JP2011233656A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工数を低減して、効率的に製造することが可能な半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン基板の一表面に第１拡散層と第２拡散層とを有する半導体装置の製造方法であって、シリコン基板の一表面に第１拡散層を形成する工程と、シリコン基板に熱酸化法により酸化シリコン膜を形成する工程と、シリコン基板の一表面の第１拡散層が形成されている領域と第１拡散層が形成されていない領域との酸化シリコン膜厚差によるマスク効果を利用して、第２拡散層を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

太陽光エネルギを直接電気エネルギに変換する太陽電池は、近年、特に地球環境問題の観点から、次世代のエネルギ源としての期待が急激に高まっている。太陽電池としては、化合物半導体または有機材料を用いたものなど様々な種類があるが、現在、主流となっているのは、シリコン結晶を用いたものである。

現在、最も多く製造および販売されている太陽電池は、太陽光が入射する側の面（受光面）と、受光面の反対側である面（裏面）とに電極が形成された構造のものである。

受光面に電極を形成した場合、電極における光の反射、吸収があることから、形成された電極の面積分だけ入射する太陽光が減少するので、裏面にのみ電極を形成した裏面電極型太陽電池が開発されている。

特許文献１に裏面にのみ電極を形成した従来の太陽電池、および従来の太陽電池の製造方法が開示されている。図８、図９は、特許文献１に開示されている従来の太陽電池を表す図である。

図８は、太陽電池１０１の受光面とは反対側の面である裏面側から見た図であり、太陽電池１０１の裏面には、ｎ電極１０２およびｐ電極１０３がそれぞれ帯状に交互に形成されている。

図９は、図８で示したｂ−ｂ′の断面を表す図である。ｎ型シリコン基板１０４の受光面側にはテクスチャ構造１０５が形成されている。テクスチャ構造１０５の受光面側には窒化シリコン膜からなる反射防止膜１０７が形成されている。

また、ｎ型シリコン基板１０４の裏面には、パッシベーション膜として酸化シリコン膜１０８が形成されている。ｎ型シリコン基板１０４の裏面側にはｎ^＋層１０９とｐ^＋層１１０とが間隔（１０μｍ〜２００μｍ）をあけ交互に形成されており、ｎ^＋層１０９にはｎ電極１０２が形成され、ｐ^＋層１１０にはｐ電極１０３が形成されている。

以下に、特許文献１に開示されている従来の太陽電池の製造方法を示す。

図１０は、図８、および図９に示す従来の太陽電池の製造方法の一例である。図１０に示すように模式的断面図を参照して説明する。

まず、図１０（ａ）に示すように、ｎ型シリコン基板１０４の裏面となる面（ｎ型シリコン基板の裏面）に酸化シリコン膜等のテクスチャマスク１２１を形成する。その後、図１０（ｂ）に示すように、ｎ型シリコン基板１０４の受光面となる面（ｎ型シリコン基板の受光面）にテクスチャ構造１０５を形成する。

次に、図１０（ｃ）を用いて次工程を説明する。図１０（ｃ）は、ｎ型シリコン基板１０４の裏面側が上となっている。図１０（ｃ）に示すように、ｎ型シリコン基板１０４の裏面に形成したテクスチャマスク１２１を除去後、ｎ型シリコン基板１０４の受光面および裏面に酸化シリコン膜等の第１拡散マスク１２２を形成する。その後、ｎ型シリコン基板１０４の裏面側のｐ^＋層１１０を形成しようとする箇所に対応する第１拡散マスク１２２上に、第１エッチングペースト１２３をスクリーン印刷等で塗布する。この第１エッチングペースト１２３は、第１拡散マスク１２２をエッチングする成分、水、有機溶媒、増粘剤等を含む。

次に、図１０（ｄ）に示すように、加熱処理することにより、ｎ型シリコン基板１０４の裏面の第１拡散マスク１２２のうち第１エッチングペースト１２３が塗布された部分をエッチングして除去する。次に、パターニング処理を行った第１エッチングペースト１２３を除去する。その後、ＢＢｒ₃を用いた気相拡散によってｎ型シリコン基板１０４の露出した裏面にｐ型不純物であるボロンが拡散してｐ^＋層１１０が形成される。

次に、図１０（ｅ）に示すように、ｎ型シリコン基板１０４の第１拡散マスク１２２、および第１拡散マスク１２２にボロンが拡散して形成されたガラス層をフッ化水素酸処理により除去した後、ｎ型シリコン基板１０４の受光面および裏面に酸化シリコン膜等の第２拡散マスク１２４を形成する。その後、ｎ型シリコン基板１０４の裏面側のｎ^＋層１０９を形成しようとする箇所に対応する第２拡散マスク１２４上に、第２エッチングペースト１２５をスクリーン印刷等で塗布する。この第２エッチングペースト１２５は、第２拡散マスク１２４をエッチングする成分、水、有機溶媒、増粘剤等を含む。

次に、図１０（ｆ）に示すように、加熱処理することにより、ｎ型シリコン基板１０４の裏面の第２拡散マスク１２４のうち第２エッチングペースト１２５が塗布された部分をエッチングして除去する。次に、パターニング処理を行った第２エッチングペースト１２５を除去する。その後、ＰＯＣｌ_３を用いた気相拡散によってｎ型シリコン基板１０４の露出した裏面にｎ型不純物であるリンが拡散してｎ^＋層１０９が形成される。

次に、図１０（ｇ）を用いて次工程を説明する。図１０（ｇ）は、ｎ型シリコン基板１０４の受光面側が上となっている。図１０（ｇ）に示すように、ｎ型シリコン基板１０４の第２拡散マスク１２４、および第２拡散マスク１２４にリンが拡散して形成されたガラス層をフッ化水素酸処理により除去した後、ｎ型シリコン基板１０４の裏面にパッシベーション膜として酸素等による熱酸化で酸化シリコン膜１０８を形成する。

次に、図１０（ｈ）に示すように、テクスチャ構造１０５の受光面側に窒化シリコン膜からなる反射防止膜１０７を形成する。その後、エッチングペースト等を用いて、酸化シリコン膜１０８に電極を形成するためのパターニングを行う。

次に、図１０（ｉ）に示すように、ｎ型シリコン基板１０４の裏面に銀ペーストをスクリーン印刷法等により塗布し、乾燥する。その後、焼成することにより、ｎ^＋層１０９にはｎ電極１０２が形成され、ｐ^＋層１１０にはｐ電極１０３が形成され、太陽電池１０１を作製した。

特開２００７−８８２５４号公報

特許文献１に記載の太陽電池等の半導体装置の製造方法のように、一表面に複数の拡散層を形成する場合、パターニング工程を複数繰り返す必要がある。このため、工程数が多く、半導体装置を効率的に製造することができなかった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、工程数を低減して、効率的に製造することが可能な半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明は、シリコン基板の一表面に第１拡散層と第２拡散層とを有する半導体装置の製造方法であって、シリコン基板の一表面に第１拡散層を形成する工程と、シリコン基板に熱酸化法により酸化シリコン膜を形成する工程と、シリコン基板の一表面の第１拡散層が形成されている領域と第１拡散層が形成されていない領域との酸化シリコン膜厚差によるマスク効果を利用して、第２拡散層を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法である。

ここで、本発明の半導体装置の製造方法において、第１拡散層は、ｎ型拡散層であることが好ましい。

また、本発明の半導体装置の製造方法において、第１拡散層が形成されている領域と第１拡散層が形成されていない領域との酸化シリコン膜厚差が、６０ｎｍ以上であることが好ましい。

また、本発明の半導体装置の製造方法において、第１拡散層を形成する工程で形成された第１拡散層の表面濃度が、５×１０^１９／ｃｍ^３以上であることが好ましい。

また、本発明の半導体装置の製造方法において、半導体装置は太陽電池であることが好ましい。

本発明によれば、シリコン基板の一表面に第１拡散層を形成した後に、熱酸化を行うことで第１拡散層上の酸化シリコン膜を厚くし、第１拡散層が形成されていない領域との膜厚差を用いて、第２拡散層形成のためのパターニングを行うことができるから、別途、第２拡散層形成のためのパターニング工程を行う必要はないので、工程数を低減して、効率的に製造することが可能な半導体装置の製造方法を提供することができる。

本発明の半導体装置の拡散層を形成する製造方法の一例の模式的な図である。 本発明の半導体装置の拡散層を形成する製造方法の他の一例の模式的な図である。 本発明の半導体装置の一例の模式的な裏面図である。 本発明の半導体装置の一例の模式的な断面構成図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一例を示す模式的な図である。 本発明の半導体装置の他の一例の模式的な断面構成図である。 本発明の半導体装置の製造方法の他の一例を示す模式的な図である。 従来技術の太陽電池の一例の模式的な裏面図である。 従来技術の太陽電池の一例の模式的な断面構成図である。 従来技術の太陽電池の製造方法の一例を示す模式的な図である。

図１は、本発明の半導体装置の拡散層を形成する製造方法の一例である。図１に示すように模式的断面図を参照して説明する。

図１（ａ）に示すように、シリコン基板５１の一表面において、第１拡散層５２を形成しようとする箇所以外に、例えば、溶剤、増粘剤および酸化シリコン前駆体を含むマスキングペーストをインクジェット、またはスクリーン印刷等で塗布し、熱処理により拡散マスク７１を形成する。また、拡散層が形成される面と反対側の面に酸化シリコン膜等の拡散マスク７２を形成する。

次に、図１（ｂ）に示すように、気相拡散等によって、シリコン基板５１の露出した箇所に第１拡散層５２が形成される。

次に、図１（ｃ）に示すように、拡散マスク７１、７２をフッ化水素酸処理により除去した後、酸素または水蒸気による熱酸化を行い酸化シリコン膜７３が形成される。この際、図１（ｃ）に示すように、シリコン基板５１の第１拡散層５２上の酸化シリコン膜７３が厚くなる。

例えば、第１拡散層５２がｎ型拡散層であり９００℃で水蒸気による熱酸化を行った場合、ｎ型拡散層上以外の酸化シリコン膜の膜厚が７０ｎｍ〜９０ｎｍ、ｎ型拡散層上の酸化シリコン膜の膜厚は２５０ｎｍ〜３５０ｎｍになった。ここで、熱酸化前のｎ型拡散層のｎ型不純物の表面濃度は５×１０^１９／ｃｍ^３以上であった。

次に、図１（ｄ）に示すように、エッチングにより、シリコン基板５１の第１拡散層５２上以外の酸化シリコン膜を除去する。その後、拡散層が形成される面と反対側の面に酸化シリコン膜等の拡散マスク７４を形成する。

次に、図１（ｅ）に示すように、気相拡散等によって、シリコン基板５１の露出した箇所に第２拡散層５３が形成される。この際、第１拡散層５２上の酸化シリコン膜７３は拡散マスクとして機能する。

ここで、第２拡散層５３は、例えば、第１拡散層５２と同じ導電型で第１拡散層５２よりも濃度の低い拡散層や、第１拡散層５２と異なった導電型の拡散層である。

次に、図１（ｆ）に示すように、酸化シリコン膜７３、拡散マスク７４を除去する。この後、電極、パッシベーション膜等を形成することにより、半導体装置が形成される。

以上のことから、第１拡散層５２形成後の熱酸化シリコン膜７３の、第１拡散層５２が形成されている領域と第１拡散層５２が形成されていない領域との熱酸化シリコン膜の膜厚差を利用して、第２拡散層５３を形成するためのパターニングができるので、第２拡散層５３を形成するためのパターニング工程が必要ないことから、工程削減が可能となり、さらに、多くの設備を必要としないので、生産性も向上する。

また、この製造方法を用いれば、第１拡散層５２と第２拡散層５３の位置ずれを抑え、それぞれを形成することができる。

図２は、本発明の半導体装置の拡散層を形成する製造方法の他の一例である。図２に示すように模式的断面図を参照して説明する。

図２は、第２拡散層の形成時、第２拡散層が形成される領域にも酸化シリコン膜がある場合であり、酸化シリコン膜越しに拡散層が形成される例である。この第２拡散層が形成される領域の酸化シリコン膜は、第２拡散層の濃度調整に用いられる。

図２（ａ）から図２（ｃ）までの製造方法は、図１（ａ）から図１（ｃ）までの製造方法と同様である。よって、図２（ｄ）から説明する。

図２（ｄ）に示すように、第２拡散層５３を形成する領域にも酸化シリコン膜７３を残すようにエッチングする。この場合、第２拡散層５３を形成する領域の酸化シリコン膜７３は第２拡散層５３を形成する際の濃度調整に用いる。その後、拡散層が形成される面と反対側に酸化シリコン膜等の拡散マスク７４を形成する。

次に、図２（ｅ）に示すように、気相拡散等によって、第１拡散層５２以外の箇所に、第２拡散層５３が形成される。この際、第１拡散層５２上の酸化シリコン膜７３は拡散マスクとして機能する。

ここで、第２拡散層５３は、先述したように、例えば、第１拡散層５２と同じ導電型で第１拡散層５２よりも濃度の低い拡散層や、第１拡散層５２と異なった導電型の拡散層である。

次に、図２（ｆ）に示すように、酸化シリコン膜７３、拡散マスク７４を除去する。この後、電極、パッシベーション膜等を形成することにより、半導体装置が形成される。

図２の場合も図１の場合と同様に、第２拡散層５３を形成するためのパターニング工程が必要ないことから、工程削減が可能となり、さらに、多くの設備を必要としないので、生産性も向上する。

また、この製造方法を用いても、第１拡散層５２と第２拡散層５３の位置ずれを抑え、それぞれを形成することができる。

上記に示した製造方法は、下記の実施例１、２に示すような半導体装置（太陽電池等）の製造方法に用いることができる。

図３、図４は、受光面とは反対側の面である裏面にのみ電極を形成した本発明の半導体装置である太陽電池を表す図である。図３は、太陽電池１の受光面とは反対側の面である裏面側から見た図であり、太陽電池１の裏面には、ｎ型用電極２およびｐ型用電極３がそれぞれ帯状に交互に形成されている。

図４は、図３で示したａ−ａ′の断面を表す図である。ｎ型シリコン基板４の受光面側には凹凸形状５（テクスチャ構造）が形成されている。この凹凸はμｍオーダーである。凹凸形状５の受光面側には受光面パッシベーション膜６が形成されている。さらに、受光面パッシベーション膜６の受光面側には反射防止膜７が形成されている。ここで、受光面パッシベーション膜６は窒化シリコン膜で、その膜厚は１０ｎｍ以下であり、また、反射防止膜７も窒化シリコン膜で、その膜厚は５０ｎｍ〜１００ｎｍである。反射防止膜７の窒化シリコン膜は、受光面パッシベーション膜６の窒化シリコン膜よりも窒素含有率が高い。また、受光面パッシベーション膜６の窒化シリコン膜は、反射防止膜７の窒化シリコン膜よりも屈折率が高い。なお、受光面パッシベーション膜６は酸化シリコン膜であってもよい。

また、ｎ型シリコン基板４の裏面には、裏面パッシベーション膜８が形成されている。ｎ型シリコン基板４の裏面側にはｎ^＋層（ｎ型拡散層）９とｐ^＋層（ｐ型拡散層）１０とが交互に隣接して形成されており、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ^＋層９領域の表面は、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ^＋層９領域以外の表面よりも凹状になっている。ここで、図４に示す凹状の深さＡは数十ｎｍのオーダーである。さらに、ｎ^＋層９にはｎ型用電極２が形成され、ｐ^＋層１０にはｐ型用電極３が形成されている。また、ｎ^＋層９上の裏面パッシベーション膜８とｐ^＋層１０上の裏面パッシベーション膜８とに膜厚差があり、ｎ^＋層９上の裏面パッシベーション膜８の方が厚くなっている。

より高い短絡電流を得るために、シリコン基板の導電型であるｎ型と異なる導電型であるｐ^＋層１０の合計面積のほうがｎ^＋層９の合計面積よりも大きい。この場合、隣接するｎ^＋層９は長さ方向に対し垂直方向に分離されていてもよい。その際、ｎ^＋層９間はｐ^＋層１０が形成されている。また、ｐ^＋層１０が長さ方向に対し垂直方向に分離されている場合は、ｐ^＋層１０間にｎ^＋層９が形成されている。

以下に、本発明の半導体装置の製造方法の一例を示す。

図５は、図３、および図４に示す本発明の半導体装置である太陽電池の製造方法の一例である。図５に示すように模式的断面図を参照して説明する。

まず、図５（ａ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の受光面となる面（ｎ型シリコン基板の受光面）の反対側の面である裏面（ｎ型シリコン基板の裏面）に、窒化シリコン膜等のテクスチャマスク２１をＣＶＤ法、またはスパッタ法等で形成する。その後、図５（ｂ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の受光面に凹凸形状５からなるテクスチャ構造をエッチングにより形成する。エッチングは、たとえば、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液にイソプロピルアルコールを添加し、７０℃以上８０℃以下に加熱した溶液により行われる。

次に、図５（ｃ）を用いて次工程を説明する。図５（ｃ）は、ｎ型シリコン基板４の裏面側が上となっている。図５（ｃ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面に形成したテクスチャマスク２１を除去後、ｎ型シリコン基板４の受光面に酸化シリコン膜等の拡散マスク２２を形成する。その後、ｎ型シリコン基板４の裏面において、ｎ^＋層９を形成しようとする箇所以外に、例えば、溶剤、増粘剤および酸化シリコン前駆体を含むマスキングペーストをインクジェット、またはスクリーン印刷等で塗布し、熱処理により拡散マスク２３を形成し、ＰＯＣｌ_３を用いた気相拡散によって、ｎ型シリコン基板４の裏面の露出した箇所に、ｎ型不純物であるリンが拡散してｎ^＋層９が形成される。

次に、図５（ｄ）に示すように、ｎ型シリコン基板４に形成した拡散マスク２２ならびに拡散マスク２３、および拡散マスク２２、２３にリンが拡散して形成されたガラス層をフッ化水素酸処理により除去した後、酸素または水蒸気による熱酸化を行い、酸化シリコン膜２４が形成される。この際、図５（ｄ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ^＋層９上の酸化シリコン膜２４が厚くなる。９００℃で水蒸気による熱酸化を行い、ｎ^＋層９上以外の酸化シリコン膜２４の膜厚が７０ｎｍ〜９０ｎｍ、ｎ^＋層９上の酸化シリコン膜２４の膜厚は２５０ｎｍ〜３５０ｎｍになった。ここで、熱酸化前のｎ^＋層９のリンの表面濃度は、５×１０^１９／ｃｍ^３以上であり、熱酸化の処理温度の範囲としては、酸素による熱酸化で８００℃〜１０００℃、水蒸気による熱酸化で８００℃〜９５０℃である。

ここで、ｐ^＋層形成時のｎ^＋層の拡散マスクとしては、６０ｎｍ以上必要であることから、酸化シリコン膜２４を使用するには、ｎ^＋層９上とｎ^＋層９上以外との酸化シリコン膜２４の膜厚差は、６０ｎｍ以上必要となる。

また、熱酸化時に、シリコン基板に拡散される不純物の種類と濃度により、熱酸化による酸化シリコン膜の成長速度が異なる。とくにｎ型不純物濃度が高い場合は、成長速度が速くなる。このため、ｎ型シリコン基板４よりもｎ型不純物濃度が高いｎ^＋層９上の酸化シリコン膜２４の膜厚の方がｎ型シリコン基板４上よりも厚くなる。酸化シリコン膜２４は、熱酸化時にシリコンと酸素とが結びつくことで形成されるので、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ^＋層９領域の表面は、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ^＋層９領域以外であるｐ^＋層１０領域の表面よりも凹状になる。

次に、図５（ｅ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の受光面の酸化シリコン膜２４および裏面のｎ^＋層９上以外の酸化シリコン膜２４をエッチングにより除去する。裏面では、上記に示したように、酸化シリコン膜２４がｎ^＋層９上に厚く形成されているので、ｎ^＋層９以外の酸化シリコン膜２４を除去するまでエッチングすると、ｎ^＋層９上だけ酸化シリコン膜２４が残る。ｎ^＋層９上以外の酸化シリコン膜２４の膜厚が８０ｎｍ、ｎ^＋層９上の酸化シリコン膜２４の膜厚が３００ｎｍの場合、酸化シリコン膜２４を１５０ｎｍ程度除去するまでエッチングを行う。そうすると、ｎ^＋層９上以外の酸化シリコン膜は除去されｎ^＋層９上の酸化シリコン膜は１５０ｎｍ程度の膜厚になる。先述したように６０ｎｍ以上あればｐ^＋層形成時の拡散マスクとして機能する。

さらに、ｎ型シリコン基板４の受光面に酸化シリコン膜等の拡散マスク２５を形成し、その後、ｎ型シリコン基板４の裏面に、有機性高分子にホウ素化合物を反応させたポリマーをアルコール系溶媒に溶解させた溶液を塗布し、乾燥後、熱処理によりｎ型シリコン基板４の裏面の露出した箇所にｐ型不純物であるボロンが拡散してｐ^＋層１０が形成される。

次に、図５（ｆ）を用いて次工程を説明する。図５（ｆ）は、ｎ型シリコン基板４の受光面側が上となっている。図５（ｆ）に示すように、ｎ型シリコン基板４に形成した酸化シリコン膜２４ならびに拡散マスク２５、および酸化シリコン膜２４、拡散マスク２５にボロンが拡散して形成されたガラス層をフッ化水素酸処理により除去する。さらに、ｎ型シリコン基板４の裏面に酸化シリコン膜による裏面パッシベーション膜８を形成するため、酸素または水蒸気による熱酸化を行う。ここで、ｎ^＋層９上に形成された裏面パッシベーション膜８とｐ^＋層１０上に形成された裏面パッシベーション膜８とには膜厚差があり、ｎ^＋層９上の裏面パッシベーション膜８の方が厚くなる。この膜厚差は、図４に示すように、太陽電池１形成後まであらわれる。その後、ｎ型シリコン基板４の受光面の酸化シリコン膜を除去する。

次に、図５（ｇ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の受光面に受光面パッシベーション膜６である窒化シリコン膜、および反射防止膜７である窒化シリコン膜をＣＶＤ法により形成する。この際、受光面パッシベーション膜６である窒化シリコン膜の方が反射防止膜７である窒化シリコン膜よりも窒素含有率が低く、屈折率が高い膜である。また、受光面パッシベーション膜６は酸化シリコン膜でもよく、図５（ｆ）で示した酸化シリコン膜をそのまま使用してもよい。その後、ｎ型シリコン基板４の裏面側に形成されたｎ^＋層９、ｐ^＋層１０に電極を形成するため、ｎ型シリコン基板の裏面に形成された裏面パッシベーション膜８にパターニングを行う。パターニングは、エッチングペーストをスクリーン印刷法などで塗布し加熱処理により行われる。その後、パターニング処理を行ったエッチングペーストは超音波洗浄し酸処理により除去する。ここで、エッチングペーストとしては、例えば、エッチング成分としてリン酸、フッ化水素、フッ化アンモニウムおよびフッ化水素アンモニウムからなる群から選択された少なくとも１種を含み、水、有機溶媒および増粘剤を含むものである。

次に、図５（ｈ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面の所定の位置に銀ペーストをスクリーン印刷法により塗布し、乾燥する。その後、焼成により、ｎ^＋層９にはｎ型用電極２が形成され、ｐ^＋層１０にはｐ型用電極３が形成され、太陽電池１を作製した。

以上のように、上記の太陽電池の製造方法において、ｎ^＋層９の形成後の熱酸化シリコン膜により、ｐ^＋層１０を形成するためのパターニングができるので、ｐ^＋層１０を形成するためのパターニング工程を必要としないことから、工程削減が可能であり、さらに、多くの設備を必要としないので、生産性も向上する。

また、この製造方法を用いれば、ｎ^＋層９とｐ^＋層１０の位置ずれを抑え、それぞれを形成することができる。

さらに、上記の本願の製造方法で太陽電池を形成すれば、ｎ^＋層９の形成後の熱酸化シリコン膜によりｐ^＋層１０を形成するためのパターニングを行うので、ｎ型シリコン基板４の裏面側はｎ^＋層９またはｐ^＋層１０になり、いずれかの拡散層が形成されることになる。

今回、ｎ型シリコン基板について記載したが、ｐ型シリコン基板を用いることも可能である。その際は、より高い短絡電流を得るために、シリコン基板の導電型であるｐ型と異なる導電型であるｎ^＋層の合計面積のほうがｐ^＋層の合計面積よりも大きい。この場合、隣接するｐ^＋層は長さ方向に対し垂直方向に分離されていてもよい。その際、ｐ^＋層間はｎ^＋層が形成されている。また、ｎ^＋層が長さ方向に対し垂直方向に分離されている場合は、ｎ^＋層間にｐ^＋層が形成されている。

また、本発明の太陽電池の概念には、半導体基板の一方の表面（裏面）のみにｐ型用電極およびｎ型用電極の双方が形成された構成の太陽電池だけでなく、ＭＷＴ（Metal Wrap Through）型（半導体基板に設けられた貫通孔に電極の一部を配置した構成の太陽電池）などの構成の太陽電池も含まれる。

図６は、本発明の半導体装置である太陽電池の他の一例である。図７は、図６の太陽電池の製造方法の一例である。

図６を用いて、太陽電池８１の構造を示す。ｐ型シリコン基板８２の受光面側には凹凸形状８３（テクスチャ構造）が形成されている。この凹凸はμｍオーダーである。凹凸形状８３の下にはｎ型拡散層である第１エミッタ層８４と第２エミッタ層８５が形成され、第１エミッタ層８４のｎ型ドーパント濃度は第２エミッタ層８５のｎ型ドーパント濃度よりも高い。ｐ型シリコン基板８２の受光面の第１エミッタ層８４領域の表面は、ｐ型シリコン基板８２の受光面の第１エミッタ層８４領域以外である第２エミッタ層８５領域の表面よりも凹状になっている。図６に示す凹状の深さＢは数十ｎｍのオーダーである。また、凹凸形状８３の受光面側には受光面パッシベーション膜８６が形成されている。さらに、受光面パッシベーション膜８６の受光面側には受光面電極８７が形成されており、ｎ型ドーパント濃度が高い第１エミッタ層８４と接している。これは、接触抵抗を下げるためである。

また、ｐ型シリコン基板８２の受光面の反対側の面である裏面（ｐ型シリコン基板８２の裏面）には、裏面電極８８が形成されている。裏面電極８８はｐ型シリコン基板８２と接している。

以下に、図７に示すように模式的断面図を参照して本発明の半導体装置である太陽電池の製造方法の他の一例を説明する。

まず、図７（ａ）に示すように、ｐ型シリコン基板８２の受光面となる面（ｐ型シリコン基板８２の受光面）の反対側の面である裏面（ｐ型シリコン基板８２の裏面）に、窒化シリコン膜等のテクスチャマスク９１をＣＶＤ法、またはスパッタ法等で形成する。その後、図７（ｂ）に示すように、ｐ型シリコン基板８２の受光面に凹凸形状８３からなるテクスチャ構造をエッチングにより形成する。たとえば、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液にイソプロピルアルコールを添加し、７０℃以上８０℃以下に加熱した溶液により行われる。

次に、図７（ｃ）に示すように、ｐ型シリコン基板８２の裏面に形成したテクスチャマスク９１を除去後、ｐ型シリコン基板８２の裏面に酸化シリコン膜等の拡散マスク９３を形成する。その後、ｐ型シリコン基板８２の受光面において、第１エミッタ層８４を形成しようとする箇所以外に、例えば、溶剤、増粘剤および酸化シリコン前駆体を含むマスキングペーストをインクジェット、またはスクリーン印刷等で塗布し、熱処理により拡散マスク９２を形成し、ＰＯＣｌ_３等を用いた気相拡散によって、ｐ型シリコン基板８２の受光面の露出した箇所に、ｎ型不純物であるリンが拡散して第１エミッタ層８４が形成される。ここで、第１エミッタ層８４は、ｎ型不純物化合物を含む混合液を塗布し熱処理することで形成、または、ｎ型不純物を含むインクをインクジェット、グラビアオフセット印刷等で塗布し熱処理することで形成されてもよい。

次に、図７（ｄ）に示すように、ｐ型シリコン基板８２に形成した拡散マスク９２、拡散マスク９３をフッ化水素酸処理により除去した後、酸素または水蒸気による熱酸化を行い、酸化シリコン膜９４が形成される。この際、図７（ｄ）に示すように、ｐ型シリコン基板８２の受光面の第１エミッタ層８４上の酸化シリコン膜９４が厚くなる。９００℃で水蒸気による熱酸化を行い、第１エミッタ層８４上以外の酸化シリコン膜９４の膜厚が７０ｎｍ〜９０ｎｍ、第１エミッタ層８４上の酸化シリコン膜９４の膜厚は２５０ｎｍ〜３５０ｎｍになった。ここで、熱酸化前の第１エミッタ層８４のリンの表面濃度は、５×１０^１９／ｃｍ^３以上であり、熱酸化の処理温度の範囲としては、酸素による熱酸化で８００℃〜１０００℃、水蒸気による熱酸化で８００℃〜９５０℃である。

ここで、第２エミッタ層８５形成時の第１エミッタ層８４の拡散マスクとしては、６０ｎｍ以上必要であることから、酸化シリコン膜９４を使用するには、第１エミッタ層８４上と第１エミッタ層８４上以外との酸化シリコン膜９４の膜厚差は、６０ｎｍ以上必要となる。

また、熱酸化により第１エミッタ層８４上の酸化シリコン膜９４の膜厚は厚くなる。酸化シリコン膜９４は熱酸化時にシリコンと酸素とが結びつくことで形成されるので、ｐ型シリコン基板８２の受光面の第１エミッタ層８４領域の表面は、ｐ型シリコン基板８２の受光面の第１エミッタ層８４領域以外である第２エミッタ層８５領域の表面よりも凹状になる。

次に、図７（ｅ）に示すように、ｐ型シリコン基板８２の裏面の酸化シリコン膜９４および受光面の第１エミッタ層８４上以外の酸化シリコン膜９４をエッチングにより除去する。受光面では、上記に示したように、酸化シリコン膜９４が第１エミッタ層８４上に厚く形成されているので、エッチング条件として、フッ化水素酸の濃度とエッチング時間を調整することにより、第１エミッタ層８４上だけ酸化シリコン膜９４を残すことができる。先述したように第１エミッタ層８４上に酸化シリコン膜９４の膜厚が６０ｎｍ以上あれば、第２エミッタ層８５形成時の拡散マスクとして機能する。

さらに、ｐ型シリコン基板８２の裏面に酸化シリコン膜等の拡散マスク９５を形成し、その後、ＰＯＣｌ_３等を用いた気相拡散によって、ｐ型シリコン基板８２の受光面の露出した箇所に、ｎ型不純物であるリンが拡散して第２エミッタ層８５が形成される。ここで、第２エミッタ層８５は、第１エミッタ層８４のｎ型ドーパント濃度であるリン濃度よりも低くなるように、気相拡散条件を設定して形成する。第２エミッタ層８５は、第１エミッタ層８４形成時と同様、ｎ型不純物化合物を含む混合液を塗布し熱処理することで形成、または、ｎ型不純物を含むインクをインクジェット、グラビアオフセット印刷等で塗布し熱処理することで形成されてもよい。

次に、図７（ｆ）に示すように、ｐ型シリコン基板８２に形成した酸化シリコン膜９４ならびに拡散マスク９５をフッ化水素酸処理により除去する。その後、ｐ型シリコン基板８２の受光面に受光面パッシベーション膜８６である窒化シリコン膜をＣＶＤ法により形成する。受光面パッシベーション膜８６は酸化シリコン膜でもよい。

次に、図７（ｇ）に示すように、第１エミッタ層８４上の受光面パッシベーション膜８６をパターニングし、銀ペーストをスクリーン印刷等で塗布し乾燥する。また、ｐ型シリコン基板８２の裏面にアルミニウムペーストをスクリーン印刷等で塗布し乾燥する。その後、焼成することにより、受光面電極８７、裏面電極８８が形成され、太陽電池８１を作製した。

以上のように、上記の半導体装置である太陽電池の製造方法において、第１エミッタ層８４の形成後の熱酸化シリコン膜により、第２エミッタ層８５を形成するためのパターニングができるので、第２エミッタ層８５を形成するためのパターニング工程を必要としないことから、工程削減が可能であり、さらに、多くの設備を必要としないので、生産性も向上する。

また、この製造方法を用いれば、第１エミッタ層８４と第２エミッタ層８５の位置ずれを抑え、それぞれを形成することができる。

さらに、上記の本願の製造方法で太陽電池を形成すれば、第１エミッタ層８４の形成後の熱酸化シリコン膜により第２エミッタ層８５を形成するためのパターニングを行うので、ｐ型シリコン基板８２の受光面側は第１エミッタ層８４または第２エミッタ層８５になり、いずれかの拡散層が形成されることになる。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体装置の製造方法全般に広く適用することができる。

１ 太陽電池、２ ｎ型用電極、３ ｐ型用電極、４ ｎ型シリコン基板、５ 凹凸形状、６ 受光面パッシベーション膜、７ 反射防止膜、８ 裏面パッシベーション膜、９ ｎ^＋層、１０ ｐ^＋層、２１ テクスチャマスク、２２ 拡散マスク、２３ 拡散マスク、２４ 酸化シリコン膜、２５ 拡散マスク、５１ シリコン基板、５２ 第１拡散層、５３ 第２拡散層、７１ 拡散マスク、７２ 拡散マスク、７３ 酸化シリコン膜、７４ 拡散マスク、８１ 太陽電池、８２ ｐ型シリコン基板、８３ 凹凸形状、８４ 第１エミッタ層、８５ 第２エミッタ層、８６ 受光面パッシベーション膜、８７ 受光面電極、８８ 裏面電極、１０１ 太陽電池、１０２ ｎ電極、１０３ ｐ電極、１０４ ｎ型シリコン基板、１０５ テクスチャ構造、１０７ 反射防止膜、１０８ 酸化シリコン膜、１０９ ｎ^＋層、１１０ ｐ^＋層、１２１ テクスチャマスク、１２２ 第１拡散マスク、１２３ 第１エッチングペースト、１２４ 第２拡散マスク、１２５ 第２エッチングペースト。

Claims (5)

1. シリコン基板の一表面に第１拡散層と第２拡散層とを有する半導体装置の製造方法であって
   シリコン基板の一表面に第１拡散層を形成する工程と、
   前記シリコン基板に熱酸化法により酸化シリコン膜を形成する工程と、
   前記シリコン基板の前記一表面の前記第１拡散層が形成されている領域と前記第１拡散層が形成されていない領域との前記酸化シリコン膜厚差によるマスク効果を利用して、前記第２拡散層を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記第１拡散層は、ｎ型拡散層であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記第１拡散層が形成されている領域と前記第１拡散層が形成されていない領域との前記酸化シリコン膜厚差が、６０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記第１拡散層を形成する工程で形成された前記第１拡散層の表面濃度が、５×１０^１９／ｃｍ^３以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記半導体装置は、太陽電池であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。