(57)【要約】【課題】石英チューブ内の全域に亘り、半導体素子基板に均一な不純物拡散を行なうことができる不純物拡散装置を得ること。【解決手段】外周部に配置されたヒータにより加熱される石英チューブと、複数枚の半導体素子基板を、板面を前記石英チューブの中心軸に平行にして、前記中心軸に直交する方向に等間隔に整列させて縦置きすると共に、ダミー基板を前記整列させた複数枚の半導体素子基板の基板表面側の最外側に等間隔に縦置きする複数の籠状の子ボートと、前記複数の子ボートを前記中心軸方向に所定の間隔で一列に整列させて載置し、前記石英チューブ内に移送する親ボートと、前記半導体素子基板に不純物を拡散する拡散用ガスを発生する拡散用ガス発生装置と、前記拡散用ガス発生装置に接続し前記石英チューブ内に延長され、前記中心軸方向に一列に整列して配置された複数の子ボートの夫々の軸方向位置に開口部を有する拡散用ガス導入管と、を備える。【選択図】図１
2012119453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部に配置されたヒータにより加熱される石英チューブと、
複数枚の半導体素子基板を、板面を前記石英チューブの中心軸に平行にして、前記中心軸に直交する方向に等間隔に整列させて縦置きすると共に、ダミー基板を前記整列させた複数枚の半導体素子基板の基板表面側の最外側に等間隔に縦置きする複数の籠状の子ボートと、
前記複数の子ボートを前記中心軸方向に所定の間隔で一列に整列させて載置し、前記石英チューブ内に移送する親ボートと、
前記半導体素子基板に不純物を拡散する拡散用ガスを発生する拡散用ガス発生装置と、
前記拡散用ガス発生装置に接続し前記石英チューブ内に延長され、前記中心軸方向に一列に整列して配置された複数の子ボートの夫々の軸方向位置に開口部を有する拡散用ガス導入管と、
を備えることを特徴とする不純物拡散装置。
【請求項２】
前記拡散用ガス導入管は、前記複数の子ボートの夫々に対応して分岐されていることを特徴とする請求項１に記載の不純物拡散装置。
【請求項３】
前記分岐された夫々の拡散用ガス導入管には、流量調整機器が取付けられていることを特徴とする請求項２に記載の不純物拡散装置。
【請求項４】
前記拡散用ガス導入管は、前記親ボートの下側に配置され、前記開口部は、上向きに設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の不純物拡散装置。
【請求項５】
前記拡散用ガス導入管は、前記子ボートの上側に配置され、前記開口部は、下向きに設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の不純物拡散装置。
【請求項６】
前記開口部には、Ｔ字型のガス吹出しノズルの垂直管が装着され、該ガス吹出しノズルの水平管には、複数のガス吹出し口が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の不純物拡散装置。
【請求項７】
前記垂直管は、前記開口部に回転可能に装着され、前記水平管の一端側には、横向きにガス吹出し口が設けられ、他端側には、前記横向きとは反対向きにガス吹出し口が設けられ、前記ガス吹出しノズルは、ガス吹出し反力により前記垂直管回りに回転することを特徴とする請求項６に記載の不純物拡散装置。
【請求項８】
前記開口部には、多数のガス吹出し口を有するジョウロ口状のガス吹出しノズルが装着されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の不純物拡散装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池を含む半導体素子の製造に用いられる不純物拡散装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外周に設けたヒータにより加熱される石英チューブと、ソースガスにより液体拡散源をバブリングさせ、液体拡散源の飽和蒸気を含むソースガスをキャリヤガスに合流して拡散用ガス気流とし、この拡散用ガス気流を前記石英チューブ内にその一端から導入する装置と、半導体素子基板を、その基板表面が一定の向きとなり、かつ、前記石英チューブの中心軸と平行となる状態にして、この中心軸の方向と直角の方向に等間隔に複数並べて配置可能とするとともに、前記半導体素子基板と同一外径寸法に形成された流路板を、前記半導体素子基板列群における半導体素子基板の基板表面側の最外側に、前記間隔と同じ寸法を隔てて配置した子ボートと、前記子ボートを前記中心軸と同一方向に複数配列可能とした親ボートとを備えた半導体製造工程における不純物拡散装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記の不純物拡散装置では、シリコン基板等の半導体素子基板（特に、太陽電池用基板）を複数並べて縦置きした石英製の子ボートを、ヒータにより加熱される石英チューブ（横型炉）に移送した後、拡散用ガス（不純物を含むガス）を横型炉内に導入し、不純物を半導体素子基板に熱拡散させてｐｎ接合を形成する。
【０００４】
不純物熱拡散を行うとき、子ボート内に縦置きされた複数の半導体素子基板は、一定の等間隔で並べられていて、基板〜基板間に流れるガス流量は、ほぼ同じになるが、一番外側の基板表面側は、横型炉と基板間の距離分の間隔が開いていて、他の基板と比較するとガス流量が異なり、不純物拡散の条件が異なってしまい、拡散濃度やシート抵抗がバラつき、半導体素子の特性がバラつく。そこで、半導体素子基板と同一外径寸法に形成された流路板（ダミー基板）を、半導体素子基板の基板表面側の最外側に、等間隔に配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１８５５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術によれば、石英チューブの拡散用ガス導入側と排気側では、ガス分布が不均一になってしまう、という問題がある。具体的には、導入側に近いところでは、導入されたガスが子ボートや半導体素子基板に接触して急速に拡散する。急速に拡散したガスの直後では、不純物の濃度が薄い領域が発生するため、不均一となる。また、排気側近くの子ボートでは、導入側から排気側へ流れるガスに加えて、排気側の扉で塞き止められて滞留しているガスも存在するため、他の子ボートと比較してガスが過剰に供給されることとなる。近年、世界的な太陽電池の増産に伴い、石英チューブ（横型炉）の長さは、益々長くなる傾向にあり、導入側と排気側のガス分布の不均一は更に大きくなる傾向にある。また、子ボート内でもガス分布の不均一が生じている。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、石英チューブ（横型炉）内の全域に亘り、半導体素子基板に均一な不純物拡散を行なうことができる不純物拡散装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、外周部に配置されたヒータにより加熱される石英チューブと、複数枚の半導体素子基板を、板面を前記石英チューブの中心軸に平行にして、前記中心軸に直交する方向に等間隔に整列させて縦置きすると共に、ダミー基板を前記整列させた複数枚の半導体素子基板の基板表面側の最外側に等間隔に縦置きする複数の籠状の子ボートと、前記複数の子ボートを前記中心軸方向に所定の間隔で一列に整列させて載置し、前記石英チューブ内に移送する親ボートと、前記半導体素子基板に不純物を拡散する拡散用ガスを発生する拡散用ガス発生装置と、前記拡散用ガス発生装置に接続し前記石英チューブ内に延長され、前記中心軸方向に一列に整列して配置された複数の子ボートの夫々の軸方向位置に開口部を有する拡散用ガス導入管と、備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、夫々の子ボートに対して均一な拡散用ガスが吹出し、均一な拡散用ガスにより各半導体素子基板に対して不純物拡散が行われ、石英チューブの拡散用ガス導入側と排気側との間で生じていた拡散用ガスの不均一な分布が解消される、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明に係る不純物拡散装置の実施の形態１を示す図である。
【図２】図２は、本発明に係る不純物拡散装置の実施の形態２を示す図である。
【図３−１】図３−１は、本発明に係る不純物拡散装置の実施の形態３を示す図である。
【図３−２】図３−２は、実施の形態３の不純物拡散装置のガス吹出しノズルを示す側面図である。
【図３−３】図３−３は、実施の形態３の不純物拡散装置のガス吹出しノズルを示す上面図である。
【図４−１】図４−１は、本発明に係る不純物拡散装置の実施の形態４を示す図である。
【図４−２】図４−２は、実施の形態４の不純物拡散装置のガス吹出しノズルを示す側面図である。
【図４−３】図３−３は、実施の形態４の不純物拡散装置のガス吹出しノズルを示す上面図である。
【図５−１】図５−１は、本発明に係る不純物拡散装置の実施の形態５を示す図である。
【図５−２】図５−２は、実施の形態５の不純物拡散装置のガス吹出しノズルを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る不純物拡散装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る不純物拡散装置の実施の形態１を示す図である。実施の形態１の不純物拡散装置９１の石英チューブ１は、円筒状に形成されている。石英チューブ１の外周部には、石英チューブ１を均一に加熱するための円筒状のヒータ１１が配置されている。石英チューブ１とヒータ１１とは、横型炉を構成している。
【００１３】
石英チューブ１の一方（右方）の端部は、後述する親ボート２１の出入口となっている。この出入口には、この出入口を閉塞するための石英扉５と、石英扉５を開いたときのパージガス（石英チューブ１内の残留ガス）を収集するための図示しない排気フードと、が設置されている。石英チューブ１の他方（左方）の端部は、閉塞され、後述する拡散用ガス導入管１５が挿通されている。
【００１４】
拡散用ガス発生装置１９は、液体拡散源１７を収容する容器１６と、キャリヤガスを石英チューブ１内に供給するキャリヤガス導入管１３と、液体拡散源１７をバブリングするためのソースガスを容器に供給するソースガス導入管１４と、を有している。拡散用ガス発生装置１９は、バブリングにより液体拡散源１７の飽和蒸気をソースガスに含ませ、このソースガスをキャリヤガスに合流させて拡散用ガスとし、拡散用ガス導入管１５を介して、拡散用ガスを石英チューブ１内に導入する。
【００１５】
液体拡散源１７としては、オキシ塩化リンを用いるが、三ブロム化リン又は三ブロム化ほう素を用いてもよい。キャリヤガスとしては、窒素ガスに少量の酸素ガスを混合させたものを用い、ソースガスとしては、窒素ガスを用いる。
【００１６】
ボート２は、略長方形の受け皿をなす親ボート２１の上に、石英製の籠状の子ボート２２を、石英チューブ１の中心軸方向に、所定の間隔で一列に整列させて４個並べて載置したものである。子ボート２２は、石英棒を組み合わせ、これを溶接して略直方体の籠状（枠状）に形成したものである。親ボート２１は、同じく石英棒を組み合わせ、これを溶接して略長方形の梯子のように形成したものである。従って、拡散用ガスは、子ボート２２内を自由に流れることができる。
【００１７】
複数枚（３枚）の半導体素子基板（シリコン基板）３を、板面を石英チューブ１の中心軸に平行にして、中心軸に直交する方向に等間隔に整列させて子ボート２２内に縦置きすると共に、半導体素子基板３と同一形状の流路板（ダミー基板）４を、整列させた複数枚の半導体素子基板３の基板表面側の最外側に、半導体素子基板３同士の間隔と同じ間隔を隔てて縦置きする。
【００１８】
シリコン基板３と流路基板４を載置した子ボート２２を、親ボート２１上に載置し、石英チューブ１とヒータ１１とからなる横型炉１０内へ移送する。
【００１９】
石英チューブ１内には、拡散用ガス発生装置１９に接続された拡散用ガス導入管１５が延長され、石英チューブ１の略全長に亘り、親ボート２１の下側に配置されている。拡散用ガス導入管１５には、所定の間隔で開口部１８が上向きに設けられている。各開口部１８は、子ボート２２を載置した親ボート２１が横型炉１０内の定位置に搬送されたときに、各子ボート２２の真下に位置するように、拡散用ガス導入管１５に配置されている。
【００２０】
以上説明した実施の形態１の不純物拡散装置によれば、各子ボート２２の直下より均一な拡散用ガスが吹出し、均一な拡散用ガスにより半導体素子基板３に対して不純物拡散が行われ、石英チューブ１の導入側と排気側との間で生じていた拡散用ガスの不均一な分布を低減することができる。
【００２１】
実施の形態２．
図２は、本発明に係る不純物拡散装置の実施の形態２を示す図である。実施の形態２の不純物拡散装置９２が、実施の形態１の不純物拡散装置９１と異なるところは、拡散用ガス発生装置１９に接続され、石英チューブ１内に延長された拡散用ガス導入管１５が、石英チューブ１の略全長に亘り、子ボート２２の上側に配置されていることである。拡散用ガス導入管１５には、一定間隔で開口部１８が設けられていて、各開口部１８は、子ボート２２を載置した親ボート２１が横型炉１０内の定位置に移送されたときに、各子ボート２２の真上に位置するように、下向きに、拡散用ガス導入管１５に配置されている。以上説明した拡散用ガス導入管１５の構成以外の部分は、実施の形態１の不純物拡散装置９１と異なるところはない。
【００２２】
実施の形態２の不純物拡散装置９２によれば、各子ボート２２の直上から均一な拡散用ガスが吹出し、均一な拡散用ガスによりシリコン基板３に対して不純物拡散が行われ、石英チューブ１の導入側と排気側との間で生じていた拡散用ガスの不均一な分布を低減することができる。
【００２３】
実施の形態３．
図３−１は、本発明に係る不純物拡散装置の実施の形態３を示す図であり、図３−２は、実施の形態３の不純物拡散装置のガス吹出しノズルを示す側面図であり、図３−３は、実施の形態３の不純物拡散装置のガス吹出しノズルを示す上面図である。
【００２４】
実施の形態３の不純物拡散装置９３が、実施の形態１の不純物拡散装置９１と異なるところは、図３−１〜図３−３に示すように、拡散用ガス導入管１５に所定の間隔で設けられた開口部１８に、石英製のＴ字型のガス吹出しノズル３３が装着されていることである。ガス吹出しノズル３３の水平管３３ａには、複数（５個）のガス吹出し口３３ｂが設けられていて、開口部１８に装着された垂直管３３ｃに導入された拡散用ガスは、水平管３３ａの接続部で分岐し、複数のガス吹出し口３３ｂから吹出す。ガス吹出しノズル３３を用いることにより、開口部１８から吹出すよりも、広範囲かつ均一に拡散用ガスを供給することができる。なお、実施の形態２の不純物拡散装置９２の拡散用ガス導入管１５の開口部１８にガス吹出しノズル３３を装着するようにしてもよい。
【００２５】
実施の形態４．
図４−１は、本発明に係る不純物拡散装置の実施の形態４を示す図であり、図４−２は、実施の形態４の不純物拡散装置のガス吹出しノズルを示す側面図であり、図４−３は、実施の形態４の不純物拡散装置のガス吹出しノズルを示す上面図である。
【００２６】
実施の形態４の不純物拡散装置９４が、実施の形態３の不純物拡散装置９３と異なるところは、図４−１〜図４−３に示すように、拡散用ガス導入管１５に所定の間隔で設けられた開口部１８に、実施の形態３のガス吹出しノズル３３とは異なるガス吹出しノズル３４が回転自在に装着されていることである。ガス吹出しノズル３４の水平管３４ａには、複数（５個）のガス吹出し口３４ｂが設けられているが、ガス吹出し口３４ｂは、水平管３４ａの一端側（左側）では、図４−２の紙面の手前側（横向き）に設けられ、他端側（右側）では、奥側（前記横向きとは反対側）に設けられている。開口部１８から垂直管３４ｃに導入された拡散用ガスは、水平管３４ａの接続部で分岐し、左右のガス吹出し口３４ｂから吹出し、拡散用ガスが吹出す際に生じる反力により、ガス吹出しノズル３４が垂直管３４ｃ回りに回転し、各子ボート２２の直下から、広範囲かつ均一に拡散用ガスを供給することができる。
【００２７】
実施の形態４の不純物拡散装置９４は、親ボート２１に載置された各子ボート２２の真下から、夫々同程度の拡散用ガスを供給することができ、実施の形態３の不純物拡散装置９３と比較して、拡散用ガスを各子ボート２２内に満遍なく供給でき、子ボート２２間、子ボート２２内での拡散用ガスの不均一分布を小さくすることができる。すなわち、不純物拡散装置９４内全体で、より均一な不純物拡散を行って半導体素子基板３の特性バラつきを抑え、歩留まりの高い半導体素子基板３を製造することができる。なお、実施の形態２の不純物拡散装置９２の拡散用ガス導入管１５の開口部１８にガス吹出しノズル３４を装着するようにしてもよい。
【００２８】
実施の形態５．
図５−１は、本発明に係る不純物拡散装置の実施の形態５を示す図であり、図５−２は、実施の形態５の不純物拡散装置のガス吹出しノズルを示す斜視図である。図５−１及び図５−２に示すように、実施の形態５の不純物拡散装置９５は、拡散用ガス導入管１５が、石英チューブ１内に搬入される子ボート２２の夫々に対応するように分岐され、各分岐管（分岐された夫々の拡散用ガス導入管）１５１〜１５４の先端部には、夫々１箇所づつ開口部１８が設けられている。
【００２９】
また、各分岐管１５１〜１５４には、夫々、流量調整機器４０が取付けられており、各分岐管１５１〜１５４個別に流量調整を行うことができる。また、開口部１８には、多数のガス吹出し口３５ｂが設けられたジョウロ口状のガス吹出しノズル３５が装着されている。ガス吹出しノズル３５の直径は、子ボート２２の一辺の長さと同程度とする。
【００３０】
ガス吹出しノズル３５を装着することにより、より広い範囲に拡散用ガスを供給することができる。また、各子ボート２２毎に、流量調整機器４０を備えた分岐管１５１〜１５４を配置しているので、子ボート２２間の拡散用ガスの不均一分布をより小さくすることができる。
【００３１】
なお、各分岐管１５１〜１５４を、子ボート２２の上側に配置してもよい。また、実施の形態１の不純物拡散装置９１又は実施の形態２の不純物拡散装置９２の拡散用ガス導入管１５の開口部１８にガス吹出しノズル３５を装着するようにしてもよい。また、実施の形態５の不純物拡散装置９５の各分岐管１５１〜１５４の開口部１８に、実施の形態３のガス吹出しノズル３３又は実施の形態４のガス吹出しノズル３４を装着してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上のように、本発明にかかる不純物拡散装置は、太陽電池を含む半導体素子の製造にに有用である。
【符号の説明】
【００３３】
１  石英チューブ
２  ボート
２１  親ボート
２２  子ボート
３  シリコン基板（半導体素子基板）
４  ダミー基板（流路板）
５  石英扉
１０  横型炉
１１  ヒータ
１３  キャリヤガス導入管
１４  ソースガス導入管
１５  拡散用ガス導入管
１５１〜１５４  分岐管（拡散用ガス導入管）
１６  容器
１７  液体拡散源
１８  開口部
１９  拡散用ガス発生装置
３３、３４、３５  ガス吹出しノズル
３３ａ、３４ａ  水平管
３３ｂ、３４ｂ、３５ｂ  ガス吹出し口
３３ｃ、３４ｃ  垂直管
４０  流量調整機器
９１〜９５  不純物拡散装置
【図１】
2012119453.tif 000003
【図２】
2012119453.tif 000004
【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図４−３】
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【図５−１】
2012119453.tif 000011
【図５−２】
2012119453.tif 000012