(57)【要約】【課題】近赤外線ヒーターの外囲管の失透を防止して、生産性の良い半導体装置製造用焼成装置および半導体装置製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置製造用焼成装置１は、近赤外線ヒーター１１および搬送ベルト２２を備える。近赤外線ヒーター１１は、搬送ベルト２２の搬送方向ＳＤに沿って複数配置され、例えばハロゲンランプにより近赤外線ＩＲを発光する。近赤外線ヒーター１１は、近赤外線ヒーター１１の外周形状を構成する外囲管１２を有し、近赤外線ヒーター１１の外囲管１２を囲む石英製保護管１５を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属を含有して半導体基板に形成された金属含有層を焼成する近赤外線ヒーターを備え半導体装置を製造する半導体装置製造用焼成装置であって、
前記近赤外線ヒーターの外囲管を囲む石英製保護管を備えることを特徴とする半導体装置製造用焼成装置。
【請求項２】
前記近赤外線ヒーターは複数配置してあり、それぞれに対して前記石英製保護管が配置してあることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置製造用焼成装置。
【請求項３】
前記石英製保護管は、スペーサを介して前記外囲管を囲む構成としてあることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置製造用焼成装置。
【請求項４】
前記石英製保護管は、円筒状であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の半導体装置製造用焼成装置。
【請求項５】
前記金属はアルミニウムであり、前記金属含有層は６５０℃ないし８５０℃に加熱される構成としてあることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載の半導体装置製造用焼成装置。
【請求項６】
前記半導体装置は、太陽電池であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一つに記載の半導体装置製造用焼成装置。
【請求項７】
金属を含有する金属含有層を形成する金属含有層形成工程と、近赤外線ヒーターで前記金属含有層を焼成する焼成工程とを備える半導体装置製造方法であって、
前記近赤外線ヒーターの外囲管は、石英製保護管で囲んであることを特徴とする半導体装置製造方法。
【請求項８】
前記金属はアルミニウムであり、前記焼成工程で、前記金属含有層は６５０℃ないし８５０℃に加熱されることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属含有層を焼成する近赤外線ヒータを適用する半導体装置製造用焼成装置および半導体装置製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置としての太陽電池は、太陽エネルギーを利用することから、環境に優しい製品として市場が拡大してきている。このような状況を背景として太陽電池の変換効率の向上が図られている。太陽電池の変換効率の向上を目的として、ｐ型のシリコン基板を用いて太陽電池を製造する場合、ＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ：背面電界）効果を期待して、反受光面側にｐ＋層（高濃度のｐ層）を形成することが一般的に行われている。
【０００３】
ｐ＋層を形成するために、反受光面側へ、ＩＩＩ属元素であるアルミニウムが印刷法や蒸着法により積層され、その後の熱処理によりｐ＋層が形成される。シリコンへのアルミニウムの拡散は、製造装置が安価であること、プロセスが単純であることなどの理由から、連続式（ベルト方式、ウォーキングビーム方式など）の加熱炉によって実施される場合が多い。
【０００４】
このようなアルミニウムの拡散（焼成処理）は、急峻な加熱が必要であることから、加熱炉に使われるヒーターは、比較的ワット密度の大きな近赤外線ヒーターを用いる場合が多い。しかしながら、このようなワット密度の大きな近赤外線ヒーターを用いると、ヒーター本体の温度が高温となり、近赤外線ヒーターの外囲管としての石英ガラスがアルミニウムと反応し、たびたび失透を生じるという問題があった。
【０００５】
図５は、従来の半導体装置製造用焼成装置の概略を示す平面図である。
【０００６】
従来の半導体装置製造用焼成装置１０１は、近赤外線ヒーター１１１および搬送ベルト１２２を備える。近赤外線ヒーター１１１は、搬送ベルト１２２の搬送方向ＳＤに沿って複数配置され、近赤外線ＩＲを発光する構成としてある。
【０００７】
搬送ベルト１２２は、金属製のメッシュベルトで無限コンベアを構成してあり、搬送方向ＳＤで無限搬送を行なうことができる。搬送ベルト１２２の図上右端には、焼成対象としての金属含有層が形成された太陽電池１３０が搬送ベルト１２２の移動にしたがって順次載置される。また、搬送ベルト１２２の図上左端には、金属含有層の焼成を終了した太陽電池１３０が順次排出される。
【０００８】
太陽電池１３０は、金属（アルミニウム）を含有する金属含有層が金属含有層形成工程で予め形成してある。搬送ベルト１２２により半導体装置製造用焼成装置１０１の中を搬送される途中の焼成工程で、近赤外線ヒーター１１１から発光した近赤外線ＩＲが太陽電池１３０に照射され金属含有層を焼成する。半導体装置製造用焼成装置１０１（搬送ベルト１２２）の両端には搬送ベルト１２２を無限回転させるベルト駆動軸１２２ａが配置してある。
【０００９】
一般的に、金属含有層（アルミニウム）の焼成時の温度は、シリコンで構成される太陽電池１３０へアルミニウムを拡散させるために太陽電池１３０の実温を６５０℃〜８５０℃の温度範囲内にすることが必要である。太陽電池１３０の実温を６５０℃〜８５０℃まで昇温するためには、近赤外線ヒーター１１１の実温は１０００℃以上にする必要がある。
【００１０】
近赤外線ヒーター１１１の外囲管１１２は、近赤外線ＩＲの透過率がよく、高温に対する耐久力の点から石英製としてある。焼成工程で、太陽電池１３０に形成された金属含有層のアルミニウムが昇華（アルミニウムを含有する樹脂ペーストの場合は、アルミニウムが樹脂ペーストとともに飛散）し、外囲管１１２に付着することがある。アルミニウムと石英は約８００℃で反応することから、外囲管１１２が失透し近赤外線ヒーター１１１の寿命が著しく低下するという問題がある。
【００１１】
図６は、図５の矢符Ｘ−Ｘ方向での断面の概略を拡大して示す断面図である。
【００１２】
半導体装置製造用焼成装置１０１は、焼成炉の外壁を構成する装置断熱部１２０を周囲に備える。近赤外線ヒーター１１１は、装置断熱部１２０に適宜保持される構成としてある。
【００１３】
なお、赤外線ランプを適用してペーストを焼成し、太陽電池素子の電極を形成するコンベア式焼成炉および太陽電池素子の製造方法を開示した文献として例えば特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２００２−１７０９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述したとおり、従来の太陽電池セル（太陽電池素子）の製造方法（製造装置）では、アルミニウムの焼成を実施する際に石英製の外囲管を有する近赤外線ヒーターを用いると、高温でアルミニウムと石英が反応して外囲管が失透しやすいという問題がある。
【００１５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、近赤外線ヒーターを備える半導体装置製造用焼成装置に近赤外線ヒーターの外囲管を囲む石英製保護管を設けることにより、近赤外線ヒーターの外囲管の失透を防止して、近赤外線ヒーターの長寿命化を図ることにより、生産性の良い半導体装置製造用焼成装置および半導体装置製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る半導体装置製造用焼成装置は、金属を含有して半導体基板に形成された金属含有層を焼成する近赤外線ヒーターを備え半導体装置を製造する半導体装置製造用焼成装置であって、前記近赤外線ヒーターの外囲管を囲む石英製保護管を備えることを特徴とする。
【００１７】
この構成により、近赤外線ヒーターの外囲管の失透を防止して近赤外線ヒーターの寿命を延ばし、安定的に半導体装置を製造できる半導体装置製造用焼成装置とすることが可能となる。
【００１８】
また、本発明に係る半導体装置製造用焼成装置では、前記近赤外線ヒーターは複数配置してあり、それぞれに対して前記石英製保護管が配置してあることを特徴とする。
【００１９】
この構成により、近赤外ヒーターを確実に保護して近赤外線ヒーター（半導体装置製造用焼成装置）の寿命を延ばすことが可能となる。
【００２０】
また、本発明に係る半導体装置製造用焼成装置では、前記石英製保護管は、スペーサを介して前記外囲管を囲む構成としてあることを特徴とする。
【００２１】
この構成により、石英製保護管と外囲管との間に空間を設けることから、石英製保護管の装着および取り外しが容易となり、石英製保護管交換時の作業性が良く取り扱いが容易な半導体装置製造用焼成装置とすることが可能となる。
【００２２】
また、本発明に係る半導体装置製造用焼成装置では、前記石英製保護管は、円筒状であることを特徴とする。
【００２３】
この構成により、安価な石英製保護管とすることが可能となり、取り扱いと均熱化が容易で加熱精度を向上できることから、容易にかつ高精度で均質性良く金属含有層を焼成することが可能となる。
【００２４】
また、本発明に係る半導体装置製造用焼成装置では、前記金属はアルミニウムであり、前記金属含有層は６５０℃ないし８５０℃に加熱される構成としてあることを特徴とする。
【００２５】
この構成により、アルミニウムを半導体基板に拡散させる状態とした場合に、アルミニウムによる外囲管の失透を防止して近赤外線ヒーターの寿命を延ばし、安定して稼動する半導体装置製造用焼成装置とすることが可能となる。
【００２６】
また、本発明に係る半導体装置製造用焼成装置では、前記半導体装置は、太陽電池であることを特徴とする。
【００２７】
この構成により、生産性良く太陽電池を製造することが可能な半導体装置製造用焼成装置（太陽電池製造用焼成装置）となる。
【００２８】
また、本発明に係る半導体装置製造方法は、金属を含有する金属含有層を形成する金属含有層形成工程と、近赤外線ヒーターで前記金属含有層を焼成する焼成工程とを備える半導体装置製造方法であって、前記近赤外線ヒーターの外囲管は、石英製保護管で囲んであることを特徴とする。
【００２９】
この構成により、近赤外線ヒーターの外囲管の失透を防止して近赤外線ヒーターの寿命を延ばし、安定的に半導体装置を製造できる半導体装置製造方法とすることが可能となる。
【００３０】
また、本発明に係る半導体装置製造方法では、前記金属はアルミニウムであり、前記焼成工程で、前記金属含有層は６５０℃ないし８５０℃に加熱されることを特徴とする。
【００３１】
この構成により、アルミニウムを半導体基板に拡散させる状態とした場合に、アルミニウムによる外囲管の失透を防止して近赤外線ヒーターの寿命を延ばし、安定的かつ安価に半導体装置を製造できる半導体装置製造方法とすることが可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る半導体装置製造用焼成装置および半導体装置製造方法によれば、近赤外線ヒーターの外囲管を囲む石英製保護管を備えることから、近赤外線ヒーターの外囲管の失透を防止して近赤外線ヒーターの寿命を延ばし、安定的に半導体装置を製造できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３４】
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置製造用焼成装置および半導体装置製造方法により製造される太陽電池の概略構成を示す断面図である。なお、図の見易さを考慮してハッチングは省略してある。
【００３５】
本実施の形態に係る半導体装置製造用焼成装置および半導体装置製造方法により製造される半導体装置としての太陽電池３０は、半導体基板３１と、太陽電池３０の表面に形成された表面電極３２と、太陽電池３０の裏面に形成された裏面電極３３とを備える。半導体基板３１は、ｐ型多結晶シリコンが固化されてなり、表面電極３２側にｎ＋層（高濃度のｎ層）３４が形成されてｐｎ接合３１ｊが形成される。なお、製造工程上での太陽電池３０は、ウエハ状、セル状として供給される。
【００３６】
ｎ＋層３４の表面には、太陽光の吸収を促進させるための多数の凹凸で構成されるテクスチャ部３５が形成される。テクスチャ部３５の表面には太陽光の反射を防止するための反射防止膜３６が形成される。また、太陽電池３０の裏面には、ｐ＋層（高濃度のｐ層）３７および裏面電極３３が形成される。
【００３７】
テクスチャ部３５は、太陽電池３０に対して三フッ化塩素ガス（ＣＣｌＦ3）などの塩素性ガスを用いてドライエッチンッグを行なうことにより形成される。あるいは、水酸化ナトリウム水溶液（ＮａＯＨ）などのアルカリ水溶液、または、フッ酸と硝酸を所定の混合比で混ぜ合わせて作製した混酸を用いてウエットエッチングを行なうことにより形成される。
【００３８】
反射防止膜３６は、シランとアンモニアとの混合ガスを原料としてプラズマＣＶＤ法で形成される窒化シリコン膜、あるいはチタン酸アルコキシドを原料として常圧ＣＶＤ法で形成される酸化チタン膜などからなる。
【００３９】
表面電極３２は、太陽電池３０の受光面に銀（Ａｇ）ペーストを塗布し、焼成して形成される。ｐ＋層３７は、アルミニウム（金属）を含有する金属含有層を形成（金属含有層形成工程）し、金属含有層を約７００℃（６５０℃ないし８５０℃）で焼成（焼成工程）して形成する。金属含有層の形成は、蒸着法または印刷法などで適宜行なうことができる。裏面電極３３は、ｐ＋層３７を形成した後、裏面（ｐ＋層３７）の一部にＡｇペーストを塗布し、焼成して形成される。
【００４０】
上述したとおり、ｐ＋層３７は、金属含有層を焼成する焼成工程で形成されるが、焼成工程では、本実施の形態に係る半導体装置製造用焼成装置としての近赤外線ヒーター１１（図２参照。）を適用する。アルミニウムを含有する金属含有層を約７００℃（６５０℃ないし８５０℃）で焼成（焼成工程）することから、シリコン基板である半導体基板３１へアルミニウムを拡散させてｐ＋層３７を形成することが可能となる。
【００４１】
図２ないし図４に基づいて、本発明の実施の形態に係る半導体装置製造用焼成装置および半導体装置製造方法について説明する。
【００４２】
図２は、本発明の実施の形態に係る半導体装置製造用焼成装置の概略を示す平面図である。
【００４３】
本実施の形態に係る半導体装置製造用焼成装置１は、近赤外線ヒーター１１および搬送ベルト２２を備え半導体装置の製造に供される。近赤外線ヒーター１１は、搬送ベルト２２の搬送方向ＳＤに沿って複数配置され、例えばハロゲンランプにより近赤外線ＩＲを発光する構成としてある。なお、ベルト式焼成炉を例示するが、ベルト式に限るものではない。
【００４４】
搬送ベルト２２は、金属製のメッシュベルトで無限コンベアを構成してあり、搬送方向ＳＤで無限搬送を行なうことができる。搬送ベルト２２の図上右端には、焼成対象としての金属含有層が形成された太陽電池３０が搬送ベルト２２の移動にしたがって順次載置される。また、搬送ベルト２２の図上左端には、金属含有層の焼成を終了した太陽電池３０が順次排出される。
【００４５】
太陽電池３０は、金属（アルミニウム）を含有する金属含有層が金属含有層形成工程で予め形成してある。搬送ベルト２２により半導体装置製造用焼成装置１の中を搬送される途中の焼成工程で、近赤外線ヒーター１１から発光した近赤外線ＩＲが太陽電池３０に照射され金属含有層を焼成する。半導体装置製造用焼成装置１（搬送ベルト２２）の両端には搬送ベルト２２を無限回転させるベルト駆動軸２２ａが配置してある。
【００４６】
近赤外線ヒーター１１は、近赤外線ヒーター１１の外周形状を構成する外囲管１２を有する。また、半導体装置製造用焼成装置１は、近赤外線ヒーター１１の外囲管１２を囲む石英製保護管１５を備える。石英製保護管１５は、近赤外線ヒーター１１からの近赤外線ＩＲを遮断しないので、太陽電池３０への近赤外線ＩＲの照射は、従来同様に行なうことが可能である。また、焼成工程で金属含有層から放散する金属（アルミニウム）は、石英製保護管１５に付着し、外囲管１２に付着することがない。
【００４７】
したがって、近赤外線ヒーター１１の外囲管１２の失透を防止して近赤外線ヒーター１１の寿命を延ばし、安定的に半導体装置（太陽電池３０）を製造できる半導体装置製造用焼成装置１とすることが可能となる。つまり、高価な近赤外線ヒーター１１は取り替えが不要であり、近赤外線ヒーター１１に比較して安価な石英製保護管１５が失透した場合には、石英製保護管１５を取り替えることによりさらに継続して使用することが可能となる。
【００４８】
なお、外囲管１２の両端には、電力供給端子１３を介して近赤外線ヒーター１１へ電力を供給する電力供給線１４が接続してある。
【００４９】
また、近赤外線ヒーター１１は、複数配置してあり、それぞれに対して石英製保護管１５が配置してある。したがって、石英製保護管１５の破損などに対する交換時の作業性を向上することができ、近赤外線ヒーター１１を確実に保護して半導体装置製造用焼成装置１（近赤外線ヒーター１１）の寿命を延ばすことが可能となる。
【００５０】
図３は、図２の矢符Ｘ−Ｘ方向での断面の概略を拡大して示す断面図である。なお、図上石英製保護管１５の管厚みは無視してある。
【００５１】
半導体装置製造用焼成装置１は、焼成炉の外壁を構成する装置断熱部２０を周囲に備える。近赤外線ヒーター１１および石英製保護管１５は、装置断熱部２０に適宜保持される構成としてある。つまり、石英製保護管１５は、適宜のスペーサ２１を介して外囲管１２を囲む構成としてある。
【００５２】
石英製保護管１５と外囲管１２との間に空間を設けることから、石英製保護管１５の装着および取り外しが容易となり、また、石英製保護管１５を交換するときの作業性が良く取り扱いが容易な半導体装置製造用焼成装置１とすることが可能となる。
【００５３】
図４は、図２および図３に示した石英製保護管の概略を示す斜視図である。
【００５４】
石英部材は、規格から円筒状の形状が安価であるので、石英製保護管１５は、円筒状としてある。また、円筒状とすることにより、外囲管１２からの近赤外線ＩＲを均等に太陽電池３０へ照射することが可能となる。したがって、石英製保護管１５を安価に構成でき、また、取り扱いと均熱化が容易で加熱精度を向上できることから、容易にかつ高精度で均質性良く金属含有層を焼成することが可能となる。
【００５５】
上述したとおり、本実施の形態に係る半導体装置製造用焼成装置１および半導体装置製造方法では、金属含有層に含まれる金属はアルミニウムであり、金属含有層は、６５０℃ないし８５０℃に加熱される構成としてある。したがって、焼成工程でアルミニウムを半導体基板３１に拡散させる状態とすることができ、太陽電池３０の半導体基板３１にｐ＋層３７を容易かつ安定的に形成できる。また、焼成工程でのアルミニウムの放散による外囲管１２の失透を防止して近赤外線ヒーター１１の寿命を延ばし、安定して稼動する半導体装置製造用焼成装置１とすることが可能となる。
【００５６】
本実施の形態に係る半導体装置製造用焼成装置１および半導体装置製造方法では、半導体装置としての太陽電池３０を生産性良く製造することが可能となる。特に太陽電池３０の半導体基板３１の裏面電極３３に対応する高濃度のｐ層（ｐ＋層３７）をアルミニウムで形成する場合に有効である。つまり、半導体装置製造用焼成装置１は太陽電池製造用焼成装置となり、半導体装置製造方法は太陽電池製造方法となる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体装置製造用焼成装置および半導体装置製造方法により製造される太陽電池の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る半導体装置製造用焼成装置の概略を示す平面図である。
【図３】図２の矢符Ｘ−Ｘ方向での断面の概略を拡大して示す断面図である。
【図４】図２および図３に示した石英製保護管の概略を示す斜視図である。
【図５】従来の半導体装置製造用焼成装置の概略を示す平面図である。
【図６】図５の矢符Ｘ−Ｘ方向での断面の概略を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  半導体装置製造用焼成装置
１１  近赤外線ヒーター
１２  外囲管
１３  電力供給端子
１４  電力供給線
１５  石英製保護管
２０  装置断熱部
２１  スペーサ
２２  搬送ベルト
３０  太陽電池
３１  半導体基板
３２  表面電極
３３  裏面電極
３４  ｎ＋層
３５  テクスチャ部
３６  反射防止膜
３７  ｐ＋層
【図１】
2008124202.tif 000003
【図２】
2008124202.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008124202.tif 000006
【図５】
2008124202.tif 000007
【図６】
2008124202.tif 000008