(57)【要約】【課題】拡散炉内で一度に処理できる半導体基板数を多く確保しつつ、異常拡散の発生を抑えることの可能な半導体装置の製造方法を得ること。【解決手段】ｐ型の不純物拡散源が形成された受光面と、受光面に対向する裏面とを有するｎ型単結晶シリコン基板に対し、裏面に対して、ｎ型の不純物拡散源を供給して、受光面にｐ型拡散層、裏面にｎ型拡散層を形成する不純物拡散工程を含む太陽電池の製造方法である。受光面１０Ａを内側にして向かい合うようにそれぞれ２枚の太陽電池形成用基板１０を配列して構成された第１および第２の被処理基板群間に、第１および第２の被処理基板群間で、裏面１０Ｂが向かい合う位置に、少なくとも１枚の拡散制御基板２０を挟んで、熱処理を行う熱拡散工程を含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の不純物拡散源が形成された第１主面と、前記第１主面に対向する第２主面とを有する半導体基板に対し、
前記第２主面に対して、第２導電型の不純物拡散源を供給して、
前記第１主面に第１導電型拡散層、前記第２主面に第２導電型拡散層を形成する不純物拡散工程を含む半導体装置の製造方法であって、
前記第１主面を内側にして向かい合うようにそれぞれ２枚の前記半導体基板を配列して構成された第１および第２の被処理基板群間に、
前記１および第２の被処理基板群間で、前記第２主面が向かい合う位置に、少なくとも１枚の拡散制御基板を挟んで、熱処理を行う熱拡散工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記拡散制御基板は、前記半導体基板の前記第２主面と対向する領域に凹凸を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２主面と前記拡散制御基板との間に形成される第１の間隔は、前記第１主面同士の間に形成される第２の間隔よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記１および第２の被処理基板群は、前記半導体基板の前記第１主面同士を直重ねして配置されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１主面または前記第２主面の少なくとも一方の面は、選択的に不純物拡散がなされることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２導電型の不純物拡散源は、前記第２主面に選択的に形成されたドーパントペーストであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第２主面への不純物拡散を実現する不純物拡散源は、気体を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記拡散制御基板は、前記半導体基板と同一素材で形成されたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記拡散制御基板は、テクスチャーを有するシリコン基板であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記拡散制御基板は、テクスチャーの形成工程までを前記半導体基板と同一工程で形成された半導体ウエハであることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記熱拡散工程は、第２導電型不純物を含むガス雰囲気中で前記第２主面に第２導電型不純物を拡散するとともに、
前記第１主面に前記第１導電型の不純物拡散源から第１導電型不純物を拡散する工程であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項の半導体装置の製造方法を含む太陽電池の製造方法であって、
前記熱拡散工程は、
第２導電型を有する半導体基板の第１主面に、第１導電型の不純物拡散源を形成する工程と、
前記半導体基板の第２主面上の一部に、第２導電型の不純物拡散源を供給して、
前記第１導電型の不純物拡散源と前記第２導電型の不純物拡散源とから前記第１導電型不純物および第２導電型不純物を前記半導体基板中に拡散させる拡散工程を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
前記拡散工程は、
選択的に第１導電型の不純物拡散源の形成された前記半導体基板に、前記第１導電型の不純物拡散源よりも低濃度の第１導電型不純物を供給しながら、不純物拡散を行い、第１導電型の高濃度拡散層と、第１導電型の低濃度拡散層とを形成する第１拡散工程と、
前記第１主面に、前記第１導電型の高濃度拡散層と、第１導電型の低濃度拡散層とを形成し、かつ前記第２主面に選択的に第２導電型の不純物拡散源の形成された前記半導体基板に、前記第２導電型の不純物拡散源よりも低濃度の第２導電型不純物を供給しながら、不純物拡散を行い、第２導電型の高濃度拡散層と、第２導電型の低濃度拡散層とを形成する第２拡散工程とを含むことを特徴とする請求項１２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の太陽電池の製造方法によって製造される太陽電池であって、
前記第２主面における前記第１導電型不純物の濃度が、前記第１主面における前記第１導電型不純物の濃度よりも低いことを特徴とする太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法、太陽電池の製造方法および太陽電池に係り、特に不純物拡散に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池の製造においては、一方の表面にｎ型の不純物、他方の表面にｐ型の不純物が拡散された半導体基板が用いられている。このような半導体基板は、例えば次のようにして形成している。すなわち、半導体基板の一方の表面上に第１導電型の不純物元素を含む第１拡散源層を形成するとともに、半導体基板の他方の表面上に第２導電型の不純物元素を含む第２拡散源層を形成する。そして、各拡散源層が形成された複数枚の半導体基板を、一方の表面および他方の表面の向きを揃えて拡散炉内に配置する。半導体基板を拡散炉内に配置後、半導体基板に熱処理を施して、各拡散源層に含まれる不純物拡散成分を半導体基板内に熱拡散させる。
【０００３】
拡散炉での熱処理時、不純物拡散成分の一部は、拡散炉内のガス雰囲気中にアウトディフュージョンすなわち外方拡散する。この外方拡散のため、互いに隣接する半導体基板の一方の第１拡散源層と、他方の第２拡散源層とを向かい合わせて複数の半導体基板を拡散炉内に配列する従来の方法では、一方の半導体基板の第１拡散源層からガス雰囲気中に放出された不純物元素を含む不純物拡散成分が、他方の半導体基板の第２拡散源層に付着してしまうおそれがあった。また、他方の半導体基板の第２拡散源層からガス雰囲気中に放出された不純物元素を含む不純物拡散成分が、一方の半導体基板の第１拡散源層に付着してしまうおそれがあった。この場合、拡散させようとする不純物元素の導電型と異なる導電型の不純物元素が半導体基板の表面に拡散する異常拡散が発生してしまう場合があった。
【０００４】
この異常拡散を防ぐ方法としては、例えば、拡散炉内に配列する半導体基板間の距離を広げて、一方の半導体基板の拡散源層から放出された不純物元素を含む不純物拡散成分が隣接する半導体基板に到達することを防ぐ方法が考えられる。
【０００５】
また、他の方法として特許文献１には、ｎ型の不純物元素を含む不純物拡散成分を有機溶剤に溶かしたものと、ｐ型の不純物元素を含む不純物拡散成分を有機溶剤に溶かしたものとを、１枚の半導体基板の別々の面にそれぞれ塗布した後に、複数の半導体基板を、同じ導電型の不純物元素を含む不純物拡散成分を含む拡散源層同士が対向するようにして拡散炉内に配列することで、熱拡散時に各拡散源層から拡散炉内のガス雰囲気中に放出された不純物拡散成分は、隣接する半導体基板の同一導電型の拡散源層に付着することになり、異常拡散の発生を防ぐ点が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１７１６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した半導体基板間の距離を拡げる方法では、熱処理時に炉内に流す気体の流量によっては外方拡散防止に必要な距離を広めに取る必要が生じることになる。このため、拡散炉内に一度に載置できる半導体基板の枚数が極端に減り、半導体基板の生産効率が低下してしまうという問題があった。
【０００８】
また、上記特許文献１の方法でも、隣接する基板同士の距離が近いと外方拡散防止の効果は十分には期待できず、また、半導体基板の両面に不純物拡散源すなわちドーパント材料を塗布することが前提であるために例えば少なくとも一方の面に気相拡散法を適用する場合には使用できない。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の半導体基板を熱処理により作製する方法において、拡散炉内で一度に処理できる半導体基板数を多く確保しつつ、異常拡散の発生を抑えることの可能な半導体装置の製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１導電型の不純物拡散源が形成された第１主面と、第１主面に対向する第２主面とを有する半導体基板に対し、第２主面に対して、第２導電型の不純物拡散源を供給して、第１主面に第１導電型拡散層、第２主面に第２導電型拡散層を形成する不純物拡散工程を含む半導体装置の製造方法である。第１主面を内側にして向かい合うようにそれぞれ２枚の半導体基板を配列して構成された第１および第２の被処理基板群間に、第１および第２の被処理基板群間で、第２主面が向かい合う位置に、少なくとも１枚の基板を挟んで、熱処理を行う熱拡散工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、拡散炉内で一度に処理できる半導体基板数を多く確保しつつ、異常拡散の発生を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１の太陽電池の製造方法で形成された太陽電池を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図２】（ａ）から（ｄ）は、実施の形態１の太陽電池の製造方法を示す工程断面図
【図３】（ａ）から（ｃ）は、実施の形態１の太陽電池の製造方法を示す工程断面図
【図４】実施の形態１の太陽電池の製造方法における拡散工程を示す模式図
【図５】実施の形態１の太陽電池の製造方法を示すフローチャート
【図６】実施の形態１の不純物拡散装置を示す模式図
【図７】実施の形態１の不純物拡散装置に接続する拡散用ガス発生装置の模式図
【図８】実施の形態１の不純物拡散装置で使用する親ボートおよび子ボートの構造を示す模式図
【図９】実施の形態１の不純物拡散装置で用いられる拡散制御基板を示す図
【図１０】実施の形態２の太陽電池の製造方法で形成された太陽電池を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図１１】（ａ）から（ｄ）は、実施の形態２の太陽電池の製造方法を示す工程断面図
【図１２】（ａ）から（ｃ）は、実施の形態２の太陽電池の製造方法を示す工程断面図
【図１３】実施の形態２の太陽電池の製造方法における拡散工程を示す模式図
【図１４】実施の形態２の太陽電池の製造方法における拡散工程を示す模式図
【図１５】実施の形態２の太陽電池の製造方法を示すフローチャート
【図１６】実施の形態３の太陽電池の製造方法における拡散工程を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法、太陽電池の製造方法および太陽電池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く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の太陽電池の製造方法で形成された太陽電池を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２（ａ）から（ｄ）および図３（ａ）から（ｃ）は、実施の形態１の太陽電池の製造方法を示す工程断面図である。図４は、実施の形態１の太陽電池の製造方法における拡散工程を示す模式図、図５は、実施の形態１の太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。実施の形態１では、複数枚の半導体基板を一括処理するに際し、第２主面を内側にして向かい合うようにそれぞれ２枚の半導体基板を配列した第１および第２の被処理基板群間に、第１主面が向かい合う位置に、少なくとも１枚のシリコン基板からなる拡散制御基板２０を挟んで、配置し熱処理を行うことを特徴とするものである。実施の形態１では、第１導電型の不純物拡散源が形成された受光面１Ａである第１主面と、受光面１Ａに対向する裏面１Ｂである第２主面とを有する半導体基板であるｎ型単結晶シリコン基板１に対し、第２主面１Ｂに対して第１導電型とは逆導電型である第２導電型の不純物拡散源としてオキシ塩化リンＰＯＣｌ3を供給して、受光面１Ａ側となる第１主面に第１導電型拡散層としてｐ型拡散層２、裏面側１Ｂとなる第２主面に第２導電型拡散層としてｎ型拡散層４を形成する不純物拡散工程において、半導体基板間に拡散制御基板２０であるシリコン基板を配し、複数枚の太陽電池基板を一括処理する。
【００１５】
この方法では、半導体基板に第２導電型の不純物を拡散し、第２導電型拡散層を形成する際の外方拡散は隣接する基板すなわち拡散制御基板２０の表面に生じ、１つおきに配置した半導体基板への影響は小さくなる。これにより、第１導電型の不純物拡散成分を含む拡散源層を有する面に対しての第２導電型の不純物の形成を防ぐことができ、リーク電流の発生を抑制する。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法について詳細に説明するが、説明に先立ち、拡散に用いられる装置について説明する。図６は、実施の形態１に係る太陽電池の製造方法における不純物拡散方法で用いられる不純物拡散装置を示す模式図であり、図７は、実施の形態１の不純物拡散装置に接続する拡散用ガス発生装置の模式図、図８は、実施の形態１の不純物拡散装置で使用する親ボートおよび子ボートの構造を示す模式図である。
【００１７】
実施の形態１に係る不純物拡散装置１００は、図６に示すように、円筒状の石英チューブ１０１と、円筒状のヒーター１１０とから構成された横型炉で構成されている。円筒状のヒーター１１０は、石英チューブ１０１の外周部に、石英チューブ１０１を均一に加熱するように配置されている。
【００１８】
石英チューブ１０１の、図６において右側にある端部１０９は、後述する親ボート１１６の出入口となっている。図示しないが、この出入口には、この出入口を閉塞するための扉と、この扉を開いたときに石英チューブ１０１内に残留するパージガスを収集するための排気フードとが設置されている。石英チューブ１０１の左側の端部は、閉塞され、後述する拡散用ガス導入管１０２が挿通されている。なお、石英チューブ１０１にて熱処理を施す場合の様子を示すために、石英チューブ１０１内には基板１０７を載せた子ボート１０８が示されているが、子ボート１０８を載せて炉内へ搬送する親ボート１１６は省略している。また、石英チューブ１０１の中ほどよりも、右側の出入口側の上方に、拡散用ガス排出口１０４が設けられている。図６に、拡散用ガス排出方向１０５を矢印で示す。また、石英チューブ１０１の拡散用ガス導入管１０２側および出入口である端部１０９側に、円盤状のシリコン基板からなるヒートバリア１０６ａ,１０６ｂが配設されている。
【００１９】
図６に示した、不純物拡散装置１００の拡散用ガス導入管１０２には拡散用ガス発生装置で生成された拡散用ガスが供給される。拡散用ガス発生装置１１１は、図７に示すように、液体拡散源１１３を収容する容器１１２と、キャリヤガスを石英チューブ１０１内に供給するキャリヤガス導入管１１５と、液体拡散源１１３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１１４とを有している。拡散用ガス発生装置１１１は、バブリングにより液体拡散源１１３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１０２を介して、当該拡散用ガスを石英チューブ１０１内に導入する。
【００２０】
液体拡散源１１３には、例えば塩化ホスホリルすなわちオキシ塩化リンを用いるとよい。キャリヤガスおよびソースガスには、窒素ガスまたは酸素ガスあるいはそれらを混合させた混合ガスを用いる。
【００２１】
図８は、略長方形の受け皿をなす親ボート１１６の上に子ボート１０８を配置したものでこれは、石英チューブ１０１の中心軸Ｄ1方向に、配置したものである。複数の子ボート１０８を載置する場合には、石英チューブ１０１の中心軸方向に、並べるとよい。子ボート１０８は、石英ガラスを溶接して籠状に形成したものである。被処理基板であるｎ型単結晶シリコン基板１は、後述するように、２枚ずつ、ｐ型拡散層２の形成された面が内側に来るように重ねられ被処理基板群を構成し、被処理基板群の間に拡散制御基板２０が配される。被処理基板群および拡散制御基板２０では、厚さ方向が石英チューブ１０１の長手方向に垂直な方向に等間隔に整列されて子ボート１０８内に配置されている。親ボート１１６は、同じく石英ガラスを組み合わせ、これを溶接して台車のように形成したものである。拡散用ガスは、子ボート１０８内を自由に流れることができる。
【００２２】
次に、実施の形態１の太陽電池について製造方法とともに説明する。図１（ａ）および（ｂ）は、実施の形態１の太陽電池の製造方法で得られる太陽電池である。本実施の形態１に係る太陽電池の製造工程では、結晶系半導体基板として受光面１Ａと裏面１Ｂを有するｎ型単結晶シリコン基板１を用いる。ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面１Ａにはｐ型拡散層２が形成されている。ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面１Ｂのあらかじめ決定された一部の領域に第１拡散源である、高濃度のリンを含有するドーパントペーストからなる高濃度ｎ型不純物拡散源４ａを形成しておく。そして、高濃度ｎ型不純物拡散源４ａから不純物としてリンを拡散させることによって第１不純物拡散層として高濃度のｎ型拡散層４を形成する。こののち、ｐ型拡散層２および高濃度のｎ型拡散層４上にパッシベーション膜６ａ,６ｂである窒化シリコン膜を形成する。そして、受光面１Ａ側に受光面電極を構成する集電電極７ａ、裏面１Ｂ側に裏面電極を構成する集電電極７ｂが形成される。受光面電極を構成する集電電極７ａはグリッド電極７ａＧとバス電極７ａＢとで構成される。一方裏面電極を構成する集電電極７ｂについても図示しないがグリッド電極およびバス電極が形成される。
【００２３】
以下に、添付した図面を参照して、本発明に係る太陽電池の製造方法の実施の形態を詳細に説明する。図２（ａ）から（ｄ）および図３（ａ）から（ｃ）は、実施の形態１に係る太陽電池の製造工程を示す工程断面図である。図５は、同製造工程を示すフローチャートである。まず、スタートステップＳ０００で、図２（ａ）に示すように、半導体基板であるｎ型単結晶シリコン基板１を用意する。次いで、テクスチャー形成ステップＳ００１で、図２（ｂ）に示すようにｎ型単結晶シリコン基板１の第１主面である受光面１Ａおよび第２主面である裏面１Ｂ側にテクスチャー１Ｔと呼ばれる凹凸構造を形成する。凹凸の形成には、酸性またはアルカリ性のエッチング溶液を用いる。凹凸形成は受光面１Ａ側だけでも良い。また凹凸形成前に、基板表面のダメージ層を除去する工程を実施しても良い。加えてダメージ層除去工程後に、基板内不純物のゲッタリング処理を施すと性能向上に望ましい。ゲッタリング処理としては、リン拡散処理などを用いる。受光面１Ａ側の表面のみ凹凸を形成して裏面１Ｂ側の表面を平坦に保つには、受光面１Ａ側の表面のみにエッチング液を接触させる処理、または裏面１Ｂ側に保護膜を形成した状態でｎ型単結晶シリコン基板１をエッチングする処理を行う。
【００２４】
凹凸を形成した後、図２（ｃ）に示すように基板の片面にボロン層２ａ、酸化シリコン層３をこの順番で常圧化学気相成長（ＡＰＣＶＤ：Ａｔｏｍｏｓｕｐｈｅｒｅ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて形成する。ボロン層２ａの層厚は３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下、酸化シリコン層３の層厚は５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とするとよい。なお、酸化シリコン層３は後述するリン層を除去する際に、ボロン層２ａを保護するために成膜するが、ボロン層２ａが厚い場合または後述するリン層形成段階で形成される膜厚が小さい場合などには必ずしも形成しなくてもよい。そして、ステップＳ００２で、ボロン層２ａおよび酸化シリコン層３を形成した後に基板を加熱することで、ボロンを拡散させ、ｐ型拡散層２が形成される。加熱工程でさらに酸化が進み、ステップＳ００３で、所望の膜厚の表面に酸化シリコン層３が形成される。ここでボロン層２ａは、実際にはボロン含有のガラス層となっている場合も多いが、熱処理により、ｐ型拡散層２となればよい。
【００２５】
次に、ステップＳ００４で、図２（ｄ）に示すようにｎ型の拡散源層４ａを形成し、図３（ａ）に示すように高濃度のｎ型拡散層４および低濃度のｎ型拡散層５を形成する。なお、拡散源層４ａは後述するリンと同じ導電型とする。なお、ｎ型の拡散源層４ａは、例えばペースト印刷を施すなどすると良い。続いて気相でリンを熱拡散させることで、基板面内で選択的な抵抗パターンの拡散層を形成することができる。また気相でのリン拡散は例えば気相ＰＯＣｌ3などを拡散源として用いることができる。ここで、気相でのリン拡散を実施した際、ｎ型単結晶シリコン基板１の両面にｎ型拡散層が形成され、さらに基板表面付近にはリンの高濃度層である高濃度のｎ型拡散層４が形成される。このため、基板の片面すなわちボロン層形成面である受光面１Ａ、あるいはｎ型単結晶シリコン基板１の厚さ方向すなわち側面のリンと、もう片面である裏面１Ｂすなわち拡散源層４ａを形成した面のリンとの高濃度層を例えばＨＦなどを用いて除去することにより、図３（ａ）に示すような構造が得られる。低濃度のｎ型拡散層５は気相により形成される。なお、図３（ａ）には酸化シリコン層３を記載しているが、前述したＨＦなどの処理の際に除去してしまっても良い。
【００２６】
次に図３（ｂ）に示すように、ステップＳ００５で、受光面１Ａおよび裏面１Ｂにパッシベーション膜６ａ，６ｂを形成する。パッシベーション膜６ａ，６ｂには窒化シリコン膜を用いるが、例えば、酸化シリコン膜、あるいは窒化シリコン膜などの絶縁膜を用いるとよく、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との積層構造を用いてもよい。
【００２７】
パッシベーション膜６ａ，６ｂを形成した後、ステップＳ００６で、図３（ｃ）に示すようにパッシベーション膜６ａ，６ｂ上に金属ペーストで構成される集電電極７a，７ｂをスクリーン印刷法で電極パターンを形成する。受光面１Ａ側の集電電極７aの幅は遮光を抑えるためには狭いほどよいが、集電抵抗が増加してしまう。したがって受光面１Ａ側の集電電極７ａは層厚が大きいことが望ましく、同じパターンで繰り返して重ねるようにスクリーン印刷する方法を用いてもよい。そして焼成ステップＳ００７を経て図１（ａ）および（ｂ）に示した太陽電池が形成される。実施の形態１では受光面１Ａ側の集電電極７ａのバス電極７ａＢの幅を７０μｍ、層厚を４０μｍとした。なお、スクリーン印刷の他に、めっき法などを使用してもよい。裏面１Ｂ側の集電電極７ｂはパッシベーション膜６ｂ上に全面印刷で形成することもできる。受光面１Ａ側の集電電極７ａ、裏面１Ｂ側の集電電極７ｂの印刷後、焼成をおこなう。
【００２８】
以上の工程で太陽電池が形成されるが、実施の形態１の不純物元素の拡散方法について詳細に説明する。図４は、図８において子ボート１０８に挿入された基板１０７に相当する。図４は、すなわち被処理基板である太陽電池形成用基板１０と拡散制御基板２０とを、基板の整列方向から見た場合の様子を示す。太陽電池形成用基板１０は、太陽電池を形成するための拡散源の形成されたｎ型単結晶シリコン基板１であり、図２（ｄ）に示したように、ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面１Ａ側にｐ型拡散層２および酸化シリコン層３を形成し、裏面１Ｂ側にｎ型の拡散源層４ａを形成したものである。子ボート１０８に載置された基板１０７は型単結晶シリコン基板１と、このｎ型単結晶シリコン基板１とは同じ大きさのノンドープの単結晶シリコン基板からなる拡散制御基板２０とから構成されている。この拡散制御基板２０は、平坦な表面を持つ基板としたが、図２（ｂ）に示したｎ型単結晶シリコン基板１のテクスチャー１Ｔと同様の凹凸構造を有するようにしてもよい。このｎ型単結晶シリコン基板１は、図２（ｄ）における状態での基板を示し、一方の基板表面つまり裏面１Ｂ側にｎ型の不純物拡散成分を含むｎ型の拡散源層４ａを有し、もう一方の基板表面つまり受光面１Ａ側に第１導電型とは逆導電型のｐ型拡散層２を有する基板である。
【００２９】
拡散制御基板２０としてノンドープの単結晶シリコン基板を用いた場合、拡散制御基板２０からの不純物の拡散がないため、ｎ型単結晶シリコン基板１に戻る不純物量が増えることがなく、制御性が良好であるという特徴がある。また、太陽電池形成用基板１０に用いられるｎ型単結晶シリコン基板１と同一の単結晶引上げ工程で得られたインゴットの端部から切り出したウエハのうち、欠陥を持つ不良ウエハを用いても良い。この場合、太陽電池形成工程におけるテクスチャー形成工程まで同様にして行い、これを拡散制御基板として使用することで、テクスチャーを持つ拡散制御基板２０を得ることができる。また製造工数を増大することなく、本来、棄却する不良ウエハを用いることができ、コストの増大を招くことなく使用可能である。またこの拡散制御基板２０は熱拡散炉の洗浄工程で治具と一緒に洗浄してもよいし、太陽電池形成用基板１０の洗浄工程とともに洗浄することで、繰り返し使用可能である。
【００３０】
また、拡散制御基板２０として、拡散工程で形成される拡散層と同一の不純物元素を同等の濃度で含有するウエハを用いた場合は、より高精度の不純物濃度を持つ拡散を実現することが可能となる。
【００３１】
子ボート１０８に、太陽電池形成用基板１０である、ｎ型の拡散源層４ａを形成したｎ型単結晶シリコン基板１と拡散制御基板２０とを配置する方法は、まず、２枚の太陽電池形成用基板１０を、ｎ型の拡散源層４ａが外側を向き、ｐ型拡散層２が内側を向くように並べ、次にこれら２枚の太陽電池形成用基板１０の両側に拡散制御基板２０を１枚ずつ配置し、さらにその次には２枚の太陽電池形成用基板１０を、ｎ型の拡散源層４ａが外側を向き、ｐ型拡散層２が内側を向くようにして繰り返し並べて配置する。ここで受光面１Ａ側のｐ型拡散層２は、ｐ型拡散源であるボロン層２ａが熱処理によりｎ型単結晶シリコン基板１表面に拡散されて拡散層となったものであるが、ｎ型拡散層を形成する際の熱処理温度が当該ｐ型不純物の拡散温度以上である場合は、さらに拡散源としても作用することになる。
【００３２】
このようにして配置された複数の太陽電池形成用基板１０を配列した被処理基板群と拡散制御基板２０とを載置した子ボート１０８を、親ボート１１６上に載置し、石英チューブ１００内へ移送する。石英チューブ１０１ではヒーター１１０で熱を加えることにより、拡散源層４ａを熱拡散させる。ヒーターで加熱した際、拡散源層４ａから基板内部に拡散する成分の他に基板外部に外方拡散する成分が存在する。太陽電池形成用基板１０であるｎ型単結晶シリコン基板１の拡散源層４ａは拡散制御基板２０と向かい合っているため、拡散制御基板２０には隣接する左右の拡散源層４ａからの外方拡散成分が付着するが、拡散制御基板２０が障壁の役割を果たすために、隣接するｎ型単結晶シリコン基板１の基板同士の外方拡散は互いに及ぶ程度に抑制されることになる。
【００３３】
なお、拡散制御基板２０に関して、表面に凹凸構造のある基板を用いた際には、表面がより平坦な構造の基板を用いる場合に比べて、図３（ａ）の状態で拡散制御基板２０と隣接するｎ型単結晶シリコン基板１において方向Ａ１から測定したシート抵抗値が低くなり、かつ面内均一性が高いという効果が得られる。かかる効果は、表面が凹凸構造である場合には表面がより平坦な構造の場合に比べて基板の表面積が大きいことによると考えられる。ＰＯＣｌ3などの気相によって拡散制御基板２０に堆積するリンの量は、拡散制御基板２０の表面積が大きい場合には、表面積の小さい場合に比べて多いために、拡散制御基板２０に堆積したリンが隣接する太陽電池形成用基板１０を構成するｎ型単結晶シリコン基板１に対して堆積させる効果をもたらすと考えられる。
【００３４】
実施の形態１では、基板面内で選択的な抵抗パターンの拡散層を形成する場合に、低抵抗領域形成のために使用する拡散源層４ａによって生じる外方拡散を抑制することが目的であるが、図９に断面図を示すように、拡散制御基板２０として表面に凹凸構造のある基板を用いた際には、ＰＯＣｌ3が拡散源層４ａの拡散剤による低抵抗効果を高める効果があり、拡散剤を低減させることが可能であるといえる。なお、高抵抗での制御には拡散制御基板２０を表面がより平坦な構造の基板とすると良い。
【００３５】
以上説明したように実施の形態１の不純物拡散装置を用いた不純物拡散方法によれば、太陽電池形成用基板１０を形成するための半導体基板からの外方拡散は主として拡散制御基板２０に生じ、他のｎ型単結晶シリコン基板１への外方拡散を抑制することが可能となる。
【００３６】
また、実施の形態１で用いた不純物拡散装置によれば、太陽電池形成用基板１０の第１主面である受光面１０Ａと拡散制御基板２０との間に形成される第１の間隔は、第２主面である裏面１０Ｂ同士の間に形成される第２の間隔よりも大きくするのが望ましい。これにより、対向する第２導電型の基板面への拡散剤の外方拡散による回り込みの影響が抑制される。
【００３７】
実施の形態１で用いた不純物拡散装置によれば、裏面１０Ｂに選択的に形成されたドーパントペーストから効率よく選択拡散が実現される。また、裏面１０Ｂへの不純物拡散を実現する不純物拡散源は、気体を含み、ＰＯＣｌ3から析出したリン層から低濃度のｎ型拡散層５が形成される。
【００３８】
なお、拡散制御基板２０としては、テクスチャーを形成したノンドープの単結晶シリコン基板に限定されることなく、例えばドープト単結晶シリコン、多結晶シリコンをはじめとするシリコン系基板、あるいは石英などの基板を用いることが可能である。
【００３９】
実施の形態２．
実施の形態２にかかる不純物拡散方法は、実施の形態１と比較して拡散源層と拡散層の構成に特徴を有する。実施の形態１ではｎ型の拡散源層を用いた選択拡散を行ったが実施の形態２ではｐ型の拡散源層をも用いた選択拡散を行う。以下に、実施の形態２の太陽電池の製造方法を説明する。
【００４０】
図１０は、実施の形態２の太陽電池の製造方法で形成された太陽電池を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１１（ａ）から（ｄ）および図１２（ａ）から（ｃ）は、実施の形態２の太陽電池の製造方法を示す工程断面図である。図１３および図１４は、実施の形態２の太陽電池の製造方法における拡散工程を示す模式図、図１５は、実施の形態２の太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。
【００４１】
本実施の形態の太陽電池は、選択的に第１導電型の不純物拡散源の形成された半導体基板に、第１導電型の不純物拡散源よりも低濃度の第１導電型の不純物を供給しながら、不純物拡散を行い、第１導電型の高濃度拡散層と、第１導電型の低濃度拡散層とを形成する第１拡散工程と、第１主面に、第１導電型の高濃度拡散層と、第１導電型の低濃度拡散層とを形成し、かつ第２主面に選択的に第２導電型の不純物拡散源の形成された半導体基板に、第２導電型の不純物拡散源よりも低濃度の第２導電型の不純物を供給しながら、不純物拡散を行い、第２導電型の高濃度拡散層と、第２導電型の低濃度拡散層とを形成する第２拡散工程とで得られる。
【００４２】
まず、スタートステップＳ０００で、図１１（ａ）に示すように、実施の形態１の図２（ａ）と同様に半導体基板であるｎ型単結晶シリコン基板１１を用意する。
【００４３】
図１１（ｂ）では図２（ｂ）と同様に、ステップＳ１０１で、このｎ型単結晶シリコン基板１１の表面にテクスチャー１１Ｔと呼ばれる凹凸構造を形成する。
【００４４】
凹凸構造を形成した後、図１１（ｃ）に示すようにｎ型単結晶シリコン基板１１の片面にｐ型の拡散源層１２ａをペーストなどにより形成し、ステップＳ１０２で、図６と同様の石英チューブ炉を用いた不純物拡散装置で熱を加えて拡散させる。
【００４５】
次に、酸化シリコン層の形成ステップＳ１０３で、ボロン層１３および酸化シリコン層１４をこの順番で常圧化学気相成長法を用いて形成することで図１１（ｄ）に示すような構造が得られる。ボロン層１３の層厚は３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とし、酸化シリコン層１４の層厚は５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とするとよい。ボロン層１３、酸化シリコン層１４を形成した際に、次に基板を加熱することで、ボロンを拡散させボロン層１３は低濃度のｐ型拡散層となる。
【００４６】
次に、ｎ型拡散源層および拡散層形成ステップＳ１０４で図１２（ａ）に示すように高濃度のｎ型の拡散源層１５ａを形成した後、拡散させ高濃度のｎ型拡散層１５および低濃度のｎ型拡散層１６を形成する。なお、拡散源層１５ａは後述するリンと同じｎ型とする。続いて気相でリンを熱拡散させることで、基板面内で選択的な抵抗パターンの拡散層を形成することができる。なお、前述したｎ型拡散源層１５ａは、例えばペースト印刷を施すなどすると良い。また気相でのリン拡散は例えば気相ＰＯＣｌ3などを用いることができる。
【００４７】
ここで、気相でのリン拡散を実施した際、基板の両面にリンの拡散層が形成され、さらに基板表面付近にはリンの高濃度層が形成されるため、基板の片面である受光面１１Ａであるボロン層形成面あるいは基板の厚さ方向のリンと基板のもう片面である裏面１１Ｂすなわちｎ型の拡散源層１５ａを形成した面のリンの高濃度層を例えばＨＦなどを用いて除去することにより、図１２（ｂ）に示すような構造が得られる。低濃度のｎ型拡散層１６は気相により形成されたリンを含有する拡散源からの拡散で形成される。
【００４８】
なお、図１２（ｂ）には酸化シリコン層１４を記載してあるが、前述のＨＦなどの処理の際に除去してしまっても良い。次に図１２（ｃ）に示すように、パッシベーション膜１７ａと１７ｂを形成する。パッシベーション膜１７ａと１７ｂとしては例えば、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜などの絶縁膜を用いてもよく、またこれらの積層構造としてもよい。
【００４９】
ステップＳ１０５で、パッシベーション膜１７ａと１７ｂを形成する。この後、電極パターン形成ステップＳ１０６で、パッシベーション膜１７ａ，１７ｂ上に金属ペーストで構成される集電電極１８ａ,１８ｂをスクリーン印刷法で形成する。受光面側の集電電極１８ａの幅は遮光を抑えるためには狭いほどよいが、抵抗が増加してしまう。したがって受光面側の集電電極１８ａは層厚が大きいことが望ましく、同じパターンで繰り返して重ねるようにスクリーン印刷する方法を用いてもよい。本実施の形態では受光面側の集電電極１８ａの幅を７０μｍ、層厚を４０μｍとした。なお、スクリーン印刷の他に、めっき法などを使用してもよい。裏面側の集電電極１８ｂはパッシベーション膜１７ｂ上に全面印刷で形成することもできる。受光面側の集電電極１８ａ，裏面側の集電電極１８ｂの印刷後、焼成ステップＳ１０７で焼成をおこない、ファイアスルーにより集電電極１８ａ，１８ｂはパッシベーション膜１７ａ，１７ｂを貫通してそれぞれ高濃度のｐ型拡散層１２および高濃度のｎ型拡散層１５にコンタクトする。
【００５０】
以上の工程で太陽電池が形成されるが、実施の形態２の不純物元素の拡散方法について詳細に説明する。図１３は図８において子ボート１０８に挿入された基板を、基板の整列方向から見た場合の様子を示す。実施の形態２での拡散制御基板２０は太陽電池形成用基板１０と同じ大きさの拡散制御基板２０から構成されているが、拡散制御基板２０は凹凸構造を有することに特徴がある。太陽電池形成用基板１０は、図１１（ｃ）における状態での基板を示し、一方の基板表面にｐ型の不純物拡散成分を含むｐ型の拡散源層１２ａを有する基板である。また拡散制御基板２０としては、実施の形態１で用いたのと同様であり、例えばシリコンまたは石英などの基板であれば良い。子ボート１０８に太陽電池形成用基板１０と拡散制御基板２０を配置する方法は、まず、２枚の太陽電池形成用基板１０を、ｐ型の拡散源層１２ａが外側を向くように並べ、次に前述の２枚の太陽電池用基板の両側に拡散制御基板２０を１枚ずつ配置し、さらにその次には２枚の太陽電池形成用基板１０を、ｐ型の拡散源層１２ａが外側を向くようにして繰り返し並べて配置する。
【００５１】
このようにして配置された複数の太陽電池用基板１０および拡散制御基板２０を載置した子ボート１０８を、親ボート１１６上に載置し、石英チューブ１０１内へ移送する。石英チューブ１０１ではヒーター１１０で熱を加えることにより、ｐ型の拡散源層１２ａを熱拡散させる。ヒーター１１０で加熱した際、ｐ型の拡散源層１２ａから基板内部に拡散する成分の他に基板外部に外方拡散する成分が存在する。太陽電池形成用基板１０のｐ型の拡散源層１２ａは拡散制御基板２０と向かい合っているため、拡散制御基板２０には隣接する左右のｐ型の拡散源層１２ａからの外方拡散成分が付着するが、拡散制御基板２０が障壁の役割を果たすために、隣接する太陽電池形成用基板１０の基板同士の外方拡散は互いに及ぶ程度が抑制されることになる。
【００５２】
図１４は図８において子ボート１０８に挿入された図１２（ａ）の状態にある太陽電池形成用基板１０を、基板の整列方向から見た場合の様子を示す。本実施の形態での拡散制御基板３０は太陽電池形成用基板１０と同じ大きさの基板から構成されているが、拡散制御基板３０は凹凸構造を有することに特徴がある。太陽電池形成用１０は、図１２（ａ）における状態での基板を示し、一方の基板表面にｐ型の不純物拡散成分を含む拡散源層１２ａと同じｐ型の不純物拡散成分を含むｐ型拡散層１２ａを有し、他方の基板表面にｎ型の不純物拡散成分を含むｎ型の拡散源層１５ａを有する基板である。また拡散制御基板３０としては例えばシリコンや石英などの基板であれば良い。子ボート１０８に太陽電池形成用基板１０と拡散制御基板３０を配置する方法は、まず、２枚の太陽電池形成用基板１０を、ｎ型の拡散源層１５ａが外側を向くように並べ、次に前述の２枚の太陽電池形成用基板１０の両側に拡散制御基板３０を１枚ずつ配置し、さらにその次には２枚の太陽電池形成用基板１０を、ｎ型の拡散源層１５ａが外側を向くようにして繰り返し並べて配置する。
【００５３】
このようにして配置された複数の太陽電池形成用基板１０と、間挿用の拡散制御基板３０とを載置した子ボート１０８を、親ボート１１６上に載置し、石英チューブ１００内へ移送する。石英チューブ１０１ではヒーター１１０で熱を加えることにより、拡散源層５ａを熱拡散させる。ヒーター１１０で加熱した際、ｎ型の拡散源層１５ａから基板内部に拡散する成分の他に基板外部に外方拡散する成分が存在する。太陽電池形成用基板１０のｎ型の拡散源層１５ａは拡散制御基板３０と向かい合っているため、拡散制御基板３０には隣接する左右のｎ型の拡散源層１５ａからの外方拡散成分が付着するが、拡散制御基板３０が障壁の役割を果たすために、近接する太陽電池形成用基板１０の基板同士の外方拡散は互いに及ぶ程度が抑制されることになる。
【００５４】
このようにして得られた太陽電池では、裏面１０Ｂにおける第１導電型の不純物つまりボロンの濃度が、受光面１０Ａにおける高濃度の領域以外のボロン濃度よりも低くなっている。これは、対向する基板面への拡散剤の外方拡散による回り込みの影響が抑制される結果、不純物の形成を防ぐことができたためである。したがって、リーク電流の発生を抑制することができる。
【００５５】
なお、拡散制御基板３０として、表面に凹凸構造のある基板を用いた際には、表面がより平坦な構造の基板を用いる場合に比べて、図１２（ｂ）の状態で拡散制御基板３０と隣接する太陽電池形成用基板１０において方向Ａ３から測定したシート抵抗値が低くなり、かつ面内均一性が良いという効果が得られる。上記の効果は、表面が凹凸構造の場合には表面がより平坦な構造の場合に比べて拡散制御基板３０の表面積が大きいことによると考えられる。ＰＯＣｌ3などの気相によって拡散制御基板３０に堆積するリンの量は、拡散制御基板３０の表面積が大きい場合には、表面積の小さい場合に比べて多いために、拡散制御基板３０に堆積したリンが隣接する太陽電池形成用基板１０に対して堆積させる効果をもたらすと考えられる。
【００５６】
実施の形態２では、基板面内で選択的な低抵抗パターンの拡散層を形成する場合に、低抵抗領域形成のために使用する拡散剤によって生じる外方拡散を抑制することが目的であるが、拡散制御基板３０として表面に凹凸構造のある基板を用いた際には、ＰＯＣｌ3が拡散剤による低抵抗効果を高める効果があり、拡散剤を低減させることが可能であるといえる。なお、高抵抗での制御には拡散制御基板３０を表面がより平坦な構造の基板とすると良い。
【００５７】
また、拡散制御基板３０としては、実施の形態１で用いた拡散制御基板２０と同様、テクスチャーを形成したノンドープの単結晶シリコン基板に限定されることなく、例えばドープト単結晶シリコン、多結晶シリコンをはじめとするシリコン系基板、あるいは石英などの基板を用いることが可能である。
【００５８】
以上説明した実施の形態２の不純物拡散方法を用いた太陽電池の製造方法においては、図１３に示した第１の拡散工程では、選択的に第１導電型の不純物拡散源の形成された半導体基板に、第１導電型の不純物拡散源よりも低濃度の第１導電型の不純物を供給しながら、不純物拡散を行い、第１導電型の高濃度拡散層と、第１導電型の低濃度拡散層とを形成する。そして図１４に示した第２の拡散工程では、第１主面に、導電型の高濃度拡散層と、第１導電型の低濃度拡散層とを形成し、かつ第２主面に選択的に第２導電型の不純物拡散源の形成された半導体基板に、第２導電型の不純物拡散源よりも低濃度の第２導電型の不純物を供給しながら、不純物拡散を行い、第２導電型の高濃度拡散層と、第２導電型の低濃度拡散層とを形成する。
【００５９】
図１３および図１４に示したいずれの工程においても、凹凸構造を有する拡散制御基板２０および凹凸構造を有する拡散制御基板３０を用いているため、太陽電池形成用基板１０からの外方拡散は主として隣接する拡散制御基板２０および拡散制御基板３０に生じ、他の太陽電池形成用基板１０への外方拡散を抑制することが可能となる。ここで拡散制御基板２０および拡散制御基板３０の表面状態はそれぞれ適切な凹凸密度を持たせるように形成する。
【００６０】
また、本実施の形態２においても、太陽電池形成用基板１０の受光面１０Ａと拡散制御基板２０との間に形成される第１の間隔は、裏面１０Ｂ同士の間に形成される第２の間隔よりも大きくするのが望ましい。これにより、対向する第２導電型の基板面への拡散剤の外方拡散による回り込みの影響による異常拡散が抑制され、安定して、設計値通りの不純物濃度を持つ拡散層を効率よく形成することができる。
【００６１】
実施の形態３．
なお、実施の形態１および２においては、２枚の太陽電池形成用基板をｐ型拡散層形成面を内側にして配列して形成したが、図１６に示すように、太陽電池形成用基板１０の第１主面１０Ａ同士は直重ねして配置してもよい。太陽電池形成用基板１０の第１主面１０Ａ同士に間隙を形成するのではなく、直重ねをする以外は実施の形態１と同様である。
【００６２】
実施の形態３によれば、対向する第２導電型の基板面への拡散剤の外方拡散による回り込みの影響が抑制できることに加えて、一度に処理できる基板の枚数が増えて量産効率が良くなる。なお図１６では子ボート１０８を省略しているが、子ボートに太陽電池形成用基板１０同士を直重ねできるように弾性体からなるホルダを追加してもよい。
【００６３】
なお、図１６は図４に示した実施の形態１の太陽電池の製造方法の変形例であるが、実施の形態２において、図１３および図１４に示した太陽電池の製造方法における拡散工程においても基板を直重ねして同様に配置した変形例も有効であることはいうまでもない。
【００６４】
また、以上の実施の形態１から３において、不純物拡散源を、ドーパントペーストとし、固相の拡散源とすることで、特に高濃度のｎ型拡散層４，１５と低濃度のｎ型拡散層５，１６を形成する場合などのセレクティブドープにおいて、扱いが容易で基板での拡散時に用いると有効性が高く、その際に有用性の高い印刷プロセスにおいてドーパントペーストの有効性が高い。
【００６５】
また、太陽電池の構成については実施の形態で用いた拡散型太陽電池に限定されることなく、ヘテロ接合型太陽電池など、適宜選択可能である。高温下での熱処理工程を含む太陽電池の製造方法に適用可能である。
【００６６】
さらにまた、前記実施の形態では、太陽電池について説明したが、太陽電池に限定されることなく、第１主面と第２主面に別の導電型の拡散層を有する半導体装置にも適用可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００６７】
１  ｎ型単結晶シリコン基板、２ａ  ボロン層、３  酸化シリコン層、４ａ  拡散源層、４  ｎ型拡散層、５  低濃度のｎ型拡散層、６ａ,６ｂ  パッシベーション膜、７ａ,７ｂ  集電電極、１０  太陽電池形成用基板、２０，３０  拡散制御基板、１１  ｎ型単結晶シリコン基板、１２ａ  ｐ型の拡散源層、１３  ボロン層、１４  酸化シリコン層、１５ａ  ｎ型の拡散源層、１５  高濃度のｎ型拡散層、１６  低濃度のｎ型拡散層、１７ａ,１７ｂ  パッシベーション膜、１８ａ,１８ｂ  集電電極、１００  不純物拡散装置、１０１  石英チューブ、１０２  拡散用ガス導入管、１０３  拡散用ガス導入方向、１０４  拡散用ガス排出口、１０５  拡散用ガス排出方向、１０６ａ,１０６ｂ  ヒートバリア、１０７  基板、１０８  子ボート、１０９  端部、１１０  ヒーター、１１１  拡散用ガス発生装置、１１２  拡散源容器、１１３  液体拡散源、１１４  ソースガス導入管、１１５  キャリヤガス導入管、１１６  親ボート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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