JP6479218B2

JP6479218B2 - 横型拡散炉および太陽電池セルの製造方法

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Publication number: JP6479218B2
Application number: JP2017558878A
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Inventors: 聖沖本; 中村　仁志; 仁志中村; 崇澤井
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Description

本発明は、シリコン等の半導体ウェハの不純物拡散工程に用いられる横型拡散炉および太陽電池セルの製造方法に関する。

半導体デバイスの製造工程の一つに熱処理工程があり、たとえばシリコンウェハ等の半導体基板へ不純物を拡散してｐｎ接合を形成する工程がある。これらの工程に用いられる拡散炉は、石英製の円筒形状のプロセスチューブをプロセスチャンバーとして用いて、プロセスチューブの外周側にヒータを配置したものが用いられている。たとえば所望の不純物を半導体基板中に拡散させる不純物拡散処理の場合は、ドーパントを含む原料ガスを加熱されたプロセスチューブ内に連続的に導入することによって、プロセスチューブ内に配置された半導体基板の表面で不純物拡散を生じさせることができる。

拡散炉の形態は、プロセスチューブの配置方法の違いより縦型炉と横型炉とが存在する。縦型炉では、プロセスチューブ内で半導体基板を回転させることで、不純物拡散処理の均一性を高める工夫がされている。一方、高い生産性が求められる太陽電池の分野では、生産性に優れる横型炉が多く用いられており、全長が１０００ｍｍから２０００ｍｍ程度の石英製のプロセスチューブを有する大型の横型炉が使用されている。

横型炉により半導体基板に不純物拡散処理を行う場合は、複数の半導体基板が並べて立てられた石英製の子ボートが、搬送用の石英製の親ボートに載せられて横型熱処理炉内に移載される。そして、ヒータによりプロセスチューブを加熱してプロセスチューブ内の温度を上げた後に、不純物を含む原料ガスがプロセスチューブ内に供給される。

上記のような不純物拡散処理を行う場合において、半導体基板への原料ガスの供給は、半導体基板における不純物の拡散量の均一性に影響する主要な要素である。半導体基板への原料ガスの供給のばらつきは、半導体基板における不純物の拡散量が半導体基板の面内でばらつく原因となる。そして、半導体基板における不純物の拡散量のばらつきは、不純物の拡散された半導体基板を用いて作製される製品の特性および歩留まりに悪影響を及ぼす。

特に、横型炉内の下部には、十分に温められていない低温の原料ガスが滞留しやすい。さらに横型炉内の下部の中でも、原料ガスの供給口の近くに設置された半導体基板では、低温の原料ガスに起因して半導体基板の温度に面内分布が発生し、不純物拡散量の面内ばらつきが発生しやすい。

上記の問題を解決するために、たとえば特許文献１には、石英から成るウェハ支持ボートにおけるウェハ支持用溝のうち、長手方向に関して両端のウェハ支持用溝及び上記補強部分に隣接するウェハ支持用溝にウェハと同じ形状のダミーのウェハを載置することにより、乱流の影響を防ぐ方法が開示されている。

特開平７−２８３１５６号公報

しかしながら、上記特許文献１では、長手方向に関して車輪の配置されている領域にはウェハを配置することができず、配置位置が大きく制約されるため、ウェハの配置の自由度が無く、生産性が低い。

また、たとえば太陽電池セルの製造における不純物拡散処理では、生産性を確保する目的で大量の半導体基板を１度に一括処理するバッチ処理が行われる。そして、１枚の半導体基板に供給される原料ガスの量を同じにするべく、少量の半導体基板の不純物拡散処理を行う場合に比べて原料ガスの流量を増大させて不純物拡散処理が行われる。この場合は、不純物拡散処理時における熱処理炉内での原料ガスの乱流が大きくなり、十分に温められていない低温の原料ガスが半導体基板へ供給され、半導体基板における不純物拡散量の面内分布にばらつきが生じる場合があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、被処理基板における不純物拡散量の面内均一性の高い拡散処理が可能な横型拡散炉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、本発明では、横型拡散炉は、水平状態に配置され、一端側にプロセスガスの供給口が設けられ、他端側にプロセスガスの排気口が設けられた横長形状のプロセスチューブと、プロセスチューブ内を加熱するヒータとを備える。また、横型拡散炉は、被処理基板を立てた状態で保持する第１ボートと、下部に複数の移動用車輪を有して移動可能とされ、第１ボートを載置してプロセスチューブ内に水平状態に載置される横長形状の第２ボートと、第２ボートにおける移動用車輪の上部と、移動用車輪を連結している車輪軸の上部とを覆う第１遮蔽板と、を備え、移動用車輪は、第２ボートに載置された第１ボートに保持された被処理基板よりも下方に位置すること、を特徴とする。

本発明によれば、被処理基板における不純物拡散量の面内均一性の高い拡散処理が可能な横型拡散炉が得られる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる横型拡散炉の側面図本発明の実施の形態１にかかる横型拡散炉における親ボートの平面図本発明の実施の形態１にかかる横型拡散炉において被処理基板が配置される子ボートの斜視図本発明の実施の形態１にかかる横型拡散炉における１つの子ボート付近を拡大して示す側面図本発明の実施の形態１におけるシリコンウェハのシート抵抗値の測定位置を示す図本発明の実施の形態１における実施例１および比較例１のシリコンウェハのシート抵抗値の面内分布を示す特性図子ボートの片側に石英製のダミーウェハが配置された比較用の横型拡散炉の側面図比較用の横型拡散炉が備える子ボートの斜視図比較用の横型拡散炉における１つの子ボート付近を拡大して示す側面図本発明の実施の形態１にかかる横型拡散炉の側面図であり、子ボートを第１遮蔽板上に設置した場合を示す側面図本発明の実施の形態１にかかる横型拡散炉における１つの子ボート付近を拡大して示す側面図であり、子ボートを第１遮蔽板上に設置した場合を示す側面図本発明の実施の形態２にかかる横型拡散炉の側面図本発明の実施の形態２にかかる横型拡散炉における親ボートの平面図本発明の実施の形態２にかかる横型拡散炉における１つの子ボート付近を拡大して示す側面図本発明の実施の形態２における実施例１、実施例２および比較例１のシリコンウェハのシート抵抗値の面内分布を示す特性図本発明の実施の形態２における実施例１、比較例１および実施例２のシリコンウェハにおける面内９点のシート抵抗値の標準偏差σを示す特性図本発明の実施の形態２における実施例２のシリコンウェハにおける領域Ｇのシート抵抗値と第２遮蔽板における供給孔の開口率との関係を示す特性図本発明の実施の形態２における実施例２のシリコンウェハにおける面内９点のシート抵抗値の標準偏差σと第２遮蔽板における供給孔の開口率との関係を示す特性図本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルの上面図本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルの、図１９のＸＸ−ＸＸ断面図本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造工程を示す断面図本発明の実施の形態３における実施例３および比較例２の太陽電池セルの光電変換効率を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる横型拡散炉および太陽電池セルの製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。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い。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる横型拡散炉２０の側面図である。図１においては、石英チューブ８の側面を透過して見える横型拡散炉２０の部材について示している。図２は、本発明の実施の形態１にかかる横型拡散炉２０における親ボート３の平面図である。図３は、本発明の実施の形態１にかかる横型拡散炉２０において被処理基板が配置される子ボート１の斜視図である。図４は、本発明の実施の形態１にかかる横型拡散炉２０における１つの子ボート１付近を拡大して示す側面図である。

本実施の形態１にかかる横型拡散炉２０は、太陽電池セルの製造工程のうち、被処理基板であるｐ型のシリコンウェハ２の表面にｎ型不純物層を形成するためにｐ型のシリコンウェハ２にリンを拡散するリン拡散工程で使用可能な横型拡散炉である。

横型拡散炉２０は、複数枚のシリコンウェハ２が一定間隔で配置されてウェハ保持部として用いられる石英製の第１ボートである子ボート１と、シリコンウェハ２が保持された子ボート１を積載して横型拡散炉２０内へ搬送する第２ボートであって石英製の移動台である親ボート３とを有する。また、横型拡散炉２０は、細長の円筒形状を有するプロセスチューブであり水平状態に配置される石英チューブ８と、石英チューブ８の周囲に設置されて石英チューブ８内を加熱するヒータ９とを備える。

子ボート１は、１０枚から５０枚程度のシリコンウェハ２を立てた状態で、一定間隔で保持する。

親ボート３は、２本の細長形状のバー部材が平行状態に連結された、矩形形状を有する枠形状の部材である。親ボート３は、シリコンウェハ２が保持された複数個の子ボート１を積載して横型拡散炉へ搬送する。親ボート３は、石英チューブ８内へ搬送するための移動用車輪である車輪４を下部に有して移動可能とされている。また、親ボート３は、車輪４を連結している車輪軸を補強する車輪の補強部５、親ボート３を補強する親ボートの補強部６、石英チューブ８内での均熱域を確保するための石英製のヒートバリア７を有する。

図１、図２および図４に示すように、本実施の形態１では、親ボート３を搬送するための車輪４と車輪の補強部５と親ボートの補強部６との直上に、第１遮蔽板１４を備える。第１遮蔽板１４は、親ボート３の平面視において車輪４と車輪の補強部５と親ボートの補強部６との直上領域を覆う大きさおよび形状を有する。第１遮蔽板１４は、拡散処理時に拡散炉内で被処理基板と一緒に熱処理される。このため、第１遮蔽板１４の材質は、高温における耐熱性に優れた材料が好ましく、子ボート１および親ボート３と同様に同じ石英材が用いられている。なお、拡散処理時の温度に対する耐熱性を有し、拡散炉内に導入されるガスと反応しない材料であれば、他の材料を用いることも可能である。第１遮蔽板１４は、ねじ止めなどの拡散処理時の温度に対して耐えられる手段により親ボート３に固定される。

石英チューブ８は、プロセスガスである原料ガス１３が供給される供給口１０が長手方向における一端側の端部に設けられ、石英チューブ８内のガスを排気する排気口１１が長手方向における他端側の上面に設けられている。すなわち、石英チューブ８は、供給口１０から原料ガス１３が導入され、石英チューブ８内のガスが排気口１１から排気される構造となっている。原料ガス１３は、たとえばオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）を気化させて、窒素ガス（Ｎ_２）および酸素ガス（Ｏ_２）等のキャリアガスと混合されている。

オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）は窒素ガス（Ｎ_２）および酸素ガス（Ｏ_２）と混合されて石英チューブ８内に導入され、以下の反応を示す。
２ＰＯＣｌ_３＋（３／２）Ｏ_２ → Ｐ_２Ｏ_５＋３Ｃｌ_２
Ｐ_２Ｏ_５＋（５／２）Ｓｉ → ２Ｐ＋（５／２）ＳｉＯ_２

また、石英チューブ８の長手方向における他端側は、子ボート１を積載した親ボート３の出入口である炉口となっており、炉口を開閉するための石英製の扉１２が設置されている。扉１２を閉じることにより、石英チューブ８内の温度を安定化させることができる。また、石英チューブ８内に原料ガス１３を導入する供給口１０の前段には、原料ガス１３の切り替えおよび原料ガスの流量の制御を行う図示しない配管系が配置されている。

上記のように構成された本実施の形態にかかる横型拡散炉２０によりシリコンウェハ２に対してリンの拡散処理を行う例について以下に示す。図１において、ヒータ９により石英チューブ８内を加熱した状態で、子ボート１が積載された親ボート３が石英チューブ８の炉口より石英チューブ８内へ導入され、水平状態に配置される。子ボート１は、石英チューブ８内においてシリコンウェハ２の表裏面の面内方向が、石英チューブ８への原料ガス１３の導入方向と平行とされて、すなわち、石英チューブ８の中心軸と平行とされて設置される。

石英チューブ８内への親ボート３の導入後、扉１２が閉められ、石英チューブ８内へ原料ガス１３が導入され、リンの拡散処理が行われる。拡散処理中における石英チューブ８内の温度は、８００℃〜１０００℃程度である。拡散処理の終了後、原料ガス１３の供給が停止され、石英チューブ８内が窒素などの不活性気体でパージされる。石英チューブ８内が十分にパージされた後に、扉１２が開放され、親ボート３が取り出されて、シリコンウェハ２に対するリンの拡散処理が終了する。

本実施の形態１においては、シリコンウェハ２に対するリン拡散の処理条件は、原料ガス１３とキャリアガスとの総流量が３０［ｓｌｍ］とされ、８００℃で１５分間、拡散処理が行われた後、８７５℃に昇温して更に１５分処理が行われる。

上記のリン拡散処理を行った後、石英チューブ８内において原料ガス１３の供給口１０に最も近い子ボート１に収納されたシリコンウェハ２、すなわち図１に示す最も右側の子ボート１に収納されたシリコンウェハ２を実施例１のシリコンウェハとし、シート抵抗の面内分布を測定した。シート抵抗の測定位置は、図５に示すように、シリコンウェハ２の面内における測定領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉの９点とした。図５は、本発明の実施の形態１におけるシリコンウェハ２のシート抵抗値の測定位置を示す図である。図５に示す測定領域の上下左右の方向は、図１および図４に示すシリコンウェハ２の向きと一致している。なお、以下では、測定領域のことを単に領域と呼ぶ場合がある。

実施例１のシリコンウェハのシート抵抗値の面内分布を図６に示す。図６は、本発明の実施の形態１における実施例１および比較例１のシリコンウェハ２のシート抵抗値の面内分布を示す特性図である。

また、横型拡散炉２０から第１遮蔽板１４が取り外された横型拡散炉においてリン拡散処理が行われたシリコンウェハを比較例１のシリコンウェハとし、該比較例１のシリコンウェハのシート抵抗値の面内分布を測定した。シート抵抗の測定位置は、実施例１の場合と同じである。比較例１のシリコンウェハのシート抵抗値の面内分布を図６に併せて示す。

図６から分かるように、比較例１のシリコンウェハでは、車輪４、車輪の補強部５および親ボートの補強部６の周辺で原料ガス１３の乱流が起こり、シリコンウェハ２の中部から下部の領域Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ、特に原料ガス１３の供給口１０に最も近い領域Ｆで、特に高シート抵抗化、すなわちリンの総拡散量が少ない状態となっている。

一方、第１遮蔽板１４が設置されている横型拡散炉２０でリン拡散処理が行われた実施例１のシリコンウェハでは、原料ガス１３が流入してくる側の領域である領域Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈでの高シート抵抗化、特に原料ガス１３の供給口１０に最も近い領域Ｆでの高シート抵抗化が抑制されている。

十分に温められていない低温の原料ガス１３は、石英チューブ８内の下部領域に滞留しやすい。石英チューブ８内に供給されて十分に温められていない低温の原料ガス１３は、石英チューブ８内の下部領域における車輪４、車輪の補強部５および親ボートの補強部６の周辺部分に到達すると、車輪４、車輪の補強部５および親ボートの補強部６の存在により乱流となり該低温の原料ガス１３がシリコンウェハ２の下部に向かって巻き上げられる。比較例１のシリコンウェハにおける領域Ｆでの高シート抵抗化は、該低温の原料ガス１３がシリコンウェハ２の下部に向かって巻き上げられることによりシリコンウェハ２の下部が冷却されるために発生する。

これに対して、第１遮蔽板１４が設置されている横型拡散炉２０では、十分に温められずに低温のままで車輪４、車輪の補強部５および親ボートの補強部６の周辺部分に到達してシリコンウェハ２の下部に向かって巻き上げられる低温の原料ガス１３が、第１遮蔽板１４により遮蔽される。すなわち、図４に矢印Ｘ１で示すように車輪４、車輪の補強部５および親ボートの補強部６に起因してシリコンウェハ２の下部へ向かって巻き上げられる低温の原料ガス１３が、第１遮蔽板１４により遮蔽される。これにより、横型拡散炉２０では、該低温の原料ガス１３によりシリコンウェハ２の下部が冷却されることが抑制される。このため、シリコンウェハ２において原料ガス１３が流入してくる側の領域である領域Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈでの高シート抵抗化が抑制され、特に原料ガス１３の供給口１０に最も近い領域Ｆにおいても高シート抵抗化が抑制されている。したがって、横型拡散炉２０は、シリコンウェハ２におけるシート抵抗の面内分布、すなわちリンの拡散量の面内分布にばらつきが生じることを抑制することができ、シリコンウェハ２における面内のリンの拡散量を均一に保つことができる。

そして、車輪４、車輪の補強部５および親ボートの補強部６を覆うとともに、親ボート３の長手方向における第１遮蔽板１４の長さを長くすることにより、確実に低温の原料ガス１３の巻き上げをより確実に抑制することができる。

また、横型拡散炉２０では、生産性を確保する目的で大量のシリコンウェハ２を１度に一括処理するバッチ処理において、１枚のシリコンウェハ２に供給される原料ガス１３の量を同じにするべく、原料ガス１３の流量を増大させて不純物拡散処理を行う場合がある。この場合においても、第１遮蔽板１４を備える横型拡散炉２０では、十分に温められずに低温のままで車輪４、車輪の補強部５および親ボートの補強部６の周辺部分に到達してシリコンウェハ２の下部に向かって巻き上げられる低温の原料ガス１３を遮蔽して、低温の原料ガス１３がシリコンウェハ２に吹き付けられることを抑制できる。

一方、原料ガス１３の供給口１０から離れた位置ほど原料ガス１３が石英チューブ８内で加熱される。このため、上記の低温の原料ガス１３に起因したシリコンウェハ２のシート抵抗の面内不均一性は、原料ガス１３の供給口１０から離れた子ボート１に設置されたシリコンウェハ２ほど、抑制される傾向にある。

しかし、例えば石英チューブ８内における不純物拡散処理の処理温度が低温化された場合には、供給口１０から離れた位置に到達した原料ガス１３の温度も低くなるため、供給口１０から離れた子ボート１に設置されたシリコンウェハ２であってもシート抵抗が面内において不均一になる。このため、第１遮蔽板１４は、原料ガス１３の供給口１０から離れた位置であっても設置されることが好ましい。

また、本実施の形態１にかかる横型拡散炉２０では、親ボート３の車輪４、車輪の補強部５および親ボートの補強部６の上部に別部品である第１遮蔽板１４が設置される例を示したが、親ボート３の構造としてあらかじめ車輪４、車輪の補強部５および親ボートの補強部６の上部が遮蔽される構造であっても構造的には同様の効果が得られる。

また、親ボート３に車輪の補強部５と親ボートの補強部６とが設けられていない場合には、第１遮蔽板１４を車輪４の上部に設置するだけでもよい。すなわち、車輪の補強部５と親ボートの補強部６とが設けられていない場合には、車輪の補強部５と親ボートの補強部６に起因した低温の原料ガス１３のシリコンウェハ２の下部への巻き上げが発生しない。しかし、本実施の形態１のように車輪の補強部５および親ボートの補強部６が存在する場合には、車輪の補強部５と親ボートの補強部６に起因した低温の原料ガス１３のシリコンウェハ２の下部への巻き上げを防ぐために、車輪４の上部以外にも、車輪の補強部５、親ボートの補強部６の上部には第１遮蔽板１４が設置されることが好ましい。

ここで、たとえば特許文献１に示される、ダミーウェハを用いてシリコンウェハ２のシート抵抗の面内均一化を図る技術との違いについて説明する。図７は、子ボート１の片側に石英製のダミーウェハ１０１が配置された比較用の横型拡散炉の側面図である。図７においては、石英チューブ８の側面を透過して見える横型拡散炉の部材について示している。図８は、比較用の横型拡散炉が備える子ボート１の斜視図である。図９は、比較用の横型拡散炉における１つの子ボート１付近を拡大して示す側面図である。比較用の横型拡散炉は、子ボート１にダミーウェハ１０１が配置されることと、第１遮蔽板１４が設置されていないこと以外は、横型拡散炉２０と同じ構造を有する。

図７から図９に示すように、比較用の横型拡散炉の子ボート１には、供給口１０側となる片側に石英製のダミーウェハ１０１が配置されている。このようなダミーウェハ１０１を備えることにより、シリコンウェハ２と同じ高さ位置において供給口１０側から流れてくる原料ガス１３を遮断することは可能である。

しかしながら、比較用の横型拡散炉では、車輪４、車輪の補強部５および親ボートの補強部６の周辺で起こる低温の原料ガス１３の乱流の影響を十分に抑制することはできない。すなわち、低温の原料ガス１３のシリコンウェハ２の下部への流入を抑制するためには、ダミーウェハ１０１は、車輪４、車輪の補強部５、親ボートの補強部６の上部ではない位置に設置しなければならないため、親ボート３における子ボート１の配置位置が大きく制約され、生産性が低下する。そして、図７および図９に示すように、ダミーウェハ１０１の設置位置が親ボートの補強部６の上部である場合には、矢印Ｘ２で示すように低温の原料ガス１３がシリコンウェハ２の下部へ流入してしまう。また、ダミーウェハ１０１の設置位置が、車輪４の上部および車輪の補強部５の上部にある場合においても、同様に低温の原料ガス１３がシリコンウェハ２の下部へ流入してしまう。

一方、本実施の形態１の横型拡散炉２０では、上述したように車輪４、車輪の補強部５、親ボートの補強部６の周辺の上部に第１遮蔽板１４を設置することにより、低温の原料ガス１３がシリコンウェハ２の下部に供給されることを抑制できる。このため、図１０および図１１に示すように子ボート１が第１遮蔽板１４上に設置された場合でも、矢印Ｘ３で示すように車輪４、車輪の補強部５および親ボートの補強部６に起因してシリコンウェハ２の下部へ向かって巻き上げられる低温の原料ガス１３がシリコンウェハ２の下部に供給されることを抑制でき、シリコンウェハ２における面内の不純物拡散量を均一に保つことができる。

したがって、横型拡散炉２０では、親ボート３における子ボート１の配置位置が制約されず、親ボート３上における子ボート１を設置できる領域を広く確保できるため、種々の条件のシリコンウェハ２の拡散処理が可能であり、生産性が向上する。図１０は、本発明の実施の形態１にかかる横型拡散炉２０の側面図であり、子ボート１を第１遮蔽板１４上に設置した場合を示す側面図である。図１１は、本発明の実施の形態１にかかる横型拡散炉２０における１つの子ボート１付近を拡大して示す側面図であり、子ボート１を第１遮蔽板１４上に設置した場合を示す側面図である。

なお、上記においては石英チューブ８内においてシリコンウェハ２の表裏面の面内方向が石英チューブ８の中心軸と平行となる場合について示したが、シリコンウェハ２の表裏面の面内方向が、石英チューブ８への原料ガス１３の導入方向と垂直となる、すなわち石英チューブ８の中心軸と垂直になる場合でも、上述した効果が得られる。

また、本実施の形態１では、太陽電池セルの製造工程のうち、ｐ型のシリコンウェハ２の表面にｎ型不純物としてリンを拡散するリン拡散工程で使用する例を示したが、原料ガス１３としては気化させたＰＯＣｌ_３以外に、リン化水素（ＰＨ_３）等のリンを含む他の材料を気化させたものを用いることもできる。したがって、原料ガス１３としては、ＰＯＣｌ_３およびＰＨ_３の少なくとも１つを含むガスを用いることができる。

また、ｐ型不純物としてボロン（Ｂ）を拡散する場合には、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）、三臭化ホウ素（ＢＢｒ_３）、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）等の材料を気化させて原料ガス１３として石英チューブ８内に導入することができる。したがって、原料ガス１３としては、ＢＣｌ_３、ＢＢｒ_３およびＢ_２Ｈ_６等の少なくとも１つを含むガスを用いることができる。

また、本実施の形態１にかかる横型拡散炉２０は、太陽電池セルの製造に限らず、パワーデバイスまたは光デバイスに用いられるシリコンウェハ等の半導体ウェハの熱処理に対して用いても、上記と同様の効果が得られる。

上述したように、本実施の形態１にかかる横型拡散炉２０は、車輪４、車輪の補強部５および親ボートの補強部６の上部を第１遮蔽板１４で覆うことで、車輪４、車輪の補強部５および親ボートの補強部６に起因して低温の原料ガス１３のシリコンウェハ２の下部へ巻き上げられることを抑制できる。これにより、横型拡散炉２０は、シリコンウェハ２におけるシート抵抗の面内分布、すなわちリンの拡散量の面内分布にばらつきが生じることを抑制することができ、シリコンウェハ２における面内のリンの拡散量を均一に保つことができる。

したがって、本実施の形態１にかかる横型拡散炉２０は、シリコンウェハ２におけるリンの拡散量の面内均一性を向上させた拡散処理が可能であり、シリコンウェハ２のデバイス特性および歩留まりを改善することができる。

実施の形態２．
本実施の形態２では、実施の形態１と同様に、太陽電池セルの製造工程のうち、ｐ型のシリコンウェハ２の表面へｎ型不純物層を形成するためにリンを拡散するリン拡散工程で使用する横型拡散炉について説明する。シリコンウェハ２に対するリン拡散の処理条件は、実施の形態１の場合と同条件であり、原料ガス１３とキャリアガスとの総流量が３０［ｓｌｍ］とされ、８００℃で１５分間、拡散処理が行われた後、８７５℃に昇温して更に１５分処理が行われる。

図１２は、本発明の実施の形態２にかかる横型拡散炉３０の側面図である。図１２においては、石英チューブ８の側面を透過して見える横型拡散炉３０の部材について示している。図１３は、本発明の実施の形態２にかかる横型拡散炉３０における親ボート３の平面図である。図１４は、本発明の実施の形態２にかかる横型拡散炉３０における１つの子ボート１付近を拡大して示す側面図である。

図１２から図１４に示すように、本実施の形態２にかかる横型拡散炉３０は、車輪４、車輪の補強部５、親ボートの補強部６の直上を覆う第１遮蔽板１４の他に、子ボート１の直下の領域を覆う複数の第２遮蔽板１６が設置されており、親ボート３の面内において子ボート１を配置可能なヒートバリア７間の領域を全体的に遮蔽する構造とされている。すなわち、本実施の形態２にかかる横型拡散炉３０が実施の形態１にかかる横型拡散炉２０と異なる点は、第２遮蔽板１６を備える点である。

第２遮蔽板１６は、親ボート３の平面視において、隣り合う第１遮蔽板１４と第１遮蔽板１４との間の領域に配置されている。これにより、親ボート３において、石英チューブ８の中心軸方向において両端に位置するヒートバリア７の間の領域は、第１遮蔽板１４と第２遮蔽板１６とにより覆われている。第２遮蔽板１６は、親ボート３の平面視において、ヒートバリア７の間の領域における第１遮蔽板１４の配置されていない領域を覆う大きさおよび形状を有する。

第２遮蔽板１６は、第２遮蔽板１６の下部から子ボート１のシリコンウェハ２に原料ガス１３を供給するための複数の供給孔１７が面内において分散して開けられた構造とされている。本実施の形態２にかかる横型拡散炉３０においては、第２遮蔽板１６の面内における供給孔１７の占める面積の割合、すなわち開口率は、２０％以上５０％以下の割合とされることが好ましく、ここでは２０％とされる。

第２遮蔽板１６は、拡散処理時に拡散炉内で被処理基板と一緒に熱処理される。このため、第２遮蔽板１６の材質は、第１遮蔽板１４と同様に、高温における耐熱性に優れた材料が好ましく、子ボート１および親ボート３と同様に同じ石英材が用いられている。なお、拡散処理時の温度に対する耐熱性を有し、拡散炉内に導入されるガスと反応しない材料であれば、他の材料を用いることも可能である。第２遮蔽板１６は、ねじ止めなどの拡散処理時の温度に対して耐えられる手段により親ボート３に固定される。

本実施の形態２にかかる横型拡散炉３０によりシリコンウェハ２に対してリン拡散処理を行った後、石英チューブ８内において供給口１０に最も近い子ボート１に収納されたシリコンウェハ２、すなわち、図１２に示す最も右側の子ボート１に収納されたシリコンウェハ２を実施例２のシリコンウェハとし、シート抵抗の面内分布を測定した。シート抵抗の測定位置は、実施例１と同様に、図５に示すように、シリコンウェハ２の面内における測定領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉの９点とした。図５に示す測定領域の上下左右の方向は、図１２および図１４に示すシリコンウェハ２の向きと一致している。

上述した実施例１、比較例１および実施例２のシリコンウェハのシート抵抗値の面内分布を図１５に示す。図１５は、本発明の実施の形態２における実施例１、実施例２および比較例１のシリコンウェハ２のシート抵抗値の面内分布を示す特性図である。

実施例１では、比較例１と比べて車輪４、車輪の補強部５、親ボートの補強部６の上部に第１遮蔽板１４を設置したことにより、領域Ｅ〜Ｈ、特に領域Ｆの高シート抵抗化が抑制されている。一方で、実施例１では、シリコンウェハ２の下部の中央部に位置する領域Ｇでは、十分に温められていない低温の原料ガス１３が少量供給されるため、高シート抵抗化する傾向にある。

そこで、本実施の形態２にかかる横型拡散炉３０では、供給孔１７が形成されている第２遮蔽板１６を子ボート１の直下に設置して、リン拡散処理に最低限必要な量の原料ガス１３をシリコンウェハ２の下部に供給するとともに、十分に温められていない低温の原料ガス１３のシリコンウェハ２の下部への供給量を抑制している。これにより、横型拡散炉３０では、シリコンウェハ２の下部の中央部に位置する領域Ｇにおける高シート抵抗化を抑制することができる。

図１６は、本発明の実施の形態２における実施例１、比較例１および実施例２のシリコンウェハにおける面内９点のシート抵抗値の標準偏差σを示す特性図である。実施例１のシリコンウェハのシート抵抗値の標準偏差σは、比較例１のシリコンウェハのシート抵抗値の標準偏差σよりも大幅に小さい値となっている。すなわち、実施例１のシリコンウェハは、比較例１のシリコンウェハに比べて、シート抵抗値の面内分布の均一性が大幅に向上して良好となっている。

そして、実施例２のシリコンウェハのシート抵抗値の標準偏差σは、実施例１のシリコンウェハのシート抵抗値の標準偏差σよりも更に小さい値となっている。すなわち、実施例２のシリコンウェハは、実施例１のシリコンウェハに比べて、シート抵抗値の面内分布の均一性がさらに向上して良好となっている。

図１７は、本発明の実施の形態２における実施例２のシリコンウェハにおける領域Ｇのシート抵抗値と第２遮蔽板１６における供給孔１７の開口率との関係を示す特性図である。図１８は、本発明の実施の形態２における実施例２のシリコンウェハにおける面内９点のシート抵抗値の標準偏差σと第２遮蔽板１６における供給孔１７の開口率との関係を示す特性図である。図１７および図１８において、開口率０％の場合は子ボート１の直下の領域に供給孔１７の穴が開いていない第２遮蔽板１６を設置していることを示している。また、開口率１００％の場合は子ボート１の直下の領域には第２遮蔽板１６を設置しない、すなわち実施の形態１にかかる横型拡散炉２０と同じ状態であることを示している。

図１７から分かるように、開口率０％の場合は、原料ガス１３が下部からシリコンウェハ２に供給されないため、シリコンウェハにおける領域Ｇのシート抵抗値が高くなり、面内のシート抵抗値の標準偏差σが大きくなる。一方、開口率２０％の場合および開口率５０％の場合は、開口率１００％の場合と比べて、シリコンウェハにおける領域Ｇのシート抵抗値が低くなり、面内のシート抵抗値の標準偏差σが小さくなる。したがって、開口率は、２０％〜５０％が好ましい。

また、開口率は、原料ガス１３の供給口１０からの距離によって変化させてもよい。石英チューブ８内における供給口１０に近い場所は、原料ガス１３の流速が早く、十分に温められていない低温の原料ガス１３がシリコンウェハ２に多量供給される。このため、シリコンウェハ２における低温の原料ガス１３の影響を抑制するためには、供給孔１７の開口率は低い方が好ましい。

一方、石英チューブ８内における供給口１０から離れた場所は、原料ガス１３の流速は遅くなるため、石英チューブ８内で十分に温められた原料ガス１３がシリコンウェハ２に少量供給される。開口率が低すぎる場合には、反応に必要な量の原料ガス１３が供給されなくなるため、供給口１０から離れるにつれて、開口率を高くすることで、石英チューブ８内全体のシリコンウェハ２に対してシート抵抗の面内ばらつきを抑制することができる。

供給孔１７の配置間隔は、子ボート１に設置されたシリコンウェハ２への原料ガス１３の供給量に偏りがでないように等間隔で同じ開口寸法で設置することが好ましい。

第２遮蔽板１６の設置形態としては、実施の形態１のように親ボート３の車輪４、車輪の補強部５、親ボートの補強部６の上部に設置されて供給孔１７の開いていない第１遮蔽板１４と、本実施の形態２のように子ボート１の直下の領域に設置されて供給孔１７の開いた第２遮蔽板１６とを個別の遮蔽板として配置することができる。また、第１遮蔽板１４と第２遮蔽板１６とが１枚の遮蔽板として構成された遮蔽板が親ボート３上に搭載されてもよい。

上述したように、本実施の形態２にかかる横型拡散炉３０は、第１遮蔽板１４を備えるため、実施の形態１にかかる横型拡散炉２０と同様の効果を有する。また、本実施の形態２にかかる横型拡散炉３０は、子ボート１の下部領域を遮蔽する第２遮蔽板１６を備え、且つ第２遮蔽板１６に形成された供給孔１７が、子ボート１の下部に適量の原料ガス１３を供給することを可能とするため、シリコンウェハ２のシート抵抗の面内ばらつきを更に抑制でき、シリコンウェハ２のデバイス特性および歩留まりをより改善することができる。

実施の形態３．
実施の形態３では、太陽電池セルの製造方法について説明する。図１９は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルの上面図である。図２０は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルの、図１９のＸＸ−ＸＸ断面図である。上述した横型拡散炉２０または横型拡散炉３０を用いて不純物拡散を行うことで、たとえば図１９および図２０に示す太陽電池セルを形成することができる。図２１および図２２は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造工程を示す断面図であり、不純物拡散工程において第２導電型半導体層としてのｎ型不純物拡散層４２と、第１導電型半導体層としてのｐ型不純物拡散層であってテクスチャ構造を有するｐ型単結晶シリコンウェハ４１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セル用の第１導電型半導体基板としてのｐ型単結晶シリコンウェハ４１は、凹凸４１Ｔを有して光反射を低減するテクスチャ構造が第１主面である受光面４１Ａに形成されている。そして、テクスチャ構造の形成された第１主面上に第２導電型半導体層としてのｎ型不純物拡散層４２が形成され、ｎ型不純物拡散層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を貫通してｎ型不純物拡散層４２に接続する受光面電極４４として受光面グリッド電極と受光面バス電極とが櫛形状に形成されている。

また、ｐ型単結晶シリコンウェハ４１の受光面４１Ａと対向する第２主面である裏面４１Ｂの全体には、アルミニウム（Ａｌ）を材料とした裏面電極４５が形成されている。

つぎに、実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造方法について簡単に説明する。まず、テクスチャ構造形成工程において、ｐ型単結晶シリコンウェハ４１の表面に、図２１に示すように光反射率を低減するテクスチャ構造としてピラミッド形状の凹凸４１Ｔを形成する。テクスチャ構造の形成では、たとえばｐ型単結晶シリコンウェハ４１に、水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ水溶液によるエッチングを行う。アルカリ水溶液には、添加剤を添加してもよい。

つぎに、不純物拡散層形成工程において、ｐ型単結晶シリコンウェハ４１を横型拡散炉２０へ投入する。横型拡散炉２０内では、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）蒸気の存在下でｐ型単結晶シリコンウェハ４１を加熱して、図２２に示すようにｐ型単結晶シリコンウェハ４１の一面側の表層にｎ型不純物拡散層４２を形成して、ｐｎ接合を形成する。

そして、ｎ型不純物拡散層４２の表面に形成されたガラスを主成分とするリンガラス層を、フッ化水素酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ_３）と硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）との混酸等をエッチング液に用いたウェットエッチング処理により除去する。つぎに、反射防止膜４３としてプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）をｎ型不純物拡散層４２上に形成する。

つぎに、電極形成工程では、光起電力によって生じた電流を取り出すため、ｎ型不純物拡散層４２上に銀（Ａｇ）を材料とした受光面グリッド電極と受光面バス電極とを櫛形状にスクリーン印刷法で形成する。また、ｐ型単結晶シリコンウェハ４１の裏面４１Ｂの全体にアルミニウム（Ａｌ）を材料とした裏面電極をスクリーン印刷法で形成する。その後、ｐ型単結晶シリコンウェハ４１を焼成炉で焼成する。受光面電極４４と裏面電極４５とが形成される。これにより、図１９および図２０に示す本実施の形態３にかかる太陽電池セルが製造される。

本実施の形態３では、上記の太陽電池セルの製造方法のうち、ｎ型不純物拡散層４２を形成する工程で、実施の形態１で示した横型拡散炉２０を用いて、太陽電池セルを製造し、光電変換効率の比較を行った。実施の形態１にかかる横型拡散炉２０を用いて作製した太陽電池セルを実施例３の太陽電池セルとした。第１遮蔽板１４を備えないこと以外は横型拡散炉２０と同じ構成を有する遮蔽板なしの横型拡散炉を用いて作製した太陽電池セルを比較例２の太陽電池セルとした。そして、実施例３および比較例２の太陽電池セルの光電変換効率を測定した。実施例３および比較例２の太陽電池セルの光電変換効率の測定結果を図２３に示す。図２３は、本発明の実施の形態３における実施例３および比較例２の太陽電池セルの光電変換効率を示す図である。図２３に示す光電変換効率は、１２０枚の太陽電池セルの光電変換効率の平均値である。

図２３から、第１遮蔽板１４を備える実施の形態１にかかる横型拡散炉２０を用いて作製した実施例３の太陽電池セルの光電変換効率は、遮蔽板なしの横型拡散炉を用いて作製した比較例２の太陽電池セルの光電変換効率よりも向上していることが分かる。これにより、第１遮蔽板１４を備える横型拡散炉２０を用いることで、太陽電池セルの光電変換効率の向上が図れることが確認された。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１子ボート、２シリコンウェハ、３親ボート、４車輪、５車輪の補強部、６親ボートの補強部、７ヒートバリア、８石英チューブ、９ヒータ、１０供給口、１１排気口、１２扉、１３原料ガス、１４第１遮蔽板、１６第２遮蔽板、１７供給孔、２０，３０横型拡散炉、４１ｐ型単結晶シリコンウェハ、４１Ａ受光面、４１Ｂ裏面、４１Ｔ凹凸、４２ｎ型不純物拡散層、４３反射防止膜、４４受光面電極、４５裏面電極、１０１ダミーウェハ。

Claims

水平状態に配置され、一端側にプロセスガスの供給口が設けられ、他端側に前記プロセスガスの排気口が設けられた横長形状のプロセスチューブと、
前記プロセスチューブ内を加熱するヒータと、
被処理基板を立てた状態で保持する第１ボートと、
下部に複数の移動用車輪を有して移動可能とされ、前記第１ボートを載置して前記プロセスチューブ内に水平状態に載置される横長形状の第２ボートと、
前記第２ボートにおける前記移動用車輪の上部と、前記移動用車輪を連結している車輪軸の上部とを覆う第１遮蔽板と、
を備え、
前記移動用車輪は、前記第２ボートに載置された前記第１ボートに保持された前記被処理基板よりも下方に位置すること、
を特徴とする横型拡散炉。
前記被処理基板は、面内方向が前記プロセスガスの供給口から前記プロセスチューブ内に導入されるプロセスガスの導入方向と平行な方向または垂直な方向とされて前記プロセスチューブ内に配置されていること、
を特徴とする請求項１に記載の横型拡散炉。
前記プロセスガスが流通可能とされた供給孔が設けられ、前記第２ボートに載置された前記第１ボートの直下領域を覆った状態で配置された第２遮蔽板を備えること、
を特徴とする請求項１または２に記載の横型拡散炉。
前記供給孔の開口面積の割合は、２０％以上５０％以下であること、
を特徴とする請求項３に記載の横型拡散炉。
前記供給孔の開口面積の割合が、前記プロセスガスの供給口から離れるにつれて高くされていること、
を特徴とする請求項３に記載の横型拡散炉。
前記プロセスガスは、オキシ塩化リンおよびリン化水素の少なくとも１つを含むこと、
を特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の横型拡散炉。
前記プロセスガスは、三塩化ホウ素、三臭化ホウ素およびジボランのうちの少なくとも１つを含むこと、
を特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の横型拡散炉。
第１導電型の半導体ウェハに対して第２導電型の不純物を拡散させて前記半導体ウェハの表面に不純物拡散層を形成することにより前記半導体ウェハにｐｎ接合を形成する不純物拡散層形成工程を含む太陽電池セルの製造方法であって、
前記不純物拡散層形成工程では、請求項１から７のいずれか１つに記載された横型拡散炉を用いて前記不純物拡散層を形成する不純物拡散処理を行うこと、
を特徴とする太陽電池セルの製造方法。