JPS6174378A - 赤外線照射により浅い接合とbsfを同時に形成する光センサの製造方法 - Google Patents

赤外線照射により浅い接合とbsfを同時に形成する光センサの製造方法

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JPS6174378A
JPS6174378A JP59197348A JP19734884A JPS6174378A JP S6174378 A JPS6174378 A JP S6174378A JP 59197348 A JP59197348 A JP 59197348A JP 19734884 A JP19734884 A JP 19734884A JP S6174378 A JPS6174378 A JP S6174378A
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宇佐美 晶
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博文 菅
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547Monocrystalline silicon PV cells

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は受光素子、太陽電池等として広く用いられてい
る光センサの製造方法、さらに詳しくいえば赤外線照射
により浅い接合とBSFを同時に形成する光センサの製
造方法に関する。
ここでBSFとは裏面に小数キャリヤを押し戻す電位勾
配を形成して裏面での小数キャリヤの再結合を防ぐこと
ができる効果をいう。
(従来の技術) Si太陽電池の反射防止膜と受光面の浅い接合形成をT
iO2とP2O5の混合物をスピンオン法で、Siのエ
ッチ面に塗布して電気炉の中で900″C〜930℃で
155分程加熱して、不純物CP)を拡散によって行う
次にウェーハの裏面にスクリーン印刷で塗布したAl膜
を電気炉で800℃〜825℃で2分程度加熱してp+
層を形成することにより、BSF効果を持たせる。
最後に受光面の電極は、銀ペーストをA−R膜(T i
 O2膜)の上にスクリーン印刷して、600°C〜6
10℃で加熱してつくり、最大効率16%の太陽電池を
得ている。
この方法には以下の問題がある。
■ 900°C〜930°Cで15分と、受光層の浅い
接合を形成する時間が長い。
■ BSF効果を発生させるために800〜825℃で
2分間熱処理をする必要がある。■と温度および時間が
異なり、同一のプロセスになりえない。
■ 高温処理(900″C〜930℃)時間が15分と
長く、基板の寿命が減少し、逆方向電流の増加、開放電
圧の減少、長波長応答の減少が予測される。
受光層の浅い接合を形成する時間を短くして前記問題を
解決するために本件発明者の一人は1984年6月28
日付けで「トランジェント光照射技術を用いた低コスト
Si太陽電池」 (論文番号5SD84−27)と題し
て社団法人電子通信学会において発表を行ってシ)る。
前記論文記載の方法によれば、極めて短時間の熱処理に
より浅い接合層を形成することができる。
熱平衡状態だけでは説明できない増速された拡散が発生
していると推定される。これは半導体ウェーハと不純物
を含んだ絶縁膜間に熱膨張係数の差による歪が発生する
ことによると考えられる。短時間の熱処理による拡散に
より基板の拡散長の劣  化を防止することができるの
で、短時間で良質の接合を形成することができ、従来の
太陽電池等の製造プロセスを大幅に改善できる。
本件発明者等は前記熱処理をさらに検討した結果、前記
異常拡散についてのより多(のデータを得るとともに、
半導体ウェーハの裏面にBSF効果を与える半導体のハ
イ・ロー結合層を同時に形成できることを突き止めた。
(発明の目的) 本発明の目的は赤外線照射による極短時間の熱処理によ
り浅い接合とBSF効果を与える半導体のハイ・ロー結
合層を同時に形成できる光センサの製造方法を提供する
ことにある。
(発明の構成) 前記目的を達成するために本発明による赤外線照射によ
り浅い接合とBSFを同時に形成する光センサの製造方
法は、拡散により表面に接合を形成する光センサの製造
方法において、半導体ウェーハの裏面にハイ・ロー接合
用の絶縁膜を形成し、半導体ウェーへの表面に前記半導
体とは異なる熱膨張係数を持ち拡散しようとする不純物
を含んだ絶縁膜を形成し、前記2つの絶縁膜が形成され
た半導体ウェーハを赤外線源をもつ炉中に配置し、前記
半導体ウェーハと不純物を含んだ絶縁膜間に熱膨張係数
の差による歪が発生する急激な温度勾配で昇温し極短時
間加熱して受光面に浅い接合と裏面にBSF効果を呈す
るハイ・ロー接合を同時に形成するよう構成されている
(実施例) 以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する
第1図は本発明による赤外線照射による光センサの方法
の第1の実施例の製造工程を示す工程図である。
この工程図は、面方位(100)比抵抗10ΩcmのC
Zシリコンp形ウェーハについて示されている。
シリコンウェーハ準備工程10で前記ウェーハを準備す
る。なおウェーハの熱膨張係数は2.5 X 10−6
/”cである。
裏面の処理工程11で前記ウェーハの裏面に真空蒸着に
よりアルミニュウム(/lりを蒸着する。
不純物を含む絶縁膜形成工程12により前記ウェーハの
表面に拡散しようとする不純物を含む絶縁膜を形成する
良く知られているスピンオン法によりPをドープした2
000〜3000人の5i02膜を形成した。
なお前記不純物を含む絶縁膜の熱膨張係数は0.5XI
O−6/”Cである。
照射加温工程13において、前記アルミ蒸着面と不純物
を含む絶縁膜が形成されたウェーハをハロゲンランプの
炉中に配置して、不活性ガス(N2)中でトランジェン
ト加熱を行った。
第2図は、トランジェント加熱の一例を示す温度プログ
ラム図である。
温度のモニタは、クロメル−アルメル熱電対を前記ウェ
ーハに接触させておこなった。
ハロゲンランプを点灯する前にウェーハ温度を100℃
に保っておく。
第2図には炉内温度を900℃まで、昇温スピードは5
0℃/secで上昇させる例を示している。
このようにして熱処理されたウェーハはよく知られてい
る電極作成工程15を経て、素子切出し工程16でlX
1cm2のチップに加工される。
ハロゲンランプを点灯してから設定温度(第2図では9
00°C)に達してから短時間、設定温度を保つ、この
明細書では、設定温度の98%に達した時点からハロゲ
ンランプを清澄するまでの時間を拡散時間と仮に定義し
て用いる。
設定温度、800,850.900,950℃において
、拡散時間を1〜20秒の範囲で適当に選び種々の試料
を得た。
ホール測定4、これらの試料につき陽極酸化とホール測
定を繰り返して行うことにより、拡散されたキャリヤ濃
度の深さ方向の分布を測定した。
第3図に前記測定で得られたキャリヤ濃度およびホール
移動度のグラフを示す。
設定温度900℃、950°Cのときは、いずれも、最
初の1秒間で異常に大きな拡散が生じ、1秒から5秒の
間よりも大きな拡散が観測される。
このことは前記論文において詳述されている。
本件発明者等は設定温度900℃において、前記50℃
/sec以外の他の昇温率10°C/sec、20°C
/sec、30℃/sec、を選定して、拡散時間を5
秒として熱処理を行った。
キャリヤ濃度の測定結果を第4図に示す。
この測定結果からも、昇温率が大きかったもののほうが
より大きな拡散深さを得ることができることが理解でき
る。
次に本発明方法によりBSF効果層を形成した太陽電池
(n + / p p +形)と、同じ熱処理を施した
がBSF効果層を形成しなかった太陽電池(n+/p形
)のそれぞれの特性を比較する。
BSF効果層を形成するためにρ=10Ωcm。
厚さ500μmのp形Siウェーハの裏面に3000人
のAlを蒸着して、表面に前記方法で不純物を含む絶縁
層を形成する。
他の試料は同一のウェーハの表面に不純物を含む絶縁層
を形成する。
両ウェーハを設定温度900℃、拡散時間10秒、昇温
率50℃/secで熱処理をおこなった。
第5図に前記各太陽電池の分光特性を比較して示しであ
る。
BSF効果層を形成した太陽電池は、BSF効果層を持
たない太陽電池に比較して長波長側が高感度化されてい
る。
第6図に前記各太陽電池のI−V特性を比較して示しで
ある。
BSF効果層を形成した太陽電池は、BSF効果層を持
たない太陽電池に比較して効率も9.01%から10.
88%となり、約2割の上昇が見られる。
以上のデータは表面に反射防止膜を施していないもので
あるが反射防止膜をつければ30〜40%効率が上昇す
ることが知られている。
したがって反射防止膜を形成することにより効率を35
%上昇できるとすると、本発明方法による太陽電池に反
射防止膜を形成すれば14.7%程度の効率の太陽電池
が得られることになる。
前述した第1の実施例と同様な工程でm−vH化合物ウ
ェーハによる光センサを製造することもできる。
ガリウム・砒素・燐(GaAsP)ウェーハによる第2
の実施例について説明する。
前記実施例同様にウェーハの準備工程10、裏面の処理
工程11、不純物を含む絶縁膜形成工程12を経て、照
射加温工程13において、前記アルミ蒸着面と不純物を
含む絶縁膜が形成されたウェーハを800℃で2秒間拡
散を行う。
続いて工程15.16を経てガリウム・砒素・燐ウェー
ハによる光センサを得た。
第7図に前記工程で得られた光センサと、同じ基板に従
来の拡散方法(800℃、60分)を用いて形成したも
のとを、それぞれの電圧電流特性を比較して示しである
第8図は第2の実施例による光センサと、前記従来の拡
散方法(800℃、60分)を用いて形成したものとを
、それぞれの分光感度特性を比較して示したグラフであ
る。
第2の実施例によるものは優れた電圧電流特性を示し、
短波長側にも充分な感度をもつことが理解できる。
(変形例) 以上詳しく説明した実施例につき本発明の範囲内で種々
の変形を施すことができる。
前記各実施例において前記不純物を含む絶縁膜形成工程
12の次に不純物を含まない絶縁膜形成工程を設けると
不純物が気相に散逸することを防止できる。
前記各実施例において照射加温工程13の炉内の不活性
ガスを大気に、また水素に置き換えても良い。
また第2の実施例としてガリウム・砒素・燐(GaAs
P)のウェーハの例を示したが他のIII−V族化合物
(GaAs)(GaP)等について同様な工程を適用す
ることができる。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明による型造方法によれば、
−回の短時間の熱処理により、表面の薄い接合と裏面の
BSF効果層を同時に形成することができ、しかも従来
の太陽電池よりも高い効率の太陽電池が得られる。
また製造工程が簡単でかつ短時間でよいから太陽電池等
の製造工程を大幅に合理化することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による赤外線照射による光センサの製造
工程の実施例を示す工程図である。 第2図は炉内温度の制御例を示すグラフである。 第3図は前記測定で得られたキャリヤ濃度およびホール
移動度を示すグラフである。 第4図は昇温速度を変えて、拡散の深さを比較したグラ
フである。 第5図は本発明による方法で製造した太陽電池の分光特
性を示すグラフ、第6図は本発明による方法で製造した
太陽電池のI−V性を示すグラフであって、それぞれ同
一の熱処理を施して製造した太陽電池でBSF効果層を
形成していないものの特性と比較して示しである。 第7図は本発明による方法で、ガリウム・砒素・燐(G
aAsP)のウェーハを用いて製造した光センサと、同
じウェーハに従来の拡散方法を適用して製造した光セン
サとを、それぞれの電圧電流特性を比較して示したグラ
フである。 第8図は本発明による方法で、ガリウム・砒素・燐(G
aAsP)のウェーハを用いて製造した光センサと、同
じウェーハに従来の拡散方法を適用して製造した光セン
サとを、それぞれの分光感度特性を比較して示したグラ
フである。 10・・・シリコンウェーハ準備工程 11・・・Al蒸着工程 12・・・不純物を含む絶縁膜形成工程13・・・照射
加温工程 14・・・ホール測定 15・・・電極作成工程 16・・・素子切出し工程 特許出願人 浜松ホトニクス株式会社 代理人 弁理士  井 ノ ロ  壽 才1図

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)拡散により表面に接合を形成する光センサの製造
    方法において、半導体ウェーハの裏面にハイ・ロー接合
    用の絶縁膜を形成し、半導体ウェーハの表面に前記半導
    体とは異なる熱膨張係数を持ち拡散しようとする不純物
    を含んだ絶縁膜を形成し、前記2つの絶縁膜が形成され
    た半導体ウェーハを赤外線源をもつ炉中に配置し、前記
    半導体ウェーハと不純物を含んだ絶縁膜間に熱膨張係数
    の差による歪が発生する急激な温度勾配で昇温し極短時
    間加熱して受光面に浅い接合と裏面にBSF効果を呈す
    るハイ・ロー接合を同時に形成するよう構成したことを
    特徴とする赤外線照射により浅い接合とBSFを同時に
    形成する光センサの製造方法。
  2. (2)前記半導体ウェーハはシリコンウェーハである特
    許請求の範囲第1項記載の赤外線照射により浅い接合と
    BSFを同時に形成する光センサの製造方法。
  3. (3)前記シリコンウェーハは面方位(100)比抵抗
    10ΩcmのCZシリコンp形ウェーハである特許請求
    の範囲第2項記載の赤外線照射により浅い接合とBSF
    を同時に形成する光センサの製造方法。
  4. (4)前記不純物を含んだ絶縁膜はスピンオン法により
    形成されたPをドープしたSiO_2膜である特許請求
    の範囲第2項記載の赤外線照射により浅い接合とBSF
    を同時に形成する光センサの製造方法。
  5. (5)前記不純物を含んだ絶縁膜の厚さは、2000〜
    3000Åである特許請求の範囲第4項記載の赤外線照
    射により浅い接合とBSFを同時に形成する光センサの
    製造方法。
  6. (6)前記ハイ・ロー接合用の絶縁膜はアルミニュウム
    である特許請求の範囲第1項記載の赤外線照射により浅
    い接合とBSFを同時に形成する光センサの製造方法。
  7. (7)前記半導体ウェーハはIII−V族化合物である特
    許請求の範囲第1項記載の赤外線照射により浅い接合と
    BSFを同時に形成する光センサの製造方法。
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Cited By (5)

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