JPS59211221A - イオン注入した半導体の熱処理方法 - Google Patents

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】 本発明はイオン注入した半導体、特に太陽電池用半導体
の熱処理方法に関する。

半導体への不純物゛導入技術としてイオン注入法は広（
行き亘った技術である。またこの技術において不純物の
導入によりイオン注入された半導体基板の表面の結晶が
破壊されて非晶質になってしまうことが最大の問題であ
り、従来この問題の解決に多大の努力が払われてきた。

解決手段としてはイオン注入後破壊された結晶を修復す
るためにアニーリング処理が行われている。

アニーリング処理において通常電気炉が用いられてきた
が、その温度東件は８００〜１０００°Ｃ程度で一般に
基板の融点以下であり、破壊された非晶質部分はアニー
リングに伴うエピタキシャル成長により結晶回復が図ら
れた、しかしながらこの処理では高い精度で打ち込まれ
た不純物イオンもその意図した分布がアニーリングによ
る拡散現象のために変わってしまうという欠点があり、
他−の方法が検削されてきた。これに変わる方法として
最近注目されている方法にレーず−・アニール法がある
。

レーず−・アニール法の待機は注入層の欠陥の存在する
領域だけを選択的に加熱でき、しかも加熱時間が極端に
短いから不純物の拡散現象がほとんど起らず、上記電気
炉によるアニールの欠点を避けることができ、しかも複
雑な接合構造を設計通り精度よく不純物分布を形成でき
る。一方、しかしこの方法は局部加熱による不均一性や
熱歪み等の問題、更にレーず一光線の強度のバラツキに
よる不均一性の問題を解決すべき課題として残されてい
る。しかもレーザー発生には設備コストが高いこと、処
理操作に高い精度が要求されるという難点が存在する。

他方、レーザー・アニールに代りにフラッシュ・ランプ
あるいはキセノンランプを用いるアニール法も知られて
いる。

しかし、これらの方法では光出力が不足しているため、
スポット光にして走査に時間をかげたり。

基板を予備的に加熱しておかなければならないという欠
点を持つ。

本発明は上記欠点を排除し、更に効果的なアニール処理
方法を提供することを目的とするものである。

更に、本発明は少数キャリア寿命を長く保持するだめの
アニール処理方法を提供することを目的とする。

本発明の方法に従えば、第１図を参照すると、イオン注
入した半導体基板５を、基板搬送治具４により窒素ガス
等の不活性ガス雰囲気に保持した容器１に入れ１位置検
出器８により、半導体基板５が予熱用赤外線ランプ２及
び高速高温加熱用赤外線ランプ３の中央になるように位
置決めし１次いで予熱用赤外線ランプ２を点灯して約４
００〜６００℃で１０〜６０分間予熱を行う。次いで赤
外線ランプ３も点灯して半導体を両面から昇温速度５０
°Ｃ／秒以上の高速加熱で約７００〜１０００°Ｃで５
秒〜１分間瞬間高温加熱する。

本発明の予熱及び高速高温加熱用ランプは共に赤外線ラ
ンプを使用し、そのスペクトル分布は第２図に示すとお
りである。

本発明の加熱スケジュールは第６図に示すとおりである
。

第６図に示したように、イオン注入した基板はまず約４
００〜６００℃に加熱し、この温度で約１０〜６０分間
保持する（領域■）。この加熱は予熱工程であシ、この
予熱は後の高速高温加熱処理において、少数キャリアを
よシ活性化しやすくするための熱処理である。次いで昇
温速度５０°Ｃ／秒以上の高速昇温を行ない（領域■）
、７００〜１０００℃で５秒〜１分、好しくけ１０秒〜
６０秒間保持する（領域１１Ｔ　）、次いで冷却速度を
５０℃／秒以上に制御しながら約４００〜６０００Ｃに
なるまで急速冷却する（領域■）。

上記のような加熱スケジュールをとることによシ、いか
なるイオン注入量であっても、イオン注入層の不純物の
電気的活性化がＬＳＩ９理論に極めて近い値で起るとい
う利点が得られる。なお、　Ｌｓｓ理論とは半導体基板
中に不純物をイオン注入した場合、基板中の不純物のプ
ロファイルかがウス分布となることを示すものであシ、
この分布状態を保持する方が特性上野しい。この事実を
第５図および第６図に示す。これらは窒素ガス雰囲気に
おいて約１０秒間高温加熱を行なった例である。

第５図はＰ＋イオン注入層を第６図に示した加熱スケジ
ュールによシ熱処理した時の注入層のシート抵抗の変化
を示している。この図からＰ＋イオンの加速エネルギー
とドーズ量を変化させても、前記の熱処理勾件を適当に
選べば、ＬＳＳ理論に基づく、シート抵抗に近い値以下
になることがわかる。

また、第６歯に示す様にＢ＋イオン注入層においても、
第３図に示した加熱スケジュールにょシ熱処理を行えば
、戸イオンの場合と同様な結果になることが実験的に明
らかになった。この実験事実からも、第３図の加熱スケ
ジュールをとることによシ、いかなるイオン注入量であ
っても、イオン注入層の不純物の電気的活性化がＬＳＳ
理論に極めて近い値で起ることが分かる。

本発明においては、５０°Ｃ／秒以上の昇温速度で７０
０〜１０００°Ｃの範囲内の温度に５秒〜１分間加熱し
、５０°Ｃ／秒の冷却速度で４００〜６００℃に下げる
という極めて短い熱処理を行うため第ｐ図に示すように
少数キャリアの寿命が長期間保存される。

第７図はＰｎ接合法に基づき、８１基板の少数キャリア
の寿命を測定した、実験結果を示す。この図から、本発
明の加熱スケジュールにより熱処理した場合には、イオ
ン注入層の不純物の電気的活性化に必要な熱処理温度７
００〜１０００°Ｃ１においでも少数キャリアの寿命が
保存されていることがわかる。なお、熱処理温度が７０
０°Ｃより低くなるとイオン注入層の不純物の電気的活
性化が難しくなる。

本発明の方法を以下に実施例によシ説明する。

１０ｃｒｒＬ径×４間厚のシリコン基板にボロン又はリ
ンをイオン注入法（注入条件）により注入し、イオン注
入したシリコン基板をＭ８図に示す装置内を通過させ熱
処理を行った。すなわち第６図に示す領域■では５００
　’Ｏで１０分間予備加熱し、１００’Ｃ／秒の加熱速
度で１ｏｏｏ°Ｃまで昇温し、この温度に１０秒間保持
した。次いで１００℃／秒の冷却速度で５００℃まで急
速冷却し、後室温まで放冷により冷却した。Ｊこのよう
にしてアニール処理した半導体基板に通常の方法に従っ
て電極と反射防止膜を施し太陽電池を作成した。得られ
た太陽電池の少数キャリアの寿命は７０μ秒であった。

使用した赤外線ランプはタングステン製のランプで、そ
の波長は１．２μｍにピークを持つものであった。ラン
プの数は上、下沓５個であった。

次に、熱処理装置の他の例を第９図に示す。この装置に
よると、あらかじめ５００℃に保たれている予備室Ａで
１０分間予備加熱し、予備室Ａから加熱室Ｂに基板搬送
治具で移される。加熱室Ｂは半導体基板が所定の位置に
来た時に赤外線ランプは熱処理温度１０００℃になる様
に設定しである。

１０００°Ｃで１０秒保持した後、再び基板搬送治具で
予め５００　’Ｏに温度設定しである冷却室Ｃに移され
る。そして冷却室Ｃで１０分間冷却されたのち基板搬送
治具にて外部に移され室温に冷却されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための熱処理装置の一例
を示す図、第２図は本発明に用いる赤外線ランプのスペ
クトル分布を示す特性図、第６図を示すデータ、第８．
９図は本発明方法を実施するための熱処理装置の他の例
を示す図である。 １・・・・・・・・・不活性雰囲気に保たれる容器２・
・・・・・・・・基板予備加熱用赤外ランプ３・・・・
・・・・・基板の高速高温加熱用赤外ランプ４・・・・
・・・・・基板搬送治具 ５・・・・・・・・・半導体基板 ６・・・・・・・・・不活性ガス送気手段７・・・・・
・・・・温度検出手段 ８・・・・・・・・・位置検出手段 ９・・・・・・・・・ガス流出防止用カーテン１０・・
・・・・・・・窒素ガス流出口１１・・・・・・・・・
遮光用シャッタ１２・・・・・・・・・望素ガス排出口
１３・・・・・・・・・不活性ガス排出口Ａ・・・・・
・・・・予備加熱室 Ｂ・・・・・・・・・加熱室 Ｃ・・・・・・・・・冷却室 牙３図 晴間 第４図 牙５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体基板の主面にイオン注入した不純物層の熱処理を
   赤外線ランプにより直接加熱して行う方法であって。 所定の雰囲気中において４００°Ｃ〜６００°Ｃの加熱
   温度にて１０分〜６０分の間予偏加熱を行う工程と、 上記工程の終了後に急速加熱して７００’０〜１０００
   °Ｃの加熱温度に高め、この温度雰囲気中にて５秒〜１
   分程度の開本加熱を行う工程と。 上記工程の終了後に降温する工程とを含むことを特徴と
   するイオン注入した半導体の熱処理方法。