九 州 大 学 大 学 院 総 合 理 工 学 報 告第27巻 第4号 345-349頁 平 成 18 年 3 月Engineering Sciences Report, Kyushu University
Vol.27, No.4 pp.345-349, MAR. 2006

高効率両面受光太陽電池製造におけるp+層と n+層の Fe ゲッタリング能力評価
寺川 武士*1・Dong WANG *2・中島 寛*2, †(平成17年12月19日 受理)

Evaluation for Fe Gettering Ability of p+ and n+ Layersfor High-Efficiency Bifacial Si Solar Cell Fabrication
Takeshi TERAKAWA, Dong WANG and Hiroshi NAKASHIMA
E-mail of corresponding author: nakasima@astec.kyushu-u.ac.jp†Gettering behaviors of Fe into Si with p+ and n+ layers are investigated by deep-level transient
spectroscopy. The samples with p+ layer show sheet resistance independence for gettering effect. Incontrast, the samples with n+ layer show sheet resistance dependence, indicating that sheet
resistance less than 300Ω/□ is effective for the gettering. Furthermore, the sample with p+ and n+layers shows that a n+ layer is more effective than a p+ layer. The gettering mechanisms of Fe in Si
with p+ and n+ layer are discussed in details.
Key words: Fe, gettering, contamination, solar cell, DLTS, gettering behavior

1. 緒言

両面受光太陽電池セル（n+pp+構造）はその名の通り

Feゲッタリングは変換効率の改善に非常に重要である．

両面から受光でき，総合変換効率を向上させることが最近，高濃度B拡散層がFeゲッタリングサイトとしできる．さらに薄型のため使用するSi材料を低減できて有効であることを実験的に明らかにした11, 12)．しかることから低コストの太陽光発電システムを実現できし，両面受光太陽電池の構造は，p基板のおもて面にるものとして期待されている1-4)．

n+層，裏面にp+層を設けたn+pp+構造であるため，両面

現在，両面受光太陽電池は上下等によって量産化さ

受光太陽電池製造プロセスでのFeゲッタリングは，p+れており，おもて面は13.5％，裏面は11.0％，計24.5％

層だけでなくn+層によっても起こる．従って，高濃度の変換効率である．量産化成功に大きく寄与した一つB拡散層だけでなく高濃度P拡散層のFeゲッタリングに600℃の低温熱処理によるFeゲッタリングがある．

挙動，更に高濃度BとP拡散層を持つセル中でのFeゲッ600℃の低温熱処理によってバルクSi中のFeが大幅にタリング挙動も調査する必要がある．

減少した結果，少数キャリアライフタイムτが改善された．

本研究はdeep-level transient spectroscopy（DLTS）を用い上記のFeゲッタリング挙動を調査した．その結重金属であるFeはτキラーとして知られ，Bドープ

果，高濃度B拡散層によるFeゲッタリングはシート抵

したSi中のFeは，格子間Fe+と置換位置のB-と結合し抗に依存しないが高濃度P拡散層は大きく依存するこたFe-Bペアとして存在する 5-10) ．それぞれの準位はと，さらにシート抵抗が100Ω/□以下であるp+層とn+EV+0.1eV（Fe-Bペア），EV+0.4eV（格子間Fe）であ層の両者によるFeゲッタリングはp+ 層よりn+ 層の方る．Feは拡散係数が大きく，さらにプロセス環境に存が有効であることを明らかにした．

在するため，Fe汚染を避けることは困難である．もし本論文は，上記の調査結果をまとめたものである．

バルクSi中にFeが存在すると裏面で生成した電子は以下で，まず高濃度 P 拡散中に生じるリンゲッタ（注おもて面のpn接合までの移動が困難となるため，裏面入誘起ゲッタ）について述べた後，高濃度 P 拡散層にの変換効率はおもて面と比べ大幅に低くなる．従って，

よる Fe ゲッタリング挙動，高濃度 B と P 拡散層を持*1 量子プロセス理工学専攻博士課程*2 産学連携センター

つセル中での Fe ゲッタリング挙動について述べる．

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高効率両面受光太陽電池製造におけるp+層とn+層のFeゲッタリング能力評価

2. 高濃度 P 拡散による注入誘起ゲッタリング

面に n+層を設けるため，スピーンコートによって両面高濃度の P をウェーハ裏面から拡散するリンゲッタに OCD（ケイ素化合物および添加剤（P）を有機溶剤はデバイスプロセスとの整合性もよく，実用化されてに溶解したもの）を塗布し，200℃のベーキングを行n+層を形成するためった後，窒素と酸素雰囲気中 930℃で 15 分，120 分の高温熱処理中に起こる．従って，拡散層を設けた後，の熱処理を行った．片面 20µm の化学エッチングを行．このゲッタリングは，いる 13-19)

600℃程度の低温熱処理を行うゲッタリング

3, 11,った後，エッチング面に Al を蒸着し，反対面に InGa

12, 20, 21)とは，全く異なった機構である．リンゲッタを擦り付け，ショットキー接合を形成した．これらのについて以下の様な研究報告がある．

試料を室温で 24 時間以上放置した後，DLTS で測定

Ourmazd 等はリンゲッタ後，Si 基板とリンガラスを行った．

層（PSG：phospho Silicate Glass）との界面に SiP

24 時間以上の放置によって，全ての格子間 Fe+が置の化合物，そしてその周辺に NiSi2 を確認している 22)．

換位置 B-と結合し，Fe-B ペアが形成される 10）．従っ

更に，Schroter 等は，拡散層内に金属シリサイドが形て，DLTS 測定では，Fe-B ペア（EV+0.1eV）のみが成されることでゲッタリングが進行するモデルを報告

観測さる．

している 23)．また，Kang 等はリンゲッタでτが大幅850℃で Fe 汚染した試料の DLTS スペクトルを Fig.に改善された結果を報告している 24)．上記の様に，1 に示す．この試料は P 拡散を行う前の試料である．

リンゲッタ効果は広く認められており，P 拡散を行う

実験条件は，パルス幅が 20µs，逆バイアスが 5V，周実験においてもその効果が現れるはずである．

波数が 250Hz である．60Ｋ付近にピークが観測され，リンゲッタ効果を調べるため，以下の実験を行った．

このピークは Ev+0.1eV に準位を持つ FeB ペアによる実験に用いたウェーハは，p 形の Cz ウェーハ（比抵ものである．DLTS 信号の高さと定常状態の空乏層容

抗 6-8Ωcm，厚さ 260µm，Ｂ濃度 2×1015 cm-3）で量から，Fe 濃度 NFe が算出できる．試料の NFe は，ある．まず，850℃で 4 時間の Fe 汚染を行った．両8.6×1012 cm-3 と求まった．この NFe は，850℃の Fe
汚染温度での Fe の固溶度とほぼ一致した 25)．
P 拡散後の試料内の NFe を Fig. 2 に示す．試料 A，DLTS signal

B はそれぞれ 15，120 分の熱処理を行ったものである．

NFe = 8.6×1012 cm-3
8500C
0.2pF

tW = 20µs
VR = 5V
f = 250Hz

50

100 150 200 250 300
Temperature (K)Fig. 1DLTS spectrum.

両者共に NFe の大幅な減少が見られなかった．
従って，高濃度 P 拡散による注入誘起ゲッタリングだけでは，十分に NFe を減少させることができないと言える．

3. 高濃度 P 拡散層による Fe ゲッタリング挙動
3.1 実験
600℃の熱処理を用いた高濃度 P 拡散層による Fe
ゲッタリング挙動を調査するための実験手順を Fig. 3に示す．まず，850℃で 4 時間の Fe 汚染（1st）を行

Fe concentration (cm-3)

1st1013

Initial NFe

Fe contamination(8500C, 4h)

2ndP diffusion

P diffusion(33620Ω∕ )(61Ω∕ )

3rd

Low-temperature annealing(6000C)

4th Remove both surfaces (4μm)

1012Sample A(15min)

5th

Fe activation (8500C, 1h)

6thMeasurement （ DLTS ）Sample B(120min)Fig. 2 Fe gettering effect of P diffusion. Sample A :P diffusion time of 15min, sample B : P diffusion
time of 120min.

Fig. 3Experimental flow.

平成18年

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った．両面に n+層を設けるため，スピーンコートによって両面に OCD を塗布し，200℃のベーキングを分の熱処理を行った（2nd）．シート抵抗は，それぞれ 3360Ω/□（15 分），61Ω/□（120 分）である．次に Fe ゲッタリングを行うため，600℃の低温熱処理を行った（3rd）．600℃程度の低温熱処理でバルク中のFe は過飽和状態となり，Fe は表面，またバルク中の酸素析出物に析出される．表面に析出した Fe を除去するため，両面 4µｍの化学エッチング（4th）を行っ

Fe concentration (cm-3)

行った後，窒素と酸素雰囲気中 930℃で 15 分，120without1014

3360Ω/□
61Ω/□

1013
1012
1011
1010

た．ここで，バルク Si 中に析出された Fe は DLTS

050100Annealing time of 6000Cで測定することが不可能であるため，DLTS 測定前にFig. 4 Annealing time dependences of Feconcentrations in samples with n+ layer.

Fe の再活性化（5th）を行う必要がある．この再活性化条件は，初期の Fe 汚染温度 850℃で 1 時間とした．
この熱処理での拡散長 540μm は試料の厚さ（約 180一に分布する．Fe 活性化（5th）後，DLTS で NFe の測定を行った（6th）．
この様な方法を用いることによって，内部に存在する Fe と表面層にゲッターされた Fe の量を求めた．
3.2

結果と考察

1014
Fe concentration (cm-3)μm）と比べ十分大きいため，バルク Si 中の Fe は均+p+n10121011

高濃度 P 拡散層による Fe ゲッタリング挙動を Fig. 4れなかったが，61Ω/□の試料では，NFe の減少が見られた．61Ω/□の高濃度 P 拡散層は，Fe ゲッタリングとして有効であると言える．
以上の結果から，高濃度 P 拡散層による Fe ゲッタリングは，シート抵抗に依存することが明らかである．
更に，シート抵抗の違いによる Fe ゲッタリング挙動の調査を行うため ， 幅広いシート抵抗（n+ 層：61,83.2, 213, 1100, 3360Ω/□）を持った試料について調査した．また，p+層においても調査した（p+層：117,1040, 6850Ω/□）．Fe ゲッタリングは 600℃で 2.25時間の熱処理である．
実験結果を Fig. 5 に示す．p+層を設けた試料は，シート抵抗に関係なく NFe が減少した．一方，n+層を設けた試料では，シート抵抗が低くなるに伴い NFe が減少した．従って，p+層を用いた Fe ゲッタリングはシート抵抗に依存しないのに対し，n+層では大きく依存し，300Ω/□以下で表面にゲッタリングサイトが形成されると結論できる．
300Ω/□以下の試料は，P拡散によって表面領域にFeシリサイドが形成されたため，NFeが減少したと推測される．金属シリサイドはゲッタリングサイトとして働くことが知られ，2節で述べた様に，表面領域にP拡散で形成された金属シリサイドが確認されている22)．
従って，600℃の低温熱処理によって過飽和となった

Initial NFe

1013

102に示す．参考試料として n+層なしの試料も同図に示す．
シート抵抗が 3360Ω/□の試料は，NFe の減少が見ら

150

103

104

sheet resistance (Ω/□)
Fig. 5 Sheet resistance dependences of Feconcentrations in samples with p+ or n+ layer.

FeがP拡散で形成されたFeシリサイドにゲッタリングされたため，NFeが減少したと考えられる．ゲッタリング効果が見られなかった試料では，P拡散が不十分であったためにFeシリサイドが形成されなかったことで説明できる．

4. 高濃度 B と P 拡散層を持つセル中での Fe ゲッタリング挙動
4.1 実験
高濃度 B と P 拡散層を持つセル中での Fe ゲッタリ
ング挙動を調査するための実験手順を Fig. 6 に示す．
まず，850℃で 4 時間の Fe 汚染を行った（1st）．おもて面に P 拡散源を形成するため，スピーンコートによって OCD をおもて面に塗布し，200℃のベーキングを行った．裏面に B 拡散源を形成するため，裏面にス ピ ー ン コ ー ト に よ っ て PBF （ 有 機 バ イ ン ダ ー+B2O3+溶媒）を塗布し，再び 200℃のベーキングを行った．930℃で 2.5 時間の熱処理を行い，おもて面にn+層，裏面に p+層を設けた（2nd）．それぞれのシート抵抗は 100Ω/□以下である．
これらの試料に対し，600℃で 135 分の熱処理（3rd）を行った後，片面のみ化学エッチング（4th）を行っ

高効率両面受光太陽電池製造におけるp+層とn+層のFeゲッタリング能力評価

Fe contamination(8500C, 4h)

1st

2nd

Front side : P diffusion
Back side : B diffusion(9300C, 2.5h, ～100Ω/□)

3rd

Low-temperature annealing(6000C, 135min)

4th

Remove n+

5th

Fe activation (8500C, 1h)

6th

Measurement （ DLTS ）Fe concentration (cm-3)

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Fe removed by chemical etching.

1013

Fe activation

1012
Diffusion into bulk

1011

Remove p+
Fig. 7

Sample A

Sample B(Remove p+)(Remove n+)

Fe gettering ability of n+ and p+ layers..

z Formation of p+ and n+ layers.

Experimental flow.

た．この化学エッチングは，化学エッチング溶液に試料を浮かせる手法を用いた．エッチング溶液に接している Si 表面層はエッチングされ，反対側はエッチン

n+ layer

Fe concentration

p+ layerFig. 6Fe gettering site

グされない．その後，試料を取り出し，純水で洗浄しthickness

た後，850℃で 1 時間の熱処理（5th）を行った．この時，化学エッチングしなかった面に Fe の析出があz Annealing at 600℃.

れば，Fe が再びバルク中に固溶するはずである．
Fe precipitation

4.2 結果と考察
測定結果を Fig. 7 に示す．n+層を除去した試料は，NFe の減少が見られたが，p+層を除去した試料は，NFeの減少が見られなかった．これは，600℃の低温熱処

Fe gettering site

理によって，バルク中の Fe が p+層側ではなく n+層側Fe precipitationにゲッタリングされた事を意味する．従って，p+層よ．
3 節で，高濃度 B 拡散層は，シート抵抗に関係なく，また高濃度 P 拡散層は，シート抵抗が低くなるに伴い，Fe ゲッタリングが有効に働く事を明らかにした．試料のシート抵抗は，100Ω/□以下であり，それぞれの拡散層（p+層，n+層）は，Fe ゲッタリングとして十分な効果があるはずである．それにも関わらず，p+層側には Fe が集まらず，n+層側に集まった．
り n+層の方が Fe ゲッタリングとして有効である

Fig. 8 Fe gettering behavior in sample withp+ and n+ layers during annealing at 6000C.

5. 結言

著者等は高濃度 B 拡散層による Fe ゲッタリング挙

高濃度P拡散層によるFeゲッタリング挙動，高濃度B動の潜伏時間の存在を報告している 12)．もし，前述しとP拡散層を持つセル中でのFeゲッタリング挙動をた様に，P 拡散によって表面領域に Fe シリサイドがDLTSで調査した結果，以下の結論を得た．

既に形成されたなら，その潜伏時間が n+層側では必要でなくなる．即ち，Fig. 8 に示す様に，600℃の熱処

１．高濃度 P 拡散による注入誘起ゲッタリング（リン理の間，潜伏時間を必要としない n+層側に多くの Feゲッタ）は 600℃の低温ゲッタリングと比べそのが析出され，p+層側に Fe ゲッタリングサイトが形成効果は小さい．

された時には既にバルク中の Fe は大幅に減少してい２．高濃度 B 拡散層を用いた Fe ゲッタリングはシーることとなる．従って，600℃のゲッタリング処理前

ト抵抗に依存しないのに対し，高濃度 P 拡散層はの P 拡散によってゲッタリングサイトとなる Fe シリ大きく依存し，300Ω/□以下で Fe ゲッタリング

サイドが形成されたことで Fig. 7 の現象を説明できる．

として有効に働く．

平成18年

九 州 大 学 大 学 院 総 合 理 工 学 報 告３．シート抵抗が 100Ω/□以下である p+層と n+層の両者による Fe ゲッタリングは p+層より n+層の方が有効である．

謝 辞本研究を進めるにあたり，ウェーハを提供して頂いた松熊邦浩教授，上下利男博士に深く感謝致します．
また，本研究は産学連携センター内で実施されたものであり，感謝申し上げます．
参 考 文 献1)

2)

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