WO2010101054A1 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device that can suppress a decrease in dopant concentration in a dopant diffusion layer and suppress a decrease in characteristics of the semiconductor device.
- a solar cell forms a pn junction by diffusing an impurity having a conductivity type opposite to that of a silicon substrate, for example, on a light receiving surface of a monocrystalline or polycrystalline silicon substrate.
- Double-sided electrode type solar cells manufactured by forming electrodes on the back surface opposite to the light receiving surface are mainly used.
- a low-concentration n-type dopant source 101 and a high-concentration n-type dopant source are formed on the back surface of the silicon substrate 100 opposite to the surface on which the texture structure 108 is formed.
- 102, the low-concentration p-type dopant source 103 and the high-concentration p-type dopant source 104 are formed by an inkjet coating method or a screen printing method.
- the silicon substrate 100 is heat-treated to diffuse the n-type dopant from the low-concentration n-type dopant source 101 to the back surface of the silicon substrate 100 to a low concentration n.
- the high-concentration n-type dopant diffusion layer 116 is formed, and the high-concentration n-type dopant diffusion layer 105 is formed by diffusing the high-concentration n-type dopant from the high-concentration n-type dopant source 102.
- the p-type dopant is diffused at a low concentration to form a low-concentration p-type dopant diffusion layer 115, and the p-type dopant is diffused at a high concentration from the high-concentration p-type dopant source 104 to form a high-concentration p-type dopant diffusion layer 106. It is supposed to form.
- a low concentration is provided between the high concentration dopant diffusion layers of different conductivity types such as the high concentration n-type dopant diffusion layer 105 and the high concentration p-type dopant diffusion layer 106 on the back surface of the silicon substrate 100.
- Recent studies have shown that high-density back electrode solar cells can be obtained when low-concentration dopant diffusion layers such as n-type dopant diffusion layer 116 and low-concentration p-type dopant diffusion layer 115 are formed. ing.
- the low concentration n-type dopant source 101, the high concentration n-type dopant source 102, the low concentration p-type dopant source 103, and the high concentration p-type dopant source 104 are applied by an inkjet coating method or After the formation by the screen printing method, the silicon substrate 100 is heat-treated.
- Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-78665
- a texture structure 208 is formed on one surface of the silicon substrate 200.
- an oxide layer 209 is formed on the texture structure 208 on the surface of the silicon substrate 200.
- a p-type dopant is contained on the back surface of the silicon substrate 200 having the p-type or n-type conductivity type, which is the surface opposite to the surface on which the texture structure 208 is formed.
- a p-type doping paste 203 and an n-type doping paste 204 containing an n-type dopant are applied at a predetermined interval.
- an oxide layer 202 is formed so as to cover the p-type doping paste 203 and the n-type doping paste 204 on the back surface of the silicon substrate 200.
- the p-type dopant is diffused from the p-type doping paste 203 to the back surface of the silicon substrate 200, and the n-type dopant is diffused from the n-type doping paste 204, thereby FIG. ),
- a p-type dopant diffusion layer 205 and an n-type dopant diffusion layer 206 are formed on the back surface of the silicon substrate 200, respectively.
- the metallized portion 210 is formed on the p-type dopant diffusion layer 205 on the back surface of the silicon substrate 200, and the metallized portion 211 is formed on the n-type dopant diffusion layer 206, whereby the back surface described in Patent Document 2 is obtained.
- An electrode type solar cell is produced.
- the p-type dopant concentration of the p-type dopant diffusion layer 205 and the n-type dopant concentration of the n-type dopant diffusion layer 206 are reduced, and accordingly, the p-type dopant diffusion layer 205 and the metallized portion 210 are reduced.
- Contact resistance and n-type dopant diffusion layer 206 and metallized portion Contact resistance and 10 are characteristic of high becomes the back electrode type solar cell respectively is lowered.
- Patent Document 1 since the low-concentration n-type dopant source 101 and the low-concentration p-type dopant source 103 are in contact with each other, the p-type dopant in the low-concentration p-type dopant source 103 moves to the low-concentration n-type dopant source 101. However, the n-type dopant in the low-concentration n-type dopant source 101 has moved to the low-concentration p-type dopant source 103, thereby deteriorating the characteristics of the back electrode solar cell.
- This problem is not limited to the back electrode type solar cell, but is a problem common to other semiconductor devices.
- an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can suppress a decrease in dopant concentration of a dopant diffusion layer and suppress a decrease in characteristics of the semiconductor device.
- the present invention includes a step of forming a diffusion suppression mask on the surface of a semiconductor substrate, and a dopant diffusing agent containing a first conductivity type or second conductivity type dopant spaced from the diffusion suppression mask on the surface of the semiconductor substrate. It is a manufacturing method of a semiconductor device including the process of applying, and the process of forming a dopant diffusion layer by diffusing a dopant from a dopant diffusing agent to a semiconductor substrate.
- the diffusion suppression mask is formed such that the distance between adjacent diffusion suppression masks is 100 ⁇ m or more.
- the diffusion suppression mask is formed by patterning by printing in the step of forming the diffusion suppression mask.
- the dopant diffusing agent in the step of applying the dopant diffusing agent, it is preferable that the dopant diffusing agent is applied by being patterned by printing.
- the present invention it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of suppressing a decrease in dopant concentration of the dopant diffusion layer and suppressing a decrease in characteristics of the semiconductor device.
- (A)-(j) is typical sectional drawing illustrating the manufacturing method of the solar cell of Embodiment 1 of this invention. It is a typical top view of an example of the back of a back electrode type solar cell produced by the manufacturing method of the solar cell of the present invention. It is a typical top view of other examples of the back of a back electrode type solar cell produced by the manufacturing method of the solar cell of the present invention. It is a typical top view of another example of the back surface of the back electrode type solar cell produced by the manufacturing method of the solar cell of this invention.
- (A)-(h) is typical sectional drawing illustrating the manufacturing method of the solar cell of Embodiment 2 of this invention.
- FIG. (A)-(f) is typical sectional drawing illustrating the manufacturing method of the solar cell of Embodiment 3 of this invention.
- (A) And (b) is typical sectional drawing illustrating the manufacturing method of the back surface electrode type solar cell of the conventional patent document 1.
- FIG. (A)-(e) is typical sectional drawing illustrating the manufacturing method of the back surface electrode type solar cell of the conventional patent document 2.
- a semiconductor substrate 1 is prepared on which a texture structure 8 made of, for example, pyramidal irregularities is formed.
- the semiconductor substrate 1 is not particularly limited as long as it is a substrate made of a semiconductor.
- a silicon substrate obtained by slicing from a silicon ingot can be used.
- the semiconductor substrate 1 may have an n-type conductivity type or a p-type conductivity type.
- a silicon substrate from which slice damage caused by slicing a silicon ingot is removed may be used.
- the removal of the slice damage can be performed, for example, by etching the surface of the silicon substrate after slicing with a mixed acid of hydrogen fluoride aqueous solution and nitric acid or an alkaline aqueous solution such as sodium hydroxide.
- the size and shape of the semiconductor substrate 1 are not particularly limited.
- the semiconductor substrate 1 may have a rectangular surface with a thickness of 100 ⁇ m to 300 ⁇ m and a side length of 100 mm to 200 mm. .
- the texture structure 8 can be formed by etching the surface of the semiconductor substrate 1, for example.
- the surface of the semiconductor substrate 1 is etched using, for example, a solution obtained by adding isopropyl alcohol to an alkaline aqueous solution such as sodium hydroxide or potassium hydroxide, for example, 70 ° C. or higher and 80 ° C. or lower.
- the etching can be performed by etching the surface of the semiconductor substrate 1 using an etching solution heated to a high temperature.
- the texture structure 8 may not be formed, the texture structure 8 is preferably formed in order to increase the amount of sunlight incident on the semiconductor substrate 1.
- the texture structure 8 is preferably formed only on the light receiving surface side of the solar cell.
- the opening is formed at a predetermined position on the back surface, which is the surface opposite to the surface on which the texture structure 8 of the semiconductor substrate 1 is formed.
- 1st diffusion suppression mask 2 is formed, and the first conductivity containing a first conductivity type dopant at a predetermined interval so as not to contact the first diffusion suppression mask 2 at a position corresponding to the opening.
- a type dopant diffusing agent 3 is applied.
- the first diffusion suppression mask 2 can be formed, for example, in a band shape extending from the front side to the back side in FIG. 1B, and the first conductivity type dopant diffusing agent 3 is formed, for example, in FIG. ) In a strip shape extending from the front side to the back side.
- the first diffusion suppression mask 2 for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a titanium oxide film, or an aluminum oxide film in which a single layer or a plurality of layers are stacked can be used.
- the first diffusion suppression mask 2 is formed at a portion corresponding to the opening after the film made of the above material is formed on the entire back surface of the semiconductor substrate 1 by the CVD (Chemical Vapor Deposition) method, for example. It can be formed by removing a part of the film. The removal of a part of the film is performed, for example, by forming a resist pattern having an opening in a part corresponding to the removed part of the film on the surface of the film after using a photolithography technique.
- the film can be formed by a method of removing the film by etching or the like, or a method of etching and removing the film by applying an etching paste to a part corresponding to the removed part of the film and then heating. .
- etching paste for example, a material containing hydrogen fluoride, ammonium or phosphoric acid as an etching component and water, an organic solvent and a thickener as components other than the etching component can be used.
- the first diffusion suppression mask 2 is patterned on the back surface of the semiconductor substrate 1 by, for example, printing and patterning a masking paste having an opening in a portion corresponding to the above-described opening forming portion,
- the masking paste can also be formed by a heat treatment method.
- a printing method of the masking paste for example, spray coating, coating using a dispenser, inkjet coating, screen printing, letterpress printing, intaglio printing, planographic printing, or the like can be used.
- the thing containing an organic solvent, water, a thickener, and a silane compound etc. can be used, for example.
- the thing which does not contain a thickener can also be used.
- the organic solvent for example, ethylene glycol, methyl cellosolve, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve, diethyl cellosolve, cellosolve acetate, ethylene glycol monophenyl ether, methoxyethanol, ethylene glycol monoacetate, ethylene glycol diacetate, diethylene glycol, Diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol acetate, triethyl glycol, Ethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, tetraethylene glycol, liquid polyethylene glycol, propylene glycol, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoe
- thickener examples include castor oil, bentonite, nitrocellulose, ethyl cellulose, polyvinyl pyrrolidone, starch, gelatin, alginic acid, amorphous silicic acid, polyvinyl butyral, sodium carboxymethyl cellulose, polyamide resin, organic castor oil derivative, Diamide wax, swollen polyacrylate, polyether urea-polyurethane, polyether-polyol and the like can be used alone or in combination of two or more.
- silane compound for example, a silane compound represented by the following general formula (1) can be used.
- R 1 n Si (OR 2 ) 4-n R 1 n Si (OR 2 ) 4-n (1)
- R 1 represents a methyl group, an ethyl group or a phenyl group.
- R 2 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, or a butyl group.
- n represents an integer of 0 to 4.
- silane compound represented by the general formula (1) for example, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane, salts thereof (tetraethylorthosilicate, etc.) and the like alone or in combination The above can be used in combination.
- the interval W1 between the adjacent first diffusion suppression masks 2 is preferably 100 ⁇ m or more, and more preferably 200 ⁇ m or more.
- the interval W1 between the adjacent first diffusion suppression masks 2 is 100 ⁇ m or more, particularly when it is 200 ⁇ m or more, the application of the first conductivity type dopant diffusing agent 3 is facilitated, so that the solar cell is stable. There is a tendency for mass production.
- the thickness of the first diffusion suppression mask 2 is preferably 50 nm or more, and more preferably 400 nm or more.
- the first conductivity type dopant is diffused by the out-diffusion of the first conductivity type dopant from the first conductivity type dopant diffusing agent 3. It tends to be able to more effectively suppress diffusion to the semiconductor substrate 1.
- the 1st conductivity type dopant diffusing agent 3 what contains a 1st conductivity type dopant source can be used, and when a 1st conductivity type is n type as a 1st conductivity type dopant source, a compound containing a phosphorus atom such as phosphate, phosphorus oxide, diphosphorus pentoxide, phosphoric acid or an organic phosphorus compound can be used alone or in combination of two or more, and the first conductivity type is p-type.
- boron oxide, boric acid, organoboron compound, boron-aluminum compound, organoaluminum compound or a compound containing boron atom and / or aluminum atom such as aluminum salt alone or in combination of two or more Can be used.
- a component other than the first conductivity type dopant source of the first conductivity type dopant diffusing agent 3 for example, a component containing a solvent, a silane compound, and a thickener can be used.
- the solvent examples include water, methanol, ethanol, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, 1,2-propanediol, 1,4-butanediol, 1,3- Butanediol, dioxane, trioxane, tetrahydrofuran, tetrahydropyranmethylal, diethyl acetal, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diethyl ketone, acetonyl acetone, diacetone alcohol, methyl formate, ethyl formate, propyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, anhydrous Acetic acid, N-methylpyrrolidone and the like can be used alone or in combination of two or more.
- silane compound for example, the silane compound represented by the general formula (1) can be used alone or in combination of two or more.
- the same thickener used for the above-described masking paste can be used.
- the application of the first conductivity type dopant diffusing agent 3 is preferably performed so as to be printed and patterned in a predetermined shape.
- a printing method of the first conductivity type dopant diffusing agent 3 for example, spraying Coating, coating using a dispenser, inkjet coating, screen printing, letterpress printing, intaglio printing, planographic printing, and the like can be used.
- the semiconductor substrate 1 coated with the first conductivity type dopant diffusing agent 3 is subjected to a heat treatment, whereby the first conductivity type is transferred from the first conductivity type dopant diffusing agent 3 to the semiconductor substrate 1.
- the high-concentration first conductive type dopant diffusion layer 5 is formed by diffusing the type dopant by solid phase diffusion, and the first conductive type dopant is diffused from the first conductive type dopant diffusing agent 3 to the semiconductor substrate 1 by out diffusion.
- a low concentration first conductivity type dopant diffusion layer 16 is formed.
- the conditions for the heat treatment of the semiconductor substrate 1 are not particularly limited. From the viewpoint of stably forming the high-concentration first conductivity type dopant diffusion layer 5 and the low-concentration first conductivity type dopant diffusion layer 16, the semiconductor It is preferable to heat the substrate 1 at a temperature of 800 ° C. to 1000 ° C. for 30 minutes to 60 minutes in a nitrogen atmosphere.
- the diffusion of the first conductivity type dopant from the first conductivity type dopant diffusing agent 3 by solid phase diffusion is performed by the first conductivity type dopant diffusing directly from the first conductivity type dopant diffusing agent 3 into the semiconductor substrate 1. It is.
- the diffusion of the first conductivity type dopant from the first conductivity type dopant diffusing agent 3 by the out diffusion causes the first conductivity type dopant to diffuse from the first conductivity type dopant diffusing agent 3 into the gas phase once surrounding the semiconductor substrate 1. Thereafter, the first conductivity type dopant diffused in the gas phase is diffused into the semiconductor substrate 1.
- the first diffusion suppressing mask 2 and the first conductivity type dopant diffusing agent 3 on the back surface of the semiconductor substrate 1 are removed. Thereby, the respective surfaces of the high-concentration first conductivity type dopant diffusion layer 5 and the low-concentration first conductivity type dopant diffusion layer 16 are exposed on the back surface of the semiconductor substrate 1.
- the first diffusion suppression mask 2 and the first conductivity type dopant diffusing agent 3 are removed by removing the first diffusion suppression mask 2 and the first conductivity type dopant diffusing agent 3 from the back surface of the semiconductor substrate 1.
- the method is not particularly limited as long as it is a method that can be used.
- a second opening is formed so that a predetermined opening is formed on the back surface, which is the surface opposite to the surface on which the texture structure 8 of the semiconductor substrate 1 is formed.
- the diffusing agent 4 is applied.
- the second diffusion suppression mask 21 can be formed, for example, in a strip shape extending from the front side to the back side in FIG. 1E, and the second conductivity type dopant diffusing agent 4 is formed, for example, in FIG. ) In a strip shape extending from the front side to the back side.
- the second diffusion suppression mask 21 for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a titanium oxide film, or an aluminum oxide film in which a single layer or a plurality of layers are stacked can be used.
- the second diffusion suppression mask 21 is formed, for example, by forming a film made of the above material on the entire back surface of the semiconductor substrate 1 by CVD or the like, and then forming a part of the film corresponding to the opening. It can be formed by removing.
- the removal of a part of the film is performed, for example, by forming a resist pattern having an opening in a part corresponding to the removed part of the film on the surface of the film after using a photolithography technique.
- the film can be formed by a method of removing the film by etching or the like, or a method of etching and removing the film by applying an etching paste to a part corresponding to the removed part of the film and then heating. .
- the second diffusion suppression mask 21 is patterned on the back surface of the semiconductor substrate 1 by, for example, printing and patterning a masking paste having an opening in a portion corresponding to the above-described opening formation portion.
- the masking paste can also be formed by a heat treatment method.
- the interval W2 between the adjacent second diffusion suppression masks 21 is preferably 400 ⁇ m or more, and more preferably 600 ⁇ m or more.
- the interval W2 between the second diffusion suppression masks 21 is 400 ⁇ m or more, particularly when it is 600 ⁇ m or more, the application of the second conductivity type dopant diffusing agent 4 is facilitated, so that stable mass production of solar cells can be achieved. It tends to be possible.
- the thickness of the second diffusion suppression mask 21 is preferably 50 nm or more, and more preferably 400 nm or more.
- the second conductivity type dopant is diffused by the out-diffusion of the second conductivity type dopant from the second conductivity type dopant diffusing agent 4. It tends to be able to more effectively suppress diffusion to the semiconductor substrate 1.
- the second conductivity type dopant diffusing agent 4 one containing a second conductivity type dopant source can be used, and as the second conductivity type dopant source, when the second conductivity type is n-type,
- a compound containing a phosphorus atom such as phosphate, phosphorus oxide, diphosphorus pentoxide, phosphoric acid or an organic phosphorus compound can be used alone or in combination of two or more, and the second conductivity type is p-type.
- boron oxide, boric acid, organoboron compound, boron-aluminum compound, organoaluminum compound or a compound containing boron atom and / or aluminum atom such as aluminum salt alone or in combination of two or more Can be used.
- a component other than the second conductivity type dopant source of the second conductivity type dopant diffusing agent 4 for example, a component containing a solvent, a silane compound, and a thickener can be used.
- the solvent examples include water, methanol, ethanol, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, 1,2-propanediol, 1,4-butanediol, 1,3- Butanediol, dioxane, trioxane, tetrahydrofuran, tetrahydropyranmethylal, diethyl acetal, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diethyl ketone, acetonyl acetone, diacetone alcohol, methyl formate, ethyl formate, propyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, anhydrous Acetic acid, N-methylpyrrolidone and the like can be used alone or in combination of two or more.
- silane compound for example, the silane compound represented by the general formula (1) can be used alone or in combination of two or more.
- the same thickener used for the above-described masking paste can be used.
- the application of the second conductivity type dopant diffusing agent 4 is preferably performed so as to be printed in a predetermined shape and patterned.
- a printing method of the second conductivity type dopant diffusing agent 4 for example, spray Coating, coating using a dispenser, inkjet coating, screen printing, letterpress printing, intaglio printing, planographic printing, and the like can be used.
- the semiconductor substrate 1 coated with the second conductivity type dopant diffusing agent 4 is heat-treated.
- the heat treatment is preferably performed by heating the semiconductor substrate 1 at a temperature of 400 ° C. to 800 ° C. for about 30 minutes in an oxygen or nitrogen atmosphere.
- the semiconductor substrate 1 coated with the second conductivity type dopant diffusing agent 4 is heat-treated, so that the second conductivity type is transferred from the second conductivity type dopant diffusing agent 4 to the semiconductor substrate 1.
- a high-concentration second conductivity type dopant diffusion layer 6 is formed by diffusing the type dopant by solid phase diffusion, and the second conductivity type dopant is diffused from the second conductivity type dopant diffusing agent 4 to the semiconductor substrate 1 by out diffusion.
- a low concentration second conductivity type dopant diffusion layer 17 is formed.
- the conditions for the heat treatment of the semiconductor substrate 1 are not particularly limited. From the viewpoint of stably forming the high concentration second conductivity type dopant diffusion layer 6 and the low concentration second conductivity type dopant diffusion layer 17, the semiconductor It is preferable to heat the substrate 1 at a temperature of 800 ° C. to 1000 ° C. for 30 minutes to 60 minutes in a nitrogen atmosphere.
- the diffusion of the second conductivity type dopant from the second conductivity type dopant diffusing agent 4 by solid phase diffusion is performed by the diffusion of the second conductivity type dopant from the second conductivity type dopant diffusing agent 4 directly into the semiconductor substrate 1. It is.
- the diffusion of the second conductivity type dopant from the second conductivity type dopant diffusing agent 4 by the out diffusion causes the second conductivity type dopant to diffuse once from the second conductivity type dopant diffusing agent 4 into the gas phase surrounding the semiconductor substrate 1. Thereafter, the first conductivity type dopant diffused in the gas phase is diffused into the semiconductor substrate 1.
- the second diffusion suppression mask 21 and the second conductivity type dopant diffusing agent 4 on the back surface of the semiconductor substrate 1 are removed.
- the high concentration first conductivity type dopant diffusion layer 5, the low concentration first conductivity type dopant diffusion layer 16, the high concentration second conductivity type dopant diffusion layer 6, and the low concentration second conductivity type dopant are formed on the back surface of the semiconductor substrate 1.
- Each surface of the diffusion layer 17 is exposed.
- the method for removing the second diffusion suppression mask 21 and the second conductivity type dopant diffusing agent 4 is to remove the second diffusion suppression mask 21 and the second conductivity type dopant diffusing agent 4 from the back surface of the semiconductor substrate 1.
- the method is not particularly limited as long as it is a method that can be used.
- the high concentration first conductivity type dopant diffusion layer 5 the low concentration first conductivity type dopant diffusion layer 16 the high concentration second conductivity type dopant diffusion layer 6 of the semiconductor substrate 1 and A passivation film 7 is formed on the back surface where each surface of the low-concentration second-conductivity-type dopant diffusion layer 17 is exposed, and an antireflection film 9 is formed on the surface where the texture structure 8 of the semiconductor substrate 1 is formed.
- the passivation film 7 for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a stacked body of a silicon oxide film and a silicon nitride film can be used. Further, the passivation film 7 can be formed by, for example, a plasma CVD method.
- the antireflection film 9 for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a laminate of a silicon oxide film and a silicon nitride film can be used.
- the antireflection film 9 can be formed by, for example, a plasma CVD method.
- a part of the passivation film 7 of the semiconductor substrate 1 is removed to form a contact hole 12 and a contact hole 13, and a high concentration first conductivity type is formed from the contact hole 12.
- the surface of the dopant diffusion layer 5 is exposed, and the surface of the high-concentration second conductivity type dopant diffusion layer 6 is exposed from the contact hole 13.
- a resist pattern having an opening at a portion corresponding to each formation position of the contact hole 12 and the contact hole 13 is formed on the passivation film 7 by using a photolithography technique.
- the film 7 can be formed by etching or the like.
- the first conductivity type electrode 10 electrically connected to the high concentration first conductivity type dopant diffusion layer 5 through the contact hole 12 is formed, and through the contact hole 13.
- a second conductivity type electrode 11 electrically connected to the high concentration second conductivity type dopant diffusion layer 6 is formed.
- first conductivity type electrode 10 and the second conductivity type electrode 11 for example, electrodes made of metal such as silver can be used.
- a back electrode type solar cell can be produced by the method for manufacturing a solar cell in the present embodiment.
- FIG. 2 shows a schematic plan view of an example of the back surface of a back electrode type solar cell manufactured by the method for manufacturing a solar cell of the present invention.
- a plurality of strip-shaped first conductivity type electrodes 10 and a plurality of strip-shaped second conductivity type electrodes 11 are alternately arranged one by one. All the first conductivity type electrodes 10 are arranged at intervals, and all the first conductivity type electrodes 10 are electrically connected to one strip-shaped first conductivity type current collecting electrode 10a. 11 is electrically connected to one strip-shaped second-conductivity-type collecting electrode 11a.
- a high-concentration first conductivity type dopant diffusion layer 5 is disposed below each of the plurality of strip-shaped first conductivity type electrodes 10 to form a plurality of strip-shaped second conductivity types.
- the high-concentration second conductivity type dopant diffusion layer 6 is disposed below each of the electrodes 11, but the high-concentration first conductivity type dopant diffusion layer 5 and the high-concentration second conductivity type dopant diffusion layer 6 are arranged.
- the shape and size are not particularly limited.
- the high-concentration first conductivity type dopant diffusion layer 5 and the high-concentration second conductivity type dopant diffusion layer 6 are formed in a strip shape along each of the first conductivity type electrode 10 and the second conductivity type electrode 11.
- the first conductive type electrode 10 and the second conductive type electrode 11 may be formed in a dot shape in contact with each part.
- FIG. 3 shows a schematic plan view of another example of the back surface of the back electrode type solar cell produced by the method for manufacturing a solar cell of the present invention.
- the first conductivity type electrode 10 and the second conductivity type electrode 11 are each formed in a strip shape extending in the same direction (extending in the vertical direction in FIG. 3), and the semiconductor substrate One of them is alternately arranged in the direction perpendicular to the extension direction on the back surface of one.
- FIG. 4 shows a schematic plan view of still another example of the back surface of the back electrode type solar cell manufactured by the method for manufacturing a solar cell of the present invention.
- the first conductivity type electrode 10 and the second conductivity type electrode 11 are each formed in a dot shape, and the row of the first conductivity type electrodes 10 in a dotted shape (FIG. 4).
- the second conductive type electrodes 11 are alternately arranged one by one on the back surface of the semiconductor substrate 1. Yes.
- one high-concentration first conductivity type dopant diffusion layer 5 and one high-concentration second conductivity type dopant diffusion layer 6 are provided on the semiconductor substrate 1.
- a plurality of high-concentration first conductivity type dopant diffusion layers 5 and a plurality of high-concentration second conductivity type dopant diffusion layers 6 may be formed. Needless to say.
- the first conductivity type may be either n-type or p-type
- the second conductivity type may be a conductivity type opposite to the first conductivity type. That is, when the first conductivity type is n-type, the second conductivity type is p-type, and when the first conductivity type is p-type, the second conductivity type is n-type.
- the first conductivity type dopant When the first conductivity type is p-type, a p-type dopant such as boron or aluminum can be used as the first conductivity type dopant, and when the first conductivity type is n-type.
- a p-type dopant such as boron or aluminum
- an n-type dopant such as phosphorus can be used.
- the second conductivity type is n-type
- an n-type dopant such as phosphorus
- the second conductivity type is p-type
- a p-type dopant such as boron or aluminum can be used.
- the dopant diffusing agent is applied on the semiconductor substrate with a gap from the diffusion suppressing mask, absorption of the dopant in the dopant diffusing agent into the diffusion suppressing mask is performed. Can be suppressed.
- the amount of dopant in the dopant diffusing agent can be suppressed by absorption of the diffusion suppression mask, a decrease in the dopant concentration of the dopant diffusion layer can be suppressed. A decrease in battery characteristics can be suppressed.
- the diffusion suppression mask placed on the semiconductor substrate can suppress diffusion of the dopant in the dopant diffusing agent into the semiconductor substrate due to out-diffusion
- the first conductivity type dopant diffusing agent 3 is provided in the opening between the diffusion suppression masks 2 provided on the back surface of the semiconductor substrate 1, and another type of material provided on the back surface of the semiconductor substrate 1.
- the semiconductor substrate 1 is heat-treated after both of the second conductivity type dopant diffusing agents 4 are applied to the openings between the diffusion suppression masks 2, whereby the high concentration first conductivity type dopant diffusion layer 5 and the low concentration first conductivity are applied. It is characterized in that the type dopant diffusion layer 16, the high concentration second conductivity type dopant diffusion layer 6 and the low concentration second conductivity type dopant diffusion layer 17 are formed simultaneously. Others are the same as in the first embodiment.
- 5A to 5H for convenience of explanation, one high-concentration first conductivity type dopant diffusion layer 5 and one high-concentration second conductivity type dopant diffusion layer 6 are provided on the semiconductor substrate 1.
- a plurality of high concentration first conductivity type dopant diffusion layers 5 and a plurality of high concentration second conductivity type dopant diffusion layers 6 may be formed. Needless to say.
- a semiconductor substrate 1 is prepared on which a texture structure 8 made of, for example, pyramidal irregularities is formed.
- the opening is formed at a predetermined position on the back surface, which is the surface opposite to the surface on which the texture structure 8 of the semiconductor substrate 1 is formed.
- 1 diffusion suppression mask 2 is formed.
- the 1st diffusion suppression mask 2 can be formed in the strip
- the semiconductor substrate 1 on which the first diffusion suppression mask 2 is formed is subjected to heat treatment.
- the heat treatment is preferably performed by heating the semiconductor substrate 1 at a temperature of 400 ° C. to 800 ° C. for about 30 minutes in an oxygen or nitrogen atmosphere.
- the interval between adjacent first diffusion suppression masks 2 is the same as that in the first embodiment.
- the first conductivity type is spaced apart from the back surface portion of the semiconductor substrate 1 corresponding to the opening so as not to contact the first diffusion suppression mask 2.
- the 1st conductivity type dopant diffusing agent 3 containing a dopant and the 2nd conductivity type dopant diffusing agent 4 containing a 2nd conductivity type dopant are apply
- the 1st conductivity type dopant diffusing agent 3 and the 2nd conductivity type dopant diffusing agent 4 can each be apply
- the semiconductor substrate 1 coated with the first conductivity type dopant diffusing agent 3 and the second conductivity type dopant diffusing agent 4 is heat-treated.
- the first conductivity type dopant is diffused from the first conductivity type dopant diffusing agent 3 into the semiconductor substrate 1 by solid phase diffusion, and thus the high concentration first conductivity type.
- the dopant diffusion layer 5 is formed, and the first conductivity type dopant is diffused from the first conductivity type dopant diffusing agent 3 to the semiconductor substrate 1 by out diffusion to form the low concentration first conductivity type dopant diffusion layer 16.
- the second conductive dopant is diffused from the second conductive dopant diffusing agent 4 to the semiconductor substrate 1 by solid phase diffusion to form a high-concentration second conductive dopant diffusion layer 6 and the second conductive dopant diffusion.
- the second conductivity type dopant is diffused from the agent 4 into the semiconductor substrate 1 by outdiffusion to form the low concentration second conductivity type dopant diffusion layer 17.
- the conditions for the heat treatment of the semiconductor substrate 1 are not particularly limited, but the high concentration first conductivity type dopant diffusion layer 5, the low concentration first conductivity type dopant diffusion layer 16, and the high concentration second conductivity type dopant diffusion layer 6. From the viewpoint of stably forming the low-concentration second conductivity type dopant diffusion layer 17, it is preferable to heat the semiconductor substrate 1 at a temperature of 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower in a nitrogen atmosphere.
- the first diffusion suppression mask 2, the first conductivity type dopant diffusing agent 3 and the second conductivity type dopant diffusing agent 4 on the back surface of the semiconductor substrate 1 are removed.
- the high concentration first conductivity type dopant diffusion layer 5, the low concentration first conductivity type dopant diffusion layer 16, the high concentration second conductivity type dopant diffusion layer 6, and the low concentration second conductivity type dopant are formed on the back surface of the semiconductor substrate 1.
- Each surface of the diffusion layer 17 is exposed.
- the high concentration first conductivity type dopant diffusion layer 5 the low concentration first conductivity type dopant diffusion layer 16, the high concentration second conductivity type dopant diffusion layer 6 of the semiconductor substrate 1 and A passivation film 7 is formed on the back surface where each surface of the low-concentration second-conductivity-type dopant diffusion layer 17 is exposed, and an antireflection film 9 is formed on the surface where the texture structure 8 of the semiconductor substrate 1 is formed.
- a part of the passivation film 7 of the semiconductor substrate 1 is removed to form a contact hole 12 and a contact hole 13, and the high-concentration first conductivity type is formed from the contact hole 12.
- the surface of the dopant diffusion layer 5 is exposed, and the surface of the high-concentration second conductivity type dopant diffusion layer 6 is exposed from the contact hole 13.
- the first conductivity type electrode 10 electrically connected to the high-concentration first conductivity type dopant diffusion layer 5 through the contact hole 12 is formed, and through the contact hole 13.
- a second conductivity type electrode 11 electrically connected to the high concentration second conductivity type dopant diffusion layer 6 is formed.
- a back electrode type solar cell can be produced by the method for manufacturing a solar cell in the present embodiment.
- the semiconductor substrate 1 is heat-treated after applying both the first conductivity type dopant diffusing agent 3 and the second conductivity type dopant diffusing agent 4 on the semiconductor substrate 1 as in the method of manufacturing a solar cell in the present embodiment.
- the present embodiment is characterized in that a double-sided electrode type solar cell provided with electrodes on the light receiving surface and the back side of a semiconductor substrate, not a back electrode type solar cell, is produced.
- a second-conductivity-type semiconductor substrate 1 on which a texture structure (not shown) made of, for example, pyramidal irregularities is formed is prepared.
- a first conductivity type dopant diffusing agent 3a containing a first conductivity type dopant is applied to the light receiving surface which is the surface of the semiconductor substrate 1 on which the texture structure is formed.
- the first conductivity type dopant is diffused from the first conductivity type dopant diffusing agent 3a to the surface of the semiconductor substrate 1 to form the low concentration first conductivity type dopant diffusion layer 16.
- the conditions for the heat treatment of the semiconductor substrate 1 are not particularly limited. From the viewpoint of forming the low-concentration first conductivity type dopant diffusion layer 16, the semiconductor substrate 1 is 10 at a temperature of 600 ° C. to 900 ° C. in a nitrogen atmosphere. It is preferable to heat for 60 minutes or more. Thereafter, the first conductivity type dopant diffusing agent 3 a is removed from the surface of the semiconductor substrate 1. Further, the formation of the low-concentration first conductivity type dopant diffusion layer 16 may be performed by vapor phase diffusion.
- the first diffusion suppression mask 2 is formed so that an opening is formed at a predetermined position on the light receiving surface which is the surface of the semiconductor substrate 1 on which the texture structure is formed.
- the 1st diffusion suppression mask 2 can be formed in the strip
- the first diffusion suppression mask 2 can be formed by the same method as in the first embodiment or the second embodiment.
- the first conductivity type dopant diffusing agent 3b containing the first conductivity type dopant on the light receiving surface which is the surface on the side where the texture structure of the semiconductor substrate 1 is formed (first The first conductivity type dopant is added to the surface of the semiconductor substrate 1 from the first conductivity type dopant diffusing agent 3b by applying a heat treatment.
- a high concentration first conductivity type dopant diffusion layer 5 is formed by diffusing.
- the conditions for the heat treatment of the semiconductor substrate 1 are not particularly limited, but from the viewpoint of forming the high-concentration first conductivity type dopant diffusion layer 5, the semiconductor substrate 1 is 30 at a temperature of 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower in a nitrogen atmosphere. It is preferable to heat for 60 minutes or more.
- the first diffusion suppression mask 2 and the first conductivity type dopant diffusing agent 3 b are removed from the surface of the semiconductor substrate 1, and the high concentration first conductivity is formed on the surface of the semiconductor substrate 1.
- the type dopant diffusion layer 5 and the low-concentration first conductivity type dopant diffusion layer 16 are exposed.
- an antireflection film 8 is formed on the surface that becomes the light receiving surface of the semiconductor substrate 1, and the first made of silver, for example, in contact with the high-concentration first conductivity type dopant diffusion layer 5.
- Conductive electrode 10 is formed.
- a passivation film 7 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 1, and a second conductivity type electrode 11 made of, for example, aluminum and silver is formed so as to be in contact with the back surface of the semiconductor substrate 1.
- a double-sided electrode type solar cell provided with electrodes on the light-receiving surface and the back surface of the semiconductor substrate can be manufactured by the method for manufacturing a solar cell in the present embodiment.
- the concept of the solar cell of the present invention includes only the back electrode type solar cell having a configuration in which both the first conductivity type electrode and the second conductivity type electrode are formed only on one surface (back surface) of the semiconductor substrate.
- a so-called back contact solar cell on the side opposite to the light receiving surface of the solar cell
- MWT Metal Wrap Through
- Solar cells having a structure in which current is taken out from the back surface
- double-sided electrode type solar cells manufactured by forming electrodes on the light receiving surface and the back surface of the semiconductor substrate are included.
- an n-type silicon substrate was prepared by removing a slice damage layer of an n-type silicon wafer having a thickness of about 200 ⁇ m with a sodium hydroxide solution.
- the light-receiving surface of the n-type silicon substrate was etched with an alkaline solution and subjected to alkali treatment.
- the back surface of the n-type silicon substrate is exposed in a band shape.
- a masking paste film was formed by patterning in stripes. The interval between adjacent masking paste films was 200 ⁇ m.
- the n-type silicon substrate was heat-treated in order to densify the masking paste film.
- the thickness of the densified masking paste film was 400 nm.
- an n-type dopant diffusing agent obtained by mixing a predetermined phosphorus compound, a predetermined silane compound, an organic solvent and water is applied to the n-type silicon substrate by an ink-jet coating method so as not to contact the densified masking paste film.
- the exposed surface was printed in a strip and patterned.
- heat treatment was performed by heating the n-type silicon substrate coated with the n-type dopant diffusing agent at 900 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere.
- a high-concentration n-type dopant diffusion layer is formed on the exposed surface portion of the n-type silicon substrate corresponding to the application region of the n-type dopant diffusion agent of the n-type silicon substrate, and the high-concentration n-type dopant diffusion layer is formed.
- a low-concentration n-type dopant diffusion layer having an n-type dopant concentration lower than that of the high-concentration n-type dopant diffusion layer was formed in the exposed surface region of the surrounding n-type silicon substrate. Thereafter, all of the n-type dopant diffusing agent and the densified masking paste film were removed from the n-type silicon substrate with hydrofluoric acid.
- the back surface of the n-type silicon substrate is exposed in a band shape.
- a masking paste film was formed by patterning in stripes. The spacing between the masking paste films was 600 ⁇ m.
- the n-type silicon substrate was heat-treated in order to densify the masking paste film.
- the thickness of the densified masking paste film was 400 nm.
- a p-type dopant diffusing agent formed by mixing a predetermined boron compound, a predetermined silane compound, an organic solvent, and water is striped on the exposed surface of the n-type silicon substrate by an ink-jet coating method so as not to contact the masking paste film.
- heat treatment was performed by heating the n-type silicon substrate coated with the p-type dopant diffusing agent at 900 ° C. for 60 minutes in a nitrogen atmosphere.
- a high-concentration p-type dopant diffusion layer is formed on the exposed surface portion of the n-type silicon substrate corresponding to the application region of the p-type dopant diffusing agent of the n-type silicon substrate.
- a low-concentration p-type dopant diffusion layer having a p-type dopant concentration lower than that of the high-concentration p-type dopant diffusion layer was formed in the exposed surface region of the surrounding n-type silicon substrate.
- the p-type dopant diffusing agent and the densified masking paste film were all removed from the n-type silicon substrate with hydrofluoric acid.
- a silicon nitride film was formed on the back surface of the n-type silicon substrate by a plasma CVD method, and a silicon nitride film was formed on the light-receiving surface of the n-type silicon substrate.
- the back electrode type solar cell of the example was produced.
- Table 1 the values of the short-circuit current density (J sc ), the open circuit voltage (V oc ), the fill factor (FF), and the conversion efficiency (E ff ) of the back electrode type solar cell of the example are shown.
- the back electrode type solar cell of the example has a short circuit current density (J sc ), an open circuit voltage (V oc ), and a fill factor ( F.V. ) compared with the back electrode type solar cell of the comparative example.
- F. and conversion efficiency (E ff ) were excellent.
- the dopant diffusing agent is applied with a gap from the silicon oxide film as the diffusion suppression mask on the back surface of the n-type silicon substrate. This is probably because the migration of the dopant to the diffusion suppression mask could be suppressed.
- the p-type dopant diffusion layer and the n-type dopant diffusion layer in the semiconductor substrate are not in contact with each other by the silicon oxide film as the diffusion suppression mask on the back surface of the n-type silicon substrate. Furthermore, it is considered that the p-type dopant diffusion layer and the n-type dopant diffusion layer could be formed.
- the present invention it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of suppressing a decrease in dopant concentration of the dopant diffusion layer and suppressing a decrease in characteristics of the semiconductor device.
- the semiconductor device manufacturing method of the present invention can be suitably used as a solar cell manufacturing method.
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Abstract
半導体基板(1)の表面に拡散抑制マスク(2,21)を形成する工程と、半導体基板(1)の表面上に拡散抑制マスク(2,21)と間隔を空けて第1導電型または第2導電型のドーパントを含有するドーパント拡散剤(3,4)を塗布する工程と、ドーパント拡散剤(3,4)から半導体基板(1)にドーパントを拡散させることによってドーパント拡散層(3,4)を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法である。
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、ドーパント拡散層のドーパント濃度の低下を抑制して半導体装置の特性の低下を抑制することができる半導体装置の製造方法に関する。
近年、エネルギ資源の枯渇の問題や大気中のCO2の増加のような地球環境問題などからクリーンなエネルギの開発が望まれており、光電変換素子の中でも特に太陽電池を用いた太陽光発電が新しいエネルギ源として開発、実用化され、発展の道を歩んでいる。
太陽電池は、従来から、たとえば単結晶または多結晶のシリコン基板の受光面にシリコン基板の導電型と反対の導電型となる不純物を拡散することによってpn接合を形成し、シリコン基板の受光面と受光面の反対側の裏面にそれぞれ電極を形成して製造された両面電極型太陽電池が主流となっている。また、両面電極型太陽電池においては、シリコン基板の裏面にシリコン基板と同じ導電型の不純物を高濃度で拡散することによって、裏面電界効果による高出力化を図ることも一般的となっている。
また、シリコン基板の受光面に電極を形成せず、裏面のみに電極を形成した裏面電極型太陽電池についても研究開発が進められている(たとえば、国際公開2007/081510パンフレット(特許文献1)参照)。
以下、図7(a)および図7(b)の模式的断面図を参照して、特許文献1に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法について説明する。
まず、図7(a)に示すように、シリコン基板100のテクスチャ構造108が形成されている側とは反対側の表面となる裏面に、低濃度n型ドーパント源101、高濃度n型ドーパント源102、低濃度p型ドーパント源103および高濃度p型ドーパント源104をインクジェット塗布法またはスクリーン印刷法などにより形成する。
次に、図7(b)に示すように、シリコン基板100を熱処理することによって、シリコン基板100の裏面に、低濃度n型ドーパント源101からn型ドーパントを低濃度に拡散させて低濃度n型ドーパント拡散層116を形成するとともに、高濃度n型ドーパント源102からn型ドーパントを高濃度に拡散させて高濃度n型ドーパント拡散層105を形成し、さらには、低濃度p型ドーパント源103からp型ドーパントを低濃度に拡散させて低濃度p型ドーパント拡散層115を形成するとともに、高濃度p型ドーパント源104からp型ドーパントを高濃度に拡散させて高濃度p型ドーパント拡散層106を形成するとされている。
図7(b)に示すように、シリコン基板100の裏面の高濃度n型ドーパント拡散層105および高濃度p型ドーパント拡散層106のような異なる導電型の高濃度ドーパント拡散層の間に低濃度n型ドーパント拡散層116および低濃度p型ドーパント拡散層115のような低濃度ドーパント拡散層が形成される場合には、高い特性の裏面電極型太陽電池が得られることが最近の研究でわかってきている。
しかしながら、上記の特許文献1に記載の方法においては、低濃度n型ドーパント源101、高濃度n型ドーパント源102、低濃度p型ドーパント源103および高濃度p型ドーパント源104をインクジェット塗布法またはスクリーン印刷法により形成した後にシリコン基板100の熱処理が行なわれる。
したがって、特許文献1に記載の方法においては、シリコン基板100の熱処理時に上記のドーパント源からドーパントがアウトディフュージョンすることによって、異なる導電型のドーパントがシリコン基板100を取り巻く気相中において相互に拡散し合うため、シリコン基板の裏面におけるドーパントの拡散を制御することができないという問題があった。
そこで、ドーパント源からのドーパントのアウトディフュージョンを防止するために、ドーパント源にマスクを形成した後に熱処理する方法が提案されている(たとえば、特開2008-78665号公報(特許文献2)参照)。
以下、図8(a)~図8(e)の模式的断面図を参照して、特許文献2に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法について説明する。
まず、図8(a)に示すように、シリコン基板200の一方の表面にテクスチャ構造208を形成する。
次に、図8(b)に示すように、シリコン基板200の表面のテクスチャ構造208上に酸化物層209を形成する。
次に、図8(c)に示すように、p型またはn型の導電型を有するシリコン基板200のテクスチャ構造208が形成された側と反対側の表面となる裏面に、p型ドーパントを含有するp型ドーピングペースト203と、n型ドーパントを含有するn型ドーピングペースト204とを所定の間隔をあけて塗布する。
次に、図8(d)に示すように、シリコン基板200の裏面のp型ドーピングペースト203とn型ドーピングペースト204とを覆うようにして酸化物層202を形成する。
その後、シリコン基板200を熱処理することによって、シリコン基板200の裏面にp型ドーピングペースト203からp型ドーパントを拡散させるとともに、n型ドーピングペースト204からn型ドーパントを拡散させることによって、図8(e)に示すように、シリコン基板200の裏面にp型ドーパント拡散層205およびn型ドーパント拡散層206をそれぞれ形成する。
そして、シリコン基板200の裏面のp型ドーパント拡散層205上に金属化部分210を形成するとともに、n型ドーパント拡散層206上に金属化部分211を形成することによって、特許文献2に記載の裏面電極型太陽電池が作製される。
しかしながら、特許文献2に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法においては、シリコン基板200の裏面に塗布されたp型ドーピングペースト203とn型ドーピングペースト204とを酸化物層202で覆った後に、シリコン基板200を熱処理して、p型ドーパントおよびn型ドーパントを拡散させることになるため、p型ドーピングペースト203中のp型ドーパントおよびn型ドーピングペースト204中のn型ドーパントがそれぞれ酸化物層202中に移動することで、p型ドーパント拡散層205のp型ドーパント濃度およびn型ドーパント拡散層206のn型ドーパント濃度が低減して、それに伴って、p型ドーパント拡散層205と金属化部分210とのコンタクト抵抗およびn型ドーパント拡散層206と金属化部分210とのコンタクト抵抗がそれぞれ高くなり裏面電極型太陽電池の特性が低下するという問題があった。
特許文献1においても、低濃度n型ドーパント源101と低濃度p型ドーパント源103とが接しているため、低濃度p型ドーパント源103中のp型ドーパントが低濃度n型ドーパント源101に移動したり、低濃度n型ドーパント源101中のn型ドーパントが低濃度p型ドーパント源103に移動することによって、裏面電極型太陽電池の特性が低下するという問題があった。
この問題は、裏面電極型太陽電池に限る問題ではなく、他の半導体装置にも共通する問題である。
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、ドーパント拡散層のドーパント濃度の低下を抑制して半導体装置の特性の低下を抑制することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明は、半導体基板の表面に拡散抑制マスクを形成する工程と、半導体基板の表面上に拡散抑制マスクと間隔を空けて第1導電型または第2導電型のドーパントを含有するドーパント拡散剤を塗布する工程と、ドーパント拡散剤から半導体基板にドーパントを拡散させることによってドーパント拡散層を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法である。
また、本発明の半導体装置の製造方法においては、拡散抑制マスクを形成する工程において、拡散抑制マスクは、隣り合う拡散抑制マスク同士の間隔が100μm以上となるように形成されることが好ましい。
また、本発明の半導体装置の製造方法においては、拡散抑制マスクを形成する工程において、拡散抑制マスクは、印刷によりパターンニングされて形成されることが好ましい。
また、本発明の半導体装置の製造方法においては、ドーパント拡散剤を塗布する工程において、ドーパント拡散剤は、印刷によりパターンニングされて塗布されることが好ましい。
本発明によれば、ドーパント拡散層のドーパント濃度の低下を抑制して半導体装置の特性の低下を抑制することができる半導体装置の製造方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
<実施の形態1>
以下に、図1(a)~図1(j)の模式的断面図を参照して、本発明の半導体装置の一例である太陽電池の製造方法の一例について説明する。
以下に、図1(a)~図1(j)の模式的断面図を参照して、本発明の半導体装置の一例である太陽電池の製造方法の一例について説明する。
まず、図1(a)に示すように、たとえばピラミッド状の凹凸などからなるテクスチャ構造8が形成された半導体基板1を用意する。ここで、半導体基板1としては、半導体からなる基板であれば特に限定されず用いることができるが、たとえばシリコンインゴットからスライスして得られるシリコン基板などを用いることができる。また、半導体基板1は、n型の導電型を有していてもよく、p型の導電型を有していてもよい。
また、半導体基板1としてシリコン基板を用いる場合には、たとえば、シリコンインゴットのスライスにより生じたスライスダメージを除去したシリコン基板を用いてもよい。なお、上記のスライスダメージの除去は、たとえば、スライス後のシリコン基板の表面をフッ化水素水溶液と硝酸との混酸または水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液などでエッチングすることなどによって行なうことができる。
また、半導体基板1の大きさおよび形状は特に限定されず、たとえば厚さを100μm以上300μm以下とし、1辺の長さを100mm以上200mm以下とした四角形状の表面を有するものとすることができる。
また、テクスチャ構造8は、たとえば、半導体基板1の表面をエッチングすることにより形成することができる。なお、半導体基板1の表面のエッチングは、半導体基板1がシリコン基板からなる場合には、たとえば水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液にイソプロピルアルコールを添加した液をたとえば70℃以上80℃以下に加熱したエッチング液を用いて半導体基板1の表面をエッチングすることにより行なうことができる。
なお、テクスチャ構造8は形成されていなくてもよいが、半導体基板1への太陽光の入射量を多くするためにはテクスチャ構造8は形成されていることが好ましい。また、テクスチャ構造8は、太陽電池の受光面側のみに形成されることが好ましい。
次に、図1(b)に示すように、半導体基板1のテクスチャ構造8が形成されている側の表面と反対側の表面である裏面に所定の位置に開口部が形成されるように第1の拡散抑制マスク2を形成するとともに、上記の開口部に対応する箇所に、第1の拡散抑制マスク2と接しないように所定の間隔を空けて第1導電型ドーパントを含有する第1導電型ドーパント拡散剤3を塗布する。ここで、第1の拡散抑制マスク2は、たとえば、図1(b)の表側から裏側に伸長する帯状に形成することができ、第1導電型ドーパント拡散剤3は、たとえば、図1(b)の表側から裏側に伸長する帯状に塗布することができる。
また、第1の拡散抑制マスク2としては、たとえば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化チタン膜または酸化アルミニウム膜を単層でまたは複数層積層したものなどを用いることができる。
ここで、第1の拡散抑制マスク2は、たとえば、半導体基板1の裏面全面にCVD(Chemical Vapor Deposition)法などによって上記の材質からなる膜を形成した後に、上記の開口部に対応する部分の膜の一部を除去することによって形成することができる。上記の膜の一部の除去は、たとえば、フォトリソグラフィ技術を用いて、上記の膜の除去部分に対応する部分に開口を有するレジストパターンを上記の膜の表面に形成した後にレジストパターンの開口からエッチングなどにより上記の膜を除去する方法、または上記の膜の除去部分に対応する部分にエッチングペーストを塗布した後に加熱することによって上記の膜をエッチングして除去する方法などにより形成することができる。
なお、エッチングペーストとしては、たとえば、エッチング成分としてフッ化水素、アンモニウム、リン酸を含み、エッチング成分以外の成分として水、有機溶媒および増粘剤を含むものなどを用いることができる。
また、第1の拡散抑制マスク2は、半導体基板1の裏面に、たとえば、上記の開口部の形成箇所に対応する部分に開口を有するマスキングペーストを所定の形状に印刷してパターンニングした後に、緻密化するため、マスキングペーストを熱処理する方法などによっても形成することができる。マスキングペーストの印刷方法としては、たとえば、スプレー塗布、ディスペンサを用いた塗布、インクジェット塗布、スクリーン印刷、凸版印刷、凹版印刷または平版印刷などを用いることができる。
なお、マスキングペーストとしては、たとえば、有機溶媒、水、増粘剤およびシラン化合物を含むものなどを用いることができる。また、マスキングペーストとしては、増粘剤を含まないものも用いることができる。
ここで、有機溶媒としては、たとえば、エチレングリコール、メチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブ、ジエチルセロソルブ、セロソルブアセテート、エチレングリコールモノフェニルエーテル、メトキシエタノール、エチレングリコールモノアセテート、エチレングリコールジアセテート、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールアセテート、トリエチルグリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、テトラエチレングリコール、液体ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、1-ブトキシエトキシプロパノール、ジプロピルグリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ポリプロピレングリコール、トリメチレングリコール、ブタンジアール、1,5-ペンタンジアール、ヘキシレングリコール、グリセリン、グリセリルアセテート、グリセリンジアセテート、グリセリルトリアセテート、トリメチロールプロピン、1,2,6-ヘキサントリオール、1,2-プロパンジオール、1,5-ペンタンジオール、オクタンジオール、1,2-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、ジオキサン、トリオキサン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、メチラール、ジエチルアセタール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルケトン、アセトニルアセトン、ジアセトンアルコール、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチルを単独でまたは2種以上併用して用いることができる。
また、増粘剤としては、たとえば、ヒマシ油、ベントナイト、ニトロセルロース、エチルセルロース、ポリビニルピロリドン、デンプン、ゼラチン、アルギン酸、非晶質ケイ酸、ポリビニルブチラール、ナトリウムカルボキシメチルセルロース、ポリアミド樹脂、有機ヒマシ油誘導体、ジアミド・ワックス、膨潤ポリアクリル酸塩、ポリエーテル尿素-ポリウレタン、ポリエーテル-ポリオールなどを単独でまたは2種以上を併用して用いることができる。
また、シラン化合物としては、たとえば、以下の一般式(1)で表わされるシラン化合物を用いることができる。
R1
nSi(OR2)4-n …(1)
なお、上記の一般式(1)において、R1は、メチル基、エチル基またはフェニル基を示す。また、上記の一般式(1)において、R2は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基などの炭素数1~4の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基を示す。また、上記の一般式(1)において、nは0~4の整数を示す。
なお、上記の一般式(1)において、R1は、メチル基、エチル基またはフェニル基を示す。また、上記の一般式(1)において、R2は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基などの炭素数1~4の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基を示す。また、上記の一般式(1)において、nは0~4の整数を示す。
上記の一般式(1)で表わされるシラン化合物としては、たとえば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、それらの塩(テトラエチルオルトケイ酸塩など)などを単独でまたは2種以上を併用して用いることができる。
また、半導体基板1が第1導電型の半導体基板である場合には、隣り合う第1の拡散抑制マスク2同士の間隔W1は100μm以上であることが好ましく、200μm以上であることがより好ましい。隣り合う第1の拡散抑制マスク2同士の間隔W1が100μm以上である場合、特に200μm以上である場合には、第1導電型ドーパント拡散剤3の塗布が容易となるため、太陽電池の安定した量産が可能となる傾向にある。
また、第1の拡散抑制マスク2の厚さは、50nm以上であることが好ましく、400nm以上であることがより好ましい。第1の拡散抑制マスク2の厚さが50nm以上、特に400nm以上である場合には、第1導電型ドーパント拡散剤3からの第1導電型ドーパントのアウトディフュージョンによる拡散により第1導電型ドーパントが半導体基板1に拡散するのをより有効に抑制することができる傾向にある。
また、第1導電型ドーパント拡散剤3としては、第1導電型ドーパント源を含むものを用いることができ、第1導電型ドーパント源としては、第1導電型がn型である場合には、たとえば、リン酸塩、酸化リン、五酸化二リン、リン酸または有機リン化合物のようなリン原子を含む化合物を単独でまたは2種以上併用して用いることができ、第1導電型がp型である場合には、たとえば、酸化ホウ素、ホウ酸、有機ホウ素化合物、ホウ素-アルミニウム化合物、有機アルミニウム化合物またはアルミニウム塩のようなホウ素原子および/またはアルミニウム原子を含む化合物を単独でまたは2種以上併用して用いることができる。
また、第1導電型ドーパント拡散剤3の第1導電型ドーパント源以外の成分としては、たとえば、溶媒と、シラン化合物と、増粘剤とを含むものなどを用いることができる。
溶媒としては、たとえば、水、メタノール、エタノール、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、1,2-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、ジオキサン、トリオキサン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピランメチラール、ジエチルアセタール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルケトン、アセトニルアセトン、ジアセトンアルコール、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、無水酢酸、N-メチルピロリドンなどを単独でまたは2種以上を併用して用いることができる。
また、シラン化合物としては、たとえば、上記の一般式(1)で表わされるシラン化合物を単独でまたは2種以上併用して用いることができる。
また、増粘剤を含んでいる場合には、上記のマスキングペーストに用いられる増粘剤と同様のものを用いることができる。
また、第1導電型ドーパント拡散剤3の塗布は、所定の形状に印刷してパターンニングされるように行なわれることが好ましく、第1導電型ドーパント拡散剤3の印刷方法としては、たとえば、スプレー塗布、ディスペンサを用いた塗布、インクジェット塗布、スクリーン印刷、凸版印刷、凹版印刷または平版印刷などを用いることができる。
次に、図1(c)に示すように、第1導電型ドーパント拡散剤3が塗布された半導体基板1を熱処理することによって、第1導電型ドーパント拡散剤3から半導体基板1に第1導電型ドーパントを固相拡散により拡散させて高濃度第1導電型ドーパント拡散層5を形成するとともに、第1導電型ドーパント拡散剤3から半導体基板1に第1導電型ドーパントをアウトディフュージョンにより拡散させて低濃度第1導電型ドーパント拡散層16を形成する。
ここで、上記の半導体基板1の熱処理の条件は特に限定されないが、高濃度第1導電型ドーパント拡散層5および低濃度第1導電型ドーパント拡散層16を安定して形成する観点からは、半導体基板1を窒素雰囲気において800℃以上1000℃以下の温度で30分以上60分以下加熱することが好ましい。
なお、第1導電型ドーパント拡散剤3からの第1導電型ドーパントの固相拡散による拡散は、第1導電型ドーパント拡散剤3から第1導電型ドーパントが直接半導体基板1に拡散することにより行なわれる。
また、第1導電型ドーパント拡散剤3からの第1導電型ドーパントのアウトディフュージョンによる拡散は、第1導電型ドーパントが第1導電型ドーパント拡散剤3から一旦半導体基板1を取り巻く気相中に拡散した後に、気相中に拡散した第1導電型ドーパントが半導体基板1に拡散することにより行なわれる。
次に、図1(d)に示すように、半導体基板1の裏面上の第1の拡散抑制マスク2および第1導電型ドーパント拡散剤3を除去する。これにより、半導体基板1の裏面に、高濃度第1導電型ドーパント拡散層5および低濃度第1導電型ドーパント拡散層16のそれぞれの表面が露出することになる。
ここで、第1の拡散抑制マスク2および第1導電型ドーパント拡散剤3の除去方法は、半導体基板1の裏面から第1の拡散抑制マスク2および第1導電型ドーパント拡散剤3を除去することができる方法であれば特に限定されない。
次に、図1(e)に示すように、半導体基板1のテクスチャ構造8が形成されている側の表面と反対側の表面である裏面に所定の開口部が形成されるように第2の拡散抑制マスク21を形成するとともに、上記の開口部に対応する箇所に、第2の拡散抑制マスク21と接しないように所定の間隔を空けて第2導電型ドーパントを含有する第2導電型ドーパント拡散剤4を塗布する。ここで、第2の拡散抑制マスク21は、たとえば、図1(e)の表側から裏側に伸長する帯状に形成することができ、第2導電型ドーパント拡散剤4は、たとえば、図1(e)の表側から裏側に伸長する帯状に塗布することができる。
また、第2の拡散抑制マスク21としては、たとえば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化チタン膜または酸化アルミニウム膜を単層でまたは複数層積層したものなどを用いることができる。
ここで、第2の拡散抑制マスク21は、たとえば、半導体基板1の裏面全面にCVD法などによって上記の材質からなる膜を形成した後に、上記の開口部に対応する部分の膜の一部を除去することによって形成することができる。上記の膜の一部の除去は、たとえば、フォトリソグラフィ技術を用いて、上記の膜の除去部分に対応する部分に開口を有するレジストパターンを上記の膜の表面に形成した後にレジストパターンの開口からエッチングなどにより上記の膜を除去する方法、または上記の膜の除去部分に対応する部分にエッチングペーストを塗布した後に加熱することによって上記の膜をエッチングして除去する方法などにより形成することができる。
また、第2の拡散抑制マスク21は、半導体基板1の裏面に、たとえば、上記の開口部の形成箇所に対応する部分に開口を有するマスキングペーストを所定の形状に印刷してパターンニングした後に、緻密化するため、マスキングペーストを熱処理する方法などによっても形成することができる。
なお、第2の拡散抑制マスク21の形成に用いられるエッチングペーストおよびマスキングペーストの説明については上記と同様であるので、ここでは省略する。
また、半導体基板1が第1導電型の半導体基板である場合には、隣り合う第2の拡散抑制マスク21同士の間隔W2は400μm以上であることが好ましく、600μm以上であることがより好ましい。第2の拡散抑制マスク21同士の間隔W2が400μm以上である場合、特に600μm以上である場合には、第2導電型ドーパント拡散剤4の塗布が容易となるため、太陽電池の安定した量産が可能となる傾向にある。
また、第2の拡散抑制マスク21の厚さは、50nm以上であることが好ましく、400nm以上であることがより好ましい。第2の拡散抑制マスク21の厚さが50nm以上、特に400nm以上である場合には、第2導電型ドーパント拡散剤4からの第2導電型ドーパントのアウトディフュージョンによる拡散により第2導電型ドーパントが半導体基板1に拡散するのをより有効に抑制することができる傾向にある。
また、第2導電型ドーパント拡散剤4としては、第2導電型ドーパント源を含むものを用いることができ、第2導電型ドーパント源としては、第2導電型がn型である場合には、たとえば、リン酸塩、酸化リン、五酸化二リン、リン酸または有機リン化合物のようなリン原子を含む化合物を単独でまたは2種以上併用して用いることができ、第2導電型がp型である場合には、たとえば、酸化ホウ素、ホウ酸、有機ホウ素化合物、ホウ素-アルミニウム化合物、有機アルミニウム化合物またはアルミニウム塩のようなホウ素原子および/またはアルミニウム原子を含む化合物を単独でまたは2種以上併用して用いることができる。
また、第2導電型ドーパント拡散剤4の第2導電型ドーパント源以外の成分としては、たとえば、溶媒と、シラン化合物と、増粘剤とを含むものなどを用いることができる。
溶媒としては、たとえば、水、メタノール、エタノール、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、1,2-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、ジオキサン、トリオキサン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピランメチラール、ジエチルアセタール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルケトン、アセトニルアセトン、ジアセトンアルコール、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、無水酢酸、N-メチルピロリドンなどを単独でまたは2種以上を併用して用いることができる。
また、シラン化合物としては、たとえば、上記の一般式(1)で表わされるシラン化合物を単独でまたは2種以上を併用して用いることができる。
また、増粘剤を含んでいる場合には、上記のマスキングペーストに用いられる増粘剤と同様のものを用いることができる。
また、第2導電型ドーパント拡散剤4の塗布も、所定の形状に印刷してパターンニングされるように行なわれることが好ましく、第2導電型ドーパント拡散剤4の印刷方法としては、たとえば、スプレー塗布、ディスペンサを用いた塗布、インクジェット塗布、スクリーン印刷、凸版印刷、凹版印刷または平版印刷などを用いることができる。
その後、第2導電型ドーパント拡散剤4が塗布された半導体基板1の熱処理を行なう。ここで、熱処理は、酸素または窒素雰囲気下で半導体基板1を400℃以上800℃以下の温度で30分程度加熱することが好ましい。
次に、図1(f)に示すように、第2導電型ドーパント拡散剤4が塗布された半導体基板1を熱処理することによって、第2導電型ドーパント拡散剤4から半導体基板1に第2導電型ドーパントを固相拡散により拡散させて高濃度第2導電型ドーパント拡散層6を形成するとともに、第2導電型ドーパント拡散剤4から半導体基板1に第2導電型ドーパントをアウトディフュージョンにより拡散させて低濃度第2導電型ドーパント拡散層17を形成する。
ここで、上記の半導体基板1の熱処理の条件は特に限定されないが、高濃度第2導電型ドーパント拡散層6および低濃度第2導電型ドーパント拡散層17を安定して形成する観点からは、半導体基板1を窒素雰囲気において800℃以上1000℃以下の温度で30分以上60分以下加熱することが好ましい。
なお、第2導電型ドーパント拡散剤4からの第2導電型ドーパントの固相拡散による拡散は、第2導電型ドーパント拡散剤4から第2導電型ドーパントが直接半導体基板1に拡散することにより行なわれる。
また、第2導電型ドーパント拡散剤4からの第2導電型ドーパントのアウトディフュージョンによる拡散は、第2導電型ドーパントが第2導電型ドーパント拡散剤4から一旦半導体基板1を取り巻く気相中に拡散した後に、気相中に拡散した第1導電型ドーパントが半導体基板1に拡散することにより行なわれる。
次に、図1(g)に示すように、半導体基板1の裏面上の第2の拡散抑制マスク21および第2導電型ドーパント拡散剤4を除去する。これにより、半導体基板1の裏面に、高濃度第1導電型ドーパント拡散層5、低濃度第1導電型ドーパント拡散層16、高濃度第2導電型ドーパント拡散層6および低濃度第2導電型ドーパント拡散層17のそれぞれの表面が露出することになる。
ここで、第2の拡散抑制マスク21および第2導電型ドーパント拡散剤4の除去方法は、半導体基板1の裏面から第2の拡散抑制マスク21および第2導電型ドーパント拡散剤4を除去することができる方法であれば特に限定されない。
次に、図1(h)に示すように、半導体基板1の高濃度第1導電型ドーパント拡散層5、低濃度第1導電型ドーパント拡散層16、高濃度第2導電型ドーパント拡散層6および低濃度第2導電型ドーパント拡散層17のそれぞれの表面が露出している裏面上にパッシベーション膜7を形成するとともに、半導体基板1のテクスチャ構造8が形成されている表面上に反射防止膜9を形成する。
ここで、パッシベーション膜7としては、たとえば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層体などを用いることができる。また、パッシベーション膜7は、たとえば、プラズマCVD法などにより形成することができる。
また、反射防止膜9としては、たとえば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層体などを用いることができる。また、反射防止膜9は、たとえば、プラズマCVD法などにより形成することができる。
次に、図1(i)に示すように、半導体基板1のパッシベーション膜7の一部を除去することによってコンタクトホール12およびコンタクトホール13を形成して、コンタクトホール12から高濃度第1導電型ドーパント拡散層5の表面を露出させるとともに、コンタクトホール13から高濃度第2導電型ドーパント拡散層6の表面を露出させる。
ここで、コンタクトホール12およびコンタクトホール13は、たとえば、フォトリソグラフィ技術を用いてコンタクトホール12およびコンタクトホール13のそれぞれの形成箇所に対応する部分に開口を有するレジストパターンをパッシベーション膜7上に形成した後にレジストパターンの開口からパッシベーション膜7をエッチングなどにより除去する方法、またはコンタクトホール12およびコンタクトホール13のそれぞれの形成箇所に対応するパッシベーション膜7の部分にエッチングペーストを塗布した後に加熱することによってパッシベーション膜7をエッチングして除去する方法などにより形成することができる。
なお、エッチングペーストとしては、上記と同様のものを用いることができるので、ここでは説明を省略する。
次に、図1(j)に示すように、コンタクトホール12を通して高濃度第1導電型ドーパント拡散層5に電気的に接続される第1導電型用電極10を形成するとともに、コンタクトホール13を通して高濃度第2導電型ドーパント拡散層6に電気的に接続される第2導電型用電極11を形成する。
ここで、第1導電型用電極10および第2導電型用電極11としては、たとえば、銀などの金属からなる電極を用いることができる。
以上により、本実施の形態における太陽電池の製造方法によって、裏面電極型太陽電池を作製することができる。
図2に、本発明の太陽電池の製造方法によって作製された裏面電極型太陽電池の裏面の一例の模式的な平面図を示す。
ここで、図2に示すように、裏面電極型太陽電池の裏面においては、複数の帯状の第1導電型用電極10と複数の帯状の第2導電型用電極11がそれぞれ1本ずつ交互に間隔をあけて配列されており、すべての第1導電型用電極10が1本の帯状の第1導電型用集電電極10aに電気的に接続されており、すべての第2導電型用電極11が1本の帯状の第2導電型用集電電極11aに電気的に接続されている。
また、裏面電極型太陽電池の裏面において、複数の帯状の第1導電型用電極10のそれぞれの下方には高濃度第1導電型ドーパント拡散層5が配置され、複数の帯状の第2導電型用電極11のそれぞれの下方には高濃度第2導電型ドーパント拡散層6が配置されていることになるが、高濃度第1導電型ドーパント拡散層5および高濃度第2導電型ドーパント拡散層6の形状および大きさは特に限定されない。たとえば、高濃度第1導電型ドーパント拡散層5および高濃度第2導電型ドーパント拡散層6は、第1導電型用電極10および第2導電型用電極11のそれぞれに沿って帯状に形成されていてもよく、第1導電型用電極10および第2導電型用電極11のそれぞれの一部に接するドット状に形成されていてもよい。
図3に、本発明の太陽電池の製造方法によって作製された裏面電極型太陽電池の裏面の他の一例の模式的な平面図を示す。ここで、図3に示すように、第1導電型用電極10および第2導電型用電極11はそれぞれ同一方向に伸長(図3の上下方向に伸長)する帯状に形成されており、半導体基板1の裏面において上記の伸長方向と直交する方向にそれぞれ1本ずつ交互に配置されている。
図4に、本発明の太陽電池の製造方法によって作製された裏面電極型太陽電池の裏面のさらに他の一例の模式的な平面図を示す。ここで、図4に示すように、第1導電型用電極10および第2導電型用電極11はそれぞれ点状に形成されており、点状の第1導電型用電極10の列(図4の上下方向または左右方向に伸長)および点状の第2導電型用電極11の列(図4の上下方向または左右方向に伸長)がそれぞれ半導体基板1の裏面において1列ずつ交互に配置されている。
なお、図1(a)~図1(j)においては、説明の便宜上、半導体基板1に1つの高濃度第1導電型ドーパント拡散層5と、1つの高濃度第2導電型ドーパント拡散層6のみが形成されるように示されているが、実際には、複数の高濃度第1導電型ドーパント拡散層5と、複数の高濃度第2導電型ドーパント拡散層6とが形成されてもよいことは言うまでもない。
また、上記において、第1導電型はn型またはp型のいずれの導電型であってもよく、第2導電型は第1導電型と反対の導電型であればよい。すなわち、第1導電型がn型のときは第2導電型がp型となり、第1導電型がp型のときは第2導電型がn型となる。
また、第1導電型がp型である場合には、第1導電型ドーパントとしては、たとえばボロンまたはアルミニウムなどのp型ドーパントを用いることができ、第1導電型がn型である場合には、第1導電型ドーパントとしては、たとえばリンなどのn型ドーパントを用いることができる。
また、第2導電型がn型である場合には、第2導電型ドーパントとしては、たとえばリンなどのn型ドーパントを用いることができ、第2導電型がp型である場合には、第2導電型ドーパントとしては、たとえばボロンまたはアルミニウムなどのp型ドーパントを用いることができる。
上記において例示したように、本発明においては、半導体基板上において、拡散抑制マスクと間隔を空けてドーパント拡散剤が塗布されることになるため、ドーパント拡散剤中のドーパントの拡散抑制マスクへの吸収を抑制することができる。
したがって、本発明においては、拡散抑制マスクの吸収によってドーパント拡散剤中のドーパント量が低減されるのを抑制することができることから、ドーパント拡散層のドーパント濃度の低下を抑制することができるため、太陽電池の特性の低下を抑制することができる。
さらに、本発明においては、半導体基板上に設置された拡散抑制マスクによってドーパント拡散剤中のドーパントのアウトディフュージョンによる半導体基板への拡散を抑制できることから、半導体基板における第1導電型ドーパント拡散層と第2導電型ドーパント拡散層を所望の位置に安定して形成することができることから、第1導電型ドーパント拡散層および第2導電型ドーパント拡散層のパターンニングの制御が容易となる。
<実施の形態2>
本実施の形態においては、半導体基板1の裏面上に設置された拡散抑制マスク2の間の開口部に第1導電型ドーパント拡散剤3、また、半導体基板1の裏面上に設置された別の拡散抑制マスク2の間の開口部に第2導電型ドーパント拡散剤4の双方をそれぞれ塗布した後に半導体基板1を熱処理することによって、高濃度第1導電型ドーパント拡散層5、低濃度第1導電型ドーパント拡散層16、高濃度第2導電型ドーパント拡散層6および低濃度第2導電型ドーパント拡散層17を同時に形成する点を特徴としている。その他は実施の形態1と同様である。
本実施の形態においては、半導体基板1の裏面上に設置された拡散抑制マスク2の間の開口部に第1導電型ドーパント拡散剤3、また、半導体基板1の裏面上に設置された別の拡散抑制マスク2の間の開口部に第2導電型ドーパント拡散剤4の双方をそれぞれ塗布した後に半導体基板1を熱処理することによって、高濃度第1導電型ドーパント拡散層5、低濃度第1導電型ドーパント拡散層16、高濃度第2導電型ドーパント拡散層6および低濃度第2導電型ドーパント拡散層17を同時に形成する点を特徴としている。その他は実施の形態1と同様である。
以下、図5(a)~図5(h)の模式的断面図を参照して、本実施の形態における太陽電池の製造方法について説明する。なお、図5(a)~図5(h)においても、説明の便宜上、半導体基板1に1つの高濃度第1導電型ドーパント拡散層5と、1つの高濃度第2導電型ドーパント拡散層6のみが形成されるように示されているが、実際には複数の高濃度第1導電型ドーパント拡散層5と、複数の高濃度第2導電型ドーパント拡散層6とが形成されてもよいことは言うまでもない。
まず、図5(a)に示すように、たとえばピラミッド状の凹凸などからなるテクスチャ構造8が形成された半導体基板1を用意する。
次に、図5(b)に示すように、半導体基板1のテクスチャ構造8が形成されている側の表面と反対側の表面である裏面に所定の位置に開口部が形成されるように第1の拡散抑制マスク2を形成する。ここで、第1の拡散抑制マスク2は、たとえば、図5(b)の表側から裏側に伸長する帯状に形成することができる。その後、緻密化するため、第1の拡散抑制マスク2が形成された半導体基板1の熱処理を行なう。ここで、熱処理は、酸素または窒素雰囲気下で半導体基板1を400℃以上800℃以下の温度で30分程度加熱することが好ましい。また、隣り合う第1の拡散抑制マスク2同士の間隔は実施の形態1と同様である。
次に、図5(c)に示すように、上記の開口部に対応する半導体基板1の裏面部分に、第1の拡散抑制マスク2と接しないように所定の間隔を空けて第1導電型ドーパントを含有する第1導電型ドーパント拡散剤3と第2導電型ドーパントを含有する第2導電型ドーパント拡散剤4とを塗布する。ここで、第1導電型ドーパント拡散剤3および第2導電型ドーパント拡散剤4はそれぞれ、たとえば、図5(c)の表側から裏側に伸長する帯状に塗布することができる。
次に、第1導電型ドーパント拡散剤3および第2導電型ドーパント拡散剤4が塗布された半導体基板1を熱処理する。
この半導体基板1の熱処理により、図5(d)に示すように、第1導電型ドーパント拡散剤3から半導体基板1に第1導電型ドーパントが固相拡散により拡散して高濃度第1導電型ドーパント拡散層5が形成されるとともに、第1導電型ドーパント拡散剤3から半導体基板1に第1導電型ドーパントがアウトディフュージョンにより拡散して低濃度第1導電型ドーパント拡散層16が形成される。
また、第2導電型ドーパント拡散剤4から半導体基板1に第2導電型ドーパントが固相拡散により拡散して高濃度第2導電型ドーパント拡散層6が形成されるとともに、第2導電型ドーパント拡散剤4から半導体基板1に第2導電型ドーパントがアウトディフュージョンにより拡散して低濃度第2導電型ドーパント拡散層17が形成される。
ここで、上記の半導体基板1の熱処理の条件は特に限定されないが、高濃度第1導電型ドーパント拡散層5、低濃度第1導電型ドーパント拡散層16、高濃度第2導電型ドーパント拡散層6および低濃度第2導電型ドーパント拡散層17を安定して形成する観点からは、半導体基板1を窒素雰囲気において800℃以上1000℃以下の温度で加熱することが好ましい。
次に、図5(e)に示すように、半導体基板1の裏面上の第1の拡散抑制マスク2、第1導電型ドーパント拡散剤3および第2導電型ドーパント拡散剤4を除去する。これにより、半導体基板1の裏面に、高濃度第1導電型ドーパント拡散層5、低濃度第1導電型ドーパント拡散層16、高濃度第2導電型ドーパント拡散層6および低濃度第2導電型ドーパント拡散層17の表面がそれぞれ露出することになる。
次に、図5(f)に示すように、半導体基板1の高濃度第1導電型ドーパント拡散層5、低濃度第1導電型ドーパント拡散層16、高濃度第2導電型ドーパント拡散層6および低濃度第2導電型ドーパント拡散層17のそれぞれの表面が露出している裏面上にパッシベーション膜7を形成するとともに、半導体基板1のテクスチャ構造8が形成されている表面上に反射防止膜9を形成する。
次に、図5(g)に示すように、半導体基板1のパッシベーション膜7の一部を除去することによってコンタクトホール12およびコンタクトホール13を形成して、コンタクトホール12から高濃度第1導電型ドーパント拡散層5の表面を露出させるとともに、コンタクトホール13から高濃度第2導電型ドーパント拡散層6の表面を露出させる。
次に、図5(h)に示すように、コンタクトホール12を通して高濃度第1導電型ドーパント拡散層5に電気的に接続される第1導電型用電極10を形成するとともに、コンタクトホール13を通して高濃度第2導電型ドーパント拡散層6に電気的に接続される第2導電型用電極11を形成する。
以上により、本実施の形態における太陽電池の製造方法によって、裏面電極型太陽電池を作製することができる。
本実施の形態における太陽電池の製造方法のように、半導体基板1上に第1導電型ドーパント拡散剤3および第2導電型ドーパント拡散剤4の双方を塗布した後に半導体基板1を熱処理する場合には、高濃度第1導電型ドーパント拡散層5、低濃度第1導電型ドーパント拡散層16、高濃度第2導電型ドーパント拡散層6および低濃度第2導電型ドーパント拡散層17を形成するための熱処理を1回だけ行なえばよいため、製造工程を簡略化することができるとともに、熱処理による半導体基板1などの熱ダメージを有効に抑制することができる。
なお、本実施の形態における上記以外の説明は実施の形態1と同様であるため、その説明は省略する。
<実施の形態3>
本実施の形態においては、裏面電極型太陽電池ではなく、半導体基板の受光面と裏面にそれぞれ電極を備えた両面電極型太陽電池を作製することを特徴としている。
本実施の形態においては、裏面電極型太陽電池ではなく、半導体基板の受光面と裏面にそれぞれ電極を備えた両面電極型太陽電池を作製することを特徴としている。
以下、図6(a)~図6(f)の模式的断面図を参照して、本実施の形態における太陽電池の製造方法について説明する。
まず、図6(a)に示すように、たとえばピラミッド状の凹凸などからなるテクスチャ構造(図示せず)が形成された第2導電型の半導体基板1を用意する。
次に、図6(b)に示すように、半導体基板1のテクスチャ構造が形成された側の表面である受光面に第1導電型ドーパントを含有する第1導電型ドーパント拡散剤3aを塗布し、熱処理を行なうことによって、第1導電型ドーパント拡散剤3aから第1導電型ドーパントを半導体基板1の表面に拡散させて低濃度第1導電型ドーパント拡散層16を形成する。ここで、半導体基板1の熱処理の条件は特に限定されないが、低濃度第1導電型ドーパント拡散層16を形成する観点からは、半導体基板1を窒素雰囲気において600℃以上900℃以下の温度で10分以上60分以下加熱することが好ましい。その後は、第1導電型ドーパント拡散剤3aは、半導体基板1の表面から除去される。また、低濃度第1導電型ドーパント拡散層16の形成は、気相拡散で行なってもよい。
次に、図6(c)に示すように、半導体基板1のテクスチャ構造が形成された側の表面である受光面に所定の位置に開口部が形成されるように第1の拡散抑制マスク2を形成する。ここで、第1の拡散抑制マスク2は、図6(c)の表側および/または裏側に伸長する帯状に形成することができる。また、第1の拡散抑制マスク2は、実施の形態1または実施の形態2と同様の方法で形成することができる。
次に、図6(d)に示すように、半導体基板1のテクスチャ構造が形成された側の表面である受光面に第1導電型ドーパントを含有する第1導電型ドーパント拡散剤3b(第1導電型ドーパント拡散剤3aよりも高濃度の第1導電型ドーパントを含有)を塗布し、熱処理を行なうことによって、第1導電型ドーパント拡散剤3bから第1導電型ドーパントを半導体基板1の表面に拡散させて高濃度第1導電型ドーパント拡散層5を形成する。ここで、半導体基板1の熱処理の条件は特に限定されないが、高濃度第1導電型ドーパント拡散層5を形成する観点からは、半導体基板1を窒素雰囲気において800℃以上1000℃以下の温度で30分以上60分以下加熱することが好ましい。
その後、図6(e)に示すように、第1の拡散抑制マスク2および第1導電型ドーパント拡散剤3bが半導体基板1の表面から除去されて、半導体基板1の表面に高濃度第1導電型ドーパント拡散層5および低濃度第1導電型ドーパント拡散層16が露出する。
次に、図6(f)に示すように、半導体基板1の受光面となる表面に反射防止膜8を形成するとともに、高濃度第1導電型ドーパント拡散層5に接するたとえば銀からなる第1導電型用電極10を形成する。また、半導体基板1の裏面にパッシベーション膜7を形成するとともに、半導体基板1の裏面に接するようにして、たとえばアルミニウムおよび銀からなる第2導電型用電極11を形成する。
以上により、本実施の形態における太陽電池の製造方法によって、半導体基板の受光面と裏面にそれぞれ電極を備えた両面電極型太陽電池を作製することができる。
本実施の形態における上記以外の説明は実施の形態1~2と同様であるため、その説明は省略する。
なお、本発明の太陽電池の概念には、半導体基板の一方の表面(裏面)のみに第1導電型用電極および第2導電型用電極の双方が形成された構成の裏面電極型太陽電池だけでなく、MWT(Metal Wrap Through)セル(半導体基板に設けられた貫通孔に電極の一部を配置した構成の太陽電池)などのいわゆるバックコンタクト型太陽電池(太陽電池の受光面と反対側の裏面から電流を取り出す構造の太陽電池)および半導体基板の受光面と裏面にそれぞれ電極を形成して製造された両面電極型太陽電池などのあらゆる構成の太陽電池が含まれる。
<実施例>
まず、厚さが200μm程度のn型シリコンウエハのスライスダメージ層を水酸化ナトリウム溶液で除去することによってn型シリコン基板を用意した。
まず、厚さが200μm程度のn型シリコンウエハのスライスダメージ層を水酸化ナトリウム溶液で除去することによってn型シリコン基板を用意した。
次に、n型シリコン基板の受光面側にテクスチャ構造を形成するため、n型シリコン基板の受光面をアルカリ溶液でエッチングしてアルカリ処理を行なった。
次に、n型シリコン基板の裏面に拡散抑制マスクとして所定のシラン化合物、有機溶剤および水などを混合してなるマスキングペーストの印刷および乾燥により、n型シリコン基板の裏面が帯状に露出するようにマスキングペースト膜をストライプ状にパターンニングして形成した。なお、隣り合うマスキングペースト膜同士の間隔は200μmであった。続いて、マスキングペースト膜を緻密化するために、n型シリコン基板を熱処理した。ここで、緻密化されたマスキングペースト膜の厚さは400nmであった。
次に、所定のリン化合物と所定のシラン化合物と有機溶剤と水とを混合してなるn型ドーパント拡散剤を緻密化されたマスキングペースト膜に接しないようにインクジェット塗布法によりn型シリコン基板の露出面に帯状に印刷してパターンニングした。
次に、n型ドーパント拡散剤が塗布されたn型シリコン基板を窒素雰囲気において900℃で30分間加熱することによって熱処理を行なった。これにより、n型シリコン基板のn型ドーパント拡散剤の塗布領域に対応するn型シリコン基板の露出面部分には高濃度n型ドーパント拡散層が形成されるとともに、高濃度n型ドーパント拡散層の周囲のn型シリコン基板の露出面領域には高濃度n型ドーパント拡散層よりもn型ドーパント濃度が低い低濃度n型ドーパント拡散層が形成された。その後、フッ酸によって、n型シリコン基板からn型ドーパント拡散剤および緻密化されたマスキングペースト膜をすべて除去した。
次に、n型シリコン基板の裏面に拡散抑制マスクとして所定のシラン化合物、有機溶剤および水などを混合してなるマスキングペーストの印刷および乾燥により、n型シリコン基板の裏面が帯状に露出するようにマスキングペースト膜をストライプ状にパターンニングして形成した。なお、マスキングペースト膜同士の間隔は600μmであった。続いて、マスキングペースト膜を緻密化するために、n型シリコン基板を熱処理した。ここで、緻密化されたマスキングペースト膜の厚さは400nmであった。
次に、所定のホウ素化合物と所定のシラン化合物と有機溶剤と水とを混合してなるp型ドーパント拡散剤をマスキングペースト膜に接しないようにインクジェット塗布法によりn型シリコン基板の露出面に帯状に印刷してパターンニングした。
次に、p型ドーパント拡散剤が塗布されたn型シリコン基板を窒素雰囲気において900℃で60分間加熱することによって熱処理を行なった。これにより、n型シリコン基板のp型ドーパント拡散剤の塗布領域に対応するn型シリコン基板の露出面部分には高濃度p型ドーパント拡散層が形成されるとともに、高濃度p型ドーパント拡散層の周囲のn型シリコン基板の露出面領域には高濃度p型ドーパント拡散層よりもp型ドーパント濃度が低い低濃度p型ドーパント拡散層が形成された。その後、フッ酸によって、n型シリコン基板からp型ドーパント拡散剤および緻密化されたマスキングペースト膜をすべて除去した。
次に、プラズマCVD法により、n型シリコン基板の裏面に窒化シリコン膜を形成するとともに、n型シリコン基板の受光面に窒化シリコン膜を形成した。
次に、n型シリコン基板の裏面の高濃度p型ドーパント拡散層および高濃度n型ドーパント拡散層のそれぞれの表面の一部が露出するようにn型シリコン基板の裏面の窒化シリコン膜の一部をエッチングしてコンタクトホールを形成した後に、コンタクトホールを通して、高濃度p型ドーパント拡散層に接する帯状の銀電極および高濃度n型ドーパント拡散層に接する帯状の銀電極をそれぞれ形成した。以上により、実施例の裏面電極型太陽電池を作製した。
<比較例>
n型シリコン基板の裏面上に塗布されたn型ドーパント拡散剤の表面を酸化シリコン膜で覆った後にn型ドーパント拡散層を形成するためにn型シリコン基板を熱処理したこと、およびn型シリコン基板の裏面上に塗布されたp型ドーパント拡散剤の表面を酸化シリコン膜で覆った後にp型ドーパント拡散層を形成するためにn型シリコン基板を熱処理したこと以外は実施例と同様にして、比較例の裏面電極型太陽電池を作製した。
n型シリコン基板の裏面上に塗布されたn型ドーパント拡散剤の表面を酸化シリコン膜で覆った後にn型ドーパント拡散層を形成するためにn型シリコン基板を熱処理したこと、およびn型シリコン基板の裏面上に塗布されたp型ドーパント拡散剤の表面を酸化シリコン膜で覆った後にp型ドーパント拡散層を形成するためにn型シリコン基板を熱処理したこと以外は実施例と同様にして、比較例の裏面電極型太陽電池を作製した。
<評価>
上記のようにして作製した実施例の裏面電極型太陽電池および比較例の裏面電極型太陽電池についてそれぞれ、ソーラーシミュレータを用いて、短絡電流密度(Jsc)、開放電圧(Voc)、曲線因子(F.F.)および変換効率(Eff)の評価を行なった。その結果を表1に示す。
上記のようにして作製した実施例の裏面電極型太陽電池および比較例の裏面電極型太陽電池についてそれぞれ、ソーラーシミュレータを用いて、短絡電流密度(Jsc)、開放電圧(Voc)、曲線因子(F.F.)および変換効率(Eff)の評価を行なった。その結果を表1に示す。
なお、表1においては、実施例の裏面電極型太陽電池の短絡電流密度(Jsc)、開放電圧(Voc)、曲線因子(F.F.)および変換効率(Eff)の値をそれぞれ100としたときの比較例の裏面電極型太陽電池の短絡電流密度(Jsc)、開放電圧(Voc)、曲線因子(F.F.)および変換効率(Eff)がそれぞれ相対値として表わされている。
表1に示すように、実施例の裏面電極型太陽電池は、比較例の裏面電極型太陽電池と比較して、短絡電流密度(Jsc)、開放電圧(Voc)、曲線因子(F.F.)および変換効率(Eff)のいずれの点においても優れていた。
これは、実施例の裏面電極型太陽電池においては、n型シリコン基板の裏面の拡散抑制マスクとしての酸化シリコン膜と間隔を空けてドーパント拡散剤が塗布されることになるため、ドーパント拡散剤中のドーパントの拡散抑制マスクへの移動が抑制できたためと考えられる。
また、実施例の裏面電極型太陽電池においては、n型シリコン基板の裏面の拡散抑制マスクとしての酸化シリコン膜によって、半導体基板におけるp型ドーパント拡散層とn型ドーパント拡散層とがそれぞれ接しない位置に、p型ドーパント拡散層とn型ドーパント拡散層とを形成できたためと考えられる。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明によれば、ドーパント拡散層のドーパント濃度の低下を抑制して半導体装置の特性の低下を抑制することができる半導体装置の製造方法を提供することができる。
特に、本発明の半導体装置の製造方法は、太陽電池の製造方法として好適に用いることができる。
1 半導体基板、2 第1の拡散抑制マスク、3,3a,3b 第1導電型ドーパント拡散剤、4 第2導電型ドーパント拡散剤、5 高濃度第1導電型ドーパント拡散層、6 高濃度第2導電型ドーパント拡散層、7 パッシベーション膜、8,108,208 テクスチャ構造、9,209 反射防止膜、10 第1導電型用電極、10a 第1導電型用集電電極、11 第2導電型用電極、11a 第2導電型用集電電極、12,13 コンタクトホール、16 低濃度第1導電型ドーパント拡散層、17 低濃度第2導電型ドーパント拡散層、21 第2の拡散抑制マスク、100,200 シリコン基板、101 低濃度n型ドーパント源、102 高濃度n型ドーパント源、103 低濃度p型ドーパント源、104 高濃度p型ドーパント源、105 高濃度n型ドーパント拡散層、106 高濃度p型ドーパント拡散層、115 低濃度p型ドーパント拡散層、116 低濃度n型ドーパント拡散層、202 酸化物層、203 p型ドーピングペースト、204 n型ドーピングペースト、205 p型ドーパント拡散層、206 n型ドーパント拡散層、210,211 金属化部分。
Claims (4)
- 半導体基板(1)の表面に拡散抑制マスク(2,21)を形成する工程と、
前記半導体基板(1)の前記表面上に前記拡散抑制マスク(2,21)と間隔を空けて第1導電型または第2導電型のドーパントを含有するドーパント拡散剤(3,4)を塗布する工程と、
前記ドーパント拡散剤(3,4)から前記半導体基板(1)に前記ドーパントを拡散させることによってドーパント拡散層(5,6,16,17)を形成する工程とを含む、半導体装置の製造方法。 - 前記拡散抑制マスク(2,21)を形成する工程において、前記拡散抑制マスク(2,21)は、隣り合う拡散抑制マスク(2,21)同士の間隔が100μm以上となるように形成されることを特徴とする、請求の範囲第1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記拡散抑制マスク(2,21)を形成する工程において、前記拡散抑制マスク(2,21)は、印刷によりパターンニングされて形成されることを特徴とする、請求の範囲第1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ドーパント拡散剤(3,4)を塗布する工程において、前記ドーパント拡散剤(3,4)は、印刷によりパターンニングされて塗布されることを特徴とする、請求の範囲第1項に記載の半導体装置の製造方法。
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