JP7418869B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池および半導体装置の製造技術に関し、例えば、半導体基板の受光面とは反対の裏面側にn型拡散層とp型拡散層とが形成された太陽電池に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a manufacturing technology for solar cells and semiconductor devices, and is effective when applied to, for example, a solar cell in which an n-type diffusion layer and a p-type diffusion layer are formed on the back side of a semiconductor substrate opposite to the light-receiving surface. Regarding technology.

再生可能なエネルギーは、エネルギー資源が枯渇することなく使用できるとともに、発電時に地球温暖化の原因となる二酸化炭素を排出しないことから、石油、石炭、天然ガスなどの化石燃料に替わるクリーンなエネルギーとして注目されている。 Renewable energy can be used without depleting energy resources and does not emit carbon dioxide, which causes global warming, during power generation, so it is used as a clean energy alternative to fossil fuels such as oil, coal, and natural gas. Attention has been paid.

再生可能なエネルギーの1つに太陽光があり、太陽電池を使用して太陽光を直接的に電力に変換する発電方式は、太陽光発電と呼ばれている。太陽電池とは、光エネルギーを吸収して電気エネルギーに変換する光電変換素子である。 One type of renewable energy is sunlight, and a power generation method that uses solar cells to directly convert sunlight into electricity is called solar power generation. A solar cell is a photoelectric conversion element that absorbs light energy and converts it into electrical energy.

太陽電池には、有機太陽電池や多接合太陽電池など様々な種類があるが、結晶シリコン太陽電池が最も普及している。結晶シリコン太陽電池の最大の課題は、高効率化と低コスト化との両立を図ることである。結晶シリコン太陽電池の高効率化に向けて、PERC型セル(Passivated Emitter and Rear Cell)、両面受光型セルなどの各種セルの研究開発が進められているが、電極を半導体基板の裏面にだけ形成することにより半導体基板の表面側の受光面積を大きくした裏面電極型セルが最も高い光電変換効率を示している。 There are various types of solar cells, including organic solar cells and multijunction solar cells, but crystalline silicon solar cells are the most popular. The biggest challenge for crystalline silicon solar cells is achieving both high efficiency and low cost. To improve the efficiency of crystalline silicon solar cells, research and development of various cells such as PERC cells (Passivated Emitter and Rear Cells) and bifacial cells are underway, but electrodes are only formed on the back side of the semiconductor substrate. The back electrode type cell, which has a larger light-receiving area on the front side of the semiconductor substrate, exhibits the highest photoelectric conversion efficiency.

例えば、非特許文献1、非特許文献2、非特許文献3および特許文献1には、裏面電極型セルを使用した裏面電極型太陽電池に関する技術が記載されている。 For example, Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2, Non-Patent Document 3, and Patent Document 1 describe techniques related to back-electrode solar cells using back-electrode cells.

Evan Franklin et al., “Design, fabrication and characterization of a 24.4% efficient interdigitated back contact solar cell”, PROGRESS IN PHOTOVOLTAICS: RESERARCH AND APPLICATION vol. 24, (2016) 411-427Evan Franklin et al., “Design, fabrication and characterization of a 24.4% efficient interdigitated back contact solar cell”, PROGRESS IN PHOTOVOLTAICS: RESEARCH AND APPLICATION vol. 24, (2016) 411-427 Nicholas Bateman et al., “High quality ion implanted boron emitters in an interdigitated back contact solar cell with 20% efficiency”, Energy Procedia 8 (2011) 509-514Nicholas Bateman et al., “High quality ion implanted boron emitters in an interdigitated back contact solar cell with 20% efficiency”, Energy Procedia 8 (2011) 509-514 R. Muller at al., “Back-junction back-contact n-type silicon solar cell with diffused boron emitter locally blocked by implanted phosphorus” Applied Physics Letters vol. 105, (2014) 103503-1-103503-4R. Muller at al., “Back-junction back-contact n-type silicon solar cell with diffused boron emitter locally blocked by implanted phosphorus” Applied Physics Letters vol. 105, (2014) 103503-1-103503-4

特開2019-161052号公報JP 2019-161052 Publication

半導体装置の製造工程では、フォトリソグラフィ技術によるパターニングとエッチングを使用して、例えば、半導体基板の同一面に互いに導電型の異なるn型拡散層とp型拡散層とを形成することが行われる。この点に関し、フォトリソグラフィ技術は、レジストの塗布工程、露光工程、現像工程および洗浄工程といった非常に多くの工程を必要とする。特に、半導体基板の同一面に互いに導電型の異なるn型拡散層とp型拡散層とを形成する場合、非常に多くの工程からなるフォトリソグラフィ工程を2回行う必要があり、工程数の増加に起因する製造コストの上昇が懸念される。すなわち、製造コストを抑制するために、フォトリソグラフィ技術を使用することなく、半導体基板の同一面に互いに導電型の異なるn型拡散層とp型拡散層とを形成できる技術が望まれている。 In the manufacturing process of a semiconductor device, patterning and etching by photolithography are used to form, for example, an n-type diffusion layer and a p-type diffusion layer having different conductivity types on the same surface of a semiconductor substrate. In this regard, photolithography techniques require numerous steps such as resist coating, exposure, development, and cleaning. In particular, when forming an n-type diffusion layer and a p-type diffusion layer with different conductivity types on the same surface of a semiconductor substrate, it is necessary to perform a photolithography process consisting of a large number of steps twice, which increases the number of steps. There are concerns that manufacturing costs will rise due to this. That is, in order to reduce manufacturing costs, a technology is desired that can form an n-type diffusion layer and a p-type diffusion layer of different conductivity types on the same surface of a semiconductor substrate without using photolithography technology.

一実施の形態における半導体装置の製造方法は、(a)開口部を有するマスクを用意する工程と、(b)マスクを介して半導体基板の第1面側からリンをイオン注入することより、マスクに覆われている半導体基板の第2領域を除いて、開口部から露出する半導体基板の第1領域にリンを導入する工程と、(c)前記(b)工程の後、前記半導体基板の前記第1面を酸化する工程とを備える。さらに、一実施の形態における半導体装置の製造方法は、(d)半導体基板の第1面に形成されている酸化膜の膜厚を減じるように酸化膜をエッチングする工程と、(e)(d)工程の後、第1領域上に形成されている酸化膜をマスクにして半導体基板の第1面側からボロンを導入することにより、第1領域を除く第2領域にボロンを導入する工程と、(f)(e)工程の後、第1面に形成されている酸化膜を除去する工程とを備える。 A method for manufacturing a semiconductor device in one embodiment includes (a) preparing a mask having an opening, and (b) implanting phosphorus ions from the first surface side of a semiconductor substrate through the mask. (c) after the step (b), introducing phosphorus into the first region of the semiconductor substrate exposed from the opening, excluding the second region of the semiconductor substrate covered by the semiconductor substrate; and a step of oxidizing the first surface. Furthermore, the method for manufacturing a semiconductor device in one embodiment includes (d) etching the oxide film formed on the first surface of the semiconductor substrate so as to reduce the thickness of the oxide film, and (e) (d) ) After the step, a step of introducing boron into the second region excluding the first region by introducing boron from the first surface side of the semiconductor substrate using the oxide film formed on the first region as a mask. , (f) After the step (e), the step of removing the oxide film formed on the first surface is provided.

一実施の形態における太陽電池は、受光面と受光面とは反対側の裏面とを有する半導体基板と、裏面の複数の第1領域に形成された複数のリン拡散層と、裏面の第2領域に形成されたボロン拡散層とを備える。このとき、平面視において、複数のリン拡散層は、ドットパターンを構成する。 A solar cell in one embodiment includes a semiconductor substrate having a light-receiving surface and a back surface opposite to the light-receiving surface, a plurality of phosphorus diffusion layers formed in a plurality of first regions on the back surface, and a second region on the back surface. and a boron diffusion layer formed in. At this time, the plurality of phosphorus diffusion layers constitute a dot pattern in plan view.

一実施の形態によれば、半導体装置の製造コストを削減できる。 According to one embodiment, manufacturing costs of semiconductor devices can be reduced.

太陽電池の模式的な構成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a solar cell. 実施の形態における太陽電池の製造工程を示す断面図である。It is a sectional view showing a manufacturing process of a solar cell in an embodiment. 図2に続く太陽電池の製造工程を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the solar cell manufacturing process following FIG. 2. FIG. 図3に続く太陽電池の製造工程を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the solar cell following FIG. 3 . 図4に続く太陽電池の製造工程を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the solar cell following FIG. 4 . 図5に続く太陽電池の製造工程を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the solar cell following FIG. 5 . 図6に続く太陽電池の製造工程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing the solar cell manufacturing process following FIG. 6 . 図7に続く太陽電池の製造工程を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the solar cell following FIG. 7 . 変形例における太陽電池の製造工程を示す断面図である。It is a sectional view showing a manufacturing process of a solar cell in a modification. 図9に続く太陽電池の製造工程を示す断面図である。10 is a cross-sectional view showing the solar cell manufacturing process following FIG. 9. FIG. 図10に続く太陽電池の製造工程を示す断面図である。11 is a cross-sectional view showing the solar cell manufacturing process following FIG. 10. FIG. 図11に続く太陽電池の製造工程を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the solar cell following FIG. 11 . 酸化シリコン膜の膜厚とエッチング時間との関係を示すグラフである。7 is a graph showing the relationship between the thickness of a silicon oxide film and etching time. 半導体基板上に形成される酸化シリコン膜の膜厚によってボロンが半導体基板の内部に突き抜けるか否かを検証した結果を示す表である。2 is a table showing the results of verifying whether or not boron penetrates into the inside of a semiconductor substrate depending on the thickness of a silicon oxide film formed on the semiconductor substrate. (a)および(b)は、実施の形態における太陽電池の製造方法で製造されたエミッタ層とBSF層の走査型容量顕微鏡像である。(a) and (b) are scanning capacitance microscope images of an emitter layer and a BSF layer manufactured by the solar cell manufacturing method in the embodiment. (a)は、太陽電池の裏面における平面レイアウトの一例を示す平面図であり、(b)は、(a)に示す太陽電池の製造方法で使用されるマスク基板の構成例を示す平面図である。(a) is a plan view showing an example of the planar layout on the back side of a solar cell, and (b) is a plan view showing an example of the configuration of a mask substrate used in the method for manufacturing the solar cell shown in (a). be. (a)は、太陽電池の裏面における平面レイアウトの一例を示す平面図であり、(b)は、(a)に示す太陽電池の製造方法で使用されるマスク基板の構成例を示す平面図である。(a) is a plan view showing an example of the planar layout on the back side of a solar cell, and (b) is a plan view showing an example of the configuration of a mask substrate used in the method for manufacturing the solar cell shown in (a). be. 製造困難なマスク基板の構成例を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a configuration example of a mask substrate that is difficult to manufacture.

実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。 In all the drawings for explaining the embodiment, the same members are designated by the same reference numerals in principle, and repeated explanations thereof will be omitted. Note that, in order to make the drawings easier to understand, hatching may be added even in a plan view.

本実施の形態における技術的思想は、例えば、半導体基板の同一面に互いに導電型の異なるn型拡散層とp型拡散層とを形成する工程を含む半導体装置の製造工程に幅広く利用することができるが、以下では、特に、裏面電極型結晶シリコン太陽電池の製造工程を例に挙げて、本実施の形態における技術的思想を説明する。 The technical idea of this embodiment can be widely used in the manufacturing process of semiconductor devices, including, for example, the process of forming an n-type diffusion layer and a p-type diffusion layer of different conductivity types on the same surface of a semiconductor substrate. However, the technical idea of this embodiment will be explained below, particularly by taking as an example the manufacturing process of a back electrode type crystalline silicon solar cell.

<裏面電極型結晶シリコン太陽電池の製造工程に存在する改善の余地>
裏面電極型結晶シリコン太陽電池は、半導体基板の受光面とは反対側の裏面にエミッタ層とBSF(Back Surface Field)層とを有する。一般的には、n型のシリコン基板を用いて、エミッタ層となるp型拡散層であるボロン拡散層と、BSF層となるn型拡散層であるリン拡散層とを形成する。このように、裏面電極型結晶シリコン太陽電池は、同一面(裏面)へ異なる導電型の拡散層を形成する必要があるため、作製工程が非常に複雑である。このことが裏面電極型結晶シリコン太陽電池のコストを上げる要因になっており、作製工程の簡略化が望まれている。
<Room for improvement in the manufacturing process of back-electrode crystalline silicon solar cells>
A back electrode type crystalline silicon solar cell has an emitter layer and a BSF (Back Surface Field) layer on the back surface of a semiconductor substrate opposite to the light receiving surface. Generally, an n-type silicon substrate is used to form a boron diffusion layer, which is a p-type diffusion layer, which becomes an emitter layer, and a phosphorus diffusion layer, which is an n-type diffusion layer, which becomes a BSF layer. In this way, the back electrode type crystalline silicon solar cell has a very complicated manufacturing process because it is necessary to form diffusion layers of different conductivity types on the same surface (back surface). This is a factor that increases the cost of back electrode type crystalline silicon solar cells, and simplification of the manufacturing process is desired.

例えば、同一面(裏面)へ異なる導電型の拡散層を形成するためには、パターニング技術が必要である。具体的には、エミッタ層を構成するボロン拡散層を形成する工程とBSF層を構成するリン拡散層を形成する工程とにおいて少なくとも2回のパターニング工程が必要とされる(非特許文献1参照)。 For example, patterning technology is required to form diffusion layers of different conductivity types on the same surface (back surface). Specifically, at least two patterning steps are required in the step of forming the boron diffusion layer constituting the emitter layer and the step of forming the phosphorus diffusion layer constituting the BSF layer (see Non-Patent Document 1). .

非特許文献1によれば、リン拡散防止膜として機能する第1酸化膜を成膜した後、フォトリソグラフィ技術によるパターニングとエッチングを用いてBSF領域の第1酸化膜に開口部を形成してリンの拡散を行うことによりリン拡散層を形成する。続いて、ボロン拡散防止膜として機能する第2酸化膜を成膜した後、フォトリソグラフィ技術によるパターニングとエッチングを用いてエミッタ領域の第2酸化膜に開口部を形成してボロンの拡散を行うことによりボロン拡散層を形成している。先にボロンの拡散を行う場合もフォトリソグラフィ技術によるパターニングは2回必要となる。 According to Non-Patent Document 1, after forming a first oxide film that functions as a phosphorus diffusion prevention film, openings are formed in the first oxide film in the BSF region using photolithography patterning and etching to prevent phosphorus diffusion. A phosphorus diffusion layer is formed by performing the diffusion. Next, after forming a second oxide film that functions as a boron diffusion prevention film, an opening is formed in the second oxide film in the emitter region using photolithography patterning and etching to diffuse boron. This forms a boron diffusion layer. Even when boron is diffused first, patterning using photolithography is required twice.

このように、ボロン拡散層とリン拡散層とをフォトリソグラフィ技術で形成する場合、フォトリソグラフィ技術を用いることによって高精度な位置決めが可能となり、ボロン拡散層とリン拡散層との間には適切な間隔(以下、本明細書ではこの間隔のことをギャップと呼ぶことにする)を設けることができる。しかしながら、フォトリソグラフィ工程は、レジスト塗布工程、露光工程、現像工程および洗浄工程という非常に多くの工程を含んでいる。このことから、裏面電極型結晶シリコン太陽電池を製造する場合、半導体基板の裏面に互いに導電型の異なるエミッタ層とBSF層とをそれぞれ形成するために、非常に複雑なフォトリソグラフィ工程を2回行う必要があり、工程数の増加に伴う製造コストの上昇が懸念される。 In this way, when forming a boron diffusion layer and a phosphorus diffusion layer using photolithography, highly accurate positioning is possible by using photolithography, and an appropriate An interval (hereinafter, this interval will be referred to as a gap in this specification) can be provided. However, the photolithography process includes a large number of steps, such as a resist coating process, an exposure process, a development process, and a cleaning process. For this reason, when manufacturing a back-electrode crystalline silicon solar cell, a very complicated photolithography process is performed twice to form an emitter layer and a BSF layer with different conductivity types on the back surface of a semiconductor substrate. There is a concern that manufacturing costs will rise due to the increase in the number of steps.

この点に関し、例えば、非特許文献2に示すように、フォトリソグラフィ技術を使用することなく、マスクを使用したイオン注入法で同一面に互いに導電型の異なるリン拡散層とボロン拡散層とを形成する技術が提案されている。具体的に、非特許文献2に記載されている技術によれば、リン拡散層あるいはボロン拡散層を形成する領域だけを開口した2枚のマスクを使用したイオン注入法により、フォトリソグラフィ技術によるパターニングを行うことなくエミッタ層(ボロン拡散層)とBSF層(リン拡散層)とを形成することができる。しかしながら、この技術によれば、リン注入用マスクとボロン注入用マスクとの位置合わせが非常に難しく、リン拡散層とボロン拡散層とが重なり合ってしまい、これによって、裏面電極型結晶シリコン太陽電池の性能低下を招くことが懸念される。 Regarding this point, for example, as shown in Non-Patent Document 2, a phosphorus diffusion layer and a boron diffusion layer having different conductivity types are formed on the same surface by an ion implantation method using a mask without using photolithography technology. A technique to do this has been proposed. Specifically, according to the technique described in Non-Patent Document 2, patterning is performed by photolithography using an ion implantation method using two masks that have openings only in the regions where the phosphorus diffusion layer or the boron diffusion layer is to be formed. An emitter layer (boron diffusion layer) and a BSF layer (phosphorus diffusion layer) can be formed without performing any steps. However, according to this technology, it is very difficult to align the phosphorus implantation mask and the boron implantation mask, and the phosphorus diffusion layer and the boron diffusion layer overlap, resulting in the formation of a back-electrode crystalline silicon solar cell. There is a concern that this may lead to performance deterioration.

この点に関し、例えば、非特許文献3に示すように、リン注入用マスクだけを使用してリン拡散層とボロン拡散層とを形成する技術が提案されている。具体的に、非特許文献3に記載された技術によれば、リン注入領域だけに開口部を形成したマスクを使用したイオン注入法によってリンの注入を行った後、マスクを使用せずに半導体基板の裏面全体に熱拡散法でボロンを拡散することによりリン拡散層形成領域以外にボロン拡散層を形成することができる。しかしながら、この技術によれば、リン拡散層の内部にも逆導電型のボロンが入り込むためカウンタドーピングとなり、リン拡散層の内部に再結合中心が形成される結果、裏面電極型結晶シリコン太陽電池の性能低下を招くことが懸念される。 In this regard, for example, as shown in Non-Patent Document 3, a technique has been proposed in which a phosphorus diffusion layer and a boron diffusion layer are formed using only a phosphorus implantation mask. Specifically, according to the technique described in Non-Patent Document 3, phosphorus is implanted by an ion implantation method using a mask with openings formed only in the phosphorus implantation region, and then a semiconductor is implanted without using a mask. By diffusing boron over the entire back surface of the substrate by a thermal diffusion method, a boron diffusion layer can be formed in areas other than the phosphorus diffusion layer formation region. However, according to this technology, boron of the opposite conductivity type also enters the inside of the phosphorus diffusion layer, resulting in counter-doping, and as a result, recombination centers are formed inside the phosphorus diffusion layer, resulting in the formation of back electrode type crystalline silicon solar cells. There is a concern that this may lead to performance deterioration.

そこで、本実施の形態では、フォトリソグラフィ技術を使用することなく、半導体基板の同一面(裏面)に互いに導電型の異なるリン拡散層とボロン拡散層とを形成することができ、かつ、リンとボロンの混在領域の形成を抑制できる裏面電極型結晶シリコン太陽電池を実現するための工夫を施している。以下では、この工夫を施した本実施の形態における技術的思想について図面を参照しながら説明することにする。 Therefore, in this embodiment, a phosphorus diffusion layer and a boron diffusion layer having different conductivity types can be formed on the same surface (back surface) of a semiconductor substrate without using photolithography technology, and Efforts have been made to create a back-electrode crystalline silicon solar cell that can suppress the formation of boron-mixed regions. In the following, the technical idea of this embodiment, which has this contrivance, will be explained with reference to the drawings.

<裏面電極型結晶シリコン太陽電池の構成>
図1は、裏面電極型結晶シリコン太陽電池の模式的な構成を示す断面図である。
<Configuration of back electrode type crystalline silicon solar cell>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a back electrode type crystalline silicon solar cell.

図1において、裏面電極型結晶シリコン太陽電池1は、例えば、n型不純物が導入された結晶シリコンからなる半導体基板10を有している。この半導体基板10は、受光面である表面100aと、表面100aとは反対側の裏面100bを有している。半導体基板10の表面100aには、テクスチャ構造と呼ばれる凹凸構造が形成されている結果、半導体基板10の表面100aは、凹凸面から構成されていることになる。これにより、半導体基板10の表面100a側から入射する太陽光の反射率を低減することができる。すなわち、半導体基板10の表面100aに形成されているテクスチャ構造は、表面100a側から入射する太陽光の反射を抑制する機能を有していることになる。 In FIG. 1, a back electrode type crystalline silicon solar cell 1 has a semiconductor substrate 10 made of, for example, crystalline silicon into which n-type impurities are introduced. This semiconductor substrate 10 has a front surface 100a, which is a light-receiving surface, and a back surface 100b, which is opposite to the front surface 100a. The surface 100a of the semiconductor substrate 10 has an uneven structure called a texture structure, so that the surface 100a of the semiconductor substrate 10 is composed of an uneven surface. Thereby, the reflectance of sunlight entering from the surface 100a side of the semiconductor substrate 10 can be reduced. That is, the texture structure formed on the surface 100a of the semiconductor substrate 10 has a function of suppressing reflection of sunlight incident from the surface 100a side.

そして、半導体基板10の表面100aには、n型不純物であるリンが導入されたリン拡散層11が形成されている。この表面100aに形成されているリン拡散層11は、表面100aにおける正孔の再結合を抑制する機能を有している。例えば、半導体基板10の表面100a側から太陽光が半導体基板10内に照射されると、半導体基板10において太陽光の光エネルギーが吸収されて、価電子帯の電子が伝導帯に励起される結果、半導体基板10の内部に電子・正孔対が形成される。このとき発生した少数キャリアである正孔が電子と再結合して消滅すると、太陽電池の光電変換効率が低下する。このことから、半導体基板10の表面100aにおける正孔と電子との再結合を抑制するためにリン拡散層11が設けられている。具体的に、リン拡散層11は、n型半導体層であり、ドナー(導電型不純物)としてリンを含んでいる。そして、ドナーであるリンは、伝導帯に1個の電子を放出してプラスに帯電している。したがって、リン拡散層11の内部には、プラスに帯電したドナーであるリンが多数存在することから、このリン拡散層11を半導体基板10の表面100aに形成することにより、プラスの電荷を有する正孔とプラスに帯電したドナーとの電気的な斥力によって、正孔は半導体基板10の表面100aから排斥される。この結果、半導体基板10の表面100aから正孔が遠ざけられることから、半導体基板10の表面100aにおける電子と正孔の再結合が抑制される。 A phosphorus diffusion layer 11 into which phosphorus as an n-type impurity is introduced is formed on the surface 100a of the semiconductor substrate 10. The phosphorus diffusion layer 11 formed on the surface 100a has a function of suppressing hole recombination on the surface 100a. For example, when sunlight is irradiated into the semiconductor substrate 10 from the surface 100a side of the semiconductor substrate 10, the light energy of the sunlight is absorbed in the semiconductor substrate 10, and electrons in the valence band are excited to the conduction band. , electron-hole pairs are formed inside the semiconductor substrate 10. When holes, which are minority carriers generated at this time, recombine with electrons and disappear, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell decreases. For this reason, the phosphorus diffusion layer 11 is provided to suppress recombination of holes and electrons on the surface 100a of the semiconductor substrate 10. Specifically, the phosphorus diffusion layer 11 is an n-type semiconductor layer and contains phosphorus as a donor (conductivity type impurity). Phosphorus, which is a donor, releases one electron into the conduction band and becomes positively charged. Therefore, since a large amount of phosphorus, which is a positively charged donor, exists inside the phosphorus diffusion layer 11, by forming this phosphorus diffusion layer 11 on the surface 100a of the semiconductor substrate 10, it is possible to The holes are repelled from the surface 100a of the semiconductor substrate 10 by the electrical repulsion between the holes and the positively charged donor. As a result, the holes are moved away from the surface 100a of the semiconductor substrate 10, so that recombination of electrons and holes on the surface 100a of the semiconductor substrate 10 is suppressed.

続いて、図1において、半導体基板10の裏面100bにもテクスチャ構造が形成されている。このように半導体基板10の裏面100bにもテクスチャ構造を形成することにより、太陽電池の電流-電圧特性(I-V特性)を向上することができる。 Subsequently, in FIG. 1, a texture structure is also formed on the back surface 100b of the semiconductor substrate 10. By forming the texture structure also on the back surface 100b of the semiconductor substrate 10 in this way, the current-voltage characteristics (IV characteristics) of the solar cell can be improved.

次に、図1に示すように、半導体基板10の裏面100bには、リン拡散層から構成されるBSF(Back Surface Field)層12と、ボロン拡散層から構成されるエミッタ層13が形成されている。そして、半導体基板10の裏面100bを覆うように絶縁層14が形成されており、裏面電極型結晶シリコン太陽電池1は、この絶縁層14を貫通してBSF層12に達するBSF電極15と、絶縁層14を貫通してエミッタ層13に達するエミッタ電極16aおよびエミッタ電極16bとを有している。 Next, as shown in FIG. 1, on the back surface 100b of the semiconductor substrate 10, a BSF (Back Surface Field) layer 12 made of a phosphorus diffusion layer and an emitter layer 13 made of a boron diffusion layer are formed. There is. An insulating layer 14 is formed to cover the back surface 100b of the semiconductor substrate 10, and the back electrode type crystalline silicon solar cell 1 has a BSF electrode 15 that penetrates this insulating layer 14 and reaches the BSF layer 12, and It has an emitter electrode 16a and an emitter electrode 16b that penetrate the layer 14 and reach the emitter layer 13.

ここで、リン拡散層から構成されるBSF層12は、表面100aに形成されているリン拡散層11と同様に、正孔を遠ざけて正孔と電子の再結合を抑制する機能を有しているとともに、BSF電極15と合わせて電子を外部に取り出すための電極としても機能する。一方、p型半導体層であるボロン拡散層から構成されるエミッタ層13は、半導体基板10との間でpn接合を形成する機能を有しているとともに、エミッタ電極16aおよびエミッタ電極16bと合わせて正孔を外部に取り出すための電極として機能する。このようにして、裏面電極型結晶シリコン太陽電池1が構成される。 Here, like the phosphorus diffusion layer 11 formed on the surface 100a, the BSF layer 12 composed of a phosphorus diffusion layer has a function of keeping holes away and suppressing recombination of holes and electrons. In addition, together with the BSF electrode 15, it also functions as an electrode for extracting electrons to the outside. On the other hand, the emitter layer 13 made of a boron diffusion layer which is a p-type semiconductor layer has a function of forming a pn junction with the semiconductor substrate 10, and also has the function of forming a pn junction with the semiconductor substrate 10. It functions as an electrode for extracting holes to the outside. In this way, the back electrode type crystalline silicon solar cell 1 is constructed.

図1に示す裏面電極型結晶シリコン太陽電池1では、半導体基板10の裏面100b側に互いに導電型の異なるBSF層12とエミッタ層13が形成されている結果、裏面電極型結晶シリコン太陽電池1は、半導体基板10の裏面100bにBSF電極15とエミッタ電極16a(16b)とを有していることになる。言い換えれば、図1に示す裏面電極型結晶シリコン太陽電池1では、半導体基板10の受光面である表面100a側に電極を有していない。これにより、裏面電極型結晶シリコン太陽電池1では、電極に邪魔されることなく受光面積を大きくとれることから、光電変換効率を向上できる。 In the back electrode type crystalline silicon solar cell 1 shown in FIG. , the back surface 100b of the semiconductor substrate 10 has the BSF electrode 15 and the emitter electrode 16a (16b). In other words, the back electrode type crystalline silicon solar cell 1 shown in FIG. 1 does not have an electrode on the front surface 100a side, which is the light-receiving surface of the semiconductor substrate 10. Thereby, in the back electrode type crystalline silicon solar cell 1, the light receiving area can be increased without being obstructed by the electrodes, so that the photoelectric conversion efficiency can be improved.

<裏面電極型結晶シリコン太陽電池の動作>
裏面電極型結晶シリコン太陽電池1は、上記のように構成されており、以下では、裏面電極型結晶シリコン太陽電池1の動作について説明する。
<Operation of back electrode type crystalline silicon solar cell>
The back electrode type crystalline silicon solar cell 1 is configured as described above, and the operation of the back electrode type crystalline silicon solar cell 1 will be described below.

まず、図1において、裏面電極型結晶シリコン太陽電池1の受光面である表面100aの上方から可視光や赤外光を含む太陽光が照射されると、裏面電極型結晶シリコン太陽電池1の構成要素である半導体基板10の内部に太陽光が照射される。具体的には、太陽光は、半導体基板10と、半導体基板10とエミッタ層16a(16b)との境界領域に形成されているpn接合部と、BSF層12に入射する。このとき、太陽光のうち、シリコンのバンドギャップよりも大きな光エネルギーを有する光は吸収される。具体的には、価電子帯に存在する電子が、太陽光から供給される光エネルギーを受け取って伝導帯に励起される。これにより、伝導帯に電子が蓄積されるとともに価電子帯に正孔が生成される。このようにして、裏面電極型結晶シリコン太陽電池10に太陽光が照射されることにより、太陽光に含まれるシリコンのバンドギャップよりも大きな光エネルギーを有する光が吸収されて伝導帯に電子が励起されるとともに、価電子帯に正孔が生成される。そして、pn接合部の一方を構成する半導体基板10およびBSF層12に電子が蓄積される一方、pn接合部の他方を構成するエミッタ層13に正孔が蓄積する。この結果、BSF電極15とエミッタ電極16a(16b)との間に起電力が生じる。そして、例えば、BSF電極15とエミッタ電極16a(16b)との間に負荷を接続すると、BSF電極15から負荷を通ってエミッタ電極16a(16b)に電子が流れる。言い換えれば、エミッタ電極16a(16b)から負荷を通ってBSF電極15に電流が流れる。 First, in FIG. 1, when sunlight including visible light and infrared light is irradiated from above the surface 100a which is the light-receiving surface of the back electrode type crystalline silicon solar cell 1, the structure of the back electrode type crystalline silicon solar cell 1 is Sunlight irradiates the inside of the semiconductor substrate 10, which is an element. Specifically, sunlight enters the semiconductor substrate 10, the pn junction formed in the boundary region between the semiconductor substrate 10 and the emitter layer 16a (16b), and the BSF layer 12. At this time, out of sunlight, light having optical energy larger than the band gap of silicon is absorbed. Specifically, electrons existing in the valence band receive light energy supplied from sunlight and are excited to the conduction band. As a result, electrons are accumulated in the conduction band and holes are generated in the valence band. In this way, when the back electrode type crystalline silicon solar cell 10 is irradiated with sunlight, light having optical energy larger than the band gap of silicon contained in the sunlight is absorbed, and electrons are excited in the conduction band. At the same time, holes are generated in the valence band. Then, electrons are accumulated in the semiconductor substrate 10 and BSF layer 12 that constitute one side of the pn junction, while holes are accumulated in the emitter layer 13 that constitutes the other side of the pn junction. As a result, an electromotive force is generated between the BSF electrode 15 and the emitter electrode 16a (16b). For example, when a load is connected between the BSF electrode 15 and the emitter electrode 16a (16b), electrons flow from the BSF electrode 15 through the load to the emitter electrode 16a (16b). In other words, current flows from the emitter electrode 16a (16b) to the BSF electrode 15 through the load.

このようにして、裏面電極型結晶シリコン太陽電池1を動作させることにより、負荷を駆動することができる。 By operating the back electrode type crystalline silicon solar cell 1 in this manner, a load can be driven.

<実施の形態における基本思想>
上述したように、裏面電極型結晶シリコン太陽電池では、半導体基板10の同一面(裏面100b)に互いに導電型の異なるBSF層12とエミッタ層13を形成している。本実施の形態では、フォトリソグラフィ技術を使用することなく、半導体基板10の同一面(裏面)に互いに導電型の異なるリン拡散層(BSF層12)とボロン拡散層(エミッタ層13)とを形成することができ、かつ、リンとボロンの混在領域の形成を抑制できる裏面電極型結晶シリコン太陽電池を実現するための工夫を施している。以下では、この工夫の根底にある基本思想について説明する。
<Basic idea of embodiment>
As described above, in the back electrode type crystalline silicon solar cell, the BSF layer 12 and the emitter layer 13, which have different conductivity types, are formed on the same surface (back surface 100b) of the semiconductor substrate 10. In this embodiment, a phosphorus diffusion layer (BSF layer 12) and a boron diffusion layer (emitter layer 13) having different conductivity types are formed on the same surface (back surface) of the semiconductor substrate 10 without using photolithography technology. We have devised ways to realize a back-electrode crystalline silicon solar cell that can suppress the formation of a mixed region of phosphorus and boron. Below, we will explain the basic idea underlying this idea.

例えば、結晶シリコン層(半導体基板)にn型不純物であるリンを導入したリン拡散層は、リンを導入しない結晶シリコン層よりも酸化されやすいという特性がある。すなわち、リン拡散層と結晶シリコン層の両方に同一の酸化条件で酸化工程を施すと、リン拡散層上に形成される酸化膜の膜厚は、結晶シリコン層上に形成される酸化膜の膜厚よりも厚くなる性質がある。本実施の形態では、この性質を利用して、マスク基板を使用することなく、結晶シリコン層の同一面にリン拡散層とボロン拡散層とを形成するものである。つまり、本実施の形態における基本思想は、リン拡散層がリンを導入しない結晶シリコン層よりも酸化されやすいという性質に着目した思想である。そして、この基本思想では、結晶シリコン層にリン拡散層を形成した後、結晶シリコン層とリン拡散層に対して酸化工程を実施し、続いて、リン拡散層上に形成された膜厚の厚い酸化膜をマスク基板に替わるマスクとして機能させることにより、リン拡散層にボロンが導入されないようにしながら、結晶シリコン層にボロンを導入して結晶シリコン層にボロン拡散層を形成する。 For example, a phosphorus diffusion layer in which phosphorus, which is an n-type impurity, is introduced into a crystalline silicon layer (semiconductor substrate) has a characteristic that it is more easily oxidized than a crystalline silicon layer in which phosphorus is not introduced. In other words, if the oxidation process is performed on both the phosphorus diffusion layer and the crystalline silicon layer under the same oxidation conditions, the thickness of the oxide film formed on the phosphorus diffusion layer will be the same as that of the oxide film formed on the crystalline silicon layer. It has the property of becoming thicker than it is. In this embodiment, this property is utilized to form a phosphorus diffusion layer and a boron diffusion layer on the same surface of a crystalline silicon layer without using a mask substrate. In other words, the basic idea of this embodiment is an idea that focuses on the property that the phosphorus diffusion layer is more easily oxidized than the crystalline silicon layer into which phosphorus is not introduced. In this basic idea, after forming a phosphorus diffusion layer on a crystalline silicon layer, an oxidation process is performed on the crystalline silicon layer and the phosphorus diffusion layer, and then a thick film formed on the phosphorus diffusion layer is formed. By using the oxide film as a mask instead of a mask substrate, boron is introduced into the crystalline silicon layer to form a boron diffusion layer in the crystalline silicon layer while preventing boron from being introduced into the phosphorus diffusion layer.

以下では、上述した本実施の形態における基本思想を具現化した裏面電極型結晶シリコン太陽電池の製造方法について図面を参照しながら説明することにする。 Hereinafter, a method for manufacturing a back electrode type crystalline silicon solar cell that embodies the basic idea of the present embodiment described above will be described with reference to the drawings.

<裏面電極型結晶シリコン太陽電池の製造方法>
まず、図2に示すように、テクスチャ構造が形成された表面100aとテクスチャ構造が形成された裏面100bとを有し、かつ、n型不純物が導入された結晶シリコンからなる半導体基板10を用意する。そして、例えば、イオン注入法を使用することにより、半導体基板10の表面100aの全面にn型不純物であるリン(P)を導入する。これにより、半導体基板10の表面100aの全面にリン拡散層11を形成することができる。
<Manufacturing method of back electrode type crystalline silicon solar cell>
First, as shown in FIG. 2, a semiconductor substrate 10 is prepared, which has a front surface 100a on which a texture structure is formed and a back surface 100b on which a texture structure is formed, and is made of crystalline silicon into which an n-type impurity is introduced. . Then, by using, for example, an ion implantation method, phosphorus (P), which is an n-type impurity, is introduced into the entire surface 100a of the semiconductor substrate 10. Thereby, the phosphorus diffusion layer 11 can be formed over the entire surface 100a of the semiconductor substrate 10.

次に、図3に示すように、開口部OPを有するマスク基板20を用意する。このマスク基板20は、例えば、カーボン基板に機械加工を施して開口部OPを形成したマスクを使用することもできるし、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を使用してシリコン基板に貫通孔からなる開口部OPを形成したステンシルマスクを使用することもできる。特に、開口部OPの径を200μm程度に微細加工する観点からは、微細加工に適したフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術で形成された開口部OPを有するステンシルマスクを使用することが望ましい。そして、図3に示すように、マスク基板20に形成されている開口部OPが半導体基板10の裏面100bのうちのBSF層形成領域に重なるように位置合わせを実施する。その後、マスク基板20をマスクにしたイオン注入法により、マスク基板20を介して、半導体基板10の裏面100b側からリンを導入する。これにより、半導体基板10の裏面100bのうち、マスク基板20で覆われている領域(第2領域)を除いて、開口部OPから露出するBSF層形成領域(第1領域)にリンが導入される。この結果、図3に示すように、半導体基板10の裏面のBSF層形成領域にBSF層(リン拡散層)12を形成することができる。なお、本明細書では、半導体基板10の裏面100bのうち、リンが導入されない領域を未注入領域と呼ぶことにする。 Next, as shown in FIG. 3, a mask substrate 20 having an opening OP is prepared. The mask substrate 20 may be, for example, a mask in which openings OP are formed by machining a carbon substrate, or a mask may be formed by forming through holes in a silicon substrate using photolithography and dry etching techniques. A stencil mask with a portion OP formed thereon can also be used. Particularly, from the viewpoint of fine-machining the diameter of the opening OP to about 200 μm, it is desirable to use a stencil mask having the opening OP formed by photolithography and dry etching techniques suitable for fine-fabrication. Then, as shown in FIG. 3, alignment is performed so that the opening OP formed in the mask substrate 20 overlaps the BSF layer formation region of the back surface 100b of the semiconductor substrate 10. Thereafter, phosphorus is introduced from the back surface 100b side of the semiconductor substrate 10 via the mask substrate 20 by an ion implantation method using the mask substrate 20 as a mask. As a result, phosphorus is introduced into the BSF layer formation region (first region) exposed from the opening OP on the back surface 100b of the semiconductor substrate 10, except for the region covered with the mask substrate 20 (second region). Ru. As a result, as shown in FIG. 3, a BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 can be formed in the BSF layer formation region on the back surface of the semiconductor substrate 10. Note that in this specification, a region of the back surface 100b of the semiconductor substrate 10 into which phosphorus is not introduced will be referred to as an unimplanted region.

続いて、図4に示すように、半導体基板10の表面100aに形成されたリン拡散層11および半導体基板10の裏面100bに形成されたBSF層(リン拡散層)12に導入されているリンを活性化させるために、活性化アニール工程を実施する。具体的に、活性化アニール工程は、酸素雰囲気中での加熱処理から構成され、例えば、水蒸気を含む雰囲気中において、加熱温度が900℃で加熱時間が45分のウェット酸化法で実施される。 Subsequently, as shown in FIG. 4, phosphorus introduced into the phosphorus diffusion layer 11 formed on the front surface 100a of the semiconductor substrate 10 and the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 formed on the back surface 100b of the semiconductor substrate 10 is removed. In order to activate it, an activation annealing step is performed. Specifically, the activation annealing step consists of a heat treatment in an oxygen atmosphere, and is performed, for example, by a wet oxidation method in an atmosphere containing water vapor at a heating temperature of 900° C. and a heating time of 45 minutes.

これにより、図4に示すように、半導体基板10の表面100a上に酸化シリコン膜(酸化膜)30aが形成されるとともに、半導体基板10の裏面100bを覆うように酸化シリコン膜30bが形成される。このとき、リン拡散層11およびBSF層(リン拡散層)12は酸化速度が速いため、リン拡散層が形成されていない半導体基板10の裏面100bの未注入領域よりも膜厚の厚い酸化シリコン膜30bが形成される。具体的には、図4に示すように、半導体基板10の表面100aには、表面100aの全体にわたってリン拡散層11が形成されていることから、リン拡散層11上には、膜厚の厚い酸化シリコン膜30aが形成される。例えば、リン拡散層11上に形成される酸化シリコン膜30aの膜厚は、約3800Åである。一方、半導体基板10の裏面100bには、リンが導入されたBSF層(リン拡散層)12が形成されているBSF層形成領域とリンが導入されていない未注入領域とが存在する。このことから、図4に示すように、半導体基板10の裏面100bには、BSF層形成領域を覆う膜厚の厚い部分と未注入領域を覆う膜厚の薄い部分とを有する酸化シリコン膜30bが形成される。例えば、BSF層形成領域を覆う膜厚の厚い部分には、約3800Åの酸化シリコン膜30bが形成される一方、未注入領域を覆う膜厚の薄い部分には、約1000Åの酸化シリコン膜30bが形成される。なお、BSF層形成領域と未注入領域との間の境界領域では、BSF層形成領域から未注入領域に向かって酸化シリコン膜30bの膜厚が次第に減少するように酸化シリコン膜30bが形成される。 As a result, as shown in FIG. 4, a silicon oxide film (oxide film) 30a is formed on the front surface 100a of the semiconductor substrate 10, and a silicon oxide film 30b is formed to cover the back surface 100b of the semiconductor substrate 10. . At this time, since the oxidation rate of the phosphorus diffusion layer 11 and the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 is fast, the silicon oxide film is thicker than the unimplanted region of the back surface 100b of the semiconductor substrate 10 where the phosphorus diffusion layer is not formed. 30b is formed. Specifically, as shown in FIG. 4, since the phosphorus diffusion layer 11 is formed over the entire surface 100a of the semiconductor substrate 10, a thick film is formed on the phosphorus diffusion layer 11. A silicon oxide film 30a is formed. For example, the thickness of the silicon oxide film 30a formed on the phosphorus diffusion layer 11 is about 3800 Å. On the other hand, on the back surface 100b of the semiconductor substrate 10, there are a BSF layer formation region in which a BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 into which phosphorus is introduced and an unimplanted region in which phosphorus is not introduced. Therefore, as shown in FIG. 4, on the back surface 100b of the semiconductor substrate 10, there is a silicon oxide film 30b having a thick part covering the BSF layer formation region and a thin part covering the non-implanted region. It is formed. For example, a silicon oxide film 30b with a thickness of about 3800 Å is formed in the thick part covering the BSF layer formation region, while a silicon oxide film 30b with a thickness of about 1000 Å is formed in the thin part covering the non-implanted region. It is formed. Note that in the boundary region between the BSF layer forming region and the unimplanted region, the silicon oxide film 30b is formed such that the thickness of the silicon oxide film 30b gradually decreases from the BSF layer forming region toward the unimplanted region. .

次に、図5に示すように、半導体基板10の裏面100bに形成されている未注入領域を覆う酸化シリコン膜30bの膜厚を減じるように、半導体基板10の裏面100bに形成されている酸化シリコン膜30bをエッチングする。具体的には、半導体基板10を1%の濃度の希フッ酸に浸漬した後、エッチング時間が460秒のウェットエッチングにより、酸化シリコン膜30bの膜厚を減じる。このとき、半導体基板10の表面100aに形成されている酸化シリコン膜30aの膜厚も薄くなる。例えば、ウェットエッチング後の酸化シリコン膜30aの膜厚は、約3450Åである。一方、半導体基板10の裏面100bにおいても、酸化シリコン膜30bの膜厚が薄くなる。例えば、BSF層形成領域を覆う膜厚の厚い部分には、約3450Åの酸化シリコン膜30bが残存する一方、未注入領域を覆う膜厚の薄い部分には、約350Åの酸化シリコン膜30bが残存することになる。なお、図5においては、未注入領域を覆う膜厚の薄い部分には、約350Åの酸化シリコン膜30bが残存しているが、例えば、未注入領域を覆う膜厚の薄い部分の酸化シリコン膜30bが完全に除去されるようにウェットエッチングを実施してもよい。さらには、ウェットエッチングに替えてドライエッチングを使用することもできる。 Next, as shown in FIG. 5, the silicon oxide film 30b formed on the back surface 100b of the semiconductor substrate 10 is oxidized to reduce the thickness of the silicon oxide film 30b covering the unimplanted region formed on the back surface 100b of the semiconductor substrate 10. Etch the silicon film 30b. Specifically, after the semiconductor substrate 10 is immersed in dilute hydrofluoric acid with a concentration of 1%, the thickness of the silicon oxide film 30b is reduced by wet etching with an etching time of 460 seconds. At this time, the thickness of the silicon oxide film 30a formed on the surface 100a of the semiconductor substrate 10 also becomes thin. For example, the thickness of the silicon oxide film 30a after wet etching is about 3450 Å. On the other hand, also on the back surface 100b of the semiconductor substrate 10, the thickness of the silicon oxide film 30b becomes thinner. For example, a silicon oxide film 30b of about 3450 Å remains in the thick part covering the BSF layer formation region, while a silicon oxide film 30b of about 350 Å remains in the thin part covering the non-implanted region. I will do it. In FIG. 5, a silicon oxide film 30b of about 350 Å remains in the thin part covering the non-implanted region. Wet etching may be performed so that 30b is completely removed. Furthermore, dry etching can be used instead of wet etching.

その後、図6に示すように、半導体基板10の表面100a上に形成されている酸化シリコン膜30a上にボロンを含むBSG(Boron-Silicate Glass)膜40aを形成するとともに、半導体基板10の裏面100bを覆う酸化シリコン膜30bをさらに覆うようにBSG膜40bを形成する。次に、図7に示すように、半導体基板10に対して加熱処理(例えば、加熱温度970℃)を実施する。これにより、半導体基板10の裏面に形成されている未注入領域を覆う酸化シリコン膜30bの膜厚は薄いため、酸化シリコン膜30bを覆っているBSG膜40bからボロンが膜厚の薄い酸化シリコン膜30bを突き抜けて半導体基板10の内部に導入される結果、半導体基板10の裏面100bにエミッタ層(ボロン拡散層)13が形成される。 Thereafter, as shown in FIG. 6, a BSG (Boron-Silicate Glass) film 40a containing boron is formed on the silicon oxide film 30a formed on the front surface 100a of the semiconductor substrate 10, and a back surface 100b of the semiconductor substrate 10 is formed. A BSG film 40b is formed to further cover the silicon oxide film 30b that covers the silicon oxide film 30b. Next, as shown in FIG. 7, the semiconductor substrate 10 is subjected to heat treatment (for example, at a heating temperature of 970° C.). As a result, since the silicon oxide film 30b covering the non-implanted region formed on the back surface of the semiconductor substrate 10 is thin, boron is transferred from the BSG film 40b covering the silicon oxide film 30b to the thin silicon oxide film. As a result of being introduced into the semiconductor substrate 10 through the semiconductor substrate 10b, an emitter layer (boron diffusion layer) 13 is formed on the back surface 100b of the semiconductor substrate 10.

一方、半導体基板10の裏面に形成されているBSF層形成領域を覆う酸化シリコン膜30bの膜厚は厚いため、酸化シリコン膜30bを覆っているBSG膜40bから拡散するボロンは半導体基板10の内部に形成されているBSF層(リン拡散層)12まで達しない。このようにして、本実施の形態によれば、マスク基板を使用することなく、半導体基板10の裏面100bに形成されているBSF層(リン拡散層)12にボロンを注入することなく、半導体基板10の裏面100bにBSF層(リン拡散層)12から離間したエミッタ層(ボロン拡散層)13を形成することができる。つまり、本実施の形態では、マスク基板を使用しなくても、半導体基板10の裏面100bに形成されているBSF層(リン拡散層)12を覆う酸化シリコン膜30bの膜厚の厚い部分がマスクとして機能する。この結果、本実施の形態によれば、BSF層(リン拡散層)12にボロンが導入されないようにしながら、半導体基板10の裏面100bにボロンを導入してエミッタ層(ボロン拡散層)13を形成することができるのである。 On the other hand, since the silicon oxide film 30b covering the BSF layer formation region formed on the back surface of the semiconductor substrate 10 is thick, the boron diffused from the BSG film 40b covering the silicon oxide film 30b is absorbed into the inside of the semiconductor substrate 10. It does not reach the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 formed in the. In this way, according to the present embodiment, the semiconductor substrate 10 can be processed without using a mask substrate and without implanting boron into the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 formed on the back surface 100b of the semiconductor substrate 10. An emitter layer (boron diffusion layer) 13 can be formed on the back surface 100b of 10, which is spaced apart from the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12. That is, in this embodiment, even if a mask substrate is not used, the thick portion of the silicon oxide film 30b covering the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 formed on the back surface 100b of the semiconductor substrate 10 is used as a mask. functions as As a result, according to the present embodiment, boron is introduced into the back surface 100b of the semiconductor substrate 10 to form the emitter layer (boron diffusion layer) 13 while preventing boron from being introduced into the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12. It is possible.

なお、半導体基板10の表面100a側においても、表面100aの全面に形成されているリン拡散層11上には膜厚の厚い酸化シリコン膜30aが形成されている。このことから、酸化シリコン膜30a上に形成されているBSG膜40aから熱拡散するボロンは、膜厚の厚い酸化シリコン膜30aを突き抜けることができない結果、酸化シリコン膜30aの下層に形成されているリン拡散層11にボロンが注入されることを回避できる。 Note that also on the surface 100a side of the semiconductor substrate 10, a thick silicon oxide film 30a is formed on the phosphorus diffusion layer 11 formed over the entire surface of the surface 100a. From this, boron thermally diffused from the BSG film 40a formed on the silicon oxide film 30a cannot penetrate the thick silicon oxide film 30a, and as a result, it is formed in the lower layer of the silicon oxide film 30a. Injection of boron into the phosphorus diffusion layer 11 can be avoided.

続いて、図8に示すように、半導体基板10の表面100a側においては、酸化シリコン膜30aとBSG膜40aを除去し、かつ、半導体基板10の裏面100b側においては、酸化シリコン膜30bとBSG膜40bを除去する。これにより、図8に示すように、半導体基板10の表面100aにリン拡散層11が形成され、かつ、半導体基板10の裏面100bに互いに導電型の異なるBSF層12とエミッタ層13とが形成された構造が得られる。その後、通常技術を使用することにより、例えば、図1に示すように、半導体基板10の裏面100b側に、BSF層12と電気的に接続されたBSF電極15と、エミッタ層13と電気的に接続されたエミッタ電極16aおよびエミッタ電極16bを形成することができる。以上のようにして、本実施の形態における裏面電極型結晶シリコン太陽電池を製造することができる。 Subsequently, as shown in FIG. 8, on the front surface 100a side of the semiconductor substrate 10, the silicon oxide film 30a and the BSG film 40a are removed, and on the back surface 100b side of the semiconductor substrate 10, the silicon oxide film 30b and the BSG film 40a are removed. Film 40b is removed. As a result, as shown in FIG. 8, a phosphorus diffusion layer 11 is formed on the front surface 100a of the semiconductor substrate 10, and a BSF layer 12 and an emitter layer 13 having different conductivity types are formed on the back surface 100b of the semiconductor substrate 10. A new structure can be obtained. Thereafter, by using a conventional technique, for example, as shown in FIG. Connected emitter electrodes 16a and 16b can be formed. In the manner described above, the back electrode type crystalline silicon solar cell in this embodiment can be manufactured.

<変形例>
上述した実施の形態では、例えば、図7に示すように、BSG膜40bから膜厚の薄い酸化シリコン膜30bを介して半導体基板10の内部にボロンを熱拡散させることにより、エミッタ層13を形成している。このような熱拡散法を使用してボロンを半導体基板10の内部に拡散させる方法では、比較的低い熱負荷でボロンの拡散を実現できる利点が得られる。つまり、熱拡散法によるボロンの半導体基板10の内部への拡散では、半導体基板10に加わる熱負荷を必要以上に増大することを抑制できる結果、熱負荷に起因する裏面電極型結晶シリコン太陽電池の特性劣化を抑制できる。
<Modified example>
In the embodiment described above, for example, as shown in FIG. 7, the emitter layer 13 is formed by thermally diffusing boron from the BSG film 40b into the semiconductor substrate 10 through the thin silicon oxide film 30b. are doing. The method of diffusing boron into the interior of the semiconductor substrate 10 using such a thermal diffusion method has the advantage that boron can be diffused with a relatively low thermal load. In other words, by diffusing boron into the interior of the semiconductor substrate 10 using the thermal diffusion method, it is possible to suppress the thermal load applied to the semiconductor substrate 10 from increasing more than necessary. Characteristic deterioration can be suppressed.

ただし、半導体基板10の内部へのボロンの注入方法は、上述した熱拡散法に限らず、例えば、イオン注入法を使用することもできる。具体的に、ボロンの注入にイオン注入法を使用する場合、BSF層(リン拡散層)12を覆うように形成された厚い膜厚の酸化シリコン膜30bを貫通しない一方、BSF層(リン拡散層)12が形成されていない薄い膜厚の酸化シリコン膜30bを貫通するように、ボロンの注入エネルギーを調整する。これにより、熱拡散法だけでなくイオン注入法においても、マスク基板を使用することなく、半導体基板10の裏面100bに形成されているBSF層(リン拡散層)12にボロンを注入しないようにしながら、半導体基板10の裏面100bにBSF層(リン拡散層)12から離間したエミッタ層(ボロン拡散層)13を形成することができる。イオン注入法を使用する利点としては、ボロン注入工程を簡略化できる点を挙げることができる。 However, the method for implanting boron into the inside of the semiconductor substrate 10 is not limited to the above-described thermal diffusion method, and for example, an ion implantation method can also be used. Specifically, when using the ion implantation method to implant boron, the thick silicon oxide film 30b formed to cover the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 is not penetrated; ) The implantation energy of boron is adjusted so that it penetrates the thin silicon oxide film 30b in which the silicon oxide film 12 is not formed. As a result, not only the thermal diffusion method but also the ion implantation method can be used without using a mask substrate, while preventing boron from being implanted into the BSF layer (phosphorous diffusion layer) 12 formed on the back surface 100b of the semiconductor substrate 10. , an emitter layer (boron diffusion layer) 13 can be formed on the back surface 100b of the semiconductor substrate 10, spaced apart from the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12. An advantage of using the ion implantation method is that the boron implantation process can be simplified.

さらに、イオン注入法では、以下に示す工程を経ることにより、半導体基板10の裏面100bに形成されているBSF層(リン拡散層)12とエミッタ層(ボロン拡散層)13との間のギャップを確実に確保することができる。 Furthermore, in the ion implantation method, the gap between the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 and the emitter layer (boron diffusion layer) 13 formed on the back surface 100b of the semiconductor substrate 10 is reduced by going through the steps shown below. This can be ensured.

以下では、この工程について説明する。 This process will be explained below.

図2から図4に示す工程を実施した後、図9に示すように、半導体基板10の裏面100bに形成されている未注入領域を覆う膜厚の薄い酸化シリコン膜30bを除去するように、半導体基板0の裏面100bに形成されている酸化シリコン膜30bをエッチングする。このとき、図9に示すように、BSF層(リン拡散層)12を覆う酸化シリコン膜30bは、未注入領域を覆う酸化シリコン膜30bよりも膜厚が厚いため、未注入領域を覆う酸化シリコン膜30bを除去しても、BSF層(リン拡散層)12を覆う酸化シリコン膜30bは残存する。 After performing the steps shown in FIGS. 2 to 4, as shown in FIG. 9, the thin silicon oxide film 30b covering the unimplanted region formed on the back surface 100b of the semiconductor substrate 10 is removed. The silicon oxide film 30b formed on the back surface 100b of the semiconductor substrate 0 is etched. At this time, as shown in FIG. 9, the silicon oxide film 30b covering the BSF layer (phosphorous diffusion layer) 12 is thicker than the silicon oxide film 30b covering the non-implanted region, so the silicon oxide film 30b covering the non-implanted region Even if the film 30b is removed, the silicon oxide film 30b covering the BSF layer (phosphorous diffusion layer) 12 remains.

次に、半導体基板10を水酸化カリウム溶液に浸漬して半導体基板10をウェットエッチングする。具体的に、図10に示すように、半導体基板10の裏面100bにおいて半導体基板10が露出している未注入領域で半導体基板10がエッチングされる。このとき、膜厚の厚い酸化シリコン膜30bで覆われているBSF層(リン拡散層)12は、膜厚の厚い酸化シリコン膜30bがマスクとして機能することからエッチングされない。ただし、図10に示すように、マスクとして機能する酸化シリコン膜30bの端部では、ウェットエッチングの回り込みが発生する結果、酸化シリコン膜30bの端部で覆われている領域に微細な空隙部50が形成される。 Next, the semiconductor substrate 10 is immersed in a potassium hydroxide solution to wet-etch the semiconductor substrate 10. Specifically, as shown in FIG. 10, the semiconductor substrate 10 is etched in the unimplanted region where the semiconductor substrate 10 is exposed on the back surface 100b of the semiconductor substrate 10. At this time, the BSF layer (phosphorous diffusion layer) 12 covered with the thick silicon oxide film 30b is not etched because the thick silicon oxide film 30b functions as a mask. However, as shown in FIG. 10, at the end of the silicon oxide film 30b that functions as a mask, as a result of wet etching wraparound, fine voids 50 are formed in the area covered by the end of the silicon oxide film 30b. is formed.

続いて、図11に示すように、イオン注入法により、半導体基板10の裏面100bにボロンを注入する。このとき、BSF層(リン拡散層)12を覆う膜厚の厚い酸化シリコン膜30bがマスクとして機能する結果、BSF層(リン拡散層)12にはボロンは注入されない。一方、露出している未注入領域においては、半導体基板10の内部にボロンが注入されてエミッタ層(ボロン拡散層)13が形成される。一方、酸化シリコン膜30bの端部で覆われている領域には、空隙部50が形成されているため、この空隙部50において露出する半導体基板10の裏面100bにおいてもボロンは注入されない。これにより、本変形例によれば、確実にBSF層(リン拡散層)12とエミッタ層(ボロン拡散層)13との間にギャップを確保することができる。その後、図12に示すように、半導体基板10の表面100a上に形成されている酸化シリコン膜30aと、半導体基板10の裏面100bに形成されているBSF層(リン拡散層)12を覆う酸化シリコン膜30bを除去する。このようにして、確実にBSF層(リン拡散層)12とエミッタ層(ボロン拡散層)13の間にギャップを確保することができる裏面電極型結晶シリコン太陽電池を製造することができる。 Subsequently, as shown in FIG. 11, boron is implanted into the back surface 100b of the semiconductor substrate 10 by an ion implantation method. At this time, boron is not implanted into the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 because the thick silicon oxide film 30b covering the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 functions as a mask. On the other hand, in the exposed unimplanted region, boron is implanted into the semiconductor substrate 10 to form an emitter layer (boron diffusion layer) 13. On the other hand, since a gap 50 is formed in the region covered by the end of the silicon oxide film 30b, boron is not implanted into the back surface 100b of the semiconductor substrate 10 exposed in the gap 50. Thereby, according to this modification, a gap can be ensured between the BSF layer (phosphorous diffusion layer) 12 and the emitter layer (boron diffusion layer) 13. After that, as shown in FIG. 12, a silicon oxide film 30a formed on the front surface 100a of the semiconductor substrate 10 and a silicon oxide film covering the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 formed on the back surface 100b of the semiconductor substrate 10 are shown. Film 30b is removed. In this way, a back electrode type crystalline silicon solar cell in which a gap can be reliably secured between the BSF layer (phosphorous diffusion layer) 12 and the emitter layer (boron diffusion layer) 13 can be manufactured.

<製法上の特徴>
次に、本実施の形態における製法上の特徴点について説明する。
<Characteristics of the manufacturing method>
Next, the features of the manufacturing method in this embodiment will be explained.

本実施の形態における製法上の特徴点は、例えば、図7や図11に示すように、半導体基板10の裏面100bに形成されているBSF層(リン拡散層)12を覆う膜厚の厚い酸化シリコン膜30bを残存させた状態で、半導体基板10の裏面100bにボロンを導入する点にある。つまり、本実施の形態における製法上の特徴点は、BSF層(リン拡散層)12を覆う膜厚の厚い酸化シリコン膜30bをマスクとして機能させることにより、マスク基板を使用することなく、BSF層(リン拡散層)12以外の未注入領域にボロンを導入してエミッタ層(ボロン拡散層)13を形成する点にある。 A feature of the manufacturing method of this embodiment is, for example, as shown in FIG. 7 and FIG. The point is that boron is introduced into the back surface 100b of the semiconductor substrate 10 while the silicon film 30b remains. In other words, the feature of the manufacturing method of this embodiment is that the thick silicon oxide film 30b covering the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 functions as a mask, so that the BSF layer can be layered without using a mask substrate. The emitter layer (boron diffusion layer) 13 is formed by introducing boron into the non-implanted region other than the (phosphorus diffusion layer) 12.

これにより、本実施の形態によれば、BSF層(リン拡散層)12を形成する際に使用される1枚のマスク基板20だけで、半導体基板10の同一面(裏面)に互いに導電型の異なるBSF層(リン拡散層)12とエミッタ層(ボロン拡散層)13を形成することができ、かつ、リンとボロンの混在領域の形成を抑制できる裏面電極型結晶シリコン太陽電池を実現することができる。なぜなら、エミッタ層(ボロン拡散層)13を形成する際にマスク基板を使用することなく、BSF層(リン拡散層)12を覆う膜厚の厚い酸化シリコン膜30bをマスクとして機能させているからである。 As a result, according to the present embodiment, with only one mask substrate 20 used when forming the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12, mutually conductive types can be formed on the same surface (back surface) of the semiconductor substrate 10. It is possible to realize a back-electrode crystalline silicon solar cell in which different BSF layers (phosphorus diffusion layer) 12 and emitter layers (boron diffusion layer) 13 can be formed, and in which formation of a mixed region of phosphorus and boron can be suppressed. can. This is because the thick silicon oxide film 30b covering the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 functions as a mask without using a mask substrate when forming the emitter layer (boron diffusion layer) 13. be.

したがって、本実施の形態によれば、半導体基板10の同一面(裏面)に互いに導電型の異なるBSF層(リン拡散層)12とエミッタ層(ボロン拡散層)13を形成するために2枚のマスク基板を使用する必要がなくなる。このことは、2枚のマスク基板の位置合わせを実施する必要がなくなることを意味し、これによって、製造工程の簡略化を図ることができるとともに、2枚のマスク基板の位置ずれに起因するリンとボロンの混在領域の発生による再結合中心の増大を抑制できる。この結果、本実施の形態によれば、製造工程の簡略化による製造コストの低減と裏面電極型結晶シリコン太陽電池の性能向上を図ることができるという顕著な効果が得られる。 Therefore, according to the present embodiment, two layers are used to form the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 and the emitter layer (boron diffusion layer) 13 having different conductivity types on the same surface (back surface) of the semiconductor substrate 10. There is no need to use a mask substrate. This means that there is no need to align the two mask substrates, which simplifies the manufacturing process and eliminates the need to align the two mask substrates. It is possible to suppress the increase in recombination centers due to the generation of a mixed region of boron and boron. As a result, according to the present embodiment, significant effects can be obtained in that the manufacturing cost can be reduced by simplifying the manufacturing process and the performance of the back electrode type crystalline silicon solar cell can be improved.

<検証結果>
続いて、リン拡散層上に形成される酸化シリコン膜の膜厚がリンを導入していない結晶シリコン層上に形成される酸化シリコン膜の膜厚よりも厚くなる検証結果について説明する。図13は、酸化シリコン膜の膜厚とエッチング時間との関係を示すグラフである。横軸はエッチング時間を示している一方、縦軸は酸化シリコン膜の膜厚を示している。図13において、グラフ(1)は、リン拡散層上に形成されている酸化シリコン膜の膜厚とエッチング時間との関係を示している一方、グラフ(2)は、リンを導入していない結晶シリコン層上に形成されている酸化シリコン膜の膜厚とエッチング時間との関係を示している。図13に示すように、エッチング時間が「0」の場合の酸化シリコン膜の膜厚に着目すると、グラフ(1)では、酸化シリコン膜の膜厚が2000Å程度であるのに対し、グラフ(2)では、酸化シリコン膜の膜厚が400Å程度であることがわかる。すなわち、グラフ(1)およびグラフ(2)から、リン拡散層上に形成される酸化シリコン膜の膜厚がリンを導入していない結晶シリコン層上に形成される酸化シリコン膜の膜厚よりも厚くなることが裏付けられていることがわかる。そして、グラフ(2)から250秒程度のエッチング時間でリンを導入していない結晶シリコン層上に形成される酸化シリコン膜の膜厚がほぼゼロに近くなることがわかる。一方、グラフ(1)から250秒程度のエッチング時間では、リン拡散層上に形成される酸化シリコン膜の膜厚が1800Å程度残存していることがわかる。このことから、例えば、エッチング時間を250秒程度に調整することにより、膜厚の厚い酸化シリコン膜をリン拡散層上に残存させながら、リンが導入されていない結晶シリコン層上の酸化シリコン膜を除去することができることがわかる。
<Verification results>
Next, a verification result in which the thickness of the silicon oxide film formed on the phosphorus diffusion layer is thicker than the thickness of the silicon oxide film formed on the crystalline silicon layer into which phosphorus is not introduced will be explained. FIG. 13 is a graph showing the relationship between the thickness of the silicon oxide film and the etching time. The horizontal axis represents the etching time, while the vertical axis represents the thickness of the silicon oxide film. In FIG. 13, graph (1) shows the relationship between the thickness of the silicon oxide film formed on the phosphorus diffusion layer and the etching time, while graph (2) shows the relationship between the etching time and the thickness of the silicon oxide film formed on the phosphorus diffusion layer. It shows the relationship between the thickness of the silicon oxide film formed on the silicon layer and the etching time. As shown in FIG. 13, focusing on the thickness of the silicon oxide film when the etching time is "0", in graph (1) the thickness of the silicon oxide film is about 2000 Å, while in graph (2) ), it can be seen that the thickness of the silicon oxide film is about 400 Å. In other words, from graphs (1) and (2), it can be seen that the thickness of the silicon oxide film formed on the phosphorus diffusion layer is greater than the thickness of the silicon oxide film formed on the crystalline silicon layer into which phosphorus is not introduced. It can be seen that it is confirmed that the thickness increases. From graph (2), it can be seen that the thickness of the silicon oxide film formed on the crystalline silicon layer into which phosphorus is not introduced becomes almost zero after an etching time of about 250 seconds. On the other hand, it can be seen from graph (1) that when the etching time is about 250 seconds, the thickness of the silicon oxide film formed on the phosphorus diffusion layer remains about 1800 Å. From this, for example, by adjusting the etching time to about 250 seconds, it is possible to leave a thick silicon oxide film on the phosphorus diffusion layer while removing the silicon oxide film on the crystalline silicon layer to which no phosphorus has been introduced. It turns out that it can be removed.

次に、図14は、半導体基板上に形成される酸化シリコン膜の膜厚によってボロンが半導体基板の内部に突き抜けるか否かを検証した結果を示す表である。 Next, FIG. 14 is a table showing the results of verifying whether or not boron penetrates into the inside of the semiconductor substrate depending on the thickness of the silicon oxide film formed on the semiconductor substrate.

図14において、まず、n型半導体基板上に酸化シリコン膜が形成されていない場合には、n型半導体基板にボロンが導入される結果、n型半導体基板のシート抵抗は、68(Ω/□)~71(Ω/□)となっている。次に、n型半導体基板上に270Åの膜厚の酸化シリコン膜を形成している場合には、n型半導体基板のシート抵抗は、68(Ω/□)となっており、まだボロンの突き抜けが生じていると推測することができる。続いて、n型半導体基板上に650Åの膜厚の酸化シリコン膜を形成している場合には、n型半導体基板のシート抵抗は、72(Ω/□)となっており、この場合も、まだボロンの突き抜けが生じていると推測することができる。一方、n型半導体基板上に1400Åの膜厚の酸化シリコン膜を形成している場合には、n型半導体基板のシート抵抗は、32(Ω/□)と急激に下がっており、かつ、ボロンを導入しないn型半導体基板のシート抵抗が27.5(Ω/□)であることを考慮すると、ボロンの突き抜けが生じていないと推測できる。 In FIG. 14, first, when a silicon oxide film is not formed on the n-type semiconductor substrate, boron is introduced into the n-type semiconductor substrate, and as a result, the sheet resistance of the n-type semiconductor substrate is 68 (Ω/□ ) to 71 (Ω/□). Next, when a silicon oxide film with a thickness of 270 Å is formed on an n-type semiconductor substrate, the sheet resistance of the n-type semiconductor substrate is 68 (Ω/□), which is still sufficient for boron to penetrate. It can be inferred that this is occurring. Next, when a silicon oxide film with a thickness of 650 Å is formed on an n-type semiconductor substrate, the sheet resistance of the n-type semiconductor substrate is 72 (Ω/□), and in this case as well, It can be inferred that boron penetration still occurs. On the other hand, when a silicon oxide film with a thickness of 1400 Å is formed on an n-type semiconductor substrate, the sheet resistance of the n-type semiconductor substrate decreases rapidly to 32 (Ω/□), and Considering that the sheet resistance of an n-type semiconductor substrate without introducing boron is 27.5 (Ω/□), it can be inferred that boron penetration does not occur.

以上の結果から、n型半導体基板上に1400Å以上の膜厚を有する酸化シリコン膜が形成されていれば、ボロンの突き抜けが生じにくくなることがわかる。そして、この結果から、例えば、図13を参照すると、250秒程度のエッチング時間では、リン拡散層上に形成される酸化シリコン膜の膜厚が1800Å程度残存していることから、この程度の膜厚があれば、ボロンの突き抜けを効果的に抑制することができることがわかる。つまり、エッチング時間を250秒程度に設定することにより、リン拡散層上に形成されている酸化シリコン膜をボロンの突き抜け防止用のマスクとして機能させることができるとともに、リンを導入していない結晶シリコン層上に形成される酸化シリコン膜の膜厚をほぼゼロにすることができることがわかる。 From the above results, it can be seen that boron penetration becomes less likely to occur if a silicon oxide film having a thickness of 1400 Å or more is formed on an n-type semiconductor substrate. From this result, for example, referring to FIG. 13, it can be seen that with an etching time of about 250 seconds, the thickness of the silicon oxide film formed on the phosphorus diffusion layer remains about 1800 Å. It can be seen that if the thickness is large, the penetration of boron can be effectively suppressed. In other words, by setting the etching time to about 250 seconds, the silicon oxide film formed on the phosphorus diffusion layer can function as a mask to prevent boron from penetrating, and the crystalline silicon without phosphorus introduced It can be seen that the thickness of the silicon oxide film formed on the layer can be made almost zero.

図15は、本実施の形態における裏面電極型結晶シリコン太陽電池の製造方法で製造されたエミッタ層(ボロン拡散層)とBSF層(リン拡散層)の走査型容量顕微鏡像である。図15(a)に示すように、半導体基板10にエミッタ層(ボロン拡散層)13が形成されていることがわかる。一方、図15(b)に示すように、半導体基板10にBSF層(リン拡散層)12が形成されており、このBSF層(リン拡散層)12には、ボロンが導入されていないことがわかる。 FIG. 15 is a scanning capacitance microscope image of an emitter layer (boron diffusion layer) and a BSF layer (phosphorus diffusion layer) manufactured by the method for manufacturing a back electrode type crystalline silicon solar cell in this embodiment. As shown in FIG. 15A, it can be seen that an emitter layer (boron diffusion layer) 13 is formed in the semiconductor substrate 10. On the other hand, as shown in FIG. 15(b), a BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 is formed on the semiconductor substrate 10, and it is known that boron is not introduced into this BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12. Recognize.

<応用例>
<<応用例1>>
図16(a)は、裏面電極型結晶シリコン太陽電池の裏面における平面レイアウトの一例を示す平面図である。図16(a)において、裏面電極型結晶シリコン太陽電池1Aは、平面形状が矩形形状のBSF層(リン拡散層)12を有し、このBSF層(リン拡散層)12を離間して囲むようにエミッタ層(ボロン拡散層)13が形成されている。
<Application example>
<<Application example 1>>
FIG. 16(a) is a plan view showing an example of the planar layout on the back surface of a back electrode type crystalline silicon solar cell. In FIG. 16(a), the back electrode type crystalline silicon solar cell 1A has a BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 having a rectangular planar shape, and the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 is surrounded at a distance. An emitter layer (boron diffusion layer) 13 is formed therein.

このように構成されている裏面電極型結晶シリコン太陽電池1Aは、本実施の形態における製造方法を使用すると、例えば、図16(b)に示す1枚のマスク基板20Aで製造することができる。図16(b)に示すマスク基板20Aには、矩形形状のBSF層(リン拡散層)12を形成するために、スリット形状の開口部OP1を有している。 By using the manufacturing method of this embodiment, the back electrode type crystalline silicon solar cell 1A configured as described above can be manufactured using, for example, one mask substrate 20A shown in FIG. 16(b). The mask substrate 20A shown in FIG. 16(b) has a slit-shaped opening OP1 in order to form a rectangular BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12.

<<応用例2>>
例えば、BSF層(リン拡散層)12は、半導体基板10の裏面から正孔を遠ざけて正孔と電子の再結合を抑制する機能を有しているが、BSF層(リン拡散層)12の平面サイズは小さいことが望ましい。なぜなら、BSF層(リン拡散層)12が正孔と電子との再結合を抑制する機能を有しているとは言っても、BSF層(リン拡散層)12自体には、ドナーである導電型不純物が多数含まれており、このドナーが再結合中心として機能してしまうことが懸念されるからである。つまり、再結合中心を低減する観点からは、BSF層(リン拡散層)12の平面サイズはできるだけ小さいことが望ましいのである。この知見は、本発明者が見出した新規な知見であり、本発明者は、この知見に基づいて、以下に示す平面レイアウトを有する裏面電極型結晶シリコン太陽電池を提案している。
<<Application example 2>>
For example, the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 has the function of keeping holes away from the back surface of the semiconductor substrate 10 and suppressing recombination of holes and electrons. It is desirable that the plane size is small. This is because although the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 has the function of suppressing recombination of holes and electrons, the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 itself does not have conductivity that is a donor. This is because it contains many type impurities, and there is a concern that these donors may function as recombination centers. In other words, from the viewpoint of reducing recombination centers, it is desirable that the planar size of the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 be as small as possible. This finding is a new finding discovered by the present inventor, and based on this finding, the present inventor has proposed a back electrode type crystalline silicon solar cell having the planar layout shown below.

図17(a)は、裏面電極型結晶シリコン太陽電池の裏面における平面レイアウトの一例を示す平面図である。図17(a)において、裏面電極型結晶シリコン太陽電池1Bは、平面形状が円形形状のBSF層(リン拡散層)12を複数有しており、複数のBSF層(リン拡散層)12を離間して囲むようにエミッタ層(ボロン拡散層)13が形成されている。このとき、それぞれ円形形状をした複数のBSF層(リン拡散層)12は、ドットパターンを構成していることになる。このように構成されている裏面電極型結晶シリコン太陽電池1Bでは、BSF層(リン拡散層)12の平面サイズを小さくできる結果、正孔と電子の再結合を抑制できる。これにより、裏面電極型結晶シリコン太陽電池1Bによれば、光電変換効率を向上することができる。 FIG. 17(a) is a plan view showing an example of a planar layout on the back surface of a back electrode type crystalline silicon solar cell. In FIG. 17(a), a back electrode type crystalline silicon solar cell 1B has a plurality of BSF layers (phosphorus diffusion layers) 12 having a circular planar shape, and the plurality of BSF layers (phosphorus diffusion layers) 12 are spaced apart. An emitter layer (boron diffusion layer) 13 is formed so as to surround it. At this time, the plurality of BSF layers (phosphorus diffusion layers) 12 each having a circular shape constitute a dot pattern. In the back electrode type crystalline silicon solar cell 1B configured in this manner, the planar size of the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 can be reduced, and as a result, recombination of holes and electrons can be suppressed. Thereby, according to the back electrode type crystalline silicon solar cell 1B, the photoelectric conversion efficiency can be improved.

裏面電極型結晶シリコン太陽電池1Bは、本実施の形態における製造方法を使用すると、例えば、図17(b)に示す1枚のマスク基板20Bで製造することができる。図17(b)に示すマスク基板20Bには、ドットパターンからなる複数のBSF層(リン拡散層)12を形成するために、それぞれ円形形状からなる複数の開口部OP2が形成されている。 By using the manufacturing method of this embodiment, the back electrode type crystalline silicon solar cell 1B can be manufactured using, for example, one mask substrate 20B shown in FIG. 17(b). A plurality of openings OP2 each having a circular shape are formed in the mask substrate 20B shown in FIG. 17(b) in order to form a plurality of BSF layers (phosphorus diffusion layers) 12 having a dot pattern.

ここで、BSF層(リン拡散層)12がドットパターンを構成している裏面電極型結晶シリコン太陽電池1Bは、例えば、図17(b)に示す1枚のマスク基板20Bだけを使用する本実施の形態における製造方法だからこそ製造できる構造である。例えば、BSF層(リン拡散層)12を形成するマスク基板とエミッタ層(ボロン拡散層)13を形成するマスク基板の2枚のマスク基板を使用する製造技術では、エミッタ層(ボロン拡散層)13を形成するマスク基板として、例えば、図18に示すマスク基板20Cが必要となる。このマスク基板20Cは、図18に示すように、BSF層形成領域を遮蔽する遮蔽パターンPTを有し、それ以外の領域が開口されている必要がある。ところが、このように構成されているマスク基板20Cは、遮蔽パターンPTが宙に浮いた構成となり、遮蔽パターンPTを支持する支持部を形成することができないことから製造することが困難である。つまり、例えば、図17(a)に示すBSF層(リン拡散層)12がドットパターンを構成している裏面電極型結晶シリコン太陽電池1Bは、2枚のマスク基板を使用する製造技術では製造することが困難である。これに対し、例えば、図17(b)に示す1枚のマスク基板20Bだけを使用する本実施の形態における製造方法では、図18に示すマスク基板20Cを使用する必要がないことから、図17(a)に示すBSF層(リン拡散層)12がドットパターンを構成している裏面電極型結晶シリコン太陽電池1Bを容易に製造することができる。このように、本実施の形態における製造方法は、光電変換効率を向上できる裏面電極型結晶シリコン太陽電池1Bを容易に製造できる技術的思想を提供するものであることから、非常に優れた技術的思想であると言うことができる。 Here, the back electrode type crystalline silicon solar cell 1B in which the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 constitutes a dot pattern is, for example, in the present embodiment using only one mask substrate 20B shown in FIG. 17(b). This structure can be manufactured only by the manufacturing method in this form. For example, in a manufacturing technique that uses two mask substrates, one for forming the BSF layer (phosphorous diffusion layer) 12 and the other for forming the emitter layer (boron diffusion layer) 13, the emitter layer (boron diffusion layer) 13 For example, a mask substrate 20C shown in FIG. 18 is required as a mask substrate for forming. As shown in FIG. 18, this mask substrate 20C needs to have a shielding pattern PT that shields the BSF layer formation region, and other regions are opened. However, the mask substrate 20C configured in this manner has a configuration in which the shielding pattern PT is suspended in the air, and it is difficult to manufacture the mask substrate 20C because a support portion that supports the shielding pattern PT cannot be formed. That is, for example, the back electrode type crystalline silicon solar cell 1B in which the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 shown in FIG. 17(a) forms a dot pattern cannot be manufactured using the manufacturing technology that uses two mask substrates It is difficult to do so. On the other hand, for example, in the manufacturing method of this embodiment using only one mask substrate 20B shown in FIG. 17(b), there is no need to use the mask substrate 20C shown in FIG. The back electrode type crystalline silicon solar cell 1B in which the BSF layer (phosphorus diffusion layer) 12 shown in (a) forms a dot pattern can be easily manufactured. As described above, the manufacturing method according to the present embodiment provides a technical concept that allows easy manufacturing of the back electrode type crystalline silicon solar cell 1B that can improve the photoelectric conversion efficiency. It can be said that it is a thought.

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。 The invention made by the present inventor has been specifically explained based on the embodiments thereof, but the present invention is not limited to the embodiments described above, and can be modified in various ways without departing from the gist thereof. Needless to say.

1 裏面電極型結晶シリコン太陽電池
1A 裏面電極型結晶シリコン太陽電池
1B 裏面電極型結晶シリコン太陽電池
10 半導体基板
11 リン拡散層
12 BSF層
13 エミッタ層
14 絶縁層
15 BSF電極
16a エミッタ電極
16b エミッタ電極
20 マスク基板
20A マスク基板
20B マスク基板
20C マスク基板
30a 酸化シリコン膜
30b 酸化シリコン膜
40a BSG膜
40b BSG膜
50 空隙部
100a 表面
100b 裏面
OP 開口部
OP1 開口部
OP2 開口部
PT 遮蔽パターン
1 Back electrode type crystalline silicon solar cell 1A Back electrode type crystalline silicon solar cell 1B Back electrode type crystalline silicon solar cell 10 Semiconductor substrate 11 Phosphorus diffusion layer 12 BSF layer 13 Emitter layer 14 Insulating layer 15 BSF electrode 16a Emitter electrode 16b Emitter electrode 20 Mask substrate 20A Mask substrate 20B Mask substrate 20C Mask substrate 30a Silicon oxide film 30b Silicon oxide film 40a BSG film 40b BSG film 50 Cavity 100a Front surface 100b Back surface OP Opening OP1 Opening OP2 Opening PT Shielding pattern

Claims (10)

(a)開口部を有するマスクを用意する工程、
(b)前記マスクを介して半導体基板の第1面側からリンをイオン注入することより、前記マスクに覆われている前記半導体基板の第2領域を除いて、前記開口部から露出する前記半導体基板の第1領域にリンを導入する工程、
(c)前記(b)工程の後、前記半導体基板の前記第1面を酸化する工程、
(d)前記半導体基板の前記第1面に形成されている酸化膜の膜厚を減じるように前記酸化膜をエッチングする工程、
(e)前記(d)工程の後、前記第1領域上に形成されている酸化膜をマスクにして前記半導体基板の前記第1面側からボロンを導入することにより、前記第1領域を除く前記第2領域にボロンを導入する工程、
(f)前記(e)工程の後、前記第1面に形成されている酸化膜を除去する工程、
を備える、半導体装置の製造方法。
(a) preparing a mask having an opening;
(b) By ion-implanting phosphorus from the first surface side of the semiconductor substrate through the mask, the semiconductor is exposed from the opening except for the second region of the semiconductor substrate covered by the mask. introducing phosphorus into a first region of the substrate;
(c) oxidizing the first surface of the semiconductor substrate after the step (b);
(d) etching the oxide film so as to reduce the thickness of the oxide film formed on the first surface of the semiconductor substrate;
(e) After the step (d), the first region is removed by introducing boron from the first surface side of the semiconductor substrate using the oxide film formed on the first region as a mask. introducing boron into the second region;
(f) removing the oxide film formed on the first surface after the step (e);
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(a)工程で用意される前記マスクは、シリコン製のステンシルマスクである、半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the mask prepared in the step (a) is a silicon stencil mask.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(c)工程は、前記半導体基板の前記第1領域に導入されているリンを活性化する活性化アニール工程である、半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the step (c) is an activation annealing step for activating phosphorus introduced into the first region of the semiconductor substrate.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(c)工程は、酸素を含む雰囲気でのウェット酸化工程である、半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the step (c) is a wet oxidation step in an atmosphere containing oxygen.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程は、ウェットエッチング工程である、半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the step (d) is a wet etching step.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(e)工程では、熱拡散法を使用する、半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
In the step (e), a method for manufacturing a semiconductor device uses a thermal diffusion method.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(e)工程では、イオン注入法を使用する、半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
In the step (e), a method for manufacturing a semiconductor device uses an ion implantation method.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(a)工程で用意される前記マスクは、複数の前記開口部を有し、
平面視において、複数の前記開口部のそれぞれは、スリット形状をしている、半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
The mask prepared in the step (a) has a plurality of the openings,
In a plan view, each of the plurality of openings has a slit shape.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(a)工程で用意される前記マスクは、複数の前記開口部を有し、
平面視において、複数の前記開口部は、ドットパターンを構成している、半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
The mask prepared in the step (a) has a plurality of the openings,
In a plan view, the plurality of openings constitute a dot pattern.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程では、前記第2領域上に形成されている酸化膜を除去し、
前記(d)工程と前記(e)工程との間に、前記第1領域上に形成されている酸化膜をマスクにして、前記半導体基板の一部をウェットエッチングする工程を有し、
前記(e)工程では、イオン注入法を使用する、半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
In the step (d), removing the oxide film formed on the second region,
Between the step (d) and the step (e), a step of wet-etching a part of the semiconductor substrate using an oxide film formed on the first region as a mask;
In the step (e), a method for manufacturing a semiconductor device uses an ion implantation method.
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