JP2018186177A - SEMICONDUCTOR SUBSTRATE WITH SELECTIVE n-TYPE DIFFUSION LAYER, SOLAR CELL ELEMENT, MANUFACTURING METHOD OF SEMICONDUCTOR SUBSTRATE WITH SELECTIVE n-TYPE DIFFUSION LAYER, AND MANUFACTURING METHOD OF SOLAR CELL ELEMENT - Google Patents

SEMICONDUCTOR SUBSTRATE WITH SELECTIVE n-TYPE DIFFUSION LAYER, SOLAR CELL ELEMENT, MANUFACTURING METHOD OF SEMICONDUCTOR SUBSTRATE WITH SELECTIVE n-TYPE DIFFUSION LAYER, AND MANUFACTURING METHOD OF SOLAR CELL ELEMENT Download PDF

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Tetsuya Sato
鉄也 佐藤
成宜 清水
Nariyoshi Shimizu
成宜 清水
信敏 西條
Nobutoshi Saijo
信敏 西條
野尻 剛
Takeshi Nojiri
剛 野尻
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer, capable of manufacturing a solar cell element excellent in power generation efficiency; a solar cell element using the semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer; a manufacturing method of a semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer; and a solar cell element manufactured by the manufacturing method.SOLUTION: A semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer includes: a p-type diffusion layer provided on a front main surface of a semiconductor substrate and containing boron as an acceptor element; a first n-type diffusion layer provided in a selective region on a back main surface of the semiconductor substrate and containing a donor element; a second n-type diffusion layer provided on a back main surface of the semiconductor substrate, and containing a donor element whose concentration is lower than the concentration of a donor element in the first n-type diffusion layer. The first n-type diffusion layer and the second n-type diffusion layer have a boron concentration of 3.0×10atoms/cmor less.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、選択的n型拡散層付き半導体基板、太陽電池素子、選択的n型拡散層付き半導体基板の製造方法、及び太陽電池素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer, a solar cell element, a method for manufacturing a semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer, and a method for manufacturing a solar cell element.

まず従来の太陽電池素子の製造工程の一例について説明する。
太陽電池用基板として広く用いられているp型シリコン結晶等の結晶インゴットから数百μmほどの厚さに切り出した半導体基板に対して、表面に凹凸(テクスチャ構造)を形成する。テクスチャ構造を形成することで、得られる太陽電池素子が効率よく光を吸収できる。続いてオキシ塩化リン(POCl)、窒素及び酸素の混合ガス雰囲気において700℃〜900℃で数十分の熱処理を行って、p型半導体基板の表面に一様にn型拡散層を形成する。これによってp型半導体基板にpn接合を形成する。混合ガスを用いてリンの拡散を行った後に、p型半導体基板の裏面に形成された余分なn型拡散層をエッチングする。受光面のリン拡散層には、発生したキャリアの表面での再結合(表面再結合ともいう)を防ぐためSiO、Al、窒化ケイ素(SiN)等の膜をパッシベーション層として形成する。このパッシベーション層は集光率を高めるための反射防止膜として機能してもよい。最後に、受光面にAgを主成分とした電極組成物を、裏面にはAlを主成分とした電極組成物をそれぞれ塗布してこれを熱処理(焼成)してオーミックコンタクトを得る。このとき、p型半導体基板の裏側の表面にはAlによって高濃度のp型拡散層が形成される。この高濃度のp型拡散層は太陽電池特性を高める効果がある。
First, an example of a manufacturing process of a conventional solar cell element will be described.
Concavities and convexities (texture structure) are formed on the surface of a semiconductor substrate cut out to a thickness of about several hundred μm from a crystal ingot such as a p-type silicon crystal widely used as a substrate for solar cells. By forming the texture structure, the obtained solar cell element can absorb light efficiently. Subsequently, several tens of minutes of heat treatment is performed at 700 ° C. to 900 ° C. in a mixed gas atmosphere of phosphorus oxychloride (POCl 3 ), nitrogen and oxygen to form an n-type diffusion layer uniformly on the surface of the p-type semiconductor substrate. . Thereby, a pn junction is formed in the p-type semiconductor substrate. After diffusion of phosphorus using a mixed gas, an excess n-type diffusion layer formed on the back surface of the p-type semiconductor substrate is etched. A film of SiO 2 , Al 2 O 3 , silicon nitride (SiN x ) or the like is formed as a passivation layer in the phosphorous diffusion layer on the light receiving surface in order to prevent recombination (also referred to as surface recombination) on the surface of the generated carriers. To do. This passivation layer may function as an antireflection film for increasing the light collection rate. Finally, an electrode composition mainly composed of Ag is applied to the light receiving surface, and an electrode composition mainly composed of Al is applied to the back surface, and this is heat-treated (fired) to obtain an ohmic contact. At this time, a high-concentration p-type diffusion layer is formed of Al on the back surface of the p-type semiconductor substrate. This high-concentration p-type diffusion layer has the effect of improving the solar cell characteristics.

n型半導体基板を用いた太陽電池素子は、p型半導体基板を用いた太陽電池素子よりも発電効率が高いことが知られている。これは、n型半導体基板はp型半導体基板に比べてキャリアライフタイムが長く、酸素欠陥が少ないために高い発電効率を得られやすいためである。n型半導体基板を用いて太陽電池素子を作製する場合、pn接合を形成するためにホウ素等のアクセプタ元素を拡散させる工程を含むことがある。アクセプタ元素としてホウ素を用いる場合の拡散方法としては、三臭化ホウ素(BBr)ガス等を用いる方法、ホウ素を含有する塗布材料を用いる方法、イオン注入法などが知られている。 It is known that a solar cell element using an n-type semiconductor substrate has higher power generation efficiency than a solar cell element using a p-type semiconductor substrate. This is because an n-type semiconductor substrate has a longer carrier lifetime and fewer oxygen defects than a p-type semiconductor substrate, making it easy to obtain high power generation efficiency. When a solar cell element is manufactured using an n-type semiconductor substrate, a step of diffusing an acceptor element such as boron may be included in order to form a pn junction. Known diffusion methods using boron as an acceptor element include a method using boron tribromide (BBr 3 ) gas, a method using a coating material containing boron, and an ion implantation method.

n型半導体基板を用いた太陽電池素子として、両面受光型太陽電池素子が知られている。両面受光型太陽電池素子は一般に、基板の一方の面にアクセプタ元素を用いてp型拡散層を形成し、さらにもう一方の面にはリン等のドナー元素を用いて基板よりも濃度が高いn型拡散層を形成する。そして、両面において光を効率よく吸収しかつ電気を効率よく通すようにAgを主成分とした電極組成物を用いて電極を形成する。現在、両面受光型太陽電池素子は、基板の一方の面の全面に可能な限り均一にp型拡散層を形成することが求められている。そこで、アクセプタ元素としてホウ素を用いてp型拡散層を形成する場合にはBBrガス又は塗布材料が用いられることが多い。一方、リン等のドナー元素を用いてn型拡散層を形成する場合は、p型シリコン半導体基板を用いた太陽電池素子の製造に実績のあるPOClを含有するガスが用いられることが多い。 A double-sided light receiving solar cell element is known as a solar cell element using an n-type semiconductor substrate. In a double-sided solar cell element, a p-type diffusion layer is generally formed on one surface of a substrate using an acceptor element, and a donor element such as phosphorus is used on the other surface, and the concentration is higher than that of the substrate. A mold diffusion layer is formed. And an electrode is formed using the electrode composition which has Ag as a main component so that light may be absorbed efficiently on both surfaces, and electricity may be passed efficiently. Currently, a double-sided light-receiving solar cell element is required to form a p-type diffusion layer as uniformly as possible on the entire surface of one surface of a substrate. Therefore, when a p-type diffusion layer is formed using boron as an acceptor element, BBr 3 gas or a coating material is often used. On the other hand, when an n-type diffusion layer is formed using a donor element such as phosphorus, a gas containing POCl 3, which has a proven record in manufacturing a solar cell element using a p-type silicon semiconductor substrate, is often used.

両面受光型太陽電池素子の発電効率を高める方法として、可能な限りn型拡散層のドナー元素の濃度を低くして、表面再結合を抑制する方法が挙げられる。ドナー元素の濃度が低すぎると電極部の抵抗が高くなり効率よく電気を取出せなくなるため、電極を形成する領域で基板のドナー元素の濃度を高くする、いわゆるセレクティブバックサーフェースフィールド(以下S-BSFと記す)構造を有することで発電効率を高めることができる。例えば、特許文献1ではS−BSF構造を形成した太陽電池素子が高い光電変換効率を有することが示されている。   As a method for increasing the power generation efficiency of the double-sided light-receiving solar cell element, there is a method for suppressing surface recombination by reducing the concentration of the donor element in the n-type diffusion layer as much as possible. If the concentration of the donor element is too low, the resistance of the electrode portion becomes high and electricity cannot be extracted efficiently. Therefore, the concentration of the donor element in the substrate is increased in the region where the electrode is formed, so-called selective back surface field (hereinafter referred to as S-BSF). The power generation efficiency can be increased by having a structure. For example, Patent Document 1 shows that a solar cell element having an S-BSF structure has high photoelectric conversion efficiency.

特許第5885891号公報Japanese Patent No. 58858891

一般的に、S−BSFは、まず表主面にホウ素等のアクセプタ元素を拡散してp型拡散層を形成し、その後に裏主面にPOClガス等を用いてリン等のドナー元素を拡散してn型拡散層を形成する。しかしながら、表主面にアクセプタ元素を拡散する際に、裏主面へアクセプタ元素が回り込んで拡散(アウトディフュージョンともいう)してしまうことがある。そのため、p型拡散層を形成した後に裏主面に低濃度のn型拡散層を形成しても、低濃度のn型拡散層においてキャリアの再結合を充分抑制することができない。また、n型拡散層にアクセプタ元素が混入してしまうため、ドナー元素濃度の高い領域及び低い領域におけるドナー元素濃度の調整が困難となる。この結果、S−BSF構造を有する太陽電池素子であっても発電効率を充分に向上させにくいという課題がある。 In general, the S-BSF first forms a p-type diffusion layer by diffusing an acceptor element such as boron on the front main surface, and then a donor element such as phosphorus on the back main surface using POCl 3 gas or the like. Diffusion is performed to form an n-type diffusion layer. However, when the acceptor element is diffused to the front main surface, the acceptor element may wrap around the back main surface and diffuse (also referred to as out diffusion). Therefore, even if a low-concentration n-type diffusion layer is formed on the back main surface after the p-type diffusion layer is formed, carrier recombination cannot be sufficiently suppressed in the low-concentration n-type diffusion layer. In addition, since the acceptor element is mixed in the n-type diffusion layer, it is difficult to adjust the donor element concentration in a region having a high donor element concentration and a region having a low donor element concentration. As a result, there is a problem that even if it is a solar cell element having an S-BSF structure, it is difficult to sufficiently improve the power generation efficiency.

本開示は、発電効率に優れる太陽電池素子を製造可能な選択的n型拡散層付き半導体基板、該選択的n型拡散層付き半導体基板を用いた太陽電池素子、選択的n型拡散層付き半導体基板の製造方法、及び該製造方法により製造された太陽電池素子を提供することを課題とする。   The present disclosure relates to a semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer capable of manufacturing a solar cell element having excellent power generation efficiency, a solar cell element using the semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer, and a semiconductor with a selective n-type diffusion layer It aims at providing the manufacturing method of a board | substrate, and the solar cell element manufactured by this manufacturing method.

前記課題を解決する手段は、以下の通りである。
<1> 半導体基板の表主面に設けられ、アクセプタ元素としてホウ素を含有するp型拡散層と、半導体基板の裏主面の選択的な領域に設けられ、ドナー元素を含有する第一のn型拡散層と、半導体基板の裏主面に設けられ、ドナー元素を含有し前記第一のn型拡散層よりもドナー元素の濃度が低い第二のn型拡散層と、を有し、前記第一のn型拡散層及び前記第二のn型拡散層のいずれも、前記ホウ素の濃度が3.0×1017atoms/cm以下である、選択的n型拡散層付き半導体基板。
<2> 前記第二のn型拡散層のシート抵抗が90Ω/sq.〜300Ω/sq.である、<1>に記載の選択的n型拡散層付き半導体基板。
<3> 前記第一のn型拡散層のシート抵抗が10Ω/sq.〜85Ω/sq.である<1>又は<2>に記載の選択的n型拡散層付き半導体基板。
<4> p型拡散層を表主面に、及び第一のn型拡散層と前記第一のn型拡散層よりもドナー元素の濃度が低い第二のn型拡散層とを裏主面に有する<1>〜<3>のいずれか1項に記載の選択的n型拡散層付き半導体基板と、前記第一のn型拡散層の上に設けられた電極と、を有する、太陽電池素子。
<5> 半導体基板の表主面に、アクセプタ元素としてホウ素を含有するp型拡散層を形成する工程と、前記半導体基板の裏主面の選択的な領域にn型拡散層形成組成物を付与して、ドナー元素を含有する第一のn型拡散層を形成する工程、及び、前記半導体基板の裏主面に、ドナー元素を含有し前記第一のn型拡散層よりもドナー元素の濃度が低い第二のn型拡散層を形成する工程を含む、n型拡散層を形成する工程と、前記n型拡散層におけるホウ素の濃度が3.0×1017atoms/cm以下となるように制御する工程と、を含む、<1>〜<3>のいずれか1項に記載の選択的n型拡散層付き半導体基板の製造方法。
<6> 前記n型拡散層におけるホウ素の濃度が3.0×1017atoms/cm以下となるように制御する工程が、前記p型拡散層を形成する工程の前に半導体基板の裏主面にバリア層を形成する工程と、前記p型拡散層を形成する工程の後、及び前記n型拡散層を形成する工程の前に、前記バリア層を除去する工程と、を含む、<5>に記載の選択的n型拡散層付き半導体基板の製造方法。
<7> 前記n型拡散層におけるホウ素の濃度が3.0×1017atoms/cm以下となるように制御する工程が、前記p型拡散層を形成する工程の後、及び前記n型拡散層を形成する工程の前に、半導体基板の裏主面をエッチングする工程を含む、<5>又は<6>に記載の選択的n型拡散層付き半導体基板の製造方法。
<8> 前記n型拡散層におけるホウ素の濃度が3.0×1017atoms/cm以下となるように制御する工程が、前記p型拡散層を形成する工程において、ホウ素の揮散が抑制されたホウ素含有化合物を含有するp型拡散層形成組成物を付与してp型拡散層を形成することを含む、<5>〜<7>のいずれか1項に記載の選択的n型拡散層付き半導体基板の製造方法。
<9> 前記第二のn型拡散層がPOClガスの拡散によって形成される、<5>〜<8>のいずれか1項に記載の選択的n型拡散層付き半導体基板の製造方法。
<10> 前記n型拡散層形成組成物が、酸化物として表示したとき、P、P及びSbから選択される少なくとも1種のドナー元素含有物質と、SiO、KO、NaO、LiO、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、V、SnO、ZrO及びMoOから選択される少なくとも1種のガラス成分物質と、を含有するガラス粒子を含有する、<5>〜<9>のいずれか1項に記載の選択的n型拡散層付き半導体基板の製造方法。
<11> <5>〜<10>のいずれか一項に記載の製造方法により選択的n型拡散層を有する選択的n型拡散層付き半導体基板を製造する工程と、前記選択的n型拡散層上に電極を形成する工程と、を有する、太陽電池素子の製造方法。
Means for solving the above problems are as follows.
<1> A first n layer provided on a front main surface of a semiconductor substrate and provided in a selective region of a p-type diffusion layer containing boron as an acceptor element and a back main surface of the semiconductor substrate and containing a donor element And a second n-type diffusion layer provided on the back main surface of the semiconductor substrate and containing a donor element and having a donor element concentration lower than that of the first n-type diffusion layer, A semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer, wherein both of the first n-type diffusion layer and the second n-type diffusion layer have a boron concentration of 3.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less.
<2> The sheet resistance of the second n-type diffusion layer is 90Ω / sq. ~ 300Ω / sq. The semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer according to <1>.
<3> The sheet resistance of the first n-type diffusion layer is 10Ω / sq. ~ 85Ω / sq. The semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer according to <1> or <2>.
<4> A p-type diffusion layer on the front main surface, and a first n-type diffusion layer and a second n-type diffusion layer having a lower donor element concentration than the first n-type diffusion layer on the back main surface A solar cell comprising: the semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer according to any one of <1> to <3>, and an electrode provided on the first n-type diffusion layer. element.
<5> Forming a p-type diffusion layer containing boron as an acceptor element on the front main surface of the semiconductor substrate, and applying an n-type diffusion layer forming composition to a selective region on the back main surface of the semiconductor substrate A step of forming a first n-type diffusion layer containing a donor element, and a concentration of a donor element containing a donor element on the back main surface of the semiconductor substrate rather than the first n-type diffusion layer A step of forming an n-type diffusion layer, including a step of forming a second n-type diffusion layer having a low thickness, and a concentration of boron in the n-type diffusion layer being 3.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less. The method for producing a semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer according to any one of <1> to <3>, comprising
<6> The step of controlling the concentration of boron in the n-type diffusion layer to be 3.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less is the step of forming the p-type diffusion layer before the step of forming the p-type diffusion layer. A step of forming a barrier layer on the surface, and a step of removing the barrier layer after the step of forming the p-type diffusion layer and before the step of forming the n-type diffusion layer. > The manufacturing method of the semiconductor substrate with a selective n-type diffused layer as described in>.
<7> The step of controlling the boron concentration in the n-type diffusion layer to be 3.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less is after the step of forming the p-type diffusion layer and the n-type diffusion. The method for producing a semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer according to <5> or <6>, comprising a step of etching the back main surface of the semiconductor substrate before the step of forming the layer.
<8> In the step of controlling the concentration of boron in the n-type diffusion layer to be 3.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less, the volatilization of boron is suppressed in the step of forming the p-type diffusion layer. The selective n-type diffusion layer according to any one of <5> to <7>, comprising applying a p-type diffusion layer forming composition containing a boron-containing compound to form a p-type diffusion layer Method for manufacturing a semiconductor substrate with a pad.
<9> The method for manufacturing a semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer according to any one of <5> to <8>, wherein the second n-type diffusion layer is formed by diffusion of POCl 3 gas.
<10> When the n-type diffusion layer forming composition is expressed as an oxide, at least one donor element-containing material selected from P 2 O 3 , P 2 O 5 and Sb 2 O 3 , and SiO 2 At least one glass selected from K 2 O, Na 2 O, Li 2 O, BaO, SrO, CaO, MgO, BeO, ZnO, PbO, CdO, V 2 O 5 , SnO, ZrO 2 and MoO 3 The method for producing a semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer according to any one of <5> to <9>, comprising glass particles containing a component substance.
<11> A step of manufacturing a semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer having a selective n-type diffusion layer by the manufacturing method according to any one of <5> to <10>, and the selective n-type diffusion And a step of forming an electrode on the layer.

本開示によれば、発電効率に優れる太陽電池素子を製造可能な選択的n型拡散層付き半導体基板、該選択的n型拡散層付き半導体基板を用いた太陽電池素子、選択的n型拡散層付き半導体基板の製造方法、及び該製造方法により製造された太陽電池素子が提供される。   According to the present disclosure, a semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer capable of producing a solar cell element with excellent power generation efficiency, a solar cell element using the semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer, and a selective n-type diffusion layer A method for manufacturing a semiconductor substrate with a semiconductor chip and a solar cell element manufactured by the manufacturing method are provided.

本開示の太陽電池素子の製造工程の一例を概念的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows notionally an example of the manufacturing process of the solar cell element of this indication. 太陽電池素子を受光面から見た平面図である。It is the top view which looked at the solar cell element from the light-receiving surface. 図2Aの一部を拡大して示す斜視図である。It is a perspective view which expands and shows a part of FIG. 2A.

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合、原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not essential unless explicitly specified, unless otherwise clearly considered essential in principle. The same applies to numerical values and ranges thereof, and the present invention is not limited thereto.

本開示において「工程」との語は、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
本開示において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率又は含有量は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
本開示において各成分に該当する粒子は複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、各成分の粒子径は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本開示において成分の「含有率」とは、特に記載がなければ、当該成分が含まれる組成物の全量を100質量%としたときの、当該成分の質量%を表す。
本開示において「層」又は「膜」との語は、当該層又は膜が存在する領域を平面図として観察したときに、当該領域の全面に形成されている場合に加え、当該領域の一部に形成されている場合も包含される。
本開示において「積層」との語は、層を積み重ねることを示し、二以上の層が結合されていてもよく、二以上の層が着脱可能であってもよい。
本開示において「ガラス粒子」とは、ガラス(ガラス転移現象を示す非晶質固体)が粒子状になったものを意味する。
本発明の実施形態は、本開示の具体的且つ詳細な内容の一部又は全てを利用せずとも実施可能である。
また、本発明の概念を不明確にすることを避けるべく、公知の点については詳細な説明又は図示を省略する場合もある。
本開示において、平均粒子径は、レーザー回折散乱法を用いて測定される粒度分布において、小粒径側からの体積累積が50%となる体積平均粒子径として求められる。
本開示において「(メタ)アクリル酸」はアクリル酸及びメタクリル酸の少なくとも一方を意味し、「(メタ)アクリレート」はアクリレート及びメタクリレートの少なくとも一方を意味する。
In the present disclosure, the term “process” includes a process independent of another process and the process if the purpose of the process is achieved even when it cannot be clearly distinguished from the other process.
In the present disclosure, numerical ranges indicated using “to” indicate ranges including numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively.
In the numerical ranges described stepwise in the present disclosure, the upper limit value or the lower limit value described in one numerical range may be replaced with the upper limit value or the lower limit value of another numerical description. . Further, in the numerical ranges described in the present disclosure, the upper limit value or the lower limit value of the numerical range may be replaced with the values shown in the examples.
In the present disclosure, each component may contain a plurality of corresponding substances. When multiple types of substances corresponding to each component are present in the composition, the content or content of each component is the total content or content of the multiple types of substances present in the composition unless otherwise specified. Means quantity.
In the present disclosure, a plurality of particles corresponding to each component may be included. When a plurality of particles corresponding to each component are present in the composition, the particle diameter of each component means a value for a mixture of the plurality of particles present in the composition unless otherwise specified.
In the present disclosure, the “content ratio” of a component represents mass% of the component when the total amount of the composition containing the component is 100 mass% unless otherwise specified.
In the present disclosure, the term “layer” or “film” refers to a part of the region in addition to a case where the layer or the film is formed over the entire surface of the region when the region where the layer or the film exists is observed as a plan view. The case where it is formed is also included.
In the present disclosure, the term “lamination” indicates that layers are stacked, and two or more layers may be combined, or two or more layers may be detachable.
In the present disclosure, the “glass particle” means a glass (amorphous solid exhibiting a glass transition phenomenon) in the form of particles.
Embodiments of the present invention may be practiced without utilizing some or all of the specific and detailed content of the present disclosure.
In addition, in order to avoid obscuring the concept of the present invention, detailed description or illustration may be omitted for known points.
In the present disclosure, the average particle diameter is obtained as a volume average particle diameter at which the volume accumulation from the small particle diameter side becomes 50% in the particle size distribution measured using the laser diffraction scattering method.
In the present disclosure, “(meth) acrylic acid” means at least one of acrylic acid and methacrylic acid, and “(meth) acrylate” means at least one of acrylate and methacrylate.

≪選択的n型拡散層付き半導体基板≫
本開示の選択的n型拡散層付き半導体基板は、半導体基板の表主面に設けられ、アクセプタ元素としてホウ素を含有するp型拡散層と、半導体基板の裏主面の選択的な領域に設けられ、ドナー元素を含有する第一のn型拡散層と、半導体基板の裏主面に設けられ、ドナー元素を含有し第一のn型拡散層よりもドナー元素の濃度が低い第二のn型拡散層と、を有し、第一のn型拡散層及び第二のn型拡散層のいずれも、ホウ素の濃度が3.0×1017atoms/cm以下である。本開示の選択的n型拡散層付き半導体基板は、必要に応じてその他の構成を有していてもよい。
≪Semiconductor substrate with selective n-type diffusion layer≫
A semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer of the present disclosure is provided on a front main surface of a semiconductor substrate and provided in a selective region of a p-type diffusion layer containing boron as an acceptor element and a back main surface of the semiconductor substrate. A first n-type diffusion layer containing a donor element and a second n provided on the back main surface of the semiconductor substrate and containing a donor element and having a donor element concentration lower than that of the first n-type diffusion layer And the boron concentration of each of the first n-type diffusion layer and the second n-type diffusion layer is 3.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less. The semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer of the present disclosure may have other configurations as necessary.

本開示の選択的n型拡散層付き半導体基板によれば、発電効率に優れる太陽電池を製造することができる。この理由は明らかではないが、以下のように考えることができる。
アクセプタ元素としてホウ素を用いて半導体基板の表主面にp型拡散層を形成する場合、ホウ素が半導体基板の裏主面にまで揮散することがある。このとき、半導体基板の裏主面にn型拡散層を形成すると、ホウ素が裏主面にも拡散し、特にドナー元素濃度の低いn型拡散層の領域において、キャリアの再結合を充分抑制することができない。しかしながら、本開示の選択的n型拡散層付き半導体基板では、裏主面の第一のn型拡散層及び第二のn型拡散層のいずれにおいてもホウ素の濃度を3.0×1017atoms/cm以下とすることによって、ホウ素の混入によるキャリアの再結合の影響を抑えることができ、特にドナー元素濃度の低いn型拡散層の領域におけるキャリアの再結合の抑制効果をより高めることができると考えられる。また、その結果、太陽電池素子を製造したときの発電効率をより向上させることができると考えられる。
According to the semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer of the present disclosure, it is possible to manufacture a solar cell that is excellent in power generation efficiency. The reason for this is not clear, but can be considered as follows.
When a p-type diffusion layer is formed on the front main surface of a semiconductor substrate using boron as an acceptor element, boron may be volatilized to the back main surface of the semiconductor substrate. At this time, when an n-type diffusion layer is formed on the back main surface of the semiconductor substrate, boron diffuses also into the back main surface, and recombination of carriers is sufficiently suppressed, particularly in the region of the n-type diffusion layer having a low donor element concentration. I can't. However, in the semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer of the present disclosure, the boron concentration is set to 3.0 × 10 17 atoms in both the first n-type diffusion layer and the second n-type diffusion layer on the back main surface. / Cm 3 or less can suppress the effect of carrier recombination due to the incorporation of boron, and further enhance the effect of suppressing the carrier recombination particularly in the region of the n-type diffusion layer having a low donor element concentration. It is considered possible. As a result, it is considered that the power generation efficiency when the solar cell element is manufactured can be further improved.

本開示において選択的n型拡散層とは、限定された領域にドナー元素濃度の高いn型拡散層が形成されているn型拡散層を表す。限定された領域に他の領域のドナー元素と種類の異なるドナー元素の拡散領域が形成されている場合も、選択的n型拡散層に含まれる。
以下、選択的n型拡散層付き半導体基板を構成ごとに説明する。
In this disclosure, the selective n-type diffusion layer refers to an n-type diffusion layer in which an n-type diffusion layer having a high donor element concentration is formed in a limited region. A case where a diffusion region of a donor element of a different type from that of another region is formed in the limited region is also included in the selective n-type diffusion layer.
Hereinafter, the semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer will be described for each configuration.

<p型拡散層>
p型拡散層とは、半導体基板のアクセプタ元素が拡散している領域をいう。本開示のp型拡散層は、アクセプタ元素としてホウ素を含有し、半導体基板の表主面に形成されている。アクセプタ元素とは、半導体基板中に拡散してp型拡散層を形成することが可能な元素を意味する。本開示のp型拡散層は、アクセプタ元素として、ホウ素(B)に加えて、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)インジウム(In)等の第13族の元素をさらに含有していてもよい。
<P-type diffusion layer>
A p-type diffusion layer refers to a region where an acceptor element is diffused in a semiconductor substrate. The p-type diffusion layer of the present disclosure contains boron as an acceptor element and is formed on the front main surface of the semiconductor substrate. An acceptor element means an element that can diffuse into a semiconductor substrate to form a p-type diffusion layer. The p-type diffusion layer of the present disclosure may further contain a Group 13 element such as aluminum (Al) or gallium (Ga) indium (In) in addition to boron (B) as an acceptor element.

半導体基板の種類は特に制限されず、太陽電池素子の基板として使用可能な半導体基板を適用することができる。例えば、シリコン基板、リン化ガリウム基板、窒化ガリウム基板、ダイヤモンド基板、窒化アルミニウム基板、窒化インジウム基板、ヒ化ガリウム基板、ゲルマニウム基板、セレン化亜鉛基板、テルル化亜鉛基板、テルル化カドミウム基板、硫化カドミウム基板、リン化インジウム基板、炭化シリコン、シリコンゲルマニウム基板、及び銅インジウムセレン基板が挙げられる。シリコン基板としては、結晶シリコン基板等が挙げられる。半導体基板はn型半導体基板であっても、p型半導体基板であってもよい。   The kind in particular of a semiconductor substrate is not restrict | limited, The semiconductor substrate which can be used as a board | substrate of a solar cell element is applicable. For example, silicon substrate, gallium phosphide substrate, gallium nitride substrate, diamond substrate, aluminum nitride substrate, indium nitride substrate, gallium arsenide substrate, germanium substrate, zinc selenide substrate, zinc telluride substrate, cadmium telluride substrate, cadmium sulfide Examples include substrates, indium phosphide substrates, silicon carbide, silicon germanium substrates, and copper indium selenium substrates. Examples of the silicon substrate include a crystalline silicon substrate. The semiconductor substrate may be an n-type semiconductor substrate or a p-type semiconductor substrate.

本開示において半導体基板の表主面とは半導体基板の一方の面をいう。後述する裏主面とは、2つの主面のうちの他方の面をいう。   In the present disclosure, the front main surface of the semiconductor substrate refers to one surface of the semiconductor substrate. The back main surface described later refers to the other of the two main surfaces.

p型拡散層の形成方法は特に制限されず、ホウ素を含有するガスを用いる方法、ホウ素を含有する組成物を用いる方法等が挙げられる。p型拡散層の形成方法の具体例については後述する。   A method for forming the p-type diffusion layer is not particularly limited, and examples thereof include a method using a gas containing boron and a method using a composition containing boron. A specific example of the method for forming the p-type diffusion layer will be described later.

<第一のn型拡散層>
第一のn型拡散層は、半導体基板の裏主面の選択的な領域に設けられ、ドナー元素を含有する。本開示においてn型拡散層とは、半導体基板のドナー元素が拡散している領域をいう。
<First n-type diffusion layer>
The first n-type diffusion layer is provided in a selective region on the back main surface of the semiconductor substrate and contains a donor element. In the present disclosure, an n-type diffusion layer refers to a region where a donor element of a semiconductor substrate is diffused.

ドナー元素とは、半導体中に拡散させることによってn型拡散層を形成可能な元素である。ドナー元素としては、P(リン)、Sb(アンチモン)、As(ヒ素)等の第15族の元素が挙げられる。安全性等の観点からは、P(リン)が好適である。   A donor element is an element that can form an n-type diffusion layer by diffusing into a semiconductor. Examples of the donor element include Group 15 elements such as P (phosphorus), Sb (antimony), and As (arsenic). From the viewpoint of safety and the like, P (phosphorus) is preferable.

第一のn型拡散層の形成方法は、後述の第二のn型拡散層よりもドナー元素の濃度が高くなる限り、特に制限されない。例えば、ドナー元素を含有する組成物を用いる方法等が挙げられる。第一のn型拡散層の形成方法としては、後述する第一のn型拡散層を形成する方法が挙げられる。   The method for forming the first n-type diffusion layer is not particularly limited as long as the concentration of the donor element is higher than that of the second n-type diffusion layer described later. Examples thereof include a method using a composition containing a donor element. Examples of the method for forming the first n-type diffusion layer include a method for forming the first n-type diffusion layer described later.

第一のn型拡散層のシート抵抗は、電極形成部において効率的に電気を取り出す観点から、10Ω/sq.〜85Ω/sq.であることが好ましく、10Ω/sq.〜80Ω/sq.であることがより好ましい。   The sheet resistance of the first n-type diffusion layer is 10 Ω / sq. From the viewpoint of efficiently extracting electricity at the electrode forming portion. ~ 85Ω / sq. Is preferably 10Ω / sq. ~ 80Ω / sq. It is more preferable that

第一のn型拡散層及び後述の第二のn型拡散層のシート抵抗を調節する方法は特に限定されない。例えば、ドナー元素を拡散する工程において雰囲気の温度を調整して拡散量を調整する方法が挙げられる。また、ドナー元素を含有する組成物を用いて第一のn型拡散層又は第二のn型拡散層を形成する場合には、ドナー元素を含有する組成物のドナー元素濃度又は付与量を調整する方法等が挙げられる。   The method for adjusting the sheet resistance of the first n-type diffusion layer and the second n-type diffusion layer described later is not particularly limited. For example, a method of adjusting the amount of diffusion by adjusting the temperature of the atmosphere in the step of diffusing the donor element can be mentioned. In addition, when the first n-type diffusion layer or the second n-type diffusion layer is formed using a composition containing a donor element, the donor element concentration or application amount of the composition containing the donor element is adjusted. And the like.

<第二のn型拡散層>
第二のn型拡散層は、半導体基板の裏主面に設けられ、ドナー元素を含有し第一のn型拡散層よりもドナー元素の濃度が低い。
<Second n-type diffusion layer>
The second n-type diffusion layer is provided on the back main surface of the semiconductor substrate, contains a donor element, and has a lower donor element concentration than the first n-type diffusion layer.

第二のn型拡散層の形成方法は、第一のn型拡散層よりもドナー元素の濃度が低くなる限り、特に制限されない。第二のn型拡散層の形成方法としては、後述する第二のn型拡散層を形成する方法が挙げられる。   The method for forming the second n-type diffusion layer is not particularly limited as long as the concentration of the donor element is lower than that of the first n-type diffusion layer. Examples of the method for forming the second n-type diffusion layer include a method for forming a second n-type diffusion layer described later.

第二のn型拡散層のシート抵抗は、キャリアの表面再結合を効率的に抑制する観点から、90Ω/sq.〜300Ω/sq.であることが好ましく、100Ω/sq.〜250Ω/sq.であることがより好ましい。   The sheet resistance of the second n-type diffusion layer is 90 Ω / sq. From the viewpoint of efficiently suppressing surface recombination of carriers. ~ 300Ω / sq. And preferably 100 Ω / sq. ~ 250Ω / sq. It is more preferable that

<第一のn型拡散層及び第二のn型拡散層におけるホウ素の濃度>
本開示の選択的n型拡散層付き半導体基板では、第一のn型拡散層及び第二のn型拡散層のいずれも、ホウ素の濃度が3.0×1017atoms/cm以下である(以下、第一のn型拡散層及び第二のn型拡散層を合わせて単に「n型拡散層」ともいう)。n型拡散層におけるホウ素の濃度は2.0×1017atoms/cm以下であることが好ましく、1.0×1017atoms/cm以下であることがより好ましい。n型拡散層におけるホウ素の濃度の下限値に特に制限はなく、n型拡散層はホウ素を含まないことが好ましい。
<Concentration of boron in the first n-type diffusion layer and the second n-type diffusion layer>
In the semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer of the present disclosure, the boron concentration in each of the first n-type diffusion layer and the second n-type diffusion layer is 3.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less. (Hereinafter, the first n-type diffusion layer and the second n-type diffusion layer are also simply referred to as “n-type diffusion layer”). The boron concentration in the n-type diffusion layer is preferably 2.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less, and more preferably 1.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less. There is no particular limitation on the lower limit value of the boron concentration in the n-type diffusion layer, and the n-type diffusion layer preferably does not contain boron.

本開示において、n型拡散層におけるホウ素の濃度とは、n型拡散層の単位体積当たりのホウ素の原子数で表される濃度をいい、二次イオン質量分析法(SIMS)によって測定することができる。   In the present disclosure, the concentration of boron in the n-type diffusion layer refers to the concentration represented by the number of boron atoms per unit volume of the n-type diffusion layer, and can be measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS). it can.

n型拡散層におけるホウ素の濃度が3.0×1017atoms/cm以下となるように制御する方法は特に限定されない。例えば、(1)p型拡散層を形成する工程の前に半導体基板の裏主面にバリア層を形成して、p型拡散層を形成し、その後n型拡散層を形成する工程の前にバリア層を除去する方法、(2)p型拡散層を形成する工程の後、n型拡散層を形成する工程の前に、半導体基板の裏主面をエッチングする方法、(3)p型拡散層を形成する工程において、ホウ素の揮散が抑制されたホウ素含有化合物を含有するp型拡散層形成組成物を付与してp型拡散層を形成する方法等が挙げられる。n型拡散層におけるホウ素の濃度が3.0×1017atoms/cm以下となるように制御する具体的な方法については後述する。 A method for controlling the boron concentration in the n-type diffusion layer to be 3.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less is not particularly limited. For example, (1) before the step of forming the p-type diffusion layer, the barrier layer is formed on the back main surface of the semiconductor substrate to form the p-type diffusion layer, and then the step of forming the n-type diffusion layer. A method of removing the barrier layer, (2) a method of etching the back main surface of the semiconductor substrate after the step of forming the p-type diffusion layer and before the step of forming the n-type diffusion layer, (3) p-type diffusion In the step of forming a layer, a method of forming a p-type diffusion layer by applying a p-type diffusion layer-forming composition containing a boron-containing compound in which volatilization of boron is suppressed may be mentioned. A specific method for controlling the boron concentration in the n-type diffusion layer to be 3.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less will be described later.

≪選択的n型拡散層付き半導体基板の製造方法≫
本開示の選択的n型拡散層付き半導体基板の製造方法は、半導体基板の表主面に、アクセプタ元素としてホウ素を含有するp型拡散層を形成する工程(「p型拡散層形成工程」ともいう)と、半導体基板の裏主面の選択的な領域にn型拡散層形成組成物を付与して、ドナー元素を含有する第一のn型拡散層を形成する工程、及び、前記半導体基板の裏主面に、ドナー元素を含有し前記第一のn型拡散層よりもドナー元素の濃度が低い第二のn型拡散層を形成する工程を含む、n型拡散層を形成する工程(「n型拡散層形成工程」ともいう)と、前記n型拡散層におけるホウ素の濃度が3.0×1017atoms/cm以下となるように制御する工程(「ホウ素濃度制御工程」ともいう)と、を含む。選択的n型拡散層付き半導体基板の製造方法は、必要に応じてさらにその他の工程を有していてもよい。
≪Method for manufacturing semiconductor substrate with selective n-type diffusion layer≫
In the method of manufacturing a semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer of the present disclosure, a step of forming a p-type diffusion layer containing boron as an acceptor element on the main surface of the semiconductor substrate (also referred to as a “p-type diffusion layer formation step”). And forming a first n-type diffusion layer containing a donor element by applying an n-type diffusion layer forming composition to a selective region on the back main surface of the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate Forming a n-type diffusion layer including a step of forming a second n-type diffusion layer containing a donor element and having a donor element concentration lower than that of the first n-type diffusion layer ( Also referred to as “n-type diffusion layer forming step” and a step of controlling the boron concentration in the n-type diffusion layer to be 3.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less (also referred to as “boron concentration control step”). ) And. The method for manufacturing a semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer may further include other steps as necessary.

p型拡散層形成工程、及びn型拡散層形成工程は、いずれを先に行ってもよい。p型拡散層中のホウ素の濃度、及びn型拡散層中のドナー元素の濃度の調整が行いやすいという観点からは、p型拡散層形成工程の後に、n型拡散層形成工程を行うことが好ましい。一般的に、p型拡散層の形成は、アクセプタ元素を充分に拡散させるために、n型拡散層の形成よりも高温の熱処理を伴うことが多い。n型拡散層の形成後にp型拡散層を形成するため高温の熱処理を行うと、n型拡散層中のドナー元素濃度を調節しにくくなる。これに対して、n型拡散層の形成に先立ちp型拡散層を形成することで、n型拡散層中のドナー濃度及びp型拡散層中のアクセプタ濃度の両方を適切に制御しやすい傾向にある。   Any of the p-type diffusion layer forming step and the n-type diffusion layer forming step may be performed first. From the viewpoint of easy adjustment of the boron concentration in the p-type diffusion layer and the donor element concentration in the n-type diffusion layer, the n-type diffusion layer formation step may be performed after the p-type diffusion layer formation step. preferable. In general, the formation of the p-type diffusion layer is often accompanied by a heat treatment at a higher temperature than the formation of the n-type diffusion layer in order to sufficiently diffuse the acceptor element. If high-temperature heat treatment is performed to form a p-type diffusion layer after forming an n-type diffusion layer, it becomes difficult to adjust the donor element concentration in the n-type diffusion layer. On the other hand, by forming the p-type diffusion layer prior to the formation of the n-type diffusion layer, both the donor concentration in the n-type diffusion layer and the acceptor concentration in the p-type diffusion layer tend to be easily controlled. is there.

ホウ素濃度制御工程としては、例えば、(1)p型拡散層を形成する工程の前に半導体基板の裏主面にバリア層を形成する工程(「バリア層形成工程」ともいう)、並びにp型拡散層を形成する工程の後及びn型拡散層を形成する工程の前にバリア層を除去する工程(「バリア層除去工程」ともいう)、(2)p型拡散層を形成する工程の後、及びn型拡散層を形成する工程の前に、半導体基板の裏主面をエッチングする工程(「エッチング工程」ともいう)、(3)p型拡散層形成工程において、ホウ素の揮散が抑制されたホウ素含有化合物を含有するp型拡散層形成組成物を付与してp型拡散層を形成すること、等が挙げられ、これらを組み合わせて行ってもよい。n型拡散層のホウ素濃度を制御する具体的な方法はこれらに限定されない。ホウ素濃度制御工程を行う時期は特に制限されず、p型拡散層形成工程の前に行ってもよく、p型拡散層形成工程の後及びn型拡散層形成工程の前に行ってもよく、p型拡散層形成工程又はn型拡散層形成工程のいずれか少なくとも一方において、拡散層の形成方法を調整することにより行ってもよい。   As the boron concentration control step, for example, (1) a step of forming a barrier layer on the back main surface of the semiconductor substrate before the step of forming the p-type diffusion layer (also referred to as “barrier layer forming step”), and p-type After the step of forming the diffusion layer and before the step of forming the n-type diffusion layer, the step of removing the barrier layer (also referred to as “barrier layer removal step”), (2) after the step of forming the p-type diffusion layer And, before the step of forming the n-type diffusion layer, in the step of etching the back main surface of the semiconductor substrate (also referred to as “etching step”) and (3) the p-type diffusion layer forming step, volatilization of boron is suppressed. In addition, a p-type diffusion layer-forming composition containing a boron-containing compound is applied to form a p-type diffusion layer, and the like may be combined. The specific method for controlling the boron concentration in the n-type diffusion layer is not limited to these. The timing for performing the boron concentration control step is not particularly limited, and may be performed before the p-type diffusion layer formation step, may be performed after the p-type diffusion layer formation step and before the n-type diffusion layer formation step, In at least one of the p-type diffusion layer forming step and the n-type diffusion layer forming step, the diffusion layer forming method may be adjusted.

以下、選択的n型拡散層付き半導体基板の製造方法について工程ごとに説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer will be described step by step.

<バリア層形成工程、及びバリア層除去工程>
本開示の選択的n型拡散層付き半導体基板の製造方法は、ホウ素濃度制御工程として、p型拡散層形成工程の前にバリア層形成工程を有してもよい。本開示においてバリア層は、p型拡散層形成工程においてホウ素が飛散して半導体基板の裏主面へ及ぶことを防ぐ機能を有する。
バリア層の種類は、上記機能を有する限り特に限定されず、シリコン酸化膜(SiO等)、シリコン窒化膜(SiN)等であってもよい。バリア層の除去し易さという観点からは、バリア層はSiOを主成分とすることが好ましい。
<Barrier layer forming step and barrier layer removing step>
The method for manufacturing a semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer of the present disclosure may include a barrier layer formation step before the p-type diffusion layer formation step as the boron concentration control step. In the present disclosure, the barrier layer has a function of preventing boron from scattering and reaching the back main surface of the semiconductor substrate in the p-type diffusion layer forming step.
The type of the barrier layer is not particularly limited as long as it has the above function, and may be a silicon oxide film (SiO 2 or the like), a silicon nitride film (SiN x ), or the like. From the viewpoint of easy removal of the barrier layer, the barrier layer preferably contains SiO 2 as a main component.

形成するバリア層の平均厚さは特に限定されず、数十nm〜数百nmであってよい。バリア性能と除去し易さという観点からは、50nm〜500nmであることが好ましく、100nm〜300nmであることがより好ましい。バリア層の平均厚さは、干渉式膜厚測定計を用いて測定した5点の厚さの算術平均値とする。   The average thickness of the barrier layer to be formed is not particularly limited, and may be several tens nm to several hundreds nm. From the viewpoint of barrier performance and ease of removal, it is preferably 50 nm to 500 nm, and more preferably 100 nm to 300 nm. The average thickness of the barrier layer is an arithmetic average value of five thicknesses measured using an interference type film thickness meter.

バリア層を形成する方法として、熱酸化炉、スチーム熱酸化炉、PECVD(プラズマCVD;plasma-enhanced chemical vapor deposition)装置、APCVD(半導体用常圧CVD;atmospheric-pressure chemical vapor deposition)装置等を用いて形成する方法が挙げられる。汎用性が高いという観点から、バリア層は、PECVDによって形成される、又はスチーム熱酸化炉を用いて形成されることが好ましい。   As a method for forming the barrier layer, a thermal oxidation furnace, a steam thermal oxidation furnace, a PECVD (plasma CVD) apparatus, an APCVD (atmospheric-pressure chemical vapor deposition) apparatus, or the like is used. The method of forming is mentioned. From the viewpoint of high versatility, the barrier layer is preferably formed by PECVD or using a steam thermal oxidation furnace.

バリア層を形成した後、必要に応じて、余分に形成されたバリア層は一部除去されてもよい。例えば、熱酸化炉又はスチーム熱酸化炉を用いてSiO層を形成する場合、SiO層の形成後、p型不純物の拡散の前に、フッ酸水溶液等のエッチング液を用いて表主面に形成されたSiO層を除去してもよい。また、PECVDでSiOを形成する場合も、表主面端部等にSiO層が形成されている可能性があるので、これを除去してもよい。表主面のSiO層を除去するためにはエッチング液面に表主面を漬けるフローティングシングルサイドエッチング法等が適用できる。 After forming the barrier layer, a part of the excessively formed barrier layer may be removed if necessary. For example, when using a thermal oxidation furnace or steam thermal oxidation furnace to form an SiO 2 layer, after the formation of the SiO 2 layer, prior to the diffusion of the p-type impurity, the front main surface with an etching solution such as hydrofluoric acid aqueous solution The SiO 2 layer formed in (1) may be removed. Also, when forming the SiO 2 in PECVD, there is a possibility that the SiO 2 layer is formed on the front main surface end portion or the like may be removed. In order to remove the SiO 2 layer on the front main surface, a floating single side etching method or the like in which the front main surface is immersed in the etchant surface can be applied.

p型拡散層形成工程の前にバリア層形成工程を行う場合は、後述のp型拡散層形成工程の後、及びn型拡散層形成工程の前にバリア層を除去する、バリア層除去工程を行う。
バリア層を除去する方法は特に制限されず、フッ酸水溶液を使用する方法等が挙げられる。例えば、SiO層でバリア層を形成した場合には、フッ酸水溶液を用いることでバリア層を除去することができる。
When the barrier layer forming step is performed before the p-type diffusion layer forming step, the barrier layer removing step is performed to remove the barrier layer after the p-type diffusion layer forming step described later and before the n-type diffusion layer forming step. Do.
A method for removing the barrier layer is not particularly limited, and examples thereof include a method using a hydrofluoric acid aqueous solution. For example, when the barrier layer is formed of a SiO 2 layer, the barrier layer can be removed by using a hydrofluoric acid aqueous solution.

また、例えばp型拡散層の形成においてBSGが形成される場合には、フッ酸水溶液を用いてバリア層を除去すると、BSGも一括して除去することが可能である。この場合、半導体基板全体をフッ酸水溶液に浸漬して、BSGとバリア層を一括して除去する。また、BSGはn型不純物拡散工程におけるバリア層として活用してもよく、この場合は、本工程においてバリア層のみシングルサイドエッチングで除去してもよい。   Further, for example, when BSG is formed in the formation of the p-type diffusion layer, it is possible to remove BSG at once by removing the barrier layer using a hydrofluoric acid aqueous solution. In this case, the entire semiconductor substrate is immersed in a hydrofluoric acid aqueous solution, and the BSG and the barrier layer are removed together. Further, BSG may be utilized as a barrier layer in the n-type impurity diffusion step, and in this case, only the barrier layer may be removed by single-side etching in this step.

<p型拡散層形成工程>
p型拡散層形成工程では、半導体基板の表主面に、アクセプタ元素としてホウ素を含有するp型拡散層を形成する。
<P-type diffusion layer forming step>
In the p-type diffusion layer forming step, a p-type diffusion layer containing boron as an acceptor element is formed on the main surface of the semiconductor substrate.

p型拡散層の形成方法は特に制限されず、ホウ素を含有するガスを用いる方法、ホウ素を含有する組成物を用いる方法等が挙げられる。   A method for forming the p-type diffusion layer is not particularly limited, and examples thereof include a method using a gas containing boron and a method using a composition containing boron.

ホウ素を含有するガスとしては、三臭化ホウ素(BBr)、三塩化ホウ素(BCl)等が挙げられる。ホウ素を含有するガスを用いるp型拡散層の形成方法としては、BBrガスを用いて半導体基板上にボロンシリケートガラス(BSG)を形成して熱拡散処理を行う方法等が挙げられる。
ホウ素を含有するガスを用いる場合の熱拡散処理の雰囲気の温度は、800℃〜1050℃であることが好ましく、850℃〜1000℃であることがより好ましく、900℃〜970℃であることがさらに好ましい。熱拡散処理時間は、5分間〜90分間であることが好ましく、10分間〜60分間であることがより好ましい。尚、本開示において、熱拡散処理時間とは最高温度での保持時間をいう。熱拡散処理時間が5分間以上であると、半導体基板へのホウ素の拡散が充分となる傾向にあり、90分間以下であると、製造コストを抑えることができる傾向にある。熱処理には公知の連続炉、バッチ炉等が適用できる。
Examples of the gas containing boron include boron tribromide (BBr 3 ) and boron trichloride (BCl 3 ). Examples of a method for forming a p-type diffusion layer using a gas containing boron include a method of performing thermal diffusion treatment by forming boron silicate glass (BSG) on a semiconductor substrate using BBr 3 gas.
When the gas containing boron is used, the temperature of the atmosphere of the thermal diffusion treatment is preferably 800 ° C. to 1050 ° C., more preferably 850 ° C. to 1000 ° C., and 900 ° C. to 970 ° C. Further preferred. The thermal diffusion treatment time is preferably 5 minutes to 90 minutes, and more preferably 10 minutes to 60 minutes. In the present disclosure, the thermal diffusion treatment time refers to the holding time at the maximum temperature. When the thermal diffusion treatment time is 5 minutes or longer, boron tends to be sufficiently diffused into the semiconductor substrate, and when it is 90 minutes or shorter, the manufacturing cost tends to be suppressed. A known continuous furnace, batch furnace, or the like can be applied to the heat treatment.

ホウ素を含有する組成物を用いるp型拡散層の形成方法としては、例えば、ホウ素を含む組成物を半導体基板に付与し、熱拡散処理を行う方法が挙げられる。   Examples of a method for forming a p-type diffusion layer using a composition containing boron include a method in which a composition containing boron is applied to a semiconductor substrate and a thermal diffusion treatment is performed.

ホウ素を含む組成物を半導体基板に付与する方法は特に制限されず、例えば、印刷法、スピンコート法、刷毛塗り、スプレー法、ドクターブレード法、ロールコート法、APCVD(常圧CVD)、及びインクジェット法が挙げられる。
ホウ素を含有する組成物を付与した後の熱拡散処理の雰囲気の温度は、800℃〜1050℃であることが好ましく、850℃〜1000℃であることがより好ましく、900℃〜970℃であることがさらに好ましい。熱拡散処理時間は、5分間〜90分間であることが好ましく、10分間〜60分間であることがより好ましい。熱処理には公知の連続炉、バッチ炉等が適用できる。熱拡散処理時間が5分間以上であると、半導体基板へのアクセプタ元素の拡散が充分となる傾向にあり、90分間以下であると、製造コストを抑えることができる傾向にある。
The method for applying the boron-containing composition to the semiconductor substrate is not particularly limited. For example, a printing method, a spin coating method, a brush coating, a spray method, a doctor blade method, a roll coating method, APCVD (atmospheric pressure CVD), and an inkjet Law.
The temperature of the atmosphere of the thermal diffusion treatment after applying the boron-containing composition is preferably 800 ° C to 1050 ° C, more preferably 850 ° C to 1000 ° C, and 900 ° C to 970 ° C. More preferably. The thermal diffusion treatment time is preferably 5 minutes to 90 minutes, and more preferably 10 minutes to 60 minutes. A known continuous furnace, batch furnace, or the like can be applied to the heat treatment. If the thermal diffusion treatment time is 5 minutes or more, the acceptor element tends to be sufficiently diffused into the semiconductor substrate, and if it is 90 minutes or less, the manufacturing cost tends to be suppressed.

ホウ素を拡散するために熱処理を行うとき、半導体基板の裏主面が向き合うように2枚重ね合わせて半導体基板を炉内に設置し、熱処理を行ってもよい。これにより、ホウ素が裏主面に回りこむことを抑制することができる。   When heat treatment is performed to diffuse boron, two semiconductor substrates may be stacked in a furnace so that the back main surfaces of the semiconductor substrates face each other, and the heat treatment may be performed. Thereby, it can suppress that boron wraps around a back main surface.

本開示の選択的n型拡散層付き半導体基板の製造方法は、ホウ素濃度制御工程として、p型拡散層形成工程において、ホウ素の揮散が抑制された特定ホウ素含有化合物を含有するp型拡散層形成組成物を付与してp型拡散層を形成することを含んでもよい。特定ホウ素含有化合物としては、例えば、ホウ素を含有するガラス粒子、ホウ素含有酸化ケイ素化合物が挙げられる。   In the method for manufacturing a semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer of the present disclosure, as a boron concentration control step, p-type diffusion layer formation containing a specific boron-containing compound in which volatilization of boron is suppressed in the p-type diffusion layer formation step Applying the composition to form a p-type diffusion layer may be included. Examples of the specific boron-containing compound include glass particles containing boron and a boron-containing silicon oxide compound.

p型拡散層形成組成物としてホウ素を含有するガラス粒子を含む組成物を用いる場合、ホウ素がガラス粒子中に存在することで、ホウ素が熱拡散処理中に外部に揮散することが抑制される傾向にある。この理由として例えば、ホウ素がガラス粒子内の元素と結合しているか、又はガラス中に取り込まれているため、揮散しにくいものと考えられる。このため、熱拡散処理中にホウ素が揮散することが抑制される傾向にある。
p型拡散層形成組成物として、ホウ素含有酸化ケイ素化合物を用いる場合、ホウ素含有酸化ケイ素化合物は、酸化ケイ素前駆体とホウ素化合物のゾル−ゲル反応により得ることができる。このようにして得られるホウ素含有酸化ケイ素化合物は、ホウ素化合物が酸化ケイ素(シロキサン)の化学結合によるネットワーク中に分散した構造となるため、揮散しにくいものと考えられる。
When a composition containing glass particles containing boron is used as the p-type diffusion layer forming composition, the presence of boron in the glass particles tends to suppress boron from being volatilized outside during the thermal diffusion treatment. It is in. For this reason, for example, boron is bonded to an element in the glass particle or is taken into the glass, so that it is considered that it is difficult to volatilize. For this reason, it tends to be suppressed that boron is volatilized during the thermal diffusion treatment.
When a boron-containing silicon oxide compound is used as the p-type diffusion layer forming composition, the boron-containing silicon oxide compound can be obtained by a sol-gel reaction between a silicon oxide precursor and a boron compound. The boron-containing silicon oxide compound thus obtained is considered to be difficult to volatilize because the boron compound has a structure in which the boron compound is dispersed in a network formed by chemical bonding of silicon oxide (siloxane).

<エッチング工程>
本開示の選択的n型拡散層付き半導体基板の製造方法は、ホウ素濃度制御工程として、p型拡散層を形成する工程の後、及びn型拡散層を形成する工程の前に、半導体基板の裏主面をエッチングする工程(エッチング工程)を有していてもよい。p型拡散層形成工程においてホウ素が半導体基板の裏主面にアウトディフュージョンした場合であっても、エッチング工程により、裏主面に付着したアクセプタ元素、又は裏主面の表面に形成されたp型拡散層を除去することができる。
<Etching process>
In the method for manufacturing a semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer of the present disclosure, the boron concentration control step is performed after the step of forming the p-type diffusion layer and before the step of forming the n-type diffusion layer. You may have the process (etching process) of etching a back main surface. Even if boron is out-diffused on the back main surface of the semiconductor substrate in the p-type diffusion layer forming step, the acceptor element attached to the back main surface or the p-type formed on the surface of the back main surface by the etching step The diffusion layer can be removed.

エッチングを行う方法としては、エッチング液を用いる方法等が挙げられる。エッチング液としては、酸溶液又はアルカリ溶液が挙げられる。酸溶液としては、フッ酸を含むことが好ましい。フッ酸は単独で用いても、他の酸溶液と組み合わせて用いてもよい。なかでもフッ酸溶液と硝酸溶液の混合液を用いることがより好ましい。アルカリ溶液としては水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液等を用いてよい。   Examples of the etching method include a method using an etching solution. Examples of the etching solution include an acid solution and an alkali solution. The acid solution preferably contains hydrofluoric acid. Hydrofluoric acid may be used alone or in combination with other acid solutions. Among these, it is more preferable to use a mixed solution of a hydrofluoric acid solution and a nitric acid solution. As the alkaline solution, an aqueous sodium hydroxide solution, an aqueous potassium hydroxide solution, an aqueous tetramethylammonium hydroxide solution or the like may be used.

エッチング液を用いてエッチングを行う場合、半導体基板にエッチング液を浸漬する時間は特に制限されず、0.5分間〜30分間としてもよく、0.5分間〜10分間とすることが好ましい。   When etching is performed using an etchant, the time for immersing the etchant in the semiconductor substrate is not particularly limited, and may be 0.5 minutes to 30 minutes, and is preferably 0.5 minutes to 10 minutes.

本実施形態のエッチング工程では、裏主面をエッチングして、表主面のエッチングは行わない。このため、半導体基板の裏主面をエッチング液に浸漬するシングルサイドエッチング法を用いることが好ましい。   In the etching process of the present embodiment, the back main surface is etched and the front main surface is not etched. For this reason, it is preferable to use the single side etching method which immerses the back main surface of a semiconductor substrate in etching liquid.

<n型拡散層形成工程>
n型拡散層形成工程は、半導体基板の裏主面の選択的な領域にn型拡散層形成組成物を付与して、ドナー元素を含有する第一のn型拡散層を形成する工程(「第一のn型拡散層形成工程」ともいう)、及び、半導体基板の裏主面に、ドナー元素を含有し第一のn型拡散層よりもドナー元素の濃度が低い第二のn型拡散層を形成する工程(「第二のn型拡散層形成工程」ともいう)を含む。
<N-type diffusion layer forming step>
In the n-type diffusion layer forming step, the n-type diffusion layer forming composition is applied to a selective region on the back main surface of the semiconductor substrate to form a first n-type diffusion layer containing a donor element (“ First n-type diffusion layer forming step) and second n-type diffusion containing a donor element on the back main surface of the semiconductor substrate and having a lower donor element concentration than the first n-type diffusion layer. A step of forming a layer (also referred to as a “second n-type diffusion layer forming step”).

第一のn型拡散層形成工程と、第二のn型拡散層形成工程は、いずれが先であってもよい。また、第一のn型拡散層形成工程と、第二のn型拡散層形成工程とが、一連の工程であってもよい。
高温の熱処理によってドナー元素濃度の高い第一のn型拡散層を先に形成し、これよりも低温の熱処理によってドナー元素濃度の低い第二のn型拡散層を形成すると、第一のn型拡散層及び第二のn型拡散層におけるドナー元素濃度の調節が容易となる。上記観点からは、第一のn型拡散層を先に形成することが好ましい。工程の簡略化の観点からは、両工程を一連の工程で行うことが好ましい。
以下、第一のn型拡散層形成工程、及び第二のn型拡散層形成工程のそれぞれについて説明する。
Either the first n-type diffusion layer forming step or the second n-type diffusion layer forming step may be first. Further, the first n-type diffusion layer forming step and the second n-type diffusion layer forming step may be a series of steps.
When the first n-type diffusion layer having a high donor element concentration is formed first by high-temperature heat treatment, and the second n-type diffusion layer having a low donor element concentration is formed by low-temperature heat treatment, the first n-type diffusion layer is formed. The donor element concentration in the diffusion layer and the second n-type diffusion layer can be easily adjusted. From the above viewpoint, it is preferable to form the first n-type diffusion layer first. From the viewpoint of simplifying the steps, it is preferable to perform both steps in a series of steps.
Hereinafter, each of the first n-type diffusion layer forming step and the second n-type diffusion layer forming step will be described.

〔第一のn型拡散層形成工程〕
第一のn型拡散層形成工程では、半導体基板の裏主面の選択的な領域にn型拡散層形成組成物を付与して、ドナー元素を含有する第一のn型拡散層を形成する。まず、本工程で用いられるn型拡散層形成組成物について説明する。なお、本実施形態において、n型拡散層形成組成物は少なくとも第一のn型拡散層の形成に用いられる。第二のn型拡散層は、半導体基板にn型拡散層形成組成物を付与して形成してもよく、他の方法によって形成してもよい。
[First n-type diffusion layer forming step]
In the first n-type diffusion layer forming step, an n-type diffusion layer forming composition is applied to a selective region on the back main surface of the semiconductor substrate to form a first n-type diffusion layer containing a donor element. . First, the n-type diffusion layer forming composition used in this step will be described. In the present embodiment, the n-type diffusion layer forming composition is used for forming at least the first n-type diffusion layer. The second n-type diffusion layer may be formed by applying an n-type diffusion layer forming composition to a semiconductor substrate, or may be formed by other methods.

−n型拡散層形成組成物−
本開示において、n型拡散層形成組成物は、半導体基板に付与して拡散させることでn型拡散層を形成可能な組成物をいう。n型拡散層形成組成物は、ドナー元素を含有し、半導体基板中に付与して拡散させることによってn型拡散層を形成できるものであれば特に制限されない。n型拡散層形成組成物は、例えば、ドナー元素を含有する化合物と分散媒とを含有する組成物であってよく、必要に応じてその他の成分を含有してもよい。
-N-type diffusion layer forming composition-
In the present disclosure, the n-type diffusion layer forming composition refers to a composition capable of forming an n-type diffusion layer by being applied to a semiconductor substrate and diffusing. The n-type diffusion layer forming composition is not particularly limited as long as it contains a donor element and can form an n-type diffusion layer by being applied and diffused in a semiconductor substrate. The n-type diffusion layer forming composition may be, for example, a composition containing a compound containing a donor element and a dispersion medium, and may contain other components as necessary.

(ドナー元素を含有する化合物)
ドナー元素を含有する化合物としては特に制限はない。例えば、P、P等の酸化物;リンシリサイド、リンをドープしたシリコン粒子、リン酸カルシウム、リン酸、リンを含有するガラス粒子等の無機リン化合物;及び、ホスホン酸、亜ホスホン酸、ホスフィン酸、亜ホスフィン酸、ホスフィン、ホスフィンオキシド、リン酸エステル、亜リン酸エステル等の有機リン化合物を例示することができる。
(Compound containing donor element)
There is no restriction | limiting in particular as a compound containing a donor element. For example, oxides such as P 2 O 5 and P 2 O 3 ; inorganic phosphorus compounds such as phosphorus silicide, silicon particles doped with phosphorus, calcium phosphate, phosphoric acid, glass particles containing phosphorus; and phosphonic acid and phosphonous Examples thereof include organic phosphorus compounds such as acid, phosphinic acid, phosphinic acid, phosphine, phosphine oxide, phosphate ester, and phosphite ester.

これらの中でもP、P、及び半導体基板へドナー元素を拡散させる際の熱処理の温度(例えば800℃以上)においてPを含有する化合物へ変化し得る化合物(リン酸二水素アンモニウム、リン酸、亜ホスホン酸、ホスフィン酸、亜ホスフィン酸、ホスフィン、ホスフィンオキシド、リン酸エステル、亜リン酸エステル等)からなる群より選ばれる1種以上を用いることが好ましく、これらの中でも融点が1000℃以下である化合物を用いることがより好ましい。これは、半導体基板へ熱拡散する際に、ドナー元素を含有する化合物が溶融状態となりやすく、半導体基板へ均一にドナー元素を拡散しやすいためである。このような化合物として具体的には、P、及びリンを含有するガラス粒子からなる群より選ばれる1種以上を用いることが好ましい。また、ドナー元素を含有する化合物の融点が1000℃を超える場合は、融点が1000℃未満の化合物をさらに添加することで、ドナー元素を含有する化合物から、融点が1000℃未満の化合物を介して半導体基板へドナー元素が拡散するようにしてもよい。 Among these, P 2 O 3 , P 2 O 5 , and a compound (phosphoric acid) that can be changed to a compound containing P 2 O 5 at a heat treatment temperature (for example, 800 ° C. or more) when diffusing a donor element into a semiconductor substrate. It is preferable to use one or more selected from the group consisting of ammonium dihydrogen, phosphoric acid, phosphonous acid, phosphinic acid, phosphinic acid, phosphine, phosphine oxide, phosphate ester, phosphite ester, etc. Among them, it is more preferable to use a compound having a melting point of 1000 ° C. or lower. This is because the compound containing the donor element is likely to be in a molten state when thermally diffusing into the semiconductor substrate, and the donor element is easily diffused uniformly into the semiconductor substrate. Specifically, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of glass particles containing P 2 O 5 and phosphorus as such a compound. Further, when the melting point of the compound containing the donor element exceeds 1000 ° C., the compound having the melting point of less than 1000 ° C. is further added to the compound containing the donor element from the compound having the melting point of less than 1000 ° C. The donor element may be diffused into the semiconductor substrate.

前記n型拡散層形成組成物におけるドナー元素を含有する化合物の形態としては、粒子状のドナー元素を含有する化合物が分散媒に分散した状態であっても、ドナー元素を含有する化合物が分散媒に溶解した状態であってもよい。
ドナー元素を含有する化合物が固体の粒子状である場合の形状としては、略球状、扁平状、ブロック状、板状、鱗片状等が挙げられる。n型拡散層形成組成物の基板への付与性、均一拡散性等の点から、ドナー元素を含有する化合物の粒子の形状は略球状、扁平状又は板状であることが望ましい。
The form of the compound containing a donor element in the n-type diffusion layer forming composition is that the compound containing the donor element is dispersed in the dispersion medium even if the compound containing the particulate donor element is dispersed in the dispersion medium. It may be in a dissolved state.
Examples of the shape when the compound containing the donor element is in the form of solid particles include a substantially spherical shape, a flat shape, a block shape, a plate shape, and a scale shape. From the viewpoints of imparting the n-type diffusion layer forming composition to the substrate, uniform diffusibility, etc., the shape of the compound particles containing the donor element is preferably substantially spherical, flat or plate-like.

ドナー元素を含有する化合物が固体の粒子状である場合、粒子の粒子径は、100μm以下であることが好ましい。100μm以下の粒子径を有する粒子を半導体基板に付与する場合には、平滑なn型拡散層形成組成物の層が得られやすい。さらに、ドナー元素を含有する化合物が固体の粒子状である場合、粒子の粒子径は50μm以下であることがより望ましい。なお、下限は特に制限されないが、0.01μm以上であることが好ましく、0.05μm以上であることがより好ましい。
ここで、ドナー元素を含有する化合物が固体の粒子状である場合の粒子の粒子径は体積平均粒子径を表し、レーザー回折散乱法粒度分布測定装置等により測定することができる。体積平均粒子径は、粒子に照射したレーザー光の散乱光強度と角度の関係を検出し、Mie散乱理論に基づいて算出することができる。測定する際の分散媒に特に制限はないが、測定対象とする粒子が溶解しない分散媒を用いることが好ましい。また、二次凝集していない粒子の場合、走査型電子顕微鏡を用いてその粒子径を測定することで算出してもよい。
n型拡散層形成組成物がドナー元素を含有する化合物が分散媒に溶解した状態の場合、n型拡散層形成組成物の調製に用いるドナー元素を含有する化合物の形状には特に制限はない。
When the compound containing a donor element is solid particles, the particle diameter of the particles is preferably 100 μm or less. When particles having a particle diameter of 100 μm or less are applied to a semiconductor substrate, a smooth n-type diffusion layer forming composition layer is easily obtained. Furthermore, when the compound containing the donor element is in the form of solid particles, the particle diameter of the particles is more preferably 50 μm or less. The lower limit is not particularly limited, but is preferably 0.01 μm or more, and more preferably 0.05 μm or more.
Here, the particle diameter of the particles in the case where the compound containing the donor element is in the form of solid particles represents the volume average particle diameter, and can be measured by a laser diffraction scattering method particle size distribution measuring apparatus or the like. The volume average particle diameter can be calculated based on the Mie scattering theory by detecting the relationship between the scattered light intensity and the angle of the laser light applied to the particles. Although there is no restriction | limiting in particular in the dispersion medium at the time of measuring, It is preferable to use the dispersion medium in which the particle | grains made into a measurement object do not melt | dissolve. Moreover, in the case of the particle | grains which are not secondary-aggregating, you may calculate by measuring the particle diameter using a scanning electron microscope.
When the n-type diffusion layer forming composition is in a state where the compound containing the donor element is dissolved in the dispersion medium, the shape of the compound containing the donor element used for preparing the n-type diffusion layer forming composition is not particularly limited.

n型拡散層形成組成物中のドナー元素を含有する化合物の含有率は、n型拡散層形成組成物の付与性、ドナー元素の拡散性等を考慮して決定される。n型拡散層形成組成物中のドナー元素を含有する化合物の含有率は、n型拡散層形成組成物中に0.1質量%以上95質量%以下であることが好ましく、1質量%以上90質量%以下であることがより好ましく、1質量%以上80質量%以下であることがさらに好ましく、2質量%以上80質量%以下であることが特に好ましく、5質量%以上20質量%以下であることが極めて好ましい。ドナー元素を含有する化合物の含有率が0.1質量%以上であると、n型拡散層を充分に形成することができる。95質量%以下であると、n型拡散層形成組成物中のドナー元素を含有する化合物の分散性が良好になり、半導体基板への付与性が向上する。   The content rate of the compound containing the donor element in the n-type diffusion layer forming composition is determined in consideration of the impartability of the n-type diffusion layer forming composition, the diffusibility of the donor element, and the like. The content of the compound containing a donor element in the n-type diffusion layer forming composition is preferably 0.1% by mass or more and 95% by mass or less in the n-type diffusion layer forming composition, and preferably 1% by mass or more and 90% by mass. More preferably, it is more preferably 1% by mass or more and 80% by mass or less, particularly preferably 2% by mass or more and 80% by mass or less, and more preferably 5% by mass or more and 20% by mass or less. It is very preferable. When the content of the compound containing the donor element is 0.1% by mass or more, the n-type diffusion layer can be sufficiently formed. When the content is 95% by mass or less, the dispersibility of the compound containing the donor element in the n-type diffusion layer forming composition is improved, and the impartability to the semiconductor substrate is improved.

(ドナー元素を含有するガラス粒子)
前記ドナー元素を含有する化合物は、ドナー元素を含有するガラス粒子(以下、単にガラス粒子ともいう)であることが好ましい。ドナー元素を含有するガラス粒子を用いることで、n型拡散層形成組成物を付与した領域以外へのドナー元素の拡散(アウトディフュージョンという)をより効果的に抑制できる傾向にあり、裏面及び側面には不要なn型拡散層が形成されることが抑制できる。つまり、ドナー元素を含有するガラス粒子を含有することで、より選択的にn型拡散層を形成することができる。
(Glass particles containing donor element)
The compound containing a donor element is preferably glass particles containing a donor element (hereinafter also simply referred to as glass particles). By using the glass particles containing the donor element, the diffusion of the donor element to the region other than the region to which the n-type diffusion layer forming composition is applied (referred to as out-diffusion) tends to be more effectively suppressed. Can suppress the formation of an unnecessary n-type diffusion layer. That is, an n-type diffusion layer can be formed more selectively by containing glass particles containing a donor element.

ドナー元素を含有するガラス粒子は、例えばドナー元素含有物質とガラス成分物質とを含有して形成されていてもよい。ドナー元素含有物質としては、ドナー元素を含有していれば特に制限されない。ガラス成分物質としては、特に制限されず、酸化物として表示したとき、SiO及びアルカリ土類金属(CaO、MgO等)を少なくとも含有することが好ましい。 The glass particles containing a donor element may be formed, for example, containing a donor element-containing substance and a glass component substance. The donor element-containing material is not particularly limited as long as it contains a donor element. As the glass ingredient material is not particularly limited, when viewed as an oxide, preferably contains SiO 2 and alkaline earth metals (CaO, MgO, etc.) at least.

例えば、ドナー元素を含有するガラス粒子は、酸化物として表示したとき(以下、ドナー元素含有物質及びガラス成分物質について同様に表示する)、P、P及びSbから選択される少なくとも1種のドナー元素含有物質と、SiO、KO、NaO、LiO、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、V、SnO、ZrO及びMoOから選択される少なくとも1種のガラス成分物質と、を含有してもよい。 For example, when the glass particles containing a donor element are displayed as oxides (hereinafter, the donor element-containing material and the glass component material are similarly displayed), from P 2 O 3 , P 2 O 5 and Sb 2 O 3 At least one kind of donor element-containing material selected, and SiO 2 , K 2 O, Na 2 O, Li 2 O, BaO, SrO, CaO, MgO, BeO, ZnO, PbO, CdO, V 2 O 5 , SnO And at least one glass component substance selected from ZrO 2 and MoO 3 .

なかでも、ドナー元素を含有するガラス粒子は、酸化物として表示したとき、P、SiO及びアルカリ土類金属(CaO、MgO等)を含有することが好ましい。ドナー元素含有物質であるPと、ガラス成分物質であるSiO及びアルカリ土類金属とを組み合せることで、吸湿性が低く、保存安定性に優れるガラス粒子が得られる。従って、長期保存後においても、ガラス粒子中のドナー成分が焼成中に揮散しにくいため、揮散ガスの発生によってn型拡散層形成組成物を付与した領域のみならず反対側の面、側面等にまでn型拡散層が形成されるということが抑制される。 Among them, glass particles containing the donor element, when viewed as an oxide, preferably contains P 2 O 5, SiO 2 and alkaline earth metals (CaO, MgO, etc.). By combining P 2 O 5 that is a donor element-containing material, SiO 2 that is a glass component material, and an alkaline earth metal, glass particles having low hygroscopicity and excellent storage stability can be obtained. Therefore, even after long-term storage, the donor component in the glass particles is less likely to be volatilized during firing, so that not only the region to which the n-type diffusion layer forming composition is applied by the generation of the volatilizing gas, but also the opposite side surface The formation of the n-type diffusion layer is suppressed.

ガラス粒子中のドナー元素含有物質及びガラス成分物質の含有率は、溶融温度、軟化温度、ガラス転移温度、化学的耐久性、エッチング特性等を考慮して適宜設定することが望ましい。例えば、ガラス粒子がドナー元素含有物質としてPを含有する場合、ガラス粒子に含有されるPのモル分率は、耐水性、溶融温度、及び拡散能力の観点から、20モル%〜50モル%であることが好ましく、25モル%〜45モル%であることがより好ましい。ガラス粒子がガラス成分としてSiOを含有する場合、SiOのモル分率は、耐水性、溶融温度、及びエッチング特性の観点から、30モル%〜70モル%であることが好ましく、35モル%〜65モル%であることがより好ましい。ガラス粒子がガラス成分としてアルカリ土類金属を含有する場合、アルカリ土類金属のモル分率は、耐水性、溶融温度、及びエッチング特性の観点から、2モル%〜30モル%であることが好ましく、5モル%〜25モル%であることが好ましい。 The content of the donor element-containing material and the glass component material in the glass particles is desirably set appropriately in consideration of the melting temperature, softening temperature, glass transition temperature, chemical durability, etching characteristics, and the like. For example, when the glass particles contain P 2 O 5 as the donor element-containing substance, the molar fraction of P 2 O 5 contained in the glass particles is 20 mol from the viewpoint of water resistance, melting temperature, and diffusion capacity. % To 50 mol% is preferable, and 25 mol% to 45 mol% is more preferable. When the glass particles contain SiO 2 as a glass component, the molar fraction of SiO 2 is preferably 30 mol% to 70 mol% from the viewpoint of water resistance, melting temperature, and etching characteristics, and is 35 mol%. More preferably, it is -65 mol%. When glass particles contain an alkaline earth metal as a glass component, the molar fraction of the alkaline earth metal is preferably 2 mol% to 30 mol% from the viewpoint of water resistance, melting temperature, and etching characteristics. It is preferable that it is 5 mol%-25 mol%.

ガラス粒子の軟化温度は、拡散処理における拡散性、液だれの抑制等の観点から、300℃〜1000℃であることが好ましく、400℃〜900℃であることがより好ましい。軟化温度が300℃以上であると、拡散処理においてガラスの粘度が低くなりすぎず、液だれの発生を抑制して、特定の部分以外にn型拡散層が形成されることを抑制しやすくなる傾向がある。また、1000℃以下であると、ガラス粒子が溶融しきれず、均一なn型拡散層が形成されないということを抑制しやすくなる傾向がある。
ガラス粒子の軟化温度が300℃〜1000℃の範囲内とすることによって、上述の通り、液だれの発生が抑制しやすくなるため、拡散処理後に、特定の領域へ所望の形状にn型拡散層を形成しやすくなる。例えばaμm幅の線状パターンでn型拡散層形成組成物を付与する場合には、拡散処理後の線幅bは、b<1.5aμmの範囲の線状パターンを保持できる傾向にある。
ガラス粒子の軟化温度は、株式会社島津製作所製DTG−60H型示差熱・熱重量同時測定装置を用いて、示差熱(DTA)曲線等により求めることができる。
The softening temperature of the glass particles is preferably 300 ° C. to 1000 ° C., more preferably 400 ° C. to 900 ° C., from the viewpoints of diffusibility in diffusion treatment, suppression of dripping, and the like. When the softening temperature is 300 ° C. or higher, the viscosity of the glass does not become too low in the diffusion treatment, and the occurrence of dripping is suppressed and the formation of the n-type diffusion layer other than the specific portion is easily suppressed. Tend. Moreover, when it is 1000 degrees C or less, there exists a tendency which becomes easy to suppress that a glass particle cannot fully fuse | melt and a uniform n type diffused layer is not formed.
By making the softening temperature of the glass particles within the range of 300 ° C. to 1000 ° C., as described above, it becomes easy to suppress the occurrence of dripping, and therefore, after the diffusion treatment, the n-type diffusion layer is formed into a desired shape in a specific region. It becomes easy to form. For example, when the n-type diffusion layer forming composition is applied in a linear pattern having an a μm width, the line width b after the diffusion treatment tends to be able to hold a linear pattern in the range of b <1.5 a μm.
The softening temperature of the glass particles can be obtained from a differential heat (DTA) curve or the like using a DTG-60H type differential heat / thermogravimetric simultaneous measuring device manufactured by Shimadzu Corporation.

ガラス粒子の形状は特に制限されず、略球状、扁平状、ブロック状、板状、鱗片状等が挙げられる。n型拡散層形成組成物とした場合の基板への付与適性(塗布性)、均一拡散性等の点から、略球状、扁平状、又は板状であることが望ましい。
ガラス粒子は、体積平均粒子径が10μm以下であることが好ましい。10μm以下の体積平均粒子径を有するガラス粒子を用いる場合には、平滑な塗膜が得られやすい。ガラス粒子の体積平均粒子径は5μm以下であることがより好ましく、2μm以下であることがさらに好ましく、1μm以下であることが特に好ましい。なお、ガラス粒子の体積平均粒子径の下限は特に制限されず、0.01μm以上であることが好ましく、0.05μm以上であることがより好ましい。
The shape of the glass particles is not particularly limited, and examples thereof include a substantially spherical shape, a flat shape, a block shape, a plate shape, and a scale shape. From the viewpoints of suitability for application to the substrate (coating property), uniform diffusibility, and the like in the case of an n-type diffusion layer forming composition, the composition is preferably substantially spherical, flat, or plate-shaped.
The glass particles preferably have a volume average particle diameter of 10 μm or less. When glass particles having a volume average particle diameter of 10 μm or less are used, a smooth coating film is easily obtained. The volume average particle diameter of the glass particles is more preferably 5 μm or less, further preferably 2 μm or less, and particularly preferably 1 μm or less. In addition, the minimum in particular of the volume average particle diameter of a glass particle is not restrict | limited, It is preferable that it is 0.01 micrometer or more, and it is more preferable that it is 0.05 micrometer or more.

n型拡散層形成組成物中のガラス粒子の含有率は、付与適性、ドナー元素の拡散性等を考慮し決定される。例えば、n型拡散層形成組成物中のドナー元素を含有する化合物の含有率として上述した含有率を適用することができる。また、一般には、n型拡散層形成組成物中のガラス粒子の含有率は、1質量%〜30質量%であることが好ましく、5質量%〜25質量%であることがより好ましく、8質量%〜20質量%であることがさらに好ましい。   The content of the glass particles in the n-type diffusion layer forming composition is determined in consideration of the suitability for application, the diffusibility of the donor element, and the like. For example, the content rate mentioned above can be applied as the content rate of the compound containing the donor element in the n-type diffusion layer forming composition. In general, the content of the glass particles in the n-type diffusion layer forming composition is preferably 1% by mass to 30% by mass, more preferably 5% by mass to 25% by mass, and 8% by mass. It is more preferable that it is% -20 mass%.

本開示のガラス粒子は、以下の手順で作製することができる。
最初に原料を秤量し、るつぼに充填する。るつぼの材質としては白金、白金−ロジウム、金、イリジウム、アルミナ、ジルコニア、石英、炭素、炭化ホウ素、窒化ホウ素、窒化ケイ素等が挙げられる。るつぼの材質は、溶融温度、雰囲気、溶融物質との反応性等を考慮して適宜選択してよい。
次に、原料を、電気炉でガラス組成に応じた温度で加熱し融液とする。このとき融液が均一となるよう攪拌することが望ましい。
続いて、得られた融液をジルコニア基板、カーボン基板等の上に流し出して融液をガラス化する。
最後にガラスを粉砕し粒子状とする。粉砕にはスタンプミル、ジェットミル、ビーズミル、ボールミル等、公知の方法が適用できる。
The glass particle of this indication can be produced in the following procedures.
First, weigh the ingredients and fill the crucible. Examples of the crucible material include platinum, platinum-rhodium, gold, iridium, alumina, zirconia, quartz, carbon, boron carbide, boron nitride, and silicon nitride. The material of the crucible may be appropriately selected in consideration of the melting temperature, atmosphere, reactivity with the molten material, and the like.
Next, the raw material is heated at a temperature corresponding to the glass composition in an electric furnace to obtain a melt. At this time, it is desirable to stir the melt uniformly.
Subsequently, the obtained melt is poured onto a zirconia substrate, a carbon substrate, or the like to vitrify the melt.
Finally, the glass is crushed into particles. A known method such as a stamp mill, a jet mill, a bead mill, or a ball mill can be applied to the pulverization.

(分散媒)
n型拡散層形成組成物は、分散媒を含有してもよい。分散媒とは、組成物中において上記ガラス粒子を分散させる媒体である。具体的に分散媒としては、バインダー及び溶剤からなる群より選択された少なくとも1種を採用してよい。
(Dispersion medium)
The n-type diffusion layer forming composition may contain a dispersion medium. The dispersion medium is a medium in which the glass particles are dispersed in the composition. Specifically, at least one selected from the group consisting of a binder and a solvent may be employed as the dispersion medium.

n型拡散層形成組成物中の分散媒の含有率は特に制限されず、付与適性、ドナー元素濃度等を考慮し決定される。   The content of the dispersion medium in the n-type diffusion layer forming composition is not particularly limited, and is determined in consideration of application suitability, donor element concentration, and the like.

n型拡散層形成組成物がバインダーを含有する場合、バインダーの種類は特に制限されない。バインダーとしては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド樹脂、ポリビニルアミド樹脂、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキサイド樹脂、ポリスルホン酸、アクリルアミドアルキルスルホン酸、セルロースエーテル樹脂、セルロース誘導体、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、エチルセルロース、ゼラチン、澱粉及び澱粉誘導体、アルギン酸ナトリウム類及びアルギン酸ナトリウム誘導体、キサンタン及びキサンタン誘導体、グアーガム及びグアーガム誘導体、スクレログルカン及びスクレログルカン誘導体、トラガカント及びトラガカント誘導体、デキストリン及びデキストリン誘導体、(メタ)アクリル酸樹脂、(メタ)アクリル酸エステル樹脂(例えば、アルキル(メタ)アクリレート樹脂、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート樹脂等)、ブタジエン樹脂、スチレン樹脂、並びにこれらの共重合体が挙げられる。また、他にも、シロキサン樹脂等を適宜選択しうる。これらは1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。なかでも、バインダーとしては、粘度特性の観点からエチルセルロースが好適である。   When the n-type diffusion layer forming composition contains a binder, the type of the binder is not particularly limited. Examples of the binder include polyvinyl alcohol, polyacrylamide resin, polyvinyl amide resin, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene oxide resin, polysulfonic acid, acrylamide alkyl sulfonic acid, cellulose ether resin, cellulose derivative, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, ethyl cellulose, gelatin, starch And starch derivatives, sodium alginates and sodium alginate derivatives, xanthan and xanthan derivatives, guar gum and guar gum derivatives, scleroglucan and scleroglucan derivatives, tragacanth and tragacanth derivatives, dextrin and dextrin derivatives, (meth) acrylic acid resin, (meta) ) Acrylic ester resin (eg, alkyl (meth) acrylate) Resin, dimethylaminoethyl (meth) acrylate resin, etc.), butadiene resins, styrene resins, and copolymers thereof. In addition, a siloxane resin or the like can be appropriately selected. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, ethylcellulose is preferred as the binder from the viewpoint of viscosity characteristics.

バインダーの重量平均分子量は特に制限されず、組成物としての所望の粘度に鑑みて適宜調整することが望ましい。   The weight average molecular weight of the binder is not particularly limited, and it is desirable to adjust appropriately in view of the desired viscosity as the composition.

n型拡散層形成組成物中のバインダーの含有率は特に制限されず、例えば下記の粘度を達成する量としてもよい。例えば、n型拡散層形成組成物中に0.5質量%〜30質量%としてもよく、2質量%〜25質量%としてもよく、3質量%〜20質量%としてもよい。
n型拡散層形成組成物の粘度は、印刷における付与特性を考慮して、1Pa・s〜500Pa・sの範囲が好ましく、10Pa・s〜100Pa・sの範囲がより好ましい。なお、粘度の測定は、東京計器製E型粘度計EHD型を用いて、サンプル量0.4ml、回転数5回転/分(rpm)の条件で測定したものとする。
The content of the binder in the n-type diffusion layer forming composition is not particularly limited, and may be, for example, an amount that achieves the following viscosity. For example, it may be 0.5% by mass to 30% by mass, 2% by mass to 25% by mass, or 3% by mass to 20% by mass in the n-type diffusion layer forming composition.
The viscosity of the n-type diffusion layer forming composition is preferably in the range of 1 Pa · s to 500 Pa · s, more preferably in the range of 10 Pa · s to 100 Pa · s in consideration of the imparting characteristics in printing. The viscosity is measured using a Tokyo Keiki E-type viscometer EHD type under the conditions of a sample amount of 0.4 ml and a rotational speed of 5 revolutions / minute (rpm).

n型拡散層形成組成物が溶剤を含有する場合、溶剤の種類は特に限定されない。溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチル−n−ブチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−n−ペンチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、ジエチルケトン、ジプロピルケトン、ジイソブチルケトン、トリメチルノナノン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチルシクロヘキサノン、2,4−ペンタンジオン、アセトニルアセトン等のケトン溶剤;ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル、メチル−n−プロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメチルジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールメチル−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールメチルエチルエーテル、トリエチレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、トリエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、トリエチレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジエチルエーテル、テトラエチレングリコールメチルエチルエーテル、テトラエチレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、テトラエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、テトラエチレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジ−n−プロピルエーテル、プロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールジ−n−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジエチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエチルエーテル、トリプロピレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、テトラプロピレングリコールジメチルエーテル、テトラプロピレングリコールジエチルエーテル、テトラプロピレングリコールメチルエチルエーテル、テトラプロピレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、テトラプロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル、テトラプロピレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル等のエーテル溶剤;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸n−ペンチル、酢酸sec−ペンチル、酢酸3−メトキシブチル、酢酸メチルペンチル、酢酸2−エチルブチル、酢酸2−エチルヘキシル、酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチル、酢酸ベンジル、酢酸シクロヘキシル、酢酸メチルシクロヘキシル、酢酸ノニル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、酢酸ジエチレングリコールメチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノブチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールメチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールエチルエーテル、ジ酢酸グリコール、酢酸メトキシトリエチレングリコール、プロピオン酸エチル、プロピオン酸n−ブチル、プロピオン酸イソアミル、シュウ酸ジエチル、シュウ酸ジ−n−ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−ブチル、乳酸n−アミル、エチレングリコールメチルエーテルプロピオネート、エチレングリコールエチルエーテルプロピオネート、エチレングリコールメチルエーテルアセテート、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等のエステル溶剤;アセトニトリル、N−メチルピロリジノン、N−エチルピロリジノン、N−プロピルピロリジノン、N−ブチルピロリジノン、N−ヘキシルピロリジノン、N−シクロヘキシルピロリジノン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等の非プロトン性極性溶剤;メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、sec−ブタノール、t−ブタノール、n−ペンタノール、イソペンタノール、2−メチルブタノール、sec−ペンタノール、t−ペンタノール、3−メトキシブタノール、n−ヘキサノール、2−メチルペンタノール、sec−ヘキサノール、2−エチルブタノール、sec−ヘプタノール、n−オクタノール、2−エチルヘキサノール、sec−オクタノール、n−ノニルアルコール、n−デカノール、sec−ウンデシルアルコール、トリメチルノニルアルコール、sec−テトラデシルアルコール、sec−ヘプタデシルアルコール、フェノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−ブチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール等のアルコール溶剤;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ヘキシルエーテル、エトキシトリグリコール、テトラエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールモノエーテル溶剤;α−テルピネン、テルピネオール、ミルセン、アロオシメン、リモネン、ジペンテン、ピネン、カルボン、オシメン、フェランドレン等のテルペン溶剤;水などが挙げられる。これらの溶剤は1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。   When the n-type diffusion layer forming composition contains a solvent, the type of the solvent is not particularly limited. Examples of the solvent include acetone, methyl ethyl ketone, methyl n-propyl ketone, methyl isopropyl ketone, methyl n-butyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl n-pentyl ketone, methyl n-hexyl ketone, diethyl ketone, and dipropyl. Ketone solvents such as ketone, diisobutylketone, trimethylnonanone, cyclohexanone, cyclopentanone, methylcyclohexanone, 2,4-pentanedione, acetonylacetone; diethyl ether, methyl ethyl ether, methyl-n-propyl ether, diisopropyl ether, Tetrahydrofuran, methyltetrahydrofuran, dioxane, dimethyldioxane, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol -N-propyl ether, ethylene glycol di-n-butyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, diethylene glycol methyl n-propyl ether, diethylene glycol methyl n-butyl ether, diethylene glycol di-n-propyl ether, diethylene glycol Di-n-butyl ether, diethylene glycol methyl-n-hexyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol diethyl ether, triethylene glycol methyl ethyl ether, triethylene glycol methyl-n-butyl ether, triethylene glycol di-n-butyl ether, Triethylene glycol Cyl-n-hexyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol diethyl ether, tetraethylene glycol methyl ethyl ether, tetraethylene glycol methyl-n-butyl ether, tetraethylene glycol di-n-butyl ether, tetraethylene glycol methyl-n- Hexyl ether, propylene glycol dimethyl ether, propylene glycol diethyl ether, propylene glycol di-n-propyl ether, propylene glycol di-n-butyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol diethyl ether, dipropylene glycol methyl ethyl ether, dipropylene glycol Methyl-n-butyl ether, dipropylene glycol Recall di-n-propyl ether, dipropylene glycol di-n-butyl ether, dipropylene glycol methyl-n-hexyl ether, tripropylene glycol dimethyl ether, tripropylene glycol diethyl ether, tripropylene glycol methyl ethyl ether, tripropylene glycol methyl-n -Butyl ether, tripropylene glycol di-n-butyl ether, tripropylene glycol methyl-n-hexyl ether, tetrapropylene glycol dimethyl ether, tetrapropylene glycol diethyl ether, tetrapropylene glycol methyl ethyl ether, tetrapropylene glycol methyl-n-butyl ether, tetra Propylene glycol di-n-butyl ether, tetrapro Ether solvents such as lenglycol methyl-n-hexyl ether; methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, isopropyl acetate, n-butyl acetate, isobutyl acetate, sec-butyl acetate, n-pentyl acetate, sec-pentyl acetate, 3-methoxybutyl acetate, methylpentyl acetate, 2-ethylbutyl acetate, 2-ethylhexyl acetate, 2- (2-butoxyethoxy) ethyl acetate, benzyl acetate, cyclohexyl acetate, methyl cyclohexyl acetate, nonyl acetate, methyl acetoacetate, acetoacetic acid Ethyl acetate diethylene glycol methyl ether, acetic acid diethylene glycol monoethyl ether, acetic acid diethylene glycol monobutyl ether, acetic acid dipropylene glycol methyl ether, acetic acid dipropylene glycol ethyl ether, di Acid glycol, methoxytriethylene glycol acetate, ethyl propionate, n-butyl propionate, isoamyl propionate, diethyl oxalate, di-n-butyl oxalate, methyl lactate, ethyl lactate, n-butyl lactate, n-amyl lactate , Ethylene glycol methyl ether propionate, ethylene glycol ethyl ether propionate, ethylene glycol methyl ether acetate, ethylene glycol ethyl ether acetate, propylene glycol methyl ether acetate, propylene glycol ethyl ether acetate, propylene glycol propyl ether acetate, γ-butyrolactone Ester solvents such as γ-valerolactone; acetonitrile, N-methylpyrrolidinone, N-ethylpyrrolidinone, N-propyl Aprotic polar solvents such as pyrpyrrolidinone, N-butylpyrrolidinone, N-hexylpyrrolidinone, N-cyclohexylpyrrolidinone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide; methanol, ethanol, n-propanol, Isopropanol, n-butanol, isobutanol, sec-butanol, t-butanol, n-pentanol, isopentanol, 2-methylbutanol, sec-pentanol, t-pentanol, 3-methoxybutanol, n-hexanol, 2-methylpentanol, sec-hexanol, 2-ethylbutanol, sec-heptanol, n-octanol, 2-ethylhexanol, sec-octanol, n-nonyl alcohol, n-decanol, sec-undecyl alcohol, trimethylnonyl alcohol, sec-tetradecyl alcohol, sec-heptadecyl alcohol, phenol, cyclohexanol, methylcyclohexanol, benzyl alcohol, ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-butylene glycol , Alcohol solvents such as diethylene glycol, dipropylene glycol, triethylene glycol, tripropylene glycol; ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monophenyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol mono-n- Butyl ether, diethylene glycol mono-n-he Glycol monoether solvents such as sil ether, ethoxy triglycol, tetraethylene glycol mono-n-butyl ether, propylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether; α-terpinene, Examples include terpene solvents such as terpineol, myrcene, alloocimene, limonene, dipentene, pinene, carvone, ocimene, and ferrandrene; water and the like. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

n型拡散層形成組成物においては、基板への付与適性の観点から、溶剤は、テルピネオール及びブチルカルビトールアセテート(酢酸ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル)から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。   In the n-type diffusion layer forming composition, the solvent is preferably at least one selected from terpineol and butyl carbitol acetate (diethylene glycol mono-n-butyl ether acetate) from the viewpoint of suitability for application to the substrate.

n型拡散層形成組成物中の溶剤の含有率は特に制限されず、付与適性、ドナー元素濃度等を考慮し決定される。   The content of the solvent in the n-type diffusion layer forming composition is not particularly limited, and is determined in consideration of suitability for application, donor element concentration, and the like.

(その他の添加剤)
n型拡散層形成組成物は、必要に応じて、その他の添加剤を含有してもよい。その他の添加剤としては、例えば、有機フィラー、無機フィラー、有機酸塩等のチキソ性付与剤、濡れ性向上剤、レベリング剤、界面活性剤、可塑剤、充填剤、消泡剤、安定剤、酸化防止剤、香料及びガラス粒子と反応しやすい金属が挙げられる。その他の添加剤は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
(Other additives)
The n-type diffusion layer forming composition may contain other additives as necessary. Examples of other additives include organic fillers, inorganic fillers, thixotropic agents such as organic acid salts, wettability improvers, leveling agents, surfactants, plasticizers, fillers, antifoaming agents, stabilizers, Examples thereof include metals that easily react with antioxidants, perfumes, and glass particles. Other additives may be used alone or in combination of two or more.

ガラス粒子と反応しやすい金属としては、例えば、Ag(銀)、及びSi(ケイ素)が挙げられる。ガラス粒子と反応しやすい金属をn型拡散層形成組成物に含有させておくことにより、n型拡散層の表面にガラスが形成されたときに、形成されたガラスを、フッ酸等の酸洗浄によって容易に除去することができる傾向にある。ガラス粒子と反応しやすい金属としては、これらの中でも、Ag(銀)を用いることが好ましい。   Examples of the metal that easily reacts with the glass particles include Ag (silver) and Si (silicon). By making the n-type diffusion layer forming composition contain a metal that easily reacts with glass particles, when the glass is formed on the surface of the n-type diffusion layer, the formed glass is washed with acid such as hydrofluoric acid. Tends to be easily removed. Among these, Ag (silver) is preferably used as the metal that easily reacts with the glass particles.

n型拡散層形成組成物の調製方法は特に制限されない。例えば、ドナー元素を含有する化合物、分散媒等をブレンダー、ミキサ、乳鉢、ローター等を用いて混合することで得ることができる。また、混合する際は、必要に応じて加熱してもよい。混合に際して加熱する場合、加熱温度は、例えば、30℃〜100℃とすることができる。   The method for preparing the n-type diffusion layer forming composition is not particularly limited. For example, it can be obtained by mixing a compound containing a donor element, a dispersion medium or the like using a blender, a mixer, a mortar, a rotor, or the like. Moreover, when mixing, you may heat as needed. In the case of heating at the time of mixing, the heating temperature can be, for example, 30 ° C to 100 ° C.

半導体基板にn型拡散層形成組成物を付与する方法には制限がなく、印刷法、インクジェット法等が挙げられ、印刷法、特に、スクリーン印刷法が好適である。   There is no restriction | limiting in the method of providing an n type diffused layer formation composition to a semiconductor substrate, A printing method, an inkjet method, etc. are mentioned, Printing method, especially screen printing method are suitable.

n型拡散層形成組成物の付与量に特に制限はない。例えば、ドナー元素を含有する化合物がドナー元素を含有するガラス粒子である場合、ガラス粒子量として0.01g/m〜100g/mとしてもよく、0.1g/m〜10g/mとすることが好ましい。 There is no restriction | limiting in particular in the application amount of an n type diffused layer formation composition. For example, when a compound containing a donor element is glass particles containing donor element may be 0.01g / m 2 ~100g / m 2 as the amount of glass particles, 0.1g / m 2 ~10g / m 2 It is preferable that

n型拡散層形成組成物の組成によっては、第一のn型拡散層形成工程は、熱拡散処理の前に、組成物中に含有される溶剤の少なくとも一部を除去するために、n型拡散層形成組成物を付与した後の基板を熱処理する工程を含んでもよい。この場合の熱処理には、80℃〜300℃の温度で、ホットプレートを使用する場合は1分間〜10分間、乾燥機等を用いる場合は10分間〜30分間程度の条件を適用する。熱処理条件は、n型拡散層形成組成物の溶剤組成に依存し、特に上記条件に限定されない。この熱処理工程により、基板上に付与されたn型拡散層形成組成物を乾燥させることができる。   Depending on the composition of the n-type diffusion layer forming composition, the first n-type diffusion layer forming step is performed to remove at least part of the solvent contained in the composition before the thermal diffusion treatment. You may include the process of heat-processing the board | substrate after providing a diffused layer formation composition. In this case, the heat treatment is performed at a temperature of 80 ° C. to 300 ° C. for 1 minute to 10 minutes when a hot plate is used, and for about 10 minutes to 30 minutes when a dryer or the like is used. The heat treatment conditions depend on the solvent composition of the n-type diffusion layer forming composition and are not particularly limited to the above conditions. By this heat treatment step, the n-type diffusion layer forming composition applied on the substrate can be dried.

また、n型拡散層形成組成物の組成によっては、第一のn型拡散層形成工程は、熱拡散処理前に、当該組成物中に含有される分散媒の少なくとも一部、特にはバインダー(樹脂成分)を揮発させて除去するために、n型拡散層形成組成物を付与した後の基板を熱処理する工程を含んでもよい。この場合の熱処理には、300℃を超え800℃以下の温度で、1分間〜10分間処理する条件を適用することができる。この熱処理には公知の連続炉、バッチ炉等が適用できる。
上記熱処理を行なう場合は、n型拡散層形成組成物の組成によっては、溶剤を除去するための上記80℃〜300℃の温度での熱処理と、300℃を超え800℃以下の温度での熱処理の両方を行なってもよく(つまり、異なる温度条件で2回熱処理を行なってもよく)、どちらか一方の温度での熱処理のみでも行ってもよい。
Further, depending on the composition of the n-type diffusion layer forming composition, the first n-type diffusion layer forming step may include at least a part of the dispersion medium contained in the composition, particularly a binder (before the thermal diffusion treatment). In order to volatilize and remove the resin component), a step of heat-treating the substrate after applying the n-type diffusion layer forming composition may be included. In this case, the heat treatment can be performed under the conditions of treatment at a temperature exceeding 300 ° C. and not more than 800 ° C. for 1 minute to 10 minutes. A known continuous furnace, batch furnace or the like can be applied to this heat treatment.
When performing the heat treatment, depending on the composition of the n-type diffusion layer forming composition, the heat treatment at a temperature of 80 to 300 ° C. for removing the solvent and the heat treatment at a temperature of more than 300 ° C. and not more than 800 ° C. Both may be performed (that is, the heat treatment may be performed twice under different temperature conditions), or only the heat treatment at one of the temperatures may be performed.

次いで、n型拡散層形成組成物を付与した半導体基板を、熱拡散処理する。処理温度は800℃〜1000℃が好ましく、830℃〜950℃がより好ましい。処理時間は5分間〜60分間が好ましい。この熱拡散処理により、半導体基板中へドナー元素が拡散し、n型拡散層が形成される。熱拡散処理には公知の連続炉、バッチ炉等が適用できる。熱拡散処理における炉内雰囲気は、空気、酸素、窒素等に適宜調整してよい。   Next, the semiconductor substrate provided with the n-type diffusion layer forming composition is subjected to thermal diffusion treatment. The treatment temperature is preferably 800 ° C to 1000 ° C, more preferably 830 ° C to 950 ° C. The treatment time is preferably 5 minutes to 60 minutes. By this thermal diffusion treatment, the donor element diffuses into the semiconductor substrate, and an n-type diffusion layer is formed. A known continuous furnace, batch furnace, or the like can be applied to the thermal diffusion treatment. The furnace atmosphere in the thermal diffusion treatment may be appropriately adjusted to air, oxygen, nitrogen or the like.

n型拡散層形成組成物を部分的に付与する領域は、電極を形成する領域であることが好ましい。これにより、作製された太陽電池素子における電極部の抵抗を低減させ、より効率よく電気を取り出すことが可能となる。   The region where the n-type diffusion layer forming composition is partially applied is preferably a region where an electrode is formed. Thereby, the resistance of the electrode part in the produced solar cell element can be reduced, and electricity can be taken out more efficiently.

〔第二のn型拡散層形成工程〕
第二のn型拡散層形成工程では、半導体基板の裏主面に、ドナー元素を含有し前記第一のn型拡散層よりもドナー元素の濃度が低い第二のn型拡散層を形成する。
本開示において、n型拡散層のドナー元素の濃度とは、n型拡散層の単位体積当たりのドナー元素の原子数で表される濃度をいい、二次イオン質量分析法(SIMS)によって測定することができる。また、第一のn型拡散層と第二のn型拡散層におけるドナー元素濃度の相対濃度は、シート抵抗を測定することによって確認してもよい。
本工程により形成される第二のn型拡散層は、第一のn型拡散層のドナー元素濃度より低いドナー元素濃度を有していればよく、第一のn型拡散層と種類の異なるドナー元素が拡散していてもよい。
[Second n-type diffusion layer forming step]
In the second n-type diffusion layer forming step, a second n-type diffusion layer containing a donor element and having a lower donor element concentration than the first n-type diffusion layer is formed on the back main surface of the semiconductor substrate. .
In the present disclosure, the concentration of the donor element in the n-type diffusion layer refers to the concentration represented by the number of atoms of the donor element per unit volume of the n-type diffusion layer, and is measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS). be able to. Moreover, you may confirm the relative density | concentration of the donor element density | concentration in a 1st n type diffused layer and a 2nd n type diffused layer by measuring sheet resistance.
The second n-type diffusion layer formed by this step only needs to have a donor element concentration lower than the donor element concentration of the first n-type diffusion layer, and is different in type from the first n-type diffusion layer. The donor element may be diffused.

第二のn型拡散層を形成する方法としては、第一のn型拡散層よりドナー元素濃度が低くなるように第二のn型拡散層が形成される限り、特に制限はない。例えば、ドナー元素を含有するガスを用いる方法、ドナー元素を含有する組成物を用いる方法が挙げられる。   The method for forming the second n-type diffusion layer is not particularly limited as long as the second n-type diffusion layer is formed so that the donor element concentration is lower than that of the first n-type diffusion layer. Examples thereof include a method using a gas containing a donor element and a method using a composition containing a donor element.

ドナー元素を含有するガスとしては、POCl等が挙げられる。ドナー元素を含有するガスを用いる第二のn型拡散層の形成方法としては、POCl等のドナー元素を含有するガスを用いて熱拡散処理を行う方法などが挙げられる。
ドナー元素を含有するガスを用いる熱拡散処理における雰囲気の温度は700℃〜900℃であることが好ましく、750℃〜850℃であることがより好ましい。熱処理には公知の連続炉、バッチ炉等が適用できる。
熱拡散処理時間は、10分間〜60分間であることがより好ましい。熱拡散処理時間が10分間以上であると、半導体基板へのアクセプタ元素の拡散が充分となる傾向にあり、60分間以下であると、製造コストを抑えることができる。
Examples of the gas containing a donor element include POCl 3 . Examples of a method for forming the second n-type diffusion layer using a gas containing a donor element include a method of performing a thermal diffusion treatment using a gas containing a donor element such as POCl 3 .
The temperature of the atmosphere in the thermal diffusion treatment using a gas containing a donor element is preferably 700 ° C. to 900 ° C., and more preferably 750 ° C. to 850 ° C. A known continuous furnace, batch furnace, or the like can be applied to the heat treatment.
The thermal diffusion treatment time is more preferably 10 minutes to 60 minutes. If the thermal diffusion treatment time is 10 minutes or more, the acceptor element tends to be sufficiently diffused into the semiconductor substrate, and if it is 60 minutes or less, the production cost can be suppressed.

ドナー元素を含有する組成物としては、既述のn型拡散層形成組成物を用いることができる。ドナー元素を含有する組成物を用いる第二のn型拡散層の形成方法としては、第一のn型拡散層形成工程において説明された方法を適用することができる。   As the composition containing a donor element, the above-described n-type diffusion layer forming composition can be used. As a method for forming the second n-type diffusion layer using the composition containing the donor element, the method described in the first n-type diffusion layer forming step can be applied.

熱拡散処理の設備は、第一のn型拡散層形成工程の熱拡散処理で用いるものと別の設備を用いてもよく、同じ設備を用いてもよい。工程の簡略化という観点からは、同じ設備を用いることが好ましい。   The equipment for thermal diffusion treatment may be different from that used in the thermal diffusion treatment in the first n-type diffusion layer forming step, or the same equipment may be used. From the viewpoint of simplifying the process, it is preferable to use the same equipment.

ドナー元素の熱拡散処理において、2枚の半導体基板をp型拡散層の面を重ねて炉内に設置し、熱拡散処理を行ってもよい。これにより、ドナー元素が表主面に拡散されることを抑えることができる。   In the thermal diffusion treatment of the donor element, two semiconductor substrates may be placed in the furnace with the p-type diffusion layer being overlapped, and the thermal diffusion treatment may be performed. Thereby, it can suppress that a donor element is spread | diffused by the front main surface.

第一のn型拡散層におけるドナー元素濃度より低いドナー元素濃度となるように第二のn型拡散層を形成する方法は特に制限されず、n型拡散層形成組成物の濃度の調整、n型拡散層形成組成物の付与量の調整、熱拡散処理における温度の調整等によって行ってもよい。例えば、第一のn型拡散層の形成に用いるn型拡散層形成組成物よりドナー元素濃度の低いn型拡散層形成組成物を用いて第二のn型拡散層を形成してもよく、第一のn型拡散層に対する付与量より少ない付与量でn型拡散層形成組成物を付与して第二のn型拡散層を形成してもよい。また、ドナー元素を含むガスを用いて第二のn型拡散層を形成することにより、第一のn型拡散層のドナー元素濃度より低いドナー元素濃度を有する第二のn型拡散層をより簡便に形成することができる傾向にある。   The method for forming the second n-type diffusion layer so that the donor element concentration is lower than the donor element concentration in the first n-type diffusion layer is not particularly limited, and adjustment of the concentration of the n-type diffusion layer forming composition, n You may carry out by adjustment of the provision amount of a type | mold diffusion layer forming composition, adjustment of the temperature in a thermal diffusion process, etc. For example, the second n-type diffusion layer may be formed using an n-type diffusion layer forming composition having a lower donor element concentration than the n-type diffusion layer forming composition used for forming the first n-type diffusion layer, The second n-type diffusion layer may be formed by applying the n-type diffusion layer forming composition with an application amount smaller than the application amount for the first n-type diffusion layer. In addition, by forming the second n-type diffusion layer using a gas containing a donor element, a second n-type diffusion layer having a donor element concentration lower than the donor element concentration of the first n-type diffusion layer can be obtained. It tends to be easily formed.

n型拡散層形成組成物を用いて第二のn型拡散層を形成する場合、第一のn型拡散層を形成した後に第二のn型拡散層を形成する領域にドナー元素を含有する組成物を付与して熱拡散処理を行ってもよく、第一のn型拡散層を形成する領域及び第二のn型拡散層を形成する領域のそれぞれにn型拡散層形成組成物を付与して、熱拡散処理を一括して行ってもよい。   When the second n-type diffusion layer is formed using the n-type diffusion layer forming composition, the donor element is contained in the region where the second n-type diffusion layer is formed after the first n-type diffusion layer is formed. The composition may be applied to perform thermal diffusion treatment, and the n-type diffusion layer forming composition is applied to each of the region for forming the first n-type diffusion layer and the region for forming the second n-type diffusion layer. Then, the thermal diffusion treatment may be performed collectively.

ドナー元素を含むガスを用いて第二のn型拡散層を形成する方法として、POClを含有するガスを用いる場合の例を説明する。
第一のn型拡散層を形成するための熱拡散処理が終了した後、雰囲気の温度を700℃〜900℃まで下げ、POClを含有するガスを注入する。熱拡散処理は、POClを含有するガスを注入してPSG(リンシリケートガラス)を形成させながらリンを拡散させるDeposition(以下、Depoともいう)工程と、POClを含有するガスの注入を止めてリンを拡散させるDrive−in工程とを行ってもよい。又は、Depo工程のみ行いDrive−in工程を行わなくてもよい。Depo工程とDrive−in工程における雰囲気の温度は同じ温度であってもよく、違う温度であってもよい。適度な濃度でn型拡散層を形成する観点から、熱拡散処理中の雰囲気の温度は750℃〜850℃であることが好ましい。熱拡散処理時間は、半導体基板内への拡散性とプロセス時間短縮のバランスという観点から、Depo工程とDrive−in工程を合わせて5分間〜90分間としてもよく、10分間〜60分間とすることが好ましい。Drive−in工程を行わない場合も同様の熱拡散処理時間を適用できる。
As a method for forming the second n-type diffusion layer using a gas containing a donor element, an example in the case of using a gas containing POCl 3 will be described.
After the thermal diffusion treatment for forming the first n-type diffusion layer is completed, the temperature of the atmosphere is lowered to 700 ° C. to 900 ° C., and a gas containing POCl 3 is injected. The thermal diffusion treatment includes a deposition (hereinafter also referred to as Depo) step of diffusing phosphorus while injecting a gas containing POCl 3 to form PSG (phosphorus silicate glass), and the injection of the gas containing POCl 3 is stopped. Then, a drive-in step of diffusing phosphorus may be performed. Alternatively, only the Depo process may be performed and the Drive-in process may not be performed. The temperature of the atmosphere in the Depo process and the Drive-in process may be the same temperature or different temperatures. From the viewpoint of forming the n-type diffusion layer at an appropriate concentration, the temperature of the atmosphere during the thermal diffusion treatment is preferably 750 ° C. to 850 ° C. The thermal diffusion treatment time may be 5 minutes to 90 minutes, or 10 minutes to 60 minutes, including the Depo step and the Drive-in step, from the viewpoint of balance between diffusibility into the semiconductor substrate and reduction of the process time. Is preferred. A similar thermal diffusion treatment time can be applied when the Drive-in process is not performed.

<その他の工程>
本開示の選択的n型拡散層付き半導体基板の製造方法は、必要に応じてその他の工程を有していてもよい。その他の工程としては、例えば、拡散層を形成する前の半導体基板に対して前処理を行う工程等が挙げられる。前処理としては、例えば、テクスチャ構造を形成する処理が挙げられる。テクスチャ構造を形成する処理は、例えば以下のように行ってもよい。
半導体基板にアルカリ溶液を付与してダメージ層を除去し、テクスチャ構造をエッチングにて得る。詳細には、インゴットからスライスした際に発生する半導体基板の表面のダメージ層を20質量%水酸化ナトリウム水溶液で除去する。次いで、1質量%苛性ソーダと10質量%イソプロピルアルコールとの混合液によりエッチングを行い、テクスチャ構造を形成する。太陽電池素子は、受光面側にテクスチャ構造を形成することにより、光閉じ込め効果が促され、高効率化が図られる。
<Other processes>
The manufacturing method of the semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer of this indication may have other processes if needed. Examples of the other steps include a step of performing pretreatment on the semiconductor substrate before forming the diffusion layer. An example of the preprocessing includes processing for forming a texture structure. The process for forming the texture structure may be performed as follows, for example.
An alkali solution is applied to the semiconductor substrate to remove the damaged layer, and a texture structure is obtained by etching. Specifically, the damaged layer on the surface of the semiconductor substrate generated when slicing from the ingot is removed with a 20% by mass aqueous sodium hydroxide solution. Next, etching is performed with a mixed solution of 1% by mass caustic soda and 10% by mass isopropyl alcohol to form a texture structure. In the solar cell element, by forming a texture structure on the light receiving surface side, a light confinement effect is promoted and high efficiency is achieved.

また、熱拡散処理で形成された、半導体基板上のBSG、熱酸化膜、PSG等をエッチング液で除去する工程を行ってもよい。エッチング液の種類に特に制限はなく、フッ化水素、フッ化アンモニウム、フッ化水素アンモニウム等の水溶液、水酸化ナトリウムの水溶液などが挙げられる。エッチング処理としては、半導体基板をエッチング液に浸漬する方法等、公知の方法が適用できる。PSGを除去するためのエッチングを行う場合、第一のn型拡散層領域に形成されたPSGと第二のn型拡散層領域に形成されたPSGを一括してエッチングにより除去してもよく、各n型拡散層形成工程後に、形成されたPSGをそれぞれエッチングにより除去してもよい。   Further, a step of removing BSG, thermal oxide film, PSG, and the like on the semiconductor substrate formed by the thermal diffusion treatment with an etching solution may be performed. There is no restriction | limiting in particular in the kind of etching liquid, An aqueous solution, such as hydrogen fluoride, ammonium fluoride, ammonium hydrogen fluoride, aqueous solution of sodium hydroxide, etc. are mentioned. As the etching treatment, a known method such as a method of immersing a semiconductor substrate in an etching solution can be applied. When performing etching to remove PSG, PSG formed in the first n-type diffusion layer region and PSG formed in the second n-type diffusion layer region may be collectively removed by etching, After each n-type diffusion layer forming step, the formed PSG may be removed by etching.

本開示の選択的n型拡散層付き半導体基板の製造方法によって製造される選択的n型拡散層付き半導体基板の各構成は、前述の選択的n型拡散層付き半導体基板の各構成として説明したものと同様である。   Each configuration of the semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer manufactured by the method for manufacturing a semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer of the present disclosure has been described as each configuration of the semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer described above. It is the same as that.

≪太陽電池素子及び太陽電池素子の製造方法≫
太陽電池素子は、p型拡散層を表主面に、及び第一のn型拡散層と前記第一のn型拡散層よりもドナー元素の濃度が低い第二のn型拡散層とを裏主面に有する本開示の選択的n型拡散層付き半導体基板と、第一のn型拡散層の上に設けられた電極と、を有する。
また、太陽電池素子の製造方法は、本開示の選択的n型拡散層付き半導体基板の製造方法により選択的n型拡散層を有する選択的n型拡散層付き半導体基板を製造する工程と、選択的n型拡散層上に電極を形成する工程と、を有する。
≪Solar cell element and manufacturing method of solar cell element≫
The solar cell element has a p-type diffusion layer on the front main surface, and a first n-type diffusion layer and a second n-type diffusion layer having a lower donor element concentration than the first n-type diffusion layer. A semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer of the present disclosure on the main surface; and an electrode provided on the first n-type diffusion layer.
Further, a method for manufacturing a solar cell element includes a step of manufacturing a semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer having a selective n-type diffusion layer by the method for manufacturing a semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer of the present disclosure, and a selection Forming an electrode on the target n-type diffusion layer.

以下、太陽電池素子の製造方法の一実施態様について、図1を参照しながら説明する。図1は、太陽電池素子の製造工程の一例を概念的に表す模式断面図である。なお、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。また、以下では、n型半導体基板としてシリコン基板を用いる例について説明するが、本開示において半導体基板はシリコン基板に限定されない。   Hereinafter, an embodiment of a method for manufacturing a solar cell element will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view conceptually showing an example of a manufacturing process of a solar cell element. In addition, the magnitude | size of the member in each figure is notional, The relative relationship of the magnitude | size between members is not limited to this. Hereinafter, an example in which a silicon substrate is used as the n-type semiconductor substrate will be described. However, in the present disclosure, the semiconductor substrate is not limited to the silicon substrate.

図1(1)では、n型半導体基板10であるシリコン基板にアルカリ溶液を付与してダメージ層を除去し、テクスチャ構造をエッチングにて得る。   In FIG. 1A, an alkaline solution is applied to a silicon substrate that is an n-type semiconductor substrate 10 to remove a damaged layer, and a texture structure is obtained by etching.

図1(2)では、PECVD又はスチーム熱酸化炉を用いて裏主面にバリア層21(SiO層)を100nm〜300nmの厚さとなるように形成する。なおスチーム熱酸化炉を用いてSiO層を形成する場合は、表主面に形成されたSiO層をエッチングにより除去する。また、PECVDでSiOを形成する場合も、表主面端部等にSiO層が形成されている可能性があるので、これを除去することが好ましい。SiO層の除去に用いられるエッチング液としてはフッ酸を水で希釈したフッ酸水溶液を用いることが好ましい。フッ酸水溶液の濃度は2質量%〜10質量%が好ましく、3質量%〜8質量%であることがより好ましい。 In FIG. 1 (2), a barrier layer 21 (SiO 2 layer) is formed to a thickness of 100 nm to 300 nm on the back main surface using PECVD or a steam thermal oxidation furnace. In the case of forming the SiO 2 layer by using a steam thermal oxidation furnace, the SiO 2 layer formed on the front main surface is removed by etching. Also, when SiO 2 is formed by PECVD, there is a possibility that an SiO 2 layer is formed at the edge of the front main surface, etc., so it is preferable to remove this. As an etchant used for removing the SiO 2 layer, a hydrofluoric acid aqueous solution obtained by diluting hydrofluoric acid with water is preferably used. The concentration of the hydrofluoric acid aqueous solution is preferably 2% by mass to 10% by mass, and more preferably 3% by mass to 8% by mass.

図1(3)では、n型半導体基板10の受光面となる面に、BBrガスを用いて熱拡散処理を行うか、ホウ素元素を含有するp型拡散層形成組成物を塗布して熱拡散処理を行い、p型拡散層11を形成する。このとき、p型拡散層の表面にBSG22が形成される。 In FIG. 1 (3), thermal diffusion treatment is performed using BBr 3 gas on the surface to be the light-receiving surface of the n-type semiconductor substrate 10, or a p-type diffusion layer forming composition containing boron element is applied and heated. A p-type diffusion layer 11 is formed by performing a diffusion process. At this time, BSG22 is formed on the surface of the p-type diffusion layer.

図1(4)では、p型拡散層11を形成した面とは反対の裏主面をフッ酸水溶液で処理してバリア層21を除去する。   In FIG. 1 (4), the back main surface opposite to the surface on which the p-type diffusion layer 11 is formed is treated with a hydrofluoric acid aqueous solution to remove the barrier layer 21.

図1(5)ではn型半導体基板10の受光面と反対面の、電極を形成する予定の領域に、電極のパターンと略同じパターンの形状となるようn型拡散層形成組成物層12を付与する。n型拡散層形成組成物層12は電極幅の1.0倍〜3.0倍の幅となるように塗布してもよく、重ね合わせのズレ防止と、ドナー元素濃度の高いn型拡散層による、キャリアの再結合の抑制の観点から、1.5倍〜2.5倍となるように塗布することが好ましい。
n型拡散層形成組成物の付与後、乾燥し、n型半導体基板10を熱拡散設備に投入する。このとき、表主面のp型拡散層にドナー元素が混入しないように、複数枚のn型半導体基板10を、p型拡散層が向かい合うように重ねて熱拡散設備に設置することが好ましい。熱拡散処理における雰囲気の温度は830℃〜950℃であることが好ましい。熱拡散処理の炉内雰囲気は、空気、酸素、窒素等の不活性ガス、これらの混合ガスなどから所望の条件に合わせて選択でき、酸素と窒素の混合ガスが好ましい。これにより図1(6)の第一のn型拡散層13が形成される。
In FIG. 1 (5), an n-type diffusion layer forming composition layer 12 is formed in a region opposite to the light-receiving surface of the n-type semiconductor substrate 10 where an electrode is to be formed so as to have a shape substantially the same as the electrode pattern. Give. The n-type diffusion layer forming composition layer 12 may be applied so as to be 1.0 to 3.0 times as wide as the electrode width. From the viewpoint of suppressing the recombination of carriers, it is preferable to apply so as to be 1.5 to 2.5 times.
After the application of the n-type diffusion layer forming composition, the composition is dried and the n-type semiconductor substrate 10 is put into a thermal diffusion facility. At this time, it is preferable to install a plurality of n-type semiconductor substrates 10 in a thermal diffusion facility so that the p-type diffusion layers face each other so that donor elements are not mixed into the p-type diffusion layer on the front main surface. The temperature of the atmosphere in the thermal diffusion treatment is preferably 830 ° C to 950 ° C. The furnace atmosphere for the thermal diffusion treatment can be selected according to desired conditions from an inert gas such as air, oxygen and nitrogen, a mixed gas thereof, and the like, and a mixed gas of oxygen and nitrogen is preferable. As a result, the first n-type diffusion layer 13 of FIG. 1 (6) is formed.

次いで、前記熱拡散処理から温度を700℃〜900℃に降温させて、POClを含有するガスを炉内に注入し、図1(6)に示すようなドナー元素濃度が第一のn型拡散層よりも低い第二のn型拡散層14を形成する。このとき、第一のn型拡散層13及び第二のn型拡散層14の表面にはPSG24が形成されている。適度な濃度でリン拡散層を形成するために、拡散温度は750℃〜850℃が好ましく、また拡散時間はDepo工程とDrive−in工程の時間を合わせて10分〜60分であることが好ましい。このとき、POClを含有するガス雰囲気を用いた方法では、POClを含有するガスが半導体基板の表主面にも及ぶが、p型拡散層を形成する際に得られたBSG22及び熱酸化膜がバリア層となり、また半導体基板のp型拡散層が向かい合うように重ね合せて炉内に設置されていることによって、表主面へのリン拡散を防止する。 Next, the temperature is lowered to 700 ° C. to 900 ° C. from the thermal diffusion treatment, a gas containing POCl 3 is injected into the furnace, and the donor element concentration as shown in FIG. A second n-type diffusion layer 14 lower than the diffusion layer is formed. At this time, PSG 24 is formed on the surfaces of the first n-type diffusion layer 13 and the second n-type diffusion layer 14. In order to form a phosphorus diffusion layer at an appropriate concentration, the diffusion temperature is preferably 750 ° C. to 850 ° C., and the diffusion time is preferably 10 minutes to 60 minutes in total of the Depo step and the Drive-in step. . At this time, in the method using the gas atmosphere containing POCl 3 , the gas containing POCl 3 reaches the front main surface of the semiconductor substrate, but the BSG 22 and the thermal oxidation obtained when forming the p-type diffusion layer are used. The film is used as a barrier layer, and the p-type diffusion layer of the semiconductor substrate is superposed so as to face each other, so that phosphorus diffusion to the front main surface is prevented.

n型半導体基板10の受光面に形成されたp型拡散層11の表面には、BSG22、熱酸化膜等が残存し、裏主面の第一のn型拡散層13及び第二のn型拡散層14にはn型拡散層形成組成物及びPOClを含有するガスを用いたドナー元素拡散で形成されたPSG24が残存している。図1(7)では、これらの残存物をエッチングにより除去する。エッチング液としては、フッ酸等の酸に浸漬する方法、苛性ソーダ等のアルカリに浸漬する方法など、公知の方法のいずれもが適用できる。エッチング能力の点では、フッ酸によるエッチング処理であることが好ましい。フッ酸によるエッチング処理としては、フッ酸にn型半導体基板10を浸漬する方法が挙げられる。フッ酸にn型半導体基板10を浸漬する場合、浸漬時間は特に制限されない。一般に、0.5分間〜30分間としてもよく、1分間〜10分間とすることが好ましい。残存物を本洗浄方法で除去した後の半導体基板の表面は疎水性を示す。 On the surface of the p-type diffusion layer 11 formed on the light-receiving surface of the n-type semiconductor substrate 10, BSG22, a thermal oxide film, etc. remain, and the first n-type diffusion layer 13 and the second n-type on the back main surface. In the diffusion layer 14, PSG 24 formed by donor element diffusion using a gas containing an n-type diffusion layer forming composition and POCl 3 remains. In FIG. 1 (7), these residues are removed by etching. As the etching solution, any of known methods such as a method of immersing in an acid such as hydrofluoric acid and a method of immersing in an alkali such as caustic soda can be applied. In terms of etching ability, an etching treatment with hydrofluoric acid is preferable. Examples of the etching treatment using hydrofluoric acid include a method of immersing the n-type semiconductor substrate 10 in hydrofluoric acid. When the n-type semiconductor substrate 10 is immersed in hydrofluoric acid, the immersion time is not particularly limited. Generally, it may be 0.5 minutes to 30 minutes, and preferably 1 minute to 10 minutes. The surface of the semiconductor substrate after the residue is removed by this cleaning method exhibits hydrophobicity.

図1(8)では、p型拡散層11の上に反射防止膜15、並びに第一のn型拡散層13及び第二のn型拡散層14の上に反射防止膜16を形成する。反射防止膜15及び16は公知の技術を適用して形成される。例えば、反射防止膜15及び16がシリコン窒化膜の場合には、SiHとNHとの混合ガスを原料とするプラズマCVD(PECVD;plasma−enhanced chemical vapor deposition)法により形成する。このとき、水素が結晶中に拡散し、ケイ素原子の結合に寄与しない軌道、すなわちダングリングボンドと水素とが結合し、欠陥を不活性化(水素パッシベーション)する。 In FIG. 1 (8), an antireflection film 15 is formed on the p-type diffusion layer 11, and an antireflection film 16 is formed on the first n-type diffusion layer 13 and the second n-type diffusion layer 14. The antireflection films 15 and 16 are formed by applying a known technique. For example, when the antireflection films 15 and 16 are silicon nitride films, they are formed by a plasma CVD (PECVD; plasma-enhanced chemical vapor deposition) method using a mixed gas of SiH 4 and NH 3 as a raw material. At this time, hydrogen diffuses into the crystal, and orbitals that do not contribute to the bonding of silicon atoms, that is, dangling bonds and hydrogen are bonded to inactivate defects (hydrogen passivation).

より具体的には、反射防止膜15及び16は、例えば、上記混合ガスの流量比(NH/SiH)が0.05〜1.0、反応室の圧力が13.3Pa(0.1Torr)〜266.6Pa(2Torr)、成膜時の温度が300℃〜550℃、プラズマの放電のための周波数が100kHz以上の条件下で形成される。 More specifically, the antireflection films 15 and 16 have, for example, a flow rate ratio (NH 3 / SiH 4 ) of the above mixed gas of 0.05 to 1.0 and a reaction chamber pressure of 13.3 Pa (0.1 Torr). ) To 266.6 Pa (2 Torr), the film forming temperature is 300 ° C. to 550 ° C., and the frequency for plasma discharge is 100 kHz or more.

p型拡散層上にはパッシベーション層を形成してもよい。例えば、ALD(原子層堆積)法でAl層を積層してもよく、熱酸化等によりSiO層を形成してもよい。この場合、パッシベーション層上に上述の反射防止膜を形成する。 A passivation layer may be formed on the p-type diffusion layer. For example, an Al 2 O 3 layer may be laminated by an ALD (atomic layer deposition) method, or an SiO 2 layer may be formed by thermal oxidation or the like. In this case, the above-described antireflection film is formed on the passivation layer.

図1(9)では、表主面の反射防止膜15上に、受光面電極用金属ペーストをスクリーン印刷法で印刷塗布し、乾燥させ、受光面電極用金属ペースト層17を形成する。受光面電極用金属ペーストとしては、例えば、金属粒子とガラス粒子とを含有し、必要に応じて樹脂バインダー及びその他の添加剤を含有するものを使用できる。   In FIG. 1 (9), a light receiving surface electrode metal paste is printed on the antireflection film 15 on the front main surface by screen printing and dried to form a light receiving surface electrode metal paste layer 17. As a metal paste for light-receiving surface electrodes, for example, a paste containing metal particles and glass particles, and containing a resin binder and other additives as required can be used.

次いで、裏主面の裏面電極用金属ペースト層19を第一のn型拡散層上に形成する。裏面電極用金属ペースト層19の材質及び形成方法は特に限定されない。例えば、アルミニウム、銀、銅等の金属を含有する裏面電極用金属ペーストを付与し、乾燥させて、裏面電極用金属ペースト層19を形成してもよい。このとき、ドナー元素濃度の高い第一のn型拡散層を形成した領域に裏面電極用金属ペーストを付与することにより、後工程で焼成されたときに、電極と半導体基板との接触抵抗を抑えることができる。この結果、太陽電池素子としたときの特性をより向上させることができる。裏面電極用金属ペーストを印刷塗布するとき、第一のn型拡散層を形成した領域に、LED及びCCDカメラを使用して位置合わせを行う。このとき、裏主面にも、モジュール工程における太陽電池素子間の接続のために、一部に銀電極形成用の銀ペーストを設けてもよい。   Next, the back electrode metal paste layer 19 for the back main surface is formed on the first n-type diffusion layer. The material and forming method of the back electrode metal paste layer 19 are not particularly limited. For example, the back electrode metal paste layer 19 may be formed by applying a metal paste for the back electrode containing a metal such as aluminum, silver, or copper and drying the paste. At this time, by applying a metal paste for the back electrode to the region where the first n-type diffusion layer having a high donor element concentration is formed, the contact resistance between the electrode and the semiconductor substrate is suppressed when baked in a subsequent process. be able to. As a result, the characteristics when a solar cell element is obtained can be further improved. When the back electrode metal paste is printed and applied, alignment is performed using an LED and a CCD camera in the region where the first n-type diffusion layer is formed. At this time, a silver paste for forming a silver electrode may be partially provided on the back main surface for connection between solar cell elements in the module process.

図1(10)では、受光面電極用金属ペースト層17を焼成して、太陽電池素子を完成させる。600℃〜900℃の範囲で数秒間〜数分間焼成すると、受光面側では受光面電極用金属ペーストに含まれるガラス粒子によって絶縁膜である反射防止膜15が溶融し、さらにn型半導体基板10の表面も一部溶融して、ペースト中の金属粒子(例えば銀粒子)がn型半導体基板10と接触部を形成して凝固する。これにより、形成した受光面電極18とn型半導体基板10とが導通される。これはファイアースルーと称されている。また、裏面側でも同様に、裏面電極用金属ペースト層19の裏面電極用金属ペーストが焼成されて、裏面電極20が形成される。   In FIG. 1 (10), the metal paste layer 17 for light-receiving surface electrodes is baked to complete the solar cell element. When baked in the range of 600 ° C. to 900 ° C. for several seconds to several minutes, the antireflection film 15 that is an insulating film is melted by the glass particles contained in the metal paste for the light receiving surface electrode on the light receiving surface side, and the n-type semiconductor substrate 10 A part of the surface is also melted, and metal particles (for example, silver particles) in the paste are solidified by forming contact portions with the n-type semiconductor substrate 10. Thereby, the formed light-receiving surface electrode 18 and the n-type semiconductor substrate 10 are electrically connected. This is called fire-through. Similarly, on the back side, the back electrode metal paste of the back electrode metal paste layer 19 is baked to form the back electrode 20.

受光面電極18及び裏面電極20の形状の一例について図2A及び図2Bを参照して説明する。受光面電極18又は裏面電極20は、バスバー電極30、及びバスバー電極30と交差しているフィンガー電極32を有する。図2Aは、受光面電極18又は裏面電極20を、バスバー電極30、及びバスバー電極30と交差しているフィンガー電極32を有する構成とした太陽電池素子を受光面から見た平面図であり、図2Bは、図2Aの一部を拡大して示す斜視図である。   An example of the shape of the light-receiving surface electrode 18 and the back surface electrode 20 will be described with reference to FIGS. 2A and 2B. The light-receiving surface electrode 18 or the back surface electrode 20 includes a bus bar electrode 30 and a finger electrode 32 that intersects the bus bar electrode 30. FIG. 2A is a plan view of a solar cell element in which the light-receiving surface electrode 18 or the back-surface electrode 20 includes a bus bar electrode 30 and a finger electrode 32 intersecting the bus bar electrode 30 as viewed from the light receiving surface. 2B is an enlarged perspective view showing a part of FIG. 2A.

このような受光面電極18又は裏面電極20は、上述の受光面電極用金属ペーストのスクリーン印刷、電極材料のメッキ、高真空中における電子ビーム加熱による電極材料の蒸着等の手段により形成することができる。バスバー電極30とフィンガー電極32とを有する受光面電極18又は裏面電極20は電極として一般的に用いられていて周知であり、受光面側のバスバー電極及びフィンガー電極の公知の形成手段を適用することができる。   Such light receiving surface electrode 18 or back surface electrode 20 may be formed by means such as screen printing of the above-described metal paste for light receiving surface electrode, plating of electrode material, vapor deposition of electrode material by electron beam heating in high vacuum. it can. The light receiving surface electrode 18 or the back surface electrode 20 having the bus bar electrode 30 and the finger electrode 32 is generally used as an electrode and is well known, and a known forming means for the bus bar electrode and the finger electrode on the light receiving surface side is applied. Can do.

上記では、受光面にp型拡散層、裏面にn型拡散層を形成し、さらにそれぞれの層の上に受光面電極及び裏面電極を設けた太陽電池素子について説明したが、本実施形態のn型拡散層形成組成物を用いればバックコンタクト型の太陽電池素子を製造することも可能である。バックコンタクト型の太陽電池素子は、電極を裏面に設けて受光面の面積を大きくするものである。つまり、バックコンタクト型の太陽電池素子では、裏面にp型拡散部位及びn型拡散部位の両方を形成してpn接合構造とする。本実施形態のn型拡散層形成組成物は、特定の部位にn型拡散部位を形成することが可能であり、よってバックコンタクト型の太陽電池素子の製造に好適に適用することができる。   In the above description, the solar cell element in which the p-type diffusion layer is formed on the light-receiving surface, the n-type diffusion layer is formed on the back surface, and the light-receiving surface electrode and the back electrode are provided on the respective layers has been described. By using the mold diffusion layer forming composition, it is possible to produce a back contact type solar cell element. The back contact type solar cell element has an electrode on the back surface to increase the area of the light receiving surface. That is, in the back contact solar cell element, both the p-type diffusion region and the n-type diffusion region are formed on the back surface to form a pn junction structure. The n-type diffusion layer forming composition of the present embodiment can form an n-type diffusion site at a specific site, and thus can be suitably applied to the production of a back contact type solar cell element.

以下、本実施形態を実施例により具体的に説明するが、本実施形態はこれらの実施例に制限されるものではない。また「%」は断りがない限り「質量%」を意味する。   Hereinafter, the present embodiment will be specifically described by way of examples, but the present embodiment is not limited to these examples. “%” Means “% by mass” unless otherwise specified.

[実施例1]
(n型拡散層形成組成物の調製)
粒子形状がブロック状で、体積平均粒子径が0.89μmのP−SiO−CaO系ガラス(P:30モル%、SiO:60モル%、CaO:10モル%)粒子10gと、エチルセルロース5gと、テルピネオール85gとを、自動乳鉢混練装置を用いて混合してペースト化し、n型拡散層形成組成物を調製した。得られたn型拡散層形成組成物の粘度は、61Pa・sであった。
[Example 1]
(Preparation of n-type diffusion layer forming composition)
P 2 O 5 —SiO 2 —CaO-based glass having a block shape and a volume average particle size of 0.89 μm (P 2 O 5 : 30 mol%, SiO 2 : 60 mol%, CaO: 10 mol%) 10 g of particles, 5 g of ethyl cellulose, and 85 g of terpineol were mixed using an automatic mortar kneader to make a paste, thereby preparing an n-type diffusion layer forming composition. The viscosity of the obtained n-type diffusion layer forming composition was 61 Pa · s.

ガラス粒子の形状は、走査型電子顕微鏡(株式会社日立ハイテクノロジーズ、「TM−1000型」)を用いて観察して判定した。ガラスの平均粒子径は、レーザー回折散乱法粒度分布測定装置(ベックマン・コールター株式会社、「LS 13 320型」、測定波長:632nm)を用いて算出した。   The shape of the glass particles was determined by observing with a scanning electron microscope (Hitachi High-Technologies Corporation, “TM-1000 type”). The average particle size of the glass was calculated using a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer (Beckman Coulter, Inc., “LS 13 320 type”, measurement wavelength: 632 nm).

(バリア層の形成)
PECVD装置を用いて、半導体基板の裏主面に厚さ約200nmのSiO層を形成した後、5質量%フッ酸水溶液に表主面だけを2分間浸漬して表主面の端部にある余分なSiO層を除去した。
(Formation of barrier layer)
After forming a SiO 2 layer having a thickness of about 200 nm on the back main surface of the semiconductor substrate using a PECVD apparatus, only the front main surface is immersed in a 5% by mass hydrofluoric acid aqueous solution for 2 minutes at the end of the front main surface. to remove some excess SiO 2 layer.

(p型拡散層の形成)
まず、テクスチャ構造が形成された半導体基板をN:10L/minを流した拡散炉(光洋サーモシステム株式会社、「206A−M100」)700℃の状態で入れたボートを投入した。このとき、半導体基板を2枚準備し、この2枚を重ね合わせて設置した。2枚を重ね合わせることにより、内側面にBBrガスが回りこむことが抑えられる。この内側面を裏主面とし、後の工程でn型拡散層を形成する面とする。その後、15℃/minの昇温速度で950℃まで温度を上げ、酸素、窒素及びBBrの混合ガスを炉内に注入して950℃で50分間熱処理し、ホウ素を半導体基板中に拡散(熱拡散)させ、p型拡散層を形成した。その後、N:7L/min、O:3L/minに拡散炉内の雰囲気を変えて、700℃まで85分間かけて降温し、700℃で半導体基板を取り出した。
(Formation of p-type diffusion layer)
First, a boat in which a semiconductor substrate with a textured structure was placed at 700 ° C. in a diffusion furnace (Koyo Thermo System Co., Ltd., “206A-M100”) in which N 2 : 10 L / min was flowed was introduced. At this time, two semiconductor substrates were prepared, and the two substrates were stacked and installed. By superimposing the two sheets, it is possible to suppress the BBr 3 gas from flowing into the inner surface. This inner surface is used as a back main surface, and a surface on which an n-type diffusion layer is formed in a later step. Thereafter, the temperature is increased to 950 ° C. at a temperature increase rate of 15 ° C./min, a mixed gas of oxygen, nitrogen and BBr 3 is injected into the furnace and heat-treated at 950 ° C. for 50 minutes to diffuse boron into the semiconductor substrate ( Thermal diffusion) to form a p-type diffusion layer. Thereafter, the atmosphere in the diffusion furnace was changed to N 2 : 7 L / min and O 2 : 3 L / min, the temperature was lowered to 700 ° C. over 85 minutes, and the semiconductor substrate was taken out at 700 ° C.

(シート抵抗の評価)
拡散部のシート抵抗を低抵抗率計(三菱ケミカル株式会社製、「Loresta MCP−T360」)を用いて測定した。拡散部のシート抵抗は70Ω/sq.であり、p型拡散層が形成されていることが分かった。
(Evaluation of sheet resistance)
The sheet resistance of the diffusion part was measured using a low resistivity meter (“Loresta MCP-T360” manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation). The sheet resistance of the diffusion portion is 70Ω / sq. It was found that a p-type diffusion layer was formed.

(バリア層の除去)
ホウ素拡散の後、裏主面のバリア層を5質量%フッ酸に2分間浸漬して除去した。このとき、裏主面のみ5質量%フッ酸に漬けるようにして、表主面にあるBSGは残すようにした。
(Removal of barrier layer)
After boron diffusion, the barrier layer on the back main surface was removed by dipping in 5% by mass hydrofluoric acid for 2 minutes. At this time, only the back main surface was soaked in 5% by mass hydrofluoric acid to leave BSG on the front main surface.

(裏主面のホウ素濃度測定)
p型拡散層を形成した面と反対面(裏主面)のホウ素濃度を二次イオン質量分析法(SIMS)で測定した。ホウ素濃度は最も濃度が高いところで1.0×1017atoms/cmであった。
(Measurement of boron concentration on the back main surface)
The boron concentration on the surface opposite to the surface on which the p-type diffusion layer was formed (back main surface) was measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS). The boron concentration was 1.0 × 10 17 atoms / cm 3 at the highest concentration.

(n型拡散層の形成)
次に上述のようにp型拡散層を形成した半導体基板に、調製したn型拡散層形成組成物をスクリーン印刷によって電極パターンに合わせるように線幅100μmで印刷し、150℃のホットプレート上で5分間乾燥させ、n型拡散層形成組成物層を形成した。2枚の半導体基板をp型拡散層の面が向かい合うように重ねてボートに設置し、N:9L/min、O:1L/minを流した温度700℃の拡散炉(光洋サーモシステム株式会社、「206A−M100」)中に投入した。その後、15℃/minの昇温速度で930℃まで温度を上げ、930℃で10分間熱処理し、リンを半導体基板中に拡散(熱拡散)させ、リン濃度の高いn型拡散層(第一のn型拡散層)を形成した。800℃まで15分間かけて降温しO、N、POClの混合ガスを導入して、800℃で30分間(Depo時間30分、Drive−in時間0分間)の熱拡散処理を行い、n型半導体基板の裏主面にリン濃度の低いn型拡散層(第二のn型拡散層)を形成した。その後、炉内を窒素雰囲気に変えて700℃まで降温し、半導体基板を取出した。5質量%フッ酸水溶液に10分間浸漬し半導体基板に残存したガラス成分を除去した。
(Formation of n-type diffusion layer)
Next, on the semiconductor substrate on which the p-type diffusion layer is formed as described above, the prepared n-type diffusion layer forming composition is printed with a line width of 100 μm so as to match the electrode pattern by screen printing, and on a hot plate at 150 ° C. It was dried for 5 minutes to form an n-type diffusion layer forming composition layer. Two semiconductor substrates are placed on a boat with the p-type diffusion layers facing each other, placed in a boat, and a diffusion furnace at a temperature of 700 ° C. with N 2 : 9 L / min and O 2 : 1 L / min (Koyo Thermo System Co., Ltd.) Company, “206A-M100”). Thereafter, the temperature is increased to 930 ° C. at a rate of temperature increase of 15 ° C./min, and heat treatment is performed at 930 ° C. for 10 minutes to diffuse phosphorus (thermal diffusion) into the semiconductor substrate, and to form an n-type diffusion layer (first N-type diffusion layer). The temperature was lowered to 800 ° C. over 15 minutes, a mixed gas of O 2 , N 2 and POCl 3 was introduced, and thermal diffusion treatment was performed at 800 ° C. for 30 minutes (Depo time 30 minutes, Drive-in time 0 minutes) An n-type diffusion layer (second n-type diffusion layer) having a low phosphorus concentration was formed on the back main surface of the n-type semiconductor substrate. Thereafter, the inside of the furnace was changed to a nitrogen atmosphere, the temperature was lowered to 700 ° C., and the semiconductor substrate was taken out. The glass component remaining on the semiconductor substrate was removed by immersion in a 5% by mass hydrofluoric acid aqueous solution for 10 minutes.

上記のようにp型拡散層及びn型拡散層を形成したn型半導体基板に対し、酸素を5L/min流した熱酸化炉で700℃、20分間処理して両面にパッシベーション層を形成した。その後、PECVDで両面に窒化ケイ素膜を形成した。次いで、n型半導体基板の両面にスクリーン印刷で銀ペーストを幅55μmの電極のパターン状に付与した。このとき、裏主面では、ドナー元素濃度の高い第一のn型拡散層を形成した領域に、裏面電極用銀ペーストを形成した。形成した銀ペーストを、800℃でファイアースルーさせて、p型拡散層及びn型拡散層と電気的なコンタクトが確保された電極を形成し、両面受光型の太陽電池素子を作製した。   The n-type semiconductor substrate on which the p-type diffusion layer and the n-type diffusion layer were formed as described above was treated at 700 ° C. for 20 minutes in a thermal oxidation furnace in which oxygen was flowed at 5 L / min to form passivation layers on both surfaces. Thereafter, silicon nitride films were formed on both sides by PECVD. Next, a silver paste was applied in a pattern of electrodes having a width of 55 μm by screen printing on both surfaces of the n-type semiconductor substrate. At this time, on the back main surface, the back electrode silver paste was formed in the region where the first n-type diffusion layer having a high donor element concentration was formed. The formed silver paste was fired through at 800 ° C. to form an electrode in which electrical contact with the p-type diffusion layer and the n-type diffusion layer was ensured, thereby producing a double-sided light receiving solar cell element.

(I−V測定)
太陽電池素子のp型拡散層側の発電効率を、AM1.5Gに設定された光源のもと、I−Vトレーサー(英弘精機株式会社製 MP−180)を用いて測定した。その結果、発電効率は20.2%と高かった。
(IV measurement)
The power generation efficiency on the p-type diffusion layer side of the solar cell element was measured using an IV tracer (MP-180 manufactured by Eihiro Seiki Co., Ltd.) under a light source set to AM1.5G. As a result, the power generation efficiency was as high as 20.2%.

[実施例2]
実施例1において、バリア層形成工程を省き、p型拡散層形成後に裏主面のみをフッ硝酸(フッ化水素酸と硝酸の混合液)に浸漬し、裏主面の最表面から1μm厚をエッチングしたこと以外は、実施例1と同様の方法でp型拡散層及びn型拡散層を形成したn型半導体基板を得て、裏主面のホウ素濃度を実施例1と同様の方法で測定したところ、最も濃度が高いところで5.0×1016atoms/cmであった。この基板を用いて実施例1と同様の方法で太陽電池素子を試作し評価した。この結果、発電効率は20.5%と高かった。
[Example 2]
In Example 1, the barrier layer forming step was omitted, and after forming the p-type diffusion layer, only the back main surface was immersed in hydrofluoric acid (mixed liquid of hydrofluoric acid and nitric acid), and the thickness of 1 μm from the outermost surface of the back main surface An n-type semiconductor substrate on which a p-type diffusion layer and an n-type diffusion layer are formed is obtained by the same method as in Example 1 except that the etching is performed, and the boron concentration on the back main surface is measured by the same method as in Example 1. As a result, it was 5.0 × 10 16 atoms / cm 3 at the highest concentration. Using this substrate, solar cell elements were prototyped and evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the power generation efficiency was as high as 20.5%.

[比較例1]
実施例1において、バリア層形成工程を省いた以外は、実施例1と同様の方法でp型拡散層及びn型拡散層を形成したn型半導体基板を得て、裏主面のホウ素濃度を実施例1と同様の方法で測定したところ、最も濃度が高いところで1.0×1018atoms/cmであった。この基板を用いて実施例1と同様の方法で太陽電池素子を試作し評価した。この結果、発電効率は18.8%と低い発電効率であった。
[Comparative Example 1]
In Example 1, except that the barrier layer forming step was omitted, an n-type semiconductor substrate having a p-type diffusion layer and an n-type diffusion layer formed by the same method as in Example 1 was obtained, and the boron concentration on the back main surface was changed. When measured by the same method as in Example 1, it was 1.0 × 10 18 atoms / cm 3 at the highest concentration. Using this substrate, solar cell elements were prototyped and evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the power generation efficiency was as low as 18.8%.

[比較例2]
実施例2において、p型拡散層形成後に裏主面をエッチングしなかったこと以外は、実施例2と同様の方法でp型拡散層及びn型拡散層を形成したn型半導体基板を得て、裏主面のホウ素濃度を実施例2と同様の方法で測定したところ、最も濃度が高いところで1.0×1018atoms/cmであった。この基板を用いて実施例2と同様の方法で太陽電池素子を試作し評価した。この結果、発電効率は19.0%と低い発電効率であった。
[Comparative Example 2]
In Example 2, an n-type semiconductor substrate on which a p-type diffusion layer and an n-type diffusion layer were formed was obtained in the same manner as in Example 2 except that the back main surface was not etched after forming the p-type diffusion layer. When the boron concentration on the back main surface was measured in the same manner as in Example 2, it was 1.0 × 10 18 atoms / cm 3 at the highest concentration. Using this substrate, solar cell elements were prototyped and evaluated in the same manner as in Example 2. As a result, the power generation efficiency was as low as 19.0%.

10 n型半導体基板(シリコン基板)
11 p型拡散層
12 n型拡散層形成組成物層
13 第一のn型拡散層
14 第二のn型拡散層
15 反射防止膜
16 反射防止膜
17 受光面電極用金属ペースト層
18 受光面電極
19 裏面電極用金属ペースト層
20 裏面電極
21 バリア層(SiO層)
22 BSG
24 PSG
30 バスバー電極
32 フィンガー電極
10 n-type semiconductor substrate (silicon substrate)
11 p-type diffusion layer 12 n-type diffusion layer forming composition layer 13 first n-type diffusion layer 14 second n-type diffusion layer 15 antireflection film 16 antireflection film 17 metal paste layer 18 for light receiving surface electrode light receiving surface electrode 19 Back surface electrode metal paste layer 20 Back surface electrode 21 Barrier layer (SiO 2 layer)
22 BSG
24 PSG
30 Busbar electrode 32 Finger electrode

Claims (11)

半導体基板の表主面に設けられ、アクセプタ元素としてホウ素を含有するp型拡散層と、
半導体基板の裏主面の選択的な領域に設けられ、ドナー元素を含有する第一のn型拡散層と、
半導体基板の裏主面に設けられ、ドナー元素を含有し前記第一のn型拡散層よりもドナー元素の濃度が低い第二のn型拡散層と、を有し、
前記第一のn型拡散層及び前記第二のn型拡散層のいずれも、前記ホウ素の濃度が3.0×1017atoms/cm以下である、選択的n型拡散層付き半導体基板。
A p-type diffusion layer provided on the main surface of the semiconductor substrate and containing boron as an acceptor element;
A first n-type diffusion layer provided in a selective region on the back main surface of the semiconductor substrate and containing a donor element;
A second n-type diffusion layer provided on the back main surface of the semiconductor substrate, containing a donor element and having a donor element concentration lower than that of the first n-type diffusion layer;
The semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer, wherein both of the first n-type diffusion layer and the second n-type diffusion layer have a boron concentration of 3.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less.
前記第二のn型拡散層のシート抵抗が90Ω/sq.〜300Ω/sq.である、請求項1に記載の選択的n型拡散層付き半導体基板。   The sheet resistance of the second n-type diffusion layer is 90Ω / sq. ~ 300Ω / sq. The semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer according to claim 1, wherein 前記第一のn型拡散層のシート抵抗が10Ω/sq.〜85Ω/sq.である請求項1又は請求項2に記載の選択的n型拡散層付き半導体基板。   The sheet resistance of the first n-type diffusion layer is 10Ω / sq. ~ 85Ω / sq. The semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer according to claim 1 or 2. p型拡散層を表主面に、及び第一のn型拡散層と前記第一のn型拡散層よりもドナー元素の濃度が低い第二のn型拡散層とを裏主面に有する請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の選択的n型拡散層付き半導体基板と、
前記第一のn型拡散層の上に設けられた電極と、
を有する、太陽電池素子。
Claims having a p-type diffusion layer on the front main surface, and a first n-type diffusion layer and a second n-type diffusion layer having a donor element concentration lower than that of the first n-type diffusion layer on the back main surface. The semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer according to any one of claims 1 to 3,
An electrode provided on the first n-type diffusion layer;
A solar cell element.
半導体基板の表主面に、アクセプタ元素としてホウ素を含有するp型拡散層を形成する工程と、
前記半導体基板の裏主面の選択的な領域にn型拡散層形成組成物を付与して、ドナー元素を含有する第一のn型拡散層を形成する工程、及び、前記半導体基板の裏主面に、ドナー元素を含有し前記第一のn型拡散層よりもドナー元素の濃度が低い第二のn型拡散層を形成する工程を含む、n型拡散層を形成する工程と、
前記n型拡散層におけるホウ素の濃度が3.0×1017atoms/cm以下となるように制御する工程と、
を含む、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の選択的n型拡散層付き半導体基板の製造方法。
Forming a p-type diffusion layer containing boron as an acceptor element on the front main surface of the semiconductor substrate;
Applying an n-type diffusion layer forming composition to a selective region of the back main surface of the semiconductor substrate to form a first n-type diffusion layer containing a donor element; and the back surface of the semiconductor substrate Forming an n-type diffusion layer on the surface, including a step of forming a second n-type diffusion layer containing a donor element and having a lower donor element concentration than the first n-type diffusion layer;
Controlling the boron concentration in the n-type diffusion layer to be 3.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less;
The manufacturing method of the semiconductor substrate with a selective n type diffused layer of any one of Claims 1-3 containing this.
前記n型拡散層におけるホウ素の濃度が3.0×1017atoms/cm以下となるように制御する工程が、前記p型拡散層を形成する工程の前に半導体基板の裏主面にバリア層を形成する工程と、前記p型拡散層を形成する工程の後、及び前記n型拡散層を形成する工程の前に、前記バリア層を除去する工程と、を含む、請求項5に記載の選択的n型拡散層付き半導体基板の製造方法。 The step of controlling the boron concentration in the n-type diffusion layer to be 3.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less is a barrier on the back main surface of the semiconductor substrate before the step of forming the p-type diffusion layer. 6. The method of claim 5, comprising: forming a layer; and removing the barrier layer after the step of forming the p-type diffusion layer and before the step of forming the n-type diffusion layer. A method for manufacturing a semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer. 前記n型拡散層におけるホウ素の濃度が3.0×1017atoms/cm以下となるように制御する工程が、前記p型拡散層を形成する工程の後、及び前記n型拡散層を形成する工程の前に、半導体基板の裏主面をエッチングする工程を含む、請求項5又は請求項6に記載の選択的n型拡散層付き半導体基板の製造方法。 The step of controlling the boron concentration in the n-type diffusion layer to be 3.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less is after the step of forming the p-type diffusion layer and the formation of the n-type diffusion layer. The method for manufacturing a semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer according to claim 5 or 6, comprising a step of etching a back main surface of the semiconductor substrate before the step of performing. 前記n型拡散層におけるホウ素の濃度が3.0×1017atoms/cm以下となるように制御する工程が、前記p型拡散層を形成する工程において、ホウ素の揮散が抑制されたホウ素含有化合物を含有するp型拡散層形成組成物を付与してp型拡散層を形成することを含む、請求項5〜請求項7のいずれか1項に記載の選択的n型拡散層付き半導体基板の製造方法。 The step of controlling the boron concentration in the n-type diffusion layer to be 3.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less is the step of forming the p-type diffusion layer, and the boron content in which volatilization of boron is suppressed The semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer according to any one of claims 5 to 7, comprising applying a p-type diffusion layer forming composition containing a compound to form a p-type diffusion layer. Manufacturing method. 前記第二のn型拡散層がPOClガスの拡散によって形成される、請求項5〜請求項8のいずれか1項に記載の選択的n型拡散層付き半導体基板の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer according to claim 5, wherein the second n-type diffusion layer is formed by diffusion of POCl 3 gas. 前記n型拡散層形成組成物が、酸化物として表示したとき、P、P及びSbから選択される少なくとも1種のドナー元素含有物質と、SiO、KO、NaO、LiO、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、V、SnO、ZrO及びMoOから選択される少なくとも1種のガラス成分物質と、を含有するガラス粒子を含有する、請求項5〜請求項9のいずれか1項に記載の選択的n型拡散層付き半導体基板の製造方法。 When the n-type diffusion layer forming composition is expressed as an oxide, at least one donor element-containing material selected from P 2 O 3 , P 2 O 5 and Sb 2 O 3 , SiO 2 , K 2 At least one glass component material selected from O, Na 2 O, Li 2 O, BaO, SrO, CaO, MgO, BeO, ZnO, PbO, CdO, V 2 O 5 , SnO, ZrO 2 and MoO 3 ; The manufacturing method of the semiconductor substrate with a selective n type diffused layer of any one of Claims 5-9 containing the glass particle containing these. 請求項5〜請求項10のいずれか一項に記載の製造方法により選択的n型拡散層を有する選択的n型拡散層付き半導体基板を製造する工程と、前記選択的n型拡散層上に電極を形成する工程と、を有する、太陽電池素子の製造方法。   A step of manufacturing a semiconductor substrate with a selective n-type diffusion layer having a selective n-type diffusion layer by the manufacturing method according to any one of claims 5 to 10, and on the selective n-type diffusion layer And a step of forming an electrode.
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