JP2010027744A - 基板の拡散層形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池の生産性を向上のため一度に熱処理を施す基板の枚数を増やしても、拡散層の形成された基板におけるシート抵抗の値のバラツキを抑制でき、太陽電池製造の歩留りを向上させることができる基板の拡散層形成方法を提供する。
【解決手段】複数の半導体基板１を横型ボート２に立て、少なくとも１個の横型ボート１を横型の熱処理炉３内に配置し、不純物を熱拡散させて基板に拡散層を形成し、基板にｐｎ接合を形成する基板の拡散層形成方法において、熱処理炉内に横型ボートを配置する際、基板と横型ボートの保持下端面との接触位置の高さが、順次熱処理炉の長手方向に傾斜変化するように横型ボートを配置することを特徴とする基板の拡散層形成方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板（特には太陽電池用の基板）にｐｎ接合を形成するために、横型ボートに複数の基板を立て、基板の導電型と異なる導電型の不純物を熱拡散させて拡散層を形成する基板の拡散層形成方法に関する。

現在、民生用の太陽電池を製造するのに用いられている方法はコスト低減が重要課題であり、ｐｎ接合を形成するための熱拡散法と電極を形成するためのスクリーン印刷法を組み合わせた方法により太陽電池を製造するのが一般的である。その詳細を以下に説明する。

まず、チョクラルスキー（ＣＺ）法で引き上げられた単結晶シリコンインゴットやキャスト法により作製した多結晶シリコンインゴットをマルチワイヤー法でスライスすることにより得られたｐ型シリコン基板を用意する。次に、アルカリ溶液で表面のスライスダメージを取り除いた後、最大高さ１０μｍ程度の微細凹凸（テクスチャ）を形成し、熱拡散法でｎ型層を形成する。さらに受光面にはＴｉＯ_２又はＳｉＮを、例えば、７００Å程度の膜厚で堆積し、反射防止膜を形成する。次にアルミニウムを主成分とする材料を裏面全面にわたり印刷、焼成することにより裏面電極を形成する。一方、受光面電極は、銀を主成分とする材料を例えば幅１００〜２００μｍ程度の櫛形状に印刷、焼成することにより形成する。これにより、太陽電池セルを製造することができる。

この方法において優れている点は、太陽電池を構成する上で必要最小限の工程数となっているにもかかわらず、エネルギー変換効率等の太陽電池の特性を高める様々な効果が付随していることである。例えば、熱拡散はゲッタリング作用によりバルク内の少数キャリヤの拡散長を改善する働きがある。また、裏面に印刷したアルミニウムの焼成は電極を形成すると同時に裏面に電界層（ＢＳＦ）効果のあるｐ^＋高濃度層を形成する。さらに、反射防止膜は、光学的効果（反射率低減）とともにシリコン表面近傍で発生するキャリヤの再結合速度を低減する。
このような必要最小限工程数といくつかの有用な効果により、民生用太陽電池は低コスト化が達成されている。

上記の様な太陽電池製造方法において、半導体基板に拡散層を形成するための不純物の拡散方法としては、例えば特許文献１に示されている。
この特許文献１では、例えば図６（ａ）のように、拡散層を形成するための熱処理炉６３として横型炉を使用し、大きさや形が同じ複数の半導体基板６１を２枚１組として、背中合わせに（拡散層を形成する面とは反対側の面同士を向かい合わせに）重ねた状態で、横型ボート６２へ間隔を開けて垂直に立て、該横型ボート６２を横型炉６３の石英の炉心管内に水平に配置し、横型の熱処理炉の炉尾側６５から炉口側６４に向かってその半導体基板６１の周辺にガスが行き渡るようにして行っている。この例は不純物としてリンを、半導体基板としてｐ型のシリコンを用い、７５０℃から９００℃に加熱しｎ型の導電型を示す不純物拡散層を形成している。

さらに、引用文献１では、図６（ｂ）に示すように２枚１組とした半導体基板６１を、横型ボート６２に基板の組み同士で間隔を開けて炉尾側６５に向かって斜めに立て、半導体基板６１の自重により裏面（拡散層を形成する面とは反対側の面）同士がしっかりと重なり合った状態で熱処理することで、半導体基板６１の裏面へのオートドープを防ぐ不純物の拡散方法などがある。

しかしながら、引用文献１のような不純物の拡散方法によって、複数枚の基板に対して同時に不純物の拡散を行った場合、生産性向上を狙って一度に処理する基板の枚数を増やすと、横型熱処理炉内での基板の位置によって基板のシート抵抗の値にバラツキが生じ、太陽電池製造の歩留りが低下するという問題があった。

特開２００１−７７３８６号公報

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、太陽電池の生産性を向上するため同時に拡散層を形成する半導体基板の枚数を増やしても、拡散層の形成された複数の半導体基板におけるシート抵抗の値のバラツキを抑制でき、太陽電池製造の歩留りを向上させることができる基板の拡散層形成方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、少なくとも、複数の半導体基板を横型ボートに立て、少なくとも１個の前記横型ボートを横型の熱処理炉内に配置し、該熱処理炉内で前記基板の導電型と異なる導電型の不純物を熱拡散させて前記基板に拡散層を形成し、前記基板にｐｎ接合を形成する基板の拡散層形成方法において、
前記熱処理炉内に横型ボートを配置する際、前記複数の基板と前記横型ボートの保持下端面との接触位置の高さが、順次前記熱処理炉の長手方向に傾斜変化するように前記横型ボートを配置することを特徴とする基板の拡散層形成方法を提供する（請求項１）。

このように、本発明は、熱処理炉内に横型ボートを配置する際、複数の基板と横型ボートの保持下端面との接触位置の高さが、順次熱処理炉の長手方向に傾斜変化するように横型ボートを配置して基板に拡散層を形成することで、横型ボートに立てる基板の枚数を増やすことで横型ボートに立てた基板間の間隔が狭くなっても、間をあけた半導体基板の間にガスがスムーズに流れ、熱処理炉内での基板の位置によるシート抵抗の値のバラツキを低減することができるため、太陽電池製造の歩留りの向上につながる。

この場合、前記熱処理炉内に横型ボートを配置する際、前記横型ボートを傾斜させることにより、前記複数の基板と前記横型ボートの保持下端面との接触位置の高さが、順次前記熱処理炉の長手方向に傾斜変化するように前記横型ボートを配置することができる（請求項２）。

このように、熱処理炉内に横型ボートを配置する際、横型ボートを熱処理炉の長手方向に対して傾斜させて配置することにより、簡単に複数の基板と横型ボートの保持下端面との接触位置の高さが、順次熱処理炉の長手方向に傾斜変化するように熱処理炉内に横型ボートを配置することができる。

また、前記横型ボートとして、前記複数の基板と前記横型ボートの保持下端面との接触位置の高さが、順次前記熱処理炉の長手方向に傾斜変化するように、前記横型ボートの底部に溝が形成されたものを使用することができる（請求項３）。

このように、横型ボートとして、複数の基板と横型ボートの保持下端面との接触位置の高さが、順次熱処理炉の長手方向に傾斜変化するように、横型ボートの底部に溝が形成されたものを使用することにより、基板を横型ボートに立てるときに基板の高さが予め調整されて立てられるため、簡単に熱処理炉内に横型ボートを配置することができる。

さらに本発明では、前記熱処理炉内に横型ボートを配置する際、前記横型ボートを複数個配置することができる（請求項４）。

本発明は、熱処理炉内に横型ボートを配置する際、複数の基板と横型ボートの保持下端面との接触位置の高さが、順次熱処理炉の長手方向に傾斜変化するように配置する横型ボートを複数個配置することができる。横型ボートに立てる基板の枚数が増えて横型ボートの構造上の強度を考え、長手方向の長さを短くした横型ボートを使用しても、該短い横型ボートを複数配置することができる。この複数個の短い横型ボートは、各々複数の基板と横型ボートの保持下端面との接触位置の高さが、順次熱処理炉の長手方向に傾斜変化するように配置する。これにより、一度に拡散層を形成する基板の枚数をさらに増やすことができる上に、このように複数個の横型ボートを使っても、熱処理炉内での基板の位置によるシート抵抗の値のバラツキを低減することができる。

さらに、前記複数枚の基板を横型ボートに立てる際、前記基板間の間隔を３ｍｍ以下とすることが好ましい（請求項５）。

このように、横型ボートに立てる基板の間隔を３ｍｍ以下とすることにより、一度に拡散層を形成する基板の枚数を増やすことができる。その上、このような３ｍｍ以下という狭い間隔であっても、複数の基板と横型ボートの保持下端面との接触位置の高さが、順次熱処理炉の長手方向に傾斜変化するように横型ボートを配置するので、シート抵抗のバラツキが低減された拡散層の形成方法となるため、太陽電池の生産性向上につながる。

また、前記複数枚の基板を横型ボートに立てる際、前記基板を２枚で１組とし、該１組を基板の拡散層を形成する面とは反対側の面同士を向い合わせて横型ボートに立てることが好ましい（請求項６）。

このように、２枚１組を基板の拡散層を形成する面とは反対側の面同士を向い合わせて横型ボートに立てることにより、不純物の拡散防止板を使用せずにオートドープを防止でき、拡散防止板を使用したときよりも一度に拡散層を形成する基板の枚数を増やすことができるため、太陽電池の生産性向上につながる。

さらに、前記熱処理炉の長手方向に対する前記複数の基板と前記横型ボートの保持下端面との接触位置の高さの傾斜角度を、１度以上３０度以下とすることが好ましい（請求項７）。

このように、熱処理炉の長手方向に対する複数の基板と横型ボートの保持下端面との接触位置の高さの傾斜角度を、１度以上３０度以下とすることにより、半導体基板の間のガスの流れがさらにスムーズとなり、シート抵抗のバラツキをさらに低減することができる。

本発明に従う基板の拡散層形成方法であれば、太陽電池の生産性を向上するために同時に拡散層を形成する半導体基板の枚数を増やしても、拡散層の形成された複数の半導体基板におけるシート抵抗の値のバラツキを抑制でき、太陽電池製造の歩留りを向上させることができる。

前述したように、太陽電池の基板においてｐｎ接合を形成するために、基板の導電型と異なる導電型の不純物を拡散させて基板に拡散層を形成する方法において、生産性向上を狙って一度に処理する基板の枚数を増やすと、横型熱処理炉内での基板の位置によって基板のシート抵抗の値にバラツキが生じ、太陽電池製造の歩留りが低下するという問題があった。

このような問題を解決すべく、本発明者等は鋭意研究を重ねた結果、図６（ａ）のように横型ボートに基板を垂直に立てて、横型ボートを水平に炉内に配置した場合であっても、図６（ｂ）のように横型ボートに基板を斜めに立てて、横型ボートを水平に炉内に配置した場合であっても、横型ボートに立てる半導体基板の間隔を、例えば３ｍｍといったように、狭くした場合、半導体基板の間を流れるガスの流量が不十分となり、熱処理炉内で均熱下において熱処理時間を長くしても、その熱処理炉内での基板の位置によって、複数の基板のシート抵抗の値にバラツキが生じることが分かった。

そこで、本発明者等は、複数の基板のシート抵抗の値のバラツキを低減すべく、熱処理炉内のどこの位置であっても、ガスが半導体基板の間を均一且つ十分に流れるようにするためには、横型の熱処理炉内において、基板の配置される高さを複数の基板で変化させればよいことに想到し、本発明を完成させた。

以下、本発明の実施の形態について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
まず、本発明の基板の拡散層形成方法の実施形態について図１、図２を参照しながら、説明する。
図１は、本発明に係る基板の拡散層形成方法の一例を説明する図であり、図２は、図１の中央部を拡大した図である。

まず、基板１に拡散層を形成するため、予めｎ型の不純物（リン酸）を含む拡散ペーストの印刷された複数の半導体基板１を用意し、横型ボート２に立てる。
この用意する複数の半導体基板１は、例えば、チョクラルスキー（ＣＺ）法およびフロートゾーン（ＦＺ）法で作製されたインゴットからスライスされたガリウムドープｐ型単結晶シリコン基板を使用することができる。もしくは、キャスト法により作製した多結晶シリコンインゴットからスライスされた多結晶シリコン基板であっても構わない。
同時に処理する半導体基板１の大きさ、形は、全て同形になるように作製されたものとし、例えば、複数の基板が全て１５ｃｍ×１５ｃｍの正方形に作製されたものであってもよく、本発明においてはこれに限定されず、全て円形の基板やそれ以外の形状の基板であっても、同様の効果が得られる。

横型ボート２は、半導体基板１を立てるための凹型形状の溝がその底部に形成されているものを使用する。この溝の形状は、特に限定されず、Ｖ字形状や、台形の凹部形状の溝であってもよい。
そして、半導体基板１を横型ボート２に立てる際は、横型ボートの長手方向に対して図２のように垂直に立てたり、もしくは、斜め（不図示）に立ててもよい。これは、溝の形状によって適宜変化させることができる。

また、横型ボートに基板を単独で立てると、基板の意図しない面にまで不純物が回りこんで、オートドープされてしまう。そのため、拡散層を形成する面とは反対側の面を覆う必要がある。これは、該基板面に拡散防止膜を予め形成しておいたり、拡散防止板を拡散層を形成しない基板の面側にあてがって横型ボート２に立ててもよい。しかし、一度に拡散層を形成する基板の枚数を増やすためには、複数の基板１を横型ボート２に立てる際、図１のように、半導体基板を２枚で１組とし、該１組を半導体基板１の拡散層を形成する面とは反対側の面同士を向い合わせて横型ボートに立てることが好ましい。

このように、基板の拡散層を形成しない面同士を接触させて横型ボート２に立てることにより、２枚の基板がそれぞれの基板に対して拡散防止板（もしくは拡散防止膜）の役割を担うため、予め形成した拡散防止膜を除去する必要もなければ、拡散防止板を使用する必要がなく、拡散防止板を使用したときよりも多くの基板を一度に処理することができる。

さらに、一度に拡散層を形成する基板の枚数を増やすためには、複数枚の基板１を横型ボート２に立てる際、基板間の間隔を３ｍｍ以下とすることが好ましい。
本発明では、基板間の間隔を３ｍｍ以下と狭くした場合であっても、複数の基板と横型ボートの保持下端面との接触位置の高さが順次熱処理炉の長手方向に傾斜変化するように横型ボートを配置するので、複数の基板でシート抵抗のバラツキが低減された拡散層を有する半導体基板を得ることができ、且つ、一度に拡散層を形成する基板の枚数をさらに増やすことができる。従って、太陽電池の生産性向上につながる。

次に、少なくとも１個の横型ボートを横型の熱処理炉内に配置する。
このとき、図２のように複数の半導体基板１と横型ボート２の保持下端面との接触位置の高さＨが、順次熱処理炉の長手方向（矢印）に対して傾斜変化するように横型ボート２を配置する。この傾斜は、図１に示すように熱処理炉の炉尾側５が高くなるようにしてもよし、図５に示すように熱処理炉の炉口側４が高くなるようにしてもよい。

このように、熱処理炉３内で、複数の半導体基板１の高さ位置を結んだ線が水平に設置された横型の熱処理炉の長手方向に対して傾斜するように横型ボート２を配置することによって、熱処理炉内での基板の高さ位置を変えることができる。このように、同じ大きさの複数の基板の高さ位置が、熱処理炉内において、順次高くなる又は低くなると、熱処理炉に供給されたガスが、それぞれの基板によってかき乱される。そのため、横型ボートに立てる基板の枚数を増やして横型ボートに立てた基板間の間隔が狭くなっても、半導体基板の間を流れるガスの流れがスムーズとなり、熱処理炉内での基板の位置によるシート抵抗の値のバラツキを低減することができ、太陽電池製造の歩留りを向上させることができる。

尚、本発明において、「横型ボートに立てた基板間の間隔」とは、基板に拡散防止膜が形成されている場合は、基板の拡散防止膜の表面とその隣に間をあけて立てた基板の拡散層を形成する表面との間隔を意味する。複数の基板のそれぞれに拡散防止板をあてがった場合には、拡散防止板の基板と接触する面とは反対側の面とその隣に間をあけて立てた基板の拡散層を形成する表面との間隔を意味する。さらに、基板を２枚で１組として拡散層を形成しない面同士を接触させて横型ボートに立てる場合は、隣り合う基板の組同士の間隔を意味する。

上記のように、複数の半導体基板１と横型ボート２の保持下端面との接触位置の高さＨが、順次熱処理炉の長手方向（矢印）に対して傾斜変化するように横型ボート２を配置するには、例えば、以下の２つの方法が挙げられる。

１つ目の方法としては、上記図１のように、熱処理炉内に横型ボートを配置する際、通常使用されている横型ボート２を傾斜させて配置することにより、複数の基板と横型ボートの保持下端面との接触位置の高さが、順次熱処理炉の長手方向に傾斜変化するように横型ボートを配置することができる。
熱処理炉内で横型ボート２を傾斜させる手段としては、図１に示したように、横型ボートの下に足６を設ける。

このように、横型ボート自体を熱処理炉の長手方向に対して傾斜させて配置することにより、簡単に複数の基板と横型ボートの保持下端面との接触位置の高さが、順次熱処理炉の長手方向に傾斜変化するように熱処理炉内に横型ボートを配置することができる。

２つ目の方法としては、横型ボート自体が、複数の基板と横型ボートの保持下端面との接触位置の高さが、順次熱処理炉の長手方向に傾斜変化するように、基板を保持できるものとする方法が挙げられる。例えば、図４に示したように、底部がスロープ形状の横型ボート２に、複数の基板と横型ボートの保持下端面との接触位置の高さが、順次熱処理炉の長手方向に傾斜変化するような、溝７が形成されたものを使用することができる。

このように、横型ボートとして、複数の基板と横型ボートの保持下端面との接触位置の高さが、順次熱処理炉の長手方向に傾斜変化するように、横型ボートの底部に溝が形成されたものを使用することにより、基板を横型ボートに立てるときに基板の高さが予め調整されて立てられるため、熱処理炉内に横型ボートを簡単に配置することができる。

ここで、熱処理炉３内で、複数の基板１と横型ボート２の保持下端面との接触位置の高さが、順次熱処理炉３の長手方向に傾斜変化するように横型ボートを配置する際、その傾斜角度は、１度以上３０度以下とすることが好ましい。
例えば、図１のように、横型ボート２を傾斜させる場合も、図４のように横型ボートの底部に、複数の基板と横型ボートの保持下端面との接触位置の高さが、順次熱処理炉の長手方向に傾斜変化するように、溝７が形成されたものを使用する場合であっても、水平に設置された熱処理炉の長手方向に対する横型ボートの保持下端面の傾斜角度を１度以上３０度以下とすることにより、半導体基板の間のガスの流れがさらにスムーズとなり、基板のシート抵抗のバラツキをより低減することができる。

さらに、本発明では、熱処理炉内に横型ボートを配置する際、図３のように、配置する横型ボートを複数個とすることができる。例えば、本発明によれば、基板の間の間隔を狭くしても、拡散層を形成した基板のシート抵抗のバラツキ低減できるため、１個の横型ボートに立てる基板の枚数を増やすことができる。このとき、横型ボートにかかる基板の重量を考慮して長手方向の強度不足を解消ことを目的として横型ボートを短くした場合、図３のように、複数個の短い横型ボート２ａ、２ｂ、２ｃ…を熱処理炉３内に配置することができる。この複数個の短い横型ボートは、各々複数の基板と横型ボートの保持下端面との接触位置の高さが、順次熱処理炉の長手方向に傾斜変化するように長い横型ボート２０に配置するようにすることができる。

これにより、一度に拡散層を形成する基板の枚数をさらに増やすことができる上に、複数個の横型ボートを使っても、熱処理炉内での基板の位置によるシート抵抗の値のバラツキを低減することができる。

次に、熱処理炉内に不活性ガス（例えば、Ａｒ）を供給し、均熱下で基板のｐ型と異なるｎ型の不純物を熱拡散させて、基板に拡散層を形成する。これにより、基板にｐｎ接合が形成される。
尚、本実施形態では、ｎ型の不純物（リン酸）含む拡散ペーストを予め基板に塗布することにより、拡散層の形成を行うことを説明したが、これに限られず、熱処理炉内にガスを供給する際、ｎ型の不純物（例えばリン）を含むガスを供給することによって基板に拡散層を形成してもよい。

以上のように、本発明は、熱処理炉内に横型ボートを配置する際、複数の基板と横型ボートの保持下端面との接触位置の高さが、順次前記熱処理炉の長手方向に傾斜変化するように横型ボートを配置することで、太陽電池の生産性を向上するために同時に拡散層を形成する半導体基板の枚数を増やしても、ガスが基板間に十分行き渡るため、拡散層の形成された複数の半導体基板におけるシート抵抗の値のバラツキを抑制でき、太陽電池製造の歩留りを向上させることができる。

以下に本発明の実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
＜拡散層を形成するための太陽電池用基板の作製＞
まず、結晶面方位（１００）、１５ｃｍ角２５０μｍ厚、アズスライス比抵抗２Ω・ｃｍ（ドーパント濃度７．２×１０^１５ｃｍ^−３）ガリウムドープｐ型単結晶シリコン基板１を用意し、４０重量パーセント水酸化ナトリウム水溶液に浸し、ダメージ層をエッチングで取り除く。基板比抵抗は例えば０．１〜２０Ω・ｃｍが好ましく、特に０．５〜２．０Ω・ｃｍであることが高い性能の太陽電池を作る上で好適である。本実施例では基板のダメージ除去に対し、水酸化ナトリウム水溶液を用いたが、水酸化カリウム等強アルカリ水溶液を用いても構わない。また、フッ硝酸等の酸水溶液でも同様の目的を達成することが可能である。

太陽電池は通常、表面に凹凸形状を形成するのが好ましい。その理由は、可視光域の反射率を低減させるために、できる限り２回以上の反射を受光面で行わせる必要があるためである。本実施例では、ダメージエッチングを行った基板を３重量パーセント水酸化ナトリウムにイソプロピルアルコールを加えた水溶液に浸し、ウェットエッチングすることにより、基板の両面にランダムテクスチャを形成した。これら一つ一つの山のサイズは１〜２０μｍ程度である。他の代表的な表面凹凸構造としてはＶ溝、Ｕ溝が挙げられる。これらは、研削機を利用して、形成可能である。また、ランダムな凹凸構造を作るには酸エッチングやリアクティブ・イオン・エッチング等が代替法として用いることが可能である。

引き続き、基板を洗浄した後、リン酸を含有した拡散ペーストをスクリーン印刷機によって印刷した。このときの印刷パターンは２ｍｍピッチ、１５０μｍ幅ラインであった。印刷したものは７００℃で３０分間ベークし、その後、五酸化二リンおよび珪素アルコキシドを含有した塗布剤を同一面上に５０００ｒｐｍ、１５秒の条件でスピン塗布した。
このような方法で、拡散層を形成するための太陽電池用基板を３００枚作製した。

＜拡散層の形成＞
この３００枚の太陽電池用基板を図３に示すような短い横型ボート２ａ、２ｂ、２ｃに熱処理炉３の炉口側４に向かって傾斜させるようにして立てた。このとき、横型ボート２ａ、２ｂ、２ｃの底部には、間隔が２．５ｍｍで、且つ横型ボートの長手方向に対して３°の傾斜を持つような溝が１００個形成されているものを使用した。そして、斜めに立てた１００枚の基板を保持する３個の短い横型ボートを、炉尾側５が高く炉口側４が低くなるように熱処理炉の長手方向に対して５°傾けて配置する形で長いボート２０に乗せて熱処理炉に配置した。
次に８８０℃で４０分間、３００枚の基板１に熱処理を施して、熱処理炉３から取り出した。これにより、３００枚の基板に拡散層が形成された。

＜シート抵抗の測定＞
上記のように得られた拡散層が形成された３００枚の基板のシート抵抗を測定したところ、炉尾側６０枚のシート抵抗の平均値が６２Ω／□で、炉口側６０枚のシート抵抗の平均値が６８Ω／□であった。この結果を以下の表１にまとめた。さらに、図７に各基板のシート抵抗の値の分布を示した。この図７において、真ん中の直線は、シート抵抗値の回帰直線である。この図７のシート抵抗の分布は、熱処理炉の位置によってそれほどバラツキの多いものでないことがわかる。
尚、シート抵抗の値の測定は後述のガラスエッチング後に四探針法によって実施した。
また、スプレディングレジスタンス法で拡散プロファイルを確認したところストライプに拡散ペーストを印刷した部分では表面濃度として、２×１０^２０ｃｍ^−２を得た。

＜太陽電池の作製＞
次に、プラズマエッチャーを用い、接合分離を行った。このプロセスではプラズマやラジカルが基板の受光面や裏面に侵入しないよう、スタックし、その状態で、端面を数ミクロン削った。
引き続き、表面に形成されたリンガラスをフッ酸でエッチングした後、１３．５６ＭＨｚの周波数を持つダイレクトプラズマＣＶＤ装置を用い、表面保護膜である窒化膜を堆積した。この膜厚は、反射防止膜も兼ねさせるため７０ｎｍから１００ｎｍが適している。他の反射防止膜として酸化膜、二酸化チタン膜、酸化亜鉛膜、酸化スズ膜等があり、代替が可能である。また、形成法も上記以外にリモートプラズマＣＶＤ法、コーティング法、真空蒸着法等があるが、経済的な観点から、上記、窒化膜をプラズマＣＶＤ法によって形成するのが好適である。さらに、上記反射防止膜上にトータルの反射率が最も小さくなるような条件、例えば二フッ化マグネシウム膜といった屈折率が１から２の間の膜を形成すれば、反射率がさらに低減し、生成電流密度は高くなる。

次に、スクリーン印刷装置を用い、裏面にアルミニウムからなるペーストを塗布し、乾燥させた。さらに受光面側もスクリーン印刷装置を用い、櫛形電極パターン印刷版を用いて幅８０μｍのＡｇ電極を印刷し、乾燥させた。この際、アライメント機構を利用し、拡散ペーストをストライプ状に印刷した箇所に櫛形電極が乗るよう印刷した。アライメント方法としては、高濃度拡散層の色から直接、電極位置を決定する方法や予め基板にマーキングをしておき、それを目印にして拡散ペースト、電極を印刷する方法がある。

その後、所定の熱プロファイルにより焼成を行い、裏面電極および表面櫛形電極を形成した。これら電極形成は真空蒸着法、スパッタリング法等によることもでき、上記印刷法だけによらなくとも可能である。

＜太陽電池の諸特性の測定＞
このようにして得られた１５．６ｃｍ擬似角太陽電池を、２５℃の雰囲気の中、ソーラーシミュレータ（光強度：１ｋＷ／ｍ^２、スペクトル：ＡＭ１．５グローバル）の下で電流電圧特性を測定した結果、開放電圧が０．６２０Ｖで短絡電流密度が３４．８ｍＡ／ｃｍ^２であった。さらに、変換効率は１６．７％、フィルファクタは７７．５であった。この結果を以下の表２にまとめた。
尚、この表２における太陽電池の諸特性値は、３００枚／拡散バッチの平均値を示す。

（実施例２）
＜拡散層の形成＞
実施例１と同様の方法により、得られた拡散層を形成する前の３００枚の太陽電池用基板を用意した。次に、図５に示すような短い横型ボート２ａ、２ｂ、２ｃに熱処理炉３の炉尾側５に向かって傾斜させるように立てた。このとき、横型ボート２ａ、２ｂ、２ｃの底部には、間隔が２．５ｍｍで、且つ横型ボートの長手方向に対して３°の傾斜を持つような溝が１００個形成されているものを使用した。そして、斜めに立てた１００枚の基板を保持する３個の短い横型ボートを、炉口側４が高く炉尾側５が低くなるように熱処理炉の長手方向に対して５°傾けて配置する形で長いボート２０に乗せて熱処理炉に配置した。
次に８８０℃で４０分間、３００枚の基板１に熱処理を施して、熱処理炉３から取り出した。これにより、３００枚の基板に拡散層が形成された。

＜シート抵抗の測定＞
上記のように得られた拡散層が形成された３００枚の基板のシート抵抗を測定したところ、炉尾側６０枚のシート抵抗の平均値が６４Ω／□で、炉口側６０枚のシート抵抗の平均値が７０Ω／□であった。この結果を以下の表１にまとめた。さらに、図８に各基板のシート抵抗の値の分布を示した。この図８において、真ん中の直線は、シート抵抗値の回帰直線である。この図８のシート抵抗の分布は、熱処理炉の位置によってそれほどバラツキの多いものでないことがわかる。

＜太陽電池の諸特性の測定＞
また、実施例１と同様の方法で、電極が形成された１５．６ｃｍ擬似角太陽電池を、２５℃の雰囲気の中、ソーラーシミュレータ（光強度：１ｋＷ／ｍ^２、スペクトル：ＡＭ１．５グローバル）の下で電流電圧特性を測定した結果、開放電圧が０．６１９Ｖで短絡電流密度が３５．０ｍＡ／ｃｍ^２であった。さらに、変換効率は１６．７％、フィルファクタは７７．０であった。この結果を以下の表２にまとめた。

（比較例）
＜拡散層の形成＞
実施例１と同様の方法により、得られた拡散層を形成する前の３００枚の太陽電池用基板を用意した。次に、短い横型ボートに熱処理炉の炉尾側に向かって傾斜させるように立てた。このとき、横型ボートの底部には、間隔が２．５ｍｍで、且つ横型ボートの長手方向に対して３°の傾斜を持つような溝が１００個形成されているものを使用した。そして、斜めに立てた１００枚の基板を保持する３個の短い横型ボートを、傾斜させずに水平に長いボートに乗せて熱処理炉に配置した。
次に８８０℃で４０分間、３００枚の基板に熱処理を施して、熱処理炉から取り出した。これにより、３００枚の基板に拡散層が形成された。

＜シート抵抗の測定＞
上記のように得られた拡散層が形成された３００枚の基板のシート抵抗を測定したところ、炉尾側６０枚のシート抵抗の平均値が６６Ω／□で、炉口側６０枚のシート抵抗の平均値が９３Ω／□であった。この結果を以下の表１にまとめた。さらに、図９に各基板のシート抵抗の値の分布を示した。この図９において、真ん中の直線は、シート抵抗値の回帰直線である。図９のシート抵抗値の回帰直線を見ると、炉尾側から炉口側に向かって大きく約４０Ω／□ほどの差で傾いており、基板の熱処理炉内での位置によって、シート抵抗に大きなバラツキが発生したことがわかる。

＜太陽電池の諸特性の測定＞
また、実施例１と同様の方法で、電極が形成された１５．６ｃｍ擬似角太陽電池を、２５℃の雰囲気の中、ソーラーシミュレータ（光強度：１ｋＷ／ｍ^２、スペクトル：ＡＭ１．５グローバル）の下で電流電圧特性を測定した結果、開放電圧が０．６１７Ｖで短絡電流密度が３５．６ｍＡ／ｃｍ^２であった。さらに、変換効率は１６．２％、フィルファクタは７３．８であった。この結果を以下の表２にまとめた。

実施例１、２、および比較例の結果より、本発明のように、基板の拡散層形成において、隣接する基板の組の間隔を３ｍｍ以下として横型ボートに立てた場合、熱処理炉内に横型ボートを配置する際に複数の基板と横型ボートの保持下端面との接触位置の高さが、順次熱処理炉の長手方向に傾斜変化するように横型ボートを配置することで、シート抵抗の炉内でのバラツキが低減する。また、このように拡散層を形成した基板に対して太陽電池を作製することで高出力の太陽電池を得られ、太陽電池製造の生産性、歩留りが向上する。

尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、如何なるものであっても本発明の技術範囲に包含される。

本発明に係る基板の拡散層形成方法の一例を説明するための図である。 図１の中央部を拡大した図である。 炉尾側を高くした横型ボートを複数個使用した場合の一例を示す図である。 底部がスロープ形状である横型ボートの一例を示す図である。 炉口側を高くした横型ボートを複数個使用した場合の一例を示す図である。 従来の熱拡散方法における半導体基板の配置を示す図であり、（ａ）は横型ボートの長手方向に対して基板を垂直に立てた場合、（ｂ）は横型ボートの長手方向に対して基板を斜めに立てた場合である。 実施例１において、基板の熱処理炉内での位置に対するシート抵抗の分布を示す図である。（ウェーハ中心１点測定） 実施例２において、基板の熱処理炉内での位置に対するシート抵抗の分布を示す図である。（ウェーハ中心１点測定） 比較例において、基板の熱処理炉内での位置に対するシート抵抗の分布を示す図である。（ウェーハ中心１点測定）

符号の説明

１、６１…半導体基板、 ２、６２…横型ボート、
２ａ、２ｂ、２ｃ…（短い）横型ボート、 ３、６３…熱処理炉、
４、６４…炉口側、 ５、６５…炉尾側、 ６…足、 ７…溝、
２０…長いボート、 Ｈ…基板と横型ボートの保持下端面との接触位置の高さ。

Claims (7)

1. 少なくとも、複数の半導体基板を横型ボートに立て、少なくとも１個の前記横型ボートを横型の熱処理炉内に配置し、該熱処理炉内で前記基板の導電型と異なる導電型の不純物を熱拡散させて前記基板に拡散層を形成し、前記基板にｐｎ接合を形成する基板の拡散層形成方法において、
   前記熱処理炉内に横型ボートを配置する際、前記複数の基板と前記横型ボートの保持下端面との接触位置の高さが、順次前記熱処理炉の長手方向に傾斜変化するように前記横型ボートを配置することを特徴とする基板の拡散層形成方法。
2. 前記熱処理炉内に横型ボートを配置する際、前記横型ボートを傾斜させることにより、前記複数の基板と前記横型ボートの保持下端面との接触位置の高さが、順次前記熱処理炉の長手方向に傾斜変化するように前記横型ボートを配置することを特徴とする請求項１に記載の基板の拡散層形成方法。
3. 前記横型ボートとして、前記複数の基板と前記横型ボートの保持下端面との接触位置の高さが、順次前記熱処理炉の長手方向に傾斜変化するように、前記横型ボートの底部に溝が形成されたものを使用することを特徴とする請求項１に記載の基板の拡散層形成方法。
4. 前記熱処理炉内に横型ボートを配置する際、前記横型ボートを複数個配置することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の基板の拡散層形成方法。
5. 前記複数枚の基板を横型ボートに立てる際、前記基板間の間隔を３ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の基板の拡散層形成方法。
6. 前記複数枚の基板を横型ボートに立てる際、前記基板を２枚で１組とし、該１組を前記基板の拡散層を形成する面とは反対側の面同士を向い合わせて前記横型ボートに立てることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の基板の拡散層形成方法。
7. 前記熱処理炉の長手方向に対する前記複数の基板と前記横型ボートの保持下端面との接触位置の高さの傾斜角度を、１度以上３０度以下とすることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の基板の拡散層形成方法。
   

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