(57)【要約】【課題】  コストがかからずかつ結晶基板に与える損傷を少なくすることができる結晶基板製造方法および素子の製造方法を提供する。【解決手段】  イオン注入法により原料基板１００の上面側から水素イオンを注入し、原料基板１００の所定深さの一部に剥離領域１を形成する。次に、原料基板１００を加熱し、剥離領域１で上層と下層とを剥離させる。次いで、原料基板１００にアニール処理を施し、原料基板１００内の結晶性を回復させる。次に、エピタキシャル成長法により原料基板１００上にエピタキシャル成長層３を成長させる。次いで、エピタキシャル成長層３および剥離層４を原料基板１００から分離する。【選択図】        図３ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶材料からなる原料基板の所定深さの少なくとも一部領域に所定の元素をイオン注入する工程と、
前記原料基板を注入された元素が気体状態になる温度に加熱することにより前記原料基板の前記所定深さに剥離領域を形成する工程と、
前記原料基板上に結晶層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記原料基板を前記結晶層が成長した第１層と第２層とに前記剥離領域で分離することにより前記第１層および前記結晶層からなる結晶基板を得る工程とを備えた結晶基板の製造方法。
【請求項２】
前記剥離層を形成する工程を、前記結晶層をエピタキシャル成長させる工程の前に行うことを特徴とする請求項１記載の結晶基板の製造方法。
【請求項３】
前記原料基板の結晶性を回復させるための熱処理を行う工程を備え、前記熱処理を行う工程を前記結晶層をエピタキシャル成長させる工程の前に行うことを特徴とする請求項２記載の結晶基板の製造方法。
【請求項４】
前記イオン注入する工程は、前記原料基板の所定の深さの一部領域に所定の元素をイオン注入することを特徴とする請求項２または３記載の結晶基板の製造方法。
【請求項５】
前記剥離層を形成する工程を、前記結晶層をエピタキシャル成長させる工程の後で行うことを特徴とする請求項１記載の結晶基板の製造方法。
【請求項６】
前記原料基板の結晶性を回復させるための熱処理を行う工程を備え、前記熱処理を行う工程を前記結晶層をエピタキシャル成長させる工程の後で行うことを特徴とする請求項５記載の結晶基板の製造方法。
【請求項７】
前記イオン注入する工程後に、前記原料基板の表面をエッチングする工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の結晶基板の製造方法。
【請求項８】
結晶材料からなる原料基板の所定深さの少なくとも一部領域に所定の元素をイオン注入する工程と、
前記原料基板を注入された元素が気体状態になる温度に加熱することにより前記原料基板の前記所定深さに剥離領域を形成する工程と、
前記原料基板上に結晶層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記結晶層に素子構造を形成する工程と、
前記原料基板を前記結晶層が成長した第１層と第２層とに前記剥離領域で分離する工程とを備えた素子の製造方法。
【請求項９】
前記原料基板の結晶性を回復させるための熱処理を行う工程を備えることを特徴とする請求項８記載の素子の製造方法。
【請求項１０】
前記イオン注入する工程後に、前記原料基板の表面をエッチングする工程をさらに備えたことを特徴とする請求項８または９記載の素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶基板および素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、結晶基板から新たに結晶基板を得る結晶基板製造方法が開発されている。結晶基板製造方法としては、例えば、イオン注入により結晶基板の一部を新たな結晶基板として剥離させる方法が用いられる（例えば、特許文献１参照）。この結晶基板製造方法は、加速したイオンをシリコン系結晶基板の所定深さに注入し、イオンを注入したシリコン系結晶基板を加熱し、注入したイオンをガス化させて多数の気泡を発生させることにより、シリコン系結晶基板からシリコン系結晶基板を剥離するものである。
【特許文献１】特開２００１−７７０４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、自己保持が可能な膜厚（１０μｍ程度以上）を有する結晶基板を得るためには、イオンを注入する際の加速電圧を大きくして注入深さを大きくする必要がある。その結果、イオン注入装置を大型化する必要があることからコストがかかる。また、イオンを注入する際の加速電圧が大きいと、加速されたイオンが結晶基板に与える損傷も大きくなり、結晶基板に結晶欠陥が発生する要因ともなる。
【０００４】
本発明の目的は、コストがかからずかつ結晶基板に与える損傷を少なくすることができる結晶基板製造方法および素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る結晶基板製造方法は、結晶材料からなる原料基板の所定深さの少なくとも一部領域に所定の元素をイオン注入する工程と、原料基板を注入された元素が気体状態になる温度に加熱することにより原料基板の所定深さに剥離領域を形成する工程と、原料基板上に結晶層をエピタキシャル成長させる工程と、原料基板を結晶層が成長した第１層と第２層とに剥離領域で分離することにより第１層および結晶層からなる結晶基板を得る工程とを備えるものである。
【０００６】
本発明に係る結晶基板製造方法においては、結晶材料からなる原料基板の所定深さの少なくとも一部領域に所定の元素をイオン注入し、原料基板を注入された元素が気体状態になる温度に加熱することにより原料基板の所定深さに剥離領域が形成される。また、イオン注入された元素が加熱により気体状態になることから、原料基板から所定の厚さの結晶層に剥離が生じる。
【０００７】
一方、原料基板上に結晶層がエピタキシャル成長する。さらに、原料基板を結晶層が成長した第１層と第２層とに剥離領域で分離することにより第１層および結晶層からなる結晶基板が得られる。
【０００８】
このように、エピタキシャル成長により自己保持可能な十分な膜厚の結晶層が得られることからイオン注入する深さを浅くできる。それにより、イオン注入に必要なエネルギーを低減させることができる。その結果、イオン注入により結晶基板に与える損傷を低減させることができる。
【０００９】
以上のことから、本発明に係る結晶基板製造方法においては、コストがかからずかつ結晶基板に与える損傷を少なくすることができる。
【００１０】
剥離層を形成する工程を、結晶層をエピタキシャル成長させる工程の前に行ってもよい。この場合、剥離層を形成する工程における加熱処理により結晶基板の結晶性が回復してからエピタキシャル成長させることができる。それにより、結晶基板に結晶欠陥が発生しない。
【００１１】
原料基板の結晶性を回復させるための熱処理を行う工程を備え、熱処理を行う工程を結晶層をエピタキシャル成長させる工程の前に行ってもよい。この場合、熱処理を行う工程において結晶基板の結晶性がより回復してからエピタキシャル成長させることができる。
【００１２】
イオン注入する工程は、原料基板の所定深さの一部領域に所定の元素をイオン注入してもよい。この場合、熱処理を行う工程または剥離層を形成する工程において、イオンが注入されない部分が剥離しない。それにより、結晶基板が十分な厚さになってから結晶基板を原料基板から分離することができる。
【００１３】
剥離層を形成する工程を、結晶層をエピタキシャル成長させる工程の後で行ってもよい。この場合、結晶基板の厚さが十分大きくなってから剥離層が形成される。
【００１４】
原料基板の結晶性を回復させるための熱処理を行う工程を備え、熱処理を行う工程を結晶層をエピタキシャル成長させる工程の後で行ってもよい。この場合、エピタキシャル成長した結晶基板の結晶性が熱処理により向上する。
【００１５】
イオン注入する工程後に、原料基板の表面をエッチングする工程をさらに備えてもよい。この場合、イオン注入により受けた原料基板の表面の損傷層が除去されるとともにイオン注入により原料基板の表面付近に付着した不純物が除去される。
【００１６】
本発明に係る素子の製造方法は、結晶材料からなる原料基板の所定深さの少なくとも一部領域に所定の元素をイオン注入する工程と、原料基板を注入された元素が気体状態になる温度に加熱することにより原料基板の所定深さに剥離領域を形成する工程と、原料基板上に結晶層をエピタキシャル成長させる工程と、結晶層に素子構造を形成する工程と、原料基板を結晶層が成長した第１層と第２層とに剥離領域で分離する工程とを備えるものである。
【００１７】
本発明に係る素子製造方法においては、結晶材料からなる原料基板の所定深さの少なくとも一部領域に所定の元素をイオン注入し、原料基板を注入された元素が気体状態になる温度に加熱することにより原料基板の所定深さに剥離領域が形成される。また、イオン注入された元素が加熱により気体状態になることから、原料基板から所定の厚さの結晶層に剥離が生じる。
【００１８】
一方、原料基板上に結晶層がエピタキシャル成長される。さらに、原料基板を結晶層が成長した第１層と第２層とに剥離領域で分離することにより第１層および結晶層からなる結晶基板が得られる。さらに、結晶層に素子構造が形成される。
【００１９】
このように、エピタキシャル成長により自己保持可能な十分な膜厚の結晶層が得られることからイオン注入する深さを浅くできる。それにより、イオン注入に必要なエネルギーを低減させることができる。その結果、イオン注入により結晶基板に与える損傷を低減させることができる。
【００２０】
以上のことから、本発明に係る結素子製造方法においては、コストがかからずかつ結晶基板に与える損傷を少なくしつつ素子を製造することができる。
【００２１】
原料基板の結晶性を回復させるための熱処理を行う工程を備えてもよい。この場合、イオン注入により原料基板が受ける損傷が熱処理により回復する。
【００２２】
イオン注入する工程後に、原料基板の表面をエッチングする工程をさらに備えてもよい。この場合、イオン注入により受けた原料基板の表面の損傷層が除去されるとともにイオン注入により原料基板の表面付近に付着した不純物が除去される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る結晶基板製造方法においては、イオン注入された元素が加熱により気体状態になることから、原料基板から所定の厚さの結晶層が剥離する。
【００２４】
さらに、エピタキシャル成長により結晶層の十分な膜厚が得られることからイオン注入する深さを浅くできる。それにより、イオン注入に必要なエネルギーを低減させることができる。その結果、イオン注入により結晶基板に与える損傷を低減させることができる。
【００２５】
以上のことから、本発明に係る結晶基板製造方法においては、コストがかからずかつ結晶基板に与える損傷を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００２７】
図１（ａ）は第１の実施の形態に係る結晶基板製造方法に用いる原料基板１００の斜視図であり、図１（ｂ）は原料基板１００の模式的断面図である。
【００２８】
原料基板１００は、ｐ型、ｎ型またはノンドープの単結晶シリコンからなる。原料基板１００上面のエッジ部にはラウンド加工が施してあり、エッジ部の曲率半径は２０μｍである。また原料基板１００の上面は、片面研磨してある。
【００２９】
なお、本実施の形態に係る原料基板１００として、ＳｉＣ（炭化窒素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）等の他の半導体からなる単結晶基板を用いてもよい。
【００３０】
図２は、原料基板１００に対するイオン注入処理を説明する図である。図２（ａ）は原料基板１００の斜視図であり、図２（ｂ）は原料基板１００の模式的断面図である。
【００３１】
図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、イオン注入法により原料基板１００の上面側から水素イオンを注入する。イオン注入量は１×１０16〜１×１０17／ｃｍ2 程度が好ましく、イオン注入深さは原料基板１００を構成する原子１層以上である。イオン注入深さは、注入するイオンのエネルギーにより調整することができる。注入するイオンのエネルギーは、例えば１〜５００ｋｅＶ程度が好ましい。
【００３２】
原料基板１００上に格子状のメタルマスクを被せ、部分的にイオンビームを遮蔽することにより、原料基板１００内のイオン注入深さにおいて、水素イオンが注入される複数の剥離領域１および水素イオンが注入されない格子状の非剥離領域２が形成される。メタルマスクとしてはステンレス等の金属を用いることができる。
【００３３】
非剥離領域２の形状は格子状に限らず、点状であってもよい。また、丸みがありかつ局部的な応力が集中しにくい形状が好ましい。
【００３４】
また、非剥離領域２の面積が大きすぎると剥離が十分に行われない。一方、非剥離領域２の面積が小さすぎると剥離層形成処理時に上層と下層とが分離してしまう。したがって、非剥離領域２の面積は、剥離領域１および非剥離領域２全体の面積に対して０．１〜１０％程度が好ましい。
【００３５】
なお、本実施の形態に係る結晶基板製造方法においては、原料基板１００に水素イオンを注入しているが、ヘリウムイオン等の軽元素イオン、水素分子イオン等の軽分子イオンまたはアルゴン、窒素等の不活性元素イオン若しくは分子イオンを用いてもよい。また、注入するイオンの極性は正負いずれでも良い。
【００３６】
図３は、原料基板１００に対する剥離層形成処理、アニ−ル処理およびエピタキシャル成長処理を説明する図である。図３（ａ）は原料基板１００の斜視図であり、図２（ｂ）は原料基板１００の模式的断面図である。
【００３７】
まず、図２のイオン注入処理が施された原料基板１００上面に対してエッチング処理を施す。それにより、イオン注入により受けた損傷層が除去される。
【００３８】
次に、原料基板１００を加熱し、原料基板１００の温度を一定に保つ。それにより、注入された水素イオン同士が結合して気体の水素分子となり、複数の剥離領域１に無数の気泡が発生する。それにより、剥離領域１で上層と下層とが剥離する。
【００３９】
この場合、非剥離領域２には水素イオンが注入されていないため、気泡が発生しない。それにより、原料基板１００は、非剥離領域２においては剥離が生じない。したがって、引き続き原料基板１００に対してエピタキシャル成長処理等のような高温処理を施すことが可能となる。
【００４０】
次いで、原料基板１００をさらに加熱し、原料基板１００の温度を一定に保ち、原料基板１００に対してアニール処理を施す。それにより、イオン注入により部分的に結晶性が失われていた原料基板１００内の結晶性が回復する。
【００４１】
次に、熱ＣＶＤ（化学蒸着）法を用いたエピタキシャル成長法によりアニール処理後の原料基板１００の上面に原料基板１００と同一の面方位を有する結晶シリコンを成長させ、エピタキシャル成長層３を形成する。この場合、必要な膜厚を得ることができる。エピタキシャル成長層３の膜厚は１０ｎｍ〜２００μｍ程度であり、例えば、４０μｍ程度である。
【００４２】
原料ガスとしては、例えばＳｉＨ4 （シラン）ガス、ＳｉＨ2 Ｃｌ2 （ジクロロシラン）等を用いる。なお、エピタキシャル成長法に用いるＣＶＤ法は熱ＣＶＤ法に限らず、プラズマＣＶＤ法、触媒ＣＶＤ法等の他のＣＶＤ法を用いてもよい。
【００４３】
図４は、原料基板１００に対する剥離処理を説明する図である。図４（ａ）は、原料基板１００の斜視図であり、図４（ｂ）は原料基板１００の模式的断面図である。
【００４４】
まず、エピタキシャル成長処理により原料基板１００の端面に形成されるシリコン膜を除去するため、原料基板１００の端面にエッチング処理を施す。この工程は、例えば、原料基板１００の上面以外の面を覆う基板ホルダーに原料基板１００を収納して図３のエピタキシャル成長処理を施す場合には、省略することが可能である。
【００４５】
次に、原料基板１００の下部およびエピタキシャル成長層３の上面を真空チャック、電磁チャック等のチャック、熱可塑性樹脂、粘着シート等で固定し、上下に応力を加えることにより、エピタキシャル成長層３と原料基板１００の剥離領域１よりも上面側の層（以下、剥離層４という）とが原料基板１００から分離し、新たな結晶基板２００が得られる。
【００４６】
次いで、結晶基板２００の剥離領域１側の面を研磨することにより、剥離の際のへき開により生じた微小な凹凸が除去され、平滑な平面が得られる。なお、結晶基板２００が分離した後の原料基板１００は再利用が可能である。
【００４７】
図５は、図４の剥離処理により得られた結晶基板２００を示す図である。図５（ａ）は結晶基板２００の斜視図であり、図５（ｂ）は結晶基板２００の模式的断面図である。
【００４８】
図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、結晶基板２００は、エピタキシャル成長層３および剥離層４から構成されるが、エピタキシャル成長層３と剥離層４とは結晶方位が同一であるため、結晶基板２００は実質的に単結晶である。
【００４９】
図６は、第１の実施の形態に係る結晶基板製造方法の各処理における温度変化を示す図である。図６の縦軸は原料基板１００の温度を示し、図６の横軸は時間を示す。
【００５０】
図６に示すように、原料基板１００に対してイオン注入処理を施す場合には原料基板１００を温度Ｔｉで一定に保つ。温度Ｔｉは、例えば室温〜４００℃程度が好ましい。
【００５１】
原料基板１００に対して剥離層形成処理を施す場合には原料基板１００を温度Ｔｄで一定に保つ。温度Ｔｄは、例えば４００℃〜６００℃程度が好ましい。
【００５２】
原料基板１００に対してアニール処理を施す場合には原料基板１００を温度Ｔａで一定に保つ。温度Ｔａは、例えば６００℃から１２００℃程度が好ましく、８００℃〜１１００℃程度がより好ましい。
【００５３】
原料基板１００に対してエピタキシャル成長処理を施す場合には原料基板１００を温度Ｔｇ１で一定に保つ。温度Ｔｇ１は、例えば７００℃〜１１００℃程度が好ましい。
【００５４】
温度Ｔｉ、Ｔｄ、ＴａおよびＴｇ１は以下の式（１）の関係を有する。
【００５５】
Ｔｉ＜Ｔｄ＜Ｔｇ１＜Ｔａ  ・・・（１）
以上のように、本実施の形態に係る結晶基板製造方法においては、低エネルギーのイオン注入法を使用して所望の厚さの結晶基板２００を得ることができることから、結晶基板２００の製造コストを低減することができる。また、低エネルギーのイオンを使用することから、結晶基板２００が受ける損傷が低減する。さらに、アニール処理を施すことから結晶基板２００の結晶性が回復し、結晶欠陥の発生を防止することができる。
【００５６】
本実施の形態においては、剥離層４が第１層に相当し、結晶基板２００が分離した原料基板１００が第２層に相当し、エピタキシャル成長層３が結晶層に相当する。
（第２の実施の形態）
以下、第２の実施の形態に係る結晶基板製造方法について説明する。
【００５７】
原料基板としては図１の原料基板１００を用いる。
【００５８】
図７は、原料基板１００に対するイオン注入処理を説明する図である。図７（ａ）は原料基板１００の斜視図であり、図７（ｂ）は原料基板１００の模式的断面図である。
【００５９】
図７のイオン注入処理が図２のイオン注入処理と異なる点は、原料基板１００に格子状のメタルマスクを被せることなく水素イオンを注入する点である。それにより、イオン注入深さの全体にわたって剥離領域１ａが形成される。
【００６０】
図８は、原料基板１００に対する剥離層形成処理、アニ−ル処理およびエピタキシャル成長処理を説明する図である。図８（ａ）は原料基板１００の斜視図であり、図８（ｂ）は原料基板１００の模式的断面図である。
【００６１】
まず、図７のイオン注入処理が施された原料基板１００上面に対してエッチング処理を施す。それにより、原料基板１００上面におけるイオン注入による損傷層が除去される。
【００６２】
次に、図３で説明したエピタキシャル成長法により原料基板１００の上面に原料基板１００と同一の結晶方位を有する結晶シリコンを成長させ、エピタキシャル成長層３を形成する。エピタキシャル成長層３の膜厚は、例えば、４０μｍ程度である。
【００６３】
この場合、注入された水素イオンが水素分子にならないように、第１の実施の形態におけるエピタキシャル成長処理の場合よりも低い温度でエピタキシャル成長処理を施す。それにより、剥離領域１ａに気泡が発生せず、剥離領域１ａにおいて上層と下層とが剥離しない。そのため、結晶基板として必要な厚さを得た後に剥離領域１ａを剥離させることが可能である。
【００６４】
次いで、原料基板１００をさらに加熱し、原料基板１００の温度を一定に保つ。それにより、注入された水素イオン同士が結合して気体の水素分子となり、剥離領域１ａに無数の気泡が発生する。それにより、剥離領域１ａで上層と下層とが剥離する。
【００６５】
次に、原料基板１００をさらに加熱し、原料基板１００の温度を一定に保ち、原料基板１００に対してアニール処理を施す。それにより、イオン注入により部分的に結晶性が失われていた原料基板１００およびエピタキシャル成長層３の結晶性が向上する。
【００６６】
図９は、原料基板１００に対する剥離処理を説明する図である。図９（ａ）は、原料基板１００の斜視図であり、図９（ｂ）は原料基板１００の模式的断面図である。
【００６７】
図３で説明したように、原料基板１００の下部およびエピタキシャル成長層３の上面をチャック等で固定し、上下に応力を加えることにより、エピタキシャル成長層３と剥離層４とが原料基板１００から分離し、結晶基板２００が得られる。
【００６８】
次いで、結晶基板２００の剥離領域１ａ側の面を研磨することにより、剥離の際のへき開により生じた微小な凹凸が除去され、平滑な平面が得られる。なお、結晶基板２００が分離した後の原料基板１００は、再利用可能である。
【００６９】
図１０は、第２の実施の形態に係る結晶基板製造方法の各工程における温度変化を示す図である。図１０の縦軸は原料基板１００の温度を示し、図１０の横軸は時間を示す。
【００７０】
図１０に示すように、原料基板１００に対してイオン注入処理を施す場合には原料基板１００を温度Ｔｉで一定に保つ。温度Ｔｉは、例えば室温〜４００℃程度が好ましい。
【００７１】
原料基板１００に対してエピタキシャル成長処理を施す場合には原料基板１００を温度Ｔｇ２で一定に保つ。温度Ｔｇ２は、例えば室温〜５００℃程度が好ましい。
【００７２】
原料基板１００に対して剥離層形成処理を施す場合には原料基板１００を温度Ｔｄで一定に保つ。温度Ｔｄは、例えば４００℃〜６００℃程度が好ましい。
【００７３】
原料基板１００に対してアニール処理を施す場合には原料基板１００を温度Ｔａで一定に保つ。温度Ｔａは、例えば６００℃から１２００℃程度が好ましく、８００℃〜１１００℃程度がより好ましい。
【００７４】
温度Ｔｉ、Ｔｇ２、ＴｄおよびＴａは以下の式（２）の関係を有する。
【００７５】
Ｔｉ＜Ｔｇ２＜Ｔｄ＜Ｔａ・・・（２）
以上のように、本実施の形態に係る結晶基板製造方法においては、剥離層形成処理の場合の温度Ｔｄよりもエピタキシャル成長処理の場合の温度Ｔｇ２の方が低いため、剥離領域１ａが剥離せずにエピタキシャル成長処理を施すことが可能である。したがって、メタルマスクを用いて図２の非剥離領域２を形成する必要がない。その結果、結晶基板製造工程を短縮することが可能である。
（第３の実施の形態）
以下、第３の実施の形態に係るフォトダイオードの製造方法について説明する。
【００７６】
図１１は、原料基板１００にｎ型微結晶シリコン膜５を形成する処理を説明する図である。図１１（ａ）は、原料基板１００の斜視図であり、図１１（ｂ）は原料基板１００の模式的断面図である。
【００７７】
まず、図８の原料基板１００を用意する。本実施の形態においては、原料基板１００は、例えばｐ型単結晶シリコンを用いる。
【００７８】
次に、ＳｉＨ4 ガス、Ｈ2 ガスおよびＰＨ3 ガスを用い、プラズマＣＶＤ法により図８の原料基板１００上にｎ型微結晶シリコン膜５を形成する。それにより、原料基板１００とｎ型微結晶シリコン膜５との間にｐｎ接合が形成される。
【００７９】
図１２は、原料基板１００に表面電極および集電極を形成する処理を説明する図である。図１２（ａ）は、原料基板１００の斜視図であり、図１２（ｂ）は原料基板１００の模式的断面図である。
【００８０】
次に、ｎ型微結晶シリコン膜５上に表面電極６を形成する。ｎ型微結晶シリコン膜５上に格子状のステンレス等からなるメタルマスクを被せ、スパッタリング法により表面電極６を形成する。それにより、ｎ型微結晶シリコン膜５上には、正方形状の複数の表面電極６が形成される。表面電極６は、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＳｎＯ2 （酸化錫）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等からなる透明電極である。
【００８１】
次いで、各表面電極６上に集電極７を形成する。表面電極６上にメタルマスクを被せ、銀等を真空蒸着させる。この場合のメタルマスクは、各表面電極６の周縁部を覆う形状のものを用いる。それにより、各表面電極６上に集電極７が形成される。
【００８２】
図１３は、原料基板１００に対する剥離処理を説明する図である。図１３（ａ）は、原料基板１００の斜視図であり、図１３（ｂ）は原料基板１００の模式的断面図である。
【００８３】
次に、原料基板１００の下部および表面電極６をチャック等で固定し、上下に応力を加えることにより、エピタキシャル成長層３、剥離層４、ｎ型微結晶シリコン膜５、表面電極６および集電極７が原料基板１００から分離し、フォトダイオード３００が得られる。
【００８４】
図１４は、フォトダイオード３００の剥離領域１ａ側の面に集電極を形成する処理を説明する図である。図１４（ａ）は、フォトダイオード３００の斜視図であり、図１４（ｂ）はフォトダイオード３００の模式的断面図である。
【００８５】
次に、フォトダイオード３００の剥離領域１ａ側の面を希フッ酸でエッチングした後に銀ペーストを塗布し、熱処理を施すことによりフォトダイオード３００が完成する。なお、フォトダイオード３００が分離した後の原料基板１００は、再利用が可能である。
【００８６】
以上のように、本実施の形態に係るフォトダイオードの製造方法においては、剥離層形成処理の場合の温度Ｔｄよりもエピタキシャル成長処理の場合の温度Ｔｇ２の方が低いため、剥離領域１ａが剥離せずにエピタキシャル成長処理を施すことが可能である。したがって、メタルマスクを用いて図２の非剥離領域２を形成する必要がない。その結果、フォトダイオードを製造する工程を短縮することが可能である。
【００８７】
なお、ｎ型微結晶シリコン膜５としては、非晶質シリコン膜、非晶質ＳｉＣ等の非晶質半導体を用いることができる。
【００８８】
また、本実施の形態にかかるフォトダイオード３００は、太陽電池等の他の光起電力素子としても用いることができる。
【００８９】
また、裏面電極６をｎ型微結晶シリコン膜５上の全面に形成し、その裏面電極６上にくし形の集電極７を形成することにより、本実施の形態に係るフォトダイオード３００を素子として用いることができる。
【実施例】
【００９０】
（実施例１）
実施例１では、図１〜図６の方法により図５の結晶基板２００を作製する。
【００９１】
原料基板１００としては円板形状の単結晶シリコンを用いる。原料基板１００の直径は１００ｍｍであり、厚さは６００μｍであり、面方位は＜１００＞であり、抵抗率は１〜２Ωｃｍであり、端面にラウンド加工は施さず、上面を表面粗さ０．１μｍ程度に鏡面研磨したものを用いる。
【００９２】
まず、原料基板１００を有機溶媒で超音波洗浄し、希フッ酸で原料基板１００の上面に形成された酸化膜を除去し、イオン交換水で原料基板１００を洗浄後、原料基板１００に窒素ガスを吹付けて乾燥させる。
【００９３】
次に、図２で説明したイオン注入法により原料基板１００に水素イオンを注入する。イオンの加速電圧は３５０ｋｅＶであり、イオン注入量は３×１０16／ｃｍ2 であり、原料基板１００の温度は２５０℃に保つ。この場合のイオン注入深さは約４μｍである。
【００９４】
イオン注入時には、原料基板１００の上面をＳＵＳ３０４のステンレスからなる格子状のメタルマスクを被せる。このメタルマスクのピッチは１ｍｍであり、原料基板１００の上面の約５％程度が被覆される。それにより、剥離領域１および非剥離領域２が形成される。
【００９５】
次いで、原料基板１００を加熱し、原料基板１００の温度を３０分間５００℃に保つ。それにより、剥離領域１で上層と下層とが剥離する。
【００９６】
次に、原料基板１００の温度を２５０℃に保ち、原料基板１００の上面から０．１μｍ程度の深さまでフッ素系ガスを用いてドライエッチング処理を施す。それにより、イオン注入により受けた原料基板１００の損傷が除去されるとともに、原料基板１００の上面付近の不純物が除去される。
【００９７】
次いで、水素および窒素の混合雰囲気下、温度１０００℃で１時間、原料基板１００にアニール処理を施す。それにより、原料基板１００の結晶性が回復する。
【００９８】
次に、原料基板１００の温度を７８０℃に保ち、ＳｉＨ4 ガスを用いて、熱ＣＶＤ法により原料基板１００に対してエピタキシャル成長処理を施す。エピタキシャル成長層３の膜厚は約５０μｍである。
【００９９】
次いで、原料基板１００の上面１をマスクで覆い、原料基板１００の端面の約７０μｍに対してドライエッチング処理を施す。それにより、エピタキシャル成長処理において原料基板１００の端面に形成されるシリコン膜が除去される。
【０１００】
次に、原料基板１００の下部およびエピタキシャル成長層３の上面を真空チャックで固定した後、上下に応力を加える。それにより、結晶基板２００が得られる。
（実施例２）
実施例２では、図７〜図１０の方法により図５の結晶基板２００を作製する。
【０１０１】
原料基板１００としては円板形状の単結晶シリコンを用いる。原料基板１００の直径は１００ｍｍであり、厚さは２５０μｍであり、面方位は＜１００＞であり、抵抗率は１〜２Ωｃｍであり、端面にラウンド加工は施さず、上面を表面粗さ０．０５μｍ以下に研磨したものを用いる。
【０１０２】
まず、原料基板１００を有機溶媒で超音波洗浄し、希フッ酸で原料基板１００の上面に形成された酸化膜を除去し、イオン交換水で原料基板１００を洗浄後、原料基板１００に窒素ガスを吹付けて乾燥させる。
【０１０３】
次に、プラズマイオン注入法により原料基板１００に水素分子イオンを注入する。水素イオン分子は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波で励起したＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴：Electron Cycrotron Resonance）プラズマにより発生させ、原料基板１００に−１７ｋｅＶのパルスバイアス電圧を印加する。イオン注入量は３×１０16／ｃｍ2 であり、原料基板１００の温度は１５０℃に保つ。この場合のイオン注入深さは約０．１μｍである。
【０１０４】
イオン注入時には、原料基板１００の上面をＳＵＳ３０４のステンレスからなるメタルマスクを被せる。このメタルマスクは原料基板１００の上面の周辺部２ｍｍを覆うものを用いる。それにより、原料基板１００内部に剥離領域１ａが形成される。
【０１０５】
次いで、原料基板１００の温度を２５０℃に保ち、原料基板１００の上面から０．０５μｍ程度に対しフッ素系ガスを用いてドライエッチング処理を施す。それにより、イオン注入により受けた原料基板１００の損傷が除去されるとともに、原料基板１００の上面付近の不純物が除去される。
【０１０６】
次に、原料基板１００の温度を４００℃に保ち、ＳｉＨ4 ガスをＨ2 ガスで２０倍に希釈したものを用いて、触媒ＣＶＤ法により原料基板１００に対してエピタキシャル成長処理を施す。エピタキシャル成長層３の膜厚は約１０μｍである。
【０１０７】
次いで、原料基板１００を加熱し、原料基板１００の温度を３０分間５００℃に保つ。それにより、剥離領域１ａが剥離する。
【０１０８】
次に、窒素雰囲気下、温度１０００℃で一時間、原料基板１００にアニール処理を施す。それにより、原料基板１００とエピタキシャル成長層３の結晶性が向上する。
【０１０９】
次いで、原料基板１００の上面１をマスクで覆い、原料基板１００の端面の約７０μｍに対してドライエッチング処理を施す。それにより、エピタキシャル成長処理において原料基板１００の端面に形成されるシリコン膜が除去される。
【０１１０】
次に、原料基板１００の下部およびエピタキシャル成長層３の上面を真空チャックで固定した後、上下に応力を加える。それにより、結晶基板２００が得られる。
（実施例３）
実施例３では、図１１〜図１４の方法により光起電力素子３００を作製する。
【０１１１】
原料基板１００としては円板形状のｐ型単結晶シリコンを用いる。原料基板１００の直径は１００ｍｍであり、厚さは２５０μｍであり、面方位は＜１００＞であり、抵抗率は１〜２Ωｃｍであり、端面にラウンド加工は施さず、上面を表面粗さ０．０５μｍ以下に研磨したものを用いる。
【０１１２】
まず、原料基板１００を有機溶媒で超音波洗浄し、希フッ酸で原料基板１００の上面に形成された酸化膜を除去し、イオン交換水で原料基板１００を洗浄後、原料基板１００に窒素ガスを吹付けて乾燥させる。
【０１１３】
次に、図２で説明したイオン注入法により原料基板１００に水素イオンを注入する。イオンの加速電圧は１００ｋｅＶであり、イオン注入量は１×１０16／ｃｍ2 であり、原料基板１００の温度は２５０℃に保つ。この場合のイオン注入深さは約１μｍである。
【０１１４】
イオン注入時には、原料基板１００をの上面をＳＵＳ３０４のステンレスからなるメタルマスクを被せる。このメタルマスクは原料基板１００の上面の周辺部２ｍｍを覆うものを用いる。それにより、原料基板１００内部に剥離領域１ａが形成される。
【０１１５】
次いで、原料基板１００の温度を２５０℃に保ち、原料基板１００の上面から０．２μｍ程度に対しフッ素系ガスを用いてドライエッチング処理を施す。それにより、イオン注入により受けた原料基板１００の損傷が除去されるとともに、原料基板１００の上面付近の不純物が除去される。
【０１１６】
次に、原料基板１００の温度を４００℃に保ち、ＳｉＨ4 ガスをＨ2 ガスで２０倍に希釈したものを用いて、触媒ＣＶＤ法により原料基板１００に対してエピタキシャル成長処理を施す。エピタキシャル成長層３の膜厚は約１２μｍである。
【０１１７】
次いで、原料基板１００を加熱し、原料基板１００の温度を３０分間５００℃に保つ。それにより、剥離領域１ａが剥離する。
【０１１８】
次に、窒素雰囲気下、温度１０００℃で一時間、原料基板１００にアニール処理を施す。それにより、原料基板１００およびエピタキシャル成長層３の結晶性が向上する。
【０１１９】
次いで、希フッ酸を用いてエピタキシャル成長層３の上面を洗浄する。それにより、エピタキシャル成長層３の上面付近のシリコン酸化膜および不純物が除去される。
【０１２０】
次に、圧力１０Ｐａ、原料基板１００の温度１５０℃の条件下でＳｉＨ4 ガスを１０ｓｃｃｍ、Ｈ2 ガスを２００ｓｃｃｍ、ＰＨ3 ガスを１５ｓｃｃｍの条件下で、プラズマＣＶＤ法によりエピタキシャル成長層３上にｎ型微結晶シリコン膜５を形成する。それにより、原料基板１００とｎ型微結晶シリコン膜５との間にｐｎ接合が形成される。
【０１２１】
次いで、原料基板１００の温度を２００℃に保ち、Ａｒガスを１０ｓｃｃｍ、圧力１Ｐａの条件下で、スパッタリング法によりｎ型微結晶シリコン膜５上にＩＴＯからなる表面電極６を形成する。
【０１２２】
この場合、ｎ型微結晶シリコン膜５上にＳＵＳ３０４のステンレスからなる格子状のメタルマスクを被せる。それにより、５×５ｍｍ2 の正方形状の複数の表面電極６が形成される。
【０１２３】
次に、ｎ型微結晶シリコン膜５および表面電極４上に各表面電極６の中央部以外を覆うメタルマスクを被せ、銀からなる集電極７を真空蒸着法により形成する。各表面電極４の光電変換有効面積は２×２ｍｍ2 である。
【０１２４】
次いで、５０×５０ｍｍ2 の正方形板になるように原料基板１００にダイシング加工を施す。その後、透光性および耐熱性を有する厚さ５０μｍの粘着テープを表面電極６および集電極７に貼る。それにより、原料基板１００の保持が容易になる。
【０１２５】
次に、原料基板１００の下部と表面電極６および集電極７の上面とを真空チャックで固定した後、上下に応力を加える。それにより、光起電力素子３００が得られる。
【０１２６】
次いで、光起電力素子３００の剥離領域１ａ側の面を希フッ酸でエッチングした後に銀ペーストを塗布し、光起電力素子の温度を１２０分間１８０℃に保つことにより集電極８が形成され、光起電力素子３００が完成する。
【０１２７】
実施例３の光起電力素子は、開放電圧４８２ｍＶ、短絡電流１８．７ｍＡ／ｃｍ2 、曲線因子０．６２、変換効率５．５８％の性能を有する。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
以上のように、本発明に係る結晶基板製造方法においては、コストがかからずかつ結晶基板に与える損傷を少なくすることができる。したがって、本発明に係る結晶基板製造方法は、所定の結晶基板を得る用途に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】（ａ）は第１の実施の形態に係る結晶基板製造方法に用いる原料基板の斜視図であり、（ｂ）は原料基板の模式的断面図である。
【図２】原料基板に対するイオン注入処理を説明する図である。
【図３】原料基板に対する剥離層形成処理、アニ−ル処理およびエピタキシャル成長処理を説明する図である。
【図４】原料基板に対する剥離処理を説明する図である。
【図５】図４の剥離処理により得られた結晶基板を示す図である。
【図６】第１の実施の形態に係る結晶基板製造方法の各処理における温度変化を示す図である。
【図７】原料基板に対するイオン注入処理を説明する図である。
【図８】原料基板に対する剥離層形成処理、アニ−ル処理およびエピタキシャル成長処理を説明する図である。
【図９】原料基板に対する剥離処理を説明する図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る結晶基板製造方法の各工程における温度変化を示す図である。
【図１１】原料基板にｎ型微結晶シリコン膜を形成する処理を説明する図である。
【図１２】原料基板に表面電極および集電極を形成する処理を説明する図である。
【図１３】原料基板に対する剥離処理を説明する図である。
【図１４】光起電力素子の剥離領域側の面に集電極を形成する処理を説明する図である。
【符号の説明】
【０１３０】
１  剥離領域
２  非剥離領域
３  エピタキシャル成長層
４  剥離層
５  ｎ型微結晶シリコン膜
６  表面電極
７  集電極
１００  原料基板
２００  結晶基板
３００  光起電力素子
【図１】
2005093898.tif 000003
【図２】
2005093898.tif 000004
【図３】
2005093898.tif 000005
【図４】
2005093898.tif 000006
【図５】
2005093898.tif 000007
【図６】
2005093898.tif 000008
【図７】
2005093898.tif 000009
【図８】
2005093898.tif 000010
【図９】
2005093898.tif 000011
【図１０】
2005093898.tif 000012
【図１１】
2005093898.tif 000013
【図１２】
2005093898.tif 000014
【図１３】
2005093898.tif 000015
【図１４】
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