熱処理用ボート
【課題】 半導体基板を複数枚重ね合わせて熱処理する際に、半導体基板同士のズレを抑制し、また半導体基板の間に隙間を発生させることなく保持できる熱処理用ボートを提供することを目的とする。
【解決手段】 少なくとも、前記１組の角形半導体基板の各辺の少なくとも１箇所と接触する溝を備える基板固定具と、当該基板固定具の両端に連結される支持板とを有し、前記基板固定具は、前記１組の角形半導体基板の重心よりも高い位置から当該１組の角形半導体基板を非鉛直方向に加圧する少なくとも１つの第１基板固定具と、前記１組の角形半導体基板の重心よりも低い位置から当該１組の角形半導体基板を支持する少なくとも１つの第２基板固定具を、少なくとも有する熱処理用ボート。
【解決手段】 少なくとも、前記１組の角形半導体基板の各辺の少なくとも１箇所と接触する溝を備える基板固定具と、当該基板固定具の両端に連結される支持板とを有し、前記基板固定具は、前記１組の角形半導体基板の重心よりも高い位置から当該１組の角形半導体基板を非鉛直方向に加圧する少なくとも１つの第１基板固定具と、前記１組の角形半導体基板の重心よりも低い位置から当該１組の角形半導体基板を支持する少なくとも１つの第２基板固定具を、少なくとも有する熱処理用ボート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一形状の半導体基板の裏面同士を２枚１組で重ね合わせて熱処理する際に、半導体基板を固定するための熱処理用ボートに関するものであり、特に、太陽電池のエミッタ層を形成するための熱処理時に、半導体基板を固定する熱処理用ボートに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、一般に半導体基板の受光面側表面にドーパントを拡散させたエミッタ層が形成されている。例えば、Ｐ型シリコン基板の受光面にはリンを拡散させエミッタ層を形成している。このエミッタ層形成のための熱処理工程は、生産性向上のため２枚の半導体基板を重ねて行われることが多い（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
太陽電池用の半導体基板を拡散炉内で熱処理するための冶具として、例えば図９のような熱処理用ボートが一般的に用いられていた。すなわち、図９の熱処理用ボートは、４本の梁１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄと、該梁同士を固定しボート自体の機械的強度を保つ為の側板１０２なる部分から構成され、４本の梁の内側には半導体基板を搭載する為の溝１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄが複数箇所設けられている。使用する際は、図１０に示すように上部から２枚の半導体基板１０７同士を重ねて溝１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄに沿って挿入し、半導体基板を梁で保持するものである。
【０００４】
しかしながら、図９の様な一般的に使用されている熱処理用ボートを用いた場合、半導体基板１０７を挿入するために、角形半導体基板の向かい合う辺と接触する溝１０５ａと溝１０５ｂの溝底間の距離が、これに搭載される角形半導体基板の寸法より大きくなるように遊びをもたせて設計されている。そのため、例えば図１１の様に重ね合わせた半導体基板同士がズレて搭載されてしまうと、角形半導体基板の裏面にドーパントが拡散されることとなる。
また、図１２の様に片側の溝底にのみ接触し、もう一方の溝底には接触しない状態で搭載されてしまうと、熱処理によって角形半導体基板に反りが発生した場合に、溝底で固定されていない側のエッジや基板上部側が開いてしまう。この状態でドーパントの拡散熱処理を行うと、反りにより生じた隙間からドーパントが回りこみ、角形半導体基板の裏面に拡散されることとなる。
【０００５】
また、前記一般的に使用されている熱処理用ボートを用いた拡散処理では、ドーパントが均一に拡散されない場合があり、半導体基板のシート抵抗のバラツキが大きくなるという問題があった。
【０００６】
ドーパントが半導体基板の裏面に拡散されてしまう問題は、太陽電池の性能低下の１つの要因となり、性能のばらつきの原因となっていた。すなわち、例えば、リンをドーパントとして用いる場合、Ｐ型基板の裏面にリンが拡散されると、拡散電位が下がり開放電圧が下がって太陽電池の性能が低下していた。したがって、高効率の太陽電池を安定して製造するためには、エミッタ層形成の熱処理時に、半導体基板の裏面にドーパントが回り込むことを極力避ける必要がある。
【０００７】
半導体基板の裏面へのドーパントの拡散を防止する技術として、半導体基板を保持する熱処理用ボートの梁に形成する溝に着目し、螺旋状溝を有し、ボート本体に固定されず回転可能な梁を使うことで、他のボート本体に固定された梁に設けられた溝と位置を変えることができる機能を有する熱処理用ボートがある（特許文献２を参照。）。この熱処理用ボートを用いた場合、半導体基板と接触する螺旋状溝が設けられた梁を回転させることで、位置が固定された他の梁の溝に対する相対位置が変化し、重ね合わせた半導体基板同士を締め付けることができ、基板同士の隙間が開かなくなり、拡散熱処理時のドーパントの裏面への回り込みが抑制される。
しかし、締め付け具合が弱いと回り込み抑制効果が不充分となり、締め付け具合が強すぎると締め付け箇所からワレ不良が多発するなど別の問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平４−１６２５１８号公報
【特許文献２】特開２００６−８６２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記現状に鑑み、同一形状の半導体基板の裏面同士を２枚１組で重ね合わせて熱処理する際に、半導体基板同士のズレを抑制し、また半導体基板の間に隙間を発生させることなく保持できる熱処理用ボート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】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明の１つの側面に係る熱処理用ボートは、同一形状の角形半導体基板の裏面同士を２枚１組で重ね合わせて熱処理する際に少なくとも１組の当該角形半導体基板を固定する熱処理用ボートであって、少なくとも、前記１組の角形半導体基板の各辺の少なくとも１箇所と接触する溝を備える基板固定具と、当該基板固定具の両端に連結される支持板とを有し、前記基板固定具は、溝を介して前記１組の角形半導体基板の重心よりも高い位置から当該１組の角形半導体基板を非鉛直方向に加圧する少なくとも１つの第１基板固定具と、前記１組の角形半導体基板の重心よりも低い位置から当該１組の角形半導体基板を支持する少なくとも１つの第２基板固定具を、少なくとも有する熱処理用ボートである。
本発明の他の側面に係る熱処理用ボートは、同一形状の丸形半導体基板の裏面同士を２枚１組で重ね合わせて熱処理する際に少なくとも１組の当該丸形半導体基板を固定する熱処理用ボートであって、少なくとも、前記１組の丸形半導体基板の周縁部と接触する溝を備える基板固定具と、当該基板固定具の両端に連結される支持板とを有し、前記基板固定具は、溝を介して前記１組の丸形半導体基板の中心よりも高い位置から当該１組の丸形半導体基板を中心方向へ加圧する少なくとも１つの第１基板固定具と、前記１組の丸形半導体基板の中心よりも低い位置から当該１組の丸形半導体基板を支持する少なくとも１つの第２基板固定具を、少なくとも有する熱処理用ボートである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による熱処理ボートを使用すれば、従来の熱処理ボートを使用する場合に生じた半導体基板の位置ズレを抑制し隙間を無くすことができる。その結果、ドーパントの裏面への拡散が抑制されるとともに、重ね合わせた基板同士を締め付け過ぎることも無いので、安定した歩留りで拡散熱処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の熱処理用ボートの一態様を示す（ａ）平面図、および、（ｂ）断面図である。
【図２】図１の熱処理用ボートに角形半導体基板を搭載した状態の（ａ）平面図、および、（ｂ）側面図である。
【図３】本発明の熱処理用ボートの他の態様を示す（ａ）平面図、および、（ｂ）断面図である。
【図４】図３の熱処理用ボートに丸形半導体基板を搭載した状態の（ａ）平面図、および、（ｂ）側面図である。
【図５】実施例１の開放面側のシート抵抗を縦方向および横方向から測定したグラフである。
【図６】実施例２の開放面側のシート抵抗を縦方向および横方向から測定したグラフである。
【図７】実施例１の重ね合わせ面側のシート抵抗を縦方向および横方向から測定したグラフである。
【図８】実施例２の重ね合わせ面側のシート抵抗を縦方向および横方向から測定したグラフである。
【図９】一般的な熱処理用ボートの（ａ）平面図、および、（ｂ）断面図である。
【図１０】図９の熱処理用ボートに角形半導体基板を搭載した状態の（ａ）平面図、および、（ｂ）側面図である。
【図１１】一般的な熱処理用ボートに角形半導体基板を搭載した際、基板同士にズレが生じた場合の一例を示す模式図である。
【図１２】一般的な熱処理用ボートに角形半導体基板を搭載した際、熱処理による反りで基板同士に隙間が生じた場合の一例を示す模式図である。
【図１３】比較例の開放面側のシート抵抗を縦方向および横方向から測定したグラフである。
【図１４】比較例の重ね合わせ面側のシート抵抗を縦方向および横方向から測定したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明にかかる熱処理用ボートについて説明する。
まず、同一形状の角形半導体基板を固定する熱処理用ボートは、四角形以上の多角形形状を有する半導体基板を固定対象とする。対象となる半導体基板は、必ずしも正方形形状でなくともよく、正方形の頂点となる部分が切り落とされた擬似正方形形状でもよい。また、長方形形状やその頂点となる部分が切り落とされた擬似長方形形状でもよく、六角形や八角形といった形状でもよい。これらの半導体基板は、非熱処理面を裏面とし、裏面が熱処理されないよう同一形状の半導体基板の裏面同士をあらかじめ静電気等によって２枚１組で重ね合わせて、表面を熱処理する。
このような形状の半導体基板を固定する熱処理用ボートは、少なくとも基板固定具と、当該基板固定具を固定し熱処理用ボート自体の機械的強度を保つため、当該基板固定具の両端に連結される支持板とを有する。
基板固定具は、梁の役割を果たすものであり、支持板は、基板固定具の両端に連結されて基板固定具を支持するとともに、熱処理用ボートそのものの機械的強度を保持する側板の役割を果たすものである。
そして、当該基板固定具は、前記１組の角形半導体基板の各辺の少なくとも１箇所と接触する溝を備える。各辺と接触する溝は、好ましくは２箇所以上あれば、角形半導体基板の固定がより容易となる。
前記基板固定具は、溝を介して前記１組の角形半導体基板の重心よりも高い位置から当該１組の角形半導体基板を非鉛直方向に加圧する少なくとも１つの第１基板固定具と、前記１組の角形半導体基板の重心よりも低い位置から当該１組の角形半導体基板を支持する少なくとも１つの第２基板固定具を、少なくとも有する。第１基板固定具が角形半導体基板の重心よりも高い位置から、非鉛直方向へ角形半導体基板を加圧すると、角形半導体基板も非鉛直方向へ加圧する力が生じる。第２基板固定具は角形半導体基板の重心よりも低い位置にあることから、第１基板固定具と角形半導体基板の加圧の力と自重とを受けとめ、支えることとなる。このような第１基板固定具の上からの加圧と、第２基板固定具の下からの支持によって、角形半導体基板が固定されることとなる。
【００１４】
第１基板固定具の素材として、例えば熱の影響を受けにくいが、可とう性に優れている耐熱性弾性体等の可とう性材料を用いれば、第１基板固定具が角形半導体基板を加圧することができる。耐熱性弾性体としては、例えば、カーボン／カーボンコンポジェット製、または黒鉛シート製、もしくは耐熱金属製であることが好ましい。
【００１５】
上記角形半導体基板を固定する熱処理用ボートは、角形半導体基板の頂点部分が下向きとなるように固定することが好ましい。頂点部分には、多角形の頂点のみならず、擬似多角形形状である場合の頂点となる部分が切り落とされた部分も含まれる。
上記頂点部分が下向きとなるように固定する場合、第１基板固定具が角形半導体基板の少なくとも２辺から角形半導体基板を非鉛直方向に加圧することができ、また、第２基板固定具が角形半導体基板の少なくとも２辺から角形半導体基板を支持することができるため、熱処理用ボートは、角形半導体基板をより確実に固定することができる。
【００１６】
次に、丸形半導体基板を固定する熱処理用ボートについて説明する。
同一形状の丸形半導体基板を固定する熱処理用ボートは、真円や楕円等といった丸形の半導体基板を固定対象とする。角形半導体基板と同様に、非熱処理面を裏面とし、裏面が熱処理されないよう同一形状の半導体基板の裏面同士をあらかじめ静電気等によって２枚１組で重ね合わせて、表面を熱処理する。
このような形状の半導体基板を固定する熱処理用ボートは、少なくとも基板固定具と、当該基板固定具を固定し熱処理用ボート自体の機械的強度を保つため、当該基板固定具の両端に連結される支持板とを有する。
そして、当該基板固定具は、前記１組の丸形半導体基板の周縁部と接触する溝を備える。前記基板固定具は、溝を介して前記１組の丸形半導体基板の中心よりも高い位置から当該１組の丸形半導体基板を中心方向へ加圧する少なくとも１つの第１基板固定具と、前記１組の丸形半導体基板の中心よりも低い位置から当該１組の丸形半導体基板を支持する少なくとも１つの第２基板固定具を、少なくとも有する。第１基板固定具が丸形半導体基板の中心よりも高い位置から、丸形半導体基板を中心方向へ加圧すると、丸形半導体基板も中心から外方向へ加圧する力が生じる。第２基板固定具は丸形半導体基板の中心よりも低い位置にあることから、第１基板固定具と角形半導体基板の加圧の力と自重とを受けとめ、支えることとなる。このような第１基板固定具の上からの加圧と第２基板固定具の下からの支持によって、丸形半導体基板が固定されることとなる。
【００１７】
角形半導体基板の場合と同様に、第１基板固定具の素材として、例えば熱の影響を受けにくいが、可とう性に優れている耐熱性弾性体等の可とう性材料を用いれば、第１基板固定具が丸形半導体基板を加圧することができる。耐熱性弾性体としては、例えば、カーボン／カーボンコンポジェット製、または黒鉛シート製、もしくは耐熱金属製であることが好ましい。
【００１８】
本発明の角形半導体基板または丸形半導体基板を固定する熱処理用ボートの基板固定具が備える溝は、その幅が２枚１組で重ね合わせた半導体基板の合計厚さ以上あればよい。合計厚さ以上あれば、半導体基板が溝に収まるからである。例えば厚さ２００μｍの半導体基板を２枚１組で重ね合わせて熱処理を行う場合、溝の幅は少なくとも４００μｍ以上あればよい。一方、生産性の観点から、１つのボートになるべく多くの半導体基板を搭載して熱処理するには、隣り合う溝同士のピッチを狭める必要がある為、溝の幅があまり広すぎると溝ピッチを狭めることができなくなり、生産性が悪くなる。従って、実用的には溝の幅は１００〜１０００μｍ程度であることが望ましい。
【００１９】
なお、溝は、熱処理用ボートとして基板を固定できるものであれば、必ずしも平たい底面を有している必要はない。したがって、角形半導体基板の各辺や丸形半導体基板の周縁部と、溝の底面とがぴったりと接触している必要はなく、例えば、角形半導体基板の各辺と点接触するような溝の底面形状であってよい。溝は、基板固定具を石英等の材料で構成する場合は、ガラス加工器、研磨器等を使用して、所定の径の棒状に加工することができる。
【００２０】
本発明の角形半導体基板または丸形半導体基板を固定する熱処理用ボートは、半導体基板を加圧する第１基板固定具を備える第１ボートと、半導体基板を支持する第２基板固定具を備える第２ボートとに物理的に分割されている構造を取ることができ、これらのボート１対で１つの熱処理用ボートとして使用することができる。分割した構造を取ることにより、半導体基板を梁で挟み込んで固定することが容易となる。
このような熱処理用ボートとしては、第１ボートと第２ボートが上下に２分割されている構造のものや、左右に２分割されている構造のものが考えられ、第１ボート〜第３ボートの３分割に分割されている構造等も取ることができる。
【００２１】
上記のように熱処理用ボートが第１ボートと第２ボートからなる場合において、第１ボートと第２ボートが上下に２分割されている構造のものであれば、第１ボートの自重により第１基板固定具が半導体基板を加圧し、かつ前記第１ボートの自重および前記半導体基板の自重を受けて前記第２基板固定具が前記半導体基板を支持することができ、重力を利用して半導体基板を固定できるため、好ましい。
【００２２】
第１ボートと第２ボートは、上下対称な構造であることが好ましい。上下対称な構造であれば、熱処理用ボートを炉内に設置したときにガスの流れが一定となり、半導体基板のシート抵抗の面内バラツキを抑制することができるからである。上下対称な構造としては、例えば第１ボートと第２ボートが鏡面対称の構造のものや、回転対称の構造のものが挙げられる。
【００２３】
本発明の熱処理用ボートは、基板固定具を含めて、例えば、高純度石英や高純度ＳｉＣなどで作ることができる。コストの面からは高純度石英を使用することが望ましい。
【００２４】
上記のようにして熱処理用ボートに搭載された２枚１組の半導体基板に対するドーパントの拡散方法は、オキシ塩化リンやジボラン等を用いた気相拡散法でもよく、リン酸やホウ酸等を溶かした液体を用いたスピン塗布法又は印刷法又はインクジェット法でもよい。
いずれの方法であっても、本発明の熱処理用ボートを用いることで半導体基板を重ね合わせた面側に、意図しないドーパントが拡散することを防ぐことができる。
【００２５】
以下、熱処理用ボートについて、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。この場合において、本発明は図面の実施形態に限定されるものではない。また、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２６】
図１に示す熱処理用ボート１の一例は、角形半導体基板を固定する熱処理用ボートである。上部ボート８と下部ボート９とに物理的に分離されており、上下対称（２回転対称）な構造であるこれらのボート１対で１つの熱処理用ボートとして使用する。上部ボート８は、４本の基板固定具（梁）３ａと当該基板固定具３ａ同士を固定しボート自体の機械的強度を保つ為、基板固定具３ａの両端に連結される支持板（側板）２ａから構成され、４本の基板固定具３ａの内側には角形半導体基板の上側の２辺とそれぞれ２箇所ずつ接触して半導体基板を固定するための溝５ｅ〜５ｈが設けられている。
一方、下部ボート９は、４本の基板固定具（梁）３ｂと当該基板固定具３ｂ同士を固定しボート自体の機械的強度を保つ為、基板固定具３ｂの両端に連結される支持板（側板）２ｂから構成され、４本の基板固定具３ｂの内側には角形半導体基板の下側の２辺と接触して半導体基板を固定するための溝５ａ〜５ｄが設けられている。
【００２７】
図１の熱処理用ボートを使用する際は、まず、あらかじめ静電気によって裏面同士を２枚１組で重ね合わせた角形半導体基板７の２つの下辺を、図２に示す様に、頂点部分７ａが下向きとなるように下部ボード９の基板固定具３ｂの溝５ａ〜５ｄに差し込むことにより、角形半導体基板７の自重で下辺が下部ボード９により支持される。重ね合わせた基板同士のズレは、基板の自重により解消される。
続いて、下部ボード９により支持された角形半導体基板７の２つの上辺に、上部ボード８の基板固定具３ａの溝５ｅ〜５ｈを合わせ入れる。
上記構成により、上部ボート８は、自重により基板固定具３ａを介して角形半導体基板７を非鉛直方向に加圧し、下部ボート９は、上部ボード８および角形半導体基板７の自重を受け、基板固定具３ｂを介して角形半導体基板７を支持することとなり、角形半導体基板７が固定される。このように２枚１組の角形半導体基板７がズレることなく固定されれば、ドーパントの裏面への拡散を抑制しつつ、安定した歩留りで拡散熱処理を行うことができる。
【００２８】
図３に示す熱処理用ボート１の一例は、丸形半導体基板を固定する熱処理用ボートである。上部ボート８と下部ボート９とに物理的に分離されており、上下対称な構造であるこれらのボート１対で１つの熱処理用ボートとして使用する。上部ボート８は、４本の基板固定具３ａと当該基板固定具３ａ同士を固定しボート自体の機械的強度を保つ為、基板固定具３ａの両端に連結される支持板２ａから構成され、４本の基板固定具３ａの内側には角形半導体基板の上側の２辺とそれぞれ２箇所ずつ接触して半導体基板を固定するための溝５ｅ〜５ｈが設けられている。
一方、下部ボート９は、４本の基板固定具３ｂと当該基板固定具３ｂ同士を固定しボート自体の機械的強度を保つ為、基板固定具３ｂの両端に連結される支持板２ｂから構成され、４本の基板固定具３ｂの内側には丸形半導体基板の周縁部と接触して半導体基板を固定するための溝５ａ〜５ｄが設けられている。
【００２９】
図３の熱処理用ボートを使用する際は、まず、あらかじめ静電気によって裏面同士を２枚１組で重ね合わせた丸形半導体基板７の周縁部７ｂの下側を、図４に示す様に、下部ボード９の基板固定具３ｂの溝５ａ〜５ｄに差し込むことにより、丸形半導体基板７の自重で下部ボード９により支持される。重ね合わせた基板同士のズレは、基板の自重により解消される。
続いて、下部ボード９により支持された丸形半導体基板７の周縁部の上側に、上部ボード８の基板固定具３ａの溝５ｅ〜５ｈを合わせ入れる。
上記構成により、上部ボート８は、自重により基板固定具３ａを介して丸形半導体基板７を中心方向に加圧し、下部ボート９は、上部ボード８および丸形半導体基板７の自重を受け、基板固定具３ｂを介して丸形半導体基板７を支持することとなり、丸形半導体基板７が固定される。このように２枚１組の丸形半導体基板７がズレることなく固定されれば、ドーパントの裏面への拡散を抑制しつつ、安定した歩留りで拡散熱処理を行うことができる。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
（実施例１）
まず、角形半導体基板として、一辺の長さが１５６ｍｍの正方形、厚さ２００μｍ、面方位（１００）、ＣＺ法で製造されたボロンドープｐ型、比抵抗１〜３Ω・ｃｍのラップドウェーハを準備した。
次に上記の角型半導体基板を搭載し拡散熱処理する為、高純度石英を用いて図１に示した様な熱処理用ボート１を作製した。基板を固定する基板固定具（梁）は、長さ１７２ｍｍ直径１０ｍｍの円柱を８本用意した。これらの基板固定具の端から１６ｍｍの位置に最初の溝の中央が来るように位置合わせし、そこから隣り合う溝同士のピッチが２．５ｍｍとなる様に基板固定具１本あたりに５６溝切り込み加工を行った。なお、溝の深さは３．５ｍｍ、溝底幅１０００μｍに加工した。
図２に示した様に、正方形の半導体基板のそれぞれの辺の各２箇所ずつと均等に接触できるよう、溝５ａと５ｂ、溝５ｃと５ｄ、溝５ｅと５ｆ、溝５ｇと５ｈをペアとした。各ペアの溝を有する基板固定具３同士の間隔は７８ｍｍとした。次に溝５ａと５ｂ及び溝５ｃと５ｄが加工された基板固定具３ｂを、溝５ａと５ｂ及び溝５ｃと５ｄが９０°の角度をなして基板側に向くように支持板（側板）２ｂで固定して下部ボート９とした。また、溝５ｅと５ｆ及び溝５ｇと５ｈが加工された基板固定具３ａを、溝５ｅと５ｆ及び溝５ｇと５ｈが９０°の角度をなして基板側に向くように支持板２ａで固定して上部ボート８とした。
上記の正方形のｐ型半導体基板７を、下部ボート９の基板固定具３ｂの各溝に１つの溝あたり２枚ずつ重ね合わせた状態で搭載し、合計１１２枚（５６組）並べた。ｐ型半導体基板７の自重によって、ｐ型半導体基板７の下側２辺が、下部ボート９の基板固定具３ｂの溝５ａ〜５ｄに固定された。
次に、上記で並べたｐ型半導体基板７の上側２辺に、上部ボート８の基板固定具３ａの溝を合わせて載せた。上部ボート８の自重によってｐ型半導体基板７の上側２辺が上部ボート８の基板固定具３ａの溝５ｅ〜５ｈに固定された。
次に、外径４１０ｍｍ、内径４００ｍｍ、長さ３５００ｍｍ、片側に内径４００ｍｍの開口部を持つ石英製炉芯管が搭載された熱処理炉で、拡散熱処理を行った。
熱処理炉は常時８３０℃にセットし、ボート挿入後、４０分間リンのデポジションを行い、続いて１７分間ドライブインを行い、ボート取出しを行った。
熱処理時のガス組成は、リンのデポジション中は窒素２０Ｌ／分と酸素０．３Ｌ／分とオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）０．４５Ｌ／分の混合ガスとし、それ以外の待機中及び蓋開閉時及びボート挿入・取出し時及びドライブイン中は、窒素２０Ｌ／分と酸素０．３Ｌ／分の混合ガスとした。
【００３１】
（実施例２）
丸形半導体基板として、直径１５０ｍｍ、厚さ２００μｍ、面方位（１００）、ＣＺ法で製造されたボロンドープｐ型、比抵抗１〜３Ω・ｃｍのラップドウェーハを準備した。
上記の丸形半導体基板を搭載し拡散熱処理する為、高純度石英を用いて図３に示した様な熱処理用ボート１を作製した。基板を固定する基板固定具（梁）は、長さ１７２ｍｍ直径１０ｍｍの円柱を８本用意した。これらの基板固定具の端から１６ｍｍの位置に最初の溝の中央が来るように位置合わせし、そこから隣り合う溝同士のピッチが２．５ｍｍとなる様に基板固定具１本あたりに５６溝切り込み加工を行った。なお、溝の深さは３．５ｍｍ、溝底幅１０００μｍに加工した。
図４に示した様に、上記丸形半導体基板の周縁部と接触できるよう、溝５ａと５ｂ、溝５ｃと５ｄ、溝５ｅと５ｆ、溝５ｇと５ｈをペアとした。溝５ａ〜５ｈの向きが丸型半導体基板の中心に向かうように回転させ、各ペアの溝を有する基板固定具３同士の間隔は７８ｍｍとした。溝５ａ〜５ｄが加工された基板固定具３ｂを溝５ａ〜５ｄが丸型半導体基板の中心に向かう位置関係を保ったまま支持板２ｂで固定して下部ボート９とした。溝５ｅ〜５ｈが加工された基板固定具３ａを溝５ｅ〜５ｈが丸型半導体基板の中心に向かう位置関係を保ったまま支持板２ａで固定して上部ボート８とした。
上記の丸型のｐ型半導体基板７を、下部ボート９の基板固定具３ｂの各溝５ａ〜５ｄに１つの溝あたり２枚ずつ重ね合わせた状態で搭載し、合計１１２枚（５６組）並べた。ｐ型半導体基板７の自重によって、下部ボート９の基板固定具３ｂの溝５ａ〜５ｄに固定された。
次に、上記で並べたｐ型半導体基板７の上側に、上部ボート８の基板固定具３ａの溝５ｅ〜５ｈを合わせて載せた。上部ボート８の自重によってｐ型半導体基板７の上側が基板固定具３ａの溝５ｅ〜５ｈに固定された。
次に、外径４１０ｍｍ、内径４００ｍｍ、長さ３５００ｍｍ、片側に内径４００ｍｍの開口部を持つ石英製炉芯管が搭載された熱処理炉で、拡散熱処理を行った。
熱処理炉は常時８３０℃にセットし、ボート挿入後、４０分間リンのデポジションを行い、続いて１７分間ドライブインを行い、ボート取出しを行った。
熱処理時のガス組成は、リンのデポジション中は窒素２０Ｌ／分と酸素０．３Ｌ／分とオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）０．４５Ｌ／分の混合ガスとし、それ以外の待機中及び蓋開閉時及びボート挿入・取出し時及びドライブイン中は、窒素２０Ｌ／分と酸素０．３Ｌ／分の混合ガスとした。
【００３２】
（比較例）
角形半導体基板として、一辺の長さが１５６ｍｍの正方形、厚さ２００μｍ、面方位（１００）、ＣＺ法で製造されたボロンドープｐ型、比抵抗１〜３Ω・ｃｍのラップドウェーハを準備した。
上記のｐ型半導体基板を搭載し拡散熱処理する為、高純度石英を用いて図９に示した様な熱処理用ボート１００を作製した。基板を固定する基板固定具（梁）は、長さ１７２ｍｍ直径１０ｍｍの円柱を４本用意した。これらの基板固定具の端から１６ｍｍの位置に最初の溝の中央が来るように位置合わせし、そこから隣り合う溝同士のピッチが２．５ｍｍとなる様に基板固定具１本あたりに５６溝切り込み加工を行った。なお、溝の深さは３．５ｍｍ、溝底幅１０００μｍに加工した。
図１０に示した様に、正方形のｐ型半導体基板１０７の下側の辺を２箇所ずつ、側辺を各１箇所保持できるように梁１０３ａ〜１０３ｄを調整した。溝１０５ｂと溝１０５ｃの梁１０３同士の間隔は７８ｍｍとした。溝１０５ａと溝１０５ｄの溝の向きが向かい合う様にし、溝底間隔を１５９ｍｍとした。上記位置関係を保ったまま側板１０２で固定して一般的な熱処理用ボートとした。
上記の正方形のｐ型半導体基板１０７を、下部の梁１０３ｃ、１０３ｄの各溝に１つの溝あたり２枚ずつ重ね合わせた状態で搭載し、合計１１２枚（５６組）並べた。ｐ型半導体基板１０７の自重によって下側１辺が、溝に固定された。ｐ型半導体基板１０７の側辺を押し、溝１０５ａ側に押し込んで固定した。溝１０５ｄ側は固定されず、辺から溝底まで約３ｍｍの遊びができた。
次に外径４１０ｍｍ、内径４００ｍｍ、長さ３５００ｍｍ、片側に内径４００ｍｍの開口部を持つ石英製炉芯管が搭載された熱処理炉で、拡散熱処理を行った。
熱処理炉は常時８３０℃にセットし、ボート挿入後、４０分間リンのデポジションを行い、続いて１７分間ドライブインを行い、ボート取出しを行った。
熱処理時のガス組成は、リンのデポジション中は窒素２０Ｌ／分と酸素０．３Ｌ／分とオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）０．４５Ｌ／分の混合ガスとし、それ以外の待機中及び蓋開閉時及びボート挿入・取出し時及びドライブイン中は、窒素２０Ｌ／分と酸素０．３Ｌ／分の混合ガスとした。
【００３３】
上述の実施例１、２及び比較例により拡散熱処理を行い、得られた半導体基板について以下の方法で評価を行った。
拡散熱処理の終わった半導体基板を、２５％ＨＦに４分間浸漬しガラス膜を除去、純水リンスし、乾燥させ、４探針法でシート抵抗測定を行った。シート抵抗測定は、２枚に重ねた半導体基板の開放面側（処理面側）と重ね合わせ面側（裏面側）の両方について測定した。正方形の半導体基板は、向かい合う辺の中央を横断する様に、２ｍｍピッチで測定した。丸形の半導体基板は、ある点から直径１５０ｍｍを２ｍｍピッチで測定し、これと直交するもう１本の１５０ｍｍの直線上を２ｍｍピッチで測定した。図中、縦方向、横方向の測定は、それぞれ測定を開始したエッジからの距離が大きくなるにつれて、熱処理時の基板の鉛直方向上方に向かうように測定した。この場合の縦方向とはボードの開口部と１平行な方向であり、横方向とはそれに直交する方向を示す。
表１、図５、図６および図１３に、実施例１，実施例２および比較例で得られた基板の開放面側のシート抵抗測定結果を示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
実施例１、２及び比較例、何れも熱処理用ボートを用いた場合も、開放面側は略同等のシート抵抗を示した。
【００３６】
表２、図７、図８および図１４に、実施例１、実施例２および比較例で得られた基板の重ね合わせ面側のシート抵抗測定結果を示す。
【００３７】
【表２】
【００３８】
図７に実施例１の重ね合わせ面側のシート抵抗測定結果を示す。一部、測定できない点があった。リンの回り込みによりｐ型半導体基板がｎ型に充分反転していない為であると考えられる。
図８に実施例２の重ね合わせ面側のシート抵抗測定結果を示す。一部、測定できない点があった。リンの回り込みによりｐ型基板がｎ型に充分反転していない為であると考えられる。
図１４に比較例の重ね合わせ面側のシート抵抗測定結果を示す。基板エッジ付近は開放面側と同程度のシート抵抗を示す所もあった。これはリンの回り込みがある為であると考えられる。
【００３９】
以上のように比較例に対して実施例１及び２は、シート抵抗の平均値が高く、重ね合わせ面側へのリンの回り込みが抑制されていることが示唆された。
【符号の説明】
【００４０】
１ 熱処理用ボート
１００ 従来の熱処理用ボート
２、２ａ、２ｂ 支持板（側板）
１０２ 側板
３、３ａ、３ｂ 基板固定具（梁）
１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ 梁
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ 溝
７、１０７ 半導体基板
７ａ 頂点部分
７ｂ 周縁部
８ 上部ボート
９ 下部ボート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一形状の半導体基板の裏面同士を２枚１組で重ね合わせて熱処理する際に、半導体基板を固定するための熱処理用ボートに関するものであり、特に、太陽電池のエミッタ層を形成するための熱処理時に、半導体基板を固定する熱処理用ボートに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、一般に半導体基板の受光面側表面にドーパントを拡散させたエミッタ層が形成されている。例えば、Ｐ型シリコン基板の受光面にはリンを拡散させエミッタ層を形成している。このエミッタ層形成のための熱処理工程は、生産性向上のため２枚の半導体基板を重ねて行われることが多い（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
太陽電池用の半導体基板を拡散炉内で熱処理するための冶具として、例えば図９のような熱処理用ボートが一般的に用いられていた。すなわち、図９の熱処理用ボートは、４本の梁１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄと、該梁同士を固定しボート自体の機械的強度を保つ為の側板１０２なる部分から構成され、４本の梁の内側には半導体基板を搭載する為の溝１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄが複数箇所設けられている。使用する際は、図１０に示すように上部から２枚の半導体基板１０７同士を重ねて溝１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄに沿って挿入し、半導体基板を梁で保持するものである。
【０００４】
しかしながら、図９の様な一般的に使用されている熱処理用ボートを用いた場合、半導体基板１０７を挿入するために、角形半導体基板の向かい合う辺と接触する溝１０５ａと溝１０５ｂの溝底間の距離が、これに搭載される角形半導体基板の寸法より大きくなるように遊びをもたせて設計されている。そのため、例えば図１１の様に重ね合わせた半導体基板同士がズレて搭載されてしまうと、角形半導体基板の裏面にドーパントが拡散されることとなる。
また、図１２の様に片側の溝底にのみ接触し、もう一方の溝底には接触しない状態で搭載されてしまうと、熱処理によって角形半導体基板に反りが発生した場合に、溝底で固定されていない側のエッジや基板上部側が開いてしまう。この状態でドーパントの拡散熱処理を行うと、反りにより生じた隙間からドーパントが回りこみ、角形半導体基板の裏面に拡散されることとなる。
【０００５】
また、前記一般的に使用されている熱処理用ボートを用いた拡散処理では、ドーパントが均一に拡散されない場合があり、半導体基板のシート抵抗のバラツキが大きくなるという問題があった。
【０００６】
ドーパントが半導体基板の裏面に拡散されてしまう問題は、太陽電池の性能低下の１つの要因となり、性能のばらつきの原因となっていた。すなわち、例えば、リンをドーパントとして用いる場合、Ｐ型基板の裏面にリンが拡散されると、拡散電位が下がり開放電圧が下がって太陽電池の性能が低下していた。したがって、高効率の太陽電池を安定して製造するためには、エミッタ層形成の熱処理時に、半導体基板の裏面にドーパントが回り込むことを極力避ける必要がある。
【０００７】
半導体基板の裏面へのドーパントの拡散を防止する技術として、半導体基板を保持する熱処理用ボートの梁に形成する溝に着目し、螺旋状溝を有し、ボート本体に固定されず回転可能な梁を使うことで、他のボート本体に固定された梁に設けられた溝と位置を変えることができる機能を有する熱処理用ボートがある（特許文献２を参照。）。この熱処理用ボートを用いた場合、半導体基板と接触する螺旋状溝が設けられた梁を回転させることで、位置が固定された他の梁の溝に対する相対位置が変化し、重ね合わせた半導体基板同士を締め付けることができ、基板同士の隙間が開かなくなり、拡散熱処理時のドーパントの裏面への回り込みが抑制される。
しかし、締め付け具合が弱いと回り込み抑制効果が不充分となり、締め付け具合が強すぎると締め付け箇所からワレ不良が多発するなど別の問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平４−１６２５１８号公報
【特許文献２】特開２００６−８６２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記現状に鑑み、同一形状の半導体基板の裏面同士を２枚１組で重ね合わせて熱処理する際に、半導体基板同士のズレを抑制し、また半導体基板の間に隙間を発生させることなく保持できる熱処理用ボート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】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明の１つの側面に係る熱処理用ボートは、同一形状の角形半導体基板の裏面同士を２枚１組で重ね合わせて熱処理する際に少なくとも１組の当該角形半導体基板を固定する熱処理用ボートであって、少なくとも、前記１組の角形半導体基板の各辺の少なくとも１箇所と接触する溝を備える基板固定具と、当該基板固定具の両端に連結される支持板とを有し、前記基板固定具は、溝を介して前記１組の角形半導体基板の重心よりも高い位置から当該１組の角形半導体基板を非鉛直方向に加圧する少なくとも１つの第１基板固定具と、前記１組の角形半導体基板の重心よりも低い位置から当該１組の角形半導体基板を支持する少なくとも１つの第２基板固定具を、少なくとも有する熱処理用ボートである。
本発明の他の側面に係る熱処理用ボートは、同一形状の丸形半導体基板の裏面同士を２枚１組で重ね合わせて熱処理する際に少なくとも１組の当該丸形半導体基板を固定する熱処理用ボートであって、少なくとも、前記１組の丸形半導体基板の周縁部と接触する溝を備える基板固定具と、当該基板固定具の両端に連結される支持板とを有し、前記基板固定具は、溝を介して前記１組の丸形半導体基板の中心よりも高い位置から当該１組の丸形半導体基板を中心方向へ加圧する少なくとも１つの第１基板固定具と、前記１組の丸形半導体基板の中心よりも低い位置から当該１組の丸形半導体基板を支持する少なくとも１つの第２基板固定具を、少なくとも有する熱処理用ボートである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による熱処理ボートを使用すれば、従来の熱処理ボートを使用する場合に生じた半導体基板の位置ズレを抑制し隙間を無くすことができる。その結果、ドーパントの裏面への拡散が抑制されるとともに、重ね合わせた基板同士を締め付け過ぎることも無いので、安定した歩留りで拡散熱処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の熱処理用ボートの一態様を示す（ａ）平面図、および、（ｂ）断面図である。
【図２】図１の熱処理用ボートに角形半導体基板を搭載した状態の（ａ）平面図、および、（ｂ）側面図である。
【図３】本発明の熱処理用ボートの他の態様を示す（ａ）平面図、および、（ｂ）断面図である。
【図４】図３の熱処理用ボートに丸形半導体基板を搭載した状態の（ａ）平面図、および、（ｂ）側面図である。
【図５】実施例１の開放面側のシート抵抗を縦方向および横方向から測定したグラフである。
【図６】実施例２の開放面側のシート抵抗を縦方向および横方向から測定したグラフである。
【図７】実施例１の重ね合わせ面側のシート抵抗を縦方向および横方向から測定したグラフである。
【図８】実施例２の重ね合わせ面側のシート抵抗を縦方向および横方向から測定したグラフである。
【図９】一般的な熱処理用ボートの（ａ）平面図、および、（ｂ）断面図である。
【図１０】図９の熱処理用ボートに角形半導体基板を搭載した状態の（ａ）平面図、および、（ｂ）側面図である。
【図１１】一般的な熱処理用ボートに角形半導体基板を搭載した際、基板同士にズレが生じた場合の一例を示す模式図である。
【図１２】一般的な熱処理用ボートに角形半導体基板を搭載した際、熱処理による反りで基板同士に隙間が生じた場合の一例を示す模式図である。
【図１３】比較例の開放面側のシート抵抗を縦方向および横方向から測定したグラフである。
【図１４】比較例の重ね合わせ面側のシート抵抗を縦方向および横方向から測定したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明にかかる熱処理用ボートについて説明する。
まず、同一形状の角形半導体基板を固定する熱処理用ボートは、四角形以上の多角形形状を有する半導体基板を固定対象とする。対象となる半導体基板は、必ずしも正方形形状でなくともよく、正方形の頂点となる部分が切り落とされた擬似正方形形状でもよい。また、長方形形状やその頂点となる部分が切り落とされた擬似長方形形状でもよく、六角形や八角形といった形状でもよい。これらの半導体基板は、非熱処理面を裏面とし、裏面が熱処理されないよう同一形状の半導体基板の裏面同士をあらかじめ静電気等によって２枚１組で重ね合わせて、表面を熱処理する。
このような形状の半導体基板を固定する熱処理用ボートは、少なくとも基板固定具と、当該基板固定具を固定し熱処理用ボート自体の機械的強度を保つため、当該基板固定具の両端に連結される支持板とを有する。
基板固定具は、梁の役割を果たすものであり、支持板は、基板固定具の両端に連結されて基板固定具を支持するとともに、熱処理用ボートそのものの機械的強度を保持する側板の役割を果たすものである。
そして、当該基板固定具は、前記１組の角形半導体基板の各辺の少なくとも１箇所と接触する溝を備える。各辺と接触する溝は、好ましくは２箇所以上あれば、角形半導体基板の固定がより容易となる。
前記基板固定具は、溝を介して前記１組の角形半導体基板の重心よりも高い位置から当該１組の角形半導体基板を非鉛直方向に加圧する少なくとも１つの第１基板固定具と、前記１組の角形半導体基板の重心よりも低い位置から当該１組の角形半導体基板を支持する少なくとも１つの第２基板固定具を、少なくとも有する。第１基板固定具が角形半導体基板の重心よりも高い位置から、非鉛直方向へ角形半導体基板を加圧すると、角形半導体基板も非鉛直方向へ加圧する力が生じる。第２基板固定具は角形半導体基板の重心よりも低い位置にあることから、第１基板固定具と角形半導体基板の加圧の力と自重とを受けとめ、支えることとなる。このような第１基板固定具の上からの加圧と、第２基板固定具の下からの支持によって、角形半導体基板が固定されることとなる。
【００１４】
第１基板固定具の素材として、例えば熱の影響を受けにくいが、可とう性に優れている耐熱性弾性体等の可とう性材料を用いれば、第１基板固定具が角形半導体基板を加圧することができる。耐熱性弾性体としては、例えば、カーボン／カーボンコンポジェット製、または黒鉛シート製、もしくは耐熱金属製であることが好ましい。
【００１５】
上記角形半導体基板を固定する熱処理用ボートは、角形半導体基板の頂点部分が下向きとなるように固定することが好ましい。頂点部分には、多角形の頂点のみならず、擬似多角形形状である場合の頂点となる部分が切り落とされた部分も含まれる。
上記頂点部分が下向きとなるように固定する場合、第１基板固定具が角形半導体基板の少なくとも２辺から角形半導体基板を非鉛直方向に加圧することができ、また、第２基板固定具が角形半導体基板の少なくとも２辺から角形半導体基板を支持することができるため、熱処理用ボートは、角形半導体基板をより確実に固定することができる。
【００１６】
次に、丸形半導体基板を固定する熱処理用ボートについて説明する。
同一形状の丸形半導体基板を固定する熱処理用ボートは、真円や楕円等といった丸形の半導体基板を固定対象とする。角形半導体基板と同様に、非熱処理面を裏面とし、裏面が熱処理されないよう同一形状の半導体基板の裏面同士をあらかじめ静電気等によって２枚１組で重ね合わせて、表面を熱処理する。
このような形状の半導体基板を固定する熱処理用ボートは、少なくとも基板固定具と、当該基板固定具を固定し熱処理用ボート自体の機械的強度を保つため、当該基板固定具の両端に連結される支持板とを有する。
そして、当該基板固定具は、前記１組の丸形半導体基板の周縁部と接触する溝を備える。前記基板固定具は、溝を介して前記１組の丸形半導体基板の中心よりも高い位置から当該１組の丸形半導体基板を中心方向へ加圧する少なくとも１つの第１基板固定具と、前記１組の丸形半導体基板の中心よりも低い位置から当該１組の丸形半導体基板を支持する少なくとも１つの第２基板固定具を、少なくとも有する。第１基板固定具が丸形半導体基板の中心よりも高い位置から、丸形半導体基板を中心方向へ加圧すると、丸形半導体基板も中心から外方向へ加圧する力が生じる。第２基板固定具は丸形半導体基板の中心よりも低い位置にあることから、第１基板固定具と角形半導体基板の加圧の力と自重とを受けとめ、支えることとなる。このような第１基板固定具の上からの加圧と第２基板固定具の下からの支持によって、丸形半導体基板が固定されることとなる。
【００１７】
角形半導体基板の場合と同様に、第１基板固定具の素材として、例えば熱の影響を受けにくいが、可とう性に優れている耐熱性弾性体等の可とう性材料を用いれば、第１基板固定具が丸形半導体基板を加圧することができる。耐熱性弾性体としては、例えば、カーボン／カーボンコンポジェット製、または黒鉛シート製、もしくは耐熱金属製であることが好ましい。
【００１８】
本発明の角形半導体基板または丸形半導体基板を固定する熱処理用ボートの基板固定具が備える溝は、その幅が２枚１組で重ね合わせた半導体基板の合計厚さ以上あればよい。合計厚さ以上あれば、半導体基板が溝に収まるからである。例えば厚さ２００μｍの半導体基板を２枚１組で重ね合わせて熱処理を行う場合、溝の幅は少なくとも４００μｍ以上あればよい。一方、生産性の観点から、１つのボートになるべく多くの半導体基板を搭載して熱処理するには、隣り合う溝同士のピッチを狭める必要がある為、溝の幅があまり広すぎると溝ピッチを狭めることができなくなり、生産性が悪くなる。従って、実用的には溝の幅は１００〜１０００μｍ程度であることが望ましい。
【００１９】
なお、溝は、熱処理用ボートとして基板を固定できるものであれば、必ずしも平たい底面を有している必要はない。したがって、角形半導体基板の各辺や丸形半導体基板の周縁部と、溝の底面とがぴったりと接触している必要はなく、例えば、角形半導体基板の各辺と点接触するような溝の底面形状であってよい。溝は、基板固定具を石英等の材料で構成する場合は、ガラス加工器、研磨器等を使用して、所定の径の棒状に加工することができる。
【００２０】
本発明の角形半導体基板または丸形半導体基板を固定する熱処理用ボートは、半導体基板を加圧する第１基板固定具を備える第１ボートと、半導体基板を支持する第２基板固定具を備える第２ボートとに物理的に分割されている構造を取ることができ、これらのボート１対で１つの熱処理用ボートとして使用することができる。分割した構造を取ることにより、半導体基板を梁で挟み込んで固定することが容易となる。
このような熱処理用ボートとしては、第１ボートと第２ボートが上下に２分割されている構造のものや、左右に２分割されている構造のものが考えられ、第１ボート〜第３ボートの３分割に分割されている構造等も取ることができる。
【００２１】
上記のように熱処理用ボートが第１ボートと第２ボートからなる場合において、第１ボートと第２ボートが上下に２分割されている構造のものであれば、第１ボートの自重により第１基板固定具が半導体基板を加圧し、かつ前記第１ボートの自重および前記半導体基板の自重を受けて前記第２基板固定具が前記半導体基板を支持することができ、重力を利用して半導体基板を固定できるため、好ましい。
【００２２】
第１ボートと第２ボートは、上下対称な構造であることが好ましい。上下対称な構造であれば、熱処理用ボートを炉内に設置したときにガスの流れが一定となり、半導体基板のシート抵抗の面内バラツキを抑制することができるからである。上下対称な構造としては、例えば第１ボートと第２ボートが鏡面対称の構造のものや、回転対称の構造のものが挙げられる。
【００２３】
本発明の熱処理用ボートは、基板固定具を含めて、例えば、高純度石英や高純度ＳｉＣなどで作ることができる。コストの面からは高純度石英を使用することが望ましい。
【００２４】
上記のようにして熱処理用ボートに搭載された２枚１組の半導体基板に対するドーパントの拡散方法は、オキシ塩化リンやジボラン等を用いた気相拡散法でもよく、リン酸やホウ酸等を溶かした液体を用いたスピン塗布法又は印刷法又はインクジェット法でもよい。
いずれの方法であっても、本発明の熱処理用ボートを用いることで半導体基板を重ね合わせた面側に、意図しないドーパントが拡散することを防ぐことができる。
【００２５】
以下、熱処理用ボートについて、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。この場合において、本発明は図面の実施形態に限定されるものではない。また、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２６】
図１に示す熱処理用ボート１の一例は、角形半導体基板を固定する熱処理用ボートである。上部ボート８と下部ボート９とに物理的に分離されており、上下対称（２回転対称）な構造であるこれらのボート１対で１つの熱処理用ボートとして使用する。上部ボート８は、４本の基板固定具（梁）３ａと当該基板固定具３ａ同士を固定しボート自体の機械的強度を保つ為、基板固定具３ａの両端に連結される支持板（側板）２ａから構成され、４本の基板固定具３ａの内側には角形半導体基板の上側の２辺とそれぞれ２箇所ずつ接触して半導体基板を固定するための溝５ｅ〜５ｈが設けられている。
一方、下部ボート９は、４本の基板固定具（梁）３ｂと当該基板固定具３ｂ同士を固定しボート自体の機械的強度を保つ為、基板固定具３ｂの両端に連結される支持板（側板）２ｂから構成され、４本の基板固定具３ｂの内側には角形半導体基板の下側の２辺と接触して半導体基板を固定するための溝５ａ〜５ｄが設けられている。
【００２７】
図１の熱処理用ボートを使用する際は、まず、あらかじめ静電気によって裏面同士を２枚１組で重ね合わせた角形半導体基板７の２つの下辺を、図２に示す様に、頂点部分７ａが下向きとなるように下部ボード９の基板固定具３ｂの溝５ａ〜５ｄに差し込むことにより、角形半導体基板７の自重で下辺が下部ボード９により支持される。重ね合わせた基板同士のズレは、基板の自重により解消される。
続いて、下部ボード９により支持された角形半導体基板７の２つの上辺に、上部ボード８の基板固定具３ａの溝５ｅ〜５ｈを合わせ入れる。
上記構成により、上部ボート８は、自重により基板固定具３ａを介して角形半導体基板７を非鉛直方向に加圧し、下部ボート９は、上部ボード８および角形半導体基板７の自重を受け、基板固定具３ｂを介して角形半導体基板７を支持することとなり、角形半導体基板７が固定される。このように２枚１組の角形半導体基板７がズレることなく固定されれば、ドーパントの裏面への拡散を抑制しつつ、安定した歩留りで拡散熱処理を行うことができる。
【００２８】
図３に示す熱処理用ボート１の一例は、丸形半導体基板を固定する熱処理用ボートである。上部ボート８と下部ボート９とに物理的に分離されており、上下対称な構造であるこれらのボート１対で１つの熱処理用ボートとして使用する。上部ボート８は、４本の基板固定具３ａと当該基板固定具３ａ同士を固定しボート自体の機械的強度を保つ為、基板固定具３ａの両端に連結される支持板２ａから構成され、４本の基板固定具３ａの内側には角形半導体基板の上側の２辺とそれぞれ２箇所ずつ接触して半導体基板を固定するための溝５ｅ〜５ｈが設けられている。
一方、下部ボート９は、４本の基板固定具３ｂと当該基板固定具３ｂ同士を固定しボート自体の機械的強度を保つ為、基板固定具３ｂの両端に連結される支持板２ｂから構成され、４本の基板固定具３ｂの内側には丸形半導体基板の周縁部と接触して半導体基板を固定するための溝５ａ〜５ｄが設けられている。
【００２９】
図３の熱処理用ボートを使用する際は、まず、あらかじめ静電気によって裏面同士を２枚１組で重ね合わせた丸形半導体基板７の周縁部７ｂの下側を、図４に示す様に、下部ボード９の基板固定具３ｂの溝５ａ〜５ｄに差し込むことにより、丸形半導体基板７の自重で下部ボード９により支持される。重ね合わせた基板同士のズレは、基板の自重により解消される。
続いて、下部ボード９により支持された丸形半導体基板７の周縁部の上側に、上部ボード８の基板固定具３ａの溝５ｅ〜５ｈを合わせ入れる。
上記構成により、上部ボート８は、自重により基板固定具３ａを介して丸形半導体基板７を中心方向に加圧し、下部ボート９は、上部ボード８および丸形半導体基板７の自重を受け、基板固定具３ｂを介して丸形半導体基板７を支持することとなり、丸形半導体基板７が固定される。このように２枚１組の丸形半導体基板７がズレることなく固定されれば、ドーパントの裏面への拡散を抑制しつつ、安定した歩留りで拡散熱処理を行うことができる。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
（実施例１）
まず、角形半導体基板として、一辺の長さが１５６ｍｍの正方形、厚さ２００μｍ、面方位（１００）、ＣＺ法で製造されたボロンドープｐ型、比抵抗１〜３Ω・ｃｍのラップドウェーハを準備した。
次に上記の角型半導体基板を搭載し拡散熱処理する為、高純度石英を用いて図１に示した様な熱処理用ボート１を作製した。基板を固定する基板固定具（梁）は、長さ１７２ｍｍ直径１０ｍｍの円柱を８本用意した。これらの基板固定具の端から１６ｍｍの位置に最初の溝の中央が来るように位置合わせし、そこから隣り合う溝同士のピッチが２．５ｍｍとなる様に基板固定具１本あたりに５６溝切り込み加工を行った。なお、溝の深さは３．５ｍｍ、溝底幅１０００μｍに加工した。
図２に示した様に、正方形の半導体基板のそれぞれの辺の各２箇所ずつと均等に接触できるよう、溝５ａと５ｂ、溝５ｃと５ｄ、溝５ｅと５ｆ、溝５ｇと５ｈをペアとした。各ペアの溝を有する基板固定具３同士の間隔は７８ｍｍとした。次に溝５ａと５ｂ及び溝５ｃと５ｄが加工された基板固定具３ｂを、溝５ａと５ｂ及び溝５ｃと５ｄが９０°の角度をなして基板側に向くように支持板（側板）２ｂで固定して下部ボート９とした。また、溝５ｅと５ｆ及び溝５ｇと５ｈが加工された基板固定具３ａを、溝５ｅと５ｆ及び溝５ｇと５ｈが９０°の角度をなして基板側に向くように支持板２ａで固定して上部ボート８とした。
上記の正方形のｐ型半導体基板７を、下部ボート９の基板固定具３ｂの各溝に１つの溝あたり２枚ずつ重ね合わせた状態で搭載し、合計１１２枚（５６組）並べた。ｐ型半導体基板７の自重によって、ｐ型半導体基板７の下側２辺が、下部ボート９の基板固定具３ｂの溝５ａ〜５ｄに固定された。
次に、上記で並べたｐ型半導体基板７の上側２辺に、上部ボート８の基板固定具３ａの溝を合わせて載せた。上部ボート８の自重によってｐ型半導体基板７の上側２辺が上部ボート８の基板固定具３ａの溝５ｅ〜５ｈに固定された。
次に、外径４１０ｍｍ、内径４００ｍｍ、長さ３５００ｍｍ、片側に内径４００ｍｍの開口部を持つ石英製炉芯管が搭載された熱処理炉で、拡散熱処理を行った。
熱処理炉は常時８３０℃にセットし、ボート挿入後、４０分間リンのデポジションを行い、続いて１７分間ドライブインを行い、ボート取出しを行った。
熱処理時のガス組成は、リンのデポジション中は窒素２０Ｌ／分と酸素０．３Ｌ／分とオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）０．４５Ｌ／分の混合ガスとし、それ以外の待機中及び蓋開閉時及びボート挿入・取出し時及びドライブイン中は、窒素２０Ｌ／分と酸素０．３Ｌ／分の混合ガスとした。
【００３１】
（実施例２）
丸形半導体基板として、直径１５０ｍｍ、厚さ２００μｍ、面方位（１００）、ＣＺ法で製造されたボロンドープｐ型、比抵抗１〜３Ω・ｃｍのラップドウェーハを準備した。
上記の丸形半導体基板を搭載し拡散熱処理する為、高純度石英を用いて図３に示した様な熱処理用ボート１を作製した。基板を固定する基板固定具（梁）は、長さ１７２ｍｍ直径１０ｍｍの円柱を８本用意した。これらの基板固定具の端から１６ｍｍの位置に最初の溝の中央が来るように位置合わせし、そこから隣り合う溝同士のピッチが２．５ｍｍとなる様に基板固定具１本あたりに５６溝切り込み加工を行った。なお、溝の深さは３．５ｍｍ、溝底幅１０００μｍに加工した。
図４に示した様に、上記丸形半導体基板の周縁部と接触できるよう、溝５ａと５ｂ、溝５ｃと５ｄ、溝５ｅと５ｆ、溝５ｇと５ｈをペアとした。溝５ａ〜５ｈの向きが丸型半導体基板の中心に向かうように回転させ、各ペアの溝を有する基板固定具３同士の間隔は７８ｍｍとした。溝５ａ〜５ｄが加工された基板固定具３ｂを溝５ａ〜５ｄが丸型半導体基板の中心に向かう位置関係を保ったまま支持板２ｂで固定して下部ボート９とした。溝５ｅ〜５ｈが加工された基板固定具３ａを溝５ｅ〜５ｈが丸型半導体基板の中心に向かう位置関係を保ったまま支持板２ａで固定して上部ボート８とした。
上記の丸型のｐ型半導体基板７を、下部ボート９の基板固定具３ｂの各溝５ａ〜５ｄに１つの溝あたり２枚ずつ重ね合わせた状態で搭載し、合計１１２枚（５６組）並べた。ｐ型半導体基板７の自重によって、下部ボート９の基板固定具３ｂの溝５ａ〜５ｄに固定された。
次に、上記で並べたｐ型半導体基板７の上側に、上部ボート８の基板固定具３ａの溝５ｅ〜５ｈを合わせて載せた。上部ボート８の自重によってｐ型半導体基板７の上側が基板固定具３ａの溝５ｅ〜５ｈに固定された。
次に、外径４１０ｍｍ、内径４００ｍｍ、長さ３５００ｍｍ、片側に内径４００ｍｍの開口部を持つ石英製炉芯管が搭載された熱処理炉で、拡散熱処理を行った。
熱処理炉は常時８３０℃にセットし、ボート挿入後、４０分間リンのデポジションを行い、続いて１７分間ドライブインを行い、ボート取出しを行った。
熱処理時のガス組成は、リンのデポジション中は窒素２０Ｌ／分と酸素０．３Ｌ／分とオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）０．４５Ｌ／分の混合ガスとし、それ以外の待機中及び蓋開閉時及びボート挿入・取出し時及びドライブイン中は、窒素２０Ｌ／分と酸素０．３Ｌ／分の混合ガスとした。
【００３２】
（比較例）
角形半導体基板として、一辺の長さが１５６ｍｍの正方形、厚さ２００μｍ、面方位（１００）、ＣＺ法で製造されたボロンドープｐ型、比抵抗１〜３Ω・ｃｍのラップドウェーハを準備した。
上記のｐ型半導体基板を搭載し拡散熱処理する為、高純度石英を用いて図９に示した様な熱処理用ボート１００を作製した。基板を固定する基板固定具（梁）は、長さ１７２ｍｍ直径１０ｍｍの円柱を４本用意した。これらの基板固定具の端から１６ｍｍの位置に最初の溝の中央が来るように位置合わせし、そこから隣り合う溝同士のピッチが２．５ｍｍとなる様に基板固定具１本あたりに５６溝切り込み加工を行った。なお、溝の深さは３．５ｍｍ、溝底幅１０００μｍに加工した。
図１０に示した様に、正方形のｐ型半導体基板１０７の下側の辺を２箇所ずつ、側辺を各１箇所保持できるように梁１０３ａ〜１０３ｄを調整した。溝１０５ｂと溝１０５ｃの梁１０３同士の間隔は７８ｍｍとした。溝１０５ａと溝１０５ｄの溝の向きが向かい合う様にし、溝底間隔を１５９ｍｍとした。上記位置関係を保ったまま側板１０２で固定して一般的な熱処理用ボートとした。
上記の正方形のｐ型半導体基板１０７を、下部の梁１０３ｃ、１０３ｄの各溝に１つの溝あたり２枚ずつ重ね合わせた状態で搭載し、合計１１２枚（５６組）並べた。ｐ型半導体基板１０７の自重によって下側１辺が、溝に固定された。ｐ型半導体基板１０７の側辺を押し、溝１０５ａ側に押し込んで固定した。溝１０５ｄ側は固定されず、辺から溝底まで約３ｍｍの遊びができた。
次に外径４１０ｍｍ、内径４００ｍｍ、長さ３５００ｍｍ、片側に内径４００ｍｍの開口部を持つ石英製炉芯管が搭載された熱処理炉で、拡散熱処理を行った。
熱処理炉は常時８３０℃にセットし、ボート挿入後、４０分間リンのデポジションを行い、続いて１７分間ドライブインを行い、ボート取出しを行った。
熱処理時のガス組成は、リンのデポジション中は窒素２０Ｌ／分と酸素０．３Ｌ／分とオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）０．４５Ｌ／分の混合ガスとし、それ以外の待機中及び蓋開閉時及びボート挿入・取出し時及びドライブイン中は、窒素２０Ｌ／分と酸素０．３Ｌ／分の混合ガスとした。
【００３３】
上述の実施例１、２及び比較例により拡散熱処理を行い、得られた半導体基板について以下の方法で評価を行った。
拡散熱処理の終わった半導体基板を、２５％ＨＦに４分間浸漬しガラス膜を除去、純水リンスし、乾燥させ、４探針法でシート抵抗測定を行った。シート抵抗測定は、２枚に重ねた半導体基板の開放面側（処理面側）と重ね合わせ面側（裏面側）の両方について測定した。正方形の半導体基板は、向かい合う辺の中央を横断する様に、２ｍｍピッチで測定した。丸形の半導体基板は、ある点から直径１５０ｍｍを２ｍｍピッチで測定し、これと直交するもう１本の１５０ｍｍの直線上を２ｍｍピッチで測定した。図中、縦方向、横方向の測定は、それぞれ測定を開始したエッジからの距離が大きくなるにつれて、熱処理時の基板の鉛直方向上方に向かうように測定した。この場合の縦方向とはボードの開口部と１平行な方向であり、横方向とはそれに直交する方向を示す。
表１、図５、図６および図１３に、実施例１，実施例２および比較例で得られた基板の開放面側のシート抵抗測定結果を示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
実施例１、２及び比較例、何れも熱処理用ボートを用いた場合も、開放面側は略同等のシート抵抗を示した。
【００３６】
表２、図７、図８および図１４に、実施例１、実施例２および比較例で得られた基板の重ね合わせ面側のシート抵抗測定結果を示す。
【００３７】
【表２】
【００３８】
図７に実施例１の重ね合わせ面側のシート抵抗測定結果を示す。一部、測定できない点があった。リンの回り込みによりｐ型半導体基板がｎ型に充分反転していない為であると考えられる。
図８に実施例２の重ね合わせ面側のシート抵抗測定結果を示す。一部、測定できない点があった。リンの回り込みによりｐ型基板がｎ型に充分反転していない為であると考えられる。
図１４に比較例の重ね合わせ面側のシート抵抗測定結果を示す。基板エッジ付近は開放面側と同程度のシート抵抗を示す所もあった。これはリンの回り込みがある為であると考えられる。
【００３９】
以上のように比較例に対して実施例１及び２は、シート抵抗の平均値が高く、重ね合わせ面側へのリンの回り込みが抑制されていることが示唆された。
【符号の説明】
【００４０】
１ 熱処理用ボート
１００ 従来の熱処理用ボート
２、２ａ、２ｂ 支持板（側板）
１０２ 側板
３、３ａ、３ｂ 基板固定具（梁）
１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ 梁
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ 溝
７、１０７ 半導体基板
７ａ 頂点部分
７ｂ 周縁部
８ 上部ボート
９ 下部ボート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一形状の角形半導体基板の裏面同士を２枚１組で重ね合わせて熱処理する際に少なくとも１組の当該角形半導体基板を固定する熱処理用ボートであって、
少なくとも、前記１組の角形半導体基板の各辺の少なくとも１箇所と接触する溝を備える基板固定具と、当該基板固定具の両端に連結される支持板とを有し、
前記基板固定具は、溝を介して前記１組の角形半導体基板の重心よりも高い位置から当該１組の角形半導体基板を非鉛直方向に加圧する少なくとも１つの第１基板固定具と、
前記１組の角形半導体基板の重心よりも低い位置から当該１組の角形半導体基板を支持する少なくとも１つの第２基板固定具を、
少なくとも有する熱処理用ボート。
【請求項２】
前記角形半導体基板の頂点部分が下向きとなるように固定する請求項１記載の熱処理用ボート。
【請求項３】
同一形状の丸形半導体基板の裏面同士を２枚１組で重ね合わせて熱処理する際に少なくとも１組の当該丸形半導体基板を固定する熱処理用ボートであって、
少なくとも、前記１組の丸形半導体基板の周縁部と接触する溝を備える基板固定具と、当該基板固定具の両端に連結される支持板とを有し、
前記基板固定具は、溝を介して前記１組の丸形半導体基板の中心よりも高い位置から当該１組の丸形半導体基板を中心方向へ加圧する少なくとも１つの第１基板固定具と、
前記１組の丸形半導体基板の中心よりも低い位置から当該１組の丸形半導体基板を支持する少なくとも１つの第２基板固定具を、
少なくとも有する熱処理用ボート。
【請求項４】
前記溝の幅が、１００μｍ〜１０００μｍである請求項１〜請求項３のいずれかに記載の熱処理ボート。
【請求項５】
前記第１基板固定具を備える第１ボートと、前記第２基板固定具を備える第２ボートからなる請求項１〜請求項４のいずれかに記載の熱処理用ボート。
【請求項６】
前記第１ボートの自重により前記第１基板固定具が前記半導体基板を加圧し、かつ前記第１ボートの自重および前記半導体基板の自重を受けて前記第２基板固定具が前記半導体基板を支持する請求項５に記載の熱処理用ボート。
【請求項７】
前記第１ボートと前記第２ボートが上下対称な構造である請求項５または請求項６に記載の熱処理ボート。
【請求項１】
同一形状の角形半導体基板の裏面同士を２枚１組で重ね合わせて熱処理する際に少なくとも１組の当該角形半導体基板を固定する熱処理用ボートであって、
少なくとも、前記１組の角形半導体基板の各辺の少なくとも１箇所と接触する溝を備える基板固定具と、当該基板固定具の両端に連結される支持板とを有し、
前記基板固定具は、溝を介して前記１組の角形半導体基板の重心よりも高い位置から当該１組の角形半導体基板を非鉛直方向に加圧する少なくとも１つの第１基板固定具と、
前記１組の角形半導体基板の重心よりも低い位置から当該１組の角形半導体基板を支持する少なくとも１つの第２基板固定具を、
少なくとも有する熱処理用ボート。
【請求項２】
前記角形半導体基板の頂点部分が下向きとなるように固定する請求項１記載の熱処理用ボート。
【請求項３】
同一形状の丸形半導体基板の裏面同士を２枚１組で重ね合わせて熱処理する際に少なくとも１組の当該丸形半導体基板を固定する熱処理用ボートであって、
少なくとも、前記１組の丸形半導体基板の周縁部と接触する溝を備える基板固定具と、当該基板固定具の両端に連結される支持板とを有し、
前記基板固定具は、溝を介して前記１組の丸形半導体基板の中心よりも高い位置から当該１組の丸形半導体基板を中心方向へ加圧する少なくとも１つの第１基板固定具と、
前記１組の丸形半導体基板の中心よりも低い位置から当該１組の丸形半導体基板を支持する少なくとも１つの第２基板固定具を、
少なくとも有する熱処理用ボート。
【請求項４】
前記溝の幅が、１００μｍ〜１０００μｍである請求項１〜請求項３のいずれかに記載の熱処理ボート。
【請求項５】
前記第１基板固定具を備える第１ボートと、前記第２基板固定具を備える第２ボートからなる請求項１〜請求項４のいずれかに記載の熱処理用ボート。
【請求項６】
前記第１ボートの自重により前記第１基板固定具が前記半導体基板を加圧し、かつ前記第１ボートの自重および前記半導体基板の自重を受けて前記第２基板固定具が前記半導体基板を支持する請求項５に記載の熱処理用ボート。
【請求項７】
前記第１ボートと前記第２ボートが上下対称な構造である請求項５または請求項６に記載の熱処理ボート。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−８９８２０（Ｐ２０１３−８９８２０Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３０１２４（Ｐ２０１１−２３０１２４）
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００００２０６０）信越化学工業株式会社 (3,361)
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００００２０６０）信越化学工業株式会社 (3,361)
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