(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶面（００１）を表面に有するＳｉウェーハ上にβ−ＦｅＳｉ2の鉄シリサイド層を成膜する方法であって、
前記Ｓｉウェーハ上にＳｉＧｅ層をエピタキシャル成長するＳｉＧｅ層形成工程と、
前記ＳｉＧｅ層上に前記鉄シリサイド層をエピタキシャル成長する鉄シリサイド層形成工程とを有していることを特徴とする鉄シリサイドの成膜方法。
【請求項２】
請求項１に記載の鉄シリサイドの成膜方法において、
前記ＳｉＧｅ層形成工程は、前記ＳｉＧｅ層の上面におけるＧｅ組成比を０．３５から０．５とすることを特徴とする鉄シリサイドの成膜方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の鉄シリサイドの成膜方法において、
前記ＳｉＧｅ層形成工程は、前記Ｓｉウェーハ上に第１のＳｉＧｅ層をエピタキシャル成長する第１の層形成工程と、
前記第１のＳｉＧｅ層上に第２のＳｉＧｅ層をエピタキシャル成長する第２の層形成工程とを有し、
前記第１のＳｉＧｅ層は、Ｇｅ組成比を漸次増加させた傾斜組成層とし、
前記第２のＳｉＧｅ層は、前記第１のＳｉＧｅ層の最終的なＧｅ組成比と同じＧｅ組成比の一定組成層とすることを特徴とする鉄シリサイドの成膜方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の鉄シリサイドの成膜方法において、
前記鉄シリサイド層形成工程は、前記ＳｉＧｅ層上に歪みＳｉ層をエピタキシャル成長しておき、該歪みＳｉ層にＦｅを供給し歪みＳｉ層のＳｉと反応させて前記鉄シリサイド層を成長させることを特徴とする鉄シリサイドの成膜方法。
【請求項５】
結晶面（００１）を表面に有するＳｉウェーハ上にβ−ＦｅＳｉ2の鉄シリサイド層が形成された半導体ウェーハであって、
前記鉄シリサイド層は、請求項１から４のいずれかに記載の鉄シリサイドの成膜方法により成膜されていることを特徴とする半導体ウェーハ。
【請求項６】
結晶面（００１）を表面に有するＳｉウェーハ上に、エピタキシャル成長されたＳｉＧｅ層と、
前記ＳｉＧｅ層上にエピタキシャル成長されたβ−ＦｅＳｉ2の鉄シリサイド層とを備えていることを特徴とする半導体ウェーハ。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体ウェーハにおいて、
前記ＳｉＧｅ層は、その上面におけるＧｅ組成比が０．３５から０．５であることを特徴とする半導体ウェーハ。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の半導体ウェーハにおいて、
前記ＳｉＧｅ層は、前記Ｓｉウェーハ上にエピタキシャル成長された第１のＳｉＧｅ層と、該第１のＳｉＧｅ層上にエピタキシャル成長された第２のＳｉＧｅ層とで形成され、
前記第１のＳｉＧｅ層は、Ｇｅ組成比を漸次増加させた傾斜組成層とされ、
前記第２のＳｉＧｅ層は、前記第１のＳｉＧｅ層の最終的なＧｅ組成比と同じＧｅ組成比の一定組成層とされていることを特徴とする半導体ウェーハ。
【請求項９】
Ｓｉウェーハ上に受光又は発光を行う活性層が形成された光半導体装置であって、
前記活性層は、請求項５から８のいずれかに記載の半導体ウェーハの前記鉄シリサイド層であることを特徴とする光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池材料等に用いられる鉄シリサイドの成膜方法並びに半導体ウェーハ及び光半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
β−ＦｅＳｉ2の鉄シリサイドは、六方晶構造の金属であるα−ＦｅＳｉ2の鉄シリサイドと異なり、斜方晶構造をもち、禁制帯幅が約０．８５ｅＶの直接遷移型半導体である。このため、β−ＦｅＳｉ2は、吸収係数が結晶質シリコンより非常に大きく（波長１．１μｍで吸収係数１０5ｃｍ-1）、光電変換の効率が高いことから、Ｓｉウェーハ上に薄膜形成することで高効率な太陽電池等の赤外受光材料となることが期待されている。また、β−ＦｅＳｉ2は、ＧａＡｓ等の化合物半導体と異なり、環境的に扱いが難しいＡｓ等を用いないで済むため、環境負荷の小さな半導体材料としても注目されている。
【０００３】
受光材料として高い移動度を得るためには、良質な連続膜にする必要があるが、Ｓｉウェーハ上に良質なβ−ＦｅＳｉ2の連続膜を形成することは難しく、種々の研究が行われている。従来、例えばＳｉウェーハ上にβ−ＦｅＳｉ2膜を形成した後に最表面にＳｉＯ2キャップ層を付けてβ−ＦｅＳｉ2の凝集を防ぐ技術が提案されている（第６０回応用物理学会学術講演会、講演予稿集4p-ZN-2）。この技術では、厚さ約１００ｎｍのβ−ＦｅＳｉ2連続膜が作製されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術では、以下のような課題が残されている。
すなわち、太陽電池活性層として有効に光吸収を得るためには、上記従来の技術で報告されている厚さより、あと一桁厚い連続膜が必要である。しかしながら、β−ＦｅＳｉ2の連続膜をさらに厚く成膜していくと、基板との格子定数のずれにより多結晶化してしまい良質な膜が得られないという不都合があった。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、β−ＦｅＳｉ2の良質で厚い連続膜を形成することができる鉄シリサイドの成膜方法並びに半導体ウェーハ及び光半導体装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の鉄シリサイドの成膜方法は、結晶面（００１）を表面に有するＳｉウェーハ上にβ−ＦｅＳｉ2の鉄シリサイド層を成膜する方法であって、前記Ｓｉウェーハ上にＳｉＧｅ層をエピタキシャル成長するＳｉＧｅ層形成工程と、前記ＳｉＧｅ層上に前記鉄シリサイド層をエピタキシャル成長する鉄シリサイド層形成工程とを有していることを特徴とする。
また、本発明の半導体ウェーハは、結晶面（００１）を表面に有するＳｉウェーハ上に、エピタキシャル成長されたＳｉＧｅ層と、前記ＳｉＧｅ層上にエピタキシャル成長されたβ−ＦｅＳｉ2の鉄シリサイド層とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
これらの鉄シリサイドの成膜方法及び半導体ウェーハでは、ＳｉＧｅ層上に鉄シリサイド層をエピタキシャル成長するので、結晶面（００１）を表面に有するＳｉよりも格子定数の大きいＳｉＧｅ層を介して鉄シリサイド層が形成されることにより、格子歪みが小さくなり、良質で厚いβ−ＦｅＳｉ2の連続膜が得られる。
【０００８】
また、本発明の鉄シリサイドの成膜方法は、前記ＳｉＧｅ層形成工程において、前記ＳｉＧｅ層の上面におけるＧｅ組成比を０．３５から０．５とすることが好ましい。
また、本発明の半導体ウェーハは、前記ＳｉＧｅ層の上面におけるＧｅ組成比が０．３５から０．５であることが好ましい。
【０００９】
これらの鉄シリサイドの成膜方法及び半導体ウェーハでは、ＳｉＧｅ層の上面におけるＧｅ組成比が０．３５から０．５となるので、β−ＦｅＳｉ2の格子定数に非常に近いＳｉＧｅ層となり、格子歪みが非常に小さくなるため、より良質なβ−ＦｅＳｉ2膜を成長させることができる。
【００１０】
また、本発明の鉄シリサイドの成膜方法は、前記ＳｉＧｅ層形成工程が、前記Ｓｉウェーハ上に第１のＳｉＧｅ層をエピタキシャル成長する第１の層形成工程と、前記第１のＳｉＧｅ層上に第２のＳｉＧｅ層をエピタキシャル成長する第２の層形成工程とを有し、前記第１のＳｉＧｅ層を、Ｇｅ組成比を漸次増加させた傾斜組成層とし、前記第２のＳｉＧｅ層を、前記第１のＳｉＧｅ層の最終的なＧｅ組成比と同じＧｅ組成比の一定組成層とすることが好ましい。
また、本発明の半導体ウェーハは、前記ＳｉＧｅ層が、前記Ｓｉウェーハ上にエピタキシャル成長された第１のＳｉＧｅ層と、該第１のＳｉＧｅ層上にエピタキシャル成長された第２のＳｉＧｅ層とで形成され、前記第１のＳｉＧｅ層が、Ｇｅ組成比を漸次増加させた傾斜組成層とされ、前記第２のＳｉＧｅ層が、前記第１のＳｉＧｅ層の最終的なＧｅ組成比と同じＧｅ組成比の一定組成層とされていることが好ましい。
【００１１】
これらの鉄シリサイドの成膜方法及び半導体ウェーハでは、傾斜組成層の第１のＳｉＧｅ層及び一定組成層の第２のＳｉＧｅ層を介して鉄シリサイド層が形成されるので、傾斜組成層の第１のＳｉＧｅ層がバッファ層となり、ＳｉウェーハとＳｉＧｅ層上面との格子定数の違いにより発生する転位を抑制することができ、より高品質なβ−ＦｅＳｉ2膜を形成することができる。
【００１２】
また、本発明の鉄シリサイドの成膜方法は、前記鉄シリサイド層形成工程において、前記ＳｉＧｅ層上に歪みＳｉ層をエピタキシャル成長しておき、該歪みＳｉ層にＦｅを供給し歪みＳｉ層のＳｉと反応させて前記鉄シリサイド層を成長させる技術が採用される。
【００１３】
この鉄シリサイドの成膜方法では、ＳｉＧｅ層上に歪みＳｉ層にＦｅを蒸着等で供給し歪みＳｉ層のＳｉと反応させて鉄シリサイド層を成長させるので、より連続膜の成膜性が向上する。
【００１４】
本発明の半導体ウェーハは、結晶面（００１）を表面に有するＳｉウェーハ上にβ−ＦｅＳｉ2の鉄シリサイド層が形成された半導体ウェーハであって、前記鉄シリサイド層は、上記本発明の鉄シリサイドの成膜方法により成膜されていることを特徴とする。
すなわち、この半導体ウェーハでは、鉄シリサイド層が、上記本発明の鉄シリサイドの成膜方法により成膜されているので、良質連続膜のβ−ＦｅＳｉ2により、特に、太陽電池等の半導体受光素子や発光波長１．５μｍの半導体発光素子等の光半導体装置用のウェーハとして好適である。
【００１５】
本発明の光半導体装置は、Ｓｉウェーハ上に受光又は発光を行う活性層が形成された光半導体装置であって、前記活性層は、上記本発明の半導体ウェーハの前記鉄シリサイド層であることを特徴とする。
この光半導体装置では、活性層が上記本発明の半導体ウェーハの前記鉄シリサイド層であるので、良質な鉄シリサイド連続膜により、高特性な太陽電池や発光素子等の光半導体装置を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る一実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、本発明の半導体ウェーハＷ及びこれを用いた太陽電池（光半導体装置）の断面構造を示すものであり、この半導体ウェーハＷは、結晶面（００１）を表面に有するＳｉウェーハ１上にＳｉＧｅ層（ＳｉＧｅバッファ層）２をエピタキシャル成長するＳｉＧｅ層形成工程と、ＳｉＧｅ層２上に歪みＳｉ層３を介してβ−ＦｅＳｉ2の鉄シリサイド層（以下、単に鉄シリサイド層と称す）４をエピタキシャル成長する鉄シリサイド層形成工程とにより作製される。
【００１８】
すなわち、半導体ウェーハＷ及びこれを用いた太陽電池の構造をその製造プロセスと合わせて説明すると、まず、ＳｉＧｅ層形成工程として、ＣＺ法で引上成長して作製された結晶面（００１）を表面に有するＳｉウェーハ１上に、第１のＳｉＧｅ層２ａをエピタキシャル成長し、さらに該第１のＳｉＧｅ層２ａ上に第２のＳｉＧｅ層２ｂをエピタキシャル成長する。
【００１９】
この第１のＳｉＧｅ層２ａは、図２に示すように、Ｇｅ組成比を漸次増加させた傾斜組成層とし、最終的なＧｅ組成比が、０．３５から０．５（例えば、０．３５）に設定される。
また、第２のＳｉＧｅ層２ｂは、第１のＳｉＧｅ層２ａの最終的なＧｅ組成比と同じＧｅ組成比、すなわちＧｅ組成比０．３５から０．５（例えば、０．３５）の一定組成層とする。なお、第１のＳｉＧｅ層２ａは、例えば１．５μｍの厚さとされ、また第２のＳｉＧｅ層２ｂは、０．７５μｍの厚さとされる。
また、Ｓｉウェーハ１、第１のＳｉＧｅ層２ａ及び第２のＳｉＧｅ層２ｂは、いずれもｎ型不純物が高濃度に添加されている。
【００２０】
さらに、第２のＳｉＧｅ層２ｂ上にｎ型の歪みＳｉ層３をエピタキシャル成長する。なお、歪みＳｉ層３は、例えば５ｎｍより厚く設定されている。
上記エピタキシャル成長は、例えば減圧ＣＶＤ法により行われ、キャリアガスとしてＨ2を用い、ソースガスとしてＳｉＧｅ層２ではＳｉＨ4及びＧｅＨ4等を用い、歪みＳｉ層３ではＳｉＨ4等を用いる。
【００２１】
次に、減圧ＣＶＤ法によりＳｉＧｅ層２及び歪みＳｉ層３が形成された上記基板をＳＣ−１洗浄し、鉄シリサイド層形成工程として、この基板を６５０℃に加熱した状態で真空蒸着装置により基板表面にＦｅを蒸着し、基板表面にＦｅＳｉ2をエピタキシャル成長させる。
このエピタキシャル成長では、基板表面に蒸着されたＦｅが下地の歪みＳｉ層３中のＳｉと反応してＦｅＳｉ2となり、鉄シリサイド層４が形成される。なお、本実施形態の場合、歪みＳｉ層３は、Ｆｅと反応して鉄シリサイド層４が形成され後に厚さ５ｎｍ程度が残されるように予め厚さが設定されている。
【００２２】
この鉄シリサイド層４は、ｎ型のｎ-β−ＦｅＳｉ2層４ａとｐ型のｐ-β−ＦｅＳｉ2層４ｂとをこの順に２０ｎｍづつ積層することにより構成される。なお、ｎ-β−ＦｅＳｉ2層４ａは、ｎ型不純物としてＣｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）等のいずれかが添加される。また、ｐ-β−ＦｅＳｉ2層４ｂは、鉄欠損がアクセプタ準位を有しアンドープでもｐ型となると共に、ｐ型不純物としてＭｎ（マンガン）、Ｃｒ（クロム）、Ｖ（バナジウム）、Ｔｉ（チタン）、Ａｌ（アルミニウム）等のいずれかを添加しても構わない。
【００２３】
この鉄シリサイド層４は、界面における結晶面がＳｉ（００１）に対してβ−ＦｅＳｉ2（１００）となり、結晶方位の関係がＳｉウェーハ１のＳｉ＜１１０＞に対してβ−ＦｅＳｉ2＜０１０＞又は＜００１＞となる。
【００２４】
また、上記Ｓｉウェーハ１の格子定数は、０．５４３ｎｍであり、上記鉄シリサイド層４は、格子定数の差がＳｉウェーハ１に対し、１．４〜２．０％であるが、両者の間に介在するＧｅ組成比０．３５から０．５の第２のＳｉＧｅ層２ｂは、Ｓｉウェーハ１との格子定数の差がほぼ１．４〜２．０％であるため、鉄シリサイド層４との間の格子歪みが極力小さくなる。
【００２５】
本実施形態では、ＳｉＧｅ層２上に鉄シリサイド層４をエピタキシャル成長するので、結晶面（００１）を表面に有するＳｉよりも格子定数の大きいＳｉＧｅ層２を介して鉄シリサイド層４が形成されることにより、格子歪みが小さくなり、良質で厚いβ−ＦｅＳｉ2の連続膜が得られる。そして、良質な連続膜が容易に得られるため、大面積化を図ることができる。
【００２６】
また、傾斜組成層の第１のＳｉＧｅ層２ａ及び一定組成層の第２のＳｉＧｅ層２ｂを介して鉄シリサイド層４が形成されるので、傾斜組成層の第１のＳｉＧｅ層２ａが転位抑制機能を有するバッファ層となり、Ｓｉウェーハ１とＳｉＧｅ層２上面との格子定数の違いにより発生する転位を抑制することができ、より高品質なβ−ＦｅＳｉ2膜を形成することができる。
さらに、ＳｉＧｅ層２上の歪みＳｉ層３と蒸着するＦｅとを反応させて鉄シリサイド層４を成長させるので、より連続膜の成膜性が向上する。
【００２７】
次に、上記半導体ウェーハＷの上面（ｐ-β−ＦｅＳｉ2層４ｂ上）にＡｌ薄膜の櫛形電極５をｐ-β−ＦｅＳｉ2層４ｂの一部が露出するように形成すると共に、半導体ウェーハＷの下面（Ｓｉウェーハ１下）にＡｕＳｂ（金−アンチモン）合金膜からなる裏面電極６を形成することにより、太陽電池が作製される。
【００２８】
本実施形態の太陽電池は、受光層（活性層）に上記半導体ウェーハＷの鉄シリサイド層４が用いられているので、良質な鉄シリサイド連続膜により、高特性な太陽電池を得ることができる。
【００２９】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００３０】
例えば、上記実施形態では、ＳｉＧｅ層上に歪みＳｉ層を形成することにより、蒸着するＦｅと歪みＳｉ層のＳｉとを反応させて鉄シリサイド層を形成したが、歪みＳｉ層を形成せず、熱したウェーハ表面のＳｉＧｅ層上にＳｉの蒸着とＦｅの蒸着とを交互に複数層行った後アニールを行い、鉄シリサイド層を形成するようにしても構わない。
【００３１】
また、上記実施形態では、ＳｉＧｅ層を傾斜組成層の第１のＳｉＧｅ層と一定組成層の第２のＳｉＧｅ層との２層構造としたが、他の組成構成のＳｉＧｅ層としてもよい。なお、上述したように、ＳｉＧｅの傾斜組成層を設けることにより転位を低減することができると共に、最終的なＧｅ組成比を０．３５から０．５にすることにより、格子歪みを大幅に低減することができる。
【００３２】
また、上記実施形態では、光半導体装置として太陽電池に適用したが、他の光半導体装置に採用しても構わない。例えば、波長１．５μｍ帯の光を発光させる活性層として鉄シリサイド層を用いた光通信用半導体レーザ等に適用してもよい。さらに、他の光半導体装置として、光センサ、光通信用フォトダイオード、ＬＥＤ等に適用しても構わない。
なお、上記実施形態の鉄シリサイド層には、下地のＳｉＧｅ層のＧｅが拡散してドーピングされた場合も含まれ、この場合、β−ＦｅＳｉ2-xＧｅxとなるが、例えばｘ＝０．０８で表面層のｐ型のβ−ＦｅＳｉ2よりも若干バンドギャップの小さいＥｇ＝０．８３ｅＶとなるだけであり、さらにＧｅ濃度が高くなった場合も太陽電池構造として問題はない。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明の鉄シリサイド層の形成方法及び半導体ウェーハによれば、ＳｉＧｅ層上に鉄シリサイド層をエピタキシャル成長するので、結晶面（００１）を表面に有するＳｉよりも格子定数の大きいＳｉＧｅ層を介して鉄シリサイド層が形成されることにより、格子歪みが小さくなり、良質で厚いβ−ＦｅＳｉ2の連続膜を得ることができ、太陽電池等の光半導体装置用のウェーハとして優れた特性を備えることができる。
【００３４】
また、本発明の光半導体装置によれば、活性層が上記本発明の半導体ウェーハの鉄シリサイド層であるので、良質な鉄シリサイド連続膜により、高特性な太陽電池や発光素子等の光半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る一実施形態の半導体ウェーハ及びこれを用いた太陽電池を示す断面図である。
【図２】  本発明に係る一実施形態の半導体ウェーハにおける成膜厚さ方向に対するＧｅ組成比を示すグラフである。
【符号の説明】
１  Ｓｉウェーハ
２  ＳｉＧｅ層
２ａ  第１のＳｉＧｅ層
２ｂ  第２のＳｉＧｅ層
３  歪みＳｉ層
４  鉄シリサイド層
４ａ  ｎ-β−ＦｅＳｉ2層４ａ
４ｂ  ｐ-β−ＦｅＳｉ2層
Ｗ  半導体ウェーハ
【図１】
0004211236.tif 000002
【図２】
0004211236.tif 000003