JP6195597B2 - ペースト組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体基板上に被膜を形成するためのペースト組成物に関する。
従来、真性半導体基板やｐ型半導体基板上にｎ層、ｎ型半導体基板上にｎ＋層を形成する手段としては、リンをｎ型ドーパントとして用いる方法が提案されている。具体的には、オキシ塩化リン、窒素、酸素の混合ガス雰囲気下でたとえば８００〜９００℃で数十分間処理する方法（例えば、特許文献１等を参照）、又は、五酸化リン等のリン酸塩を含む溶液によってｎ型拡散層を形成する方法（例えば、特許文献２等を参照）が知られている。
国際公開第２０１４／０２４２９７号 特開２００２−７５８９４号公報
しかし、上記のような特許文献に開示されるような方法では、ｎ層形成に長時間の熱処理が必要であり、しかも、バッチ処理となるため、生産性が悪く、過剰なエネルギーを必要とする問題があった。このような生産上の課題に加えて、上記の各特許文献に開示の技術では、ｎ層の中でも特にリン濃度が高い層、すなわち、ｎ＋層を形成することは難しいものであり、効率良くｎ＋層を形成することが困難であった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、半導体基板上に、ｎ型ドーパント元素の濃度が高い拡散層を容易に形成することができるペースト組成物を提供することを目的とする。
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、ペースト組成物に、特定のドーパント元素を特定の量で含有することにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、例えば以下の項に記載の主題を包含する。
項１．半導体基板上に被膜を形成するためのペースト組成物であって、
アルミニウム粉末と、ｎ型ドーパント元素を含有する化合物と、樹脂と、溶剤とを含有し、
前記ｎ型ドーパント元素は、リン、アンチモン、砒素及びビスマスからなる群から選択される１種または２種以上の元素であり、
前記ｎ型ドーパント元素を含有する化合物中における前記ｎ型ドーパント元素の含有量が、前記アルミニウム粉末に含まれるアルミニウム１００質量部に対し、１．５質量部以上、１０００質量部以下である、ペースト組成物。
本発明に係るペースト組成物では、半導体基板上に、ｎ型ドーパント元素の濃度が高い拡散層を、簡易な工程で、かつ、短時間で形成することができる。
ペースト組成物を用いて半導体基板上に拡散層を形成するためのプロセスの一例を示す説明図である。 ペースト組成物を用いて半導体基板上に拡散層を形成するためのプロセスの他例を示す説明図である。 比較例１、実施例２及び実施例５で得られた基板サンプルを、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）によって、表面層の元素分布分析を行った結果を示すグラフである。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本実施形態に係るペースト組成物は、半導体基板上に塗布して被膜を形成するための材料である。
上記ペースト組成物は、アルミニウム粉末と、ｎ型ドーパント元素を含有する化合物と、樹脂と、溶剤とを含有する。前記ｎ型ドーパント元素は、リン、アンチモン、砒素及びビスマスからなる群から選択される１種または２種以上の元素である。さらに、前記ｎ型ドーパント元素を含有する化合物中における前記ｎ型ドーパント元素の含有量が、前記アルミニウム粉末に含まれるアルミニウム１００質量部に対し、１．５質量部以上、１０００質量部以下である。
上記のように構成されるペースト組成物では、半導体基板上に、ｎ型ドーパント元素濃度が高い拡散層を、簡易な工程で、かつ、短時間で形成することができるものである。ここでいう拡散層とは、半導体基板を構成する元素とｎ型ドーパント元素とを含んで形成される層のことをいい、不純物層とも称される場合がある。また、拡散層にはｐ層もしくはｐ＋層にならない程度に、アルミニウムが含まれ得る。このような拡散層は、層中に含まれる不純物の種類や量に応じてｎ型の層（ｎ層）又はｐ型の層（ｐ層）になり得る。例えば、ｐ型ドーパントであるアルミニウムの原子濃度よりも、ｎ型ドーパントである上記ドーパント元素（リン等）の原子濃度の方が高い場合にｎ層となる。
本実施形態のペースト組成物では、アルミニウムよりもｎ型ドーパント元素の濃度が高いｎ層が形成されやすく、そのようなｎ型ドーパント元素の濃度が特に高い場合のｎ層をｎ＋層という。
以下、本実施形態に係るペースト組成物及びこれを用いた拡散層の形成について詳述する。
アルミニウム粉末は、ペースト組成物の主たる成分であり、例えば、ペースト組成物を結晶シリコン系太陽電池の作製用原料として使用するのであれば、アルミニウム粉末は電極を形成するための原料となり得る。また、アルミニウム粉末を含むペースト組成物をシリコン半導体基板上に塗布し、焼成して被膜を形成させれば、シリコン半導体基板表面にＡｌ−Ｓｉ合金層及び拡散層が形成されるので、アルミニウム粉末は、上記合金層及び拡散層を形成するための原料となり得る。
アルミニウム粉末は、主にアルミニウムの元素を含んで構成される。アルミニウム粉末におけるアルミニウムの純度は限定的ではなく、例えば、９９．７％以上であることが好ましく、９９．９％以上であることがより好ましい。アルミニウム粉末には、アルミニウム以外の不純物、例えば、不可避的に含まれる他の金属元素が含有されていてもよい。また、アルミニウム粉末には、アルミニウムと他の金属元素との合金や、アルミニウムの酸化物等が含まれていてもよい。
アルミニウム粉末の形状は、球状や楕円球状が例示されるが、これらに限定されるわけではない。印刷性が良く、半導体基板との反応が良いという観点からは、アルミニウム粉末の形状が球状であることが好ましい。
アルミニウム粉末の平均粒径（Ｄ５０）も特に限定的ではないが、平均粒径が１μｍ以上、２０μｍ以下であれば、ペースト組成物の印刷性が向上し、半導体基板との反応性も向上するという点で好ましい。より好ましいアルミニウム粉末の平均粒径は２〜４μｍである。
ｎ型ドーパント元素を含有する化合物は、半導体基板上に、ｎ層やｎ＋層等の拡散層を形成させるための原料である。なお、以下では、上記のｎ型ドーパント元素を含有する化合物を単に「ｎ型ドーパント化合物」と略記する場合がある。
前記ｎ型ドーパント元素は、リン（Ｐ）、アンチモン（Ｓｂ）、砒素（Ａｓ）及びビスマス（Ｂｉ）からなる群から選択される１種または２種以上の元素である。この場合、半導体基板上に、ｎ型の半導体層を形成することが可能であり、半導体基板が４族のシリコンである場合に特に有効である。
ｎ型ドーパント化合物は、無機化合物及び有機化合物のいずれであってもよい。また、ｎ型ドーパント元素を含有する化合物は、２種以上の化合物で構成されていてもよく、さらに、無機化合物及び有機化合物の両方を含んでいてもよい。
ｎ型ドーパント化合物としては、例えば、上記各元素の酸化物、有機化合物等が例示されるが、これらに限定されるわけではない。より具体的なｎ型ドーパント化合物としては、Ｐ２Ｏ５、リン酸アルミニウム、リン酸カルシウム、リン酸カリウム、リン酸エステル等が例示される。リン酸エステルの種類は特に限定されず、例えば公知のリン酸エステルが挙げられるが、特に、ポリオキシエチレンオレイルエーテルリン酸を含むことが好ましい。また、ｎ型ドーパント化合物としては、上記ｎ型ドーパント元素の酸化物を含むガラス、いわゆるガラスフリットが含まれていてもよい。
前記ｎ型ドーパント化合物中における前記ｎ型ドーパント元素の含有量は、前記アルミニウム粉末に含まれるアルミニウム１００質量部に対し、１．５質量部以上、１０００質量部以下である。ｎ型ドーパント元素の含有量が上記範囲であれば、半導体基板上に拡散層を効率よく形成することができ、特に、拡散層におけるｎ型ドーパント元素の濃度がより高くなることで、半導体基板上にｎ＋層が形成されやすくなる。ｎ型ドーパント化合物中におけるｎ型ドーパント元素の上記含有量の上限が１０００質量部であることで、ペースト組成物中のアルミニウムの割合が少なくなりにくいので、半導体基板との反応性の悪化を防止することができる。
前記ｎ型ドーパント化合物中における前記ｎ型ドーパント元素の含有量は、前記アルミニウム粉末に含まれるアルミニウム１００質量部に対し、２質量部以上、１０質量部以下であることがより好ましい。
ペースト組成物が上記ｎ型ドーパント化合物を含むことで、このペースト組成物により、半導体基板上にｎ＋層のような拡散層を形成することが可能になる。このようなｎ＋層が形成された半導体基板を太陽電池モジュール等の基板に適用すれば、太陽電池の発電効率を高めることができるという利点がある。また、ｎ型ドーパント元素の含有量が上記範囲であれば、半導体基板上に拡散層を短時間で形成することができるという利点もある。
溶剤としては、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、テルピネオール、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル等が例示されるが、これらに限定されず、その他、例えば公知の有機溶剤等が使用できる。
樹脂は、ペースト組成物におけるバインダーとしての役割を果たす材料である。樹脂としては、エチルセルロース、ニトロセルロース等のセルロース類、ポリビニールブチラール、フェノール樹脂、メラニン樹脂、ユリア樹脂、キシレン樹脂、アルキッド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フラン樹脂、ウレタン樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキサイド、ポリスルフォン、ポリイミド、ポリエーテルスルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ４フッ化エチレン、シリコン樹脂、熱硬化樹脂（イソシアネート化合物、シアネート化合物等）が例示されるが、これらに限定されるわけではない。ペースト組成物は、１種のみの樹脂を含んでもよいし、あるいは、２種以上の樹脂を含んでもよい。
樹脂の含有量は、ペースト組成物に対して０．２質量％以上、３．０質量％以下、溶剤の含有量は、ペースト組成物に対して１．０質量％以上、２５．０質量％以下の範囲とすることができる。
本実施形態のペースト組成物では、上記ｎ型ドーパント化合物の他、ガラス粉末がさらに含まれていてもよい。このガラス粉末は、アルミニウム粉末と半導体基板との反応と、アルミニウム粉末自身の焼結とを助ける作用がある。このようなガラス粉末としては、上記ｎ型ドーパント元素以外の元素を１種または２種以上を含むガラス粉末が例示される。ガラス粉末を構成するガラス粒子の平均粒径は、１μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。ペースト組成物に含まれるガラス粉末の含有量は特に限定されないが、アルミニウム粉末１００質量部に対して、０．１質量部以上１５質量部以下であることが好ましい。この場合、ペースト組成物を半導体基板に塗布し、これを焼結して形成された被膜は、半導体基板への密着性に優れ、しかも、電気抵抗の増加も起こりにくくなる。
ペースト組成物には、本発明の効果が阻害されない程度であれば、その他の各種種添加剤が含まれていてもよい。各種添加剤としては、例えば、酸化防止剤、腐食抑制剤、消泡剤、増粘剤、カップリング剤、静電付与剤、重合禁止剤、チキソトロピー剤、沈降防止剤等が挙げられる。
本実施形態のペースト組成物は任意の方法で調製することができ、その方法は特に限定されない。例えば、アルミニウム粉末、ｎ型ドーパント元素を含有する化合物、樹脂、溶剤、及び、必要に応じて添加される上記ガラス粉末、その他の添加剤を所定の配合量で準備し、これらを混合させることで本実施形態のペースト組成物を調製することができる。
なお、樹脂と溶剤はあらかじめ混合させることで、いわゆる有機ビヒクルとして調製しておき、この有機ビヒクルを用いて本実施形態のペースト組成物を調製してもよい。有機ビヒクルには、上記ガラス粉末や添加剤が含まれていてもよい。ただし、有機ビヒクルは必ずしも溶剤を含んでいる必要はなく、溶剤に溶解させないで樹脂そのものを有機ビヒクルとして用いてもよい。ペースト組成物中に含まれる有機ビヒクルの含有量は特に限定されないが、アルミニウム粉末１００質量部に対して、３０質量部以上１００質量部以下とすることができる。この場合、ペースト組成物の印刷性の低下を防止しやすい。
本実施形態のペースト組成物を調製するにあたっては、公知の混合機や分散機等を使用することができる。
本実施形態のペースト組成物を使用すれば、半導体基板上に被膜を形成することができる。例えば、半導体基板の表面にペースト組成物を塗布し、これを焼結させることで上記被膜を形成することができる。このように形成される被膜は、例えば、ｎ型ドーパント元素を含んで形成される拡散層（例えば、ｎ＋層）、アルミニウムを含む合金層及びアルミニウムの焼結層などで構成される積層体である。
以下、上記ペースト組成物を用いて半導体基板上に被膜を形成する方法、特に、上記ペースト組成物を用いて半導体基板上に拡散層を形成する方法について詳述する。
上記半導体基板としては、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板などの結晶シリコン（Ｓｉ）基板、ゲルマニウム基板等が挙げられる。半導体基板は、純度９９％以上のシリコン又は純度９９％以上のゲルマニウムで形成され得る。あるいは、半導体基板は、シリコンとゲルマニウムが任意の割合で混合されて形成されていてもよい。なお、半導体基板は、不純物又は添加物としてシリコンやゲルマニウム以外の元素が含まれていてもよい。
上記のような半導体基板は、例えば、インゴットからスライスされて、所望の形状に形成され得る。半導体基板の厚みは特に制限されず、目的の用途に応じて所望の厚みに形成することができる。例えば半導体基板の厚みは１５０μｍ以上、５５０μｍ以下とすることができ、特に太陽電池に適用する場合は１５０μｍ以上、２５０μｍ以下であることが好ましい。
半導体基板はｐ型半導体、ｎ型半導体及び真性半導体のいずれで形成されていてもよい。例えば、ペースト組成物によってｎ＋層を形成するのであれば、半導体基板としてｐ型のシリコン基板を使用すると、シリコン基板に形成される拡散層がｎ＋層として形成されているか否かが判断しやすいという利点がある。
上記ペースト組成物を用いて半導体基板上に被膜を形成するにあたっては、例えば、下記工程１〜３を経て行うことができる。
工程１：上記ペースト組成物を半導体基板の表面に塗布して塗膜を形成する。
工程２：塗膜が形成された半導体基板の焼成を行った後、冷却処理を行う。
工程３：エッチング処理を行う。
図１には、上記工程１〜３によって半導体基板に被膜を形成する方法を模式的に表している。なお、この図１では、半導体基板１として、ｐ型のシリコン基板（ｐ−Ｓｉと略記することがある）を使用し（図１（ａ））、ｎ型ドーパント元素としてはリン元素（Ｐ）を使用している。
上記工程１において、ペースト組成物を半導体基板の表面に塗布する方法は特に限定的ではなく、例えば、スクリーン印刷、スピンコート法等を用いることができるが、これらに限定されるわけではなく、その他の方法を採用してもよい。半導体基板へのペースト組成物の塗布量は、例えば、４ｍｇ／ｃｍ２以上、１２ｍｇ／ｃｍ２以下とすることができる。
工程１における乾燥処理によって、ペースト組成物中の揮発分が除去される。乾燥処理の温度は、例えば、１００℃以上、３００℃以下で行うことができる。乾燥処理の時間は、ペースト組成物の種類によって異なるが、例えば、１分以上、１０分以下とすれば、十分に乾燥を行うことができる。
上記のような工程１を経ることで、図１（ｂ）に示すように、半導体基板ｐ−Ｓｉ上に、ペースト組成物が乾燥して形成された塗膜２が形成される。
工程２における熱処理を行うことにより、図１（ｃ）のように、アルミニウム焼結層３ａ、アルミニウムを含む合金層３ｂが形成される。図１の実施形態ではアルミニウムを含む合金層３ｂは、アルミニウムとシリコンとの合金層である。
また、上記熱処理後の冷却処理によって、アルミニウムとｎ型ドーパント元素（Ｐ）の一部がシリコン基板中に拡散し、これが不純物層、すなわち、拡散層３ｃとして形成される。形成された拡散層３ｃは、シリコンよりもｎ型ドーパント元素（Ｐ）の方がより高濃度となる。その結果、拡散層３ｃはｎ＋層として形成され、図１（ｃ）のようなｎ型のシリコン基板が形成される。
工程２における焼成の温度は、例えば、５７７℃以上、１２００℃以下の範囲で行うことができ、この範囲の焼成温度あれば、アルミニウム焼結層３ａ、アルミニウムを含む合金層３ｂ及び拡散層３ｃを短時間で効率よく形成させることができる。焼成温度は８５０℃以上、９５０℃以下であることが特に好ましい。
焼成時間は、例えば、３秒以上、３００秒以下とすることができ、この範囲であれば、所望の被膜を形成することができ、しかも、全体の工程も長くなり過ぎないので、効率よく半導体基板上に拡散層を形成させることができる。
工程２における焼成は、空気雰囲気、窒素雰囲気のいずれで行ってもよい。
工程２における冷却処理において、冷却の速度及び冷却時の雰囲気温度は限定的ではなく、適宜の条件で冷却を行うことができる。自然冷却は、室温、例えば、２５℃の雰囲気中で行うことができる。
図１（ｃ）に示すように、上記工程２によって、半導体基板１（ｐ−Ｓｉ）上に、拡散層３ｃ、アルミニウムを含む合金層３ｂ（アルミニウムとシリコンとの合金層）及びアルミニウム焼結層３ａが、半導体基板１側からこの順に積層して形成される。
工程３では、表面に存在するアルミニウムをエッチングによって除去する。具体的には、工程２によって半導体基板１（ｐ−Ｓｉ）上に形成されたアルミニウム焼結層３ａ、アルミニウムを含む合金層３ｂをエッチングによって除去する。これにより、図１（ｄ）に示すように、表面に拡散層３ｃを備える半導体基板１が形成される。
工程３によるエッチング処理の条件は特に制限されず、例えば、公知のエッチング処理の条件を、本工程でも採用することができる。例えば、ＫＣｌ、ＨＣｌ等を含むエッチング液により、エッチングを行うことができる。
上記のように、工程１〜工程３を経て拡散層を形成させる方法では、リン、アンチモン、砒素及びビスマスからなる群から選択される１種または２種以上のｎ型ドーパント元素を特定量含むペースト組成物を使用していることで、半導体基板上に容易に拡散層を形成させることができる。特に、従来、拡散層を形成するには、長時間の熱処理が必要であり、しかも、バッチ処理となるため、生産性が悪く、過剰なエネルギーを必要とする問題があったが、上記のペースト組成物を使用すれば、短時間で、かつ、容易に拡散層を形成させることができる。
一般に熱処理で拡散層を形成する場合は８００℃程度の加熱においても、固相シリコンは固相のままであり、固相シリコンへのｎ型ドーパント元素の熱拡散速度は、元素の種類と温度によって依存するものの１μｍ／ｈｏｕｒ程度である。これに対し、上記ペースト組成物を用いると、例えば、固相シリコンとアルミニウムが６００℃程度で一度反応して液相のシリコンアルミニウム合金になり、ｎ型ドーパント元素が液相シリコンアルミニウム合金中へただちに拡散し得る（例えば、８００℃１０秒程度の加熱で５μｍまで拡散）。その後の冷却過程で、シリコンは再結晶化し固体となるが、一部のｎ型ドーパント元素がシリコン内へとどまることで拡散層が形成される。よって、上記ペースト組成物を使用すると、従来方法とは拡散層の形成過程が異なるものであり、シリコンが一度液相化するので短時間での拡散が可能となる。
また、上記ペースト組成物では、ｎ型ドーパント元素を特定量含むことで、拡散層の中でも特にｎ型ドーパント元素（例えば、リン）濃度が高い層、いわゆる、ｎ＋層を簡易な方法で形成することができる。そのため、このような形成された拡散層を有する半導体基板は、結晶シリコン系太陽電池に適用することで、結晶シリコン系太陽電池の発電効率をより高めることができる。その他、上記のような拡散層を有する半導体基板は、各種分野に適用することができ、例えば、ｐｎ接合の形成が必要である半導体ダイオード、半導体トランジスタにも適用可能である。
図２には、本実施形態のペースト組成物を用いて拡散層を形成する方法の他例を示している。本形態でも上述の工程１〜工程３を経て、半導体基板１上に拡散層３ｃを形成させている。
まず、上記工程１と同様の方法により、ペースト組成物を半導体基板１上に塗布して乾燥させることで塗膜２を形成した後（図２（ｂ））、図２（ｃ）のように、半導体基板１の塗膜２が形成されている面とは逆側の面にアルミニウムペーストを塗布し、乾燥させることで、アルミニウム塗膜４を形成する。このアルミニウム塗膜４を形成するための条件は、例えば、工程１と同様の条件で行うことができるが、これに限定されるわけではない。
ここで使用するアルミニウムペーストは上記ペースト組成物とは異なるペーストである。このアルミニウムペーストには通常、上記ｎ型ドーパント化合物は含まれていないか、もしくは、ｎ型ドーパント元素の含有量が、上記ペースト組成物よりも少ないものである。すなわち、アルミニウムペーストにおいて、ｎ型ドーパント元素を含有する化合物中における前記ドーパント元素の含有量が、アルミニウム粉末に含まれるアルミニウム１００質量部に対し、１．５質量部未満である。なお、アルミニウムペーストのその他の成分については、上記ペースト組成物と同様とすることができる。
上記のように、半導体基板１の一方の面に塗膜２、他方の面にアルミニウム塗膜４が形成された後、工程２を経ることで、半導体基板１の一方の面には、半導体基板１上に、拡散層３ｃ、アルミニウムを含む合金層３ｂ及びアルミニウム焼結層３ａが、半導体基板１側からこの順に積層して形成されるのは、図１と同様である。一方、半導体基板１の他方の面には、拡散層５ｃ、アルミニウムを含む合金層５ｂ及びアルミニウム焼結層５ａが、半導体基板１側からこの順に積層して形成される（図２（ｄ））。拡散層５ｃは、半導体基板１にアルミニウムが拡散することによって形成された層である。この拡散層５ｃは、拡散層３ｃのようなｎ型ドーパント元素が含まれないか、含まれているとしてもその含有量は拡散層３ｃよりも少量であり、この点で拡散層３ｃとは異なっている。
なお、半導体基板１がシリコン基板であれば、アルミニウムを含む合金層５ｂは、アルミニウムとシリコンとの合金層として形成される。
その後、工程３により、半導体基板１の両面をエッチング処理してアルミニウムを含む合金層とアルミニウム焼結層とを除去すれば、（図２（ｅ））のように両面に拡散層（拡散層３ｃ及び拡散層５ｃ）が形成された半導体基板１を得ることができる。
上記のように形成される拡散層３ｃは、上述のようにｎ型ドーパント元素を特定量含むペースト組成物から形成されているのでｎ＋層となる。一方、拡散層５ｃは、ｎ型ドーパント元素が含まれないか、含まれているとしてもその含有量は拡散層３ｃよりも少量であるのでｐ層となる。
上記の工程を経て、図２のように拡散層を形成すれば、半導体基板の両面に同時に拡散層を形成することができ、簡単なプロセスで半導体基板に拡散層を形成することが可能である。両面に拡散層が形成された半導体基板は、例えば、太陽電池や半導体ダイオード素子等の用途に有効である。
なお、工程３のエッチング処理にあたっては、いずれか一方の面のみをエッチング処理するようにしてもよい。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の態様に限定されるものではない。
（実施例１）
球状のアルミニウム粉末１００質量部に対し、バインダーとして有機ビヒクルを４０質量部、ｎ型ドーパント元素を含有する化合物として、Ｐ２Ｏ５及びＰ２Ｏ５を含むガラス（Ｐ２Ｏ５−ＳｎＯ系ガラスフリット）の混合物２０質量部を混合した。これにより、ｎ型ドーパント元素としてリンを含有するペースト組成物を調製した。なお、有機ビヒクルは、エチルセルロース（Ｄｏｗ社製）１質量部、グリコールエーテル系有機溶剤３９質量部の混合物とした。
上記ペースト組成物において、アルミニウム粉末に含まれるアルミニウム１００質量部に対するリンの量は１．５２質量部であった。
一方、球状のアルミニウム粉末１００質量部に対し、バインダーとして上記有機ビヒクル４０質量部及びリンを含まないガラスであるＢ２Ｏ３系ガラスフリット２質量部を混合した。これにより、非ｎ型ドーパント元素含有であるアルミニウムペーストを調製した。
次いで、厚さ２００μｍにスライスされたｐ型シリコン基板の一方の表面に、上述のペースト組成物を塗布し、１００℃〜３００℃で乾燥させた。他方、ｐ型シリコン基板の反対の面には、上述の非ｎ型ドーパント元素含有であるアルミニウムペーストを、ペースト組成物を塗布した面と反対側の面に塗布し、連続炉にて焼成ピーク９００℃にて、昇温・冷却含む６０秒の熱処理を行なった。更に、焼成によって生成したｐ型シリコン基板の両面の表面上のアルミニウム層を塩酸にて除去することで、基板サンプルを得た。
（実施例２）
Ｐ２Ｏ５及びＰ２Ｏ５を含むガラス（Ｐ２Ｏ５−ＳｎＯ系ガラスフリット）の混合物２８質量部に変更してペースト組成物を調製したこと以外は、実施例１と同様の方法で基板サンプルを得た。上記ペースト組成物において、アルミニウム粉末に含まれるアルミニウム１００質量部に対するリンの量は２．２１質量部であった。
（実施例３）
Ｐ２Ｏ５及びＰ２Ｏ５を含むガラス（Ｐ２Ｏ５−ＳｎＯ系ガラスフリット）の混合物を有機リン化合物であるポリオキシエチレンオレイルエーテルリン酸に変更し、アルミニウム粉末１００質量部に対して有機リン化合物を２０質量部としてペースト組成物を調製したこと以外は、実施例１と同様の方法で基板サンプルを得た。上記ペースト組成物において、アルミニウム粉末に含まれるアルミニウム１００質量部に対するリンの量は１．５８質量部であった。
（実施例４）
Ｐ２Ｏ５及びＰ２Ｏ５を含むガラス（Ｐ２Ｏ５−ＳｎＯ系ガラスフリット）の混合物を有機リン化合物であるポリオキシエチレンオレイルエーテルリン酸に変更し、アルミニウム粉末１００質量部に対して有機リン化合物を４０質量部としてペースト組成物を調製したこと以外は、実施例１と同様の方法で基板サンプルを得た。上記ペースト組成物において、アルミニウム粉末に含まれるアルミニウム１００質量部に対するリンの量は３．１６質量部であった。
（実施例５）
Ｐ２Ｏ５及びＰ２Ｏ５を含むガラス（Ｐ２Ｏ５−ＳｎＯ系ガラスフリット）の混合物を無機リン化合物及び有機リン化合物の混合物に変更したこと以外は、実施例１と同様の方法で基板サンプルを得た。なお、無機リン化合物は、Ｐ及びＰ２Ｏ５及びリン酸アルミニウムの混合物とし、有機リン化合物は、ポリオキシエチレンオレイルエーテルリン酸とした。上記ペースト組成物において、アルミニウム粉末に含まれるアルミニウム１００質量部に対するリンの量は２．７７質量部であった。
（比較例１）
球状のアルミニウム粉末１００質量部に対し、バインダーとして有機ビヒクル４０質量部、リンを含まないガラス（Ｂ２Ｏ３系ガラスフリット）２質量部を混合し、非リン含有アルミニウムペーストを調製した。
次いで、厚さ２００μｍにスライスされたｐ型シリコン基板の両面に非リン含有アルミニウムペーストを塗布し、連続炉にて焼成ピーク９００℃にて、昇温・冷却含む６０秒の熱処理を行なった。更に、焼成によって生成したｐ型シリコン基板の両面の表面上のアルミニウム層を塩酸にて除去することで、基板サンプルを得た。
（比較例２）
Ｐ２Ｏ５及びＰ２Ｏ５を含むガラス（Ｐ２Ｏ５−ＳｎＯ系ガラスフリット）の混合物７質量部に変更してペースト組成物を調製したこと以外は、実施例１と同様の方法で基板サンプルを得た。上記ペースト組成物において、アルミニウム粉末に含まれるアルミニウム１００質量部に対するリンの量は０．５５質量部であった。
（比較例３）
Ｐ２Ｏ５及びＰ２Ｏ５を含むガラス（Ｐ２Ｏ５−ＳｎＯ系ガラスフリット）の混合物を有機リン化合物であるポリオキシエチレンオレイルエーテルリン酸に変更し、アルミニウム粉末１００質量部に対して有機リン化合物を６質量部、に変更してペースト組成物を調製したこと以外は、実施例１と同様の方法で基板サンプルを得た。上記ペースト組成物において、アルミニウム粉末に含まれるアルミニウム１００質量部に対するリンの量は０．３２質量部であった。
（拡散層の確認）
上記実施例及び比較例で得られた基板サンプル各々を、ＳｕｎｓＶｏｃ測定装置（Ｓｉｎｔｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製，型番Ｓｕｎｓ−Ｖｏｃ）を用いてｎ層形成の判定を行なった。具体的には、フラッシュ光（時間により減衰する光）を基板サンプルに照射することにより、半導体中の電子を励起させ、減衰していくフラッシュ光の光強度と電子励起による電圧の変化を随時測定することで、ｎ層形成の判定を行なった。表１にはその結果を示している。
表１から、実施例２〜５の基板サンプルについてはすべてｎ層が形成されていることがわかる。つまり、ｎ型ドーパント元素を含有する化合物中における前記ｎ型ドーパント元素の含有量が、アルミニウム粉末に含まれるアルミニウム１００質量部に対し、１．５質量部以上、１０００質量部以下であるペースト組成物であれば、半導体基板上にｎ層が形成されることがわかる。また、リン化合物の種類によらずｎ型層が形成されることも確認された。
一方、ｎ型ドーパント元素の含有量が上記範囲から外れる比較例１〜３では、ｎ層の形成は確認されなかった。
図３（ａ）〜（ｃ）にはそれぞれ、比較例１、実施例２及び実施例５で得られた基板サンプルを、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）によって、表面層の元素分布分析を行った結果を示している。
図３のＳＩＭＳの測定結果は、深さと原子濃度との関係を示している。ここでいう深さは、ペースト組成物又はアルミニウムペーストを塗布した面の半導体基板表面を０として表記している。また、原子濃度は、半導体基板中にドープされたドーパント元素の濃度を示しており、具体的に、アルミニウムの原子濃度とリンの原子濃度を示している。ここで、ｐ型ドーパントであるアルミニウムの原子濃度よりｎ型ドーパントであるリンの原子濃度のほうが高い場合にｎ層となる。
図３（ａ）に示すように、比較例１の基板サンプルでは、ｎ型ドーパント元素であるリンが検出されずアルミニウムのみが検出されている。
一方、図３（ｂ）、（ｃ）では、ｐ型ドーパントであるアルミニウムの濃度よりｎ型ドーパントであるリン濃度のほうが高くなっており、ｎ型層が３．０〜６．０μｍの深さで形成されていることが確認された。
なお、リンと同様にシリコンまたはゲルマニウム等の半導体基板に対してｎ型を形成するドーパントである５族元素である砒素、アンチモン、ビスマスを用いた場合も、上記実施例と同様の効果が得られると予想される。

Claims (2)

  1. シリコン基板上に、アルミニウムとシリコンとの合金層を含む被膜を形成するためのペースト組成物であって、
    アルミニウム粉末と、ｎ型ドーパント元素を含有する化合物と、樹脂と、溶剤とを含有し、
    前記ｎ型ドーパント元素は、リン、アンチモン、砒素及びビスマスからなる群から選択される１種または２種以上の元素であり、
    前記ｎ型ドーパント元素を含有する化合物中における前記ｎ型ドーパント元素の含有量が、前記アルミニウム粉末に含まれるアルミニウム１００質量部に対し、１．５質量部以上、１０００質量部以下である、ペースト組成物。
  2. 請求項１に記載のペースト組成物をシリコン基板の表面に塗布して塗膜を形成する工程を備え、皮膜は５７７℃以上、１２００℃以下の焼成により形成される、皮膜が形成されたシリコン基板の製造方法。
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