェル工程が省略できる、ラッチ
アップを防止できる、薄膜化による完全空乏型電界効
果トランジスタが形成できるので高速化、低消費電力化
できることである。

【０００３】このＳＯＩ構造の基板を提供する製造方法
として、米国特許第５，３７１，０３７号明細書やアプ
ライドフィジックスレターズ第６４巻２１０８頁（Ｔ．
Ｙｏｎｅｈａｒａｅｔ．ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ．６４，２１０８（１９９４）に
開示されているような方法がある。図１６の（ａ）〜
（ｅ）と図１７の（ａ）〜（ｄ）は、この製造工程を表
す。図中、１と５はＳｉウェハ、２は非多孔質Ｓｉ層、
３は多孔質Ｓｉ層、４はエピタキシャルＳｉ層、６は単
結晶Ｓｉ層、７は酸化Ｓｉ層である。まず、図１６
（ａ）のようにデバイス基板となるＳｉウェハ１を用意
し、Ｓｉウェハ１を陽極化成することによって、図１６
（ｂ）のように非多孔質Ｓｉ層２の表面に多孔質Ｓｉ層
３がある基板を作製する。そして、図１６（ｃ）のよう
に多孔質Ｓｉ層２の表面にエピタキシャルＳｉ層４を形
成する。

【０００４】一方で、図１６（ｄ）のように支持基板と
なるＳｉウェハ５を用意し、その表面を酸化して、図１
６（ｅ）のように単結晶Ｓｉ層６の表面に酸化Ｓｉ層７
がある基板を作製する。そして、図１６（ｃ）で作製し
た基板（２，３，４）を裏返し、図１６（ｅ）で作製し
た基板６，７の上に、図１７（ａ）のようにエピタキシ
ャルＳｉ層４と酸化Ｓｉ層７とを向かい合わせ、図１７
（ｂ）のようにエピタキシャルＳｉ層４と酸化Ｓｉ層７
を接合させて両基板を貼り合わせる。その後、図１７
（ｃ）のように非多孔質Ｓｉ層２を非接合面側からグラ
イディングによって機械的に取り除き、多孔質Ｓｉ層３
を露出させる。その後、多孔質Ｓｉ層３を選択的にエッ
チングするエッチング液で、ウェットエッチングをする
ことによって、図１７（ｄ）のように多孔質Ｓｉ層３を
取り除く。すると、ＳＯＩ基板の半導体層となるエピタ
キシャルＳｉ層４の膜厚がきわめて均一なＳＯＩ基板が
できる。

【０００５】ＳＯＩ構造の基板を作製するうえで、以上
説明した製造方法は、図１７（ｂ）の基板から図１７
（ｃ）の基板にする上で、非多孔質Ｓｉ層２をグライン
ディングによって、除去してしまう為、非多孔質層２及
び多孔質層３となる基板１は、一枚のＳＯＩ基板を作製
する毎に一枚必要になる。このため、特開平７−３０２
８８９号公報には、ＳＯＩ基板の製造工程のなかで、非
多孔質Ｓｉ層２を何度も使用することが提案されてい
る。つまり、図１７（ｂ）の基板から図１７（ｃ）の基
板にする上で、図１７（ｂ）の基板に引っ張り力、押し
つぶす力、せん断力などをかけたり、多孔質Ｓｉ層３に
治具を挿入するなどの方法を用い、多孔質Ｓｉ層３でＳ
ＯＩ基板となる４，７，６と２を分離する。そして、残
った非多孔質Ｓｉ層２を、図１６（ａ）のＳｉウェハ１
として何度も使用するのである。

【０００６】一方、太陽電池は、大面積に向く構造とし
てアモルファスＳｉを使ったものが現在主流であるが、
変換効率、寿命の点から、単結晶Ｓｉや多結晶Ｓｉの太
陽電池も注目されている。特開平８−２１３６４５号公
報は、低コストに薄膜太陽電池を提供する方法を開示し
ている。この方法では、図１８のように、Ｓｉウェハ１
上に多孔質Ｓｉ層３を形成し、その上に太陽電池層とな
るｐ⁺ 型Ｓｉ層２１、ｐ型Ｓｉ層２２およびｎ⁺ 型Ｓｉ
層２３をエピタキシャル成長させる。ｎ⁺ 型Ｓｉ層２３
上に保護膜３０を形成した後、Ｓｉウェハ１の裏面に治
具３１を接着するとともに、保護膜３０の表面にも治具
３２を接着剤３４で接着する。次に、治具３１，３２を
互いに反対方向に引っ張ることにより多孔質Ｓｉ層３を
機械的に破断し、太陽電池層２１，２２，２３をＳｉウ
ェハ１から分離する。そして、この太陽電池層２１，２
２，２３を２枚のプラスチック基板の間にはさんでフレ
シキシブルな薄膜太陽電池を製造することを開示してい
る。このなかで、Ｓｉウェハ１を何度も使用できること
を開示している。また、引っ張り力をかける前に、機械
的な方法あるいはレーザビームの照射などで、多孔質Ｓ
ｉ層３の側壁に部分的な傷３３をつけておくことを開示
している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ＳＯＩ基板を製造する
うえで、特開平７−３０２８８９号公報に開示されてい
る方法は、Ｓｉウェハを何度も利用してコストを削減す
ることができる。しかしながら、この方法も再現性の点
で十分なものではない。

【０００８】一方、太陽電池において、特開平８−２１
３６４５号公報のような製造方法では、多孔質Ｓｉ層で
きれいに分離できるとは限らない。このため、エピタキ
シャル層に割れ目が生じることが多く、歩留まりが小さ
くなる。また、この方法は、多孔質Ｓｉ層を引っ張って
分離しているので、治具と単結晶Ｓｉ層の間に強力な接
着力が必要であり、大量生産に向いていない。

【０００９】本発明の目的は、太陽電池などの光電変換
装置の製造方法においても、コスト的に有利で、分離能
力に優れ、ウェハを無駄なく使うことで地球の資源の有
効利用できる再現性の高い方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者が以上
の課題を解決するために鋭意努力した結果、以下の発明
を得た。すなわち、本発明の薄膜の形成方法は、非多孔
質層上に多孔質層があり、前記多孔質層上に前記多孔質
層より多孔度の小さい層がある基板の、前記非多孔質層
と前記多孔度の小さい層を、前記多孔質層で分離して形
成する薄膜の形成方法において、レーザ光を基板の側面
から、該基板の中心まで照射することによって、前記分
離をおこなうことを特徴とする。

【００１１】ここで、前記レーザ光の焦点を前記多孔質
層の側面に絞り、前記多孔質層を膨張させることによっ
て、前記分離をおこなうのが望ましい。前記非多孔質層
上の多孔質層を、Ｓｉウェハの陽極化成によって形成す
るのが望ましい。ここで、前記多孔質層に接しない側の
前記非多孔質層を真空チャックに密着させておき、前記
真空チャックから前記基板に微少な引っ張り力を伝えて
もいい。

【００１２】本発明において、前記レーザ光はエキシマ
レーザであることが望ましい。また、前記レーザ光を、
前記多孔質層の複数箇所に照射してもいいし、前記レー
ザ光をシリンドリカルレンズを使って直線状に絞り、前
記直線状のレーザ光を多孔質層に沿って照射してもい
い。

【００１３】前記多孔度の小さい層は、前記多孔質上に
エピタキシャル成長させて形成するのが望ましい。ここ
で、前記エピタキシャル層と、少なくとも表面に絶縁層
を有する支持基板と貼り合わせた後、前記多孔質層での
分離をおこない、前記エピタキシャル層上に残った多孔
質層を取り除き、前記エピタキシャル層と前記絶縁層
を、それぞれＳＯＩ基板の半導体層と下地絶縁層にする
のが望ましい。このとき、前記少なくとも表面に絶縁層
を有する支持基板は、Ｓｉウェハの表面を酸化した基板
であるのが望ましい。また、前記エピタキシャル層の表
面に絶縁層を形成し、支持基板と貼り合わせた後、前記
多孔質層での分離をおこない、前記エピタキシャル層上
に残った多孔質層を取り除き、前記エピタキシャル層と
前記絶縁層を、それぞれＳＯＩ基板の半導体層と下地絶
縁層にすることもできる。このとき、前記支持基板は、
Ｓｉウェハの表面を酸化した基板であっても、石英基板
であってもいい。

【００１４】前記多孔度の小さい層を、前記ウェハの陽
極化成のとき前記多孔質層を形成するときより電流密度
の小さい陽極化成をおこなって形成してもいい。このと
き、前記多孔度の小さい層と支持基板を貼り合わせた
後、前記多孔質層での分離をおこない、前記多孔度の小
さい層を光電変換装置の光電変換層にすることもでき
る。またこのとき、光電変換層を、エピタキシャル層と
することもできる。そして、これらの基板や層はシリコ
ンで形成されていることが望ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態１〜８によっ
て説明する。実施形態１〜４は、ＳＯＩ基板を製造する
形態であり、実施形態５〜７は太陽電池やエリアセンサ
などの光電変換装置を製造する形態である。実施形態８
は分離箇所となる層の形成方法にイオン注入を用いる形
態である。本発明は、それぞれの実施形態のみに限ら
ず、それぞれの実施形態を組み合わせた形態も含む。

【００１６】実施形態１はＳＯＩ基板を製造する形態で
あり、再利用するウェハＳＯＩ基板を多孔質層で分離す
るのにレーザ光を使用する。

【００１７】レーザ光は板状の基板の側面（端面）に基
板の表面及び裏面に水平に向けて照射し、基板の中心付
近にもレーザ光が到達するようにレーザ光の強度を調整
する。

【００１８】レーザ光は、基板内に形成されている多孔
度の大きな層あるいはマイクロバブルによる欠陥層等の
比較的脆い層に照射され、そこで吸収される。

【００１９】レーザ光を吸収した層は、更により一層脆
くなり、基板はその層を境にして２枚に分離される。

【００２０】レーザ光の照射方法については以下の実施
の形態で詳しく述べる。

【００２１】（実施形態１）図１は、本形態の分離方法
を表す図である。図中、図１６，図１７と同じ符号は同
じものを表す。１０はレンズ、１１は光学顕微鏡、１２
は真空チャック、１３はレーザ光を表す。ＬＳはレーザ
光源、ＡＴＬは分離前の物品であり、各層２、３、４、
７、６からなる。多孔質層３の側壁にレーザ光を照射す
る。レーザ光源ＬＳは、大出力の出せるＸｅＣｌ，Ｋｒ
Ｆ，ＡｒＦ等のエキシマレーザであり、その出力は、３
００ｍＪ／ｃｍ² 〜１Ｊ／ｃｍ² が望ましい。特に望ま
しくは、５００ｍＪ／ｃｍ² 程度である。エキシマレー
ザのレーザ光は、紫外光なので、レンズ１０は紫外光を
透過させる石英又は蛍石でできており、この光学系で、
０．１μｍ幅まで、レーザ光１３の照射面積を絞ること
ができる。光学顕微鏡１１は、必要に応じて設けられる
ものでレーザ光１３が０．１μｍ〜３０μｍの厚さの多
孔質層３に正しく照射できているか確かめるために使用
する。ここで、多孔質層３は、多孔質構造になっていな
い非多孔質層２や多孔度の小さい層であるエピタキシャ
ル層４に比べて、脆く分離されやすい。このため、レー
ザ光１３が厳密に多孔質層３のみに照射されなくてもい
い。レーザ光１３を発する光源ＬＳとしては、大出力の
エキシマレーザ装置を用いるのが望ましいが、別にＡｒ
レーザ、ＹＡＧレーザなどでもいい。分離を助長するた
めに、多孔質層３の孔の水、アルコール、ＩＰＡ（イソ
プロピルアルコール）などの液体を注入乃至吸着させて
おいてもいい。これら液体はＳｉなどの固体に比べて熱
膨張係数が大きいため、液体の膨張が分離を助長する。

【００２２】基板ホルダーとしての真空チャック１２
は、内部に気体の入る領域があって、非多孔質層２と単
結晶層６の外側と接触させて、内部の気体を抜くことに
よって、分離する前の物品である基板ＡＴＬを固定する
ことができる。本形態では、真空チャック１２が基板の
中心を軸として、回転できるようになっており、多孔質
層３の側壁すべてにレーザ光１３を照射することができ
る。真空チャック１２は、基板を固定し、回転させるだ
けに用いてもいいが、分離を容易にするために、真空チ
ャック１２から基板に微小な引っ張り力をかけてやって
もいい。レーザ光は、多孔質層３の側壁から基板ＡＴＬ
の中心付近まで到達する。光を吸収した多孔質層はより
一層脆くなり、非多孔質の部分を破壊することなく、基
板ＡＴＬが分離できる。

【００２３】以上の分離工程の結果、図２のように、多
孔質層３で、ＳＯＩ基板となる側の基板４，７，６と再
利用する基板２を分離することができる。図２では、そ
れぞれの基板の表面（分離面）に多孔質部分３’が残っ
ているが、陽極化成の工程で、多孔質層３を膜厚を十分
小さくしておけば、実質的に分離した後、多孔質部分
３’が片方、あるいは両方の基板に残らないようにする
ことも可能である。

【００２４】図１に示したウェハの分離方法による薄膜
形成法について述べる。

【００２５】まず貼り合わせ基板の準備を行う。図３
は、Ｓｉウェハの陽極化成をする装置の断面図である。
図中、１はＳｉウェハ、２７は容器ＲＶ中に貯められた
フッ酸系のエッチング液、２８は正の金属電極、２９は
負の金属電極を表す。陽極化成するＳｉウェハ１はｐ型
の方が望ましいが、低抵抗ならｎ型でもいい。また、ｎ
型のＳｉウェハでも光を照射し、ホールを生成した状態
にすれば多孔質化することが容易にできる。図３のよう
に正電極２８を左に、負電極２９を右にして両電極間に
電圧をかけ、この電圧が引き起こすエッチング液中の電
界がＳｉウェハ１の面に垂直な方向にかかるように両電
極とウェハを平行にすると、Ｓｉウェハ１の負電極２９
側から多孔質化される。フッ酸系のエッチング液２７と
しては、濃フッ酸（４９％ＨＦ）を用いる。陽極化成中
は、Ｓｉウェハ１から気泡が発生するので、この気泡を
効率よく取り除く目的から、界面活性剤としてのアルコ
ールを液２７に加えるとよい。

【００２６】アルコールとしてはメタノール、エタノー
ル、プロパノール、イソプロパノールなどが望ましい。
また、界面活性剤の添加の代わりに攪拌器をもちいて、
攪拌しながら陽極化成をしてもいい。

【００２７】多孔質化される層の厚さは０．１μｍ〜３
０μｍにするとよい。

【００２８】負電極２９に、フッ酸溶液に対して浸食さ
れないような材料、例えば金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）な
どを用いるのが望ましい。正電極２８は、一般に用いる
金属材料で構わないが、やはりフッ酸に対して浸食され
ないような材料の方が望ましい。陽極化成をおこなう電
流密度は最大数１００ｍＡ／ｃｍ² であり、最小値は０
でなければよい。電流密度は、形成される多孔質Ｓｉ層
上に良質のエピタキシャルＳｉ層ができ、かつ、多孔質
Ｓｉ層で分離での分離が容易になるように設定する。具
体的には、多孔質Ｓｉは、陽極化成時に電流密度が大き
い場合、多孔質Ｓｉ層内のＳｉの密度が小さくなる。こ
のため、電流密度が大きいほど孔の体積が大きくなり、
多孔度（ｐｏｒｏｓｉｔｙ；多孔度は多孔質層の総体積
に対する孔の体積の割合で定義する）が大きくなる。多
孔質Ｓｉ層はＳｉ層の内部に多くの孔をもつものである
が、その単結晶性は維持されている。このため、多孔質
Ｓｉ層の上部に単結晶Ｓｉ層をエピタキシャル成長させ
ることが可能である。

【００２９】しかし、積層欠陥のないエピタキシャルＳ
ｉ層を形成するためには、エピタキシャルＳｉ層に接す
る多孔質Ｓｉ層の多孔度は小さい方がいい。一方、多孔
質Ｓｉ層を境界としてデバイス基板とＳＯＩ基板との分
離を容易にするためには、多孔質Ｓｉ層の多孔度が大き
い方がいい。つまり、多孔質Ｓｉ層の最表面側は多孔度
が小さく、多孔質Ｓｉ層の非多孔質Ｓｉ層に近い側は多
孔度が大きいのが理想的な形である。図４は、この多孔
質Ｓｉ層の理想的な形を表す断面図である。多孔質Ｓｉ
層３の表面側に多孔度の小さい多孔質Ｓｉ層３ａを形成
し、多孔質Ｓｉ層３の非多孔質Ｓｉ層側に多孔度の大き
い多孔質Ｓｉ層３ｂを形成する。この構造を形成するた
めには、３ａの部分を陽極化成する始めのうちは小さい
電流密度で陽極化成をして、後の３ｂの部分の陽極化成
をするときは大きい電流密度で陽極化成をおこなう。こ
の構造で、基板の分離面を３ｂに特定することができ、
さらに、この多孔質Ｓｉ層３ａ上に積層欠陥のないエピ
タキシャルＳｉ層を形成することができる。このエピタ
キシャルＳｉ層は、分子線エピタキシャル成長、プラズ
マＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、光ＣＶＤ、バイアス・スパッタ
ー法、液相成長法などの方法とりわけ低温成長が望まし
い。

【００３０】以上説明した方法に従って、図５の（ａ）
に示すようにＳｉウェハ１を用意し、図５の（ｂ）に示
すようにその表面を多孔質化する。こうして、Ｓｉウェ
ハ１は非多孔質Ｓｉ層２上に多孔質Ｓｉ層３が積層され
た構造に変化する。

【００３１】次いで図５の（ｃ）に示すように多孔質Ｓ
ｉ層３上に多孔度の小さい層としての非多孔質エピタキ
シャルＳｉ層４を形成する。

【００３２】次に必要に応じて、図５の（ｄ）に示すよ
うにエピタキシャルＳｉ層４の表面を熱酸化して、厚さ
０．０５μｍ〜２μｍの酸化Ｓｉ層８を形成する。

【００３３】以上が、プライムウェハ又はボンドウェハ
或いはデバイス基板と呼ばれる基板ＰＷ側の貼り合わせ
前の処理である。

【００３４】ハンドルウェハ又はベースウェハ或いは支
持基板と呼ばれる基板ＨＷ側の処理は次のとおりであ
る。

【００３５】Ｓｉウェハを用意して、必要に応じてその
表面を熱酸化して、厚さ０．０５μｍ〜３μｍの酸化Ｓ
ｉ膜を表面に形成する。

【００３６】次に図６を参照して基板の貼り合わせ及び
分離工程について説明する。

【００３７】図６の（ａ）に示すように、基板ＰＷのエ
ピタキシャルＳｉ層４上の酸化Ｓｉ層８の表面と、基板
ＨＷの酸化Ｓｉ層７の表面とを対向させて、該表面同士
を室温下で密着させる。

【００３８】その後、陽極接合、加圧、熱処理あるいは
これらを組み合わせた方法で、酸化Ｓｉ層８と酸化Ｓｉ
層７とを強固に結合させ、図６の（ｂ）に示すような貼
り合わせ基板からなる物品ＡＴＬを形成する。

【００３９】次に、図１に示した装置の真空チャック１
２に図６（ｂ）に示した構造の貼り合わせ物品ＡＴＬを
搭載し、物品ＡＴＬを自転させながら、物品ＡＴＬの側
面のうち、多孔質Ｓｉ層３の部分に焦点をあてて、エキ
シマレーザー光を照射する。エキシマレーザー光は多孔
質Ｓｉ層全体に照射され吸収される。

【００４０】こうして図６の（ｃ）に示すように基板Ｐ
Ｗ側の非多孔質Ｓｉ層２を、基板ＨＷから分離する。こ
の時基板ＨＷ表面にはエピタキシャルＳｉ層４が転写さ
れている。

【００４１】レーザ光の吸収により破壊された多孔質Ｓ
ｉ層３は、非多孔質Ｓｉ層２側及びエピタキシャルＳｉ
層４側の少なくともいずれか一方に残留することがあ
る。図６の（ｃ）は、エピタキシャルＳｉ層４側にのみ
残留している様子を示している。

【００４２】多孔質Ｓｉ層３が残っている場合、基板Ｈ
Ｗ側に残った多孔質Ｓｉ層３を選択エッチングによって
除去する。選択エッチングのとき、エッチング液にフッ
酸、フッ酸にアルコールを混ぜた混合液、フッ酸に過酸
化水素水を混ぜた混合液などを使って、無電解湿式化学
エッチングをおこなうと、多孔質Ｓｉ層が非多孔質Ｓｉ
層に比べ多くエッチングされる。特に、フッ酸に過酸化
水素水を混ぜた混合液を使ったときは、多孔質Ｓｉ層の
非多孔質Ｓｉ層に対する選択エッチング比が、〜１０⁵
となる。こうして、図６の（ｄ）のように基板ＨＷの表
面には均一な厚さのエピタキシャルＳｉ層４が残る。こ
うして絶縁層上の半導体層４のきわめて均一なＳＯＩ基
板が得られる。

【００４３】分解された非多孔質層２は、更にもう一枚
のＳＯＩ基板を作製する為に、再びプライムウェハとし
て利用される。

【００４４】また、本形態のＳＯＩ基板を作る工程で、
支持基板をガラスや石英基板などの完全な絶縁基板にす
ることもできる。図７は支持基板に石英基板を使ったと
きのＳＯＩ基板の製造工程を表す図である。図７の
（ａ）の上部のデバイス基板ＰＷは、図５を参照して説
明した方法と同様にして作製する。そして、支持基盤Ｈ
Ｗとしての石英基板９と酸化Ｓｉ層８を向かい合わせ、
図７の（ｂ）のように石英基板９と酸化Ｓｉ層８を密着
させ、陽極接合、加圧、熱処理あるいはこれらを組合わ
せた方法で、酸化Ｓｉ層８と石英基板９とを強固に結合
する。

【００４５】次に前述した方法と同様にしてレーザ光を
用いて両基板を分離する。石英基板９上には転写された
エピタキシャルＳｉ層４と多孔質Ｓｉ層３とが残留して
いる（図７の（ｃ））。更に、前述した方法により、残
留した多孔質Ｓｉ層３を選択的に除去する。こうして石
英基板９上に非多孔質の単結晶Ｓｉ薄膜を有するＳＯＩ
基板が得られる（図７の（ｄ））。

【００４６】さらに、本形態のＳＯＩ基板を作る工程
で、支持基板にＳｉウェハを使用し、Ｓｉウェハ側に酸
化Ｓｉ層を形成することなく、デバイス基板側のエピタ
キシャルＳｉ層に酸化Ｓｉ層を形成することでＳＯＩ構
造の絶縁層を形成することもできる。図８はこの工程を
表す。図８の（ａ）の上部のデバイス基板は、図５を参
照して説明した方法と同様にして作製する。そして、Ｓ
ｉウェハからなる単結晶Ｓｉ層５の表面と酸化Ｓｉ層８
の表面を向かい合わせ、単結晶Ｓｉ層の表面と酸化Ｓｉ
層８の表面を密着させ結合させる。この時陽極接合、加
圧、熱処理あるいはこれらを組み合わせた方法で、酸化
Ｓｉ層８と単結晶Ｓｉ層５を強固に結合させるとよい。
こうして、図８の（ｂ）に示すように物品ＡＴＬが得ら
れる。

【００４７】そして、図１に示した装置を用いて、物品
ＡＴＬを多孔質Ｓｉ層３を境に分離し、支持基板ＨＷで
ある非多孔質のＳｉ層５側に非多孔質の単結晶Ｓｉから
なるエピタキシャルＳｉ層４を転写する。この時、図８
の（ｃ）に示すように多孔質Ｓｉ層３が支持基板ＨＷ上
のエピタキシャルＳｉ層４の上に残留している場合に
は、前述した方法により、多孔質Ｓｉ層を選択的に除去
すれば図８の（ｄ）に示すようなＳＯＩ基板が得られ
る。

【００４８】（実施形態２）実施形態２はＳＯＩ基板を
製造する形態であり、再利用するＳｉウェハと最終的に
ＳＯＩ基板となる基板を多孔質Ｓｉ層で分離するのにエ
キシマレーザを使用する。このとき、エキシマレーザの
光を一点に絞り、基板を固定し、レーザ光をスキャンす
ることによって分離をおこなう。

【００４９】図９は、本形態の分離工程を表す図であ
り、１４はレンズ１０の位置を分離する物品ＡＴＬ側面
に焦点を絞りながら円周に沿ってスキャンできるように
することができるガイドである。他の部品番号は図１で
説明したものと同じものを表す。本形態では、チャック
１２によって、物品ＡＴＬを構成する単結晶Ｓｉ層６と
非多孔質Ｓｉ層２の外側を固定しておく。そして、レン
ズ１０によって、エキシマレーザ装置のレーザ光１３を
多孔質Ｓｉ層３の側壁の一点に絞り、照射する。そし
て、ガイド１４によってレンズ１０をスキャンするのと
同時に、レーザ光１３もスキャンし、層４，７，６，か
らなるＳＯＩ基板と、製造工程に再利用する基板２を多
孔質Ｓｉ層３を境に分離する。他の工程や用いる材料等
は、実施形態１と同じである。

【００５０】（実施形態３）実施形態３はＳＯＩ基板を
製造する形態であり、再利用するＳｉウェハとＳＯＩ基
板を多孔質Ｓｉ層で分離するのにエキシマレーザを使用
する。このとき、エキシマレーザの光をシリンドリカル
レンズによって、直線状に絞り、多孔質Ｓｉ層に沿って
レーザ光を照射する。

【００５１】図１０は、本形態の分離工程を表す図であ
り、１５はシリンドリカルレンズである。他の部品番号
は図１で説明したものと同じものを表す。シリンドリカ
ルレンズ１５は、縦に走る直線状にレーザ光１３を絞る
ことができる。このため、０．１μｍ−３０μｍという
薄い膜厚の多孔質Ｓｉ層３の側壁に効率よくレーザ光を
照射することができる。また、シリンドリカルレンズ１
５の代わりにトーイックレンズを使って、多孔質Ｓｉ層
３の側壁の曲面に合わせて、直線状の焦点でレーザ照射
してもいい。他の工程は、実施形態１と同じである。

【００５２】（実施形態４）実施形態４はＳＯＩ基板を
製造する形態であり、再利用するＳｉウェハとＳＯＩ基
板を多孔質Ｓｉ層で分離するのにエキシマレーザを使用
する。このとき、エキシマレーザの光をシリンドリカル
レンズによって、直線状に絞り、多孔質Ｓｉ層に沿って
レーザ光を照射する。このとき、図１１のように、レー
ザ光１３を４つに分離し、４つのシリンドリカルレンズ
１５を使って、レーザ光１３を多孔質Ｓｉ層３に沿って
直線状に絞って４方向から多孔質Ｓｉ層を照射する。本
形態では、チャック１２によって、単結晶Ｓｉ層６と非
多孔質Ｓｉ層２の外側を固定しておく。他の工程は、実
施形態１と同様である。

【００５３】（実施形態５）実施形態５は太陽電池を製
造する形態である。図１２は、光を電気に変換する光電
変換層を形成するまでの工程を表す図である。まず、図
１２の（ａ）のように、ｐ型Ｓｉウェハ１を用意し、図
３を用いて説明したのと同様の陽極化成の方法によっ
て、Ｓｉウェハ１の表面を多孔質化する。すると、図１
２の（ｂ）のように、ウェハ１の非多孔質Ｓｉ層２上に
多孔質Ｓｉ層３がある基板ができる。そして、図１２
（ｃ）のように、多孔質Ｓｉ層３上に光電変換層１８と
なるエピタキシャルＳｉ層を、分子線エピタキシャル成
長、プラズマＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、光ＣＶＤ、バイアス
・スパッター法、液相成長法などの方法で形成する。こ
うして一方の基板ＰＷが得られる。

【００５４】エピタキシャルＳｉ層は、光電変換層とし
て用いる為、ドーパントを添加しながらエピタキシャル
成長させる。この為、エピタキシャルＳｉ層は、多孔質
Ｓｉ層３上にｎ⁺ 層、その上にｐ^- 層、更にその上にｐ
⁺ 層が積層されたＰＮ接合を有する。

【００５５】そして、エピタキシャル成長させた光電変
換層１８のｐ⁺ 層の表面と、プラスチック基板１７の表
面に予じめ形成されている裏面金属電極１６と、を貼り
合わせて接合させる。

【００５６】その後、真空チャック１２を非多孔質Ｓｉ
層２の外側に密着させ、エキシマレーザ装置からのレー
ザ光１３をレンズ１０を使って多孔質Ｓｉ層３に絞り、
照射する。図１３はレンズでレーザ光を一点に絞る形態
を図示しているが、レーザ光の照射の仕方は、実施形態
１〜４で説明した何れの形態でもよい。すると、図１４
のような多孔質Ｓｉ層において、最終的に太陽電池とな
る基板ＨＷと、製造工程に再利用するＳｉウェハとなる
基板ＰＷの分離がおこなえる。

【００５７】その後、図１５の（ａ）のように、光電変
換層１８の表面に網目上の表面金属電極１９を形成す
る。つぎ、配線２４を表面金属電極１９と裏面金属電極
１６に接続し、表面金属電極１９上に保護層２０を形成
する。図１５の（ｂ）は、図１５の（ａ）のＡＡ’での
断面図である。光電変換層１８は、上から表面金属電極
１９に接するｎ⁺ 層２３、ｐ層２２、裏面金属電極１６
に接するｐ⁺ 層２１で構成されている。図１５で表面金
属電極１９は、光を透過するように網目上になっている
ように図示しているが、これはＩＴＯなどの透明電極に
置き換えてもいい。また、裏面金属電極１６は、光電変
換層１８で、吸収されずに透過してきた光を光電変換層
１８に戻すバックリフレクタとしての働きもあるので、
反射率の大きい金属材料で形成することが望ましい。

【００５８】本形態は、一つのＳｉウェハからいくつも
の単結晶薄膜の太陽電池を形成できるので、変換効率、
寿命、製造コストなどの点で優れている。また、レーザ
光を照射して多孔質Ｓｉ層に吸収させ多孔質Ｓｉ層の熱
膨張を引き起こし、結晶に歪みを起こさせて基板の分離
をおこなうので、強力な引っ張り力を必要としない。こ
のため、基板と治具などとの間に強力な接着力を必要と
しないことからも、製造コストの点で優れている。

【００５９】（実施形態６）実施形態６も実施形態５と
同様に太陽電池を製造する形態である。実施形態５は光
電変換層１８を多孔質Ｓｉ層３上に形成したエピタキシ
ャルＳｉ層で構成するものである。これに対して実施形
態６は、多孔度の小さい多孔質Ｓｉ層をそのまま光電変
換層１８として用いる。実施形態１で、陽極化成工程で
の電流密度を変化させれば、多孔質Ｓｉ層の多孔度を変
化させられることを説明している。つまり、図３を使っ
て説明した陽極化成工程で、電極２８から電極２９へ流
れる電流密度を大きくすれば、Ｓｉウェハ１に形成され
る多孔質Ｓｉ層の多孔度が大きくなり、電流濃度を小さ
くすれば多孔度も小さくなることを説明している。この
現象を使い、ｐ⁺ 型Ｓｉウェハ１の表面を多孔質化する
ときは、電流密度を小さくして多孔度の小さい多孔質Ｓ
ｉ層を形成し、その下且つ非多孔質Ｓｉ層２の上に多孔
度の大きい多孔質Ｓｉ層３ｂを形成する。そして、多孔
度の小さい多孔質Ｓｉ層３ａの最表面にｎ型を作るＰ，
Ａｓなどのドナーとなるイオンをイオン注入して、小多
孔度の多孔質Ｓｉ層ｐｎ接合を有する光電変換層の一部
に用いる。

【００６０】その後、図１３に示したものと同じよう
に、光電変換層となった多孔度の小さい多孔質Ｓｉ層と
裏面金属電極１６とを貼り合わせる。その他の工程は実
施形態５と同様である。本形態は、一つのＳｉウェハか
らいくつもの単結晶薄膜の太陽電地を形成できるので、
変換効率、寿命、製造コストなどの点で優れている。ま
た、エピタキシャル成長工程がないので、実施形態５よ
り、さらに製造コストが小さい。また、光電変換層１８
は、多孔度の小さい多孔質Ｓｉ層でできているので、単
結晶性は保たれ、適当に孔で光散乱を起こすので変換効
率も高い。

【００６１】（実施形態７）実施形態７は、エリアセン
サを製造する形態である。本形態は、実施形態５や６と
同様にＳｉウェハから、単結晶薄膜の光電変換層を形成
する。そして、この光電変換層に２次元的に光センサを
配置して、マトリックス配線を設ける。マトリックス配
線は、例えば、図１５で表面金属電極１９を配置する代
わりに列配線を設け、裏面金属電極１６を配置する代わ
りに行配線を設ける。本形態は、一つのＳｉウェハから
いくつもの単結晶薄膜のエリアセンサを形成できるの
で、交換効率、寿命、製造コスト、大面積化などの点で
優れている。

【００６２】（実施形態８）まず、一方の基板としてＳ
ｉウェハを用意する。

【００６３】次にＳｉウェハをイオン注入装置に設置し
てＳｉウェハ全面に水素イオン又は稀ガスイオンを一定
の深さに到達するようイオン注入する。こうして、Ｓｉ
ウェハ内部にマイクロバブルによる欠陥層を形成する。

【００６４】一方、支持基板として別のＳｉウェハを用
意して表面を酸化させ、上記マイクロバブルによる欠陥
層を有するＳｉウェハの表面と、貼り合わせ熱処理す
る。

【００６５】こうして形成された貼り合わせウェハから
なる物品を図１，９，１０，１１，１３のような方法
で、エキシマレーザ光を物品側面のマイクロバブルによ
る欠陥層付近に照射して、エキシマレーザ光を欠陥層に
吸収させて欠陥層をより一層脆くして両ウェハを分離す
る。

【００６６】こうして一方の基板であるＳｉウェハの欠
陥層上にあった単結晶Ｓｉ層は、他方の基板の酸化シリ
コン膜上に転写される。

【００６７】上述したイオン注入によるマイクロバブル
の生成は、米国特許第５，３７４，５６４号明細書に詳
しく記載されている。

【００６８】以上はＳｉウェハの場合は別に挙げて説明
したが、本発明は、Ｓｉ以外のＳｉＧｅ，Ｇｅ，Ｓｉ
Ｃ，ＧａＡｓ，ＩｎＰ等の他の半導体にも適用可能であ
る。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば、レーザ光を基板の周囲
だけでなく中心付近の多孔質層にまで基板の側面から照
射し、多孔質層にレーザ光を吸収させることにより容易
に、Ｓｉ基板から多くの単結晶の薄膜Ｓｉを得ることが
できる。また、分離に不純物の混ざることのないレーザ
光を使用しているので、得られるＳｉ薄膜は良質なもの
になる。このため、ＳＯＩ基板自体の品質も良質にな
る。また、ＳＯＩ基板を製造するときは、材料を無駄な
く使用できるので、低製造コストで省資源な製造方法を
提供することができる。また、光電変換装置自体の品質
も良質になる。さらに、光電変換装置を製造するとき
も、材料を無駄なく使用できるので、低製造コストで省
資源な製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザ光を多孔質Ｓｉ層に照射する実施形態１
の分離工程を表す図。

【図２】分離した後の基板を表す図。

【図３】実施形態１によって、下地にＳｉウェハを使っ
たＳＯＩ基板の製造工程を表す図。

【図４】実施形態１によって、下地にＳｉウェハを使っ
たＳＯＩ基板の製造工程を表す図。

【図５】実施形態１によって、下地に石英基板を使った
ＳＯＩ基板の製造工程を表す図。

【図６】実施形態１によって、下地にＳｉウェハを使っ
たＳＯＩ基板の製造工程を表す図。

【図７】別のＳＯＩ基板の製造工程を表す図。

【図８】別のＳＯＩ基板の製造工程を表す図。

【図９】レーザ光を多孔質Ｓｉ層に照射する実施形態２
の分離工程を表す図。

【図１０】レーザ光を多孔質Ｓｉ層に照射する実施形態
３の分離工程を表す図。

【図１１】レーザ光を多孔質Ｓｉ層に照射する実施形態
４の分離工程を表す図。

【図１２】単結晶Ｓｉ太陽電池を製造する工程を表す
図。

【図１３】レーザ光を多孔質Ｓｉ層に照射する実施形態
５の分離工程を表す。

【図１４】分離した後の基板を表す図。

【図１５】単結晶Ｓｉ太陽電池の斜視図（ａ）と断面図
（ｂ）。

【図１６】ＳＯＩ基板の製造工程を表す図。

【図１７】ＳＯＩ基板の製造工程を表す図。

【図１８】従来の太陽電池の製造方法を表す図。

【符号の説明】

１，５Ｓｉウェハ２非多孔質Ｓｉ層３多孔質Ｓｉ層４エピタキシャルＳｉ層６単結晶Ｓｉ層７，８酸化Ｓｉ層９石英基板１０レンズ１１光学顕微鏡１２真空チャック１３レーザ光１４ガイド１５シリンドリカルレンズ１６裏面金属電極１７プラスティック基板１８光電変換層１９金属電極２０保護膜２１ｐ⁺ 層２２ｐ層２３ｎ⁺ 層２４配線２７フッ酸系のエッチング液２８正電極２９負電極３０保護膜３１，３２治具３３傷

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非多孔質層上に多孔質層があり、前記多
孔質層上に前記多孔質層より多孔度の小さい層がある基
板の、前記非多孔質層と前記多孔度の小さい層を、前記
多孔質層で分離する工程を含む薄膜の形成方法におい
て、レーザ光を前記基板の側面から該基板の中心まで照射し
て前記分離をおこなうことを特徴とする薄膜の形成方
法。
【請求項２】前記レーザ光の焦点を前記多孔質層の側
面に絞り、前記多孔質層を膨張させることによって、前
記分離をおこなう請求項１に記載の薄膜の形成方法。
【請求項３】前記非多孔質層上の多孔質層を、Ｓｉウ
ェハの陽極化成によって形成する請求項１に記載の薄膜
の形成方法。
【請求項４】前記レーザ光を、前記多孔質層の複数箇
所に照射する請求項１に記載の薄膜の形成方法。
【請求項５】前記多孔質層に接しない前記非多孔質Ｓ
ｉ層の裏面を真空チャックに密着させておき、前記真空
チャックから前記基板に微少な引っ張り力を伝える請求
項１に記載の薄膜の形成方法。
【請求項６】前記レーザ光はエキシマレーザ光である
請求項１に記載の薄膜の形成方法。
【請求項７】前記レーザ光をシリンドリカルレンズを
使って直線状に絞り、前記直線状のレーザ光を多孔質層
に沿って照射する請求項１に記載の薄膜の形成方法。
【請求項８】前記多孔度の小さい層は、前記多孔質層
上にエピタキシャル成長させて形成した非多孔質のエピ
タキシャル層である請求項３に記載の薄膜の形成方法。
【請求項９】前記非多孔質のエピタキシャル層と、支
持基板とを介に絶縁層を介して貼り合わせた後、前記多
孔質層での分離をおこない、前記非多孔質のエピタキシ
ャル層上に残った多孔質層を取り除き、前記非多孔質の
エピタキシャル層と前記絶縁層を、それぞれＳＯＩ基板
の半導体層と下地絶縁層にする請求項８に記載の薄膜の
形成方法。
【請求項１０】前記支持基板は、Ｓｉウェハの表面を
酸化した基板であり、前記絶縁層は酸化された該表面で
ある請求項９に記載の薄膜の形成方法。
【請求項１１】前記非多孔質のエピタキシャル層の表面
に絶縁層を形成し、支持基板と貼り合わせた後、前記多
孔質層での分離をおこない、前記非多孔質のエピタキシ
ャル層上に残った多孔質層を取り除き、前記非多孔質の
エピタキシャル層と前記絶縁層を、それぞれＳＯＩ基板
の半導体層と下地絶縁層にする請求項８に記載の薄膜の
形成方法。
【請求項１２】前記支持基板は、石英基板である請求
項１１に記載の薄膜の形成方法。
【請求項１３】前記支持基板は、Ｓｉウェハの表面を
酸化した基板である請求項１１に記載の薄膜の形成方
法。
【請求項１４】前記多孔度の小さい層を、前記Ｓｉウ
ェハの陽極化成のとき前記多孔質層を形成するときより
電流密度の小さい陽極化成をおこなって形成する請求項
３に記載の薄膜の形成方法。
【請求項１５】前記多孔度の小さい層と支持基板を貼
り合わせた後、前記多孔質層での分離をおこない、前記
多孔度の小さい層を光電変換装置の光電変換層にする請
求項８または請求項１４に記載の薄膜の形成方法。
【請求項１６】前記非多孔質層、前記多孔質層及び前
記多孔度の小さい層はそれぞれシリコンからなる請求項
１に記載の薄膜の形成方法。
【請求項１７】前記レーザ光の焦点を前記多孔質層の
側面に絞り、前記多孔質層を膨張させることによって、
前記分離をおこなう請求項１６に記載の薄膜形成方法。
【請求項１８】前記非多孔質層上の多孔質層を、Ｓｉ
ウェハの陽極化成によって形成する請求項１６に記載の
薄膜の形成方法。
【請求項１９】前記レーザ光を、前記多孔質層の複数
箇所に照射する請求項１６に記載の薄膜の形成方法。
【請求項２０】前記多孔質層に接しない前記非多孔質
の裏面を真空チャックに密着させておき、前記真空チャ
ックから前記基板に微少な引っ張り力を伝える請求項１
６に記載の薄膜の形成方法。
【請求項２１】前記レーザ光はエキシマレーザ光であ
る請求項１６に記載の薄膜の形成方法。
【請求項２２】前記レーザ光をシリンドリカルレンズ
を使って直線状に絞り、前記直線状のレーザ光を多孔質
層に沿って照射する請求項１６に記載の薄膜の形成方
法。
【請求項２３】前記多孔度の小さい層は、前記多孔質
層上にエピタキシャル成長させて形成した非多孔質のエ
ピタキシャル層である請求項１８に記載の薄膜の形成方
法。
【請求項２４】前記のエピタキシャル層と、少なくと
も表面に絶縁層を有する支持基板と貼り合わせた後、前
記多孔質層での分離をおこない、前記エピタキシャル層
上に残った多孔質層を取り除き、前記エピタキシャル層
と前記絶縁層を、それぞれＳＯＩ基板の半導体層と下地
絶縁層にする請求項２３に記載の薄膜の形成方法。
【請求項２５】前記少なくとも表面に絶縁層を有する
支持基板は、Ｓｉウェハの表面を酸化した基板である請
求項２４に記載の薄膜の形成方法。
【請求項２６】前記エピタキシャル層の表面に絶縁層を
形成し、支持基板と貼り合わせた後、前記多孔質層での
分離をおこない、前記エピタキシャル層上に残った多孔
質層を取り除き、前記エピタキシャル層と前記絶縁層
を、それぞれＳＯＩ基板の半導体層と下地絶縁層にする
請求項２３に記載の薄膜の形成方法。
【請求項２７】前記支持基板は、石英基板である請求
項２６に記載の薄膜の形成方法。
【請求項２８】前記支持基板は、Ｓｉウェハの表面を
酸化した基板である請求項２６に記載の薄膜の形成方
法。
【請求項２９】前記多孔度の小さい層を、前記Ｓｉウ
ェハの陽極化成のとき前記多孔質層を形成するときより
電流密度の小さい陽極化成をおこなって形成する請求項
１８に記載の薄膜の形成方法。
【請求項３０】前記多孔度の小さい層と支持基板を貼
り合わせた後、前記多孔質層での分離をおこない、前記
多孔度の小さい層を光電変換装置の光電変換層にする請
求項１８または請求項２９に記載の薄膜の形成方法。
【請求項３１】イオン注入による欠陥層を有する基板
の側面にレーザ光を照射して該欠陥層で該基板を分離す
ることを特徴とする薄膜の形成方法。