TW201737507A - 橫型擴散爐及太陽電池單元的製造方法 - Google Patents
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Abstract
橫型擴散爐(20)係具備：橫長形狀之石英管(8)，係在一端側設有製程氣體的供給口(10)，並在另一端側設有製程氣體的排氣口；及加熱器(9)，係加熱石英管(8)內。又，橫型擴散爐(20)係具備：子晶舟(1)，係將矽晶圓(2)以立起狀態保持；橫長形狀之母晶舟(3)，係在下部具有複數個車輪(4)而可移動，載置子晶舟(1)並在石英管(8)內被載置為水平狀態；及第1遮蔽板(14)，係覆蓋母晶舟(3)之車輪(4)的上部。
Description
本發明係關於矽等半導體晶圓之雜質擴散步驟所使用之橫型擴散爐、及太陽電池單元的製造方法。
半導體裝置製造步驟之一係有熱處理步驟，例如使雜質擴散於矽晶圓等半導體基板並形成pn接合之步驟。該等步驟所使用之擴散爐係使用下述者：使用石英製圓筒狀製程管作為製程腔室，並在製程管外周側配置加熱器者。例如在使所需求的雜質擴散於半導體基板中之雜質擴散處理時，係將含有摻雜物之原料氣體連續導入已加熱之製程管內，藉此可在配置於製程管內之半導體基板表面產生雜質擴散。
擴散爐之形態係根據製程管配置方法不同，而存在有縱型爐及橫型爐。縱型爐中係藉由在製程管內旋轉半導體基板，而可提高雜質擴散處理之均勻性。另一方面，在要求高生產性之太陽電池領域中，大多使用生產性優異之橫型爐，例如使用具有全長1000mm~2000mm左右之石英製製程管之大型橫型爐。
以橫型爐對半導體基板進行雜質擴散處理時，排列有立起的複數個半導體基板之石英製子晶舟係載於搬送用石英製母晶舟，並移載至橫型熱處理爐內。然後，以加熱器加熱製程管而提高製程管內溫度後，將含有雜質之原料氣體供給於製程管內。
進行如上述的雜質擴散處理時，原料氣體對於半導體基板之供給，係影響半導體基板中雜質擴散量的均勻性之主要原因。原料氣體對半導體基板之供給不均，係成為半導體基板中雜質擴散量在半導體基板面內不均之原因。並且，半導體基板中雜質擴散量之不均，會對使用雜質擴散半導體基板所製作之製品的特性及生產良率造成不良影響。
尤其，在橫型爐內下部容易滯留未充分加溫之低溫原料氣體。並且，即使在橫型爐內下部中，在設置於原料氣體的供給口附近之半導體基板中，會因低溫原料氣體而使半導體基板產生面內溫度分布，而容易使雜質擴散量在面內不均。
為解決上述問題，例如專利文獻1中揭示有以下方法：在石英所構成晶圓支持晶舟中的晶圓支持用溝中，於長方向兩端之晶圓支持用溝及與補強部分鄰接之晶圓支持用溝中載置與晶圓相同形狀之仿製晶圓，藉此防止亂流影響。
專利文獻1：日本特開平7-283156號公報。
但是，上述專利文獻1中，在長方向配置車輪之區域係無法配置晶圓，配置位置大受限制，故無晶圓配置自由度且生產性低。
又，例如在製造太陽電池單元之雜質擴散處理中，為了確保生產性之目的而會進行將大量半導體基板1次一起處理之批次處理。並且，為了使供給於每1片半導體基板之原料氣體量相同，與少量半導體基板進行雜質擴散處理時相比，係增大原料氣體流量來進行雜質擴散處理。此情況下，雜質擴散處理時，熱處理爐內原料氣體亂流變大，未充分加溫之低溫原料氣體供給於半導體基板，而有在半導體基板產生雜質擴散量之面內分布不均的情況。
本發明係鑑於上述而研究者，其目的係獲得一種橫型擴散爐，該橫型擴散爐可進行使被處理基板中雜質擴散量之面內均勻性高之擴散處理。
為解決上述課題並達成目的，本發明中，橫型擴散爐係具備：橫長形狀之製程管，係配置成水平狀態，在一端側設置有製程氣體的供給口，並在另一端側設置有製程氣體的排氣口；以及加熱器，係加熱製程管內。
又，橫型擴散爐係具備：第1晶舟，係將被處理基板以立起狀態保持；橫長形狀之第2晶舟，係在下部具有複數個移動用車輪而可移動，載置第1晶舟並在製程管內被載置為水平狀態；以及第1遮蔽板，係覆蓋第2晶舟之移動用車輪的上部。
根據本發明可發揮以下效果：獲得一種橫型擴散爐，該橫型擴散爐可進行使被處理基板中雜質擴散量之面內均勻性高之擴散處理。
1‧‧‧子晶舟
2‧‧‧矽晶圓
3‧‧‧母晶舟
4‧‧‧車輪
5‧‧‧車輪補強部
6‧‧‧母晶舟補強部
7‧‧‧熱障壁
8‧‧‧石英管
9‧‧‧加熱器
10‧‧‧供給口
11‧‧‧排氣口
12‧‧‧門
13‧‧‧原料氣體
14‧‧‧第1遮蔽板
16‧‧‧第2遮蔽板
17‧‧‧供給孔
20、30‧‧‧橫型擴散爐
41‧‧‧p型單晶矽晶圓
41A‧‧‧受光面
41B‧‧‧背面
41T‧‧‧凹凸
42‧‧‧n型雜質擴散層
43‧‧‧抗反射膜
44‧‧‧受光面電極
45‧‧‧背面電極
101‧‧‧仿製晶圓
X1、X2、X3‧‧‧箭頭
第1圖係本發明實施形態1之橫型擴散爐之側面圖。
第2圖係本發明實施形態1之橫型擴散爐中之母晶舟之平面圖。
第3圖係本發明實施形態1之橫型擴散爐中，配置被處理基板之子晶舟之立體圖。
第4圖係放大表示本發明實施形態1之橫型擴散爐中之1個子晶舟附近之側面圖。
第5圖係表示本發明實施形態1中之矽晶圓的薄片電阻值之測定位置之圖。
第6圖係表示本發明實施形態1中，實施例1及比較例1之矽晶圓的薄片電阻值面內分布之特性圖。
第7圖係在子晶舟單側配置石英製的仿製晶圓之比較用的橫型擴散爐之側面圖。
第8圖係比較用的橫型擴散爐所具備之子晶舟之立體圖。
第9圖係放大表示比較用的橫型擴散爐中之1個子晶舟附近之側面圖。
第10圖係本發明實施形態1之橫型擴散爐之側面圖，表示子晶舟設置於第1遮蔽板上時之側面圖。
第11圖係放大表示本發明實施形態1之橫型擴散爐中之1個子晶舟附近之側面圖，表示子晶舟設置於第1遮蔽板上時之側面圖。
第12圖係本發明實施形態2之橫型擴散爐之側面圖。
第13圖係本發明實施形態2之橫型擴散爐中之母晶舟之平面圖。
第14圖係放大表示本發明實施形態2之橫型擴散爐中之1個子晶舟附近之側面圖。
第15圖係表示本發明實施形態2中，實施例1、實施例2及比較例1之矽晶圓的薄片電阻值之面內分布之特性圖。
第16圖係表示本發明實施形態2中，實施例1、比較例1及實施例2之矽晶圓面內9點的薄片電阻值之標準偏差σ之特性圖。
第17圖係表示本發明實施形態2中，實施例2之矽晶圓中區域G之薄片電阻值與第2遮蔽板中供給孔之開口率的關係之特性圖。
第18圖係表示本發明實施形態2中，實施例2之矽晶
圓面內9點的薄片電阻值之標準偏差σ與第2遮蔽板中供給孔之開口率的關係之特性圖。
第19圖係本發明實施形態3之太陽電池單元之俯視圖。
第20圖係本發明實施形態3之太陽電池單元之第19圖之XX-XX剖面圖。
第21圖係表示本發明實施形態3之太陽電池單元的製造步驟之剖面圖。
第22圖係表示本發明實施形態3之太陽電池單元的製造步驟之剖面圖。
第23圖係表示本發明實施形態3中，實施例3及比較例2之太陽電池單元之光電轉換效率之圖。
以下根據圖式詳細說明本發明實施形態之橫型擴散爐及太陽電池單元的製造方法。又，本發明不限定於此實施形態。
實施形態1.
第1圖係本發明實施形態1之橫型擴散爐20之側面圖。第1圖中表示透視石英管8側面所見之橫型擴散爐20之構件。第2圖係本發明實施形態1之橫型擴散爐20中之母晶舟3之平面圖。第3圖係本發明實施形態1之橫型擴散爐20中，配置有被處理基板之子晶舟1之立體圖。第4圖係擴大表示本發明實施形態1之橫型擴散爐20中之1個子晶舟1附近之側面圖。
本實施形態1之橫型擴散爐20係可使用於太陽電池單元製造步驟中，在p型的矽晶圓2擴散磷之磷擴散步驟之橫型擴散爐，該磷擴散步驟係為了在被處理基板之p型的矽晶圓2的表面形成n型雜質層。
橫型擴散爐20係具有：子晶舟1，係以固定間隔配置複數片矽晶圓2並使用作為晶圓保持部之石英製第1晶舟；及母晶舟3，係積載保持了矽晶圓2之子晶舟1並往橫型擴散爐20內搬送之第2晶舟，且為石英製移動台。又，橫型擴散爐20係具備：石英管8，係細長圓筒狀之製程管，並配置為水平狀態；及加熱器9，係設置於石英管8周圍以加熱石英管8內。
子晶舟1係將10~50片左右之矽晶圓2以立起狀態保持固定間隔。
母晶舟3係2條細長形狀的棒構件平行狀態地連結為矩形形狀之框狀構件。母晶舟3係積載保持了矽晶圓2之複數個子晶舟1，並往橫型擴散爐搬送。母晶舟3係在下部具有車輪4並可移動，該車輪4係用以往石英管8內搬送之移動用車輪。又，母晶舟3係具有：補強連結車輪4之車輪軸之車輪補強部5、補強母晶舟3之母晶舟補強部6、以及用以確保石英管8內的均熱域之石英製的熱障壁7。
如第1圖、第2圖及第4圖所示，本實施形態1中，在用以搬送母晶舟3之車輪4、車輪補強部5、及母晶舟補強部6之正上方，係具備第1遮蔽板14。俯視母
晶舟3時，第1遮蔽板14係具有覆蓋車輪4、車輪補強部5、及母晶舟補強部6之正上方區域之大小及形狀。在擴散處理時，第1遮蔽板14係於擴散爐內與被處理基板一起被熱處理。因此，第1遮蔽板14材質較佳為高溫下之耐熱性優異之材料，與子晶舟1及母晶舟3同樣地，使用相同之石英材。又，只要為具有對於擴散處理時之溫度之耐熱性，且不與導入擴散爐內之氣體反應之材料，則亦可使用其他材料。第1遮蔽板14係藉由螺鎖等可承受擴散處理時的溫度之手段，而固定於母晶舟3。
石英管8中，供給製程氣體之原料氣體13之供給口10係設置於長方向之一端側的端部，而將石英管8內的氣體排氣之排氣口11係設置於長方向之另一端側的上面。亦即，石英管8的構造成為：從供給口10導入原料氣體13，而石英管8內之氣體由排氣口11排氣。原料氣體13係例如將三氯化磷(POCl3)氣化並與氮氣(N2)及氧氣(O2)等載體氣體混合。
三氯化磷(POCl3)係與氮氣(N2)及氧氣(O2)混合並導入石英管8內，進行以下反應。
2POCl3+(3/2)O2 → P2O5+3Cl2。
P2O5+(5/2)Si → 2P+(5/2)SiO2。
又，石英管8的長方向之另一端側係形成為爐口並設置用以開關爐口之石英製的門12，該爐口係積載了子晶舟1之母晶舟3之出入口。藉由關閉門12而可安定石英管8內溫度。又，在對石英管8內導入原料氣體13
之供給口10之前段，係配置有切換原料氣體13及控制原料氣體流量之未圖示的配管系統。
以下顯示藉由上述構成之本實施形態之橫型擴散爐20對矽晶圓2進行磷擴散處理的例子。第1圖中，在以加熱器9加熱石英管8內之狀態下，積載了子晶舟1之母晶舟3係從石英管8之爐口往石英管8內導入，並配置成水平狀態。子晶舟1係以下述方式配置：在石英管8內，矽晶圓2的表背面之面內方向係設為與原料氣體13導入石英管8之方向平行，亦即設為與石英管8之中心軸平行。
母晶舟3導入石英管8內之後，關閉門12，將原料氣體13導入石英管8內而進行磷擴散處理。擴散處理中，石英管8內的溫度為800℃~1000℃左右。擴散處理結束後，停止供給原料氣體13，以氮等惰性氣體沖洗石英管8內。充分沖洗石英管8內後，打開門12並取出母晶舟3，結束矽晶圓2之磷擴散處理。
本實施形態1中，對矽晶圓2之磷擴的散處理條件係使原料氣體13及載體氣體之總流量為30[slm]，以800℃進行15分鐘擴散處理後，升溫至875℃並進一步進行15分鐘處理。
進行上述磷擴散處理之後，將石英管8內最接近原料氣體13之供給口10之子晶舟1所收納矽晶圓2，亦即第1圖所示最右側之子晶舟1所收納之矽晶圓2，作為實施例1之矽晶圓，測定薄片電阻之面內分布。薄片電
阻測定位置係如第5圖所示，為在矽晶圓2面內之測定區域A、B、C、D、E、F、G、H、I之9點。第5圖係表示本發明實施形態1中之矽晶圓2之薄片電阻值之測定位置。第5圖所示測定區域之上下左右方向係與第1圖及第4圖所示矽晶圓2方向一致。又，以下有時將測定區域僅稱為區域。
於第6圖顯示實施例1之矽晶圓的薄片電阻值之面內分布。第6圖係表示本發明實施形態1中，實施例1及比較例1之矽晶圓2之薄片電阻值之面內分布。
又，以在從橫型擴散爐20取下第1遮蔽板14之橫型擴散爐中進行磷擴散處理後之矽晶圓作為比較例1之矽晶圓，並測定該比較例1之矽晶圓的薄片電阻值之面內分布。薄片電阻測定位置係與實施例1相同。於第6圖一併顯示比較例1之矽晶圓的薄片電阻值之面內分布。
由第6圖可知，比較例1之矽晶圓中，在車輪4、車輪補強部5及母晶舟補強部6附近產生原料氣體13之亂流，在矽晶圓2之中部至下部之區域E、F、G、H，尤其是最接近原料氣體13之供給口10之區域F，特別地成為高薄片電阻化，亦即成為磷總擴散量少之狀態。
另一方面，在設置有第1遮蔽板14之橫型擴散爐20進行磷擴散處理之實施例1之矽晶圓中，係抑制了屬於原料氣體13流入側的區域之區域E、F、G、H之高薄片電阻化，尤其抑制了最接近原料氣體13之供給口10之區域F之高薄片電阻化。
未充分加溫之低溫原料氣體13係容易滯留於石英管內8之下部區域。供給於石英管內8且未充分加溫之低溫原料氣體13若到達石英管內8下部區域中的車輪4、車輪補強部5及母晶舟補強部6之附近部分，則會因為車輪4、車輪補強部5及母晶舟補強部6的存在而成為亂流，使得該低溫原料氣體13朝向矽晶圓2的下部捲揚。比較例1之矽晶圓中，區域F之高薄片電阻化的產生係由於該低溫原料氣體13朝向矽晶圓2的下部捲揚，而冷卻了矽晶圓2的下部。
對此，在設置有第1遮蔽板14之橫型擴散爐20中，未充分加溫而以低溫狀態到達車輪4、車輪補強部5及母晶舟補強部6附近部分並朝向矽晶圓2的下部捲揚之低溫原料氣體13，會被第1遮蔽板14遮蔽。亦即，如第4圖中之箭頭X1所示，起因於車輪4、車輪補強部5及母晶舟補強部6之朝向矽晶圓2的下部捲揚之低溫原料氣體13，會被第1遮蔽板14遮蔽。藉此，在橫型擴散爐20中，可抑制該低溫原料氣體13冷卻矽晶圓2的下部。因此，矽晶圓2中，抑制了原料氣體13的流入側區域之區域E、F、G、H之高薄片電阻化，尤其是即使在最接近原料氣體13之供給口10之區域F，亦抑制了高薄片電阻化。因此，橫型擴散爐20係可抑制矽晶圓2中之薄片電阻之面內分布，亦即磷擴散量之面內分布產生不均，而可均勻保持矽晶圓2之面內的磷擴散量。
又，覆蓋車輪4、車輪補強部5及母晶舟補
強部6，並加長母晶舟3長方向之第1遮蔽板14長度，藉此，可更確實抑制被捲揚之低溫原料氣體13。
又，橫型擴散爐20中，在以確保生產性為目的而將大量矽晶圓2以1次一起處理之批次處理中，為了使供給於每1片矽晶圓2之原料氣體13量相同，有時會增大原料氣體13流量來進行雜質擴散處理。即使為如此的情況，在具備第1遮蔽板14之橫型擴散爐20中，未充分加溫而以低溫狀態到達車輪4、車輪補強部5及母晶舟補強部6附近部分並朝向矽晶圓2的下部捲揚之低溫原料氣體13亦會被遮蔽，而可抑制低溫原料氣體13吹附至矽晶圓2。
另一方面，在越離開原料氣體13之供給口10之位置，原料氣體13會在石英管8內被加熱。因此，在越離開原料氣體13之供給口10之子晶舟1所設置之矽晶圓2，上述低溫原料氣體13所造成矽晶圓2的薄片電阻之面內不均勻性有越受到抑制之傾向。
但是，例如在石英管8內之雜質擴散處理之處理溫度低溫化時，到達遠離供給口10之位置之原料氣體13的溫度亦變低，故即使是遠離供給口10之子晶舟1所設置之矽晶圓2，薄片電阻也會在面內成為不均勻。因此，即使在遠離原料氣體13之供給口10之位置，亦以設置第1遮蔽板14為較佳。
又，本實施形態1之橫型擴散爐20中，係表示在母晶舟3之車輪4、車輪補強部5及母晶舟補強部6
的上部設置為各別的零件之第1遮蔽板14的例子，但若母晶舟3構造預先設為將車輪4、車輪補強部5及母晶舟補強部6的上部遮蔽之構造，則構造上可獲得相同效果。
又，未在母晶舟3設置車輪補強部5及母晶舟補強部6時，可僅在車輪4的上部設置第1遮蔽板14。亦即，在未設置車輪補強部5及母晶舟補強部6時，不會發生起因於車輪補強部5及母晶舟補強部6之低溫原料氣體13朝向矽晶圓2下部的捲揚。但是，如本實施形態1，存在有車輪補強部5及母晶舟補強部6時，為了防止起因於車輪補強部5及母晶舟補強部6之低溫原料氣體13朝向矽晶圓2的下部的捲揚，除了車輪4上部以外，以在車輪補強部5、母晶舟補強部6的上部設置第1遮蔽板14為較佳。
在此說明與例如專利文獻1所示之使用仿製晶圓而謀求矽晶圓2的薄片電阻之面內均勻化之技術的差異。第7圖係在子晶舟1的單側配置石英製的仿製晶圓101之比較用的橫型擴散爐之側面圖。第7圖中表示有透視石英管8側面所見之橫型擴散爐之構件。第8圖係比較用的橫型擴散爐所具備子晶舟1之立體圖。第9圖係放大表示比較用的橫型擴散爐中之1個子晶舟1附近之側面圖。比較用的橫型擴散爐除了在子晶舟1配置仿製晶圓101以及未設置第1遮蔽板14之外，係具有與橫型擴散爐20相同之構造。
如第7~9圖所示，比較用的橫型擴散爐之
子晶舟1中，在成為供給口10側之單側，配置有石英製的仿製晶圓101。藉由具備前述仿製晶圓101，可在與矽晶圓2相同高度的位置，遮蔽從供給口10側流入之原料氣體13。
但是，比較用的橫型擴散爐中，無法充分抑制車輪4、車輪補強部5及母晶舟補強部6附近所產生之低溫原料氣體13的亂流之影響。亦即，為了抑制低溫原料氣體13流入矽晶圓2的下部，由於仿製晶圓101必須設置在非車輪4、車輪補強部5、母晶舟補強部6的上部之位置，故母晶舟3中之子晶舟1之配置位置大受限制而降低生產性。又，如第7圖及第9圖所示，仿製晶圓101之設置位置為母晶舟補強部6的上部時，如箭頭X2所示，低溫原料氣體13會流入矽晶圓2的下部。又，即使仿製晶圓101之設置位置在車輪4上部及車輪補強部5上部時，同樣地，低溫原料氣體13也會流入矽晶圓2的下部。
另一方面，本實施形態1之橫型擴散爐20中，如上述，在車輪4、車輪補強部5、母晶舟補強部6的附近上部設置第1遮蔽板14，藉此可抑制低溫原料氣體13供給於矽晶圓2的下部。因此，如第10圖及第11圖所示，即使是子晶舟1設置於第1遮蔽板14上時，如箭頭X3所示，亦可抑制起因於車輪4、車輪補強部5及母晶舟補強部6而朝向矽晶圓2的下部捲揚之低溫原料氣體13供給於矽晶圓2的下部，可均勻地保持矽晶圓2面內之雜質擴散量。
因此，橫型擴散爐20中，母晶舟3中之子
晶舟1之配置位置不受限制，可確保子晶舟1可設置於母晶舟3上之寬廣區域，故可進行各種條件之矽晶圓2之擴散處理而提高生產性。第10圖係本發明實施形態1之橫型擴散爐20之側面圖，表示在第1遮蔽板14上設置子晶舟1時之側面圖。第11圖係放大表示本發明實施形態1之橫型擴散爐20中之1個子晶舟1附近之側面圖，表示在第1遮蔽板14上設置子晶舟1時之側面圖。
又，上述係表示了石英管8內，矽晶圓2的表背面之面內方向與石英管8中心軸平行之情形，但矽晶圓2的表背面之面內方向與原料氣體13導入石英管8之方向垂直，亦即與石英管8之中心軸垂直時，亦可獲得上述效果。
又，本實施形態1中係顯示了在太陽電池單元製造步驟中，使用於以磷作為n型雜質來擴散於p型的矽晶圓2的表面之磷擴散步驟的例子，惟，原料氣體13，除了氣化POCl3以外，亦可使磷化氫(PH3)等的將含磷之其他材料氣化者。因此，原料氣體13可使用含有POCl3或PH3之至少1者之氣體。
又，以硼(B)作為p型雜質來擴散時，可將三氯化硼(BCl3)、三溴化硼(BBr3)、二硼烷(B2H6)等的材料氣化作為原料氣體13而導入石英管8內。因此，原料氣體13可使用含有BCl3、BBr3及B2H6等之至少1者之氣體。
又，本實施形態1之橫型擴散爐20並不限於製造太陽電池單元，即使用於對功率裝置或光裝置所使
用之矽晶圓等的半導體晶圓之熱處理，也可獲得與上述相同之效果。
如上述，本實施形態1之橫型擴散爐20係以第1遮蔽板14覆蓋車輪4、車輪補強部5及母晶舟補強部6的上部，藉此可抑制起因於車輪4、車輪補強部5及母晶舟補強部6之低溫原料氣體13朝向矽晶圓2的下部捲揚。藉此，橫型擴散爐20可抑制矽晶圓2中之薄片電阻之面內分布，亦即磷擴散量之面內分布產生不均，可均勻地保持矽晶圓2面內之磷擴散量。
因此，本實施形態1之橫型擴散爐20係可進行提高了矽晶圓2中之磷擴散量之面內均勻性之擴散處理，而可改善矽晶圓2之裝置特性及生產良率。
實施形態2.
本實施形態2中，與實施形態1同樣地，說明在太陽電池單元製造步驟中，使用於為了在p型的矽晶圓2的表面形成n型雜質層而擴散磷之磷擴散步驟之橫型擴散爐。對於矽晶圓2之磷擴散處理條件係與實施形態1同條件，原料氣體13及載體氣體之總流量為30[slm]，以800℃進行15分鐘擴散處理後，升溫至875℃並進一步進行15分鐘處理。
第12圖係本發明實施形態2之橫型擴散爐30之側面圖。第12圖中表示透視石英管8側面所見之橫型擴散爐30之構件。第13圖係本發明實施形態2之橫型擴散爐30中之母晶舟3之平面圖。第14圖係放大表示表
示本發明實施形態2之橫型擴散爐30中之1個子晶舟1附近之側面圖。
如第12~14圖所示，本實施形態2之橫型擴散爐30中，除了覆蓋車輪4、車輪補強部5、母晶舟補強部6的正上方之第1遮蔽板14以外，係設置有覆蓋子晶舟1的正下方區域之複數個第2遮蔽板16，而形成以下構造：在母晶舟3面內，可配置子晶舟1之熱障壁7之間之區域全部被遮蔽。亦即，本實施形態2之橫型擴散爐30與實施形態1之橫型擴散爐20的相異點為具備第2遮蔽板16。
俯視母晶舟3時，第2遮蔽板16係配置於相鄰之第1遮蔽板14與第1遮蔽板14之間之區域。藉此，在母晶舟3中，在石英管8中心軸方向中，位於兩端之熱障壁7之間之區域係藉由第1遮蔽板14及第2遮蔽板16而覆蓋。俯視母晶舟3時，第2遮蔽板16係具有覆蓋熱障壁7之間之區域中未配置第1遮蔽板14之區域的大小及形狀。
第2遮蔽板16係在面內分散地開設複數個供給孔17之構造，該複數供給孔17係用以從第2遮蔽板16的下部對子晶舟1之矽晶圓2供給原料氣體13。本實施形態2之橫型擴散爐30中，第2遮蔽板16的面內之供給孔17所占面積比例，亦即開口率，較佳為20%以上50%以下之比例，在此係定為20%。
在擴散處理時，第2遮蔽板16係於擴散爐
內與被處理基板一起被熱處理。因此，第2遮蔽板16的材質較佳為與第1遮蔽板14同樣為高溫之下耐熱性優異之材料，與子晶舟1及母晶舟3同樣地使用相同石英材。又，只要為具有對擴散處理時之溫度之耐熱性，且不與導入擴散爐內之氣體反應之材料，則亦可使用其他材料。第2遮蔽板16係藉由螺鎖等可承受擴散處理時的溫度之手段，而固定於母晶舟3。
藉由本實施形態2之橫型擴散爐30對矽晶圓2進行磷擴散處理後，將石英管8內最接近供給口10之子晶舟1所收納之矽晶圓2，亦即第12圖所示最右側之子晶舟1所收納之矽晶圓2，作為實施例2之矽晶圓，測定薄片電阻之面內分布。薄片電阻測定位置係與實施例1同樣地，如第5圖所示，為在矽晶圓2面內之測定區域A、B、C、D、E、F、G、H、I之9點。如第5圖所示測定區域之上下左右方向係與第12圖及第14圖所示矽晶圓2之方向一致。
於第15圖顯示上述實施例1、比較例1及實施例2之矽晶圓的薄片電阻值之面內分布。第15圖係表示本發明實施形態2中實施例1、實施例2及比較例1之矽晶圓2之薄片電阻值之面內分布之特性圖。
與比較例1相比，實施例1中藉由在車輪4、車輪補強部5、母晶舟補強部6的上部設置第1遮蔽板14，而可抑制區域E~H，尤其是區域F之高薄片電阻化。另一方面，實施例1中，位於矽晶圓2的下部之中央部之
區域G係少量供給未充分加溫之低溫原料氣體13，故有高薄片電阻化之傾向。
又，本實施形態2之橫型擴散爐30中，將形成有供給孔17之第2遮蔽板16設置於子晶舟1的正下方，將磷擴散處理所需之最少量原料氣體13供給於矽晶圓2的下部，而抑制未充分加溫之低溫原料氣體13對矽晶圓2的下部之供給量。藉此，橫型擴散爐30中，可抑制位於矽晶圓2的下部之中央部之區域G的高薄片電阻化。
第16圖係表示本發明實施形態2中之實施例1、比較例1及實施例2之矽晶圓中之面內9點的薄片電阻值之標準偏差σ之特性圖。實施例1之矽晶圓的薄片電阻值之標準偏差σ的值係大幅低於比較例1之矽晶圓的薄片電阻值之標準偏差σ。亦即，與比較例1之矽晶圓相比，實施例1之矽晶圓係大幅提高了薄片電阻值之面內分布均勻性而為良好狀態。
又，實施例2之矽晶圓的薄片電阻值之標準偏差σ的值係低於實施例1之矽晶圓的薄片電阻值之標準偏差σ。亦即，與實施例1之矽晶圓相比，實施例2之矽晶圓係進一步提高了薄片電阻值之面內分布均勻性而為良好狀態。
第17圖係表示本發明實施形態2中，實施例2之矽晶圓中之區域G之薄片電阻值與第2遮蔽板16中之供給孔17之開口率的關係之特性圖。第18圖係表示本發明實施形態2中實施例2之矽晶圓中面內9點之薄片
電阻值之標準偏差σ與第2遮蔽板16中供給孔17之開口率的關係之特性圖。第17圖及第18圖中，開口率0%時，表示在子晶舟1的正下方區域設置未開設供給孔17之第2遮蔽板16。又，開口率100%時，表示在子晶舟1的正下方區域未設置第2遮蔽板16，亦即與實施形態1之橫型擴散爐20為相同之狀態。
從第17圖可知，開口率0%時，原料氣體13未從下部供給於矽晶圓2，故矽晶圓中之區域G之薄片電阻值變高，面內之薄片電阻值之標準偏差σ變大。另一方面，與開口率100%時相比，開口率20%時及開口率50%時，矽晶圓中之區域G之薄片電阻值變低，面內之薄片電阻值之標準偏差σ變小。因此，開口率較佳為20%~50%。
又，亦可因應與原料氣體13之供給口10之距離而改變開口率。石英管8內，於接近供給口10的地點，原料氣體13的流速快，未充分加溫之低溫原料氣體13會大量供給於矽晶圓2。因此，為了抑制低溫原料氣體13對矽晶圓2之影響，供給孔17之開口率以較低為較佳。
另一方面，石英管8內，於遠離供給口10的地點，原料氣體13之流速慢，故在石英管8內充分加溫之原料氣體13少量供給於矽晶圓2。開口率過低時，無法供給反應所需量之原料氣體13，故隨著遠離供給口10而提高開口率，藉此可抑制石英管8內整體矽晶圓2之薄片電阻之面內不均。
供給孔17之配置間隔，以原料氣體13對設
置於子晶舟1之矽晶圓2之供給量不偏於某處之方式，以等間隔、相同開口尺寸來設置為較佳。
就第2遮蔽板16之設置形態而言，可將如實施形態1之第1遮蔽板14以及如本實施形態2之第2遮蔽板16作為個別之遮蔽板而配置，該第1遮蔽板14係設置於母晶舟3之車輪4、車輪補強部5、母晶舟補強部6的上部且未開設供給孔17，該第2遮蔽板16係設置於子晶舟1的正下方之區域且開設有供給孔17。又，也可於母晶舟3上，搭載以1片遮蔽板構成第1遮蔽板14及第2遮蔽板16之遮蔽板。
如上述，本實施形態2之橫型擴散爐30由於具備第1遮蔽板14，故具有與實施形態1之橫型擴散爐20相同之效果。又，本實施形態2之橫型擴散爐30由於具備遮蔽子晶舟1的下部區域之第2遮蔽板16，且形成於第2遮蔽板16之供給孔17可對子晶舟1的下部供給適量原料氣體13，故可進一步抑制矽晶圓2之薄片電阻之面內不均，進一步改善矽晶圓2之裝置特性及生產良率。
實施形態3.
實施形態3中，說明太陽電池單元的製造方法。第19圖係本發明實施形態3之太陽電池單元之俯視圖。第20圖係本發明實施形態3之太陽電池單元之第19圖之XX-XX剖面圖。藉由使用上述橫型擴散爐20或橫型擴散爐30進行雜質擴散，而可形成如第19圖及第20圖所示之太陽電池單元。第21圖及第22圖係表示本發明實施形態3之太
陽電池單元的製造步驟之剖面圖，為表示在形成雜質擴散步驟中形成n型雜質擴散層42及p型單晶矽晶圓41之步驟之說明圖，該n型雜質擴散層42係作為第2導電型半導體層，該p型單晶矽晶圓41係作為第1導電型半導體層之p型雜質擴散層且具有紋理構造。
本實施形態之太陽電池單元用的第1導電型半導體基板之p型單晶矽晶圓41中，具有凹凸41T而降低光反射之紋理構造係形成於第1主面之受光面41A。然後，在形成有紋理構造之第1主面上形成作為第2導電型半導體層之n型雜質擴散層42，並在n型雜質擴散層42上積層而形成抗反射膜43。又，貫通抗反射膜43而與n型雜質擴散層42連接之受光面電極44中，受光面柵極電極與受光面基極電極係形成為梳狀。
又，在與p型單晶矽晶圓41之受光面41A相對向之第2主面，即背面41B的整體，形成有以鋁(Al)為材料之背面電極45。
接著簡單說明實施形態3之太陽電池單元的製造方法。首先，在紋理構造形成步驟中，在p型單晶矽晶圓41表面，如第21圖所示，形成角錐形狀的凹凸41T，該角錐形狀的凹凸41T係作為降低光反射率之紋理構造。形成紋理構造時，例如對p型單晶矽晶圓41以氫氧化鈉水溶液等的鹼性水溶液進行蝕刻。鹼性水溶液中亦可添加添加劑。
接著，在雜質擴散層形成步驟中，將p型單
晶矽晶圓41送入橫型擴散爐20。在橫型擴散爐20內，在三氯氧磷(POCl3)蒸氣的存在環境下，加熱p型單晶矽晶圓41，如第22圖所示，在p型單晶矽晶圓41一面側的表層形成n型雜質擴散層42，而形成pn接合。
並且，將形成在n型雜質擴散層42的表面之以玻璃為主成分之磷玻璃層，藉由使用氫氟酸(HF)、硝酸(HNO3)、硫酸(H2SO4)之混合酸等蝕刻液之濕式蝕刻處理而除去。接著，以電漿CVD(Chemical Vapor Deposition)法，將作為抗反射膜43之氮化矽膜(SiN膜)形成於n型雜質擴散層42上。
接著，在電極形成步驟中，為了取出光電效應所產生之電流，在n型雜質擴散層42上以網版印刷法形成以銀(Ag)為材料之梳狀之受光面柵極電極及受光面基極電極。又，在p型單晶矽晶圓41的背面41B整體，以網版印刷法形成以鋁(Al)為材料之背面電極。之後，以燒成爐燒成p型單晶矽晶圓41。形成受光面電極44及背面電極45。藉此可製造如第19圖及第20圖所示之本實施形態3之太陽電池單元。
本實施形態3中，在上述太陽電池單元的製造方法中，於形成n型雜質擴散層42之步驟使用實施形態1所示之橫型擴散爐20來製造太陽電池單元，並比較光電轉換效率。將使用實施形態1之橫型擴散爐20所製作之太陽電池單元作為實施例3之太陽電池單元。除了不具備第1遮蔽板14以外，使用具有與橫型擴散爐20相同之構成
之未有遮蔽板之橫型擴散爐所製作之太陽電池單元，作為比較例2之太陽電池單元。並且，測定實施例3及比較例2之太陽電池單元之光電轉換效率。於第23圖顯示實施例3及比較例2之太陽電池單元之光電轉換效率的測定結果。第23圖係表示本發明實施形態3中，實施例3及比較例2之太陽電池單元之光電轉換效率之圖。第23圖所示之光電轉換效率係120片太陽電池單元之光電轉換效率之平均值。
由第23圖可知，相較於使用無遮蔽板之橫型擴散爐所製作之比較例2之太陽電池單元之光電轉換效率，使用具備第1遮蔽板14之實施形態1之橫型擴散爐20所製作之實施例3之太陽電池單元之光電轉換效率係更為提高。藉此可確認：藉由使用具備第1遮蔽板14之橫型擴散爐20可提高太陽電池單元之光電轉換效率。
以上實施形態所示之構成係表示本發明內容之一例，其可與公知技術組合，在不脫離本發明主旨範圍內亦可省略、變更部分構成。
1‧‧‧子晶舟
2‧‧‧矽晶圓
3‧‧‧母晶舟
4‧‧‧車輪
5‧‧‧車輪補強部
6‧‧‧母晶舟補強部
7‧‧‧熱障壁
8‧‧‧石英管
9‧‧‧加熱器
10‧‧‧供給口
11‧‧‧排氣口
12‧‧‧門
13‧‧‧原料氣體
14‧‧‧第1遮蔽板
20‧‧‧橫型擴散爐
Claims (11)
- 一種橫型擴散爐，係具備：橫長形狀之製程管，係配置成水平狀態，在一端側設置有製程氣體的供給口，在另一端側設置有前述製程氣體的排氣口；加熱器，係加熱前述製程管內；第1晶舟，係將被處理基板以立起狀態保持；橫長形狀之第2晶舟，係在下部具有複數個移動用車輪而可移動，載置前述第1晶舟並在前述製程管內被載置為水平狀態；以及第1遮蔽板，係覆蓋前述第2晶舟之前述移動用車輪的上部。
- 如申請專利範圍第1項所述之橫型擴散爐，其中前述被處理基板係面內方向設為與從前述製程氣體的供給口導入前述製程管內之製程氣體之導入方向平行或垂直之方向，而配置於前述製程管內。
- 如申請專利範圍第1項所述之橫型擴散爐，其具備第2遮蔽板，該第2遮蔽板係設置有可流通前述製程氣體之供給孔，並以覆蓋被載置於前述第2晶舟之前述第1晶舟的正下方區域之狀態而配置。
- 如申請專利範圍第3項所述之橫型擴散爐，其中前述供給孔之開口面積的比例為20%以上50%以下。
- 如申請專利範圍第3項所述之橫型擴散爐，其中前述供給孔之開口面積的比例係隨著遠離前述製程氣體的 供給口而變高。
- 如申請專利範圍第2項所述之橫型擴散爐，其具備第2遮蔽板，該第2遮蔽板係設置有可流通前述製程氣體之供給孔，並以覆蓋被載置於前述第2晶舟之前述第1晶舟的正下方區域之狀態而配置。
- 如申請專利範圍第6項所述之橫型擴散爐，其中前述供給孔之開口面積的比例為20%以上50%以下。
- 如申請專利範圍第6項所述之橫型擴散爐，其中前述供給孔之開口面積的比例係隨著遠離前述製程氣體的供給口而變高。
- 如申請專利範圍第1至8項中任一項所述之橫型擴散爐，其中製程氣體係包含三氯氧磷或磷化氫之至少1者。
- 如申請專利範圍第1至8項中任一項所述之橫型擴散爐，其中製程氣體係包含三氯化硼、三溴化硼及二硼烷中之至少1者。
- 一種太陽電池單元的製造方法，係包括雜質擴散層形成步驟，前述雜質擴散層形成步驟係對第1導電型之半導體晶圓擴散第2導電型之雜質而在前述半導體晶圓之表面形成雜質擴散層，藉以在前述半導體晶圓形成pn接合，前述雜質擴散層形成步驟中，係使用如申請專利範圍第1至7項中任一項所述之橫型擴散爐來進行形成前述雜質擴散層之雜質擴散處理。
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