不純物拡散成分の拡散方法、および太陽電池の製造方法
【課題】拡散炉内に一度に載置できる半導体基板数の減少と製造工程数の増大とを防ぎながら、異常拡散の発生を抑える。
【解決手段】不純物拡散成分の拡散方法は、半導体基板１の一方の表面上にＮ型の不純物拡散成分を含むＮ型拡散剤層２を形成し、半導体基板１の他方の表面上にＰ型の不純物拡散成分を含むＰ型拡散剤層４を形成し、複数の半導体基板１を、同じ導電型の不純物拡散成分を含む拡散剤層同士が対向するようにして拡散炉内に配列し、拡散炉内で半導体基板１を加熱して、半導体基板１の一方の表面にＮ型の不純物拡散成分を拡散させるとともに、半導体基板１の他方の表面にＰ型の不純物拡散成分を拡散させることを含む。
【解決手段】不純物拡散成分の拡散方法は、半導体基板１の一方の表面上にＮ型の不純物拡散成分を含むＮ型拡散剤層２を形成し、半導体基板１の他方の表面上にＰ型の不純物拡散成分を含むＰ型拡散剤層４を形成し、複数の半導体基板１を、同じ導電型の不純物拡散成分を含む拡散剤層同士が対向するようにして拡散炉内に配列し、拡散炉内で半導体基板１を加熱して、半導体基板１の一方の表面にＮ型の不純物拡散成分を拡散させるとともに、半導体基板１の他方の表面にＰ型の不純物拡散成分を拡散させることを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不純物拡散成分の拡散方法、および太陽電池の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、一方の表面にＮ型の不純物拡散成分が拡散され、他方の表面にＰ型の不純物拡散成分が拡散された半導体基板が知られている。
【０００３】
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た。すなわち、半導体基板の一方の表面上に第１導電型の不純物拡散成分を含む第１拡散剤層を形成し、半導体基板の他方の表面上に第２導電型の不純物拡散成分を含む第２拡散剤層を形成する。そして、各拡散剤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。すなわち、互いに隣接する２つの半導体基板のうち、一方の半導体基板の第１拡散剤層と、他方の半導体基板の第２拡散剤層とが向かい合うようにして、複数の半導体基板を拡散炉内に配置する。そして、拡散炉内で半導体基板に熱処理を施して、各拡散剤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。
【０００４】
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放出（アウトディフュージョン）される。そのため、互いに隣接する半導体基板の一方の第１拡散剤層と、他方の第２拡散剤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拡散剤層からガス雰囲気中に放出された不純部拡散成分が、他方の半導体基板の第２拡散剤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拡散剤層からガス雰囲気中に放出された不純部拡散成分が、一方の半導体基板の第１拡散剤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拡散成分の導電型と異なる導電型の不純物拡散成分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。
【０００５】
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素子間の距離を拡げて、一方の半導体基板の拡散剤層から放出された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。
【０００６】
また、他の方法として、特許文献１には、第１拡散剤層を形成して第１導電型の不純物拡散成分を熱拡散させた後に、第２拡散剤層を形成して第２導電型の不純物拡散成分を熱拡散させる方法が開示されている。具体的には、シリコンウエハの一方の表面に拡散剤（リン拡散源塗布剤）を塗布し、熱処理して拡散層を形成する。その後、各シリコンウエハの他方の表面に焼成により形成されたシリサイドガラス（リンケイ酸ガラス）をＨＦ液で除去してから、拡散剤（ホウ素またはガリウム拡散源塗布剤）を塗布し、熱処理して別の拡散層を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５４−９４８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した半導体素子間の距離を拡げる方法では、拡散炉内に一度に載置できる半導体基板の枚数が減ってしまい、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。また、一方の不純物拡散成分を熱拡散させた後に、他方の不純物拡散成分を熱拡散させる方法では、熱拡散工程を２回実施する必要があるため、半導体基板の製造工程数が増大してしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、発明者によるこうした認識に基づいてなされたものであり、その目的は、拡散炉内に一度に載置できる半導体基板数の減少と製造工程数の増大とを防ぎながら、異常拡散の発生を抑えることができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある態様は、不純物拡散成分の拡散方法である。この不純物拡散成分の拡散方法は、半導体基板の一方の表面上に第１導電型の不純物拡散成分を含む拡散剤層を形成し、半導体基板の他方の表面上に第２導電型の不純物拡散成分を含む拡散剤層を形成し、複数の半導体基板を、同じ導電型の不純物拡散成分を含む拡散剤層同士が対向するようにして拡散炉内に配列し、拡散炉内で半導体基板を加熱して、半導体基板の一方の表面に第１導電型の不純物拡散成分を拡散させるとともに、半導体基板の他方の表面に第２導電型の不純物拡散成分を拡散させることを含むことを特徴とする。
【００１１】
この態様によれば、拡散炉内に一度に載置できる半導体基板数の減少と製造工程数の増大とを防ぎながら、異常拡散の発生を抑えることができる。
【００１２】
本発明の他の態様は、太陽電池の製造方法である。この太陽電池の製造方法は、上記態様の不純物拡散成分の拡散方法を用いて半導体基板に不純物拡散成分を拡散させて、半導体基板の一方の表面に第１導電型の不純物拡散層を形成するとともに半導体基板の他方の表面に第２導電型の不純物拡散層を形成し、半導体基板の一方の表面側に第１電極を設け、当該第１電極を第１導電型の不純物拡散層と電気的に接続し、半導体基板の他方の表面側に第２電極を設け、当該第２電極を第２導電型の不純物拡散層と電気的に接続することを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、拡散炉内に一度に載置できる半導体基板数の減少と製造工程数の増大とを防ぎながら、異常拡散の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１（Ａ）〜図１（Ｆ）は、実施形態に係る不純物拡散成分の拡散方法と、太陽電池の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図２】拡散炉内における半導体基板の配列状態を説明するための模式図である。
【図３】図３（Ａ）は、実施例１における半導体基板の配列状態を説明するための模式図であり、図３（Ｂ）は、比較例１における半導体基板の配列状態を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１６】
（実施形態）
図１（Ａ）〜図１（Ｆ）、および図２を参照して実施形態に係る不純物拡散成分の拡散方法と、太陽電池の製造方法について説明する。図１（Ａ）〜図１（Ｆ）は、実施形態に係る不純物拡散成分の拡散方法と、太陽電池の製造方法を説明するための工程断面図である。図２は、拡散炉内における半導体基板の配列状態を説明するための模式図である。
【００１７】
＜Ｎ型不純物拡散剤の調整＞
N型不純物拡散剤は、N型（第１導電型）の不純物拡散成分と、ケイ素化合物と、有機溶剤とを含む。N型の不純物拡散成分は、一般にドーパントとして太陽電池の製造に用いられる化合物である。Ｎ型の不純物拡散成分は、Ｖ族元素の化合物を含む。N型の不純物拡散成分を用いることで、Ｐ型の半導体基板内にＮ型の不純物拡散層を形成することができ、Ｎ型の半導体基板内にＮ＋型（高濃度Ｎ型）の不純物拡散層を形成することができる。この不純物拡散成分に含まれるＶ族元素の化合物としては、例えば、Ｐ２Ｏ５などを挙げることができる。ケイ素化合物は、例えば、テトラエトキシシラン加水分解生成物等の従来公知のケイ素化合物を用いることができる。有機溶剤としては、エタノール、酢酸エチル等の従来公知の有機溶剤を用いることができる。N型不純物拡散剤は、N型の不純物拡散成分、ケイ素化合物、および有機溶剤が均一に混合され、メンブレンフィルター等で濾過されて調整される。
【００１８】
＜Ｐ型不純物拡散剤の調整＞
Ｐ型不純物拡散剤は、Ｐ型（第２導電型）の不純物拡散成分と、ケイ素化合物と、有機溶剤とを含む。Ｐ型の不純物拡散成分は、一般にドーパントとして太陽電池の製造に用いられる化合物である。Ｐ型の不純物拡散成分は、ＩＩＩ族元素の化合物を含む。Ｐ型の不純物拡散成分を用いることで、Ｐ型の半導体基板内にＰ＋型（高濃度Ｐ型）の不純物拡散層を形成することができ、Ｎ型の半導体基板内にＰ型の不純物拡散層を形成することができる。この不純物拡散成分に含まれるＩＩＩ族元素の化合物としては、例えば、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３等を挙げることができる。ケイ素化合物は、例えば、テトラエトキシシラン加水分解生成物等の従来公知のケイ素化合物を用いることができる。有機溶剤としては、エタノール、ジプロピレングリコール等の従来公知の有機溶剤を用いることができる。Ｐ型不純物拡散剤は、Ｐ型の不純物拡散成分、ケイ素化合物、および有機溶剤が均一に混合され、メンブレンフィルター等で濾過されて調整される。
【００１９】
＜拡散剤層の形成＞
図１（Ａ）に示すように、半導体基板１として、例えば、Ｐ型シリコンウエハを用意する。そして、半導体基板１の一方の表面上に、Ｎ型の不純物拡散成分を含むＮ型拡散剤層２を形成する。Ｎ型拡散剤層２の形成は、例えば次のようにして実施される。まず、スピンコート法を用いて半導体基板１の一方の表面に、上述のＮ型不純物拡散剤を塗布する。そして、塗布されたＮ型不純物拡散剤を乾燥させる。続いて、キュア処理を施してＮ型不純物拡散剤を固化する。これにより、Ｎ型拡散剤層２が形成される。
【００２０】
次に、図１（Ｂ）に示すように、半導体基板１の他方の表面上に、Ｐ型の不純物拡散成分を含むＰ型拡散剤層４を形成する。Ｐ型拡散剤層４の形成は、例えば次のようにして実施される。まず、Ｎ型拡散剤層２の場合と同様に、スピンコート法を用いて半導体基板１の他方の表面、ここでは半導体基板１の一方の表面と対向する側の表面に、上述のＰ型不純物拡散剤を塗布する。そして、塗布されたＰ型不純物拡散剤を乾燥させる。これにより、Ｐ型拡散剤層４が形成される。
【００２１】
＜不純物拡散成分の拡散＞
次に、図１（Ｃ）に示すように、Ｎ型拡散剤層２およびＰ型拡散剤層４が形成された半導体基板１を、拡散炉２００に投入する。拡散炉２００は、例えば従来公知の縦型拡散炉であり、ベース部２０１と、外筒２０２と、載置台２０４と、支持部材２０６と、ガス供給路２０８と、ガス排出路２１０と、ヒータ２１２とを備える。
【００２２】
外筒２０２は、軸方向が鉛直方向になるようにベース部２０１に組み付けられており、ベース部２０１と外筒２０２とで炉室２０３が形成されている。載置台２０４は、平面視円形であり、室２０３の中央に配置されている。支持部材２０６は、柱状部材であり、載置台２０４の外縁部に周方向に間隔をあけて複数立設されている。一部の支持部材２０６間の間隔は、半導体基板１が載置台２０４に対して平行な状態で通過可能に設定されている。各支持部材２０６の側面には軸方向に間隔をあけて複数の溝が設けられている。半導体基板１の外縁部が支持部材２０６の溝に係合することで半導体基板１が支持部材２０６によって支持される。これにより、複数の半導体基板１が互いに間隔をあけて鉛直方向に並ぶように配列される。ガス供給路２０８は、炉室２０３に雰囲気ガスを供給するための管路であり、一端が雰囲気ガスタンク（図示せず）に、他端が外筒２０２の開口２０２ａに連結されている。ガス排出路２１０は、炉室２０３内のガスを排出するための管路であり、一端が外筒２０２の開口２０２ｂに連結されている。ヒータ２１２は、外筒２０２の外周に設けられ、炉室２０３内を加熱可能に構成されている。
【００２３】
図２に示すように、複数の半導体基板１は、同じ導電型の不純物拡散成分を含む拡散剤層同士が対向するようにして拡散炉２００内に配列される。すなわち、複数の半導体基板１は、互いに隣接する２つの半導体基板１のうち、一方の半導体基板１のＮ型拡散剤層２を形成した表面が、他方の半導体基板１のＮ型拡散剤層２を形成した表面側を向くように配置される。これにより、隣接する半導体基板１に形成されたＮ型拡散剤層２同士が向かい合う。また、複数の半導体基板１は、互いに隣接する２つの半導体基板１のうち、一方の半導体基板１のＰ型拡散剤層４を形成した表面が、他方の半導体基板１のＰ型拡散剤層４を形成した表面側を向くように配置される。これにより隣接する半導体基板１に形成されたＰ型拡散剤層４同士が向かい合う。また、複数の半導体基板１は、互いに平行になるようにして拡散炉２００内に配列される。
【００２４】
このように複数の半導体基板１を配列した場合には、熱拡散時に各拡散剤層から炉室２０３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１の同一導電型の拡散剤層に付着することになる。そのため、拡散させようとする不純物拡散成分の導電型と異なる導電型の不純物拡散成分が半導体基板の表面に拡散してしまうこと、すなわち異常拡散の発生を防ぐことができる。また、これにより、隣接する半導体基板１間の距離をより近づけることが可能となり、一度に熱拡散処理を施すことができる半導体基板１の枚数を増やすことができる。さらに、隣接する半導体基板１間の距離を近づけることで、各拡散剤層からガス雰囲気中に放出された不純物拡散成分を隣接する半導体基板１の拡散剤層に付着させるか、あるいは放出元の拡散剤層に再付着させることができる。そのため、ガス雰囲気中への放出による不純物拡散成分の損失を軽減することができ、半導体基板１への不純物拡散成分の拡散をより高精度に実施することができる。
【００２５】
複数の半導体基板１は、隣接する半導体基板１同士の間隔が、０．１〜１０ｍｍとなるように拡散炉２００内に配列することが好ましい。半導体基板１間の距離が０．１ｍｍ未満の場合は、半導体基板１への伝熱が不均一となり、不純物拡散成分を均一に拡散させることが困難になる可能性がある。一方、半導体基板１間の距離が１０ｍｍを超えた場合は、ガス雰囲気中への放出による不純物拡散成分の損失を軽減する効果が得られにくくなる可能性があり、また、拡散炉２００に一度に載置可能な半導体基板１の枚数が減少してしまう。隣接する半導体基板１同士の間隔は、例えば、半導体基板１表面の任意の１点から隣接する半導体基板１の対向する表面までの最短距離とすることができる。あるいは、隣接する半導体基板１同士の間隔は、支持部材２０６に設けられた隣接する溝間の距離としてもよい。
【００２６】
また、本実施形態に係る不純物拡散成分の拡散方法では、拡散炉２００内に配列された複数の半導体基板１のうち最外側の半導体基板１の外側にダミー基板２０を配列している。ダミー基板２０は、半導体基板１と略同一の大きさを有する板状部材である。ダミー基板２０は、拡散炉２００の熱拡散温度に耐えられるだけの耐熱性を有する材料で形成される。ダミー基板２０は、自身と隣接する半導体基板１との間の距離が、隣接する半導体基板１同士の距離と等しくなるように配置されて、支持部材２０６に支持されている。ダミー基板２０を設けることで、最外層に配置された半導体基板１の外側表面における熱拡散条件を、他の半導体基板１の各表面における熱拡散条件と等しくすることができる。そのため、拡散炉２００内で一度に熱拡散処理を施した複数の半導体基板１について、その性能を拡散炉２００内の載置場所によらず一定にすることができる。したがって、半導体基板１の製造歩留まりを高めることができる。
【００２７】
図２に示すように複数の半導体基板１を炉室２０３内に配列した状態で、ガス供給路２０８から炉室２０３内に雰囲気ガスとして、例えば、窒素（Ｎ２）ガスを供給する。そして、Ｎ２ガス雰囲気下で半導体基板１を加熱して、半導体基板１の一方の表面にＮ型の不純物拡散成分を拡散させるとともに、半導体基板１の他方の表面にＰ型の不純物拡散成分を拡散させる。すなわち、Ｎ型拡散剤層２内の不純物拡散成分とＰ型拡散剤層４内の不純物拡散成分とを同時に熱拡散させる。その後、熱拡散によって半導体基板１表面に形成された酸化膜と、Ｎ型拡散剤層２およびＰ型拡散剤層４とをフッ酸で除去する。以上の工程により、図１（Ｄ）に示すように、Ｎ型の不純物拡散成分が拡散して形成されたＮ型不純物拡散層６と、Ｐ型の不純物拡散成分が拡散して形成されたＰ型不純物拡散層８とを備える半導体基板１が得られる。
【００２８】
熱拡散温度は、８２０〜１２００℃であることが好ましい。熱拡散温度が８２０℃未満であった場合、十分に熱拡散させることができない可能性がある。一方、熱拡散温度が１２００℃を上回った場合は、所望の拡散領域を超えて不純物拡散成分が半導体基板１内に拡散してしまう可能性がある。また、半導体基板１が熱によってダメージを受けるおそれがある。また、熱拡散によって半導体基板１の表面に形成される酸化膜の厚さが増大し、この酸化膜の除去に長時間を要することになる。
【００２９】
＜太陽電池の形成＞
次に、図１（Ｅ）に示すように、周知の化学気相成長法（ＣＶＤ法）、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて、半導体基板１のＮ型不純物拡散層６が形成された側の表面に、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなるパッシベーション層１０を形成する。このパッシベーション層１０は、反射防止膜としても機能する。なお、周知のウェットエッチング法を用いて、半導体基板１のＮ型不純物拡散層６が形成された側の表面に、微細な凹凸構造を有するテクスチャ部（図示せず）を形成してもよい。このテクスチャ部は、半導体基板１表面の光の反射を防止することができ、拡散剤層の形成前に形成される。
【００３０】
次に、図１（Ｆ）に示すように、周知のフォトリソグラフィ法およびエッチング法によりパッシベーション層１０を選択的に除去して、Ｎ型不純物拡散層６の所定領域が露出するようにコンタクトホール１０ａを形成する。そして、例えば電解めっき法および無電解めっき法やＡｇペーストを用いたスクリーン印刷により、コンタクトホール１０ａに銀（Ａｇ）等の金属を充填して、Ｎ型不純物拡散層６と電気的に接続された表面電極１２（第１電極）を形成する。表面電極１２は、太陽電池の効率を高めるためにくし形パターンに形成される。また、例えばアルミニウム（Ａｌ）ペーストを半導体基板１のＰ型不純物拡散層８が形成された側の表面にスクリーン印刷することにより、Ｐ型不純物拡散層８と電気的に接続された裏面電極１４（第２電極）を形成する。以上の工程により、本実施形態に係る太陽電池１００を製造することができる。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態に係る不純物拡散成分の拡散方法では、複数の半導体基板１を、同じ導電型の不純物拡散成分を含む拡散剤層が形成された表面同士が対向するようにして拡散炉２００内に配列して、半導体基板１の一方の表面へのＮ型不純物拡散成分の熱拡散と、半導体基板１の他方の表面へのＰ型不純物拡散成分の熱拡散とを同時に実施している。これにより、拡散炉２００内に配列する半導体基板１同士の間隔を広げることなく、またＮ型の不純物拡散成分の熱拡散とＰ型の不純物拡散成分の熱拡散とを別々に実施することなく、異常拡散の発生を抑えることができる。したがって、拡散炉２００内に一度に載置できる半導体基板数の減少と製造工程数の増大とを防ぎながら、異常拡散の発生を抑えることができる。また、半導体基板の製造工程数の増大を防ぐことができるため、半導体基板の製造コストも抑えることができる。
【００３２】
また、これにより、隣接する半導体基板１間の距離をより近づけることができるため、一度に熱拡散処理を施すことができる半導体基板数を増やすことができる。したがって、Ｎ型不純物拡散層６およびＰ型不純物拡散層８が形成された半導体基板１の生産効率を向上させることができる。さらに、これにより、各拡散剤層からガス雰囲気中に放出された不純物拡散成分を隣接する半導体基板１の拡散剤層に付着させるか、あるいは放出元の拡散剤層に再付着させることができる。その結果、ガス雰囲気中への放出による不純物拡散成分の損失を軽減することができ、半導体基板１への不純物拡散成分の拡散をより高精度に実施することができる。
【００３３】
本実施形態に係る太陽電池１００は、本実施形態に係る不純物拡散成分の拡散方法で不純物拡散成分を熱拡散させた半導体基板を用いて製造しているため、製造歩留まりを高めることができ、製造コストを低減することができる。
【００３４】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更などの変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれるものである。上述の実施形態と以下の変形例との組合せによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。
【００３５】
上述の実施形態では、Ｐ型シリコンウエハに不純物拡散層を形成したが、Ｎ型シリコンウエハに不純物拡散層を形成してもよい。また、上述の実施形態では、拡散炉２００は縦型拡散炉であったが、従来公知の横型拡散炉であってもよい。この場合、ダミー基板２０は、両サイドの半導体基板１の外側に配置される。また、上述の実施形態では、スピンコート法を用いて半導体基板１の表面に不純物拡散剤を塗布することで拡散剤層を形成したが、インクジェット印刷法、スプレー印刷法、ロールコート印刷法、スクリーン印刷法、凸版印刷法、凹版印刷法、オフセット印刷法などの他の方法を用いて拡散剤層を形成してもよい。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明の実施例を説明するが、これら実施例は、本発明を好適に説明するための例示に過ぎず、なんら本発明を限定するものではない。図３（Ａ）は、実施例１における半導体基板の配列状態を説明するための模式図であり、図３（Ｂ）は、比較例１における半導体基板の配列状態を説明するための模式図である。
【００３７】
（実施例１）
＜Ｎ型不純物拡散剤の調整＞
ケイ素化合物としてＳｉＯ２換算で５．９質量％のテトラエトキシシラン加水分解生成物（分子量（Ｍｗ）約２０００）と、Ｎ型の不純物拡散成分として１．２質量％のＰ２Ｏ５と、有機溶剤として７３．５質量％のエタノール、および１９．４質量％の酢酸エチルと、を均一に混合し、０．４５μｍのメンブレンフィルターで濾過してＮ型不純物拡散剤を調整した。
【００３８】
＜Ｐ型不純物拡散剤の調整＞
ケイ素化合物としてＳｉＯ２換算で７．０質量％のテトラエトキシシラン加水分解生成物（分子量（Ｍｗ）約２０００）と、Ｐ型の不純物拡散成分として２．４質量％のＢ２Ｏ３と、有機溶剤として６８．０質量％のエタノール、および２２．６質量％のジプロピレングリコールと、を均一に混合し、０．４５μｍのメンブレンフィルターで濾過してＰ型不純物拡散剤を調整した。
【００３９】
＜拡散剤層の形成＞
半導体基板１として６インチのＰ型シリコンウエハを複数枚用意し、各半導体基板１の一方の表面に、スピンコーター（ミカサ株式会社製）を用いて上述のＮ型不純物拡散剤を塗布した。そして、半導体基板１をホットプレートに載置して、塗布されたＮ型不純物拡散剤を１５０℃で３分間乾燥させた。続いて、５００℃の空気雰囲気下で、３０分間キュア処理を施してＮ型不純物拡散剤を固化させて、Ｎ型拡散剤層２を形成した。次に、半導体基板１の他方の表面に、スピンコーター（ミカサ株式会社製）を用いて上述のＰ型不純物拡散剤を塗布し、ホットプレート上にて１５０℃で３分間乾燥させて、Ｐ型拡散剤層４を形成した。
【００４０】
＜不純物拡散成分の拡散＞
図３（Ａ）に示すように、Ｎ型拡散剤層２およびＰ型拡散剤層４が形成された複数の半導体基板１ｑ，１ｒ，１ｓ，１ｔ，１ｕを、Ｎ型拡散剤層２同士およびＰ型拡散剤層４同士が向かい合うようにして拡散炉２００内に配列した。具体的には、半導体基板１ｑおよび半導体基板１ｒのＮ型拡散剤層２同士、半導体基板１ｒおよび半導体基板１ｓのＰ型拡散剤層４同士、半導体基板１ｓおよび半導体基板１ｔのＮ型拡散剤層２同士、半導体基板１ｔおよび半導体基板１ｕのＰ型拡散剤層４同士がそれぞれ向かい合うように配列した。隣接する半導体基板１同士の間隔は、４．７６ｍｍとした。そして、Ｎ２ガス雰囲気下において９５０℃で３０分間、半導体基板１を加熱して、Ｎ型拡散剤層２内の不純物拡散成分とＰ型拡散剤層４内の不純物拡散成分とを同時に熱拡散させた。その後、熱拡散によって半導体基板１の表面に形成された酸化膜と、Ｎ型拡散剤層２およびＰ型拡散剤層４とをフッ酸で除去した。
【００４１】
（比較例１）
実施例１と同様にして、半導体基板１の一方の表面にＮ型不純物拡散剤を塗布してＮ型拡散剤層２を形成し、半導体基板１の他方の表面にＰ型不純物拡散剤を塗布してＰ型拡散剤層４を形成した。そして、図３（Ｂ）に示すように、Ｎ型拡散剤層２およびＰ型拡散剤層４が形成された複数の半導体基板１ｑ，１ｒ，１ｓ，１ｔ，１ｕを、Ｎ型拡散剤層２とＰ型拡散剤層４とが向かい合うようにして拡散炉２００内に配列した。具体的には、半導体基板１ｑのＮ型拡散剤層２と半導体基板１ｒのＰ型拡散剤層４、半導体基板１ｒのＮ型拡散剤層２と半導体基板１ｓのＰ型拡散剤層４、半導体基板１ｓのＮ型拡散剤層２と半導体基板１ｔのＰ型拡散剤層４、半導体基板１ｔのＮ型拡散剤層２と半導体基板１ｕのＰ型拡散剤層４がそれぞれ向かい合うように配列した。隣接する半導体基板１同士の間隔は、実施例１と同様に４．７６ｍｍとした。そして、実施例１と同様にして、Ｎ型拡散剤層２内の不純物拡散成分とＰ型拡散剤層４内の不純物拡散成分とを同時に熱拡散させ、酸化膜と、Ｎ型拡散剤層２およびＰ型拡散剤層４とをフッ酸で除去した。
【００４２】
（抵抗値測定）
実施例１および比較例１について、半導体基板１ｒ，１ｓ，１ｔに形成されたＮ型拡散剤層２およびＰ型拡散剤層４のシート抵抗値を、シート抵抗測定器（ＶＲ−７０：国際電気株式会社製）を用いて四探針法により測定した。シート抵抗値の測定結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
（Ｐ／Ｎ判定）
実施例１および比較例１について、半導体基板１ｒ，１ｓ，１ｔに形成されたＮ型拡散剤層２およびＰ型拡散剤層４の導電型を、Ｐ／Ｎ判定機（ＰＮ／１２α：ナプソン株式会社製）を用いて判定した。Ｐ／Ｎ判定の判定結果を表２に示す。
【００４５】
【表２】
【００４６】
表１および表２において、１ｒ−２、１ｓ−２、１ｔ−２は、それぞれ半導体基板１ｒのＮ型拡散剤層２、半導体基板１ｓのＮ型拡散剤層２、半導体基板１ｔのＮ型拡散剤層２に相当し、１ｒ−４、１ｓ−４、１ｔ−４は、それぞれ半導体基板１ｒのＰ型拡散剤層４、半導体基板１ｓのＰ型拡散剤層４、半導体基板１ｔのＰ型拡散剤層４に相当する。
【００４７】
表１に示すように、実施例１では、Ｎ型拡散剤層２のシート抵抗値の最大値（半導体基板１ｔ）と最小値（半導体基板１ｒ）の差は０．７Ω／ｓｑであった。これに対し、比較例１では、最大値（半導体基板１ｓ）と最小値（半導体基板１ｒ）の差は７７．８Ω／ｓｑであった。また、実施例１では、Ｐ型拡散剤層４のシート抵抗値の最大値（半導体基板１ｓ）と最小値（半導体基板１ｒ）の差は１６．１Ω／ｓｑであった。これに対し、比較例１では、最大値（半導体基板１ｓ）と最小値（半導体基板１ｔ）の差は２８７．４Ω／ｓｑであった。したがって、実施例１は、比較例１に比べて優れた抵抗値安定性を示した。
【００４８】
表２に示すように、実施例１では、各半導体基板１ｒ，１ｓ，１ｔのＮ型拡散剤層２の導電型はN型であり、Ｐ型拡散剤層４の導電型はＰ型であった。これに対し、比較例１では、各半導体基板１ｒ，１ｓ，１ｔのＮ型拡散剤層２の導電型はN型であったが、Ｐ型拡散剤層４の導電型は、半導体基板１ｔのみがＰ型であり、半導体基板１ｒ，１ｓはＮ型であった。すなわち、比較例１では、一部に導電型の反転が見られた。したがって、実施例１は、比較例１に比べて優れた導電型安定性を示した。比較例１の半導体基板１ｒ，１ｓのＰ型拡散剤層４に導電型の反転が起こった原因は、半導体基板１ｑ，１ｒのＮ型拡散剤層２からのＮ型不純物拡散成分のアウトディフュージョンにあると考えられる。
【符号の説明】
【００４９】
１，１ｑ，１ｓ，１ｒ，１ｔ，１ｕ 半導体基板、 ２ Ｎ型拡散剤層、 ４ Ｐ型拡散剤層、 ６ Ｎ型不純物拡散層、 ８ Ｐ型不純物拡散層、 １２ 表面電極、 １４ 裏面電極、 ２０ ダミー基板、 １００ 太陽電池、 ２００ 拡散炉。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不純物拡散成分の拡散方法、および太陽電池の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、一方の表面にＮ型の不純物拡散成分が拡散され、他方の表面にＰ型の不純物拡散成分が拡散された半導体基板が知られている。
【０００３】
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た。すなわち、半導体基板の一方の表面上に第１導電型の不純物拡散成分を含む第１拡散剤層を形成し、半導体基板の他方の表面上に第２導電型の不純物拡散成分を含む第２拡散剤層を形成する。そして、各拡散剤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。すなわち、互いに隣接する２つの半導体基板のうち、一方の半導体基板の第１拡散剤層と、他方の半導体基板の第２拡散剤層とが向かい合うようにして、複数の半導体基板を拡散炉内に配置する。そして、拡散炉内で半導体基板に熱処理を施して、各拡散剤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。
【０００４】
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放出（アウトディフュージョン）される。そのため、互いに隣接する半導体基板の一方の第１拡散剤層と、他方の第２拡散剤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拡散剤層からガス雰囲気中に放出された不純部拡散成分が、他方の半導体基板の第２拡散剤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拡散剤層からガス雰囲気中に放出された不純部拡散成分が、一方の半導体基板の第１拡散剤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拡散成分の導電型と異なる導電型の不純物拡散成分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。
【０００５】
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素子間の距離を拡げて、一方の半導体基板の拡散剤層から放出された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。
【０００６】
また、他の方法として、特許文献１には、第１拡散剤層を形成して第１導電型の不純物拡散成分を熱拡散させた後に、第２拡散剤層を形成して第２導電型の不純物拡散成分を熱拡散させる方法が開示されている。具体的には、シリコンウエハの一方の表面に拡散剤（リン拡散源塗布剤）を塗布し、熱処理して拡散層を形成する。その後、各シリコンウエハの他方の表面に焼成により形成されたシリサイドガラス（リンケイ酸ガラス）をＨＦ液で除去してから、拡散剤（ホウ素またはガリウム拡散源塗布剤）を塗布し、熱処理して別の拡散層を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５４−９４８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した半導体素子間の距離を拡げる方法では、拡散炉内に一度に載置できる半導体基板の枚数が減ってしまい、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。また、一方の不純物拡散成分を熱拡散させた後に、他方の不純物拡散成分を熱拡散させる方法では、熱拡散工程を２回実施する必要があるため、半導体基板の製造工程数が増大してしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、発明者によるこうした認識に基づいてなされたものであり、その目的は、拡散炉内に一度に載置できる半導体基板数の減少と製造工程数の増大とを防ぎながら、異常拡散の発生を抑えることができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある態様は、不純物拡散成分の拡散方法である。この不純物拡散成分の拡散方法は、半導体基板の一方の表面上に第１導電型の不純物拡散成分を含む拡散剤層を形成し、半導体基板の他方の表面上に第２導電型の不純物拡散成分を含む拡散剤層を形成し、複数の半導体基板を、同じ導電型の不純物拡散成分を含む拡散剤層同士が対向するようにして拡散炉内に配列し、拡散炉内で半導体基板を加熱して、半導体基板の一方の表面に第１導電型の不純物拡散成分を拡散させるとともに、半導体基板の他方の表面に第２導電型の不純物拡散成分を拡散させることを含むことを特徴とする。
【００１１】
この態様によれば、拡散炉内に一度に載置できる半導体基板数の減少と製造工程数の増大とを防ぎながら、異常拡散の発生を抑えることができる。
【００１２】
本発明の他の態様は、太陽電池の製造方法である。この太陽電池の製造方法は、上記態様の不純物拡散成分の拡散方法を用いて半導体基板に不純物拡散成分を拡散させて、半導体基板の一方の表面に第１導電型の不純物拡散層を形成するとともに半導体基板の他方の表面に第２導電型の不純物拡散層を形成し、半導体基板の一方の表面側に第１電極を設け、当該第１電極を第１導電型の不純物拡散層と電気的に接続し、半導体基板の他方の表面側に第２電極を設け、当該第２電極を第２導電型の不純物拡散層と電気的に接続することを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、拡散炉内に一度に載置できる半導体基板数の減少と製造工程数の増大とを防ぎながら、異常拡散の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１（Ａ）〜図１（Ｆ）は、実施形態に係る不純物拡散成分の拡散方法と、太陽電池の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図２】拡散炉内における半導体基板の配列状態を説明するための模式図である。
【図３】図３（Ａ）は、実施例１における半導体基板の配列状態を説明するための模式図であり、図３（Ｂ）は、比較例１における半導体基板の配列状態を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１６】
（実施形態）
図１（Ａ）〜図１（Ｆ）、および図２を参照して実施形態に係る不純物拡散成分の拡散方法と、太陽電池の製造方法について説明する。図１（Ａ）〜図１（Ｆ）は、実施形態に係る不純物拡散成分の拡散方法と、太陽電池の製造方法を説明するための工程断面図である。図２は、拡散炉内における半導体基板の配列状態を説明するための模式図である。
【００１７】
＜Ｎ型不純物拡散剤の調整＞
N型不純物拡散剤は、N型（第１導電型）の不純物拡散成分と、ケイ素化合物と、有機溶剤とを含む。N型の不純物拡散成分は、一般にドーパントとして太陽電池の製造に用いられる化合物である。Ｎ型の不純物拡散成分は、Ｖ族元素の化合物を含む。N型の不純物拡散成分を用いることで、Ｐ型の半導体基板内にＮ型の不純物拡散層を形成することができ、Ｎ型の半導体基板内にＮ＋型（高濃度Ｎ型）の不純物拡散層を形成することができる。この不純物拡散成分に含まれるＶ族元素の化合物としては、例えば、Ｐ２Ｏ５などを挙げることができる。ケイ素化合物は、例えば、テトラエトキシシラン加水分解生成物等の従来公知のケイ素化合物を用いることができる。有機溶剤としては、エタノール、酢酸エチル等の従来公知の有機溶剤を用いることができる。N型不純物拡散剤は、N型の不純物拡散成分、ケイ素化合物、および有機溶剤が均一に混合され、メンブレンフィルター等で濾過されて調整される。
【００１８】
＜Ｐ型不純物拡散剤の調整＞
Ｐ型不純物拡散剤は、Ｐ型（第２導電型）の不純物拡散成分と、ケイ素化合物と、有機溶剤とを含む。Ｐ型の不純物拡散成分は、一般にドーパントとして太陽電池の製造に用いられる化合物である。Ｐ型の不純物拡散成分は、ＩＩＩ族元素の化合物を含む。Ｐ型の不純物拡散成分を用いることで、Ｐ型の半導体基板内にＰ＋型（高濃度Ｐ型）の不純物拡散層を形成することができ、Ｎ型の半導体基板内にＰ型の不純物拡散層を形成することができる。この不純物拡散成分に含まれるＩＩＩ族元素の化合物としては、例えば、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３等を挙げることができる。ケイ素化合物は、例えば、テトラエトキシシラン加水分解生成物等の従来公知のケイ素化合物を用いることができる。有機溶剤としては、エタノール、ジプロピレングリコール等の従来公知の有機溶剤を用いることができる。Ｐ型不純物拡散剤は、Ｐ型の不純物拡散成分、ケイ素化合物、および有機溶剤が均一に混合され、メンブレンフィルター等で濾過されて調整される。
【００１９】
＜拡散剤層の形成＞
図１（Ａ）に示すように、半導体基板１として、例えば、Ｐ型シリコンウエハを用意する。そして、半導体基板１の一方の表面上に、Ｎ型の不純物拡散成分を含むＮ型拡散剤層２を形成する。Ｎ型拡散剤層２の形成は、例えば次のようにして実施される。まず、スピンコート法を用いて半導体基板１の一方の表面に、上述のＮ型不純物拡散剤を塗布する。そして、塗布されたＮ型不純物拡散剤を乾燥させる。続いて、キュア処理を施してＮ型不純物拡散剤を固化する。これにより、Ｎ型拡散剤層２が形成される。
【００２０】
次に、図１（Ｂ）に示すように、半導体基板１の他方の表面上に、Ｐ型の不純物拡散成分を含むＰ型拡散剤層４を形成する。Ｐ型拡散剤層４の形成は、例えば次のようにして実施される。まず、Ｎ型拡散剤層２の場合と同様に、スピンコート法を用いて半導体基板１の他方の表面、ここでは半導体基板１の一方の表面と対向する側の表面に、上述のＰ型不純物拡散剤を塗布する。そして、塗布されたＰ型不純物拡散剤を乾燥させる。これにより、Ｐ型拡散剤層４が形成される。
【００２１】
＜不純物拡散成分の拡散＞
次に、図１（Ｃ）に示すように、Ｎ型拡散剤層２およびＰ型拡散剤層４が形成された半導体基板１を、拡散炉２００に投入する。拡散炉２００は、例えば従来公知の縦型拡散炉であり、ベース部２０１と、外筒２０２と、載置台２０４と、支持部材２０６と、ガス供給路２０８と、ガス排出路２１０と、ヒータ２１２とを備える。
【００２２】
外筒２０２は、軸方向が鉛直方向になるようにベース部２０１に組み付けられており、ベース部２０１と外筒２０２とで炉室２０３が形成されている。載置台２０４は、平面視円形であり、室２０３の中央に配置されている。支持部材２０６は、柱状部材であり、載置台２０４の外縁部に周方向に間隔をあけて複数立設されている。一部の支持部材２０６間の間隔は、半導体基板１が載置台２０４に対して平行な状態で通過可能に設定されている。各支持部材２０６の側面には軸方向に間隔をあけて複数の溝が設けられている。半導体基板１の外縁部が支持部材２０６の溝に係合することで半導体基板１が支持部材２０６によって支持される。これにより、複数の半導体基板１が互いに間隔をあけて鉛直方向に並ぶように配列される。ガス供給路２０８は、炉室２０３に雰囲気ガスを供給するための管路であり、一端が雰囲気ガスタンク（図示せず）に、他端が外筒２０２の開口２０２ａに連結されている。ガス排出路２１０は、炉室２０３内のガスを排出するための管路であり、一端が外筒２０２の開口２０２ｂに連結されている。ヒータ２１２は、外筒２０２の外周に設けられ、炉室２０３内を加熱可能に構成されている。
【００２３】
図２に示すように、複数の半導体基板１は、同じ導電型の不純物拡散成分を含む拡散剤層同士が対向するようにして拡散炉２００内に配列される。すなわち、複数の半導体基板１は、互いに隣接する２つの半導体基板１のうち、一方の半導体基板１のＮ型拡散剤層２を形成した表面が、他方の半導体基板１のＮ型拡散剤層２を形成した表面側を向くように配置される。これにより、隣接する半導体基板１に形成されたＮ型拡散剤層２同士が向かい合う。また、複数の半導体基板１は、互いに隣接する２つの半導体基板１のうち、一方の半導体基板１のＰ型拡散剤層４を形成した表面が、他方の半導体基板１のＰ型拡散剤層４を形成した表面側を向くように配置される。これにより隣接する半導体基板１に形成されたＰ型拡散剤層４同士が向かい合う。また、複数の半導体基板１は、互いに平行になるようにして拡散炉２００内に配列される。
【００２４】
このように複数の半導体基板１を配列した場合には、熱拡散時に各拡散剤層から炉室２０３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１の同一導電型の拡散剤層に付着することになる。そのため、拡散させようとする不純物拡散成分の導電型と異なる導電型の不純物拡散成分が半導体基板の表面に拡散してしまうこと、すなわち異常拡散の発生を防ぐことができる。また、これにより、隣接する半導体基板１間の距離をより近づけることが可能となり、一度に熱拡散処理を施すことができる半導体基板１の枚数を増やすことができる。さらに、隣接する半導体基板１間の距離を近づけることで、各拡散剤層からガス雰囲気中に放出された不純物拡散成分を隣接する半導体基板１の拡散剤層に付着させるか、あるいは放出元の拡散剤層に再付着させることができる。そのため、ガス雰囲気中への放出による不純物拡散成分の損失を軽減することができ、半導体基板１への不純物拡散成分の拡散をより高精度に実施することができる。
【００２５】
複数の半導体基板１は、隣接する半導体基板１同士の間隔が、０．１〜１０ｍｍとなるように拡散炉２００内に配列することが好ましい。半導体基板１間の距離が０．１ｍｍ未満の場合は、半導体基板１への伝熱が不均一となり、不純物拡散成分を均一に拡散させることが困難になる可能性がある。一方、半導体基板１間の距離が１０ｍｍを超えた場合は、ガス雰囲気中への放出による不純物拡散成分の損失を軽減する効果が得られにくくなる可能性があり、また、拡散炉２００に一度に載置可能な半導体基板１の枚数が減少してしまう。隣接する半導体基板１同士の間隔は、例えば、半導体基板１表面の任意の１点から隣接する半導体基板１の対向する表面までの最短距離とすることができる。あるいは、隣接する半導体基板１同士の間隔は、支持部材２０６に設けられた隣接する溝間の距離としてもよい。
【００２６】
また、本実施形態に係る不純物拡散成分の拡散方法では、拡散炉２００内に配列された複数の半導体基板１のうち最外側の半導体基板１の外側にダミー基板２０を配列している。ダミー基板２０は、半導体基板１と略同一の大きさを有する板状部材である。ダミー基板２０は、拡散炉２００の熱拡散温度に耐えられるだけの耐熱性を有する材料で形成される。ダミー基板２０は、自身と隣接する半導体基板１との間の距離が、隣接する半導体基板１同士の距離と等しくなるように配置されて、支持部材２０６に支持されている。ダミー基板２０を設けることで、最外層に配置された半導体基板１の外側表面における熱拡散条件を、他の半導体基板１の各表面における熱拡散条件と等しくすることができる。そのため、拡散炉２００内で一度に熱拡散処理を施した複数の半導体基板１について、その性能を拡散炉２００内の載置場所によらず一定にすることができる。したがって、半導体基板１の製造歩留まりを高めることができる。
【００２７】
図２に示すように複数の半導体基板１を炉室２０３内に配列した状態で、ガス供給路２０８から炉室２０３内に雰囲気ガスとして、例えば、窒素（Ｎ２）ガスを供給する。そして、Ｎ２ガス雰囲気下で半導体基板１を加熱して、半導体基板１の一方の表面にＮ型の不純物拡散成分を拡散させるとともに、半導体基板１の他方の表面にＰ型の不純物拡散成分を拡散させる。すなわち、Ｎ型拡散剤層２内の不純物拡散成分とＰ型拡散剤層４内の不純物拡散成分とを同時に熱拡散させる。その後、熱拡散によって半導体基板１表面に形成された酸化膜と、Ｎ型拡散剤層２およびＰ型拡散剤層４とをフッ酸で除去する。以上の工程により、図１（Ｄ）に示すように、Ｎ型の不純物拡散成分が拡散して形成されたＮ型不純物拡散層６と、Ｐ型の不純物拡散成分が拡散して形成されたＰ型不純物拡散層８とを備える半導体基板１が得られる。
【００２８】
熱拡散温度は、８２０〜１２００℃であることが好ましい。熱拡散温度が８２０℃未満であった場合、十分に熱拡散させることができない可能性がある。一方、熱拡散温度が１２００℃を上回った場合は、所望の拡散領域を超えて不純物拡散成分が半導体基板１内に拡散してしまう可能性がある。また、半導体基板１が熱によってダメージを受けるおそれがある。また、熱拡散によって半導体基板１の表面に形成される酸化膜の厚さが増大し、この酸化膜の除去に長時間を要することになる。
【００２９】
＜太陽電池の形成＞
次に、図１（Ｅ）に示すように、周知の化学気相成長法（ＣＶＤ法）、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて、半導体基板１のＮ型不純物拡散層６が形成された側の表面に、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなるパッシベーション層１０を形成する。このパッシベーション層１０は、反射防止膜としても機能する。なお、周知のウェットエッチング法を用いて、半導体基板１のＮ型不純物拡散層６が形成された側の表面に、微細な凹凸構造を有するテクスチャ部（図示せず）を形成してもよい。このテクスチャ部は、半導体基板１表面の光の反射を防止することができ、拡散剤層の形成前に形成される。
【００３０】
次に、図１（Ｆ）に示すように、周知のフォトリソグラフィ法およびエッチング法によりパッシベーション層１０を選択的に除去して、Ｎ型不純物拡散層６の所定領域が露出するようにコンタクトホール１０ａを形成する。そして、例えば電解めっき法および無電解めっき法やＡｇペーストを用いたスクリーン印刷により、コンタクトホール１０ａに銀（Ａｇ）等の金属を充填して、Ｎ型不純物拡散層６と電気的に接続された表面電極１２（第１電極）を形成する。表面電極１２は、太陽電池の効率を高めるためにくし形パターンに形成される。また、例えばアルミニウム（Ａｌ）ペーストを半導体基板１のＰ型不純物拡散層８が形成された側の表面にスクリーン印刷することにより、Ｐ型不純物拡散層８と電気的に接続された裏面電極１４（第２電極）を形成する。以上の工程により、本実施形態に係る太陽電池１００を製造することができる。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態に係る不純物拡散成分の拡散方法では、複数の半導体基板１を、同じ導電型の不純物拡散成分を含む拡散剤層が形成された表面同士が対向するようにして拡散炉２００内に配列して、半導体基板１の一方の表面へのＮ型不純物拡散成分の熱拡散と、半導体基板１の他方の表面へのＰ型不純物拡散成分の熱拡散とを同時に実施している。これにより、拡散炉２００内に配列する半導体基板１同士の間隔を広げることなく、またＮ型の不純物拡散成分の熱拡散とＰ型の不純物拡散成分の熱拡散とを別々に実施することなく、異常拡散の発生を抑えることができる。したがって、拡散炉２００内に一度に載置できる半導体基板数の減少と製造工程数の増大とを防ぎながら、異常拡散の発生を抑えることができる。また、半導体基板の製造工程数の増大を防ぐことができるため、半導体基板の製造コストも抑えることができる。
【００３２】
また、これにより、隣接する半導体基板１間の距離をより近づけることができるため、一度に熱拡散処理を施すことができる半導体基板数を増やすことができる。したがって、Ｎ型不純物拡散層６およびＰ型不純物拡散層８が形成された半導体基板１の生産効率を向上させることができる。さらに、これにより、各拡散剤層からガス雰囲気中に放出された不純物拡散成分を隣接する半導体基板１の拡散剤層に付着させるか、あるいは放出元の拡散剤層に再付着させることができる。その結果、ガス雰囲気中への放出による不純物拡散成分の損失を軽減することができ、半導体基板１への不純物拡散成分の拡散をより高精度に実施することができる。
【００３３】
本実施形態に係る太陽電池１００は、本実施形態に係る不純物拡散成分の拡散方法で不純物拡散成分を熱拡散させた半導体基板を用いて製造しているため、製造歩留まりを高めることができ、製造コストを低減することができる。
【００３４】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更などの変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれるものである。上述の実施形態と以下の変形例との組合せによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。
【００３５】
上述の実施形態では、Ｐ型シリコンウエハに不純物拡散層を形成したが、Ｎ型シリコンウエハに不純物拡散層を形成してもよい。また、上述の実施形態では、拡散炉２００は縦型拡散炉であったが、従来公知の横型拡散炉であってもよい。この場合、ダミー基板２０は、両サイドの半導体基板１の外側に配置される。また、上述の実施形態では、スピンコート法を用いて半導体基板１の表面に不純物拡散剤を塗布することで拡散剤層を形成したが、インクジェット印刷法、スプレー印刷法、ロールコート印刷法、スクリーン印刷法、凸版印刷法、凹版印刷法、オフセット印刷法などの他の方法を用いて拡散剤層を形成してもよい。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明の実施例を説明するが、これら実施例は、本発明を好適に説明するための例示に過ぎず、なんら本発明を限定するものではない。図３（Ａ）は、実施例１における半導体基板の配列状態を説明するための模式図であり、図３（Ｂ）は、比較例１における半導体基板の配列状態を説明するための模式図である。
【００３７】
（実施例１）
＜Ｎ型不純物拡散剤の調整＞
ケイ素化合物としてＳｉＯ２換算で５．９質量％のテトラエトキシシラン加水分解生成物（分子量（Ｍｗ）約２０００）と、Ｎ型の不純物拡散成分として１．２質量％のＰ２Ｏ５と、有機溶剤として７３．５質量％のエタノール、および１９．４質量％の酢酸エチルと、を均一に混合し、０．４５μｍのメンブレンフィルターで濾過してＮ型不純物拡散剤を調整した。
【００３８】
＜Ｐ型不純物拡散剤の調整＞
ケイ素化合物としてＳｉＯ２換算で７．０質量％のテトラエトキシシラン加水分解生成物（分子量（Ｍｗ）約２０００）と、Ｐ型の不純物拡散成分として２．４質量％のＢ２Ｏ３と、有機溶剤として６８．０質量％のエタノール、および２２．６質量％のジプロピレングリコールと、を均一に混合し、０．４５μｍのメンブレンフィルターで濾過してＰ型不純物拡散剤を調整した。
【００３９】
＜拡散剤層の形成＞
半導体基板１として６インチのＰ型シリコンウエハを複数枚用意し、各半導体基板１の一方の表面に、スピンコーター（ミカサ株式会社製）を用いて上述のＮ型不純物拡散剤を塗布した。そして、半導体基板１をホットプレートに載置して、塗布されたＮ型不純物拡散剤を１５０℃で３分間乾燥させた。続いて、５００℃の空気雰囲気下で、３０分間キュア処理を施してＮ型不純物拡散剤を固化させて、Ｎ型拡散剤層２を形成した。次に、半導体基板１の他方の表面に、スピンコーター（ミカサ株式会社製）を用いて上述のＰ型不純物拡散剤を塗布し、ホットプレート上にて１５０℃で３分間乾燥させて、Ｐ型拡散剤層４を形成した。
【００４０】
＜不純物拡散成分の拡散＞
図３（Ａ）に示すように、Ｎ型拡散剤層２およびＰ型拡散剤層４が形成された複数の半導体基板１ｑ，１ｒ，１ｓ，１ｔ，１ｕを、Ｎ型拡散剤層２同士およびＰ型拡散剤層４同士が向かい合うようにして拡散炉２００内に配列した。具体的には、半導体基板１ｑおよび半導体基板１ｒのＮ型拡散剤層２同士、半導体基板１ｒおよび半導体基板１ｓのＰ型拡散剤層４同士、半導体基板１ｓおよび半導体基板１ｔのＮ型拡散剤層２同士、半導体基板１ｔおよび半導体基板１ｕのＰ型拡散剤層４同士がそれぞれ向かい合うように配列した。隣接する半導体基板１同士の間隔は、４．７６ｍｍとした。そして、Ｎ２ガス雰囲気下において９５０℃で３０分間、半導体基板１を加熱して、Ｎ型拡散剤層２内の不純物拡散成分とＰ型拡散剤層４内の不純物拡散成分とを同時に熱拡散させた。その後、熱拡散によって半導体基板１の表面に形成された酸化膜と、Ｎ型拡散剤層２およびＰ型拡散剤層４とをフッ酸で除去した。
【００４１】
（比較例１）
実施例１と同様にして、半導体基板１の一方の表面にＮ型不純物拡散剤を塗布してＮ型拡散剤層２を形成し、半導体基板１の他方の表面にＰ型不純物拡散剤を塗布してＰ型拡散剤層４を形成した。そして、図３（Ｂ）に示すように、Ｎ型拡散剤層２およびＰ型拡散剤層４が形成された複数の半導体基板１ｑ，１ｒ，１ｓ，１ｔ，１ｕを、Ｎ型拡散剤層２とＰ型拡散剤層４とが向かい合うようにして拡散炉２００内に配列した。具体的には、半導体基板１ｑのＮ型拡散剤層２と半導体基板１ｒのＰ型拡散剤層４、半導体基板１ｒのＮ型拡散剤層２と半導体基板１ｓのＰ型拡散剤層４、半導体基板１ｓのＮ型拡散剤層２と半導体基板１ｔのＰ型拡散剤層４、半導体基板１ｔのＮ型拡散剤層２と半導体基板１ｕのＰ型拡散剤層４がそれぞれ向かい合うように配列した。隣接する半導体基板１同士の間隔は、実施例１と同様に４．７６ｍｍとした。そして、実施例１と同様にして、Ｎ型拡散剤層２内の不純物拡散成分とＰ型拡散剤層４内の不純物拡散成分とを同時に熱拡散させ、酸化膜と、Ｎ型拡散剤層２およびＰ型拡散剤層４とをフッ酸で除去した。
【００４２】
（抵抗値測定）
実施例１および比較例１について、半導体基板１ｒ，１ｓ，１ｔに形成されたＮ型拡散剤層２およびＰ型拡散剤層４のシート抵抗値を、シート抵抗測定器（ＶＲ−７０：国際電気株式会社製）を用いて四探針法により測定した。シート抵抗値の測定結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
（Ｐ／Ｎ判定）
実施例１および比較例１について、半導体基板１ｒ，１ｓ，１ｔに形成されたＮ型拡散剤層２およびＰ型拡散剤層４の導電型を、Ｐ／Ｎ判定機（ＰＮ／１２α：ナプソン株式会社製）を用いて判定した。Ｐ／Ｎ判定の判定結果を表２に示す。
【００４５】
【表２】
【００４６】
表１および表２において、１ｒ−２、１ｓ−２、１ｔ−２は、それぞれ半導体基板１ｒのＮ型拡散剤層２、半導体基板１ｓのＮ型拡散剤層２、半導体基板１ｔのＮ型拡散剤層２に相当し、１ｒ−４、１ｓ−４、１ｔ−４は、それぞれ半導体基板１ｒのＰ型拡散剤層４、半導体基板１ｓのＰ型拡散剤層４、半導体基板１ｔのＰ型拡散剤層４に相当する。
【００４７】
表１に示すように、実施例１では、Ｎ型拡散剤層２のシート抵抗値の最大値（半導体基板１ｔ）と最小値（半導体基板１ｒ）の差は０．７Ω／ｓｑであった。これに対し、比較例１では、最大値（半導体基板１ｓ）と最小値（半導体基板１ｒ）の差は７７．８Ω／ｓｑであった。また、実施例１では、Ｐ型拡散剤層４のシート抵抗値の最大値（半導体基板１ｓ）と最小値（半導体基板１ｒ）の差は１６．１Ω／ｓｑであった。これに対し、比較例１では、最大値（半導体基板１ｓ）と最小値（半導体基板１ｔ）の差は２８７．４Ω／ｓｑであった。したがって、実施例１は、比較例１に比べて優れた抵抗値安定性を示した。
【００４８】
表２に示すように、実施例１では、各半導体基板１ｒ，１ｓ，１ｔのＮ型拡散剤層２の導電型はN型であり、Ｐ型拡散剤層４の導電型はＰ型であった。これに対し、比較例１では、各半導体基板１ｒ，１ｓ，１ｔのＮ型拡散剤層２の導電型はN型であったが、Ｐ型拡散剤層４の導電型は、半導体基板１ｔのみがＰ型であり、半導体基板１ｒ，１ｓはＮ型であった。すなわち、比較例１では、一部に導電型の反転が見られた。したがって、実施例１は、比較例１に比べて優れた導電型安定性を示した。比較例１の半導体基板１ｒ，１ｓのＰ型拡散剤層４に導電型の反転が起こった原因は、半導体基板１ｑ，１ｒのＮ型拡散剤層２からのＮ型不純物拡散成分のアウトディフュージョンにあると考えられる。
【符号の説明】
【００４９】
１，１ｑ，１ｓ，１ｒ，１ｔ，１ｕ 半導体基板、 ２ Ｎ型拡散剤層、 ４ Ｐ型拡散剤層、 ６ Ｎ型不純物拡散層、 ８ Ｐ型不純物拡散層、 １２ 表面電極、 １４ 裏面電極、 ２０ ダミー基板、 １００ 太陽電池、 ２００ 拡散炉。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一方の表面上に第１導電型の不純物拡散成分を含む拡散剤層を形成し、
前記半導体基板の他方の表面上に第２導電型の不純物拡散成分を含む拡散剤層を形成し、
複数の前記半導体基板を、同じ導電型の不純物拡散成分を含む拡散剤層同士が対向するようにして拡散炉内に配列し、
拡散炉内で前記半導体基板を加熱して、前記半導体基板の前記一方の表面に第１導電型の不純物拡散成分を拡散させるとともに、前記半導体基板の前記他方の表面に第２導電型の不純物拡散成分を拡散させる
ことを含むことを特徴とする不純物拡散成分の拡散方法。
【請求項２】
複数の前記半導体基板を、隣接する半導体基板同士の間隔が０．１〜１０ｍｍとなるように拡散炉内に配列する請求項１に記載の不純物拡散成分の拡散方法。
【請求項３】
前記半導体基板を、８２０〜１２００℃で加熱して不純物拡散成分を拡散させる請求項１または２に記載の不純物拡散成分の拡散方法。
【請求項４】
拡散炉内に配列された複数の前記半導体基板のうち最外側の半導体基板の外側にダミー基板を配列する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の不純物拡散成分の拡散方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の不純物拡散成分の拡散方法を用いて半導体基板に不純物拡散成分を拡散させて、前記半導体基板の一方の表面に第１導電型の不純物拡散層を形成するとともに前記半導体基板の他方の表面に第２導電型の不純物拡散層を形成し、
前記半導体基板の一方の表面側に第１電極を設け、当該第１電極を前記第１導電型の不純物拡散層と電気的に接続し、
前記半導体基板の他方の表面側に第２電極を設け、当該第２電極を前記第２導電型の不純物拡散層と電気的に接続する
ことを含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項１】
半導体基板の一方の表面上に第１導電型の不純物拡散成分を含む拡散剤層を形成し、
前記半導体基板の他方の表面上に第２導電型の不純物拡散成分を含む拡散剤層を形成し、
複数の前記半導体基板を、同じ導電型の不純物拡散成分を含む拡散剤層同士が対向するようにして拡散炉内に配列し、
拡散炉内で前記半導体基板を加熱して、前記半導体基板の前記一方の表面に第１導電型の不純物拡散成分を拡散させるとともに、前記半導体基板の前記他方の表面に第２導電型の不純物拡散成分を拡散させる
ことを含むことを特徴とする不純物拡散成分の拡散方法。
【請求項２】
複数の前記半導体基板を、隣接する半導体基板同士の間隔が０．１〜１０ｍｍとなるように拡散炉内に配列する請求項１に記載の不純物拡散成分の拡散方法。
【請求項３】
前記半導体基板を、８２０〜１２００℃で加熱して不純物拡散成分を拡散させる請求項１または２に記載の不純物拡散成分の拡散方法。
【請求項４】
拡散炉内に配列された複数の前記半導体基板のうち最外側の半導体基板の外側にダミー基板を配列する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の不純物拡散成分の拡散方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の不純物拡散成分の拡散方法を用いて半導体基板に不純物拡散成分を拡散させて、前記半導体基板の一方の表面に第１導電型の不純物拡散層を形成するとともに前記半導体基板の他方の表面に第２導電型の不純物拡散層を形成し、
前記半導体基板の一方の表面側に第１電極を設け、当該第１電極を前記第１導電型の不純物拡散層と電気的に接続し、
前記半導体基板の他方の表面側に第２電極を設け、当該第２電極を前記第２導電型の不純物拡散層と電気的に接続する
ことを含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１７１６００（Ｐ２０１１−１７１６００Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３５２７７（Ｐ２０１０−３５２７７）
【出願日】平成２２年２月１９日（２０１０．２．１９）
【出願人】（０００２２０２３９）東京応化工業株式会社 (1,407)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１９日（２０１０．２．１９）
【出願人】（０００２２０２３９）東京応化工業株式会社 (1,407)
【Ｆターム（参考）】
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