DE69825928T2

DE69825928T2 - Verfahren und Herstellung einer dünnen Schicht

Info

Publication number: DE69825928T2
Application number: DE69825928T
Authority: DE
Inventors: Masaaki Ohta-ku Iwane; Takao Ohta-ku Yonehara
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1998-03-24
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2018-03-25
Also published as: AU731697B2; EP0867920A2; CA2233028C; KR19980080550A; SG71094A1; US6534383B1; EP0867920A3; CA2233028A1; CN1112721C; TW398038B; CN1195880A; EP0867920B1; DE69825928D1; KR100345354B1; AU5951998A; US6133112A; ATE275288T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Fachgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer Dünnschicht für ein SOI-Substrat oder einen photoelektrischen Wandler wie z.B. Solarzellen und Flächensensoren.
Verwandter Stand der Technik
Integrierte Schaltkreise, die auf einem Substrat mit Halbleiter-auf-Isolator-Struktur (nachstehend als SOI-Struktur bezeichnet) gebildet sind, haben gegenüber integrierten Schaltkreisen, die auf einem üblichen Siliciumwafer gebildet sind, verschiedene Vorteile wie z.B. (1) Leichtigkeit der Trennung bzw. Isolierung mit einem dielektrischen Material und Möglichkeit einer hohen Integration, (2) hohe Strahlungsbeständigkeit; (3) niedrige Streukapazität und schnelle Verarbeitung, (4) fehlende Notwendigkeit eines Senkenbildungsprozesses, (5) Fähigkeit zur Verhinderung von Latch-up und (6) hohe Betriebs- bzw. Arbeitsgeschwindigkeit und niedriger Energieverbrauch wegen der Bildung eines dünnen Feldeffekttransistors vom vollständig verarmten Typ.
Verfahren zur Bildung eines Substrats mit der SOI-Struktur sind in der US-Patentschrift Nr. 5 371 037 und bei T. Yonehara u.a., Appl. Phys. Lett., Bd. 64, 2108 (1994) offenbart. 16A bis 16E und 17A bis 17D zeigen die Arbeitsvorgänge. In den Zeichnungen bezeichnen die Bezugszahlen 1 und 5 einen Si-Wafer, 2 eine nichtporöse Si-Schicht, 3 eine poröse Si-Schicht, 4 eine Si-Epitaxialschicht, 6 eine einkristalline Si-Schicht und 7 eine Si-Oxidschicht. Der in 16A gezeigte Si-Wafer 1 der als Bauelementsubstrat dient, wird anodisch behandelt, um ein Substrat herzustellen, das aus einer nichtporösen Si-Schicht 2 und einer darauf gebildeten porösen Si-Schicht 3 besteht, wie in 16B gezeigt ist. Wie in 16C gezeigt ist, wird auf der Oberfläche der porösen Si-Schicht 3 eine Epitaxialschicht 4 gebildet. Wie in 16D gezeigt ist, wird se parat ein Si-Wafer 5 bereitgestellt, der als Trägersubstrat dient, und seine Oberfläche wird oxidiert, um ein Substrat zu bilden, das aus einer einkristallinen Si-Schicht 6 und einer Si-Oxidschicht 7 an der Oberfläche besteht, wie in 16E gezeigt ist. Das Substrat (2, 3, 4) von 16C wird umgewendet und wird auf das Substrat (6, 7) von 16E aufgelegt, wobei die Epitaxialschicht 4 und die Si-Oxidschicht 7 einander gegenüberliegen, wie in 17A gezeigt ist. Die zwei Substrate werden durch Ankleben der Epitaxialschicht 4 an die Si-Oxidschicht 7 verbunden, wie in 17B gezeigt ist. Dann wird die nichtporöse Si-Schicht 2 von der nicht verbundenen Seite der Schicht her durch Schleifen mechanisch entfernt, um die poröse Si-Schicht 3 freizulegen, wie in 17C gezeigt ist. Die poröse Si-Schicht 3 wird durch nasschemisches Ätzen mit einer Ätzlösung zum selektiven Ätzen der porösen Si-Schicht 3 entfernt, wie in 17D gezeigt ist, wobei ein SOI-Substrat erhalten wird, das eine Epitaxialschicht 4 mit einer äußerst gleichmäßigen Dicke für einen Halbleiter eines SOI-Substrats hat.
Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung des Substrats mit einer SOI-Struktur wird die nichtporöse Si-Schicht 2 durch Schleifen von dem Substrat von 17B entfernt, um das Substrat von 17C zu erhalten. Infolgedessen ist zur Herstellung von jeweils einem SOI-Substrat ein Substrat 1 erforderlich, das zu zwei Schichten, und zwar zu einer nichtporösen Schicht 2 und einer porösen Schicht 3, zu verarbeiten ist. In der Japanischen Offengelegten Patentanmeldung Nr. 7-302889 ist ein Verfahren offenbart, bei dem die nichtporöse Si-Schicht 2 bei dem Verfahren zur Herstellung des SOI-Substrats wiederholt angewendet wird. Bei dem offenbarten Verfahren werden die Teile 4, 7, 6 für das SOI-Substrat bei der porösen Schicht 3 von dem Teil 2 abgetrennt, indem eine Zug-, Druck- bzw. Press- oder Scherkraft ausgeübt wird oder indem in die poröse Schicht 3 eine Spanneinrichtung eingefügt wird, und die abgetrennte nichtporöse Si-Schicht 2 wird wiederholt als Si-Wafer 1 von 16A angewendet.
Heutzutage wird bei den meisten Solarzellen für eine Struktur, die sich für eine große Fläche eignet, amorphes Si verwendet. Für die Solarzellen finden im Hinblick auf den Wirkungsgrad der photoelektrischen Wandlung und auf ihre Lebensdauer jedoch auch einkristallines Si und polykristallines Si Beachtung. In der Japanischen Offengelegten Patentanmeldung Nr. 8-213645 ist ein Verfahren zur Bereitstellung einer Dünnschicht-Solarzelle mit niedrigen Kosten offenbart. Unter Bezugnahme auf 18 wird bei diesem Verfahren auf einem Si-Wafer 1 eine poröse Si-Schicht 3 gebildet; darauf lässt man als Solarzellenschichten eine p⁺-Si-Schicht 21, eine p-Si-Schicht 22 und eine n⁺-Si-Schicht 23 epitaxial aufwachsen; auf der n⁺-Schicht 23 wird eine Schutzschicht 30 gebildet; eine Spanneinrichtung 31 wird durch einen Klebstoff 34 mit der Rückseite des Si-Wafers 1 verbunden, und eine Spanneinrichtung 32 wird durch einen Klebstoff 34 mit der Oberfläche der Schutzschicht 30 verbunden; die Spanneinrichtungen 31, 32 werden jeweils in entgegengesetzten Richtungen gezogen, um die poröse Si-Schicht 3 mechanisch zu zerbrechen, wodurch die Solarzellenschichten 21, 22, 23 abgetrennt werden. Die Solarzellenschichten 21, 22, 23 werden zwischen zwei Kunststoffsubstrate eingefügt, um eine flexible Dünnschicht-Solarzelle bereitzustellen. In dieser Offenbarung werden die wiederholte Anwendung des Si-Wafers 1 und eine teilweise Einkerbung 33 der Randseitenfläche der porösen Si-Schicht 3 durch ein mechanisches Verfahren oder durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl erwähnt.
In dem Dokument EP-A 0 665 588 wird ein Verfahren zur Abtrennung von Chips, die durch Ritzgräben begrenzt sind, von einem Substrat beschrieben, bei dem eine poröse Schicht, die sich unter den Chips befindet, durch die Chips hindurch mit einem Laserstrahl bestrahlt wird.
Bei der Herstellung von SOI-Substraten erlaubt das Verfahren, das in der vorstehend erwähnten Japanischen Offengelegten Patantanmeldung Nr. 7-302889 offenbart ist, eine Senkung der Herstellungskosten durch wiederholte Anwendung des Si-Wafers. Dieses Verfahren ist jedoch in Bezug auf die Reproduzierbarkeit nicht zufriedenstellend.
Bei der Herstellung von Solarzellen erlaubt das Verfahren, das in der vorstehend erwähnten Japanischen Offengelegten Patentanmeldung Nr. 8-213645 offenbart ist, nicht immer eine sichere Abtrennung bei der porösen Si-Schicht, so dass gelegentlich eine Rissbildung in der Epitaxialschicht verursacht wird, was eine niedrigere Produkti onsausbeute zur Folge hat. Ferner erfolgt die Abtrennung bei diesem Verfahren durch mechanischen Zug, was eine starke Haftfestigkeit zwischen der Spanneinrichtung und der einkristallinen Si-Schicht erfordert und für eine Massenfertigung nicht geeignet ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bildung einer Dünnschicht mit niedrigen Kosten, mit sicherer bzw. abgegrenzter Zertrennung eines Wafers, mit wirksamer Ausnutzung des Wafers, mit wirksamer Verwendung der Ressourcen und mit hoher Produktivität bei der Herstellung von photoelektrischen Wandlerelementen wie z.B. Solarzellen bereitzustellen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben nach umfassenden Untersuchungen mit dem Ziel einer Lösung der vorstehend erwähnten Probleme das nachstehend beschriebene Verfahren gefunden. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Bildung einer Dünnschicht ist in dem beigefügten Anspruch 1 dargelegt und umfasst einen Schritt, bei dem ein Substrat, das aus einer nichtporösen Schicht, einer darauf gebildeten porösen Schicht und einer ferner auf der porösen Schicht gebildeten weniger porösen Schicht, die eine niedrigere Porosität als die poröse Schicht hat, besteht, bei der porösen Schicht in die nichtporöse Schicht und die weniger poröse Schicht zertrennt bzw. zerlegt wird, wobei der Schritt der Zertrennung bzw. Zerlegung verursacht wird, indem ein Laserstrahl auf die Seitenfläche des Substrats zu der Mitte des Substrats hin gerichtet wird.
Der Laserstrahl wird vorzugsweise auf die Randseitenfläche der porösen Schicht fokussiert, um die poröse Schicht anschwellen zu lassen. Es ist erwünscht, dass die poröse Schicht durch anodische Behandlung eines Si-Wafers auf der nichtporösen Schicht gebildet wird. Die nichtporöse Schicht kann gezogen werden, indem auf das Substrat durch einen Vakuumteller bzw. eine Vakuumansaugvorrichtung, die mit der Fläche, die der Seite der porösen Schicht entgegengesetzt ist, in enge Berührung gebracht wird, eine schwache Kraft ausgeübt wird.
Der Laserstrahl ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise ein Excimerlaserstrahl. Der Laserstrahl kann auf mehr als eine Stelle der porösen Schicht projiziert bzw. gerichtet werden. Der Laserstrahl kann durch eine Zylinderlinse linear fokussiert werden und wird entlang der porösen Schicht projiziert bzw. gerichtet.
Die vorstehend erwähnte weniger poröse Schicht wird vorzugsweise durch epitaxiales Aufwachsen auf der porösen Schicht gebildet. Nachdem die Epitaxialschicht mit einem Trägersubstrat, das mindestens an der Oberfläche eine Isolationsschicht hat, verbunden worden ist, wird die Abtrennung bei der porösen Schicht bewirkt. Material der porösen Schicht, das auf der Epitaxialschicht zurückgeblieben ist, wird entfernt, um die Epitaxialschicht und die Isolationsschicht als Halbleiterschicht bzw. als darunterliegende Isolationsschicht eines SOI-Substrats anzuwenden. Das Trägersubstrat, das mindestens an der Oberfläche eine Isolationsschicht hat, wird vorzugsweise durch Oxidation der Oberfläche eines Si-Wafers hergestellt. Andernfalls wird eine Isolationsschicht auf der Oberfläche der Epitaxialschicht gebildet; wird die Isolationsschicht mit einem Trägersubstrat verbunden; wird bei der porösen Schicht eine Zertrennung bzw. Abtrennung bewirkt; wird zurückgebliebenes Material der porösen Schicht von der Epitaxialschicht entfernt und werden die Epitaxialschicht und die Isolationsschicht als Halbleiterschicht bzw. als darunterliegende Isolationsschicht des SOI-Substrats angewendet. Das Trägersubstrat kann entweder ein Si-Wafer mit einer oxidierten Oberfläche oder ein Quarzsubstrat sein.
Nach der Bildung der porösen Schicht durch anodische Behandlung des Wafers kann die weniger poröse Schicht durch anschließende anodische Behandlung bei einer niedrigeren Stromdichte gebildet werden. Nach dem Verbinden der weniger porösen Schicht mit dem Trägersubstrat wird die Zertrennung bzw. Abtrennung bewirkt, und die weniger poröse Schicht kann als photoelektrische Wandlerschicht eines photoelektrischen Wandlers angewendet werden. Die photoelektrische Wandlerschicht kann aus einer Epitaxialschicht hergestellt werden. Das Substrat und die Schichten werden vorzugsweise aus Silicium gebildet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht einen Abtrennungsschritt bei Ausführungsform 1, bei dem ein Laserstrahl auf eine poröse Si-Schicht gerichtet wird.
2 veranschaulicht Substrate nach der Zertrennung.
3 veranschaulicht einen Schritt zur Herstellung eines SOI-Substrats unter Anwendung eines Si-Wafers als Ausgangsmaterial bei Ausführungsform 1.
4 veranschaulicht ein SOI-Substrat, das durch einen Schritt zur Herstellung eines SOI-Substrats unter Anwendung eines Si-Wafers als Ausgangsmaterial bei Ausführungsform 1 hergestellt worden ist.
5A, 5B, 5C und 5D veranschaulichen Schritte zur Herstellung eines SOI-Substrats unter Anwendung einer Quarzplatte als Ausgangsmaterial bei Ausführungsform 1.
6A, 6B, 6C und 6D veranschaulichen Schritte zur Herstellung eines SOI-Substrats unter Anwendung eines Si-Wafers als Ausgangsmaterial bei Ausführungsform 1.
7A, 7B, 7C und 7D veranschaulichen Schritte zur Herstellung eines SOI-Substrats.
8A, 8B, 8C und 8D veranschaulichen Schritte zur Herstellung eines SOI-Substrats.
9 veranschaulicht einen Abtrennungsschritt bei Ausführungsform 2, bei dem ein Laserstrahl auf eine poröse Si-Schicht gerichtet wird.
10 veranschaulicht einen Abtrennungsschritt bei Ausführungsform 3, bei den ein Laserstrahl auf eine poröse Si-Schicht gerichtet wird.
11 veranschaulicht einen Abtrennungsschritt bei Ausführungsform 4, bei dem ein Laserstrahl auf eine poröse Si-Schicht gerichtet wird.
12A, 12B und 12C veranschaulichen Schritte zur Herstellung einer Solarzelle mit einkristallinem Si.
13 veranschaulicht einen Abtrennungsschritt bei Ausführungsform 5, bei dem ein Laserstrahl auf eine poröse Si-Schicht gerichtet wird.
14 veranschaulicht Substrate nach der Zertrennung.
15A ist eine perspektivische Zeichnung einer Solarzelle mit einkristallinem Si, und 15B ist eine Schnittzeichnung davon.
16A, 16B, 16C, 16D und 16E veranschaulichen Schritte zur Herstellung eines SOI-Substrats.
17A, 17B, 17C und 17D veranschaulichen Schritte zur Herstellung eines SOI-Substrats.
18 veranschaulicht ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf Ausführungsformen 1 bis 8 beschrieben. Ausführungsformen 1 bis 4 beschreiben die Herstellung eines SOI-Substrats. Ausführungsformen 5 bis 7 beschreiben die Herstellung von photoelektrischen Wandlerelementen wie z.B. Solarzellen und Flächensensoren. Ausführungsform 8 beschreibt ein Verfahren, bei dem die Schicht für die Abtrennung bzw. Zertrennung durch Ionenimplantation gebildet wird. Die vorliegende Erfindung schließt nicht nur die beschriebenen Ausführungsformen, sondern auch Kombinationen der Ausführungsformen ein.
Bei Ausführungsform 1 der Herstellung eines SOI-Substrats wird von einen Laserstrahl Gebrauch gemacht, um den wiederzuverwendenden Wafer und das SOI-Substrat bei der porösen Schicht voneinander abzutrennen. Der Laserstrahl wird parallel zu den platten- oder scheibenförmigen Substraten mit einer Laserintensität, die derart eingestellt ist, dass die Mitte des Substrats erreicht wird, auf die Seitenfläche (Randfläche) gerichtet (projiziert). Der Laserstrahl wird auf eine verhältnismäßig zerbrechliche (brüchige) Schicht wie z.B. eine Schicht, die eine höhere Porosität hat, oder eine gestörte bzw. fehlerhafte Schicht, die Mikrobläschen hat, gerichtet und dadurch aufgenommen (absorbiert). Die poröse zerbrechliche Schicht, die den Laserstrahl absorbiert hat, wird noch zerbrechlicher, wodurch die weniger poröse Schicht, die sich auf der porösen zerbrechlichen Schicht befindet, und die nichtporöse Schicht bei der zerbrechlichen Schicht voneinander abgetrennt werden. Das Verfahren, durch das der Laserstrahl auf die Seitenfläche gerichtet wird, wird in den folgenden Ausführungsformen ausführlich beschrieben.
AUSFÜHRUNGSFORM 1
1 veranschaulicht den Abtrennungsvorgang dieser Ausführungsform. In 1 werden dieselben Bezugszahlen wie in 16A bis 16E und 17A bis 17D angewendet. Die Bezugszahl 10 bezeichnet eine Linse, 11 ein Lichtmikroskop, 12 einen Vakuumteller bzw. eine Vakuumansaugvorrichtung und 13 einen Laserstrahl. LS bezeichnet eine Laserstrahlquelle, und ATL bezeichnet einen aus den Schichten 2, 3, 4, 6 und 7 bestehenden Gegenstand vor der Zertrennung. Ein Laserstrahl aus der Laserstrahlquelle LS wird auf die Seitenwand der porösen Schicht 3 gerichtet. Die Laserstrahlquelle LS ist ein Excimerlaser mit hoher Ausgangsleistung, bei den von XeCl, KrF, ArF o.dgl. Gebrauch gemacht wird. Die Ausgangsenergiedichte liegt vorzugsweise im Bereich von 300 mJ/cm² bis 1 J/cm² und beträgt insbesondere etwa 500 mJ/cm². Der Excimerlaser emittiert UV-Licht, so dass die Linse 10 aus Quarz oder Fluorit, der für das UV-Licht durchlässig ist, hergestellt wird. Der Laserstrahl wird mit diesem optischen System konvergent gemacht bzw. gebündelt, so dass er eine Projektionsflächenbreite von 0,1 μm hat. Das Lichtmikroskop 11 wird nötigenfalls angewendet, um die genaue Richtung bzw. Projektion des Laserstrahls 13 auf die poröse Schicht 3, die 0,1 bis 30 μm dick ist, zu bestätigen. Da die poröse Schicht 3 zerbrechlich ist und im Vergleich zu der nichtporösen Schicht 2 und der Epitaxialschicht 4, die eine weniger poröse Schicht ist, für die Abtrennung leicht zerbrochen werden kann, ist es nicht notwendig, dass der Laserstrahl 13 genau nur auf die poröse Schicht 3 gerichtet wird. Die Laserstrahlquelle LS für die Emission des Laserstrahls 13 ist vorzugsweise ein Excimerlasergerät mit hoher Leistung, kann jedoch auch ein Ar-Laser oder ein YAG-Laser sein. Um die Schichttrennung zu fördern, kann eine Flüssigkeit wie z.B. Wasser, Methylalkohol, Ethylalkohol und Isopropylalkohol durch Injektion oder Adsorption in die poröse Schicht 3 eingebracht bzw. eingelagert werden. Die Flüssigkeit, die einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Feststoff wie z.B. Si hat, fördert durch ihre Ausdehnung die Schichttrennung.
Der Vakuumteller 12, der als Substrathalteeinrichtung dient, hat einen Hohlraum für die Aufnahme eines Gases und hält das Substrat ATL vor der Zertrennung durch Kontakt mit der Außenfläche der nichtporösen Schicht 2 oder der einkristallinen Schicht 6 fest, indem das Gas evakuiert wird. Bei dieser Ausführungsform kann sich ein Paar Vakuumteller 12 um die Achse in der Mitte des Substrats herumdrehen, so dass der Laserstrahl 13 auf die gesamte Seitenwand der porösen Schicht 3 gerichtet wird. Es ist möglich, dass die Vakuumteller 12 nur zum Festhalten und Drehen des Substrats angewendet werden, jedoch können sie auch angewendet werden, um auf das Substrat eine schwache Zugkraft auszuüben und dadurch die Schichttrennung zu fördern.
Der Laserstrahl dringt in die Seitenwand der porösen Schicht 3 bis in die Nähe der Mitte des Substrats ATL ein. Die poröse Schicht 3 wird durch Absorption des Laserstrahls zerbrechlicher, so dass eine Zertrennung des Substrats ATL bewirkt wird, ohne dass der nichtporöse Bereich zerbricht.
Durch die Zertrennung werden das Substrat 4, 7, 6 für das SOI-Substrat und das wiederzuverwendende Substrat 2 bei der porösen Schicht 3 voneinander abgetrennt. In 2 sind Anteile 3' der porösen Schicht auf den Oberflächen (Trennflächen) der jeweiligen Substrate zurück geblieben. Durch ausreichende Verminderung der Dicke der porösen Schicht 3, die durch die anodische Behandlung gebildet wird, kann bewirkt werden, dass auf einem der Substrate oder auf beiden Substraten praktisch kein zurückgebliebener Anteil vorhanden ist.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Bildung einer Dünnschicht durch die in 1 gezeigte Zertrennung eines Wafers beschrieben.
Zuerst wird das Substrat für das Verbinden hergestellt. 3 ist eine Schnittzeichnung einer Vorrichtung zur anodischen Behandlung eines Si-Wafers. Die Bezugszahl 1 bezeichnet einen Si-Wafer, 27 eine flusssäurehaltige Ätzlösung, die in einem Behälter RV enthalten ist, 28 eine positive Metallelektrode und 29 eine negative Metallelektrode. Der anodisch zu behandelnde Si-Wafer 1 ist vorzugsweise ein p-Wafer, kann jedoch auch ein n-Wafer mit niedrigem Widerstand sein. Ein n-Wafer mit Löchern, die durch Projektion eines Lichtstrahls gebildet worden sind, kann auch leicht porös gemacht werden. In 3 wird zwischen der positiven Elektrode 28 an der linken Seite und der negativen Elektrode 29 an der rechten Seite eine Spannung angelegt, und der Si-Wafer 1 wird parallel zu den beiden Elektroden angeordnet, damit ein elektrisches Feld senkrecht zu der Fläche des Si-Wafers in der Ätzlösung angelegt wird. Dadurch wird der Wafer 1 von der Seite der negativen Elektrode 29 her porös gemacht. Als flusssäurehaltige Ätzlösung 27 wird konzentrierte Flusssäure (49% HF) verwendet. Da aus dem Si-Wafer 1 Gasbläschen erzeugt werden, wird in die Ätzlösung 27 vorzugsweise ein Alkohol als Tensid hineingegeben, um die Bläschen zu entfernen. Der Alkohol schließt Methanol, Ethanol, Propanol und Isopropanol ein. Statt ein Tensid hineinzugeben, kann die Lösung während der anodischen Behandlung mit einem Rührer gerührt werden.
Die Dicke der porösen Schicht liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 30 μm.
Die negative Elektrode 29 wird vorzugsweise aus einem gegen die Flusssäure beständigen Material wie z.B. Gold (Au) und Platin (Pt) hergestellt. Auch die positive Elektrode 28 wird vorzugsweise aus einem gegen die Flusssäure beständigen Material hergestellt, jedoch kann sie aus jedem allgemein verwendeten Metallmaterial hergestellt werden. Die anodische Behandlung wird bei einer maximalen Stromdichte von mehreren hundert mA/cm² oder weniger durchgeführt, jedoch sollte die Stromdichte mehr als 0 mA/cm² betragen. Die Stromdichte wird derart gewählt, dass auf der erhaltenen porösen Si-Schicht eine Epitaxialschicht von hoher Qualität gebildet werden kann und die Abtrennung bei der porösen Schicht leicht bewirkt werden kann. Im Einzelnen wird im Fall einer höheren Stromdichte bei der anodischen Behandlung die Dichte von Si in der porösen Si-Schicht niedriger, ist das Volumen der Poren größer und ist ihre Porosität (das Verhältnis des Porenvolumens zu dem Gesamtvolumen der porösen Schicht) höher. Das resultierende poröse Si behält trotz der vielen Poren, die im Inneren der Si-Schicht gebildet werden, seine Einkristallinität bei. Wegen der Einkristallinität der porösen Si-Schicht kann eine andere einkristalline Si-Schicht darauf epitaxial aufwachsen.
Zur Bildung einer Si-Epitaxialschicht ohne Laminier- bzw. Schichtungsfehler ist die Porosität der porösen Si-Schicht vorzugsweise bei dem Bereich, der mit der Si-Epitaxialschicht in Kontakt zu bringen ist, niedriger. Andererseits ist die Porosität der porösen Si-Schicht für eine leichte Abtrennung des Bauelementsubstrats von dem SOI-Substrat bei der porösen Si-Schicht vorzugsweise höher. Infolgedessen ist die Porosität der porösen Si-Schicht idealerweise an der äußersten Oberfläche niedriger und an der der nichtporösen Si-Schicht nahen Seite höher. 4 ist eine Schnittzeichnung, die den Idealzustand der porösen Si-Schicht veranschaulicht. Die poröse Si-Schicht 3a, der an der Seite der Oberfläche befindliche Bereich der porösen Si-Schicht 3, wird mit einer niedrigeren Porosität gebildet, und die poröse Si-Schicht 3b, der an die nichtporöse Si-Schicht angrenzende Bereich der porösen Si-Schicht 3, wird mit einer höheren Porosität gebildet. Um diese Struktur zu erhalten, wird die Anfangsstufe der anodischen Behandlung bei einer niedrigeren Stromdichte durchgeführt, um den Bereich 3a herzustellen, und wird die spätere Stufe der anodischen Behandlung bei einer höheren Stromdichte durchgeführt, um den Bereich 3b herzustellen. Bei dieser Struktur tritt die Zertrennung des Substrats nur bei der Schicht 3b ein, und eine Si-Epitaxialschicht kann ohne Laminier- bzw. Schichtungsfehler auf der porösen Si-Schicht 3a gebildet werden. Die Si-Epitaxialschicht wird vorzugsweise durch ein Aufwachsverfahren wie z.B. Molekularstrahlepitaxie, Plasma-CVD (CVD = chemisches Aufdampfen), Niederdruck-CVD, lichtunterstütztes CVD (Photo-CVD), Bias-Sputtern (vorspannungsunterstützte Zerstäubung) und Flüssigphasenepitaxie gebildet. Es wird vor allem ein Aufwachsen bei niedriger Temperatur bevorzugt.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird der in 5A gezeigte Si-Wafer 1 an der Oerfläche porös gemacht, wie in 5B gezeigt ist. Dadurch erhält der Si-Wafer 1 schließlich die Struktur, die aus der nichtporösen Si-Schicht 2 und der darauf laminierten bzw. geschichteten porösen Si-Schicht 3 gebildet ist.
Anschließend wird auf der porösen Si-Schicht 3 eine nichtporöse Si-Epitaxialschicht 4 gebildet, wie in 5C gezeigt ist. Die Oberfläche der Si-Epitaxialschicht 4 wird nötigenfalls thermisch oxidiert, um eine Si-Oxidschicht 8 mit einer Dicke zwischen 0,05 μm und 2 μm zu bilden, wie in 5D gezeigt ist.
In der vorstehend beschriebenen Weise wird vor dem Verbinden ein Substrat PW behandelt, das als Haupt-Wafer, Verbindungs-Wafer oder Bauelementsubstrat bezeichnet wird.
Andererseits wird ein Substrat HW, das als Handhabungs Wafer, Träger-Wafer oder Trägersubstrat bezeichnet wird, in der nachstehend beschriebenen Weise behandelt.
Es wird ein Si-Wafer bereitgestellt, und seine Oberfläche wird nötigenfalls thermisch oxidiert, um eine Si-Oxidschicht mit einer Dicke von 0,05 bis 3 μm zu bilden.
Der Vorgang des Verbindens und der Zertrennung der Substrate wird nachstehend unter Bezugnahme auf 6A bis 6D erläutert.
Die Oberfläche der Si-Oxidschicht 8, die sich auf der Si-Epitaxialschicht 4 des Substrats PW befindet, wird gegenüber der Oberfläche der Si-Oxidschicht 7 des Substrats HW angeordnet, und beide Oberflächen werden bei Raumtemperatur verbunden, wie in 6A gezeigt ist.
Dann wird die Verbindung zwischen der Si-Oxidschicht 8 und der Si-Oxidschicht 7 durch anodisches Bonden, Pressen oder Wärmebehandlung oder eine Kombination davon verfestigt bzw. verstärkt, um einen Gegenstand ATL zu bilden, der aus den verbundenen Substraten besteht, wie in 6B gezeigt ist.
Der verbundene Gegenstand ATL mit der in 6B gezeigten Struktur wird zwischen ein Paar Vakuumteller 12 der in 1 gezeigten Vorrichtung gebracht. Mit der Drehung des Gegenstandes ATL wird ein Excimerlaserstrahl auf den Bereich der porösen Si-Schicht 3 der Seitenfläche des Gegenstandes ATL gerichtet und fokussiert. Der gerichtete Excimerlaserstrahl wird durch die gesamte poröse Si-Schicht absorbiert. Auf diese Weise wird die nichtporöse Si-Schicht 2 an der Seite des Substrats PW von dem Substrat HW abgetrennt, wie in 6C gezeigt ist. Durch die Abtrennung wird die Si-Epitaxialschicht 4 auf die Oberfläche des Substrats HW übertragen. Die poröse Si-Schicht 3, die durch Absorption des Laserstrahls zerbrochen worden ist, kann auf der nichtporösen Si-Schicht 2 und/oder auf der Si-Epitaxialschicht 4 zurückbleiben. 6C zeigt eine poröse Si-Schicht 3, die nur auf der Si-Epitaxialschicht 4 zurückgeblieben ist.
Wenn die poröse Si-Schicht 3 an der Seite des Substrats HW zurückgeblieben ist, wird sie durch selektives Ätzen selektiv entfernt. Beim selektiven Ätzen wird die poröse Si-Schicht durch nichtelektrolytisches nasschemisches Ätzen unter Verwendung einer Ätzlösung wie z.B. Flusssäure, einer Mischung von Flusssäure mit einem Alkohol und einer Mischung von Flusssäure mit wässrigem Wasserstoffperoxid stärker geätzt als die nichtporöse Si-Schicht. Im Einzelnen ist das selektive Ätzverhältnis der porösen Si-Schicht zu der nichtporösen Si-Schicht im Fall der Verwendung einer Mischung von Flusssäure mit Wasserstoffperoxid so hoch wie etwa 10⁵. Somit bleibt die Si-Epitaxialschicht 4 in einer gleichmäßigen Dicke auf der Oberfläche des Substrats HW zurück. Dadurch wird ein SOI-Substrat erhalten, das auf der Isolationsschicht eine äußerst gleichmäßige Halbleiterschicht 4 hat, wie in 6D gezeigt ist.
Die abgetrennte nichtporöse Schicht 2 wird wieder als Haupt-Wafer zur Herstellung eines anderen SOI-Substrats verwendet.
Bei dem Verfahren zur Herstellung des SOI-Substrats kann das Trägersubstrat bei dieser Ausführungsform ein vollständig isolierendes Substrat wie z.B. ein Glassubstrat und ein Quarzsubstrat sein. 7A bis 7D veranschaulichen die Schritte zur Herstellung eines SOI-Substrats unter Anwendung eines Quarzsubstrats als Trägersubstrat. Das Bauelementsubstrat PW an der oberen Seite in 7A wird in derselben Weise wie unter Bezugnahme auf 5A bis 5D beschrieben hergestellt. Das Quarzsubstrat 9, das als Trägersubstrat HW dient, wird gegenüber einer Si-Oxidschicht 8 angeordnet, und sie werden durch anodisches Bonden, Pressen oder Wärmebehandlung oder eine Kembination davon fest miteinander verbunden, wie in 7B gezeigt ist. Dann werden die zwei Substrate in derselben Weise wie vorstehend beschrieben durch Projektion eines Laserstrahls zertrennt. Die Si-Epitaxialschicht 4 und die poröse Si-Schicht 3 werden auf das Quarzsubstrat 9 übertragen, wie in 7C gezeigt ist. Die zurückgebliebene poröse Si-Schicht 3 wird in der vorstehend erwähnten Weise selektiv entfernt. Auf diese Weise wird ein SOI-Substrat erhalten, das aus einer Quarz-Trägerplatte 9 und einer darauf gebildeten nichtporösen einkristallinen Si-Dünnschicht 4 besteht, wie in 7D gezeigt ist.
Bei einem anderen Verfahren zur Herstellung des SOI-Substrats dieser Ausführungsform wird ein Si-Wafer als Trägersubstrat angewendet und wird eine Isolationsschicht einer SOI-Struktur gebildet, indem eine Si-Oxidschicht auf der Si-Epitaxialschicht, die sich an der Seite des Bauelementsubstrats befindet, gebildet wird, ohne dass die Si-Oxidschicht an der Seite des Si-Wafers gebildet wird. 8A bis 8D zeigen dieses Verfahren. Das oben befindliche Bauelementsubstrat PW in 8A wird in derselben Weise wie unter Bezugnahme auf 5 beschrieben hergestellt. Die Oberfläche der einkristallinen Si-Schicht 5 eines Si-Wafers HW wird gegenüber der Oberfläche der Si-Oxidschicht 8 angeordnet und damit verbunden. Die Verbindung kann durch anodisches Bonden, Pressen oder Erwärmen oder eine Kombination davon verfestigt bzw. verstärkt werden. Auf diese Weise wird ein Gegenstand ATL erhalten, wie in 8B gezeigt ist. Der Gegenstand ATL wird durch die in 1 gezeigte Vorrichtung bei der porösen Si-Schicht zertrennt, um die Si-Epitaxialschicht 4 aus nichtporösem einkristallinem Si auf die nichtporöse Si-Schicht 5, die als Trägersubstrat HW dient, zu übertragen. Wenn die poröse Si-Schicht 3 auf der Si-Epitaxialschicht 4, die auf das Trägersubstrat HW übertragen worden ist, zurückbleibt, wie in 8C gezeigt ist, wird sie durch das vorstehend erwähnte Verfahren selektiv entfernt. Auf diese Weise wird ein SOI-Substrat erhalten, wie in 8D gezeigt ist.
AUSFÜHRUNGSFORM 2
Bei dieser Ausführungsform wird ein SOI-Substrat hergestellt, indem von einem Excimerlaserstrahl Gebrauch gemacht wird, um den wiederzuverwendenden Si-Wafer und das Substrat, das zu einem SOI-Substrat zu verarbeiten ist, bei der porösen Si-Schicht voneinander abzutrennen. Der Excimerlaserstrahl wird auf eine Stelle fokussiert und wird einer Abtastbewegung unterzogen, wobei die Substratplatte fest angeordnet ist.
9 veranschaulicht den Abtrennungsschritt. Der Laserstrahl wird mit der Linse 10 auf die Seitenfläche des Gegenstandes ATL fokussiert und wird mittels einer Führungseinrichtung 14 einer Abtastbewegung entlang dem Umfang des Gegenstandes ATL unterzogen. Zur Bezeichnung derselben Teile wie in 1 werden dieselben Bezugszahlen angewendet. Bei dieser Ausführungsform werden die als nichtporöse Schicht dienende einkristalline Si-Schicht 6 und die nichtporöse Si-Schicht 2, mit denen der Gegenstand ATL gebildet ist, durch Vakuumteller 12 von außen festgehalten. Der Laserstrahl 13 aus einem Excimerlasergerät wird durch die Linse 10 auf eine Stelle an der Seitenwand der porösen Si-Schicht 3 fokussiert und gerichtet. Für die Abtastung, die dazu dient, das SOI-Substrat, das aus den Schichten 4, 7, 6 besteht, bei der porösen Si-Schicht 3 von dem Substrat 2 abzutrennen, so dass das Substrat 2 für die Herstellungsschritte wiederverwendet werden kann, wird erlaubt, dass sich die Linse 10 zusammen mit dem Laserstrahl 13 bewegt. Die weniger poröse Schicht 4 wird auf den Schichten 6, 7 erhalten. Die anderen Schritte und die Materialien sind dieselben wie bei Ausführungsform 1.
AUSFÜHRUNGSFORM 3
Bei dieser Ausführungsform wird ein SOI-Substrat hergestellt, indem von einem Excimerlaser Gebrauch gemacht wird, um den wiederzuverwendenden Si-Wafer und das SOI-Substrat bei der porösen Si-Schicht voneinander abzutrennen. Der Excimerlaserstrahl wird durch eine Zylinderlinse linear fokussiert und wird entlang der Seitenfläche der porösen Si-Schicht gerichtet.
10 veranschaulicht den Abtrennungsschritt. Die Bezugszahl 15 bezeichnet eine Zylinderlinse. Zur Bezeichnung derselben Teile wie in 1 werden dieselben Bezugszahlen angewendet. Der Laserstrahl wird in vertikaler Richtung linear fokussiert, damit er wirksam auf die Seitenfläche der porösen Si-Schicht 3, die eine äußerst geringe Dicke von 0,1 bis 30 μm hat, gerichtet wird. Anstelle der Zylinderlinse 15 kann eine torische Linse angewendet werden, um einen linear fokussierten Laserstrahl auf die gekrümmte Seitenwand der porösen Si-Schicht 3 zu richten. Die anderen Schritte sind dieselben wie bei Ausführungsform 1.
AUSFÜHRUNGSFORM 4
Bei dieser Ausführungsform wird ein SOI-Substrat hergestellt, indem von einem Excimerlaser Gebrauch gemacht wird, um den wiederzuverwendenden Si-Wafer und das SOI-Substrat bei der porösen Si-Schicht voneinander abzutrennen. Excimerlaserstrahlen werden durch Zylinderlinsen linear fokussiert und werden entlang der Endfläche der porösen Si-Schicht gerichtet. Wie in 11 gezeigt ist, wird das Laserlicht bei der Laserstrahlprojektion in vier Laserstrahlen aufgeteilt, und die Laserstrahlen 13 werden durch vier Zylinderlinsen 15 jeweils linear fokussiert und aus vier Richtungen entlang der Endfläche der porösen Si-Schicht 3 gerichtet. Bei dieser Ausführungsform werden die einkristalline Si-Schicht 6 und die nichtporöse Si-Schicht 2 durch Vakuumteller 12 von außen festgehalten. Die anderen Schritte sind dieselben wie bei Ausführungsform 1.
AUSFÜHRUNGSFORM 5
Bei dieser Ausführungsform wird eine Solarzelle hergestellt. 12A bis 12C veranschaulichen die Schritte zur Bildung einer photoelektrischen Wandlerschicht für die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie. Ein p-Si-Wafer 1 wird bereitgestellt, wie in 12A gezeigt ist. Die Oberfläche des Si-Wafers 1 wird durch anodische Behandlung porös gemacht, wie es vorstehend unter Bezugnahme auf 3 erläutert wurde, um ein Substrat herzustellen, das aus einer nichtporösen Si-Schicht 2 des Wafers 1 und einer darauf gebildeten porösen Si-Schicht 3 besteht, wie in 12B gezeigt ist. Zur Herstellung eines Substrats PW wird auf der porösen Si-Schicht 3 durch Molekularstrahlepitaxie, Plasma-CVD, Niederdruck-CVD, lichtunterstütztes CVD, Bias-Sputtern, Flüssigkristall- bzw. Flüssigphasenepitaxie o.dgl. Verfahren eine als photoelektrische Wandler 18 dienende Si-Epitaxialschicht gebildet, wie in 12C gezeigt ist.
Man lässt die Si-Epitaxialschicht unter Zusatz einer Dotierungssubstanz für die Anwendung als photoelektrische Wandlerschicht aufwachsen. Die Epitaxialschicht hat dadurch einen pn-Übergang, der durch Laminieren (Übereinanderschichten) einer n⁺-Schicht, einer p^–-Schicht und einer p⁺-Schicht, die in dieser Reihenfolge auf der porösen Si-Schicht 3 gebildet werden, verursacht wird. Die Oberfläche der p⁺-Schicht der epitaxial aufgewachsenen photoelektrischen Wandlerschicht 18 wird mit einer rückseitigen Metallelektrode 16, die im Voraus auf der Oberfläche eines Kunststoffsubstrats 17 gebildet worden ist, kontaktiert und verbunden. Dann wird ein Vakuumteller 12 mit der Außenseite der nichtporösen Si-Schicht 2 in engen Kontakt gebracht. Ein Laserstrahl 13 aus einem Excimerlasergerät wird durch eine Linse 10 auf die poröse Si-Schicht 3 fokussiert und gerichtet. Obwohl das Laserlicht in 13 auf eine Stelle fokussiert wird, kann der Laserstrahl in jeder Weise gerichtet werden, die bei den Ausführungsformen 1 bis 9 beschrieben wird. Wie in 14 gezeigt ist, wird das Substrat HW, das als Solarzelle anzuwenden ist, auf diese Weise bei der porösen Si-Schicht 3 von dem Substrat PW abgetrennt, das für ein Herstellungsverfahren wiederzuverwenden ist.
Auf der Oberfläche der photoelektrischen Wandlerschicht 18 wird eine netz- bzw. gitterförmige Oberflächen-Metallelektrode 19 gebildet, wie in 15A gezeigt ist. An die Oberflächen-Metallelektrode 19 und die rückseitige Metallelektrode 16 wird eine Verdrahtung 24 angeschlossen. Auf der Oberflächen-Metallelektrode 19 wird eine Schutzschicht 20 gebildet. 15B ist eine Schnittzeichnung entlang der Linie 15B-15B in 15A. Die photoelektrische Wandlerschicht 18 ist aus Schichten in Form einer n⁺-Schicht 23, die mit der Oberflächen-Metallelektrode 19 in Kontakt ist, einer p-Schicht 22 und einer p⁺-Schicht 21, die mit der rückseitigen Metallelektrode 16 in Kontakt ist, aufgebaut, wobei die Schichten von der oberen Seite aus in dieser Reihenfolge angeordnet sind. In 15A und 15B ist die Oberflächen-Metallelektrode 19 in Form eines Netzes oder Gitters gezeigt, durch das Licht durchgelassen wird, jedoch kann sie durch eine transparente (lichtdurchlässige) Elektrode ersetzt werden, die aus einem Material wie ITO (Indiumzinnoxid) hergestellt ist. Die rückseitige Metallelektrode 16 dient auch als Rückstrahleinrichtung für die Rückleitung von nicht absorbiertem durchgelassenem Licht zu der photoelektrischen Wandlerschicht 18, so dass sie vorzugsweise aus einem metallischen Material mit einem hohen Reflexionsvermögen hergestellt wird.
Gemäß dieser Ausführungsform können aus einem Si-Wafer viele Solarzellen mit einer einkristallinen Dünnschicht hergestellt werden. Diese Ausführungsform ist infolgedessen in Bezug auf den Wirkungsgrad der photoelektrischen Wandlung, die Zellenlebensdauer und die Herstellungskosten vorteilhaft. Ferner wird das Substrat zertrennt, indem ein Laserstrahl auf die poröse Si-Schicht gerichtet wird, so dass eine Wärmeausdehnung und eine Kristallverformung verursacht werden, ohne dass eine starke Zugkraft ausgeübt wird und ohne dass eine feste Verbindung zwischen dem Substrat und der Spanneinrichtung o.dgl. notwendig ist. Das Verfahren dieser Ausführungsform ist auch unter diesem Gesichtspunkt in Bezug auf die Herstellungskosten vorteilhaft.
AUSFÜHRUNGSFORM 6
Auch bei dieser Ausführungsform wird eine Solarzelle hergestellt. Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 5 besteht der photoelektrische Wandler 18 aus einer auf der porösen Si-Schicht 3 gebildeten Si-Epitaxialschicht, während bei dieser Ausführungsform eine poröse Si-Schicht, die eine niedrige Porosität hat, an sich als photoelektrische Wandlerschicht 18 angewendet wird. Bei Ausführungsform 1 wird beschrieben, dass die Porosität der porösen Si-Schicht durch Änderung der Stromdichte bei der anodischen Behandlung verändert werden kann. Im Einzelnen wird bei der anodischen Behandlung, die unter Bezugnahme auf 3 erläutert wurde, durch die höhere Dichte des elektrischen Stromes, der von der Elektrode 28 zu der Elektrode 29 fließt, die Porosität der auf dem Si-Wafer 1 gebildeten porösen Si-Schicht höher gemacht, während die Porosität durch die niedrigere Dichte des Stromes niedriger gemacht wird. Durch dieses Phänomen wird die Oberfläche eines p⁺-Si-Wafers 1 porös gemacht, indem durch Einstellung der Stromdichte auf einen niedrigeren Wert eine poröse Si-Schicht mit einer niedrigeren Porosität gebildet wird und darunter auf der nichtporösen Schicht 2 eine poröse Si-Schicht 3b mit einer höheren Porosität gebildet wird. In die äußerste Schicht, die poröse Si-Schicht 3a, werden Ionen eines Donators wie z.B. P und As implantiert, um aus der äußersten Schicht eine n-Schicht zu bilden, wodurch eine photoelektrische Wandlerschicht gebildet wird, die eine poröse Si-Schicht von niedriger Porosität mit einem pn-Übergang hat.
Danach wird die poröse Si-Schicht, die eine niedrigere Porosität hat, als photoelektrischer Wandler mit der rückseitigen Metallelektrode 16 verbunden, wie in 13 gezeigt ist. Die anderen Schritte werden in derselben Weise wie bei Ausführungsform 5 durchgeführt.
Gemäß dieser Ausführungsform können aus einem Si-Wafer viele Solarzellen mit einer einkristallinen Dünnschicht hergestellt werden. Diese Ausführungsform ist infolgedessen in Bezug auf den Wirkungsgrad der photoelektrischen Wandlung, die Zellenlebensdauer und die Herstellungskosten vorteilhaft. Da ferner bei dem Verfahren dieser Aus führungsform kein epitaxiales Aufwachsen durchgeführt wird, sind die Herstellungskosten niedriger als bei Ausführungsform 5. Die photoelektrische Wandlerschicht 18 besteht aus einer porösen Si-Schicht mit niedrigerer Porosität, wobei die Einkristallinität beibehalten wird und Licht in zweckmäßiger Weise durch die Poren gestreut wird, was einen hohen Wirkungsgrad der photoelektrischen Wandlung zur Folge hat.
AUSFÜHRUNGSFORM 7
Es wird ein Flächensensor hergestellt. Bei dieser Ausführungsform wird aus einem Si-Wafer in derselben Weise wie bei Ausführungsform 5 oder 6 eine photoelektrische Wandlerschicht in Form einer einkristallinen Dünnschicht gebildet. Auf dieser photoelektrischen Wandlerschicht werden optische Sensorelemente zweidimensional angeordnet, und es wird eine Matrixverdrahtung bereitgestellt. Die Matrixverdrahtung wird beispielsweise gebildet, indem anstelle der Oberflächen-Metallelektrode 19 in 15A und 15B eine Spaltenverdrahtung bereitgestellt wird und anstelle der rückseitigen Metallelektrode 16 in 15A und 15B eine Zeilenverdrahtung bereitgestellt wird. Diese Ausführungsform ist in Bezug auf den Wirkungsgrad der photoelektrischen Wandlung, die Zellenlebensdauer, die Herstellungskosten, die Vergrößerung der Fläche usw. vorteilhaft, da aus einem Si-Wafer viele Flächensensoren in Form einer einkristallinen Dünnschicht hergestellt werden können.
AUSFÜHRUNGSFORM 8
Ein Si-Wafer wird als Einzelsubstrat bereitgestellt. Über der gesamten Fläche des Si-Wafers werden mit einem Ionenimplantationsgerät in einer vorgeschriebenen Tiefe Wasserstoffionen oder Edelgasionen implantiert, um im Inneren des Si-Wafers eine gestörte bzw. fehlerhafte Schicht zu bilden, die Mikrobläschen hat.
Ein anderer Si-Wafer wird separat als Trägersubstrat bereitgestellt. Dieses Trägersubstrat wird an der Oberfläche oxidiert und wird mit der Oberfläche des vorstehend erwähnten Si-Wafers, der eine gestörte bzw. fehlerhafte Schicht mit Mikrobläschen hat, verbunden.
Auf die Seitenfläche des Gegenstandes aus verbundenen Wafers wird um die gestörte bzw. fehlerhafte Schicht, die Mikrobläschen hat, herum in einer in 1, 9, 11 oder 13 gezeigten Weise ein Excimerlaserstrahl gerichtet. Auf diese Weise wird die gestörte bzw. fehlerhafte Schicht durch Absorption des Excimerlaserstrahls noch zerbrechlicher gemacht. Dann werden die zwei Wafers zertrennt.
Auf diese Weise wird die einkristalline Si-Schicht, die sich auf der gestörten bzw. fehlerhaften Schicht der Einzelsubstrat-Si-Schicht befindet, auf die Siliciumoxidschicht an dem anderen Substrat übertragen. Die Bildung von Mikrobläschen durch Ionenimplantation wird in der US-Patentschrift Nr. 5 374 564 ausführlich beschrieben.
Die vorstehende Beschreibung betrifft den Fall eines Si-Wafers, jedoch kann die vorliegende Erfindung auch auf andere Halbleiter als Si wie z.B. SiGe, Ge, SiC, GaAs und InP angewendet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können leicht viele einkristalline Si-Dünnschichten hergestellt werden, indem ein Laserstrahl von der Seitenfläche eines Substrats her zu dem mittleren Bereich einer porösen Schicht hin gerichtet wird, um eine Absorption des Laserstrahls durch die poröse Schicht zu bewirken. Da der Laserstrahl keine Verunreinigung durch Fremdstoffe verursacht, hat die resultierende Si-Dünnschicht eine hohe Qualität und hat auch das resultierende SOI-Substrat eine hohe Qualität. Bei der Herstellung von SOI-Substraten wird das Material mit weniger Abfall oder Ausschuss verwendet, was niedrige Herstellungskosten und eine Einsparung von Ressourcen zur Folge hat. Das hergestellte photoelektrische Wandlerelement hat auch eine hohe Qualität. Auch bei der Herstellung von photoelektrischen Wandlerelementen wird das Material mit weniger Abfall oder Ausschuss verwendet, was niedrige Herstellungskosten und eine Einsparung von Ressourcen zur Folge hat.

Claims

Verfahren zum Abtrennen einer Silicium-Epitaxialschicht (4) von einem Verbundsubstrat (2, 3, 4), das durch die folgenden Schritte ausgeführt wird: Bereitstellen eines Substrats (2, 3, 4), das aus einer nichtporösen Schicht (2), einer auf der nichtporösen Schicht befindlichen porösen Schicht (3) und einer auf der porösen Schicht befindlichen nichtporösen Silicium-Epitaxialschicht (4) besteht; und Abtrennen der erwähnten Silicium-Epitaxialschicht (4) von der erwähnten nichtporösen Schicht (2) des erwähnten Substrats durch Zerbrechen der porösen Schicht unter Anwendung eines Laserstrahls (13) derart, dass Energie des Laserstrahls in der erwähnten porösen Schicht (3) aufgenommen wird, wodurch bewirkt wird, dass die poröse Schicht zerbricht; dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Abtrennens der erwähnten Silicium-Epitaxialschicht (4) von der erwähnten nichtporösen Schicht (2) durchgeführt wird, indem ein Laserstrahl (13) auf die Seitenfläche des Substrats zu dessen Mitte hin gerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Abtrennen bewirkt wird, indem der Laserstrahl auf die Seitenfläche der porösen Schicht fokussiert wird, um zu bewirken, dass die poröse Schicht anschwillt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das einen Vorbereitungsschritt einschließt, bei dem die auf der nichtporösen Schicht befindliche poröse Schicht durch anodische Behandlung eines Si-Wafers (1) gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Laserstrahl einer von mehreren ist, die jeweils auf betreffende Stellen, die um den Rand bzw. Umfang der porösen Schicht herum verteilt sind, projiziert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Fläche der nichtporösen Schicht, die von der porösen Schicht am weitesten entfernt ist, mit einem Vakuumteller bzw. einer Vakuumansaugvorrichtung (12) in enge Berührung gebracht wird und auf das Substrat durch den Vakuumteller eine schwache Zugkraft ausgeübt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Laserstrahl von einem Excimerlaser (LS) gerichtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Laserstrahl durch eine Zylinderlinse (15) linear konvergent gemacht bzw. gebündelt wird und der linear konvergent gemachte bzw. gebündelte Laserstrahl entlang einem Rand- bzw. Umfangsbereich der porösen Schicht projiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die poröse Schicht (3) des bereitgestellten Substrats aus einer ersten porösen Schicht (3a) an der Seite der porösen Schicht (3), die der Silicium-Epitaxialschicht gegenüberliegt, und einer zweiten porösen Schicht (3b) an der Seite der erwähnten porösen Schicht (3), die der nichtporösen Schicht gegenüberliegt, besteht, wobei die erste und die zweite poröse Schicht (3a, 3b) eine niedrigere bzw. eine höhere Porosität haben, wobei der erwähnte Vorbereitungsschritt der Bildung der porösen Schicht (3) durch anodische Behandlung bei einer niedrigeren und bei einer höheren elektrischen Stromdichte durchgeführt wird, um die erwähnte erste poröse Schicht mit niedrigerer Porosität bzw. die erwähnte zweite poröse Schicht mit höherer Porosität zu bilden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die nichtporöse Epitaxialschicht (4) mit einem Trägersubstrat (6) verbunden wird, wobei dazwischen eine Isolationsschicht (7) eingefügt wird, das Abtrennen bei der porösen Schicht bewirkt wird und Material der porösen Schicht, das auf der nichtporösen Epitaxialschicht zurückgeblieben ist, entfernt wird, so dass ein SOI-Substrat (6, 7, 4) hergestellt wird, bei dem die nichtporöse Epitaxialschicht (4) und die Isolationsschicht (7) die Halbleiterschicht bzw. deren darunterliegende Isolationsschicht bereitstellen.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Trägersubstrat (6) ein Si-Wafer ist, eine Oberfläche dieses Wafers oxidiert worden ist und die Isolationsschicht (7) die oxidierte Oberfläche ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, bei dem auf der nichtporösen Epitaxialschicht (4) eine Isolationsschicht (8) gebildet wird, die nichtporöse Epitaxialschicht mit einem Trägersubstrat (6) verbunden wird, das Abtrennen bei der porösen Schicht bewirkt wird und Material der porösen Schicht, das auf der nichtporösen Epitaxialschicht zurückgeblieben ist, entfernt wird, so dass ein SOI-Substrat (6, 8, 4) hergestellt wird, bei dem die nichtporöse Epitaxialschicht (4) und die Isolationsschicht (8) die Halbleiterschicht bzw. deren darunterliegende Isolationsschicht bereitstellen.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Trägersubstrat (6) ein Quarzsubstrat ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Trägersubstrat (6) ein Substrat ist, das durch Oxidieren der Oberfläche eines Si-Wafers hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schritt des Bereitstellens des Substrats ein Schritt des Bereitstellens eines Substrats ist, bei dem auch die erwähnte nichtporöse Schicht und die erwähnte poröse Schicht aus Silicium bestehen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erwähnte poröse Schicht eine gestörte bzw. fehlerhafte Schicht ist, die Mikrobläschen hat, durch die in dem Abtrennschritt Laserstrahlenergie aufgenommen wird, um das Abtrennen zu bewirken.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Bereitstellens des Substrats ein Schritt des Bereitstellens eines Substrats ist, das als nichtporöse Silicium-Epitaxialschicht eine Epitaxialschicht mit einer mehrschichtigen pn-Übergangsstruktur hat, die für die Anwendung als photoelektrische Wandlerschicht geeignet ist.
Verfahren nach Anspruch 16, das einen Vorbereitungsschritt des epitaxialen Aufwachsens der erwähnten nichtporösen Silicium-Epitaxialschicht unter Zusatz von Dotierungssubstanzen für die Herstellung der erwähnten mehrschichtigen pn-Übergangsstruktur einschließt.
Verfahren zur Herstellung eines integrierten Schaltkreises, das die folgenden Schritte umfasst: Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 13 und Bildung eines integrierten Schaltkreises in und auf der erwähnten nichtporösen Epitaxialschicht.
Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, das die folgenden Schritte umfasst: Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 durch Bereitstellen eines Substrats, das aus einer nichtporösen Schicht eines p-Halbleiters, einer porösen Schicht eines p-Halbleiters und einer nichtporösen Silicium-Epitaxialschicht, die aus nichtporösen Unterschichten in Form einer n⁺-, einer p^–- und einer p⁺-Halbleiter-Unterschicht, die epitaxial aufgewachsen sind, besteht, in der angegebenen Reihenfolge aufgebaut ist, und Verbinden einer mit einer Metallelektrode versehenen Oberfläche eines Substrats mit der erwähnten p⁺-Halbleiter-Unterschicht vor dem Schritt des Abtrennens der erwähnten nichtporösen Silicium-Epitaxialschicht von der erwähnten nichtporösen Schicht; Entfernen aller Reste der erwähnten porösen Schicht von der Oberfläche der erwähnten n⁺-Halbleiter-Unterschicht; Bildung einer transparenten oder netz- bzw. gitterförmigen Elektrode auf der Oberfläche der erwähnten n⁺-Halbleiter-Unterschicht und Bildung einer Schutzschicht auf der erwähnten transparenten oder netz- bzw. gitterförmigen Elektrode.
Verfahren zur Herstellung eines Flächensensors durch Ausführung der in Anspruch 19 angegebenen Schritte, wobei die mit einer Metallelektrode versehene Oberfläche des erwähnten Substrats vor dem erwähnten Schritt des Verbindens strukturiert wird, um Zeilen- oder Spaltenelektroden festzulegen; die erwähnte nichtporöse Silicium-Epitaxialschicht im Anschluss an den erwähnten Schritt des Entfernens aller Reste der erwähnten porösen Schicht strukturiert wird, um Zeilen- und Spaltenmatrix-Sensorelemente festzulegen; und in dem erwähnten Schritt der Bildung einer transparenten Elektrode transparente Spalten- oder Zeilenelektroden gebildet werden, um die Matrixverdrahtung der erwähnten Sensorelemente zu vollenden.