JP2007080975A - Method and equipment of manufacturing spherical semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、球状の半導体素子、特に光電変換素子の製造方法および製造装置に関するもので、さらに詳しくは、球状の半導体の表面に拡散層を形成するための拡散方法および装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a spherical semiconductor element, particularly a photoelectric conversion element, and more particularly to a diffusion method and apparatus for forming a diffusion layer on the surface of a spherical semiconductor.
クリーンなエネルギー源として光電変換装置が注目されている。代表的な光電変換装置は、結晶シリコン半導体ウエハからなる素子を用いたもの、およびアモルファスシリコンからなる半導体層を用いたものである。前者は、単結晶インゴットの製造および単結晶インゴットから半導体ウエハを製造するまでの工程が繁雑であり、しかも結晶の切削屑などにより高価なシリコン原料の利用率が低いので、コスト高となる。後者は、シリコンの未結合手に水素が結合しているアモルファス構造が、光照射によって水素が放たれて構造変化を起こしやすいため、光電変換効率が光照射により徐々に低下するという問題がある。 As a clean energy source, a photoelectric conversion device has attracted attention. A typical photoelectric conversion device uses an element made of a crystalline silicon semiconductor wafer and uses a semiconductor layer made of amorphous silicon. In the former, the process from the production of the single crystal ingot and the production of the semiconductor wafer from the single crystal ingot is complicated, and the utilization rate of the expensive silicon raw material is low due to the cutting scraps of the crystal, resulting in high cost. The latter has a problem in that the amorphous structure in which hydrogen is bonded to the dangling bonds of silicon is likely to undergo structural change due to the release of hydrogen by light irradiation, so that the photoelectric conversion efficiency is gradually lowered by light irradiation.
前記のような特性低下がなく、安価で、高出力が期待できる光電変換装置として、球状のp型半導体の表面にn型半導体層を形成した球状の光電変換素子を用いたものが検討されている。この光電変換装置は、直径1mm前後の小さな球状素子を用いることにより、光電変換部全体の平均厚みを薄くし、原料Siの使用量を軽減するものである。
この種の光電変換装置としては、多数の凹部を有する支持体の各凹部内に、直径1mm前後の球状の光電変換素子を取り付け、凹部内面を反射鏡として働かせるものが知られている(特許文献1および2など)。このような構成によれば、素子の材料、特に高価なSiの使用量を低減するとともに、反射鏡の作用により、素子に直接照射される光の4〜6倍の光を素子に照射できるので、光の有効利用ができるなどの利点を有する。
As a photoelectric conversion device that does not have the above-described characteristic deterioration, is inexpensive, and can be expected to have high output, a device using a spherical photoelectric conversion element in which an n-type semiconductor layer is formed on the surface of a spherical p-type semiconductor has been studied. Yes. This photoelectric conversion device uses a small spherical element having a diameter of about 1 mm, thereby reducing the average thickness of the entire photoelectric conversion unit and reducing the amount of raw material Si used.
As this type of photoelectric conversion device, there is known a device in which a spherical photoelectric conversion element having a diameter of about 1 mm is attached to each concave portion of a support having a large number of concave portions, and the inner surface of the concave portion serves as a reflecting mirror (Patent Document). 1 and 2). According to such a configuration, it is possible to reduce the amount of element material, particularly expensive Si, and to irradiate the element with 4 to 6 times the light directly irradiated to the element by the action of the reflecting mirror. It has the advantage that light can be used effectively.
上記の光電変換素子は、例えば、次のようにして作製される。
まず、極微量のホウ素を含むp型多結晶Si塊を坩堝内に供給して不活性ガス雰囲気中で溶融させる。その融液を坩堝底部の微小なノズル孔から滴下させ、その液滴を自然落下中に冷却して固化させる。これにより、多結晶または単結晶の球状のp型半導体を作製する。
次に、この球状のp型半導体の表面を研磨し、さらにエッチングなどにより表面層の約50μmを除去した後、例えば、オキシ塩化リンを拡散源として800〜950℃で10〜30分間熱処理する。これにより、p型半導体の表面にリンを拡散させた、厚さ約0.5μm程度のn型半導体層を第2半導体層として形成する。
Said photoelectric conversion element is produced as follows, for example.
First, a p-type polycrystalline Si lump containing a very small amount of boron is supplied into a crucible and melted in an inert gas atmosphere. The melt is dropped from a minute nozzle hole at the bottom of the crucible, and the droplet is cooled and solidified during natural fall. Thus, a polycrystalline or single crystal spherical p-type semiconductor is produced.
Next, after polishing the surface of the spherical p-type semiconductor and further removing about 50 μm of the surface layer by etching or the like, for example, heat treatment is performed at 800 to 950 ° C. for 10 to 30 minutes using phosphorus oxychloride as a diffusion source. As a result, an n-type semiconductor layer having a thickness of about 0.5 μm in which phosphorus is diffused on the surface of the p-type semiconductor is formed as the second semiconductor layer.
従来、上記のような球状の第1半導体の表面に、リンを拡散させて第2半導体層を形成するには、シリコンなどのウエハに拡散処理または製膜処理をするための処理装置が用いられていた。この種の半導体デバイスの製造に用いられる装置は、処理ガスの供給や温度制御が精度よく行われるように改良がされているが、基本的には、被処理物はボートに静置される(例えば特許文献3)。したがって、ボートを間欠的に動かすようにしても、多数の球状の素子の表面に均一な拡散層を形成するのは困難である。
本発明は、以上に鑑み、球状の半導体の表面に均一な拡散層を形成することができる方法および装置を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a method and an apparatus capable of forming a uniform diffusion layer on the surface of a spherical semiconductor.
本発明の球状半導体素子の製造方法は、処理ガスを導入する導入口およびガスを排出する排出口を有する円筒状の反応容器内において、球状の半導体の表面に処理ガス中の不純物を拡散させて拡散層を形成する球状半導体素子の製造方法であって、前記反応容器を揺動または回転させることにより、前記球状の半導体を前記反応容器内において流動・回転させる工程を有することを特徴とする。 In the method for manufacturing a spherical semiconductor element of the present invention, impurities in the processing gas are diffused on the surface of the spherical semiconductor in a cylindrical reaction vessel having an introduction port for introducing the processing gas and an exhaust port for discharging the gas. A method for producing a spherical semiconductor element for forming a diffusion layer, comprising the step of causing the spherical semiconductor to flow and rotate in the reaction vessel by swinging or rotating the reaction vessel.
本発明は、処理ガスを導入する導入口およびガスを排出する排出口を有する円筒状の反応容器内において、球状の半導体の表面に処理ガス中の不純物を拡散させて拡散層を形成する球状半導体素子の製造方法であって、反応容器内の球状の半導体を前部から後部へおよび後部から前部へと入れ替える工程、および球状の半導体を反応容器内の空間部へ散布する工程を有する球状半導体素子の製造方法を提供する。 The present invention relates to a spherical semiconductor in which a diffusion layer is formed by diffusing impurities in a processing gas on the surface of a spherical semiconductor in a cylindrical reaction vessel having an introduction port for introducing a processing gas and an exhaust port for discharging the gas. A method for manufacturing an element, comprising: a step of replacing a spherical semiconductor in a reaction vessel from the front to the rear and a portion from the rear to the front; and a step of dispersing the spherical semiconductor in a space in the reaction vessel An element manufacturing method is provided.
ここにおいて、反応容器内の球状の半導体を前部から後部へおよび後部から前部へと入れ替える工程は、反応容器をその前後部の少なくとも一方が上下方向に往復運動する揺動工程によって実施することができる。反応容器を揺動させる工程の代わりに、例えば前後部の一方が上位となるように傾斜させて設置した反応容器をその軸心のまわりに回転させることにより、反応容器の内壁に設けたリブによって、反応容器内の下位にある半導体を反応容器内の上位部分へ移動させるようにすることができる。反応容器内の上位部分へ移動した半導体は、重力により反応容器の内壁面に沿って下位部分へ移動する。
球状の半導体を反応容器内の空間部へ散布する工程は、反応容器をその軸心のまわりに回転させることにより、反応容器の内壁に設けたリブによって半導体を回転方向に押し上げ、回転途上でリブから半導体を落下させることにより実施することができる。
Here, the step of replacing the spherical semiconductor in the reaction vessel from the front to the rear and from the rear to the front is performed by a rocking step in which at least one of the front and rear portions of the reaction vessel reciprocates vertically. Can do. Instead of the step of rocking the reaction vessel, for example, by rotating the reaction vessel installed so that one of the front and rear portions is in the upper position around its axis, the rib provided on the inner wall of the reaction vessel The lower semiconductor in the reaction vessel can be moved to the upper part in the reaction vessel. The semiconductor moved to the upper part in the reaction vessel moves to the lower part along the inner wall surface of the reaction vessel by gravity.
The step of spraying the spherical semiconductor into the space in the reaction vessel involves rotating the reaction vessel around its axis to push the semiconductor in the direction of rotation by the rib provided on the inner wall of the reaction vessel, It can be carried out by dropping the semiconductor from
本発明によると、球状の半導体は、反応容器の揺動または回転により、流動・回転するから、単に静止状態において反応する場合に比べて、処理ガスとの接触度合いが良好となる。したがって、ほぼ均一な拡散層を形成することができる。
また、反応容器内の球状の半導体を前部から後部へおよび後部から前部へと入れ替える工程により、処理ガスの入口側に近いものと遠いものとが相互に混合される。このような半導体の反応容器内での前後の流動によって、処理ガスの入口側に近い半導体と遠い半導体とで処理ガスとの接触状況に差が生じることは殆どなくなる。さらに、球状の半導体を反応容器内の空間部へ散布する工程によって、個々の半導体は一時的にも分離されるから、半導体の全表面で満遍なく処理ガスと接触させることができる。
According to the present invention, since the spherical semiconductor flows and rotates due to the swinging or rotation of the reaction vessel, the degree of contact with the processing gas is better than when the reaction is merely performed in a stationary state. Therefore, a substantially uniform diffusion layer can be formed.
In addition, by replacing the spherical semiconductor in the reaction vessel from the front part to the rear part and from the rear part to the front part, the one close to the processing gas inlet side and the one far from the processing gas are mixed with each other. Due to the flow of the semiconductor in the reaction vessel before and after in the reaction vessel, there is almost no difference in the contact state between the semiconductor gas near the processing gas inlet and the semiconductor gas far from the processing gas. Furthermore, since the individual semiconductors are also temporarily separated by the step of dispersing the spherical semiconductors into the space in the reaction vessel, the entire surface of the semiconductors can be uniformly contacted with the processing gas.
本発明は、球状の第1半導体の表面に不純物を拡散して第2半導体層を形成するために、従来のウエハを処理するための装置を転用するのではなく、第1半導体が球形であることを利用して、絶えず流動状態において反応させることにより、高品質の半導体素子を得るものである。すなわち、本発明の製造方法は、反応容器を揺動または回転させることにより、反応容器内に収容した多数の球状の半導体を流動・回転させて、処理ガスとの接触度合いを良好にしてほぼ均一な拡散層を形成しようとするものである。 The present invention does not divert a conventional apparatus for processing a wafer to diffuse a impurity on the surface of a spherical first semiconductor to form a second semiconductor layer, and the first semiconductor is spherical. By taking advantage of this, it is possible to obtain a high-quality semiconductor element by continuously reacting in a fluid state. In other words, the manufacturing method of the present invention causes a large number of spherical semiconductors accommodated in the reaction vessel to flow and rotate by swinging or rotating the reaction vessel so that the contact degree with the processing gas is good and almost uniform. It is intended to form a simple diffusion layer.
本発明の好ましい第1の実施の形態においては、処理ガスを導入する導入口およびガスを排出する排出口を有する円筒状の反応容器内において、球状の半導体の表面に処理ガス中の不純物を拡散させて拡散層を形成する球状半導体素子の製造方法であって、前記反応容器をその前後部の少なくとも一方が上下方向に往復運動する揺動工程を有する。
前記の揺動工程をとると、反応容器内に収容されている多数の球状の半導体は、処理ガスの入口側のものと、出口側のもの(入口側から遠いものを含む)とが相互に混合され、あるいは入口側のものが出口側に、出口側のものが入口側にと入れ替わる。このように球状の半導体が反応容器の前後に流動することによって、反応容器の入口側のものと出口側のものとで処理ガスとの接触状況に差が生じることは殆どなくなる。また、半導体は流動して回転するから、半導体の表面で局部的に処理ガスとの接触度合いが異なることはない。
In a preferred first embodiment of the present invention, impurities in a processing gas are diffused on the surface of a spherical semiconductor in a cylindrical reaction vessel having an inlet for introducing a processing gas and an outlet for discharging the gas. A method of manufacturing a spherical semiconductor element, in which a diffusion layer is formed, and includes a swinging step in which at least one of the front and rear portions of the reaction vessel reciprocates in the vertical direction.
When the above-described swinging process is taken, a large number of spherical semiconductors accommodated in the reaction vessel are separated from those on the processing gas inlet side and those on the outlet side (including those far from the inlet side). They are mixed or the one on the inlet side is replaced with the outlet side, and the one on the outlet side is replaced with the inlet side. As the spherical semiconductor flows before and after the reaction vessel in this way, there is almost no difference in the contact state with the processing gas between the inlet side and the outlet side of the reaction vessel. In addition, since the semiconductor flows and rotates, the degree of contact with the processing gas does not vary locally on the surface of the semiconductor.
前記反応容器をその軸心のまわりに回転させる回転工程をさらに有することが好ましい。この回転工程は、揺動工程と並行して行うことが好ましい。
反応容器がその軸心のまわりに回転する回転工程においては、球状の半導体は流動して回転するから、その表面で局部的に処理ガスとの接触度合いが異なることはない。さらに、この回転工程と前記の揺動工程において、半導体はそれぞれ流動・回転する方向が異なるから、半導体の表面の処理ガスとの接触度合いはより均等になる。
Preferably, the method further includes a rotating step of rotating the reaction vessel around its axis. This rotating step is preferably performed in parallel with the swinging step.
In the rotation process in which the reaction vessel rotates around its axis, the spherical semiconductor flows and rotates, so that the degree of contact with the processing gas does not differ locally on the surface. Furthermore, since the semiconductors flow and rotate in different directions in the rotating step and the swinging step, the degree of contact with the processing gas on the surface of the semiconductor becomes more uniform.
第1の実施の形態においては、反応容器は、その内壁面に、一方の端部側から他方の端部側に伸び、かつ反応容器の内部に向けて突出している少なくとも1つのリブを有することが好ましい。
このリブは、反応容器の回転に伴い球状の半導体を回転方向へ押し上げ、リブが半導体を支えきれなくなったところで半導体は反応容器内の空間部へ落下することとなる。このように球状の半導体は、反応容器の回転に伴って空間部へ散布され、これによって個々の半導体は一時的にも分離されるから、半導体の表面で局部的に処理ガスとの接触度合いが異なることはない。
In the first embodiment, the reaction vessel has at least one rib extending on the inner wall surface from one end side to the other end side and projecting toward the inside of the reaction vessel. Is preferred.
The rib pushes up the spherical semiconductor in the rotation direction as the reaction vessel rotates, and the semiconductor falls into the space in the reaction vessel when the rib cannot support the semiconductor. In this way, the spherical semiconductor is dispersed in the space as the reaction vessel rotates, and thus the individual semiconductors are also temporarily separated, so the degree of contact with the processing gas locally on the surface of the semiconductor. There is no difference.
上記の第1の実施の形態の方法を実施するための好ましい半導体素子の製造装置は、基台上に揺動自在に軸支された揺動板、前記揺動板の前部または後部に連結されてそれを上下に往復運動させる揺動板駆動部、前記揺動板に固定され内部に加熱手段を備える加熱ブロック、前記加熱ブロック内に位置する円筒状の反応容器、前記反応容器に連結され、前記加熱ブロックの開口部をとおして加熱ブロック外へ伸びている支持部、前記反応容器をその軸心のまわりに回転させる回転駆動部、前記反応容器へ処理ガスを供給する処理ガスの供給装置、および前記反応容器からガスを排出するガスの排出装置を具備する。 A preferred semiconductor device manufacturing apparatus for carrying out the method of the first embodiment includes a swing plate pivotally supported on a base, and connected to a front portion or a rear portion of the swing plate. A swinging plate driving unit that reciprocates the plate up and down, a heating block that is fixed to the swinging plate and includes heating means therein, a cylindrical reaction vessel located in the heating block, and connected to the reaction vessel A support portion extending out of the heating block through the opening of the heating block, a rotation driving portion for rotating the reaction vessel around its axis, and a processing gas supply device for supplying a processing gas to the reaction vessel And a gas discharge device for discharging the gas from the reaction vessel.
この装置においては、基台上に揺動板を揺動自在に軸支し、その揺動板に加熱ブロックを固定している。加熱ブロック内で加熱される反応容器は、回転駆動部により回転される。そして、揺動板駆動部は基台に、反応容器の回転駆動部は揺動板にそれぞれ設けられている。このように、基台、揺動板、揺動板駆動部、加熱ブロック、および反応容器の回転駆動部が最適に配置されているから、装置全体が小型にまとめられ、かつ低コストで作製することができる。
前記反応容器が、内壁面に、一方の端部側から他方の端部側に伸びるリブを有すると、反応容器の回転に伴い、球状の半導体はリブに当たって強制的に回転させられながら押し上げられ反応容器内の空間部に散布されるから、半導体の全表面において反応が均一となる。
In this apparatus, a swing plate is pivotally supported on a base, and a heating block is fixed to the swing plate. The reaction vessel heated in the heating block is rotated by the rotation drive unit. The swing plate driving unit is provided on the base, and the rotation driving unit of the reaction vessel is provided on the swing plate. As described above, since the base, the swing plate, the swing plate drive unit, the heating block, and the rotation drive unit of the reaction vessel are optimally arranged, the entire apparatus can be made compact and manufactured at low cost. be able to.
When the reaction vessel has a rib extending from one end side to the other end side on the inner wall surface, the spherical semiconductor strikes the rib and is pushed up and reacted with the rotation of the reaction vessel. Since it is spread | dispersed in the space part in a container, reaction becomes uniform in the whole surface of a semiconductor.
本発明の好ましい第2の実施の形態においては、処理ガスを導入する導入口およびガスを排出する排出口を有する円筒状の反応容器内において、球状の半導体の表面に処理ガス中の不純物を拡散させて拡散層を形成する球状半導体素子の製造方法であって、前記反応容器は、その内壁面に、一方の端部側から他方の端部側に伸び、かつ反応容器の内部に向けて突出している少なくとも2つのリブを有し、第1のリブは前記他方の端部側が前記一方の端部側より反応容器の回転方向側に位置するように、第2のリブは前記他方の端部側が前記一方の端部側より反応容器の回転方向の手前側に位置するように、それぞれのリブは長手方向が反応容器の軸に平行な線に対して傾斜して設けられ、前記反応容器をその軸心をほぼ水平にして該軸心のまわりに回転させる回転工程を有することを特徴とする。
前記反応容器は、そのサイズにもよるが、第1および第2のリブがそれぞれ複数であり、かつ反応容器の内壁面に各1個ずつ交互に配列されているのが好ましい。
In the second preferred embodiment of the present invention, the impurities in the processing gas are diffused on the surface of the spherical semiconductor in the cylindrical reaction vessel having the inlet for introducing the processing gas and the outlet for discharging the gas. The reaction vessel is formed on the inner wall surface from one end side to the other end side, and protrudes toward the inside of the reaction vessel. At least two ribs, and the first rib is positioned on the other end side so that the other end side is positioned closer to the rotation direction of the reaction vessel than the one end side. Each rib is provided so that the longitudinal direction is inclined with respect to a line parallel to the axis of the reaction vessel so that the side is positioned on the near side in the rotation direction of the reaction vessel from the one end side. The axis is almost horizontal and the axis remains Characterized in that it has a rotating step of rotating the Ri.
The reaction vessel preferably has a plurality of first and second ribs and is alternately arranged on the inner wall surface of the reaction vessel, depending on the size.
第2の実施の形態によれば、反応容器をその軸心のまわりに回転させる工程において、球状の半導体が流動・回転するとともに、第1及び第2のリブにより、処理ガスの入口側の半導体が出口側に、出口側の半導体が入口側にそれぞれ移動することとなる。また、反応容器の回転に伴って、移動させる半導体は、リブから落下する際に空間部へ散布されるから、これによって個々の半導体は一時的にも分離される。これによって、半導体の表面で局部的に処理ガスとの接触度合いが異なることはない。したがって、反応容器を揺動および回転させると同様な効果を得ることができる。
この実施の形態において、第1および第2のリブの他に、例えば反応容器の軸に平行なリブが設けられていてもよい。このリブにより、反応容器の回転に伴って半導体は反応容器内の空間部へ散布される。反応容器内における半導体の分布を均一化するには、同じ数の第1のリブと第2のリブとが各1個ずつ交互に配列されているのが好ましい。
According to the second embodiment, in the step of rotating the reaction vessel around its axial center, the spherical semiconductor flows and rotates, and the semiconductor on the inlet side of the processing gas by the first and second ribs. Will move to the outlet side, and the semiconductor on the outlet side will move to the inlet side. Further, as the reaction vessel is rotated, the semiconductor to be moved is dispersed into the space when it falls from the rib, so that the individual semiconductors are also temporarily separated. As a result, the degree of contact with the processing gas does not differ locally on the surface of the semiconductor. Therefore, the same effect can be obtained by swinging and rotating the reaction vessel.
In this embodiment, in addition to the first and second ribs, for example, a rib parallel to the axis of the reaction vessel may be provided. With this rib, the semiconductor is dispersed into the space in the reaction container as the reaction container rotates. In order to make the semiconductor distribution uniform in the reaction vessel, it is preferable that the same number of first ribs and second ribs are alternately arranged one by one.
本発明の好ましい第3の実施の形態においては、処理ガスを導入する導入口およびガスを排出する排出口を有する円筒状の反応容器をその軸心のまわりに回転させることにより、前記反応容器内に収容した球状の半導体の表面に処理ガス中の不純物を拡散させて拡散層を形成する球状半導体素子の製造方法であって、前記反応容器は、その一方の端部が他方の端部より上位となるように傾斜しており、内壁面には、一方の端部側から他方の端部側に伸びるとともに前記他方の端部側が反応容器の回転方向側に位置するように設けられ、かつ反応容器の内部に向けて突出している少なくとも1つのリブを有し、前記反応容器の傾斜角度をθ1、前記リブの長手方向が反応容器の軸に平行な線となす角度をθ2としたとき、θ1<θ2であることを特徴とする。 In a preferred third embodiment of the present invention, a cylindrical reaction vessel having an introduction port for introducing a processing gas and an exhaust port for discharging the gas is rotated around its axis, thereby allowing the inside of the reaction vessel to be rotated. A manufacturing method of a spherical semiconductor element, in which a diffusion layer is formed by diffusing impurities in a processing gas on the surface of a spherical semiconductor contained in the reactor, wherein one end portion of the reaction vessel is higher than the other end portion. The inner wall surface is provided so that it extends from one end side to the other end side and the other end side is located on the rotation direction side of the reaction vessel, and the reaction It has at least one rib protruding toward the inside of the vessel, and when the inclination angle of the reaction vessel is θ1, and the angle between the longitudinal direction of the rib and the line parallel to the axis of the reaction vessel is θ2, θ1 <Θ2 And butterflies.
第3の実施の形態によれば、反応容器内の球状の半導体は、その重力により反応容器の下位側に集まる。その半導体は、反応容器の回転に伴って、リブにより押し上げられ、さらに傾斜しているリブ上を流動して反応容器の上位側に移動する。そのように移動する半導体は、リブから落下する際に空間部へ散布されるから、これによって個々の半導体は一時的にも分離される。これによって、半導体の表面で局部的に処理ガスとの接触度合いが異なることはない。したがって、反応容器を揺動および回転させると同様な効果を得ることができる。 According to the third embodiment, the spherical semiconductor in the reaction vessel gathers on the lower side of the reaction vessel due to its gravity. The semiconductor is pushed up by the rib as the reaction vessel rotates, and further flows on the inclined rib and moves to the upper side of the reaction vessel. The semiconductors that move in this way are scattered into the space when falling from the ribs, so that the individual semiconductors are also temporarily separated. As a result, the degree of contact with the processing gas does not differ locally on the surface of the semiconductor. Therefore, the same effect can be obtained by swinging and rotating the reaction vessel.
第3の実施の形態の方法を実施するための好ましい半導体素子の製造装置は、基台上に軸支され傾斜角度を調整できる傾斜板、前記傾斜板に固定され内部に加熱手段を備える加熱ブロック、前記加熱ブロック内に挿入される円筒状の反応容器、前記反応容器に連結され、前記加熱ブロックの開口部をとおして加熱ブロック外へ伸びている支持部、前記反応容器をその軸心のまわりに回転させる回転駆動部、前記反応容器へ処理ガスを供給する処理ガスの供給装置、および前記反応容器からガスを排出するガスの排出装置を具備し、前記反応容器は、その内壁面に、一方の端部側から他方の端部側に伸びるとともに前記他方の端部側が反応容器の回転方向側に位置するように設けられ、かつ反応容器の内部に向けて突出している少なくとも1つのリブを有し、前記傾斜板は、前記反応容器の回転時には、反応容器の一方の端部が他方の端部より上位となるように傾斜角度が調整され、前記反応容器の傾斜角度をθ1、前記リブの長手方向が反応容器の軸に平行な線となす角度をθ2としたとき、θ1<θ2であることを特徴とする。 A preferred semiconductor device manufacturing apparatus for carrying out the method of the third embodiment includes an inclined plate pivotally supported on a base and capable of adjusting an inclination angle, and a heating block fixed to the inclined plate and provided with heating means inside. A cylindrical reaction vessel inserted into the heating block; a support connected to the reaction vessel and extending out of the heating block through the opening of the heating block; and the reaction vessel around its axis A rotation drive unit that rotates the gas, a processing gas supply device that supplies a processing gas to the reaction vessel, and a gas discharge device that discharges the gas from the reaction vessel. At least one that extends from the end side of the reaction vessel to the other end side and that the other end portion side is located on the rotation direction side of the reaction vessel and projects toward the inside of the reaction vessel The inclined plate has a rib, and when the reaction vessel rotates, the inclination angle is adjusted so that one end of the reaction vessel is higher than the other end, and the inclination angle of the reaction vessel is θ1, When the angle between the longitudinal direction of the rib and the line parallel to the axis of the reaction vessel is θ2, θ1 <θ2.
この装置は、反応容器を回転させるのみで、半導体を反応容器の前後に移動させ、かつ反応容器内の空間部へ散布することができる。したがって、装置の構成がより簡単となる。 In this apparatus, the semiconductor can be moved back and forth of the reaction vessel and sprayed into the space in the reaction vessel simply by rotating the reaction vessel. Therefore, the configuration of the apparatus becomes simpler.
上記の各実施の形態において、揺動工程および/または回転工程に加えて、前記反応容器を振動させる振動工程をさらに有することが好ましい。
反応容器に振動が加わることにより、多数集合している半導体は、個々の位置が動くから、半導体表面の処理ガスとの接触度合いはより均等になる。
この種球状の半導体の表面に拡散層を形成中に、半導体の表面に粘着性成分が付着することがある。半導体の表面に粘着性成分が付着すると、半導体同士が相互に凝集したり反応容器の内壁面に付着したりする。上記の振動工程は、そのような不都合を抑止することができる。
In each of the above embodiments, it is preferable to further include a vibration step for vibrating the reaction vessel in addition to the swinging step and / or the rotating step.
When the vibration is applied to the reaction vessel, a large number of gathered semiconductors move their individual positions, so that the degree of contact with the processing gas on the semiconductor surface becomes more uniform.
During the formation of the diffusion layer on the surface of the seed-shaped semiconductor, an adhesive component may adhere to the surface of the semiconductor. When an adhesive component adheres to the surface of the semiconductor, the semiconductors aggregate with each other or adhere to the inner wall surface of the reaction vessel. The above vibration process can suppress such inconvenience.
以下、本発明による、光電変換素子に適用できる半導体素子の製造装置を図面を参照して説明する。
実施の形態1
図1は一実施の形態における半導体素子の製造装置の一部を切り欠いた側面図、図2は加熱ブロックの内部構成および処理ガスの流れの系統を示す略図である。
Hereinafter, a semiconductor device manufacturing apparatus applicable to a photoelectric conversion device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
Embodiment 1
FIG. 1 is a side view in which a part of a semiconductor device manufacturing apparatus according to an embodiment is cut away, and FIG. 2 is a schematic diagram showing an internal configuration of a heating block and a system of a flow of processing gas.
基台10は、内部に棚を有する筐体で構成され、その上部に枠体11を固定している。この枠体11は両端に一対の軸受け12を設けている。
揺動板15は、その下部中央に軸取付部材16により軸17を取り付け、この軸17は軸受け12に軸支されている。基台10の棚18上に固定されたモータ19には、回転板20が取り付けられている。一方、揺動板15の後部の耳片22には、継ぎ手としての腕21の上端が係合し、腕21の下端は回転板20の中心からずれた位置に枢着されている。これによって、揺動板15は、モータ19により前部と後部とが交互に上下逆方向に往復運動する揺動運動をする。揺動板15は、例えば、図示の水平の位置を基準として、上下に5°ずつ傾く揺動運動をする。
The
The
揺動板15の上には、中央に加熱ブロック23が固定されている。加熱ブロック23は、上下に分割できるようになっており、内部には、石英製の炉心管40を収容する空間部24、および炉心管を加熱する加熱手段としてのヒータ27を有する。炉心管40は、前後に同じく石英製の入口管41および出口管42を一体に結合している。炉心管40は、加熱ブロック23を上下に分割した状態でその内部にセットされる。炉心管40の入口管41および出口管42は、加熱ブロック23の前後に設けられた開口部25および26から加熱ブロックの外部に伸びている。
A
炉心管40の入口管41は、図3に示すように、従動ローラ32と2個の駆動ローラ33とにより支持され、矢印のように回転する。従動ローラ32および駆動ローラ33は、図1に示されるように、揺動板15上の支持板30に取り付けられている。揺動板15上には、駆動モータ28が設けられ、モータ28の回転板29の駆動力は、ギアーやベルトなどの動力伝達機構31を介して駆動ローラ33に伝達される。揺動板15上の支持板35には、出口管42を回転自在に支持する3個の従動ローラ(図示しない)が設けられている。
As shown in FIG. 3, the
上記のように、炉心管40は、モータ28により、加熱ブロック23内で炉心管40の軸心のまわりに回転することができる。その回転速度は、1〜7rpmの範囲で調整することができる。また、揺動板15が軸17を支点として揺動するので、炉心管40も同様に揺動する。その揺動速度は、往復運動で1〜8回/分の範囲で調整することができる。炉心管40は、図4に示すように、内面には該管の長手方向に伸びるリブ48を4本有している。揺動板15上には、炉心管40からの排ガスにより加熱される出口管42を冷却するために、冷却装置70が設けられている。冷却の機構については、後述する。
As described above, the
次に、図2により、炉心管40に処理ガスを供給し、排出するガスの供給・排出系統について説明する。
窒素ガスボンベ51に連なる窒素ガスの供給路は51Aと51Bに分岐し、酸素ガスボンベ50に連なる酸素ガスの供給路は、窒素ガスの供給路51Aと合流して、炉心管40の入口管41と接続される接続部55につながっている。酸素ガスおよび窒素ガスの各々の供給路の途中には、流量調整機能を有するバルブを備えた流量計F1、F2およびF3が設けられている。
Next, a gas supply / discharge system for supplying and discharging process gas to the
The supply path of nitrogen gas connected to the
窒素ガスの供給路51Bは、51B1と51B2に分岐し、51B2は容器52内の53で表すPOCl3中に漬かっている。容器52を通過してPOCl3を含んだ窒素ガスの供給路は、53Aと53Bに分岐し、53Aは接続部55につながっている。53Bは別途設けられた捕集装置につながるパージ路56となっている。窒素ガスの供給路51B1は、容器52を経由する窒素ガスの供給路とつながっている。V1〜V4は、開閉バルブを表している。
The
炉心管40の入口管41および出口管42は、それぞれパイプ45を貫通させたゴム栓44およびパイプ47を貫通させたゴム栓46で封じられている。前記のガス供給路の末端の接続部55は、パイプ45を回動自在に、かつ気密に接続する管継ぎ手を有している。したがって、回転している炉心管40には、接続部55からパイプ45を経由して、処理ガスを供給することができるとともに、ガスを外部へ漏洩することはない。一方、出口管42側においては、排出パイプ62の太径部63がパイプ47の端部を覆うようになっている。パイプ62にはパイプ64が連結されている。このパイプ64は、捕集容器60に収容された水61に漬かっている。捕集容器60の気相部は、パイプ65によりブロア66に連らなっている。パイプ62は、揺動板15上に固定された支持体67により支持されており、その支持部より後部に可撓性部分を有し、その可撓性部分により、揺動板15が揺動しても、太径部63は常にパイプ47の端部との位置関係がずれないようになっている。
The
次に、この装置の動作を説明する。
炉心管40に、多数の球状のp型半導体を入れ、加熱ブロック23内にセットする。装置の制御部がリセットの状態において、バルブV2は開かれており、流量計F3の制御により、ボンベ51からの窒素ガスが供給路51Aを経て炉心管40へ5.5L/分の流量で供給される。このとき、炉心管は800℃に加熱されている。第1ステップにおいては、バルブV2は開いたまま、ヒータを制御して炉心管を例えば、5℃/分の昇温速度で温度を上昇させる。炉心管が900℃に達する5分前に、酸素ガス供給路の流量計F1を制御してボンベ50から酸素ガスを0.4L/分の流量で供給する。
Next, the operation of this apparatus will be described.
A large number of spherical p-type semiconductors are placed in the
炉心管の温度が900℃に達したなら、同温度に保持されるようヒータを制御し、第2ステップにおいて、バルブV1およびV4を開き、V2およびV3を閉じる。これにより、1L当たり120mgのオキシ塩化リンPOCl3を含む窒素ガスが0.77L/分の流量で炉心管に供給される。こうして炉心管内でPOCl3と酸素ガスとの反応でリンガラスが生成し、さらにこのリンガラスとSiとの反応で生成したリンが球状の半導体の表面層に拡散する。この拡散工程を30分間継続した直後、第3ステップにおいて、酸素ボンベに連なる流量計F1を手動で操作して酸素ガスの供給を遮断し、さらに、バルブV1およびV4を閉じるとともにバルブ2およびV3を開く。これによりキャリア窒素ガスはパージ路56からパージし、供給路51Aを通じてのみ窒素ガスを炉心管に供給する。
この窒素ガスの供給を続けながら炉心管の温度を2℃/分の降温速度で下げる。炉心管の温度が800℃に達したなら、第4ステップにおいて、同温度を60分間維持して半導体素子のアニール処理を行う。その後、300℃まで放冷して処理済みの半導体素子を回収する。窒素ガスは、300℃まで放冷した時点で止める。
When the temperature of the core tube reaches 900 ° C., the heater is controlled so as to be maintained at the same temperature, and in the second step, the valves V1 and V4 are opened, and V2 and V3 are closed. As a result, nitrogen gas containing 120 mg of phosphorus oxychloride POCl 3 per liter is supplied to the reactor core tube at a flow rate of 0.77 L / min. Thus, phosphorus glass is generated by the reaction of POCl 3 and oxygen gas in the furnace core tube, and phosphorus generated by the reaction of this phosphorus glass and Si diffuses into the surface layer of the spherical semiconductor. Immediately after continuing this diffusion process for 30 minutes, in the third step, the flow meter F1 connected to the oxygen cylinder is manually operated to shut off the supply of oxygen gas, and the valves V1 and V4 are closed and the
While continuing this supply of nitrogen gas, the temperature of the core tube is lowered at a rate of temperature decrease of 2 ° C./min. When the temperature of the furnace core tube reaches 800 ° C., in the fourth step, the temperature is maintained for 60 minutes, and the semiconductor element is annealed. Then, it cools to 300 degreeC and collect | recovers the processed semiconductor element. Nitrogen gas is stopped when it is allowed to cool to 300 ° C.
炉心管40から排出されるガスは、ブロア66の吸引力により、パイプ46からパイプ62の太径部63に、外気とともに流れ込む。排ガスは、捕集容器60内の水をとおしてブロア66から、図示しない固体吸着剤を経由して外部へ排出される。排ガス中のPOCl3およびその分解生成物は、大半が捕集容器60内の水に捕集され、残余は、固体吸着剤で除去される。
炉心管40の出口管42を冷却する冷却部70には、開閉弁72を備えた水供給パイプ71から水が供給され、パイプ73から排出される。
The gas discharged from the
Water is supplied from a
以上に説明した処理ガスの供給部分は、基台10内に納められている。そして、炉心管40へのガス供給口となる接続部55と連なるパイプの部分は可撓性を有し、接続部55が揺動板15とともに揺動できるようになっている。
炉心管40は、例えば長さ160mm(直線部が100mm、出入り口の曲面部分が各30mm)、径106mmであり、内面には高さ10mm、厚み5mm、長さ100mmの角柱が、図4のように接合されている。この炉心管40内に径約1.0mmの球状の第1半導体を約10万個収容して、拡散層(第2半導体層)を形成することができる。
The processing gas supply part described above is stored in the
The
上記のように、炉心管40の温度および炉心管への供給ガスの制御とともに、炉心管の揺動および回転を制御する。すなわち、モータ19を駆動して揺動板15を揺動させるとともに、モータ28を駆動して炉心管40を回転させる。こうして炉心管内に収容された球状の第1半導体は、炉心管の長手方向および径方向に流動・回転するとともに、リブにより押し上げられる半導体は、リブがこれを支えきれなくなったところで、反応容器内の空間部に落下する。これにより、球状の各第1半導体は均等に処理ガスと接触し、均一な第2半導体層を形成することができる。
本実施の形態においては、揺動板15は、その中央部分を基台に軸支させ、シーソー式に揺動するようにしたが、揺動板の前部または後部を軸支させ、後部または前部が揺動するようにしてもよい。
As described above, the oscillation and rotation of the core tube are controlled along with the control of the temperature of the
In the present embodiment, the
実施の形態2
本実施の形態の半導体素子の製造装置を図5に示す。本実施の形態では、実施の形態1における炉心管の回転装置の代わりに振動装置を採用した。すなわち、炉心管40の入口管41および出口管42を支持する支持体37および38を揺動板15上に設け、揺動板の下面には2個の振動機39を取り付けている。これらの振動機39により揺動板15に振動を与えて炉心管を振動させる。支持体37および38は、上部がY字状に分岐しており、その分岐部分で炉心管40の入口管41および出口管42を支持している。その他の構成は、実施の形態1と同様である。
ここに用いた振動装置は、実施の形態1、並びに後述の実施の形態3および4の製造装置に付加することもできる。これによって、振動による効果、すなわち、個々の半導体が振動することによる、処理ガスとの接触度合いがより均等になり、また粘着性成分の付着による凝集や反応容器の内壁面への付着を抑止する効果をうることができる。
A semiconductor device manufacturing apparatus according to the present embodiment is shown in FIG. In the present embodiment, a vibration device is employed instead of the core tube rotation device in the first embodiment. That is, supports 37 and 38 that support the
The vibration device used here can be added to the manufacturing apparatus of Embodiment 1 and Embodiments 3 and 4 described later. As a result, the effect of vibration, that is, the degree of contact with the processing gas due to the vibration of individual semiconductors becomes more uniform, and aggregation due to adhesion of adhesive components and adhesion to the inner wall of the reaction vessel are suppressed. An effect can be obtained.
実施の形態3
本実施の形態では、炉心管を回転させるだけであるが、炉心管の内壁に設けたリブにより、炉心管内の球状素子は、入口側から出口側へ、および出口側から入口側へ移動させることができる。
Embodiment 3
In this embodiment, only the core tube is rotated, but the spherical element in the core tube is moved from the inlet side to the outlet side and from the outlet side to the inlet side by the rib provided on the inner wall of the core tube. Can do.
本実施の形態に用いる炉心管40Aを図6〜図8に示す。
炉心管40Aは入口管41Aおよび出口管42Aを有している。この炉心管40Aは、その内壁面に、前部から後部に伸び、かつ炉心管の内部に向けて突出している4個のリブ48a1、48a2、48b1、および48b2を有している。リブ48a1および48a2は、前部側が後部側より炉心管の回転方向側に位置するように、またリブ48b1および48b2は前部側が後部側より炉心管の回転方向の手前側に位置するように、それぞれのリブは長手方向が炉心管の軸に平行な線Lに対して角度θaおよびθb傾斜して設けられている(θa=θb)。これらのリブの炉心管内における配列は、隣接するリブの前記傾斜方向が異なるようになっている。ここで、炉心管の回転方向は矢印yで示されている。前記のリブの傾斜角度θaおよびθbは3〜7度の範囲が好ましい。θaおよびθbが3度未満の場合には、球状の半導体がリブ上を流動して反応容器の前部から後部へおよび後部から前部へとそれぞれ移動する運動が不十分となる。また、θaおよびθbが7度を超えると、球状の半導体がリブ上を流動する速度が速すぎて、前部または後部へ到達する前にリブ上から落下する割合が増える。
この炉心管40Aを回転させる装置、および炉心管に処理ガスを供給・排出する装置は、実施の形態1のものと同様である。すなわち、実施の形態1における揺動板15がほぼ水平に固定されている構造であり、したがって、揺動板を揺動させる装置は不要となる。
A
The
The apparatus for rotating the
炉心管40Aを図6の矢印yの方向に回転させると、管40A内にある球状半導体のうち、管の回転に伴いリブ48b1により押し上げられる球状の半導体は、リブ48b1が入口側が下がるように傾斜しているから、矢印x2のように入口側に移動する。一方、リブ48a1により押し上げられる球状の半導体は、リブ48a1が出口側が下がるように傾斜しているから、矢印x1のように出口側に移動する。同様に、リブ48b2で押し上げられる球状の半導体は入口側へ、リブ48a2で押し上げられる球状の半導体は出口側へそれぞれ移動する。ここで、リブ48a1、48a2、48b1および48b2を、後述の実施の形態4において、図13に示すように、それらの頂面が回転方向を向くように傾いていると、それらのリブ上でx1またはx2の方向に移動する球状の半導体が途中で脱落するのを少なくすることができる。リブの数は、4個に限らず、2個、6個など、リブの長手方向の傾斜が異なるリブが交互に配列された偶数個とするのが好ましい。球状の半導体の入口側および出口側への移動をほぼ均等にすることができるからである。しかし、必ずしもそうする必要はない。
このように本実施の形態によれば、炉心管をその軸心をほぼ水平にして該軸心のまわりに回転させるだけで、実施の形態1における炉心管を回転および揺動させるのと同等の作用、効果を得ることができる。
When the
As described above, according to the present embodiment, the core tube is equivalent to rotating and swinging the core tube in the first embodiment only by rotating the core tube around the axis with the axis center being substantially horizontal. Actions and effects can be obtained.
上記の各実施の形態においては、炉心管を反応容器として利用した。しかし、この炉心管内に出し入れ可能にセットされる円筒状の反応容器を用い、その容器内で球状の半導体に拡散処理をするようにしてもよい。その場合、炉心管を回転させることによりその内部の反応容器を回転させるようにする方法、および炉心管は加熱ブロック内に固定し、反応容器のみが回転できるようにすることもできる。 In each of the above embodiments, the core tube is used as a reaction vessel. However, a cylindrical reaction vessel set so as to be able to be taken in and out of the furnace core tube may be used, and the diffusion treatment may be performed on the spherical semiconductor in the vessel. In that case, a method of rotating the reactor tube by rotating the reactor core tube, and the reactor tube can be fixed in the heating block so that only the reactor vessel can be rotated.
実施の形態4
本実施の形態の半導体素子の製造装置を図9に示し、その反応容器を図10〜11に示す。
基台80は、実施の形態1の基台と同様のもので、上部中央には枠体81を固定している。枠体81は両端に一対の軸受け82を有する。この基台80上に設置される傾斜板85は、下部中央に軸取付部材86により軸87を取り付け、この軸87は軸受け82に軸支されている。傾斜板85の前部の耳片88は、ワイヤー84により、基台80上の小型ジャッキ83に連結されている。ジャッキ83を操作することにより、水平な基台80の上面に対する傾斜板85の傾斜角度θ1を調整することができる。
Embodiment 4
The semiconductor device manufacturing apparatus of the present embodiment is shown in FIG. 9, and the reaction container is shown in FIGS.
The
傾斜板85の上には、中央に加熱ブロック89が固定されている。加熱ブロック89は、前部および後部にそれぞれ開口部91および90を有し、内部には反応容器100を加熱する加熱手段としてのヒータ92を有する。反応容器100は、図10に示すように、有底円筒形であり、底部の外側には、同じく石英製の円柱101が結合されている。反応容器100は、その開口部に同じく石英製の蓋102が着脱自在に結合されている。蓋102には、円筒形の石英製の遮熱体103が取り付けられている。蓋102は、中央に、後述するロータリージョイント120の先端外周に設けられた可動部121に連結するための筒部104を有する。
On the
ロータリージョイント120は、二重管で構成された複式ロータリージョイントであり、内側の管はガス供給パイプ123に接続され、外側の管はガス排出パイプ124に接続されている。ロータリージョイント120の先端部には、内側の管に接続されたガス供給管122が接続され、端面にはガス供給管122を囲むように、ガス排出用の孔(図示しない)が設けられている。ロータリージョイント120は、支持体115により傾斜板85の上に固定され、ガス供給パイプ123には図2に示した処理ガスの供給路が接続され、ガス排出パイプ124には図2に示したパイプ62およびその後流の部分が接続されている。
The rotary joint 120 is a double rotary joint constituted by a double pipe, and the inner pipe is connected to the
反応容器100は、その内部に球状の第1半導体を収容し、蓋102を結合した後、円柱101の部分を加熱ブロック89の開口部91側から開口部90に挿入する。次いで、蓋102の筒部104をロータリージョイント120の先端部に結合する。このときロータリージョイント120のガス供給管122の先端は、遮熱体103の孔105から反応容器100の内部へ入り込む。
The
反応容器100の円柱部101は、実施の形態1における炉心管の出口管41と同様に、従動ローラ113と2個の駆動ローラ114とにより支持されて回転できるようになっている。従動ローラ113および駆動ローラ114は、傾斜板85上の支持板111に取り付けられている。傾斜板85上には、駆動モータ109が設けられ、モータ109の回転板110の駆動力は、ギアーやベルトなどの動力伝達機構112を介して駆動ローラ114に伝達される。一方、反応容器100の蓋102は、その筒部104がロータリージョイント120の可動部121に連結されているから、反応容器100は、モータ109により回転させることができる。
The
反応容器100の内壁面には、石英製の4個のリブ108a、108b、108c、および108dが接合されている。これらのリブは、反応容器の前部側(図10の左側)から後部側に伸びるとともに後部側が反応容器の回転方向側に位置するように設けられ、かつ反応容器の中心部に向けて突出している。ここで、反応容器100の水平面L1から傾斜している角度をθ1、前記リブの長手方向が反応容器の軸に平行な線L2となす角度をθ2としたとき、θ1<θ2とする。θ1は3〜7度、θ2−θ1は3〜7度の範囲が好ましい。θ1が3度未満では、反応容器の内壁面に沿っての半導体の上部から下部への移動が円滑に行われない。また、7度を超えると、前記の移動が速すぎて反応容器の底部に衝突するなどの運動が起こり、半導体がリブ上に押し上げにくくなる。一方、θ2−θ1が3度未満の場合は、球状半導体がリブ上を流動して反応容器の後部から前部に移動する運動が円滑に行われない。また、θ2−θ1が7度を超えると、前記の移動速度が速すぎて、半導体が前部に達する前にリブ上から落下する割合が増える。
Four
モータ109を駆動して反応容器100を矢印y方向に回転させると、反応容器100内の球状の半導体は、反応容器の回転に伴いリブ108a〜108dのいずれかにより押し上げられる。そのとき、リブは後部側が前部側より反応容器の回転方向側となるように傾斜しているから、例えばリブ108a上にのった球状の半導体は、反応容器の回転に伴い上方へ押し上げられて、図10の矢印xのように、リブの前部側に転がり落ちる。こうしてリブ上から反応容器の前部側に落下する球状の半導体は、反応容器が後部が下位となるように傾斜しているので、反応容器の内壁面に沿って後部側に移動する。このように、反応容器の内壁面に沿って前部から後部への移動、リブにより押し上げられて反応容器の前部側への移動、およびリブ上で前部側へ移動できずにリブの途中からの落下など、反応容器内の球状の半導体は、反応容器の回転に伴って十分に攪拌され、かつ処理ガスと十分に接触する。したがって、ガス供給管122の先端から反応容器内へ供給される反応ガスと十分に接触し、各半導体は表面に均一な第2半導体層を形成することができる。
When the
図12は、各リブ108a〜108dをその頂部が回転方向側に傾くように取り付けた反応容器100Aの図11と同様の断面図を示す。図11の例では、リブはいずれも反応容器の中心方向を向くように取り付けられている。これに対して、図12の例では、リブは、いずれも反応容器の中心方向をとおる直線からθ3の角度だけ反応容器の回転方向に傾いている。このようにすると、反応容器の回転に伴ってリブにより押し上げられる球状の半導体は、リブの頂部を超えて落下しにくくなり、リブによる半導体の前部側への移動がより容易になる。
FIG. 12 is a cross-sectional view similar to FIG. 11 of the
本実施の形態では、反応容器100は、有底の円筒体で構成し、その開口部に、二重管で構成された複式ロータリージョイント120を接続している。反応容器は、その開口部が、実施の形態1〜3で用いたものより大きいので、球状の半導体の装填、および得られた半導体素子の取りだしが容易となる。
ここに用いた反応容器および複式ロータリージョイントによるガスの供給および排出方式は、実施の形態1〜3の反応容器(炉心管)にも適用できる。特に、反応容器を揺動させる実施の形態においては、反応容器の一方の端部が閉塞していることは、球状の半導体の外部への逸散がなく好都合である。
また、実施の形態1〜3において、反応容器の両端にそれぞれ単式のロータリージョイントを接続し、一方のロータリージョイントから処理ガスを供給し、他方のロータリージョイントからガスを排出するように構成することもできる。
In the present embodiment, the
The gas supply and discharge methods using the reaction vessel and the dual rotary joint used here can also be applied to the reaction vessels (furnace core tubes) of the first to third embodiments. In particular, in an embodiment in which the reaction vessel is rocked, it is advantageous that one end of the reaction vessel is closed, because there is no diffusion of the spherical semiconductor to the outside.
In the first to third embodiments, a single rotary joint may be connected to both ends of the reaction vessel, the processing gas may be supplied from one rotary joint, and the gas may be discharged from the other rotary joint. it can.
以下、本発明をその実施例によりさらに詳しく説明する。
《実施例1》
石英製炉心管は、長さ160mm、内径106mmであり、内面には高さ10mm、厚み5mm、長さ120mmの角柱が、図4のように接合されている。
このような炉心管内に径約1.0mmの球状の第1半導体(p型半導体)を約10万個収容して、第2半導体層(n型半導体層)を形成した。
炉心管に処理ガスを供給し、第1半導体の表面に第2半導体層を形成するときのガスの供給・排出および温度の制御などは、図2に示すガスの供給・排出系統の動作について説明した内容と同じである。
本実施例では、炉心管は揺動させた。揺動周期は1回/分、揺動角度は水平状態を基準として上下に各5度とした。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples thereof.
Example 1
The quartz furnace tube has a length of 160 mm and an inner diameter of 106 mm, and a prism having a height of 10 mm, a thickness of 5 mm, and a length of 120 mm is joined to the inner surface as shown in FIG.
About 100,000 spherical first semiconductors (p-type semiconductors) having a diameter of about 1.0 mm were accommodated in such a furnace core tube to form second semiconductor layers (n-type semiconductor layers).
The supply / discharge of the gas and the control of the temperature when the process gas is supplied to the core tube and the second semiconductor layer is formed on the surface of the first semiconductor will be described with reference to the operation of the gas supply / discharge system shown in FIG. It is the same as what was done.
In this example, the core tube was swung. The rocking cycle was 1 time / minute, and the rocking angle was 5 degrees up and down with respect to the horizontal state.
《実施例2》
炉心管の揺動と回転を並行して実施した。回転速度は4rpmとした。この他は実施例1と同じである。
Example 2
The core tube was swung and rotated in parallel. The rotation speed was 4 rpm. The rest is the same as in the first embodiment.
《実施例3》
炉心管の揺動と振動を並行して実施した。振動は周波数5Hz、振幅1.5mmとした。この他は実施例1と同じである。
Example 3
The core tube was swung and vibrated in parallel. The vibration was a frequency of 5 Hz and an amplitude of 1.5 mm. The rest is the same as in the first embodiment.
《実施例4》
炉心管を揺動させずに回転速度4rpmの回転のみを実施した。この他は実施例1と同じである。
Example 4
Only the rotation at a rotation speed of 4 rpm was performed without swinging the core tube. The rest is the same as in the first embodiment.
《実施例5》
本実施例では、炉心管は、長さ160mm、径106mmであり、内面には厚み5mm、高さ15mm、長さ120mmの4個のリブが、図6〜8のように接合されている石英製炉心管を用いた。
リブ48a1および48a2の長手方向が炉心管の軸に平行な線となす角度θaは5度であり、リブ48a1および48a2の長手方向が炉心管の軸に平行な線となす角度θbは5度である。
炉心管は回転速度4rpmの回転のみを実施した。以上の他は実施例1と同じである。
Example 5
In the present embodiment, the core tube has a length of 160 mm and a diameter of 106 mm, and four ribs having a thickness of 5 mm, a height of 15 mm, and a length of 120 mm are joined to the inner surface as shown in FIGS. A furnace core tube was used.
The angle θa between the longitudinal direction of the ribs 48a1 and 48a2 and the line parallel to the axis of the core tube is 5 degrees, and the angle θb between the longitudinal direction of the ribs 48a1 and 48a2 and the line parallel to the axis of the core tube is 5 degrees. is there.
The core tube was only rotated at a rotational speed of 4 rpm. Other than the above, the second embodiment is the same as the first embodiment.
《実施例6》
実施の形態4で説明した装置を用いた。反応容器は、長さ160mm、内径106mmであり、内面には長さ120mm、厚み5mm、高さ15mmのリブ4個がθ2=10度の傾斜角度で設けられている。
反応容器の傾斜角度θ1=5度に設定して、回転速度4rpmで回転させた。この他の条件は実施例1と同じである。
Example 6
The apparatus described in Embodiment 4 was used. The reaction vessel has a length of 160 mm and an inner diameter of 106 mm, and four ribs having a length of 120 mm, a thickness of 5 mm, and a height of 15 mm are provided on the inner surface at an inclination angle of θ2 = 10 degrees.
The reaction vessel was set at an inclination angle θ1 = 5 degrees and rotated at a rotation speed of 4 rpm. Other conditions are the same as those in the first embodiment.
《実施例7》
リブの頂部が反応容器の回転方向に向くようにθ3=10度とした他は実施例6と同じとした。
Example 7
Example 6 was the same as Example 6 except that θ3 = 10 degrees so that the top of the rib was in the rotation direction of the reaction vessel.
《比較例1》
周波数5Hz、振幅1.5mmの振動のみ実施した。この他は実施例1と同じである。
<< Comparative Example 1 >>
Only vibration with a frequency of 5 Hz and an amplitude of 1.5 mm was performed. The rest is the same as in the first embodiment.
《比較例2》
炉心管を動かすことなく、静止したままとした。この他は実施例1と同じである。
<< Comparative Example 2 >>
It remained stationary without moving the core tube. The rest is the same as in the first embodiment.
以上の実施例および比較例に用いた球状の第1半導体は、次のようにして作製した。
まず、極微量のホウ素を含むp型多結晶Si塊を坩堝内に供給して不活性ガス雰囲気中において1450℃で溶融させた。この融液を坩堝底部の微小なノズル孔から滴下させ、その液滴を自然落下中に冷却して固化させた。こうして多結晶または単結晶の球状のp型半導体を作製した。
The spherical first semiconductor used in the above examples and comparative examples was produced as follows.
First, a p-type polycrystalline Si lump containing a very small amount of boron was supplied into a crucible and melted at 1450 ° C. in an inert gas atmosphere. The melt was dropped from a minute nozzle hole at the bottom of the crucible, and the droplet was cooled and solidified during natural fall. Thus, a polycrystalline or single crystal spherical p-type semiconductor was produced.
作製した球状のp型半導体の表面を研磨し、さらにエッチングにより表面層の約50μmを除去した後、上記の拡散処理に供した。この拡散処理により、p型半導体の表面に、厚さ約0.5μm程度のn型半導体層が第2半導体層として形成された。 The surface of the produced spherical p-type semiconductor was polished, and after removing about 50 μm of the surface layer by etching, it was subjected to the above diffusion treatment. By this diffusion treatment, an n-type semiconductor layer having a thickness of about 0.5 μm was formed as a second semiconductor layer on the surface of the p-type semiconductor.
上記のように各実施例および比較例により、球状の第1半導体の表面に第2半導体層を形成した球状の光電変換素子のなかから任意に20個ずつ評価用試料として採取した。これらの各試料の表面の一部をグラインディングで研削して除去することにより、第2半導体層に開口部を形成し、第1半導体の一部を露出させた。この過程を図13(a)および(b)に示す。第2半導体層2で被覆された球状の第1半導体1の一部が切除され、平滑な切断面の外周部に第2半導体層の開口部3が形成され、その内側に第1半導体の円形の露出部4が形成されている。
As described above, 20 samples were arbitrarily collected as evaluation samples from the spherical photoelectric conversion elements in which the second semiconductor layer was formed on the surface of the spherical first semiconductor according to each of the examples and comparative examples. By removing a part of the surface of each sample by grinding, an opening was formed in the second semiconductor layer to expose a part of the first semiconductor. This process is shown in FIGS. 13 (a) and (b). A part of the spherical first semiconductor 1 covered with the
次に、球状の第1半導体の露出部に電極を形成した。電極形成材には、Al粉およびAg粉を分散させたガラスフリット型導電性ペーストを用いた。このペーストを第1半導体の円形の露出部4に塗布し、100℃前後で約10分間乾燥させた後、約700℃で10分間の熱処理をして、電極5を形成した(図13(c))。 Next, an electrode was formed on the exposed portion of the spherical first semiconductor. As the electrode forming material, a glass frit type conductive paste in which Al powder and Ag powder were dispersed was used. This paste was applied to the circular exposed portion 4 of the first semiconductor, dried at about 100 ° C. for about 10 minutes, and then heat-treated at about 700 ° C. for 10 minutes to form the electrode 5 (FIG. 13C). )).
上記のように、第1半導体の露出面に電極5を形成した球状の素子を簡易プローバ治具に装填し、ソーラシミュレータを用いて電極5と第2半導体層2との間の電気特性を測定した。ソーラシミュレータの入射光条件は、AM-1.5、100mW/cm2である。各特性の平均値および標準偏差を表1に示す。
As described above, a spherical element having the
表1から明らかなように、実施例1〜5による素子の特性は、比較例2に比べて平均値が高く、標準偏差が小さい。このことは、本発明により、多数の球状の素子を拡散処理した場合、拡散状態の素子間のばらつきが小さく、かつ個々の素子に均一な拡散層を形成していることを示している。
炉心管を揺動させるのみ(実施例1)および回転させるのみ(実施例4)でも効果があり、揺動の効果が比較的大きいことがわかる。揺動と回転を並行して行う(実施例2)と、揺動のみ、および回転のみに比べてさらに良好であり、揺動と回転の相乗効果が顕著なことがわかる。
As is clear from Table 1, the device characteristics according to Examples 1 to 5 have higher average values and smaller standard deviations than Comparative Example 2. This indicates that, when a large number of spherical elements are diffused according to the present invention, the dispersion between the elements in the diffusion state is small and a uniform diffusion layer is formed on each element.
It can be seen that it is effective to merely swing the core tube (Example 1) and only to rotate (Example 4), and the effect of the swing is relatively large. It can be seen that when rocking and rotation are performed in parallel (Example 2), the rocking and rotation are even better than the rocking and rotation alone, and the synergistic effect of rocking and rotation is remarkable.
内面に特殊なリブを設けて回転のみを行う実施例5は、揺動と回転を行う実施例2と同等の特性が得られ、特殊リブが揺動と同様の効果をもたらすことがわかる。振動のみの比較例1は、静止状態の比較例2に比べて顕著な効果はない。しかし、揺動に振動を加える(実施例3)と、揺動のみより良好な結果が得られたことから、揺動と振動の相乗効果が得られることがわかる。
実施例6および7は、実施例2および5に匹敵するレベルの、ばらつきが少なく、高い特性値を示した。実施例6と7の比較では、実施例7が優れていた。
In Example 5 in which a special rib is provided on the inner surface and only rotation is performed, the same characteristics as in Example 2 in which rocking and rotation are performed are obtained, and it can be seen that the special rib provides the same effect as the swinging. Comparative example 1 with only vibration has no significant effect compared with comparative example 2 in a stationary state. However, when vibration is applied to the rocking (Example 3), a better result than rocking alone is obtained, and it can be seen that a synergistic effect of rocking and vibration can be obtained.
Examples 6 and 7 showed a high characteristic value with little variation and a level comparable to Examples 2 and 5. In comparison between Examples 6 and 7, Example 7 was superior.
本発明によれば、品質の一定した球状の半導体素子を製造することができる。本発明による半導体素子のなかで、光電変換素子は、特に、太陽電池装置に有用である。 According to the present invention, a spherical semiconductor element having a constant quality can be manufactured. Among the semiconductor elements according to the present invention, the photoelectric conversion element is particularly useful for a solar cell device.
1 第1半導体
2 第2半導体(拡散層)
10 基台
12 軸受け
15 揺動板
19、28 モータ
23 加熱ブロック
25、26 開口部
27 ヒータ
32 従動ローラ
33 駆動ローラ
39 振動機
40、40A 炉心管(反応容器)
41、41A 入口管
42、42A 出口管
48、48a、48b、48c,48d リブ
50 酸素ガスボンベ
51 窒素ガスボンベ
53 オキシ塩化リン
55 管継ぎ手を有する接続部
61 水
66 ブロア
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
DESCRIPTION OF
41,
Claims (13)
An inclined plate pivotally supported on a base and capable of adjusting an inclination angle, a heating block fixed to the inclined plate and provided with heating means inside, a cylindrical reaction vessel inserted into the heating block, connected to the reaction vessel A support portion extending out of the heating block through the opening of the heating block, a rotation driving portion for rotating the reaction vessel around its axis, and a processing gas supply device for supplying a processing gas to the reaction vessel And a gas discharge device for discharging gas from the reaction vessel, the reaction vessel extending on the inner wall surface from one end side to the other end side, and the other end side being the reaction vessel And has at least one rib protruding toward the inside of the reaction vessel, and the inclined plate is rotated when one of the reaction vessels is rotated. When the inclination angle is adjusted so that the portion is higher than the other end, the inclination angle of the reaction vessel is θ1, and the angle between the longitudinal direction of the rib and the line parallel to the axis of the reaction vessel is θ2, An apparatus for manufacturing a spherical semiconductor element, wherein θ1 <θ2.
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JP2005264341A JP2007080975A (en) | 2005-09-12 | 2005-09-12 | Method and equipment of manufacturing spherical semiconductor device |
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JP2008306059A (en) * | 2007-06-08 | 2008-12-18 | Clean Venture 21 Corp | Method and apparatus of manufacturing spherical semiconductor device |
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US6426280B2 (en) * | 2000-01-26 | 2002-07-30 | Ball Semiconductor, Inc. | Method for doping spherical semiconductors |
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- 2005-09-12 JP JP2005264341A patent/JP2007080975A/en active Pending
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