JP2012074617A - 不純物拡散方法、電子デバイスの製造方法、電子デバイス、および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで量産性の高い不純物拡散を実現する。
【解決手段】基板１０に不純物を拡散する不純物拡散方法では、まず、基板１０において不純物を拡散すべき領域１８に、不純物の拡散を防止するマスク材料を含む溶液を塗布する。次に、基板１０を乾燥して、溶液に含まれる溶媒の一部を蒸発させた半乾きマスク１４を形成する。次に、基板１０に対し不純物の気相拡散を行う。これにより、半乾きマスク１４に形成された拡散領域１８は、半乾きマスク１４を形成しなかった拡散領域１６に比べて、不純物の濃度が高くなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に不純物を拡散する不純物拡散方法、電子デバイスの製造方法、電子デバイス、および電子機器に関するものである。特に、本発明は、太陽電池の製造方法に関するものである。

太陽光エネルギーを電気エネルギーに直接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ー源としての期待が高まっている。太陽電池としては、化合物半導体、有機材料を使ったものなど、様々な種類があるが、近時の主流は、シリコン結晶を用いたものである。

その中で、最近最も多く生産・販売されている太陽電池は、太陽光を受ける受光面にはｎ電極が設けられ、裏面にはｐ電極が設けられている。受光面側に設けられたｎ電極は電流の取り出しのために必要である。しかしながら、基板における当該ｎ電極の下の部分には太陽光が入射しないため、当該部分では発電しない。従って、電極面積が大きいと変換効率が低下することになる。このような、受光面側の電極による損失は、シャドウロスと呼ばれている。

これに対し、受光面に電極がなく、ｐ電極およびｎ電極の両方を裏面に形成した太陽電池が存在し、裏面電極型太陽電池と呼ばれている。裏面電極型太陽電池は、電極によるシャドウロスがなく、入射してくる太陽光のほぼ全てを基板内に取り込むことができるため、原理的に高効率が実現可能である。

しかしながら、裏面電極型太陽電池は、全ての電極と拡散領域をパターニングして裏面に形成する必要があるため、製造プロセスが、従来の太陽電池よりも複雑化してしまう。製造プロセスの複雑化は、必然的に製造コストを増加させると共に、量産性を低下させるので、商業用として大量生産することが難しくなる。従って、高効率の商業用太陽電池を実現するために低コストで量産性の高い製造プロセスの開発が必要である。

例えば、特許文献１に記載の太陽電池では、ｐ^＋＋型拡散領域と、該ｐ^＋＋型拡散領域を含む領域に、上記ｐ^＋＋型拡散領域よりも不純物の濃度が低いｐ^＋型拡散領域を形成している。このような不純物の濃度が異なる２つの拡散領域を形成する方法としては、まず、基板の少なくとも裏面に酸化膜を形成した後、上記拡散領域を形成すべき領域にエッチング剤を塗布して、上記酸化膜に開口部を形成し、該開口部から不純物拡散を行うことで上記ｐ^＋＋型拡散領域が形成される。次に、上記酸化膜を全て剥離した後、酸化膜を再度形成し、上記エッチング剤を再度塗布して、上記酸化膜に開口部を形成し、該開口部から不純物拡散を行うことでｐ^＋型拡散領域が形成される。

特開２００８−１８６９２７号公報（２００８年０８月１４日公開） 特開２００１−１７７１２８号公報（２００１年０６月２９日公開） 特開２００５−１１６７８３号公報（２００５年０４月２８日公開） 特開２００９−０７６２５６号公報（２００９年０４月０９日公開）

上述のように、従来技術では、不純物の濃度が異なる２つの拡散領域を形成するために、一度形成した酸化膜を剥離した後に、再度酸化膜を形成し、該酸化膜に開口部を形成する必要があり、工程数が増えることになる。特に、上記開口部を形成するとき、上記エッチング剤を塗布した後に焼成と洗浄除去とを行う必要があるため、工程数が増える主要な原因となる。

一方、例えばＳＯＧ（Spin On Glass）で使用されるような有機溶媒中に溶かされた液体状のマスク材料を基板に塗布し、塗布後の熱処理工程によりマスクパターンを形成する方法が存在する。この方法により形成されるマスクパターンは、塗布される液体の表面張力により、中央部が厚く縁部が薄くなる。従って、このマスクパターンを利用して不純物拡散を行うと、マスクパターンの非形成領域は不純物の濃度が高くなり、マスクパターンの縁部は不純物の濃度が低くなるので、不純物の濃度が異なる２つの拡散領域を形成することができる。

しかしながら、液体状のマスク材料を利用する場合、上記塗布される液体が基板の凹部に集まるので、液体状のマスク材料により形成される薄膜（塗布膜）は、基板の凸部が薄くなり、基板の凹部が厚くなる。従って、基板の表面に凹凸が存在すると、該凹凸によりマスクパターンの膜厚が変化するので、該マスクパターンの縁部にて形成される低濃度の拡散領域は、均一に形成することが困難である。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、低コストで量産性の高い不純物拡散を実現することにある。

本発明に係る不純物拡散方法は、基板に不純物を拡散する不純物拡散方法であって、上記課題を解決するために、前記基板において前記不純物を拡散すべき領域の一部または全部に、前記不純物の拡散を防止するマスク材料を含む溶液を塗布する塗布ステップと、該塗布ステップの後、前記基板を乾燥して、前記溶液に含まれる溶媒の一部を蒸発させたマスクを形成する乾燥ステップと、該乾燥ステップの後、前記基板に対し前記不純物の気相拡散を行う気相拡散ステップとを含むことを特徴としている。

一般に、不純物拡散にて用いられる不純物（ドーパント）は、一度酸化され、基板表面にて還元された後、基板中に拡散する。また、マスクとなる溶液に含まれる溶媒には、不純物の酸化に寄与する酸素原子を多数含んでいる。

従って、上記の方法によると、形成されるマスクは、溶媒の一部が残った半乾きのマスクとなり、このようなマスクには、不純物の酸化に寄与する酸素原子が多数含まれる。その結果、気相拡散により上記半乾きマスク中で不純物の酸化物が多数生成され、基板中に多数拡散されることになる。従って、上記半乾きマスクの形成される領域は、上記半乾きマスクの形成されない領域に比べて、不純物の濃度の高い拡散領域となる。

このように、本発明では、１回の不純物拡散工程で不純物の濃度が異なる複数の拡散領域を形成することができ、低コストで量産性の高い不純物拡散を実現できる。

本発明に係る不純物拡散方法では、前記塗布ステップの前に、前記基板において前記不純物を拡散すべき領域を除く領域に、前記溶液を塗布する前塗布ステップと、該前塗布ステップの後、前記基板を加熱して、ガラス状態のマスクを形成するガラス化ステップとを含んでもよい。

これにより形成されるマスクは、ガラス状態のマスク（以下、ガラス状マスクと称する。）となり、本来の不純物の拡散を防止するためのマスクとなる。従って、上記ガラス状マスクの形成される領域は、不純物の拡散が防止された領域となり、不純物の濃度がゼロとなる。また、上記半乾きマスクおよび上記ガラス状マスクとしては、同じ材料を利用することができるので、製造が容易となる。

なお、前記マスクは、前記基板の片面に形成されてもよいし、前記基板の両面に形成されてもよい。また、前記マスク材料としては、ＳiＯ_２、ＳiＯ_２前駆体、またはこれらの組合せが挙げられる。

また、基板に不純物が拡散された電子デバイスを製造する電子デバイスの製造方法であって、上記不純物拡散方法により前記基板に前記不純物を拡散するものであれば、上述と同様の効果を奏する。

ところで、上記半乾きマスクは、溶媒の一部が残っているため、中央部から縁部に向かうにつれて薄くなっている。このため、上記不純物の濃度の高い拡散領域では、中央部から縁部に向かうにつれて、上記不純物の濃度が単調に低下することになる。

従って、上記製造方法で製造された電子デバイスの基板は、前記不純物の濃度が異なる第１領域および第２領域と、第１領域および第２領域の間の境界領域であって、第１領域から第２領域に向かうにつれて、前記不純物の濃度が単調に変化する境界領域とを有することになる。また、第１領域、第２領域、および前記境界領域は、上述のように、１回の不純物拡散工程で形成できるので、前記基板の表面からの深さが同じとなる。

逆に言えば、上記構成を特徴とする本発明に係る電子デバイスは、上記製造方法で製造されたことになり、上述と同様の効果を奏することになる。なお、第１領域が、上記不純物の濃度の高い高濃度拡散領域の中央部に対応し、第２領域が、上記不純物の濃度の低い低濃度拡散領域、または上記不純物の拡散が防止された拡散防止領域に対応し、上記境界領域が、上記高濃度拡散領域の中央部から縁部までの領域に対応することになる。

なお、上記構成の電子デバイスを備えた電子機器であれば、上述と同様の効果を奏する。

以上のように、本発明に係る不純物拡散方法は、溶媒の一部が残った半乾きのマスクを利用することにより、１回の不純物拡散工程で不純物の濃度が異なる複数の拡散領域を形成でき、低コストで量産性の高い不純物拡散を実現できるという効果を奏する。

本発明の一実施形態である電子デバイスの製造工程のうち、不純物拡散工程を説明するための断面図である。 上記製造工程にて利用される半導体基板および半乾きマスクの断面と、対応する拡散領域における不純物の濃度変化とを示す図である。 上記実施形態の一実施例である裏面電極型太陽電池セルの製造工程の概要を示す断面図である。 上記裏面電極型太陽電池セルの製造工程の概要を示す断面図である。 上記製造工程におけるｎ型拡散領域形成工程の詳細を示す断面図である。 上記製造工程におけるｐ型拡散領域形成工程の詳細を示す断面図である。 上記実施例の変形例であり、上記ｐ型拡散領域形成工程後の半導体基板を示す断面図である。 上記実施形態の他の実施例である裏面電極型太陽電池セルの製造工程におけるｎ型拡散領域形成工程の詳細を示す断面図である。

本発明の一実施形態について図１および図２を参照して説明する。図１は、本実施形態である電子デバイスの製造工程のうち、基板に不純物を拡散する不純物拡散工程を示している。

なお、本発明は、不純物を拡散させた基板を用いる電子デバイスに適用できる。このような電子デバイスの例としては、太陽電池の他に、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、バイポーラトランジスタ、ダイオード、フォトダイオードなどが挙げられる。

まず、基板１０上において不純物の拡散を防止すべき領域に、該拡散を防止するマスク材料を含む溶液であるマスクインクを塗布して乾燥する。次に、この基板１０を加熱することにより、図１の（ａ）に示すように、マスクインクがガラス状マスク１２となる。

次に、基板１０上において高濃度の不純物を拡散すべき領域に、上記マスクインクを塗布して乾燥する。これにより、図１の（ｂ）に示すように、マスクインクは、溶媒の一部が蒸発した半乾きマスク１４となる。このような半乾きマスク１４には、不純物の酸化に寄与する酸素原子が多数含まれる。

そして、図１の（ｂ）に示すような状態の基板１０に対し、不純物の気相拡散を行う。このとき、半乾きマスク１４中で不純物の酸化物が多数生成され、基板１０中に多数拡散されることになる。その結果、図１の（ｃ）に示すように、基板１０の表面において、ガラス状マスク１２の下の領域では不純物の拡散が行われず、その他の領域では不純物の拡散が行われることになる。そして、ガラス状マスク１２および半乾きマスク１４の形成されていない領域１６に比べて、半乾きマスク１４の下の領域１８は、拡散される不純物の濃度が高くなる。すなわち、不純物の濃度が異なる複数の拡散領域が形成されることになる。

なお、不純物の気相拡散は、高温下で行われるため、半乾きマスク１４は、上記気相拡散の終了後にガラス状マスク１２’となる。また、以下では、領域１６を低濃度拡散領域と称し、領域１８を高濃度拡散領域と称する。

以上のように、本実施形態では、半乾きマスク１４を利用することにより、１回の不純物拡散工程で不純物の濃度が異なる複数の拡散領域１６・１８を形成することができ、低コストで量産性の高い不純物拡散を実現できる。

また、高濃度拡散領域１８は、従来の拡散領域に比べて不純物の濃度が高くなる。従って、不純物の濃度が従来と同程度である拡散領域を、低温度または短時間で形成することができる。その結果、Ｓiウェハに与える熱的なダメージを小さくすることができ、太陽電池セルにおける変換効率などの特性が、上記ダメージにより低下することを抑制することができる。

図２は、図１の（ｂ）と同様の基板１０および半乾きマスク１４と、上記気相拡散後の低濃度拡散領域１６および高濃度拡散領域１８における不純物の濃度変化とを示している。上述のように、半乾きマスク１４は、液状のマスクインクから溶媒を一部蒸発させたものである。従って、実際の半乾きマスク１４は、図２に示すように、縁部において徐々に薄くなっている。実施例では、半乾きマスク１４は、中央部の膜厚が３〜７μｍであり、縁部の幅が１００〜３００μｍである。

このため、高濃度拡散領域１８は、図２に示すように、中央部（第１領域）と低濃度拡散領域（第２領域）１６との間の境界領域において、中央部から低濃度拡散領域１６に向かうにつれて、不純物の濃度が単調に低くなっている。また、低濃度拡散領域１６および高濃度拡散領域１８は、同じ気相拡散にて形成されるので、図１の（ｃ）に示すように、半導体基板１０の表面からの深さが同じとなる。

従って、基板１０の低濃度拡散領域１６および高濃度拡散領域１８が、図１の（ｃ）および図２に示す上記構成を有する場合、本発明の半乾きマスク１４が利用されたと考えられ、この基板１０は、低コストで量産性の高い不純物拡散を実現したものとなる。

さらに、低濃度拡散領域１６および高濃度拡散領域１８の形成に関して、本発明では上記気相拡散を同じ温度で実施することができる。従って、製造される電子デバイスのロット間の特性差を小さくすることができる。また、製造装置の運用を容易にすることができる。また、製造装置の台数を低減できるので、初期投資に必要なコストを抑制することができる。

なお、ガラス状マスク１２は、膜厚が４００ｎｍ〜１μｍと薄いので、縁部における膜厚の傾斜が小さい。このため、ガラス状マスク１２の下の領域では、不純物の濃度はほぼ０であり、該濃度の変化はほとんど無い。

また、ガラス状マスク１２の膜厚が４００ｎｍ未満である場合、マスクとしての機能が不十分となるので、ガラス状マスク１２の下の領域では、不純物の拡散が発生することになる。このことを利用して、ガラス状マスク１２の膜厚を薄くして不純物の濃度を制御することが考えられる。しかしながら、この制御を行うには、ガラス状マスク１２の膜厚を４００ｎｍ未満で一定に形成する必要があるが、このことは、基板１０の表面の凹凸により困難である。

なお、本実施形態では、半乾きマスク１４に溶媒の一部が残っている必要があるため、上記溶媒は揮発し難いものが望ましい。

例えば、マスク材料として、ＳiＨ_４（珪酸エチル）、ＴＥＯＳ（TetraEthylOrthoSilicate）などのＳi材料（ＳiＯ_２の前駆体）を利用する場合、基板１０を加熱することにより、マスクインク中のＳi材料に対し加水分解と脱水縮合とが行われてＳiＯ_２が形成され、さらに焼成されてガラス化することになる。このガラス化は、乾燥温度が２５０℃を超えると、局所的に進行し、その結果、ガラス状マスク１２が形成され始める。従って、マスクインクの溶媒は、沸点が２５０℃未満、好ましくは１００℃〜２２０℃、さらに好ましくは２００℃前後のもので構成されることが望ましい。沸点が当該温度範囲のものであれば、局所的なガラス化を生じさせず、所望の状態で溶媒の乾燥を行うことができる。

例えば、マスク材料として、ＳiＨ_４（珪酸エチル）、ＴＥＯＳ（TetraEthylOrthoSilicate）などのＳi材料（ＳiＯ_２の前駆体）を利用する場合、基板１０を加熱することにより、マスクインク中のＳi材料に対し加水分解と脱水縮合とが行われてＳiＯ_２が形成され、さらに焼成されてガラス化することになる。このガラス化は、乾燥温度が２５０℃を超えると、局所的に進行し、その結果、ガラス状マスク１２が形成され始める。従って、マスクインクの溶媒は、沸点が２５０℃未満、好ましくは１００℃〜２２０℃、さらに好ましくは２００℃前後のもので構成されることが望ましい。

次に、図１に示す不純物拡散工程を利用した太陽電池の製造方法の一例を、図３〜図７を参照して説明する。図３および図４は、裏面電極型太陽電池セルの製造工程の概要を示している。なお、本実施例では、半導体基板１０ａの裏面のみに不純物拡散を行っている。

図３および図４に示すように、本実施例では、半導体基板１０ａ（図３の（ａ））に対し、テクスチャ形成工程（図３の（ｂ））、ｎ型拡散領域形成工程（図３の（ｃ））、ｐ型拡散領域形成工程（図３の（ｄ））、および、後工程（図４の（ａ）〜（ｄ））を順番に実施することで、裏面電極型太陽電池セルを製造している。なお、上記テクスチャ形成工程は、上記後工程までに実施すればよい。

本実施例では、図３の（ａ）に示す半導体基板１０ａとして、シリコンインゴットをスライスして得られるｎ型のシリコン基板を使用している。また、本実施例では、半導体基板１０ａは、図面の上側の面が、電極の形成される裏面２０であり、図示の下側の面が、光の照射される受光面（表面）２１である。

図３の（ｂ）は、受光面２１にテクスチャ構造２２を形成するテクスチャ形成工程を示している。テクスチャ構造２２は、エッチングを行わない面（裏面２０）に保護膜を形成した後、７０℃〜８０℃のエッチング溶液でアルカリエッチングを行い、その後、保護膜をＨＦ等で剥離することにより形成することができる。上記エッチング溶液としては、例えば、ＮaＯＨまたはＫＯＨと、ＩＰＡ（IsoPropyl Alcohol）との混合溶液が使用できる。また、保護膜としては、ＳiＯ_２，ＳiＮ等が利用できる。

図３の（ｃ）は、半導体基板１０ａの裏面２０にｎ^＋拡散領域２３を形成するｎ型拡散領域形成工程を示している。また、図３の（ｄ）は、半導体基板１０ａの裏面２０にｐ^＋拡散領域２４およびｐ^＋＋拡散領域２５を形成するｐ型拡散領域形成工程を示している。これらの工程の詳細については後述する。

図４の（ａ）〜（ｄ）は、後工程を示している。この後工程を順番に実施した後、裏面電極型太陽電池セルが完成する。

具体的には、図４の（ａ）は、受光面２１に反射防止膜３０を形成する工程を示している。この反射防止膜３０としては、ＣＶＤ、蒸着、スパッタ等で酸化チタンを成膜したもの、プラズマＣＶＤ法により珪素窒化物等の窒化物を形成したもの、等を利用することができる。また、反射防止膜３０を構成する窒化物膜としては、たとえば、屈折率が２．４〜３．２程度（特に、屈折率が２．９以上３．２以下）の窒化物膜と、屈折率が１．９〜２．２程度の窒化物膜との積層膜、或いは、屈折率が１．９〜２．２程度の窒化物膜の単層膜を用いることができる。

図４の（ｂ）は、裏面２０にパッシベーション膜３１を形成する工程を示している。このパッシベーション膜３１には、プラズマＣＶＤ法により形成された珪素窒化物、常圧ＣＶＤ法により形成された珪素酸化物などを利用することができる。

図４の（ｃ）は、パッシベーション膜３１にコンタクトホール部３２を形成する工程を示している。コンタクトホール部３２を形成する方法としては、例えば、レジストパターニング、エッチングペーストを用いるパターンエッチング、レーザ照射によるパターン形成等が挙げられる。

図４の（ｄ）は、コンタクトホール部３２を介して露出したｎ^＋拡散領域２３とｐ^＋＋拡散領域２５上に、それぞれ電極３３・３４を形成する工程を示している。電極３３・３４を形成する方法としては、銀を含む材料を、スクリーン印刷、凹版印刷、凸版印刷、平版（オフセット）印刷、インクジェット印刷、レジストパターニング等が挙げられる。その他、蒸着法を用いて電極３３・３４を形成することもできる。

次に、上記ｎ型拡散領域形成工程および上記ｐ型拡散領域形成工程の詳細について、図５および図６を参照して説明する。

図５は、上記ｎ型拡散領域形成工程の詳細を示している。図示のように、ｎ型拡散領域形成工程は、図３の（ｂ）に示される半導体基板１０ａに対し、受光面拡散防止マスク形成工程（図５の（ａ））、裏面拡散防止マスクパターン形成工程（同図の（ｂ））、拡散工程（同図の（ｃ））、および、剥離工程（同図の（ｄ））を順番に実施するものである。

図５の（ａ）は、不純物拡散を防止するための拡散防止マスク４０を受光面２１に形成する受光面拡散防止マスク形成工程を示している。この工程は、液相系および気相系の何れの方法も利用することができる。

液相系の場合、例えば、スクリーン印刷、凹版印刷、凸版印刷、平版印刷、インクジェット印刷等を利用して、酸化シリコン（ＳiＯ_２）の前駆体、有機溶剤、および増粘剤を含むマスクインクを受光面２１の全面に塗布する。次に、大気下にて５０℃〜３００℃で１分〜３０分乾燥させた後、酸素ガスおよび窒素ガスの少なくとも一方の雰囲気にて４００℃〜１０００℃で１０分〜１２０分焼成することにより、拡散防止マスク４０が形成される。

ここで、上記酸化シリコンの前駆体としては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラブトキシシラン、テトラプロポキシシラン等を単独で若しくはこれらを混合して用いることができ、すなわち、より長いアルキル鎖を有するシランまたは様々なアルキル残基を有するシラン等を用いることができる。また、上記有機溶剤としては、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテルまたはプロピレングリコールモノメチルエーテル等を用いることができる。また、上記増粘剤としては、例えば、セルロース化合物、ポリビニルピロリドンまたはゼラチン等を用いることができる。

一方、気相系の場合、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、スパッタ、蒸着等により、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化チタン、および酸化アルミニウムの少なくとも１つを含むマスク材料を、受光面２１の全面に単層あるいは複数層形成することにより、拡散防止マスク４０が形成される。

なお、図５の（ｂ）に示す裏面拡散防止マスクパターン形成工程において、半導体基板１０ａの全面に拡散防止マスク層を形成した後、開口部を設けることにより、拡散防止マスクパターンを形成してもよい。この場合、図５の（ａ）に示す工程が省略され、同図の（ｂ）に示す工程において、熱酸化を用いて受光面２１および裏面２０に拡散防止マスク層を同時に形成すればよい。上記熱酸化の例としては、水蒸気雰囲気下にて６００℃〜１１００℃で焼成する方法等が挙げられる。

図５の（ｂ）は、不純物拡散を防止するための拡散防止マスクパターン４１を裏面２０に形成する裏面拡散防止マスクパターン形成工程を示している。この工程では、上記受光面拡散防止マスク形成工程と同様の材料および製法で拡散防止マスク４０を形成した後、ｎ^＋拡散領域を形成する領域に開口部４２を形成することにより、拡散防止マスクパターン４１が形成される。

ここで、開口部４２を形成する方法としては、例えば、レジストパターニング、エッチングペーストを用いるパターンエッチング、レーザ照射によるパターン形成等が挙げられる。上記パターンエッチングの例では、まず、開口部４２を形成すべき領域に、リン酸を主成分とするエッチングペーストをスクリーン印刷法により印刷し、続けて、３３０℃に加熱されたホットプレートでエッチングペーストを２分間加熱し、最後に、上記領域の表面に残る残渣を超音波洗浄により洗い流すことが行われる。

なお、図５の（ａ）に示すような上記受光面拡散防止マスク形成工程と同様に、上記マスクインクを使用し、上記液相系を利用することにより、拡散防止マスクパターン４１を直接形成しても良い。この場合、開口部４２を形成する工程を新たに実施する必要が無い。

図５の（ｃ）は、半導体基板１０ａに対し不純物拡散を行ってｎ^＋拡散領域２３を形成する拡散工程を示している。この工程は、液相系および気相系の何れの方法も利用することができる。

例えば、気相系の場合、ｎ型材料であるＰＯＣl_３ガスが混合された窒素雰囲気下にて、６００℃〜１１００℃（好ましくは８００℃〜１０００℃）で５分〜１２０分焼成する。これにより、ＰＯＣl_３ガスに含まれる不純物（Ｐ原子）が、開口部４２にて露出した半導体基板１０ａに拡散してｎ^＋拡散領域２３が形成される。

一方、液相系の場合、まず、ｎ型材料であるＰ原子を含む化合物を用いた拡散剤を含むインクパターンを、スクリーン印刷、凹版印刷、凸版印刷、平版印刷、インクジェット印刷等を利用して開口部４２に形成する。ここで、上記Ｐ原子を含む化合物としては、リン酸塩、酸化リン、五酸化二リン、リン酸、有機リン化合物等の少なくとも１つを用いることができる。

次に、大気下あるいは窒素雰囲気下にて１００℃〜６００℃で１分〜３０分乾燥させることにより、拡散剤の塗布層が形成される。その後、窒素雰囲気下にて６００℃〜１１００℃（好ましくは８００℃〜１０００℃）で１０分〜１２０分焼成することにより、拡散剤の塗布層に含まれる不純物（Ｐ原子）が半導体基板１０ａに拡散してｎ^＋拡散領域２３が形成される。

図５の（ｄ）は、半導体基板１０ａから、拡散防止マスク４０、拡散防止マスクパターン４１、拡散剤の塗布層、保護膜などを剥離する剥離工程を示している。この工程は、半導体基板１０ａをフッ酸（ＨＦ）溶液に浸漬することで実施される。このフッ酸の濃度は、例えば１０％〜５０％であり、半導体基板１０ａの表面に対して水がはじくような条件範囲で、上記フッ酸の濃度に合わせて浸漬時間を決定すればよい。

図６は、上記ｐ型拡散領域形成工程の詳細を示している。図示のように、ｐ型拡散領域形成工程は、図３の（ｃ）に示される半導体基板１０ａに対し、受光面拡散防止マスク形成工程（図６の（ａ））、裏面マスクパターン形成工程（同図の（ｂ）・（ｃ））、拡散工程（同図の（ｄ））、および、剥離工程（同図の（ｅ））を順番に実施するものである。

図６の（ａ）は、不純物拡散を防止するための拡散防止マスク５０を受光面２１に形成する受光面拡散防止マスク形成工程を示している。拡散防止マスク５０は、図５の（ａ）に示す拡散防止マスク４０と同様の材料および方法で形成することができる。但し、熱酸化を用いて受光面２１および裏面２０に拡散防止マスク層を同時に形成する方法は、半乾きマスク１４を形成する本発明の観点から望ましくない。

図６の（ｂ）は、不純物拡散を防止するためのガラス状マスクパターン５１を裏面２０に形成する裏面ガラス状マスクパターン形成工程を示している。この工程は、有機溶媒中にマスク材料を溶かしたマスクインクを裏面２０の所定領域に塗布し、乾燥し、焼成することにより行われる。

具体的には、まず、酸化シリコンの前駆体、有機溶剤、および増粘剤を含むマスクインクを、裏面２０において少なくともｎ^＋拡散領域２３を覆う領域に、スクリーン印刷、凹版印刷、凸版印刷、平版印刷、インクジェット印刷等を利用して塗布する。なお、上記酸化シリコンの前駆体、有機溶剤、および増粘剤の例としては、上述のように、図５の（ａ）に示す受光面拡散防止マスク形成工程にて挙げたものと同様である。

次に、マスクインクの塗布された半導体基板１０ａに対し、大気下にて上記有機溶剤の沸点以下にて１分〜３０分乾燥させ、続いて、酸素ガスおよび窒素ガスの少なくとも一方の雰囲気にて４００℃〜１０００℃で１０分〜１２０分焼成する。これにより、半導体基板１０ａの裏面２０において少なくともｎ^＋拡散領域２３を覆う領域にガラス状マスクパターン５１が形成される。

図６の（ｃ）は、半乾きマスクパターン５２を裏面２０に形成する裏面半乾きマスクパターン形成工程を示している。この工程は、図６の（ｂ）に示す裏面ガラス状マスクパターン形成工程から、焼成の工程を省略したものとなる。半乾きマスクパターン５２は、ｐ^＋＋拡散領域を形成すべき領域に形成される。

図６の（ｄ）は、半導体基板１０ａに対し不純物拡散を行ってｐ^＋拡散領域２４およびｐ^＋＋拡散領域２５を形成する拡散工程を示している。この工程では気相系の拡散方法が利用される。

具体的には、ｐ型材料であるＢＢr_３ガスが混合された窒素雰囲気下にて、８００℃〜１１００℃（好ましくは９００℃〜１０００℃）で５分〜１２０分焼成する。これにより、ＢＢr_３ガスに含まれる不純物（Ｂ原子）が、半導体基板１０ａにおいて半乾きマスクパターン５２の形成されている領域とマスクパターン５１・５２の形成されていない領域とに拡散する。

このとき、パターン５２の形成されている領域が、不純物の濃度が高いｐ^＋＋拡散領域２５となり、マスクパターン５１・５２の形成されていない領域が、不純物の濃度が低いｐ^＋拡散領域２４となる。すなわち、同じ極性で不純物の濃度が異なる拡散領域が形成されることになる。なお、半乾きマスクパターン５２は、上記焼成により、ガラス状マスクパターン５１’となる。

図６の（ｅ）は、半導体基板１０ａから、拡散防止マスク５０、ガラス状マスクパターン５１・５１’、保護膜などを剥離する剥離工程を示している。この工程は、図５の（ｄ）に示す剥離工程と同様の処理が行われる。

図７は、本実施例の変形例であり、図３の（ｄ）と同様に、ｐ型拡散領域形成工程後の半導体基板１０ａの断面図を示している。図７の半導体基板１０ａは、図３の（ｄ）の半導体基板１０ａに比べて、ｎ^＋拡散領域２３とｐ^＋拡散領域２４とが隣接している点が異なり、その他の構成は同様である。

本実施例のような半導体基板１０ａを製造するには、図６の（ｂ）に示す裏面ガラス状マスクパターン形成工程において、ガラス状マスクパターン５１を、ｎ^＋拡散領域２３からはみ出すことなく形成すればよい。なお、上記実施例で説明した構成および処理と同様の構成および処理には同一の符号を付して、その説明を省略する。

本実施例の場合、ｎ^＋拡散領域２３とｐ^＋拡散領域２４とが接触しているため、ｐｎ接合のダイオード構造が形成されることになる。従って、ｎ^＋拡散領域２３からｐ^＋拡散領域２４の向きに電流が流れるように電圧が印加されても、ダイオード特性による耐圧まで電流が流れることを防止することができる。また、ｎ^＋拡散領域２３とｐ^＋拡散領域２４とが一様に接触しているため、局所的なリークが発生しない。従って、製造後の太陽電池セル全体の耐電圧を向上させることができる。

次に、図１に示す不純物拡散工程を利用した太陽電池の製造方法の他の例を、図８を参照して説明する。図８は、裏面電極型太陽電池セルの製造工程のうち、ｎ型拡散領域形成工程を示している。

図２〜図７に示す実施例では、半導体基板１０ａの裏面２０のみに、同じ極性で不純物の濃度の異なる拡散領域を形成している。これに対し、本実施例では、図８の（ｄ）に示すように、同じ極性で不純物の濃度の異なる拡散領域を、半導体基板１０ａの裏面２０および受光面２１にそれぞれ形成している。

本実施例では、図８の（ｄ）に示すように、裏面２０に不純物の濃度の高いｎ^＋拡散領域６２を形成し、受光面２１に不純物の濃度の低いｎ⁻拡散領域６３を形成している。このため、裏面２０において不純物の拡散を防止する領域に、ガラス状マスクパターン６０を形成し、ｎ^＋拡散領域６２を形成すべき領域に、半乾きマスクパターン６１を形成している。

このようにマスクパターン６０・６１の形成された半導体基板１０ａに対し、従来よりも低濃度、低温度、または短時間で気相拡散を行うことにより、裏面２０にｎ^＋拡散領域６２を形成すると共に、不純物の濃度がｎ^＋拡散領域６２よりも低いｎ⁻拡散領域６３を受光面２１に形成することができる。

次に、本実施例におけるｎ型拡散領域形成工程の詳細について説明する。図８に示すように、ｎ型拡散領域形成工程は、図３の（ｂ）に示される半導体基板１０ａに対し、ガラス状マスクパターン形成工程（図８の（ａ））、半乾きマスクパターン形成工程（図８の（ｂ））、拡散工程（同図の（ｃ））、および、剥離工程（同図の（ｄ））を順番に実施するものである。

図８の（ａ）は、半導体基板１０ａの裏面２０における不純物の拡散を望まない領域にガラス状マスクパターン６０を形成するガラス状マスクパターン形成工程を示している。なお、この工程の材料および製法は、図６の（ｂ）と同様であるので、その説明を省略する。

図８の（ｂ）は、半導体基板１０ａの裏面２０における不純物の拡散を行うべき領域に半乾きマスクパターン６１を形成する半乾きマスクパターン形成工程を示している。この工程の材料および製法は、図６の（ｃ）と同様であるので、その説明を省略する。

図８の（ｃ）は、半導体基板１０ａに対し不純物拡散を行ってｎ^＋拡散領域６２およびｎ⁻拡散領域６３を形成する拡散工程を示している。この工程では気相系の拡散方法が利用される。

具体的には、ｎ型材料であるＰＯＣl_３ガスが混合された窒素雰囲気下にて、６００℃〜８５０℃（好ましくは７００℃〜８００℃）で５分〜６０分焼成する。これにより、ＰＯＣl_３ガスに含まれる不純物（Ｐ原子）が、半導体基板１０ａに拡散して、裏面２０において半乾きマスクパターン６１の形成された領域にｎ^＋拡散領域６２が形成され、受光面２１全体にｎ⁻拡散領域６３が形成される。なお、半乾きマスクパターン６１は、上記焼成により、ガラス状マスクパターン６０’となる。

図８の（ｄ）は、半導体基板１０ａから、ガラス状マスクパターン６０・６０’、保護膜などを剥離する剥離工程を示している。なお、この工程の材料および製法は、図６の（ｅ）と同様であるので、その説明を省略する。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、本実施例では、ｎ型のシリコン基板を利用しているが、ｐ型のシリコン基板を利用してもよい。この場合、ｐ^＋・ｎ^＋・ｎ^＋＋の拡散層がそれぞれ形成されることになる。また、太陽電池以外の電子デバイスであって、ノンドープのシリコン基板を利用する電子デバイスも考えられる。この場合、ノンドープのシリコン基板に本発明を適用してもよく、ｐ^＋・ｐ^＋＋・ｎ^＋・ｎ^＋＋の拡散層がそれぞれ形成されることになる。

以上のように、本発明は、溶媒の一部が残った半乾きのマスクを利用することにより、１回の不純物拡散工程で不純物の濃度が異なる複数の拡散領域を形成できるので、当該拡散領域を形成する必要がある任意の電子デバイスの製造に適用できる。

１０ 基板
１０ａ 半導体基板
１２・１２’ ガラス状マスク
１４ 半乾きマスク
１６ 低濃度拡散領域
１８ 高濃度拡散領域
２０ 裏面
２１ 受光面
２２ テクスチャ構造
２３ ｎ^＋拡散領域
２４ ｐ^＋拡散領域
２５ ｐ^＋＋拡散領域
３０ 反射防止膜
３１ パッシベーション膜
３２ コンタクトホール部
３３・３４ 電極
４０・５０ 拡散防止マスク
４１ 拡散防止マスクパターン
４２ 開口部
５１・５１’ ガラス状マスクパターン
６０・６０’ ガラス状マスクパターン
５２・６１ 半乾きマスクパターン
６２ ｎ^＋拡散領域
６３ ｎ⁻拡散領域

Claims (9)

1. 基板に不純物を拡散する不純物拡散方法であって、
   前記基板において前記不純物を拡散すべき領域の一部または全部に、前記不純物の拡散を防止するマスク材料を含む溶液を塗布する塗布ステップと、
   該塗布ステップの後、前記基板を乾燥して、前記溶液に含まれる溶媒の一部を蒸発させたマスクを形成する乾燥ステップと、
   該乾燥ステップの後、前記基板に対し前記不純物の気相拡散を行う気相拡散ステップとを含むことを特徴とする不純物拡散方法。
2. 前記塗布ステップの前に、
   前記基板において前記不純物を拡散すべき領域を除く領域に、前記溶液を塗布する前塗布ステップと、
   該前塗布ステップの後、前記基板を加熱して、ガラス状態のマスクを形成するガラス化ステップとを含むことを特徴とする請求項１に記載の不純物拡散方法。
3. 前記マスクは、前記基板の片面に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の不純物拡散方法。
4. 前記マスクは、前記基板の両面に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の不純物拡散方法。
5. 前記マスク材料は、ＳiＯ_２、ＳiＯ_２前駆体、またはこれらの組合せであることを特徴とする請求項１から４までの何れか１項に記載の不純物拡散方法。
6. 基板に不純物が拡散された電子デバイスを製造する電子デバイスの製造方法であって、
   請求項１から５までの何れか１項に記載の不純物拡散方法により前記基板に前記不純物を拡散することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
7. 基板に不純物が拡散された電子デバイスであって、
   前記基板は、
   前記不純物の濃度が異なる第１領域および第２領域と、
   第１領域および第２領域の間の境界領域であって、第１領域から第２領域に向かうにつれて、前記不純物の濃度が単調に変化する境界領域とを有することを特徴とする電子デバイス。
8. 第１領域、第２領域、および前記境界領域は、前記基板の表面からの深さが同じであることを特徴とする請求項７に記載の電子デバイス。
9. 請求項７または８に記載の電子デバイスを備えた電子機器。

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