JP6080797B2

JP6080797B2 - 不純物拡散装置

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Publication number: JP6080797B2
Application number: JP2014093008A
Authority: JP
Inventors: 中村　仁志; 仁志中村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-04-28
Filing date: 2014-04-28
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2034-04-28
Also published as: JP2015211169A

Description

本発明は、不純物拡散装置に係り、特に太陽電池などの半導体素子の製造プロセスに用いる不純物拡散装置に関するものである。

従来、太陽電池の製造に際しては、第１導電型の半導体基板表面に第２導電型の不純物を拡散させ、ｐｎ接合を形成する不純物拡散工程が実施される。あるいはコンタクトのために高濃度の拡散領域を形成するなど、太陽電池の製造プロセスをはじめ、トランジスタなどの半導体素子の製造においては、拡散工程が実施されることが多い。このような拡散工程は、所望の温度プロファイルを持つように設定された不純物拡散炉内に、ＰＯＣｌ₃、ＢＢｒ₃等の不純物拡散源やこれら不純物拡散源と反応させるＯ₂等のガス、パージ・キャリア用として用いられるＮ₂等のガスを流しながら、半導体ウエハを出し入れすることにより、半導体ウエハ内に不純物拡散がなされる。

不純物拡散を行う際には、まず不純物拡散炉の一端に設けられた扉を開き、処理を行う半導体ウエハを入れた後に扉を閉め、任意に設定された値にチューブ内の温度、ガス流量を制御して半導体ウエハに不純物拡散処理を行う。そして処理完了後に、扉を開き、半導体ウエハを炉口より取り出す。

ここで不純物拡散処理を行う際にチューブ内の温度、ガス流量を制御して行うと述べたが、チューブ内に導入したガスが全て反応に使われることは一般的にはほとんどなく、残留ガスが排気側へ流れていく。前述したＰＯＣｌ₃、ＢＢｒ₃など、酸系材料を用いる場合は酸性成分を含むガスが排気側へ流れていく。トラップを設けて回収する方法も提案されてはいるが、トラップで完全に冷却、液化して回収できない場合、残留ガスが排気側へ流れていき排気口に設けられた排気管内で結露、腐食して定期的に交換する必要がある等、装置の稼働率に影響を与えるという問題があった。

これらの問題の改善策として冷却、液化効率を上げるために、排気ガスが折り返して流れるようにし経路長を延ばしたトラップを用いた技術が開示されている(特許文献１)。特許文献１では、冷却・液化効率を上げることが可能としている。さらにトラップ内に定期的に清浄水を流すことができ、冷却系内が清浄に保たれるとしている。

また、らせん状の配管をトラップ内に配置して経路長を延ばし、かつ配管の冷却を水冷式にすることで冷却・液化効率を上げるようにした技術も開示されている(特許文献２)。

特開平９−１８６０９９号公報特開２００１−２９７９８８号公報

しかしながら、特許文献１，２の技術を用いても、プロセス条件の変更によって使用するガスの流量が多くなると、排気ガスを十分に冷却、液化することができないままトラップ後段の配管へ至ることが多くなる。このような場合、排気ガス内の残留酸性成分が排気側へ流れていき配管内で結露して酸性液体となり、配管の閉塞や腐食に至り、装置の稼働率へ影響を与えるという課題があった。

一例としてシリコンウエハに対しＰＯＣｌ₃を用いてｎ型拡散層を形成するｎ型拡散炉について説明を行う。ＰＯＣｌ₃はＯ₂、Ｎ₂と混合されてチューブ内に導入され、以下の反応を示す。
４ＰＯＣｌ₃＋３Ｏ₂→２Ｐ₂Ｏ₅＋６Ｃｌ₂
２Ｐ₂Ｏ₅＋５Ｓｉ→４Ｐ＋５ＳｉＯ₂

このうち、反応式より排気ガスに含まれる主要成分はＣｌ₂と、Ｓｉと反応せずに残留しているＰ₂Ｏ₅と考えられる。さらにこのうち酸性を示すものはＰ₂Ｏ₅であるため、以後はＰ₂Ｏ₅との反応を述べる。トラップへ流れてきたＰ₂Ｏ₅は冷却され一部は液化するが、過冷却により固体化するもの、冷却されずに排気へ流れていくものに分かれる。固体化したＰ₂Ｏ₅はトラップや排気配管内に固着し、排気内のコンダクタンスを下げる要因になり、配管の閉塞に繋がる。冷却されずに排気に流れていくＰ₂Ｏ₅は前述の通り、配管内で結露して酸性液体となり、配管の腐食に繋がる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、使用するガスの流量が多くなっても十分な冷却、液化能力を持ちトラップへ回収することができる排気機構を有した不純物拡散装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の不純物拡散装置は、加熱源を備えた石英チューブと、石英チューブ内に、不純物を含有する拡散用ガスを供給するガス供給部と、石英チューブ内のガスを排気する排気口と、排気口に接続された排気管と、排気管の途中に接続され、排気管内の酸性成分を含む排気ガスを冷却・液化するトラップと、トラップで液化された廃液を溜めるドレインと、排気口とトラップとの間に水分を含有する気体を供給する水分含有気体供給管とを有することを特徴とする。

本発明によれば、拡散炉からの排気ガス内に含まれる酸性成分による配管の腐食、閉塞を防ぐことが可能となり、装置の稼働率を向上させることができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１の不純物拡散装置を示す説明図である。図２は、同不純物拡散装置の要部断面図である。図３は、実施の形態１の不純物拡散装置を用いて形成される太陽電池を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図４（ａ）および（ｂ）は、実施の形態１の不純物拡散装置を用いた、太陽電池の製造工程の要部を示す図である。図５は、実施の形態２の不純物拡散装置を示す説明図である。図６は、実施の形態３の不純物拡散装置を示す説明図である。図７は、実施の形態４の不純物拡散装置を示す説明図である。図８は、実施の形態５の不純物拡散装置を示す説明図である。図９は、比較例の不純物拡散装置を示す説明図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態にかかる不純物拡散装置を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１の不純物拡散装置を示す説明図、図２は要部断面図である。本実施の形態の不純物拡散装置１００は、加熱源としてのヒータ２を備えた石英チューブ１と、石英チューブ１の一端に設けられ石英チューブ１内に、不純物を含有する拡散用ガスを供給する拡散用ガス供給口３と、石英チューブ１内のガスを排気するガス排出口４と、ガス排出口４に接続された排気管７と、排気管７の途中に接続され、石英チューブ１からの酸性成分を含む排気ガスを冷却・液化するトラップ８と、トラップ８で液化された廃液を溜めるドレイン９と、ガス排出口４とトラップ８との間に水分を含有する気体を供給する水分含有気体供給管１１とを有することを特徴とする。なお、石英チューブ１の他端には被処理物としてのシリコンウエハ４１の搬入搬出を行う開口部５ａとこの開口部５ａを塞ぐ石英扉５ｂとが配設されている。

本実施の形態１の不純物拡散装置１００の要素について説明する。排気管７とトラップ８との間に三叉の分岐部１０を設け、それぞれ排気管７側と、トラップ８側と、水分（湿度）を含む気体を流す配管で構成された水分含有気体供給管１１側とへ接続を行う。５酸化リンＰ₂Ｏ₅を含む排気ガスが石英チューブ１側から流れてきた場合に、湿度を含む気体を流すことで以下の効果が得られる。

固体のＰ₂Ｏ₅は吸湿性があるため、過冷却されて固体化したＰ₂Ｏ₅は再度液化し、ドレイン９側へ流れていくため、排気管７を構成する配管の閉塞を防ぐことができる。ここで排気管７は石英チューブ１のガス排出口４との接続部から三叉の分岐部１０までの第１配管７ａと、分岐部１０からトラップ８までの第２配管７ｂと、トラップ８よりも下流側に位置する第３配管７ｃとで構成される。そしてまた冷却されずに排気処理部（図示せず）に流れていくＰ₂Ｏ₅に対しても反応を促進させるため、冷却・液化効率を向上させることができ、トラップ８通過後の配管である第３配管７ｃ内の結露量を低減できる。さらに液体を含む気体を導入することで排気ガス全体の冷却を行うこともできる。

また図１では湿度を含む気体を常時流す装置構成にしているが、不純物拡散装置側のレシピ処理と連動して開閉を行い、ＰＯＣｌ₃ガスを流すステップ前後のみ水分を含む気体を流すようにしてもよい。つまり、必要な期間にのみ水分を含む気体を流すことのできる装置構成にしても良い。

以上のように、不純物拡散装置の開口部５ａに設けられたガス排出口４から伸びた排気管７において、トラップ８よりも不純物拡散装置の上流側、かつ石英チューブ１の外側を覆う排気フード６の外部に三叉の分岐部１０が設けられており、水分含有気体供給管１１が設置されている。なお排気フード６には酸性ガス処理系に接続された排気配管６ｓが接続されており、排気フード６内は常時排気が行われている。

ここで不純物拡散装置の石英チューブ１に供給される拡散用ガスの主成分がＰＯＣｌ₃であるとして説明を行う。このとき、排気ガス内にはＰ₂Ｏ₅が含まれている。水分含有気体供給管１１から水分含有気体すなわち、水分含有窒素ガスが常時供給されているため、排気ガス全体の冷却、排気ガス内のＰ₂Ｏ₅との反応による液化促進、過冷却されて固体化したＰ₂Ｏ₅の液化、などの効果が得られ、ドレイン９へ効率良く液体を回収することが可能となる。従って、酸性ガス処理系に接続された排気管７の腐食や閉塞を防ぐことが可能となり、装置の稼働率を向上させることができる。また三叉の分岐部１０を排気フード６外に出し、トラップ８に近付けることで、排気管７の第２配管７ｂ内に液化した液体が溜まってしまい排気ガスが流れにくくなる等のリスクを低減することができる。

図２は、本発明に係る不純物拡散装置の拡散部である石英チューブ１の周辺を示す断面図である。実施の形態１の不純物拡散装置１００の石英チューブ１は、円筒状に形成されている。石英チューブ１の外周部には、石英チューブ１を均一に加熱するための円筒状のヒータ２が配置されている。石英チューブ１とヒータ２とは、横型炉を構成しており、この管軸に沿って不純物拡散を行うべきシリコンウエハ４１を搬入しセットするようになっている。

石英チューブ１の一方（右方）の端部は、後述する親ボート２１の出入口となる一方でガスの排出口となるガス排出口４が形成されている。この出入口には、この出入口を閉塞するための石英扉５ｂと、石英扉５ｂを開いたときのパージガス（石英チューブ１内の残留ガス）を収集するための図示しない排気フード６(図１参照)と、が設置されている。石英チューブ１の他方（左方）の端部は、拡散用ガス供給口３であり、後述する拡散用ガス供給部３０の拡散用ガス導入管３３が接続されている。

拡散用ガス導入管３３は、キャリアガスを石英チューブ１内に供給するキャリアガス導入管３１と拡散源となるソースガス供給管３２とが合流して、拡散用ガス供給口３に接続されるもので、拡散用ガス供給部３０を構成している。ソースガス供給管３２は、図示しない、液体拡散源を収容する容器と、液体拡散源をバブリングするバブリング容器とを有し、バブリングにより液体拡散源の飽和蒸気を含むソースガスを供給する。そしてこのソースガス供給管３２から供給されるソースガスをキャリアガス導入管３１から導入されるキャリアガスに合流させて拡散用ガスとし、拡散用ガス導入管３３を介して、拡散用ガスを拡散用ガス供給口３から石英チューブ１内に導入する。

液体拡散源としては、オキシ塩化リンＰＯＣｌ₃を用いるが、三ブロム化リンまたは三ブロム化ほう素を用いてもよい。キャリアガスとしては、窒素ガスに少量の酸素ガスを混合させたものを用い、ソースガスとしては、窒素ガスを用いる。

シリコンウエハ４１を搬送するボート２０は、略長方形の受け皿をなす親ボート２１の上に、石英製の籠状の子ボート２２を、石英チューブ１の中心軸方向に、所定の間隔で一列に整列させて４個並べて載置したものである。子ボート２２は、石英棒を組み合わせ、これを溶接して略直方体の籠状（枠状）に形成したものである。親ボート２１は、同じく石英棒を組み合わせ、これを溶接して略長方形の梯子のように形成したものである。従って、拡散用ガスは、子ボート２２内を自由に流れることができる。

複数枚（４枚）のシリコンウエハ（ｎ型単結晶シリコン基板）４１を、板面を石英チューブ１の中心軸に平行にして、中心軸に直交する方向に等間隔に整列させて子ボート２２内に等間隔で縦置きする。

シリコンウエハ４１を載置した子ボート２２を、親ボート２１上に載置し、ヒータ２によって所望の温度プロファイルを持つように昇温された石英チューブ１内へ移送するように構成されている。

石英チューブ１内には、拡散用ガス導入管３３が延長され、ガス導入部３４を構成しており、石英チューブ１の略全長に亘り、親ボート２１の下側に配置されている。ガス導入部３４には、所定の間隔でガス供給孔３５が上向きに設けられている。各ガス供給孔３５は、子ボート２２を載置した親ボート２１が石英チューブ１内の定位置に搬送されたときに、各子ボート２２の真下に位置するように、拡散用ガス導入管３３に配置されている。

本実施の形態の不純物拡散装置によれば、排気管７に水分含有気体供給管１１を接続し、排気ガスに水分含有気体を供給することで、拡散炉からの排気ガス内に含まれる酸性成分を効率よく液化することができる。従って排気ガス内に含まれる酸性成分に配管の腐食、閉塞を防ぐことが可能となり、装置の稼働率を向上させることができるという効果を奏する。また、水分含有気体供給管１１はガス排出口４よりも下流側に接続されるため、管内のガス流に影響を与えることもない。従って各子ボート２２の直下より均一な拡散用ガスが吹出し、均一な拡散用ガスによりシリコンウエハ４１に対して不純物拡散が行われ、石英チューブ１の導入側と排気側との間で均一な拡散用ガス分布を得ることができる。

この不純物拡散装置を用いて、不純物拡散を行うことで、例えば図３（ａ）および（ｂ）に示す太陽電池が形成される。図４（ａ）および（ｂ）はこの太陽電池の製造工程の一部である不純物拡散工程において第２導電型半導体層としてのｐ型拡散層４２と、第１導電型半導体層としてのｎ型拡散層４６とを形成する工程を示す説明図である。本実施の形態にかかる太陽電池用の第１導電型半導体基板としてのシリコンウエハ（ｎ型単結晶シリコン基板）４１は、シリコンウエハ４１の第１主面（以下受光面４１Ａとする）に光反射を低減するテクスチャー４１Ｔを有する凹凸構造が形成されている。そして、この凹凸構造上に第２導電型半導体層としてのｐ型拡散層４２が形成され、ｐ型拡散層４２上に、反射防止膜４３が積層して形成されている。そして、反射防止膜４３の任意の位置に受光面４１Ａ側の第１の集電電極４５である受光面グリッド電極と受光面バス電極とが形成され、受光面グリッド電極と受光面バス電極がｐ型拡散層４２に接触したものである。ここで、シリコンウエハ４１の受光面４１Ａと対向する第２主面（以下裏面４１Ｂとする)には受光面４１Ａ同様にテクスチャー４１Ｔが形成され、順に、ｎ型拡散層４６と、反射防止膜４７が形成され、反射防止膜４７の任意の箇所に第２の集電電極４９である裏面バス電極が形成されている。図３では図示しないが裏面バス電極に直交するように裏面グリッド電極(図示せず)が所定の間隔で配列されている。

拡散工程について簡単に説明する。まず、図４（ａ）に示すように、シリコンウエハ４１として、例えば、ｎ型単結晶シリコンからなるシリコンインゴットをスライスすることにより生じたスライスダメージを除去したものを用いる。そしてシリコンウエハ４１の両面にテクスチャー４１Ｔを形成する。

次に、図４（ｂ）に示すように、シリコンウエハ４１の受光面４１Ａ側にリン、裏面４１Ｂ側にボロンを順次拡散させてｐ型拡散層（ｐ⁺層）４２およびｎ型拡散層４６を形成する。本実施の形態ではｎ型拡散層４６を形成する方法として、例えば気相拡散法を用いる。まずヒータ２を用いて石英チューブ１内を８５０℃程度に加熱しておき、拡散用ガス供給口３から拡散用ガスを供給する。ｎ型拡散層４６形成のための拡散用ガスとしては、ソースガス供給管３２からＰＯＣｌ₃ガスを、キャリアガス導入管３１からＯ₂、Ｎ₂を供給し混合することで拡散用ガス導入管３３を介して拡散用ガス供給口３から石英チューブ１の一端にガスが供給される。このとき、石英チューブ１の他端に設けられた開口部５ａ近傍のガス排出口４に石英製のボールジョイント（図示せず）を介して接続された排気管７を介してＰ₂Ｏ₅を含む排気ガスが排出される。

前述したようにＰＯＣｌ₃はＯ₂、Ｎ₂と混合されて石英チューブ１内に導入され、以下の反応を示す。
４ＰＯＣｌ₃＋３Ｏ₂→２Ｐ₂Ｏ₅＋６Ｃｌ₂
２Ｐ₂Ｏ₅＋５Ｓｉ→４Ｐ＋５ＳｉＯ₂

このうち、反応式より排気ガスに含まれる主要成分はＣｌ₂と、Ｓｉと反応せずに残留しているＰ₂Ｏ₅と考えられる。さらにこのうち酸性を示すものはＰ₂Ｏ₅である。トラップ８へ流れてきたＰ₂Ｏ₅は冷却され一部は液化するが、過冷却により固体化するもの、冷却されずに排気へ流れていくものに分かれる。固体化したＰ₂Ｏ₅は水分を吸着して、液化し、トラップ８からドレイン９へと排出される。一方、水分含有気体が供給されない場合、固体化したＰ₂Ｏ₅はトラップ８や排気管７内に固着し、排気内のコンダクタンスを下げる要因になり、配管の閉塞に繋がる。冷却されずに排気ガスとして流れていくＰ₂Ｏ₅は前述の通り、配管内で結露して酸性液体となり、配管の腐食に繋がる。

このようにして作業性よくリン拡散が実施されるが、受光面４１Ａ側にＢＢｒ₃を含有する拡散用ガスを供給してボロン拡散を行う場合にも、反応の過程で生成物（Ｂ₂Ｏ₃：酸化ホウ素）が生じるが、水分含有気体を流すことにより配管への固着防止効果が期待できるため、本実施の形態の不純物拡散装置１００を用いることができる。

そして、反射防止膜４３，４７および第１の集電電極４５、第２の集電電極４９を形成して図３（ａ）および（ｂ）に示した太陽電池４０が形成される。

また、前記実施の形態では、気相拡散を用いた不純物拡散について説明したが、固相拡散にも適用可能である。たとえば、第１主面（受光面）４１Ａ側に、ボロンを含む酸化シリコン膜（ＳｉＯ₂）（硼素ガラス（ＢＳＧ）と呼ぶ）を成膜する。酸化シリコン膜の成膜には、ＡＰＣＶＤ法（ＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＰｒｅｓｓｕｒｅＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｏｔｉｏｎ）を用いる。成膜で用いられるガスは、ＳｉＨ₄、Ｂ₂Ｈ₆、Ｏ₂である。成膜温度は４００℃以上である。ＢＳＧの膜厚は１００ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。

続いて、第２主面（裏面）４１Ｂ側に、リンを含む酸化シリコン膜（ＳｉＯ₂）であるリンガラス（ＰＳＧ）を成膜する。酸化シリコン膜の成膜には、ＡＰＣＶＤ法を用いる。成膜で用いられるガスは、ＳｉＨ₄、ＰＯＣｌ₃、Ｏ₂である。成膜温度は４００℃以上である。ＰＳＧの膜厚は１００ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。

その後、リンおよびボロンを拡散させるために、９００℃以上の高温アニール処理を行う。この時に図１および２に示した不純物拡散装置（横型拡散炉）１００を用いる。シリコンウエハ４１の表面に拡散されるリン濃度および、裏面４１Ｂに拡散されるボロン濃度は１．０×１０¹⁷〜１．０×１０²⁰／ｃｍ³の範囲で調整する。

この場合も排気口からはＰ₂Ｏ₅を含むガスが排出されるため、本実施の形態の水分含有気体供給管１１からの水分含有ガスの供給によって、Ｐ₂Ｏ₅は水分を吸着して液体となり、トラップ８を介してドレイン９に排出される。ただし、気相拡散の場合に比べて、固相拡散の場合は、Ｐ₂Ｏ₅の排出量は少ない。

比較例として図９に通例の不純物拡散装置を示す。図１と図９との比較から明らかなように、本実施の形態の不純物拡散装置は、水分含有気体供給管１１と、分岐部１０とを追加したもので、極めて簡単な構成で、信頼性の高い不純物拡散装置を得ることができる。

実施の形態２．
図５は、実施の形態２の不純物拡散装置１００を示す説明図である。要部断面は、図２に示したものと同様である。本実施の形態の不純物拡散装置では、ガス排出口４に設けられた排気管７において、トラップ８よりも不純物拡散装置の上流側、かつ排気フード６の内部領域に三叉の分岐部１０が設けられており、水分を含む気体が流れる水分含有気体供給管１１が設置されている。なお排気フード６には酸性ガス処理系に接続された排気配管６ｓが接続されており、排気フード６内は常時排気が行われている。

他の構成については前記実施の形態１で説明した不純物拡散装置と同様であり、ここでは説明を省略する。同一部位には同一符号を付した。

本実施の形態の不純物拡散装置によれば、実施の形態１の効果に加え、三叉の分岐部１０を排気フード６内に設置することで不純物拡散装置のガス排出口４と排気管７間の接続口や、三叉の分岐部１０と各種配管の接続部にて空隙が生じ、不純物拡散装置からの排気が漏れ出す事態になったとしても、排気フード６内は酸性ガス処理系に接続された排気配管６ｓにより常時排気が行われているため、排気フード６外に漏れだすリスクを低減することができる。

実施の形態３．
図６は、実施の形態３の不純物拡散装置１００を示す説明図である。要部断面は、図２に示したものと同様である。本実施の形態の不純物拡散装置では、水分を含む気体が流れる水分含有気体供給管１１の上流側にバルブ１２を設けた点が実施の形態２の不純物拡散装置と異なる点である。他部については前記実施の形態２と同様であり、ここでは説明を省略する。同一部位には同一符号を付した。石英チューブ１の端部に設けられた、ガス排出口４に設けられた排気管７において、トラップ８よりも不純物拡散装置の上流側、かつ排気フード６の内部領域に三叉の分岐部１０が設けられており、水分を含む気体が流れる水分含有気体供給管１１が設置されている。なお排気フード６には酸性ガス処理系に接続された排気配管６ｓが接続されており、排気フード６内は常時排気が行われている。

この装置では、ガス排出口４から伸びた排気管７の第１配管７ａにおいて、トラップ８よりも不純物拡散装置の上流側、かつ排気フード６の内部領域に三叉の分岐部１０が設けられており、水分含有気体が流れる水分含有気体供給管１１が設置されている。なお排気フード６には酸性ガス処理系に接続された排気配管６ｓが接続されており、フード内は常時排気が行われている。また水分含有気体が流れる水分含有気体供給管１１には不純物拡散装置の制御系と連動したバルブ１２が接続されており、不純物拡散装置の任意のステップにてバルブ１２の開閉を行うことが可能となっている。

本実施の形態の不純物拡散装置によれば、実施の形態２の効果に加え、排気ガス全体の冷却、排気ガス内のＰ₂Ｏ₅との反応による液化促進、過冷却されて固体化したＰ₂Ｏ₅の液化、などに対し、より効率的な操作を行うことができ、ドレイン９へ効率良く液体を回収することが可能となり、酸性ガス処理系に接続された排気管７の腐食や閉塞を防ぐことが可能となり、装置の稼働率を向上させることができる。また湿度を含む気体が流れる水分含有気体供給管１１に不純物拡散装置の制御系と連動したバルブ１２が接続されているため、冷却、液化を行いたい酸性ガスが流れているステップのみバルブ１２を開にし、それ以外のステップや待機状態などは閉めておくことで、湿度を含む気体の使用量を低減することが可能となる。また常時湿度を含む気体を流していると水分そのものがドレイン９に溜まり、ドレイン９内の液体を捨てる頻度が増加してしまう問題もあるが、本実施の形態ではその問題を払拭することが可能となる。

実施の形態４．
図７は、実施の形態４の不純物拡散装置１００を示す説明図である。要部断面は、図２に示したものと同様である。本実施の形態の不純物拡散装置では、水分を含む気体が流れる水分含有気体供給管１１の上流側にバルブ１２を設けた点が実施の形態１の不純物拡散装置と異なる点である。他部については前記実施の形態１と同様であり、ここでは説明を省略する。同一部位には同一符号を付した。石英チューブ１の端部に設けられた、ガス排出口４に設けられた排気管７において、トラップ８よりも不純物拡散装置の上流側、かつ排気フード６の外部領域に三叉の分岐部１０が設けられており、水分を含む気体が流れる水分含有気体供給管１１が設置されている。なおこの分岐部１０は実施の形態１と同様排気フード６の外側に設けられている。排気フード６には酸性ガス処理系に接続された排気配管６ｓが接続されており、排気フード６内は常時排気が行われている。

本実施の形態では、不純物拡散装置のガス排出口４から伸びた排気管７において、トラップ８よりも不純物拡散装置の上流側、かつ排気フード６の外部領域に三叉の分岐部１０が設けられており、この分岐部１０に水分含有気体供給管１１が設置されている。なお排気フード６には酸性ガス処理系に接続された排気配管６ｓが接続されており、排気フード６内は常時排気が行われている。また水分含有気体が流れる水分含有気体供給管１１には不純物拡散装置の制御系と連動したバルブ１２が接続されており、不純物拡散炉の任意のステップにてバルブの開閉を行うことが可能となっている。

本実施の形態の不純物拡散装置によれば、三叉の分岐部１０を排気フード６外に出し、トラップ８に近付けることで、排気管７内に液化した液体が溜まってしまい排気ガスが流れにくくなる等のリスクを低減することができる。また水分含有気体が流れる水分含有気体供給管１１に不純物拡散装置の制御系と連動したバルブ１２が接続されているため、冷却、液化を行いたい酸性ガスが流れているステップのみバルブ１２を開にし、それ以外のステップや待機状態などは閉めておくことで、湿度を含む気体の使用量を低減することが可能となる。また前述したように常時湿度を含む気体を流していると水分そのものがドレイン９に溜まり、ドレイン９内の液体を捨てる頻度が増加してしまう問題もあるが、本実施の形態ではその問題を払拭することが可能となる。

実施の形態５．
図８は、実施の形態５の不純物拡散装置１００を示す説明図である。要部断面は、図２に示したものと同様である。本実施の形態の不純物拡散装置では、水分含有気体供給管１１を、排気管７に設けた分岐トラップ８ｓを介して接続した点が実施の形態１の不純物拡散装置と異なる点である。そしてこの水分含有気体供給管１１にはバルブ１３を介して分岐トラップ８ｓに接続され、水分含有気体の供給と供給停止が制御できるようになっている。なおここではガス排出口４に接続された第１配管７ａが、そのまま分岐トラップ８ｓに接続されている。そしてこの分岐トラップ８ｓでは、内径が排気管７（第１配管７ａ）よりも十分に大きく形成されている。他部については前記実施の形態１と同様であり、ここでは説明を省略する。同一部位には同一符号を付した。石英チューブ１の端部に設けられた、ガス排出口４に排気管７が接続されている。そして石英チューブ１の周りには排気フード６が設けられ、排気フード６には酸性ガス処理系に接続された排気配管６ｓが接続されており、排気フード６内は常時排気が行われている。

分岐トラップ８ｓに、水分含有気体供給管１１が接続されている。また水分含有気体供給管１１には不純物拡散装置の制御系と連動したバルブ１３が接続されており、不純物拡散装置の任意のステップにてバルブ１３の開閉を行うことが可能となっている。

本実施の形態においても、不純物拡散装置の石英チューブ１に流れる材料をＰＯＣｌ₃として説明を行う。排気ガス内にはＰ₂Ｏ₅が含まれている。水分含有気体が水分含有気体供給管１１内を流れており、排気ガス内のＰ₂Ｏ₅と水分含有気体供給管１１から供給される水分は分岐トラップ８ｓの内部で合流する。ここで、Ｐ₂Ｏ₅を含む排気ガスと水分含有気体とが合流するポイントで反応が最も激しく進むことになり、副生成物も発生しやすいが、この反応ポイントが、排気管７よりも広い断面積をもつ分岐トラップ８ｓとなることで、副生成物による排気経路の詰まりを抑制することが出来る。そして、排気ガス全体の冷却、排気ガス内のＰ₂Ｏ₅との反応による液化促進、過冷却されて固体化したＰ₂Ｏ₅の液化、などの効果が得られ、ドレイン９へ効率良く液体を回収することが可能となり、酸性ガス処理系に接続された排気配管６ｓの腐食や閉塞を防ぐことが可能となり、装置の稼働率を向上させることができる。

また水分含有気体が流れる水分含有気体供給管１１に不純物拡散装置の制御系と連動したバルブ１３が接続されているため、冷却、液化を行いたい酸性ガスが流れているステップのみバルブ１３を開にし、それ以外のステップや待機状態などは閉めておくことで、水分含有気体の使用量を低減することが可能となる。また常時湿度を含む気体を流していると水分そのものがドレイン９に溜まり、ドレイン９内の液体を捨てる頻度が増加してしまう問題もあるが、本実施の形態ではその問題を払拭することが可能となる。

なお、以上説明してきた、不純物拡散装置は一例であり、排気管以外については適宜変更可能である。拡散装置の構造についても、横型拡散装置に限定されるものではなく、縦型拡散装置でもよいことは言うまでもない。また加熱部についてもヒータに限定されることなく、高周波誘導加熱を用いた加熱炉など適宜選択可能であることはいうまでもない。

また、水分含有気体として、水分含有窒素ガスを用いたが、これに限定されることなく、水分を含有する不活性ガスをはじめ、わずかに酸性成分やアルカリ成分を含有するガスでもよく、使用する拡散用ガスのガス種に応じて適宜選択可能である。

１石英チューブ、２ヒータ、３拡散用ガス供給口、４ガス排出口、５ａ開口部、５ｂ石英扉、６排気フード、６ｓ排気配管、７排気管、７ａ第１配管、７ｂ第２配管、７ｃ第３配管、８トラップ、８ｓ分岐トラップ、９ドレイン、１０分岐部、１１水分含有気体供給管、１２，１３バルブ、２０ボート、２１親ボート、２２子ボート、３０拡散用ガス供給部、３１キャリアガス導入管、３２ソースガス供給管、３３拡散用ガス導入管、３４ガス導入部、３５ガス供給孔、４０太陽電池、４１シリコンウエハ、４１Ａ受光面、４１Ｂ裏面、４１Ｔテクスチャー、４２ｐ型拡散層、４３，４７反射防止膜、４５第１の集電電極、４６ｎ型拡散層、４９第２の集電電極、１００不純物拡散装置。

Claims

加熱源を備えた石英チューブと、
前記石英チューブ内に、不純物を含有する拡散用ガスを供給するガス供給部と、
前記石英チューブ内のガスを排気する排気口と、
前記排気口に接続された排気管と、
前記排気管の途中に接続され、前記排気管内の酸性成分を含む排気ガスを冷却・液化するトラップと、
前記トラップで液化された廃液を溜めるドレインと、
前記排気口と前記トラップとの間に水分を含有する気体を供給する水分含有気体供給管とを有する不純物拡散装置。
前記石英チューブの周りを囲む排気フードを有し、
前記水分含有気体供給管と、前記排気管との合流部は、前記排気フードの外部に設置された請求項１に記載の不純物拡散装置。
前記石英チューブの周りを囲む排気フードを有し、
前記水分含有気体供給管と、前記排気管との合流部は、前記排気フードの内部に設置された請求項１に記載の不純物拡散装置。
前記水分含有気体供給管は、前記不純物拡散装置の駆動と連動して開閉可能なバルブを有し、前記水分含有気体の供給を停止できるように構成された請求項１から３のいずれか１項に記載の不純物拡散装置。
前記排気ガスは、Ｐ₂Ｏ₅を含む請求項１から４のいずれか１項に記載の不純物拡散装置。
前記ガス供給部は、ＰＯＣｌ₃を含む気相拡散用のガスを供給するものである請求項５に記載の不純物拡散装置。