JP2014127567A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池を構成するｐ^＋型半導体領域を覆う不純物拡散処理などに対するマスク層の形成工程を簡略化することができ、これにより製造期間の短い太陽電池の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板１０１の裏面に不純物の拡散によりｐ^＋型半導体領域１０２を形成する工程を含む両面受光型太陽電池１００の製造方法において、ｐ^＋型半導体領域１０２の形成工程では、半導体基板１０１の裏面に選択的に不純物を拡散してｐ^＋型半導体領域１０２を形成し、不純物の拡散後にｐ^＋型半導体領域１０２の表面上に形成されているボロンシリサイド層１１０ａ及びその上のＢＳＧ層１１０ｂのうちのＢＳＧ層１１０ｂのみを選択的に除去し、その後、ボロンシリサイド層１１０ａの酸化により、後工程の処理に対するマスクとなるＢＳＧ膜１１０ｃを形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、太陽電池の製造方法に関し、特に、不純物の拡散工程で用いる拡散マスクの形成プロセスの簡略化に関するものである。

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のものがあるが、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。

また、現在、最も多く製造および販売されている太陽電池は、太陽電池を構成する半導体基板（以下、太陽電池基板あるいは単に基板ともいう。）の、太陽光が入射する側の面である受光面と、受光面とは反対側の面である裏面とにそれぞれ電極が形成された構造のものである。

しかしながら、太陽電池基板の受光面に電極を形成した場合、電極で光が反射したり吸収されたりすることから、この受光面に形成した電極の面積分だけ、太陽電池基板に入射する太陽光が減少することとなる。

そこで、太陽電池基板に効率よく太陽光を取り入れるための工夫を施した太陽電池が開発されている。

例えば、現在普及している太陽電池は基板の片面のみで受光可能な片面受光型太陽電池がほとんどであり、このような片面受光型太陽電池において、太陽電池基板の裏面にのみ集電電極を形成した構造を有する裏面電極型太陽電池が開発されている（特許文献１）。

また、このような片面受光型太陽電池とは別に、太陽電池基板のいずれの面でも受光可能な構造により光変換効率を高めた両面受光型太陽電池も開発されている（非特許文献１）。

以下まず、従来の裏面電極型太陽電池について説明する。

この裏面電極型太陽電池では、電極を受光面とは反対側の裏面に配置することにより、受光面には電極の影になる領域をなくし、また、電極が基板の裏面にあるので、ｐｎ接合も基板の裏面側に位置することとなり、通常の太陽電池のように基板の表面に入射光を効率よく取り込むための凹凸構造（テクスチャ構造）を設けた場合でも、良好なｐｎ接合を実現することができる。

図８は、従来の裏面電極型太陽電池を説明する平面図であり、図８（ａ）は、その裏面側の構造を示し、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ部分を拡大して示し、図８（ｃ）は、図８（ｂ）のＢ−Ｂ’線部分の断面構造を示している。

まず、この太陽電池５０の裏面側の構造について簡単に説明する。

この太陽電池５０を構成する基板１はｎ型シリコン基板であり、このｎ型シリコン基板１の裏面には、帯状ｎ^＋型半導体領域９と帯状ｐ^＋型半導体領域１０とが交互に配列され、帯状ｎ^＋型半導体領域９の一端側及び他端側にはこれらにつながる側縁ｎ^＋型半導体領域９ａが形成されている。また、ｎ型シリコン基板１の裏面におけるこれらのｎ^＋型半導体領域９及び９ａの外側の部分には、縦外縁ｐ^＋型半導体領域１０ａ１と横外縁ｐ^＋型半導体領域１０ａ２とからなる外縁ｐ^＋型半導体領域１０ａが形成されている。

ｎ型シリコン基板１の裏面には裏面パッシベーション膜２１が形成されており、ｎ^＋型半導体領域９及びｐ^＋型半導体領域１０上には、裏面パッシベーション膜２１に形成したコンタクトホール２ａ及び３ａを介してｎ型電極２及びｐ型電極３が形成されている。また、この太陽電池５０のｎ型シリコン基板１の受光面には凹凸部（テクスチャ構造）５が形成されており、このｎ型シリコン基板１の凹凸形状の表面部分には、酸化シリコン膜からなる受光面パッシベーション膜２０が形成されている。

次に、従来の裏面電極型太陽電池の製造方法について説明する。

図９及び図１０は、この裏面電極型太陽電池の製造方法を工程順（図９（ａ）〜（ｄ）、図１０（ａ）〜（ｄ））に説明する断面図である。

まず、太陽電池基板として、受光面側（図９の紙面上側）にテクスチャ構造５を形成したｎ型単結晶シリコン基板（以下、単に半導体基板という。）１を準備し、ｎ^＋拡散領域を形成する際のＮ^＋拡散マスクとして、ＮＳＧ（ノンドープ・シリケート・ガラス）膜３１を形成する（図９（ａ））。その後、ＮＳＧ膜３１を拡散マスクとしてＮ型不純物の拡散を行ってｎ^＋型半導体領域９を形成する（図９（ｂ））。次に、ＮＳＧ膜３１を除去した後、ＮＳＧ膜３２を半導体基板１のｐ^＋型半導体領域の形成予定領域以外の領域に選択的に形成し（図９（ｃ））、ＮＳＧ膜３２をＰ^＋拡散マスクとしてｐ型不純物の拡散を行ってｐ^＋型半導体領域１０を形成する（図９（ｄ））。

図１１は、半導体基板１の裏面にｐ^＋型半導体領域１０を形成する工程における具体的な処理（図１１（ａ）〜図１１（ｆ））を示している。

まず、図１１（ａ）（図９（ｃ））に示す半導体基板１の裏面にＰ^＋拡散剤１１として、例えばＰＢＦ（東京応化工業株式会社製）を塗布する（図１１（ｂ））。このＰＢＦは、Ｐ型不純物の固相拡散源となるポリボロンフィルムである（特許文献２参照）。

その後、熱処理により、塗布したＰＢＦから固相拡散により半導体基板１の裏面にｐ^＋型半導体領域１０を形成する。このとき、半導体基板１のｐ^＋型半導体領域１０の表面には、ボロンシリサイド層１１ａ及びボロンシリケートガラス層（ＢＳＧ）層１１ｂが形成される（図１１（ｃ））。次に、フッ酸処理（ＨＦ処理）によりボロンシリケート（ＢＳＧ)層１１ｂを除去する（図１１（ｄ））。このとき、ボロンシリサイド層１１ａは、ＨＦ処理では除去されないが、Ｐ^＋拡散マスクとしてのＮＳＧ膜３２は除去される。続いて、熱処理によりボロンシリサイド層１１ａを酸化させてＢＳＧ膜１１ｃに変換した後（図１１（ｅ））、ＨＦ処理によりＢＳＧ膜１１ｃを除去することにより、半導体基板１の裏面にｐ^＋型半導体領域１０を形成する処理が完成する（図１１（ｆ））。

なお、特許文献３には、半導体ウェハにボロンを熱拡散させて拡散層を形成するとき、拡散層上にボロンシリケートガラス層（ＢＳＧ膜）が形成され、そのガラス層と拡散層との間にはボロンシリサイド層が形成されるが、このボロンシリサイド層は、熱処理により酸化膜（ＢＳＧ膜）を変換することができることが開示されている。

次に、図１０に示すように、受光面拡散時の拡散マスクとパッシベーション膜を兼ねるＮＳＧ膜３３を半導体基板１の裏面側に形成し（図１０（ａ））、続いて、半導体基板１の受光面に受光面パッシベーション膜２０を形成する（図１０（ｂ））。その後、裏面パッシベーション膜３３にコンタクトホール２ａ及び３ａを形成し（図１０（ｃ））、続いて、例えば銀などを含む導電性ペーストのスクリーン印刷法を用いて、ｎ^＋型半導体領域９及びｐ^＋型半導体領域１０上にｎ型電極２及びｐ型電極３を形成する（図１０（ｄ））。

次に、太陽電池基板の両面で太陽光を受光する両面受光型太陽電池について説明する。

例えば、非特許文献１には、このような両面受光型太陽電池において、広く利用されている裏面全面を覆うアルミ層を、裏面電界（ＢＳＦ）を形成する、電気的に安定化したボロンドープ層に置き換えることにより、裏面電界の効果を高め、表面再結合自体を低減することができることが開示されている。

図１２は、このような両面受光型太陽電池の構成を模式的に示す図であり、図１２（ａ）は、裏面側での電極の配置を示し、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＢ−Ｂ’線部分の断面構造を示している。

この両面受光型太陽電池５０ａを構成する基板５１は略正方形形状のｎ型シリコン基板であり、このｎ型シリコン基板５１の裏面には、ｐ^＋型半導体層５２が全面に形成され、その表面はＮＳＧ膜５３が保護膜として形成されている。また、裏面電極（ｐ型電極）６１がｐ^＋型半導体層５２に接続されるように保護膜５３を貫通して形成されている。ここで、この裏面電極６１は、所定の方向に延びる一対の主電極部６１ａと、該主電極部６１ｂから、この主電極部６１ｂと直交する方向に延びる枝電極部６１ｂとから構成されている。また、ｎ型シリコン基板５１の表面には、凹凸部（テクスチャ構造）５５が形成されている。このｎ型シリコン基板５１の表面には、ｎ^＋型半導体層５６が形成されており、さらにこのｎ^＋型半導体層５６の表面は、反射防止膜５７としてＳｉＮ膜が形成されている。この反射防止膜５７上には、ｎ型シリコン基板５１の裏面側のｐ型電極６１と同様の構造を有するｎ型電極７１が形成されており、このｎ型電極７１は反射防止膜５７を貫通してｎ^＋型半導体５６に達している。

図１３及び図１４は、この両面受光型太陽電池の製造方法を工程順（図１３（ａ）〜図１３（ｄ）及び図１４（ａ）〜図１４（ｃ））に説明する断面図である。

まず、太陽電池基板５１としてのシリコンウェハに対するダメージを除去するためにエッチング処理を施し、その後、この半導体基板５１を洗浄する（図１３（ａ））。次に、この半導体基板５１の裏面にｐ^＋型拡散層５２を形成する（図１３（ｂ））。

以下、この半導体基板５１の裏面にｐ^＋型拡散層５２を形成する工程について詳しく説明する。

図１５は、半導体基板５１の裏面にｐ^＋型拡散層５２を形成する工程における具体的な処理（図１５（ａ）〜図１５（ｆ））を示している。

まず、図１５（ａ）（図１３（ａ））に示す半導体基板５１の裏面にＰ^＋拡散剤５４として、例えば上述したＰＢＦ（東京応化工業株式会社製）を塗布する（図１５（ｂ））。

その後、熱処理により、塗布したＰＢＦから固相拡散により半導体基板５１の裏面にｐ^＋型半導体層５２を形成する。このとき、半導体基板５１のｐ^＋型半導体層５２の表面には、ボロンシリサイド層５４ａ及びボロンシリケートガラス層（ＢＳＧ）層５４ｂが形成される（図１５（ｃ））。

次に、フッ酸処理（ＨＦ処理）によりボロンシリケート（ＢＳＧ)層５４ｂを除去する（図１５（ｄ））。このとき、ボロンシリサイド層５４ａは、ＨＦ処理では除去されない。続いて、熱処理によりボロンシリサイド層５４ａを酸化させてＢＳＧ膜５４ｃに変換する（図１５（ｅ））。その後、ＨＦ処理によりボロンシリケートガラス（ＢＳＧ）膜５４ｃを除去することにより、半導体基板５１の裏面にｐ^＋型拡散層５２を形成する処理が完成する（図１５（ｆ））。

次に、図１３（ｃ）に示すように、ｐ^＋型拡散層５２上に、受光面に対するテクスチャ処理及び表面側に対するｎ型拡散処理に対するマスク層としてシリコン窒化膜５３を形成する（図１３（ｃ））。その後、シリコン窒化膜５３をマスクとして半導体基板５１の表面面に対するテクスチャ処理を行って、半導体基板５１の表面を凸凹形状とする（図１３（ｄ））。

続いて、シリコン窒化膜５３をマスクとして半導体基板５１の表面面にＰＯＣｌ_３を用いてＮ型不純物を拡散してｎ^＋型拡散層５６を形成する（図１４（ａ））。さらに、表面側にシリコン窒化膜からなる反射防止膜５７を形成する（図１４（ｂ））。その後、半導体基板の表面及び裏面にそれぞれｐ型電極７１及びｎ型電極６１を形成して焼成することで、太陽電池セルを完成する（図１４（ｃ））。この電極の形成方法としては、例えば、半導体基板の受光面に導電性ペーストを焼成して受光面電極を形成する方法があり、この方法では、導電性ペーストに添加されているガラス粉末の作用でもって反射防止膜５６が破られ、導電性ペースト中の金属成分と拡散層との間でオーミックコンタクトが形成される（特許文献４参照）。

米国特許第７，１３５，３５０号明細書 特開２００３−１７４２８号公報 特開２００６−２４７５８号公報 特開平１１−２１３７５４号公報

C.Duranほか4名，25thEuropean photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition / 5th WorldConference on Photovoltaic Energy Conversion, 6-10 September 2010, Valencia,Spain， p.2348 - p.2352 [BIFACIAL SOLAR CELLS WITH BORON BAKCK SURFACE FIELD]

しかしながら、上述した従来の裏面電極型太陽電池５０の製造方法では、半導体基板１の裏面にｐ型不純物の拡散によりｐ^＋型半導体領域１０を形成する際には、図１１（ｃ）に示すように、ｐ^＋型半導体領域１０とともにその表面にボロンシリサイド層１１ａ及びボロンシリケートガラス層（ＢＳＧ）層１１ｂが形成されるため、ｐ^＋型半導体領域１０へのｎ型不純物の拡散を阻止する拡散マスクである保護膜（裏面パッシベーション膜）３３を形成する前に、保護膜ではないボロンシリサイド層１１ａや膜質の悪いＢＳＧ層１１ｂを除去する必要があり、裏面パッシベーション膜３３の形成工程が複雑であるという問題がある。

また、従来の両面受光型太陽電池５０ａの製造方法においても、裏面電極型太陽電池の製造方法と同様に、半導体基板５１の裏面にｐ型不純物の拡散によりｐ^＋型半導体領域５２を形成する際には、図１５（ｃ）に示すように、ｐ^＋型半導体領域５２とともにその表面にボロンシリサイド層５４ａ及びボロンシリケートガラス層（ＢＳＧ）層５４ｂが形成されるため、表面側へのｎ型不純物の拡散及びテクスチャ処理に対するマスク層（裏面パッシベーション膜）５３を形成する前に、保護膜ではないボロンシリサイド層５４ａや膜質の悪いＢＳＧ膜５４ｂを除去する必要があり、拡散などの処理に対するマスク層（裏面パッシベーション膜）５３の形成工程が複雑であるという問題がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、太陽電池を構成するｐ^＋型半導体領域を覆う不純物拡散処理などに対するマスク層の形成工程を簡略化することができ、これにより製造期間の短い太陽電池の製造方法を得ることを目的とする。

本発明に係る太陽電池の製造方法は、半導体基板の第１主面に不純物の拡散により半導体領域を形成する工程を含む太陽電池の製造方法であって、該半導体領域の形成工程は、該半導体基板の第１主面に選択的に不純物を拡散して該半導体領域を形成する拡散工程と、該不純物の拡散後に該半導体領域の表面上に形成されているシリサイド層及び該シリサイド層の表面を覆う絶縁層のうちの該絶縁層のみを選択的に除去する除去工程と、該シリサイド層の酸化により、後工程の処理に対するマスクとなる処理マスクを形成する酸化工程とを含むものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明は、上記太陽電池の製造方法を、前記半導体基板の第１主面とその反対側の第２主面の両方で受光を行うように構成された両面受光型太陽電池を製造する方法とし、前記拡散工程では、ｐ型不純物の拡散により前記半導体基板の第１主面にｐ^＋型半導体領域を形成し、前記後工程では、前記処理マスクを拡散マスクとするｎ型不純物の拡散により該半導体基板の第２主面にｎ^＋型半導体領域を形成することが好ましい。

本発明は、上記太陽電池の製造方法において、前記拡散工程は、前記半導体基板の第１主面にボロンを含む固相拡散源を形成し、熱処理により該半導体基板に該固相拡散源からボロンを拡散させてｐ^＋型半導体領域を形成し、前記除去工程では、該ボロンの拡散処理中に該半導体基板と該固相拡散源との界面に形成されたボロンシリサイド層、及び該ボロンシリサイド層上に残存する該固相拡散源のうちの該固相拡散源をフッ酸により除去し、前記酸化工程では、該ボロンシリサイド層の酸化によりボロンシリケートガラス層を前記処理マスクとして形成し、前記後工程では、該処理マスクをｎ型不純物の拡散マスクとして用いて、該半導体基板の第２主面にｎ^＋型半導体領域を形成することが好ましい。

本発明は、上記太陽電池の製造方法を、前記半導体基板の第１主面と反対側の第２主面でのみ受光を行うように構成された裏面電極型太陽電池を製造する方法とし、前記拡散工程では、ｐ型不純物の拡散により前記半導体基板の第１主面にｐ^＋型半導体領域を形成し、前記後工程では、前記処理マスクを拡散マスクとするｎ型不純物の拡散により該半導体基板の第１主面にｎ^＋型半導体領域を形成することが好ましい。

本発明は、上記太陽電池の製造方法において、前記拡散工程は、前記半導体基板の第２主面にｎ^＋型半導体領域を選択的に形成した後、前記半導体基板の第２主面にボロンを含む固相拡散源を該ｎ^＋型半導体領域以外の領域に形成し、熱処理により該半導体基板に該固相拡散源からボロンを拡散させてｐ^＋型半導体領域を形成し、前記除去工程では、該ボロンの拡散処理中に該半導体基板と該固相拡散源との界面に形成されたボロンシリサイド層、及び該ボロンシリサイド層上に残存する該固相拡散源のうちの該固相拡散源をフッ酸により除去し、前記酸化工程では、該ボロンシリサイド層の酸化によりボロンシリケートガラス層を前記処理マスクとして形成し、前記後工程では、該処理マスクをｎ型不純物の拡散マスクとして用いて、該半導体基板の第２主面にｎ^＋型半導体領域を形成することが好ましい。

以上のように、本発明によれば、太陽電池を構成するｐ^＋型半導体領域を覆う不純物拡散処理などに対するマスク層の形成工程を簡略化することができ、これにより製造期間の短い太陽電池の製造方法を実現することができる。

図１は、本発明の実施形態１による両面受光型太陽電池を説明する図であり、図１（ａ）はこの太陽電池の裏面側での電極の配置を示し、図１（ｂ）はそのＡ１−Ａ１’線断面の構造を示している。 図２は、本実施形態１による太陽電池の製造方法を説明する図であり、図２（ａ）〜図２（ｆ）は主要工程での断面構造を示している。 図３は、本実施形態１による太陽電池の製造方法を説明する図であり、図２（ｂ）に示す、半導体基板の裏面にｐ^＋型拡散層を形成する工程での具体的な処理（図３（ａ）〜図３（ｅ））を示している。 図４は、本発明の実施形態２による裏面電極型太陽電池を説明する図であり、図４（ａ）はこの裏面電極型太陽電池の裏面側の構造を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ４部分を拡大して示し、図４（ｃ）は図４（ｂ）のＢ４−Ｂ４’線部分の断面構造を示している。 図５は、本発明の実施形態２による太陽電池の製造方法を説明する図であり、図５（ａ）〜（ｄ）はこの太陽電池の製造方法における主要工程での断面構造を示している。 図６は、本発明の実施形態２による太陽電池の製造方法を説明する図であり、図６（ａ）〜（ｄ）はこの太陽電池の製造方法における主要工程での断面構造を示している。 図７は、本発明の実施形態２による太陽電池の製造方法を説明する図であり、図５（ｄ）に示す、半導体基板の裏面にｐ^＋型拡散層を形成する工程での具体的な処理（図７（ａ）〜図７（ｅ））を示している。 図８は、従来の裏面電極型太陽電池を説明する図であり、図８（ａ）はその裏面側の構造を示し、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ部分を拡大して示し、図８（ｃ）は図８（ｂ）のＢ−Ｂ’線部分の断面構造を示している。 図９は、従来の裏面電極型太陽電池の製造方法を説明する図であり、図９（ａ）〜図９（ｄ）はこの太陽電池の製造方法における主要工程での断面構造を示している。 図１０は、従来の裏面電極型太陽電池の製造方法を説明する図であり、図１０（ａ）〜図１０（ｄ）はこの太陽電池の製造方法における主要工程での断面構造を示している。 図１１は、図９（ｄ）に示す、半導体基板１の裏面にｐ^＋型半導体領域を形成する工程における具体的な処理（図１１（ａ）〜図１１（ｆ））を示している。 図１２は、従来の両面受光型太陽電池の構成を模式的に示す図であり、図１２（ａ）は裏面側での電極の配置を示し、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＢ−Ｂ’線部分の断面構造を示している。 図１３は、従来の両面受光型太陽電池の製造方法を説明する図であり、図１３（ａ）〜図１３（ｄ）は主要工程での断面構造を示している。 図１４は、従来の両面受光型太陽電池の製造方法を説明する図であり、図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は主要工程での断面構造を示している。 図１５は、図１３（ｂ）に示す、半導体基板の裏面にｐ^＋型拡散層を形成する工程における具体的な処理（図１５（ａ）〜図１５（ｆ））を示している。

まず、本発明の基本原理について説明する。

本発明は、半導体基板の第１主面に不純物の拡散により半導体領域を形成する工程を含む太陽電池の製造方法であって、該半導体領域の形成工程は、該半導体基板の第１主面に選択的に不純物を拡散して該半導体領域を形成する拡散工程と、該不純物の拡散後に該半導体領域の表面上に形成されているシリサイド層及び該シリサイド層の表面を覆う絶縁層のうちの該絶縁層のみを選択的に除去する除去工程と、該シリサイド層の酸化により、後工程の処理に対するマスクとなる処理マスクを形成する酸化工程とを含むものである。

このような構成の本発明では、半導体基板に不純物の拡散により半導体領域を形成した際にこの半導体領域上に形成されるシリサイド層を酸化して、後工程での処理マスクとして用いることが可能となる。これにより、シリサイド層を除去する処理、及びシリサイド層を除去した後に新たな保護膜を、後工程での処理に対する保護マスクとして形成する処理を省略することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１による太陽電池の製造方法を説明する図であり、図１（ａ）は太陽電池の裏面側での電極の配置を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ１−Ａ１’線断面の構造を示している。

この両面受光型太陽電池１００を構成する基板（太陽電池基板）１０１は、略正方形形状のｎ型シリコン基板（単結晶ｎ型シリコンウェハ）であり、図１（ｂ）に示すように、このｎ型シリコン基板１０１の裏面には凹凸部（テクスチャ構造）１０１ｂが形成されており、つまり、ｎ型シリコン基板１０１の裏面側は、入射光をその光路長を増大させて効率よく取り込むために凹凸形状に加工した構造となっている。そして、このｎ型シリコン基板１０１の裏面にはｐ^＋型半導体層（ｐ^＋型拡散層）１０２が全面に形成されており、さらにこのｐ^＋型拡散層１０２の表面には、反射防止膜１０５ｂとしてＳｉＮ膜が形成されている。また、この反射防止膜１０５ｂ上にはｐ型電極（裏面電極）１１１が形成されており、このｐ型電極１１１は反射防止膜１０５ｂを貫通してｐ^＋型半導体層１０２に達している。

ここで、このｐ型電極１１１は、図１（ａ）に示すように、所定の方向に延びる一対の主電極１１１ａと、これらの主電極１１１ａからこの主電極１１１ａと直交する方向に延びる枝電極１１１ｂとから構成されている。

また、ｎ型シリコン基板１０１の表面にも凹凸部（テクスチャ構造）１０１ａが形成されており、つまり、ｎ型シリコン基板１０１の表面側は、入射光をその光路長を増大させて効率よく取り込むために凹凸形状に加工した構造となっている。このｎ型シリコン基板１０１の表面には、ｎ^＋型半導体層（ｎ^＋型拡散層）１０４が形成されており、さらにこのｎ^＋型半導体層１０４の表面には、反射防止膜１０５ａとしてＳｉＮ膜が形成されている。また、この反射防止膜１０５ａ上には、ｎ型シリコン基板１０１の裏面側のｐ型電極１１１と同様の構造を有するｎ型電極（表面電極）１１２が形成されており、このｎ型電極１１２は反射防止膜１０５ａを貫通してｎ^＋型半導体層１０４に達している。

次に、本実施形態１の両面受光型太陽電池の製造方法について説明する。

図２は、本実施形態１による太陽電池の製造方法を説明する図であり、図２（ａ）〜図２（ｆ）は、主要工程での断面構造を示している。

まず、太陽電池基板としての半導体基板（単結晶ｎ型シリコンウェハ）１０１に対するダメージを除去するためにエッチング処理を施し、その後、半導体基板１０１の表面及び裏面の両面に対してテクスチャ処理を施してテクスチャ構造１０１ａ及び１０１ｂを形成する（図２（ａ））。なお、このテクスチャ処理は、太陽電池基板として単結晶シリコンウェハ１０１を用いる場合のみ必要であり、多結晶シリコンウェハを用いる場合は不要である。なぜなら、単結晶シリコンウェハの場合、その表面の面方位が決まっており、アルカリ性エッチャント等でシリコンウェハに対して異方性エッチングを行うことで、シリコンウェハの表面に簡単に凹凸構造（テクスチャ構造）を形成することができるのに対し、多結晶シリコンウェハの場合は、その表面に様々な面方位が存在するため、アルカリ性エッチャント等を用いた異方性エッチングは適していないためである。なお、多結晶シリコンウェハに対しては、ダメージ層の除去エッチングを行うか、酸エッチング等の等方性エッチングを行うことにより、その表面に多少の凹凸構造を形成することは可能である。

次に、この半導体ウェハ１の裏面にｐ型ドーパントを拡散してｐ^＋型拡散層（ｐ^＋型半導体領域）１０２を形成し（図２（ｂ））、さらに、このｐ^＋型拡散層（ｐ^＋型半導体領域）１０２とともに形成されたボロンシリサイド層１１０ｃの酸化により、このｐ^＋型拡散層１０２上にＢＳＧ膜１０１ｃを形成する。

図３は、半導体基板１０１の裏面にｐ^＋型半導体領域１０２及びボロンシリサイド層１１０ｃを形成する工程を詳しく説明する図であり、図２（ｂ）に示す工程での具体的な処理（図３（ａ）〜図３（ｅ））を示している。

まず、図３（ａ）に示すように、半導体基板１０１としてのｎ型シリコン基板の裏面にＰ^＋拡散剤として例えばＰＢＦ（東京応化工業株式会社製）を塗布してＰ型拡散源１１０を形成する（図３（ｂ））。このＰＢＦは、従来技術で説明したようにＰ型不純物（ボロン）の拡散源となるポリボロンフィルムである。このＰＢＦは、スピン塗布法により半導体ウェハ上に形成されるものであり、このＰＢＦを半導体ウェハの表面に塗布して熱処理を施すと、このＰＢＦから半導体基板の表面領域に不純物を拡散させることができる。なお、ＰＢＦを塗布する代わりに、シリコン基板１の裏面にＢＳＧ膜を成膜してもよい。

その後、熱処理により、塗布したＰ型拡散源１１０から固相拡散により半導体基板１０１の裏面にｐ^＋型半導体領域１０２を形成する。このｐ^＋型半導体領域１０２の不純物濃度は、１×１０^１９／ｃｍ^３〜５×１０^２０／ｃｍ^３である。

なお、拡散剤などの塗布をせずにＢＢｒ_３の雰囲気中での拡散でも同様にｐ^＋型拡散が行われる。ただし、この場合、半導体ウェハの両面に不純物が拡散することとなるので、半導体ウェハの表面側にはＰ型拡散マスクを形成しておく必要がある。

このとき、半導体ウェハ１のｐ^＋型拡散層１０２の表面には、ボロンシリサイド層１１０ａ、及びボロンシリケートガラス層（ＢＳＧ層）１１０ｂがそれぞれ５〜５０ｎｍ、及び１００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の厚さに形成される（図３（ｃ））。

次に、フッ酸処理（ＨＦ処理）によりＢＳＧ層１１０ｂを除去する（図３（ｄ））。これは、実質的にＰ型拡散源１１０であるＢＳＧ層１１０ｂを残したままにしておくと、このＢＳＧ層１１０ｂからのボロンの拡散によりｎ型不純物を拡散すべき領域にｐ型不純物が拡散されてしまうからである。なお、このとき、ボロンシリサイド層１１０ａは、ＨＦ処理では除去されないで残る。続いて、熱処理によりボロンシリサイド層１１０ａを酸化させてＢＳＧ膜１１０ｃに変換する（図３（ｅ））。これにより、図２（ｂ）に示す断面構造が得られる。

続いて、図２（ｃ）に示すように、ＢＳＧ膜１０１ｃを拡散マスクとして用いて、半導体基板１０１の裏面側に塗布したＰＳＧ膜（図示せず）を拡散源として、半導体基板１０１の表面にｎ^＋型半導体層（ｎ^＋型拡散層）１０４を形成する。このｎ^＋型半導体層１０４のリンの不純物濃度は、１×１０^１９／ｃｍ^３〜５×１０^２０／ｃｍ^３である。

その後、ｐ型不純物の拡散の際に形成されたボロンシリサイド層１１０ａを酸化して得られたＢＳＧ膜１０１ｃをＨＦ処理により除去する（図２（ｄ））。

次に、半導体基板１０１の表面及び裏面の両面に反射防止膜１０５ａおよび１０５ｂとして例えば膜厚５０ｎｍ〜１００ｎｍのＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）を形成する（図２（ｅ））。

最後に、半導体ウェハ１０１の表面及び裏面にｐ型電極１１１及びｎ型電極１１２として焼成電極をファイアースルーにより形成して太陽電池を完成する。

なお、ファイアースルーにより半導体基板の表面に絶縁層を介して焼成電極を形成する方法は、特開平１１−２１３７５４号公報（特許文献４）に開示されている。

このように、本実施形態１による両面受光型太陽電池１００の製造方法においては、半導体基板１０１の裏面にｐ型不純物の拡散によりｐ^＋型半導体領域１０２を形成する際に、ｐ^＋型半導体領域１０２の表面に形成されたボロンシリサイド層１１０ａは除去せずにこれを酸化によりボロンシリケートガラス層（ＢＳＧ）層１１０ｃに変換して、表面側のｎ^＋拡散に対する拡散マスクとして用いるので、ボロンシリサイド層１１０ａを除去する処理、及びボロンシリサイド層１１０ａを除去した後に新たな保護膜（例えばＢＳＧ層）を表面側のｎ^＋拡散に対する拡散マスクとして形成する処理を省略することができる。

これにより太陽電池を構成するｐ^＋型半導体領域を覆う不純物拡散処理などに対するマスク層の形成工程を簡略化することができ、これにより製造期間の短い太陽電池の製造方法を実現することができる。

（実施形態２）
図４は本発明の実施形態２による裏面電極型太陽電池を説明する平面図であり、図４（ａ）は、この裏面電極型太陽電池の裏面側の構造を示し、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ４部分を拡大して示し、図４（ｃ）は、図４（ｂ）のＢ４−Ｂ４’線部分の断面構造を示している。

まず、この実施形態２による太陽電池２００の裏面側の構造について説明する。

この太陽電池２００を構成する基板（太陽電池基板）２０１は略正方形形状のｎ型シリコン基板（ｎ型シリコンウェハ）であり、このｎ型シリコン基板２０１の裏面（受光面とは反対側の基板主面）には、帯状ｎ^＋型半導体領域２０９が、ｎ型シリコン基板２０１の対向する１組の側辺に平行となるよう所定の間隔で複数配置されており、さらに、これらの複数の帯状ｎ^＋型半導体領域２０９の一端側及び他端側にはそれぞれ、これらにつながる、帯状ｎ^＋型半導体領域２０９と直交する方向に延びる側縁ｎ^＋型半導体領域２０９ａが形成されており、帯状ｎ^＋型半導体領域２０９と側縁ｎ^＋型半導体領域２０９ａとが一体となってｎ^＋型半導体領域（ｎ^＋拡散領域）を構成している。

また、このｎ型シリコン基板２０１の裏面の、帯状ｎ^＋型半導体領域２０９及び側縁ｎ^＋型半導体領域２０９ａ以外の領域は、ｐ^＋型半導体領域（ｐ^＋拡散領域）となっている。特に、基板の裏面の、隣接する帯状ｎ^＋型半導体領域２０９の間には、これらの領域と平行な帯状ｐ^＋型半導体領域２１０が形成されており、さらに、基板の裏面の、最も外側の帯状ｎ^＋型半導体領域２０９及び側縁ｎ^＋型半導体領域２０９ａの外側の領域は、基板の外周縁に沿って位置する環状の外縁ｐ^＋型半導体領域２１０ａとなっている。この外縁ｐ^＋型半導体領域２１０ａは、最も外側の帯状ｎ^＋型半導体領域２０９に沿って延びる縦外縁ｐ^＋型半導体領域２１０ａ１と、側縁ｎ^＋型半導体領域２０９ａに沿って延びる横外縁ｐ^＋型半導体領域２１０ａ２とから構成されている。

また、このような構造のｎ型シリコン基板２０１では、帯状ｎ^＋型半導体領域２０９上にはこの領域２０９の平面形状に合わせた平面形状を有する帯状ｎ型電極２０２が形成されており、帯状ｐ^＋型半導体領域２１０上にはこの領域２１０の平面形状に合わせた平面形状を有する帯状ｐ型電極２０３が形成されている。

次に、この太陽電池２００の断面構造について図４（ｃ）を用いて説明する。

この太陽電池２００のｎ型シリコン基板２０１の受光面には、凹凸部（テクスチャ構造）２０５が形成されており、つまり、この受光面は、入射光をその光路長を増大させて効率よく取り込むために凹凸形状に加工した構造となっている。ｎ型シリコン基板２０１の凹凸部の表面部分には、酸化シリコン膜からなる受光面パッシベーション膜２２０が形成されている。

一方、ｎ型シリコン基板２０１の裏面側には、上記帯状ｎ^＋型半導体領域２０９と上記帯状ｐ^＋型半導体領域２１０とが、これらの領域の長手方向と直交する方向（紙面左右方向）に交互に並ぶよう形成されている。ここで、帯状ｐ^＋型半導体領域２１０の幅は、帯状ｎ^＋型半導体領域２０９の幅より広くなっている。これは、ｎ型シリコン基板２０１で生ずるキャリアのうち、発電電流を左右する少数キャリアである正孔を集める領域を広くするためである。

ここでは、帯状ｐ^＋型半導体領域２１０は、Ｐ型ドーパントであるボロンを拡散して形成したｐ^＋型拡散層であり、帯状ｎ^＋型半導体領域２０９は、Ｎ型ドーパントであるリンを拡散して形成したｎ^＋型拡散層である。

また、ｎ型シリコン基板２０１の受光面と反対側の裏面には、裏面パッシベーション膜２２１が形成されており、この裏面パッシベーション膜の、ｎ^＋型半導体領域２０９及びｐ^＋型半導体領域２１０上に位置する部分にはコンタクトホール２０２ａ及び２０３ａが形成され、ｎ^＋型半導体領域２０９及びｐ^＋型半導体領域２１０上には、ｎ型電極２０２及びｐ型電極２０３がこれらのコンタクトホール２０２ａ及び２０３ａを介して帯状ｎ^＋型半導体領域２０９及び帯状ｐ^＋型半導体領域２１０と電気的に接続されるよう形成されている。

次に、この裏面電極型太陽電池の製造方法について説明する。

図５及び図６は、この実施形態２による太陽電池の製造方法を説明する図であり、図５（ａ）〜（ｄ）及び図６（ａ）〜（ｄ）はこの太陽電池の製造方法における主要工程での断面構造を示している。

まず、太陽電池基板として、受光面側（図５の紙面上側）にテクスチャ構造２０５を形成したｎ型単結晶シリコン基板（以下、単に半導体基板という。）２０１を準備し、ｎ^＋拡散領域を形成する際のＮ^＋拡散マスクとして、ＮＳＧ（ノンドープ・シリケート・ガラス）膜２３１を、例えば常圧ＣＶＤ法により形成する（図５（ａ））。

次に、ＮＳＧ膜２３１を拡散マスクとしてＮ型不純物（リン）の拡散を行ってｎ^＋型半導体領域２０９を形成する（図５（ｂ））。このｎ^＋型半導体領域２０９の不純物濃度は、１×１０^１９／ｃｍ^３〜５×１０^２０／ｃｍ^３である。

次に、Ｎ^＋拡散マスクであるＮＳＧ膜２３１を除去した後、ＮＳＧ膜を例えば常圧ＣＶＤ法により形成し、そのｐ^＋型半導体領域の形成予定領域に相当する部分のみを選択的に除去して、ｐ^＋型半導体領域を形成する際のＰ^＋拡散マスク２３２を形成する（図５（ｃ））。

続いて、このＰ^＋拡散マスク２３２を用いて選択的にｐ型不純物（ボロン）を拡散してｐ^＋型半導体領域２１０を形成する（図５（ｄ））。

図７は、図５（ｄ）に示す、半導体基板２０１の裏面にｐ^＋型半導体領域２１０を形成する工程を詳しく説明する図であり、図５（ｄ）に示す工程での具体的な処理（図７（ａ）〜図７（ｅ））を示している。

まず、図７（ａ）（図５（ｃ））に示すシリコン基板２０１の裏面にＰ^＋拡散剤２５４として例えばＰＢＦ（東京応化工業株式会社製）を塗布する（図７（ｂ））。このＰＢＦは、実施形態１で説明したポリボロンフィルムと同一のものである。なお、このＰＢＦを塗布する代わりに、シリコン基板２０１の裏面にＢＳＧ膜を成膜してもよい。

その後、熱処理により、塗布したＰＢＦからボロンの固相拡散により半導体基板２０１の裏面にｐ^＋型半導体領域２１０を形成する。このｐ^＋型半導体領域２１０の不純物濃度は、１×１０^１９／ｃｍ^３〜５×１０^２０／ｃｍ^３である。なお、拡散剤などの塗布をせずにＢＢｒ_３の雰囲気中での拡散でも同様にｐ^＋型拡散が行われる。ただし、この場合、拡散マスクを半導体ウェハの表面側に形成しなければ、半導体ウェハの両面が拡散されることとなる。

このとき、半導体基板２０１のｐ^＋型半導体領域２１０の表面には、ボロンシリサイド層２５４ａ、及びボロンシリケートガラス層（ＢＳＧ）層２５４ｂがそれぞれ５〜５０ｎｍ、及び１００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の厚さに形成される（図７（ｃ））。

次に、フッ酸処理（ＨＦ処理）によりボロンシリケート（ＢＳＧ)層２５４ｂを除去する（図７（ｄ））。これは、実質的にＰ型拡散剤２５４であるＢＳＧ層２５４ｂを残したままにしておくと、このＢＳＧ層２５４ｂからのボロンの拡散によりｎ型不純物を拡散すべき領域にｐ型不純物が拡散されてしまうからである。なお、このとき、ボロンシリサイド層２５４ａは、ＨＦ処理では除去されないが、Ｐ^＋拡散マスク２３２としてのＮＳＧ膜は除去される。

続いて、熱処理によりボロンシリサイド層２５４ａを酸化させてＢＳＧ膜２５４ｃに変換する（図７（ｅ））。これにより、図５（ｄ）に示す断面構造が得られる。

その後、このＢＳＧ膜２５４ｃを拡散マスクとして受光面側にｎ^＋型表面領域であるＦＳＦ層（図示せず）を形成し、さらに半導体基板１の受光面に、膜厚５ｎｍ〜５０ｎｍ程度の受光面パッシベーション膜２２０を形成する（図６（ａ））。この受光面パッシベーション膜２２０は、例えば、窒化シリコン、酸化シリコン、またはそれらの積層体からなり、所謂、反射防止膜としても機能するものである。なお、受光面パッシベーション膜２２０には単層の窒化シリコンを用いる場合もある。

なお、受光面パッシベーション膜２２０の形成処理のとして酸化処理を行う場合は、裏面側も酸化されるため、その酸化膜が裏面側のパッシベーション膜２３３となる。

その後、さらにこのパッシベーション膜２３３のｎ型電極及びｐ型電極を形成すべき部分を選択的に除去してコンタクトホール２０２ａ及び２０３ａを形成する（図６（ｂ））。

さらに、半導体基板２０１の裏面のコンタクトホール２０２ａ及び２０３ａを形成した部分に、例えば銀などを含む導電性ペーストをスクリーン印刷法などで印刷し、その後、印刷した導電性ペーストの乾燥及び焼成を行う。これにより、ｎ^＋型半導体領域２０９にコンタクトホール２０２ａを介して接続されたｎ型電極２０２が形成され、ｐ^＋型半導体領域２１０にコンタクトホール２０３ａを介して接続されたｐ型電極２０３が形成される（図６（ｃ））。

このように、本実施形態２による裏面電極型太陽電池２００の製造方法においては、半導体基板２０１の裏面にｐ型不純物の拡散によりｐ^＋型半導体領域２１０を形成する際にｐ^＋型半導体領域２１０の表面に形成されたボロンシリサイド層２５４ａは除去せず、これを酸化によりボロンシリケートガラス層（ＢＳＧ層）２５４ｃに変換して、表面側のｎ^＋拡散に対する拡散マスクとして用いるので、ボロンシリサイド層２５４ａを除去する処理、及びボロンシリサイド層２５４ａを除去した後に新たな保護膜（例えばＢＳＧ層）を表面側のｎ^＋拡散に対する拡散マスクとして形成する処理を省略することができる。

これにより、太陽電池を構成するｐ^＋型半導体領域に対するｎ型不純物の拡散を防止する拡散マスクの形成工程を簡略化することができ、これにより製造期間の短い太陽電池の製造方法を得ることができる。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、太陽電池の製造方法の分野において、太陽電池を構成するｐ^＋型半導体領域を覆う不純物拡散処理などに対するマスク層の形成工程を簡略化することができ、これにより製造期間の短い太陽電池の製造方法を実現することができる。

１００ 両面受光型太陽電池
１０１、２０１ 太陽電池基板（ｎ型シリコン基板）
１０１ａ、２０５ 凹凸部（テクスチャ部）
１０１ｃ ＢＳＧ膜
１０２ ｐ^＋型拡散層（ｐ^＋型半導体領域）
１０４ ｎ型半導体領域
１０５ａ、１０５ｂ、２２０ 反射防止膜
１１０ａ ボロンシリサイド層
１１０ｂ ボロンシリケートガラス層（ＢＳＧ）層
１１０ｃ ＢＳＧ膜
１１１ ｐ型電極（裏面電極）
１１１ａ 電極枝部
１１１ｂ 電極基幹部
１１２ ｎ型電極
２００ 裏面電極型太陽電池
２０２ 帯状ｎ型電極
２０２ａ、２０３ａ コンタクトホール
２０３ 帯状ｐ型電極
２０９ 帯状ｎ^＋型半導体領域
２０９ａ 側縁ｎ^＋型半導体領域
２１０ 帯状ｐ^＋型半導体領域
２１０ａ 外縁ｐ^＋型半導体領域
２１０ａ１ 縦外縁ｐ^＋型半導体領域
２１０ａ２ 横外縁ｐ^＋型半導体領域
２２１ 裏面パッシベーション膜
２３１ ＮＳＧ（ノンドープ・シリケート・ガラス）膜
２３２ Ｐ^＋拡散マスク
２５４ Ｐ^＋拡散剤
２５４ａ ボロンシリサイド層
２５４ｂ ボロンシリケートガラス層（ＢＳＧ）層
２５４ｃ ＢＳＧ膜

Claims (5)

1. 半導体基板の第１主面に不純物の拡散により半導体領域を形成する工程を含む太陽電池の製造方法であって、
   該半導体領域の形成工程は、
   該半導体基板の第１主面に選択的に不純物を拡散して該半導体領域を形成する拡散工程と、
   該不純物の拡散後に該半導体領域の表面上に形成されているシリサイド層及び該シリサイド層の表面を覆う絶縁層のうちの該絶縁層のみを選択的に除去する除去工程と、
   該シリサイド層の酸化により、後工程の処理に対するマスクとなる処理マスクを形成する酸化工程とを含む、太陽電池の製造方法。
2. 請求項１に記載の太陽電池の製造方法は、前記半導体基板の第１主面とその反対側の第２主面の両方で受光を行うように構成された両面受光型太陽電池を製造する方法であり、
   前記拡散工程では、ｐ型不純物の拡散により前記半導体基板の第１主面にｐ^＋型半導体領域を形成し、
   前記後工程では、前記処理マスクを拡散マスクとするｎ型不純物の拡散により該半導体基板の第２主面にｎ^＋型半導体領域を形成する、太陽電池の製造方法。
3. 請求項２に記載の太陽電池の製造方法において、
   前記拡散工程は、
   前記半導体基板の第１主面にボロンを含む固相拡散源を形成し、熱処理により該半導体基板に該固相拡散源からボロンを拡散させてｐ^＋型半導体領域を形成し、
   前記除去工程では、
   該ボロンの拡散処理中に該半導体基板と該固相拡散源との界面に形成されたボロンシリサイド層、及び該ボロンシリサイド層上に残存する該固相拡散源のうちの該固相拡散源をフッ酸により除去し、
   前記酸化工程では、
   該ボロンシリサイド層の酸化によりボロンシリケートガラス層を前記処理マスクとして形成し、
   前記後工程では、該処理マスクをｎ型不純物の拡散マスクとして用いて、該半導体基板の第２主面にｎ^＋型半導体領域を形成する、太陽電池の製造方法。
4. 請求項１に記載の太陽電池の製造方法は、前記半導体基板の第１主面と反対側の第２主面でのみ受光を行うように構成された裏面電極型太陽電池を製造する方法であり、
   前記拡散工程では、ｐ型不純物の拡散により前記半導体基板の第１主面にｐ^＋型半導体領域を形成し、
   前記後工程では、前記処理マスクを拡散マスクとするｎ型不純物の拡散により該半導体基板の第１主面にｎ^＋型半導体領域を形成する、太陽電池の製造方法。
5. 請求項４に記載の太陽電池の製造方法において、
   前記拡散工程は、
   前記半導体基板の第２主面にｎ^＋型半導体領域を選択的に形成した後、
   前記半導体基板の第２主面にボロンを含む固相拡散源を該ｎ^＋型半導体領域以外の領域に形成し、熱処理により該半導体基板に該固相拡散源からボロンを拡散させてｐ^＋型半導体領域を形成し、
   前記除去工程では、
   該ボロンの拡散処理中に該半導体基板と該固相拡散源との界面に形成されたボロンシリサイド層、及び該ボロンシリサイド層上に残存する該固相拡散源のうちの該固相拡散源をフッ酸により除去し、
   前記酸化工程では、
   該ボロンシリサイド層の酸化によりボロンシリケートガラス層を前記処理マスクとして形成し、
   前記後工程では、該処理マスクをｎ型不純物の拡散マスクとして用いて、該半導体基板の第２主面にｎ^＋型半導体領域を形成する、太陽電池の製造方法。