CN103392222A - 成膜方法及成膜装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不使用有毒气体而在大气压下有效地形成含有高浓度的杂质的膜的成膜方法等。本发明的成膜方法构成为，将硼或五氧化二磷等杂质的固态源加热并使其蒸发而产生气体，通过将得到的气体向被预热的基板的表面喷射，从而在所述基板上形成含有杂质的膜。

Description

成膜方法及成膜装置
技术领域
本发明涉及例如在太阳能电池及半导体的制造工序中，在硅基板上为了使硼、磷等杂质扩散而形成含有杂质的膜的成膜方法及成膜装置。
背景技术
以往，例如在太阳能电池及半导体的制造工序中，为了在硅基板上形成PN结，提出有使硼、磷等杂质扩散的各种技术。在形成P型、N型任一种扩散层的情况下，公知的是需要形成含有杂质的膜，对其成膜方法及杂质层的材料等进行了各种提案。
例如，作为形成P型扩散层的技术，公知有在大气压下将硅烷（SiH4）和乙硼烷（B2H6）热分解，在基板上形成硼氧化膜（BSG）的方式（APCVD），或者在减压容器内使用等离子体在基板上形成硼氧化膜（BSG），然后作为盖层而形成有硅氧化膜（SiO2、NSG）之后，在高温度下形成扩散层的方式等。
另外，作为形成N型扩散层的技术，公知有在大气压下将硅烷（SiH4）和磷化氢（PH3）热分解，在基板上形成磷氧化膜（PSG）的方式，或者在减压容器内使用等离子体在基板上形成磷氧化膜（PSG）且形成与上述相同的盖层并在高温度下形成扩散层的方式等。
在任一扩散层的形成中，公知的是需要含有杂质的膜，对于其成膜方法及杂质等材料等进行了各种提案。
另外，以工序的简化、制造成本的降低等为目的，提出有使用了等离子体的直接的掺杂方法、代替等离子体而使用了热反应的连续成膜方法、或者通过涂敷含有杂质的膏或溶液并将其加热从而得到杂质扩散层的方法等。
专利文献1：（日本）特开2010－161317号公报
专利文献2：（日本）特开2010－56465号公报
专利文献3：（日本）特开2009－253127号公报
专利文献4：（日本）特开2009－246214号公报
专利文献5：（日本）特开2009－147070号公报
专利文献6：（日本）特开2008－282921号公报
近年来，基于太阳能电池的发电系统的普及得到快速发展，虽然期望提高发电效率，但实际上为了确保不久将来的发电量，大量地设置低廉的太阳能电池板是重要的。
在此，为了廉价地供给太阳能电池板，显然当务之急是制造时期的缩短、制造设备的低廉化，但特别是，将现有的用于形成PN结的制造方法即杂质层的成膜装置及成膜工序简化是有用的。
如上述的现有技术那样地使用等离子体形成扩散用杂质层的情况下，在成膜装置上需要设置真空设备及高频设备，故而设备自身价格提高。另外，成膜速度主要依赖于成膜源气体的流量，但在减压状态下导入大量的源气体是困难的，导致成膜工序的长时间化、制造成本的增加。另外，由于真空设备不能够连续处理而必然为批量式处理，故而难以提高生产性。
对此，在大气压下将硅烷（SiH4）、乙硼烷（B2H6）、磷化氢（PH3）作为源气体而进行APCVD处理的情况下，这些气体具有爆燃性、毒性等，作为危险气体而被分类出，在其使用时，受到限制和需要安全设备，在设备自身的运用中，附带设备的导入成本是必须的。
另外，在将P型时含有硼、N型时含有磷的溶液或者膏向基板上滴下后利用旋涂或喷绘方式打印等涂敷后加热而得到扩散层的情况下，在旋涂方式下，药液几乎不被利用而被废弃，故而效率不佳。另外，由于这些杂质作为粒子状而含于溶剂中，故而使喷绘打印用的打印机头的小径嘴堵塞，不利于太阳能电池制造这样的批量生产。
另外，上述的关于太阳能电池制造的各种问题在半导体的制造中也成为同样的状况。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的课题在于提供不使用有害有毒的气体而在大气压下有效地形成含有高浓度杂质的膜的成膜方法以及成膜装置。
本发明通过以下的解决方式来解决上述课题。
本发明第一方面的成膜方法，将杂质的固态源加热并使其蒸发而产生气体，通过将所述气体向基板喷射而在所述基板上形成含有杂质的膜。
本发明第二方面的成膜方法，在第一方面的基础上，在喷射所述气体之前将所述基板预热。
本发明第三方面的成膜方法，在第一或第二方面的基础上，将所述固态源配置在具有喷射孔的容器内，将在所述容器内加热所述固态源而产生的所述气体从所述喷射孔向所述基板喷射。
本发明第四方面的成膜方法，在第三方面的基础上，将用于输送所述气体的载流气体导入所述容器内，将所述气体与所述载流气体一同从所述喷射孔喷射。
本发明第五方面的成膜方法，在第一至第四方面中的任一方面的基础上，将所述气体向由搬送装置连续地搬送的所述基板喷射。
本发明第六方面的成膜方法，在第一至第五方面中的任一方面的基础上，在所述膜形成的同时，利用所述气体的温度进行所述杂质向所述基板中的扩散。
本发明第七方面的成膜方法，在第一至第六方面中的任一方面的基础上，所述固态源具有硼。
本发明第八方面的成膜方法，在第一至第六方面中的任一方面的基础上，所述固态源具有氧化磷。
本发明第九方面的成膜装置，包括：加热装置，其将杂质的固态源加热并使其蒸发而产生气体；喷射装置，其通过将所述气体向基板喷射而在所述基板上形成含有杂质的膜。
本发明第十方面的成膜装置，在第九方面的基础上，具有将喷射所述气体前的所述基板预热的预热装置。
本发明第十一方面的成膜装置，在第九或第十方面的基础上，具有收纳所述固态源的容器部，所述加热装置配置在所述容器部的内部，所述喷射装置为形成于所述容器部的喷射孔。
本发明第十二方面的成膜装置，在第十一方面的基础上，具有将用于输送所述气体的载流气体导入所述容器部的载流气体导入装置，所述喷射孔将所述气体与所述载流气体一同喷射。
本发明第十三方面的成膜装置，在第九至第十二方面中的任一方面的基础上，在所述喷射装置具有连续地搬送所述基板的搬送装置。
本发明第十四方面的成膜装置，在第九至第十三方面中的任一方面的基础上，在所述膜形成的同时，利用所述气体的温度进行所述杂质向所述基板中的扩散。
本发明第十五方面的成膜装置，在第九至第十四方面中的任一方面的基础上，所述固态源具有硼。
本发明第十六方面的成膜装置，在第九至第十四方面中的任一方面的基础上，所述固态源具有氧化磷。
根据本发明，由于能够不使用例如硅烷（SiH4）、乙硼烷（B2H6）、磷化氢（PH3）等危险性高的有毒气体而成膜，故而装置的安全性高且无需除害设备等附带设备，而且，能够实现使太阳能电池的价格自身降低的效果。
另外，由于能够形成高浓度的杂质扩散层，故而也能够实现成膜处理时间的缩短以及除膜所需的湿式工艺处理时间的缩短。
另外，由于也能够不使用扩散装置而同时进行成膜以及扩散，故而也能够实现制造工序的简化。
另外，不限于太阳能电池板，在半导体中也能够得到实质上相同的效果。
附图说明
图1是表示适用本发明的成膜装置的第一实施方式的构成的图；
图2是表示通过实施方式1的成膜装置成膜，之后进行了扩散处理后的硅基板的实施例1的SIMS曲线数据的图表；
图3是表示通过实施方式2的成膜装置成膜，之后进行了扩散处理后的硅基板的实施例2的SIMS曲线数据的图表；
图4是表示适用本发明的成膜装置的第二实施方式的构成的图；
图5是表示适用本发明的成膜装置的第三实施方式的构成的图；
图6是表示适用本发明的成膜装置的第四实施方式的构成的图。
标记说明
100：成膜装置
110：气化容器
111：固态源固定板
112：凹部
113：狭缝喷嘴
114：冷却水水路
120：加热装置
121：卤素灯泡
122：石英管
123：反射器
124：冷却气体连接口
130：排气装置
S：固态源
W：工件（基板）
200：成膜装置
210：管
211：狭缝喷嘴
300：成膜装置
310：热扩散炉
320：管
330：入口侧净化腔
340：出口侧净化腔
350：基板冷却部
400：成膜装置
410：导入口
Z1：预备加热区域
Z2：成膜区域
Z3：冷却区域
具体实施方式
以下，参照附图等对适用本发明的成膜方法及成膜装置的实施方式进行说明。
各实施方式的成膜方法及成膜装置例如在太阳能电池板及半导体的制造工序中，在硅基板的两面形成含有杂质即硼及磷的膜。
为了形成N型扩散层，在形成有具有硼的膜之后，例如在氧或氮环境下加热到800～1100℃，使硼在硅基板中扩散。
另外，为了形成P型扩散层，在形成有具有磷的膜之后，例如在氧或氮环境下加热到800～1000℃，使磷在硅基板中扩散。
另外，在该扩散时，例如也可以形成由SiO2等构成的盖层。
<第一实施方式>
以下，对适用本发明的成膜装置的第一实施方式进行说明。
图1是表示第一实施方式的成膜装置的构成的图，图1（a）是图1（b）的a－a部向视剖面图，图1（b）是图1（a）的b－b部向视剖面图。
成膜装置100具有气化容器110、加热装置120、排气装置130等而构成。
气化容器110形成为例如大致长方体状的箱形。
气化容器110的内部起到例如将硼的固态源S加热并使其蒸发的气化空间的作用。
固态源S尽可能地增大表面面积，以容易得到蒸气的方式实施孔加工或槽加工等。
在气化容器110的底面部设有固定固态源S的固态源固定板111。
在固态源固定板111形成有嵌入固态源S的凹部112。
另外，在固态源固定板111形成有将使固态源S蒸发而产生的气体G例如向硅基板即工件W喷射的喷射孔即狭缝喷嘴113。
另外，气化容器110设有使冷却水流通的冷却水通路114。冷却水通路114配置在后述的反射器123与气化容器110的外壁之间，与后述的卤素灯泡121大致平行地配置。
加热装置120具有卤素灯泡121、石英管122、反射器123、冷却气体连接口124等而构成。
卤素灯泡121形成为圆柱状，例如将三根在水平方向上并列而平行地排列。
卤素灯泡121的两端部被设于气化容器110的壁面的灯座支承。
石英管122形成为圆筒状，卤素灯泡121在其内径侧以大致同心的方式插入。
石英管122防止长时间的照射导致的过升温。
反射器123为配置在三根石英管122的上方以及侧方的反射板，上面部形成为包围各自的石英管122的曲面状。
冷却气体连接口124从石英管122向装置的上方突出设置，向石英管122的内部导入用于冷却卤素灯泡121的冷却气体，进而将其排出。
作为冷却气体，例如可使用N2。
冷却气体连接口124分别设于石英管122的两端部。
排气装置130为将喷射到工件W后的剩余气体G从气化容器110的下部周围回收并排出的通路。
在第一实施方式中，固态源S吸收卤素灯泡121的发光波长而发热，蒸发后的蒸气即气体G与从未图示的载流气体连接口导入的载流气体一同从狭缝喷嘴113向在下侧通过数毫米的工件W喷射，然后从排气装置130回收。
此时，喷射后的蒸气通过与比蒸气温度环境气体低温的基板接触，作为膜而固定于工件W的表面。此时，工件W为了防止由于温度急剧变化造成的损伤而被预先加热，通过该预热而有效地成膜。
以下，对通过本实施方式的成膜装置成膜氧化硼，然后进行了扩散处理的硅基板的实施例进行说明。
图2是表示实施例1的SIMS曲线数据的图表。
在实施例1中，在700℃下使固态硼加热蒸发，在硅基板的表面形成氧化硼膜，无氧化膜盖而在1100℃下进行扩散。
如图2所示，能够使硼以1×1019个/cm3的浓度深度方向上扩散到0.7μm。
图3是表示实施例2的SIMS曲线数据的图表。
在实施例2中，在以与实施例1同样的条件成膜后，进一步形成由SiO2构成的厚度约100nm的氧化膜盖，在1100℃下进行扩散。
如图3所示，在实施例2中，能够使硼以1×1019个/cm3的浓度在深度方向上扩散到1.5μm。
<第二实施方式>
接着，对适用本发明的成膜装置的第二实施方式进行说明。
另外，对与上述实施方式实质上相同的部分标注同一标记并省略说明，主要对不同点进行说明。
图4是表示第二实施方式的成膜装置的构成的图。
在第二实施方式的成膜装置200中，将固态源S收纳在管210的内部，通过卤素灯泡121从管210的外部进行加热。而且，将具有产生的蒸气以及载流气体的气体G从形成于管210下部的狭缝喷嘴211向工件W喷射。
管210例如由碳或SiC这样的吸收卤素灯泡121的发光波长，加热容易且具有耐热性的材料形成。
管210的横截面例如形成为大致矩形，狭缝喷嘴211形成在其下面部。
管210例如将四根在水平方向上平行排列，卤素灯泡121与其上面以及侧面相对配置。
另外，管210的材质、形状等不限于此，能够适当变更。
管210的下部从在气化容器110的下面部形成的开口向工件W侧露出。
管210具有未图示的载流气体的导入口。
在以上说明的第二实施方式中，能够得到与上述第一实施方式的效果实质上相同的效果。
<第三实施方式>
接着，对适用本发明的成膜装置的第三实施方式进行说明。
图5是表示第三实施方式的成膜装置的构成的图。
第三实施方式的成膜装置300在由传输机C搬送的工件W通过的筒状的热扩散炉310的内部安装固定有固态源S的管320，通过使工件W在管320的内部通过，能够同时且连续地进行成膜以及扩散。
另外，在热扩散炉310的入口侧、出口侧分别设有入口侧净化腔330、出口侧净化腔340。
另外，在热扩散炉310与出口侧腔340之间设有基板冷却部350。
在以上说明的第三实施方式中，通过同时且连续地进行成膜以及扩散，能够将制造工序简化。
<第四实施方式>
接着，对适用本发明的成膜装置的第四实施方式进行说明。
第四实施方式的成膜装置是为了从被卤素灯泡加热的固态源S有效地取出硼，在氧环境下能够形成350℃以上的气体环境的装置单元。
图6是表示第四实施方式的成膜装置的构成的图。
如图6所示，第四实施方式的成膜装置400在传输机C的搬送路径上依次配置有预备加热区域Z1、成膜区域Z2、冷却区域Z3。
成膜区域Z2将与第二实施方式同样的成膜装置200沿传输机C的搬送方向例如设置有两台。
在成膜装置200的侧面部设有载流气体的导入口410。
（变形例）
本发明不限于以上说明的实施例，能够进行各种变形以及变更，其均在本发明的技术范围内。
（1）各实施方式作为固态源而使用硼，用于P型结的制造，但本发明作为固态源也可以使用五氧化二磷等，能够用于N型结的制造。
（2）成膜装置的构造、构成、各部件的形状及配置等不限于上述各实施方式，也能够适当变更。
（3）上述各实施方式的成膜条件等为一例，其能够适当变更。

Claims (16)

1.一种成膜方法，其特征在于，
将杂质的固态源加热并使其蒸发而产生气体，
通过将所述气体向基板喷射而在所述基板上形成含有杂质的膜。
2.如权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，
在喷射所述气体之前将所述基板预热。
3.如权利要求1或2所述的成膜方法，其特征在于，
将所述固态源配置在具有喷射孔的容器内，
将在所述容器内加热所述固态源而产生的所述气体从所述喷射孔向所述基板喷射。
4.如权利要求3所述的成膜方法，其特征在于，
将用于输送所述气体的载流气体导入所述容器内，将所述气体与所述载流气体一同从所述喷射孔喷射。
5.如权利要求1～4中任一项所述的成膜方法，其特征在于，
将所述气体向由搬送装置连续地搬送的所述基板喷射。
6.如权利要求1～5中任一项所述的成膜方法，其特征在于，
在所述膜形成的同时，利用所述气体的温度进行所述杂质向所述基板中的扩散。
7.如权利要求1～6中任一项所述的成膜方法，其特征在于，
所述固态源具有硼。
8.如权利要求1～6中任一项所述的成膜方法，其特征在于，
所述固态源具有氧化磷。
9.一种成膜装置，其特征在于，包括：
加热装置，其将杂质的固态源加热并使其蒸发而产生气体；
喷射装置，其通过将所述气体向基板喷射而在所述基板上形成含有杂质的膜。
10.如权利要求9所述的成膜装置，其特征在于，
具有将喷射所述气体前的所述基板预热的预热装置。
11.如权利要求9或10所述的成膜装置，其特征在于，
具有收纳所述固态源的容器部，
所述加热装置配置在所述容器部的内部，
所述喷射装置为形成于所述容器部的喷射孔。
12.如权利要求11所述的成膜装置，其特征在于，
具有将用于输送所述气体的载流气体导入所述容器部的载流气体导入装置，
所述喷射孔将所述气体与所述载流气体一同喷射。
13.如权利要求9～12中任一项所述的成膜装置，其特征在于，
在所述喷射装置具有连续地搬送所述基板的搬送装置。
14.如权利要求9～13中任一项所述的成膜装置，其特征在于，
在所述膜形成的同时，利用所述气体的温度进行所述杂质向所述基板中的扩散。
15.如权利要求9～14中任一项所述的成膜装置，其特征在于，
所述固态源具有硼。
16.如权利要求9～14中任一项所述的成膜装置，其特征在于，
所述固态源具有氧化磷。
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