【手続補正書】
【提出日】平成22年12月7日(2010.12.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基材および前記第１の基材上の少なくとも一部の領域に設けられＳｉ−Ｈ結合を含む多結晶シリコンで構成された第１の接合膜を備える第１の被着体と、第２の基材および前記第２の基材上の少なくとも一部の領域に設けられＳｉ−Ｈ結合を含む多結晶シリコンで構成された第２の接合膜を備える第２の被着体とを、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜を介して接合する接合方法であって、
前記第１の接合膜および第２の接合膜のうち、少なくとも一部の所定領域に対してエネルギーを付与して、前記第１の接合膜および第２の接合膜の表面の前記Ｓｉ−Ｈ結合を切断することにより、前記第１の接合膜および第２の接合膜の所定領域に接着性を発現させる工程と、
前記第１の接合膜および前記第２の接合膜の前記所定領域同士が密着するように、前記第１の被着体と前記第２の被着体とを、前記第１の接合膜と前記第２の接合膜を介して貼り合わせ、接合体を得る工程と、を有することを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記第１の接合膜および前記第２の接合膜は、シラン系ガスを主成分とする原料ガスを用いた水素雰囲気下におけるエピタキシャル成長により形成されたものである請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
前記第１の接合膜および前記第２の接合膜は、シラン系ガスを主成分とする原料ガスを用いたエピタキシャル成長により形成された膜に対し、フッ酸含有液によるエッチングおよび水素プラズマ処理のうちの少なくとも１種を施してなるものである請求項１に記載の接合方法。
【請求項４】
前記シラン系ガスは、モノシランガスである請求項２または３に記載の接合方法。
【請求項５】
前記第１の基材および前記第２の基材は、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜を形成する領域に、あらかじめ結晶シリコンで構成されたシード層を有しており、
前記第１の接合膜および前記第２の接合膜は、前記シード層上にホモエピタキシャル成長させることによって形成されたものである請求項２ないし４のいずれかに記載の接合方法。
【請求項６】
前記第１の接合膜および前記第２の接合膜は、アモルファスシリコンで構成された膜に対し、水素雰囲気下における熱処理によって、前記アモルファスシリコンを結晶化させてなるものである請求項１に記載の接合方法。
【請求項７】
前記第１の接合膜および前記第２の接合膜中の水素原子の含有率は、１〜４０原子％である請求項１ないし６のいずれかに記載の接合方法。
【請求項８】
前記多結晶シリコンの結晶の平均粒径は、１０ｎｍ〜１００μｍである請求項１ないし７のいずれかに記載の接合方法。
【請求項９】
前記第２の工程において、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜の一部の所定領域に対してエネルギーを付与し、
前記第３の工程において、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜の前記所定領域同士が重なり合うように、前記第１の被着体と前記第２の被着体とを貼り合わせ、これらを部分的に接合する請求項１ないし８のいずれかに記載の接合方法。
【請求項１０】
前記第１の接合膜および前記第２の接合膜に対するエネルギーの付与は、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜にエネルギー線を照射する方法、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜を加熱する方法、および前記第１の接合膜および前記第２の接合膜に圧縮力を付与する方法のうちの少なくとも１つの方法により行われる請求項１ないし９のいずれかに記載の接合方法。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の接合方法により、前記第１の基材と前記第２の基材とを接合してなることを特徴とする接合体。
【請求項１２】
前記第１の被着体が備える前記第１の接合膜は、Ｓｉ−Ｈ結合を含むｐ型の多結晶シリコンで構成されており、前記第２の被着体が備える前記第２の接合膜は、Ｓｉ−Ｈ結合を含むｎ型の多結晶シリコンで構成されており、
これらの前記第１の被着体と前記第２の被着体とが、請求項１ないし１０のいずれかに記載の接合方法により接合されたことにより、前記第１の被着体と前記第２の被着体との接合界面が、ｐｎ接合になっていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
前記第１の被着体が備える前記第１の接合膜は、Ｓｉ−Ｈ結合を含むｐ型の多結晶シリコンまたはＳｉ−Ｈ結合を含むｎ型の多結晶シリコンで構成されており、前記第２の被着体が備える前記第２の接合膜は、Ｓｉ−Ｈ結合を含むｉ型の多結晶シリコンで構成されており、
これらの前記第１の被着体と前記第２の被着体とが、請求項１ないし１０のいずれかに記載の接合方法により接合されたことにより、前記第１の被着体と前記第２の被着体との接合界面が、ｐｉ接合またはｎｉ接合になっていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の半導体装置を備えることを特徴とする光電変換素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の接合方法は、第１の基材および前記第１の基材上の少なくとも一部の領域に設けられＳｉ−Ｈ結合を含む多結晶シリコンで構成された第１の接合膜を備える第１の被着体と、第２の基材および前記第２の基材上の少なくとも一部の領域に設けられＳｉ−Ｈ結合を含む多結晶シリコンで構成された第２の接合膜を備える第２の被着体とを、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜を介して接合する接合方法であって、
前記第１の接合膜および第２の接合膜のうち、少なくとも一部の所定領域に対してエネルギーを付与して、前記第１の接合膜および第２の接合膜の表面の前記Ｓｉ−Ｈ結合を切断することにより、前記第１の接合膜および第２の接合膜の所定領域に接着性を発現させる工程と、
前記第１の接合膜および前記第２の接合膜の前記所定領域同士が密着するように、前記第１の被着体と前記第２の被着体とを、前記第１の接合膜と前記第２の接合膜を介して貼り合わせ、接合体を得る工程と、を有することを特徴とする。
これにより、接合される部材の構成材料によらず、２つの部材同士を高い寸法精度で強固に接合することができる。また、２つの部材間にキャリア移動度の高い半導体素子を構築することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の接合方法では、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜は、シラン系ガスを主成分とする原料ガスを用いた水素雰囲気下におけるエピタキシャル成長により形成されたものであることが好ましい。
これにより、水素を均一に含有する多結晶シリコンで構成された接合膜が得られる。このような接合膜は、Ｓｉ−Ｈ結合に由来する優れた接着性をムラなく示すとともに、エピタキシャル成長によって結晶性の高い多結晶シリコンで構成されていることにより、優れた半導体特性を示す均質な膜となる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の接合方法では、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜は、シラン系ガスを主成分とする原料ガスを用いたエピタキシャル成長により形成された膜に対し、フッ酸含有液によるエッチングおよび水素プラズマ処理のうちの少なくとも１種を施してなるものであることが好ましい。
これにより、各接合膜により多くのＳｉ−Ｈ結合を付加することができ、各接合膜の表面に露出するＳｉ−Ｈ結合の数がより多くなる。その結果、各接合膜の接着性をより高めることができる。
本発明の接合方法では、前記シラン系ガスは、モノシランガスであることが好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明の接合方法では、前記第１の基材および前記第２の基材は、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜を形成する領域に、あらかじめ結晶シリコンで構成されたシード層を有しており、
前記第１の接合膜および前記第２の接合膜は、前記シード層上にホモエピタキシャル成長させることによって形成されたものであることが好ましい。
これにより、シード層として結晶性の高いものを用いることにより、各接合膜は、シード層に対して結晶方位を維持しつつ成長することができるので、結晶性の高いものとなる。その結果、半導体特性に優れた接合膜を確実に形成することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の接合方法では、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜は、アモルファスシリコンで構成された膜に対し、水素雰囲気下における熱処理によって、前記アモルファスシリコンを結晶化させてなるものであることが好ましい。
これにより、各基材の結晶性に依存せず、多結晶シリコンで構成された接合膜を効率よく形成することができる。その結果、各基材の構成材料の選択の幅を広げることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明の接合方法では、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜中の水素原子の含有率は、１〜４０原子％であることが好ましい。
これにより、各接合膜中のＳｉ−Ｈ結合の含有率が最適化されるので、各接合膜に、部材間の接合に必要かつ十分な接着性を発現させることができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明の接合方法では、前記多結晶シリコンの結晶の平均粒径は、１０ｎｍ〜１００μｍであることが好ましい。
これにより、結晶粒が肥大し過ぎて、粒界の接合強度が著しく低下するのを防止しつつ、多結晶シリコン中のキャリア移動度を十分に高めることができる。その結果、各接合膜は、高い接着性と優れた半導体特性とを両立し得るものとなる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明の接合方法では、前記第２の工程において、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜の一部の所定領域に対してエネルギーを付与し、
前記第３の工程において、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜の前記所定領域同士が重なり合うように、前記第１の被着体と前記第２の被着体とを貼り合わせ、これらを部分的に接合することが好ましい。
これにより、一部の領域のみを選択的に接合することができる。そして、所定領域を制御することのみで、接合される領域を簡単に選択することができる。その結果、接合部の面積や形状を制御することによって、接合体の接合強度を容易に調整することができる。また、接合部の面積や形状を制御することにより、接合部に生じる応力の局所集中を緩和することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明の接合方法では、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜に対するエネルギーの付与は、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜にエネルギー線を照射する方法、前記第１の接合膜および前記第２の接合膜を加熱する方法、および前記第１の接合膜および前記第２の接合膜に圧縮力を付与する方法のうちの少なくとも１つの方法により行われることが好ましい。
これにより、接合膜に対して比較的簡単に効率よくエネルギーを付与することができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本発明の接合体は、本発明の接合方法により、前記第１の基材と前記第２の基材とを接合してなることを特徴とする。
これにより、２つの部材を強固に接合してなる接合体が得られる。
本発明の半導体装置は、前記第１の被着体が備える前記第１の接合膜は、Ｓｉ−Ｈ結合を含むｐ型の多結晶シリコンで構成されており、前記第２の被着体が備える前記第２の接合膜は、Ｓｉ−Ｈ結合を含むｎ型の多結晶シリコンで構成されており、
これらの前記第１の被着体と前記第２の被着体とが、請求項１ないし１０のいずれかに記載の接合方法により接合されたことにより、前記第１の被着体と前記第２の被着体との接合界面が、ｐｎ接合になっていることを特徴とする。
これにより、ｐｎ接合の密着性が高くなり、接合界面におけるキャリア（電子または正孔）移動が妨げられることが抑制される。その結果、整流性を示すダイオードとして機能する半導体素子が得られる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
本発明の半導体装置は、前記第１の被着体が備える前記第１の接合膜は、Ｓｉ−Ｈ結合を含むｐ型の多結晶シリコンまたはＳｉ−Ｈ結合を含むｎ型の多結晶シリコンで構成されており、前記第２の被着体が備える前記第２の接合膜は、Ｓｉ−Ｈ結合を含むｉ型の多結晶シリコンで構成されており、
これらの前記第１の被着体と前記第２の被着体とが、本発明の接合方法により接合されたことにより、前記第１の被着体と前記第２の被着体との接合界面が、ｐｉ接合またはｎｉ接合になっていることを特徴とする。
これにより、ｐｉ接合およびｎｉ接合の密着性が高くなり、接合界面におけるキャリア（電子または正孔）移動が妨げられることが抑制される。その結果、例えば、感度に優れ、容易に作製可能なフォトダイオード（半導体素子）が得られる。
本発明の光電変換素子は、本発明の半導体装置を備えることを特徴とする。
これにより、製造が容易で、かつ光電変換効率の高い光電変換素子が得られる。