半导体器件及其制造方法技术

晶体硅层外延生长在表面具有多孔硅层的衬底上。通过液相外延进行外延生长时，硅材料溶入高温的熔融液中，然后把将进行外延的硅衬底浸入熔融液中。然后，其温度逐渐降低，由此从熔融液沉积的硅在硅衬底上外延生长。在这个外延中，主平面是（１１１）平面的衬底被用作硅衬底。这提供了一种晶体硅层在多孔硅层上外延生长而不引起任何非正常生长的过程，该过程的晶体硅层完全覆盖多孔硅层。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及晶体生长工艺，和如太阳能电池的半导体器件及其制造方法。本专利技术尤其涉及在多孔半导体上生长外延半导体的晶体生长工艺，和由此形成的半导体器件及其制造方法。由于产生热功率时油的燃烧，汽车发动机汽油的燃烧等，这些温室效应气体的排放，如二氧化碳和氮氧化物，导致全球环境污染。同样地，未来原油枯竭也同样令人担忧。因此，太阳能发电作为一种干净的能源日益重要起来。薄膜晶体硅太阳能电池的发电层是如此的薄以致于只需使用少量硅材料，并且因此能实现低成本。同样地，既然晶体硅被用于发电层，那么相对非晶体硅太阳能电池，可能产生高转换效率和低退化。而且，既然薄膜晶体硅太阳能电池能在一定程度上弯曲，当使用时，它们能固定于汽车车体的曲线部分、家用电器、屋顶瓦片上。为了使如此的薄膜晶体硅太阳能电池具体化，如日本专利公开说明书8-213645所公开的，利用在一个多孔硅层上形成的外延层以分离出薄膜单晶体硅。图24是公开的形成薄膜晶体硅太阳能电池的工艺的横截面视图。图24中数字101指硅晶片；102，多孔硅层；103，P+型硅层；104，P-型硅层；105，n+型硅层；106，保护层；109和111，粘合剂；和110和112，夹具。在图24所示的太阳能电池制造过程中，多孔硅层102在硅晶片101上通过阳极氧化处理形成。此后，P+型硅层103在多孔硅层102上外延地生长(外延硅层)，并且进一步在其上P-型硅层104和n+型硅层105外延地生长(两个外延硅层)。然后，在其上形成保护层106。进一步在保护层106和硅晶片101上涂粘合剂109和111以把它们各自固定在夹具110和112上。此后，拉力P作用在夹具110和112上以在多孔硅层102处把外延硅层103、104和105从硅晶片101分离出来。然后，形成了一个使用外延硅层103、104和105的太阳能电池。硅晶片102又一次进入类似的过程中以便降低成本。日本专利公开说明书5-283722也公开了一种外延生长硅层通过液相外延在多孔硅层上生长。锡(Sn)用作熔融液。在外延之前，锡被溶入硅中并且使形成的溶液保持过饱和。接着，开始退火，同样地，在锡溶液成为过饱和到某一程度时，晶片的多孔表面全部浸入溶液中以在多孔表面上长出一外延硅层。现在，为了在多孔硅层上外延生长以制造半导体器件如太阳能电池时，在多孔硅层上形成均匀的外延硅层和外延硅层完全覆盖多孔硅层是理想的。例如，在上述日本专利公开说明书8-213645中所公开的工艺中，没有被外延硅层完全覆盖而使多孔硅层露出的任何部分，当形成太阳能电池时会引起电流损失，因此只能获得低的转换效率。同样地，如果多孔硅层不能完全被外延硅层覆盖，在随后的任何步骤中都可能带来难题，甚至涉及其它半导体器件。例如，如上述日本专利公开说明书8-213645公开的，当在多孔硅层上在外延硅层内形成CMOS时，外延硅层必需均匀地扩展。因此，希望在多孔硅层上均匀扩展的外延层高效地生长。然而就通过液相处延在多孔硅层上生长外延硅层的情形，使用主平面是(100)平面的硅晶片可能在多孔硅层上引起锥形非正常生长，使得外延硅没有完全覆盖多孔硅层并且多孔硅层继续暴露。具体地说，锥形非正常生长发生在图23A所示的表面上，图23A是用扫描电子显微镜(SEM)拍摄的横截面照片。在图23A中，实线A的下部是横截面，上部是表面。看上去锥形是外延硅区。在锥形外延硅区之间是多孔硅层表面。图23B是图23A的放大的横截面照片，其上类似地实线A下部是横截面，其下是表面。从图23B可以清楚地看到，带有孔隙的多孔硅层正好处于锥形下部，外延硅没有完全覆盖多孔硅层，并且多孔硅层暴露在表面上。其上发生这样非正常生长的衬底不能再被送至随后的步骤，这导致了产量低下。因此，本专利技术的一个目的是提供一种能在多孔层上稳定地形成层状外延半导体层的晶体生长工艺，和应用这样的晶体生长工艺高产量制造半导体器件的方法。其另一目的是提供一种高产量的半导体器件。为了达到上述目的，本专利技术人进行了大量的努力。结果完成了下述专利技术。即，本专利技术的晶体生长工艺包括在多孔半导体上形成外延半导体层，其中多孔半导体层主平面为(111)平面。多孔半导体最好通过对(111)硅晶片表面阳极氧化处理来形成。同样地，作为晶体生长，最好采用液相外延生长。然而，本专利技术也能应用于气相生长。外延半导体最好是硅，或者也可以是混合半导体，如GaAs。本专利技术也包括一种半导体器件制造方法。尤其是，本专利技术的半导体器件制造方法包括在半导体衬底的表面上形成多孔半导体，并且在多孔半导体上形成外延半导体层，该外延半导体层被用作有源层，其中半导体衬底主平面为(111)平面。本专利技术也包括一种半导体器件。尤其是，本专利技术的半导体器件包括衬底和其上形成的主平面为(111)平面的有源层；该有源层用于光电转换。这儿，任意两个不平行的切割线形成角θ，有源层的切割角最好是|cosθ|＝1/2或31/2/2。最好，所有的任意两个不平行的切割线形成的角满足|cosθ|＝1/2或31/2/2。用这种方式切割有源层能有效地利用珍贵的材料硅而充分利用(111)衬底的解理性。该半导体最好是太阳能电池，然而，也包括常用的半导体器件如光敏器件。为了使本专利技术最有效，多孔半导体的主平面，多孔半导体的衬底的主平面和有源层的主平面最好是严格的(111)平面。然而，当主平面稍微偏离(111)平面，本专利技术也是有效的(如当使用市场上买得到的硅衬底)。尤其是，在通常被称为(111)的衬底上形成多孔半导体层(严格的讲没有主平面是(111)平面的)的例子和被用作半导体衬底或用作有源层的衬底的例子都处于本专利技术的范围之内。从严格的(111)平面偏离主平面的偏离度最好在24′内，更好在8′内，并且更好在3’内。附图说明图1是实施例1液相生长系统的顶部平面示意图。图2是在图1中沿2-2线的横截面视图。图3A和3B是实施例1中制造的太阳能电池。图3A是示意透视图，图3B是示意横截面视图。图4A，4B，4C，4D和4E是实施例1中制造太阳能电池的工艺步骤的示意横截面视图。图5A，5B和5C是实施例1中制造太阳能电池连续的工艺步骤的示意横截面视图。图6A和6B是阳极氧化处理设备的示意横截面视图。图7是实施例1中液相生长顺序的时间表。图8是晶片盒和硅晶片的示意透视图。图9A和9B是表示在实施例1中如何切割太阳能电池的示意顶部平面视图。图10是表示实施例1中太阳能电池的单位电池的布置方式的平面视图。图11A和11B也表示实施例1中太阳能电池的单位电池布置方式的平面视图。图12A，12B，12C和12D是表示实施例2中制造太阳能电池的工艺步骤的示意横截面视图。图13A，13B，13C，13D和13E是表示实施例2中制造太阳能电池连续的工艺步骤的示意横截面视图。图14A，14B，14C和14D是表示实施例2中太阳能制造电池的进一步工艺步骤的示意横截面视图。图15是实施例2中的太阳能电池的示意透视图。图16是实施例2的液相生长系统的示意顶部平面视图。图17是表示实施例2中液相生长顺序的时间表。图18是实施例2的液相生长系统的示意顶部平面视图。图19，包括图19A和19B，是实施例3中液相生长的顺序时间表。图20A和20B是例子中使用的液相生长系统的示意横截本文档来自技高网...

【技术保护点】
晶体生长工艺，包括在多孔半导体上形成外延半导体层，其中多孔半导体层的主平面是（１１１）平面。

【技术特征摘要】
JP 1999-7-2 188466/99;JP 1998-7-3 202887/981.晶体生长工艺，包括在多孔半导体上形成外延半导体层，其中多孔半导体层的主平面是(111)平面。2.根据权利要求1所述的晶体生长工艺，其特征在于多孔半导体经阳极氧化处理(111)硅晶片表面而形成。3.根据权利要求1所述的晶体生长工艺，其特征在于该工艺通过液相外延进行。4.根据权利要求1所述的晶体生长工艺，其特征在于主平面偏离严格的(111)平面的偏离度在24′内。5.半导体器件的制造方...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩根正晃，中川克己，西田彰志，浮世典孝，岩崎由希子，水谷匡希，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]