JPS58197717A - 半導体装置の製造方法 - 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】 （発明の技術分Ｉｆ？） この発明は半導体の製造方法に係り、特に、レーザー照
射によ如シリコン基板表層部分に接合を形成する半導体
装置の製造方法に関するものである。

（発明の技術的背景） 従来の半導体の製造方法は、例えば、基板にＰ朧シリコ
ンを用いる場合、表面にリンを高温で熱拡散しｎ層を形
成してＰｎ接合をまず形成する。Ｐｎ接合する為には８
５０℃以上の電気炉による熱処理が必賛であるが、この
＾温処理によりシリコン基板は熱損傷を受け、シリコン
半導体に極めて重要な因子である基板中の少数キャリア
ライフタイムを看しく低下させ、十分な効率の向上が望
めなかった。Ｊｌ近、熱拡散によらずに接合を形成する
技術としてイオン注入法による不純物のシリコン基板へ
の打ち込みが研究されている。この方法によればシリコ
ン基板中の少数キャリアライフタイムの低下は少ないと
考えられるが、実際にはイオン注入層の結晶性が乱れる
ことと、注入され九イオンが十分に活性化されていない
為に半導体装置の特性が暴く通常注入後にアニールを行
って前−Ｃの諸欠陥を改善することが行われている。ア
ニールは電気炉による方法中レーザーによる方法がある
が前者又は両者の併用によらなければ良い特性は得られ
ない。この為この方法においても少数キャリアツイツタ
イムの低下があった。イオン注入とレーザーアニールの
みの局所加熱法は今のところ実用レベルには到っていな
い、またイオン注入には大がかりな装置を必要とし一定
時間内の処理量も現在のところ太陽電離生産用としては
小さい点からも今後レーザーアニールがイオン注入層の
彼処履用に電気炉アニールに完全に置きかわったとして
もコスト的に利点は少いと判断される（背景技術の問題
点） シリコン基板中の少数キャリアライフタイムを損うこと
なく接合を形成する為には不純物高＃菱の表面層の近傍
のみを局所的に加熱することが社）１ 要である。従来、接合形成には（気炉ｆ−−ルが広く一
般に用いられてき九が長時間シリコン基板全体が嵩温に
曝される為に著しい少数キャリアツイツタイムの低下を
起していた。この点に於て。

何らかの工夫を施こしレーザービームによる局所加熱を
有効に利用する方法が望まれていた。

（発明の目的） 本発明は前記、従来の欠点を除き、レーザービームによ
る局所加熱を有効に活用して、シリコン半導体基板中の
少数キャリアライフタイムを低下させることなく接合を
形成し、効率の向上と低価格化を図った半導体装置の製
造方法を提供することｔ目的としている。

（発明の値蒙り 次に本発明の概要を太陽醸池を例にして説明する。即ち
、本発明においてはシリコン基板中の少数キャリアライ
フタイムを低下させることなく接合を形成する為にレー
ザー光ｔこよる局所加熱を有効に活用する為の表＃Ｊ＋
−を形成する必要がある。

従って、表面鳩仲■破合を形成する為にシリコン基板と
同−又は異なる導電型の不純物を含むこと■レーザーに
よる加熱をｊ６部的かり効率的に利用する為にレーザー
光吸収係数の−いψ質であること、０２点を兼ね備えた
ものでなければならない。

■の不純物を含む層を形成する方法の例として不純物そ
のものをシリコン半導体基板上に堆積して表面層となす
方法があシ、例えばｎ型シリコン基板に対してボロンを
蒸着により付着せしめればよい。ま九他の例として不純
物を含む層、例えばＰ型シリコン基板に対してリンガラ
ス（ｔ’８Ｇ；を堆積させる方法や、不純物を含む蟲布
液、例えばリンを添加し九りイ索化合物をアルコールに
滴かしたものをエビ／コートする方法がある。しかし、
これらはいずれも従来後処理として電気炉アニールを必
要としていた。この場合いずれも処理用に用いられてい
るレーず一部の吸収係数が小さくレーず一部照射による
アニール中メルトによるｗｉ６形成方法を利用すること
ができない。そこＣ■の条件則ちレーザー光吸収係数の
尚い材料申ｆｃ不純物を含ませて表面層と成すか、レー
ザー光吸収係数の轟くない不純物層でもその上またはＦ
の１−ｉ（レーザ光吸収係数の＾いものを設けてレープ
−による局所加熱が可能な構成とすることが必要となる
。その為にレーザー光吸収係数の高い材料を選択する。

非晶質シリコンは卑結晶シリコンに比べてレーザー光吸
収係数が約１桁誦く前記の目的Ｖこかなった材料といえ
る。不純物をドープした非晶質シリコンを表面層として
シリコン基板上に形成した後、レーザービームを照射す
ることによりシリコン基板中の少数キャリアライフタイ
ムを低下させることなく接合の形成ができる。表面から
の汚染防止ヤ／−ザー光の吸収性を更ｙｃ上げる為に不
純物をドーグした非晶質シリコンＩ−に重ねて何もドー
プしていない非晶質ンリコンノーを設けることも有効で
ある。ｔた、レーザー光吸収係数の低いｆＡＢピの不純
物源を一部、シリコン基板上に形成した後非晶質シリコ
ンを積層形成しても■かつ■の条件が満たされ、レーザ
ーを用いた接合形成が有効にで色ることとなる。レーザ
ー光吸収係数の＾い材料としては他に非晶質シリコンゲ
ルマニウム、非晶質セレン、非晶質テルルやそれらの二
に系統があシ、こ扛らの一部や組合わせを用いても発明
の前記目的が達成できるものである０表面ノーに照射す
るレーザーとしては表面層の吸収係数が基板であるシリ
コンの吸収係数よりも大であるという制約からＮｄ：Ｙ
ＡＧレーザ−（波長１ｔ）６μｌ１ｌ）、ルビーレーザ
ー（０，６９μｍ）、アルゴンレーザー（０，５１μｍ
　）、アレキチンドアイトレーザー（ｔＪ、７５μｎ）
、エキシマレーザ−（０，２４μｍ）４！を用いると効
率がよく、発振波長としてはカッコ内ｔこ示した基本波
の他第２高調波の利用もできるものである。以上のよう
な、表面層の形成とそれに続くレーザー几照射を行い接
合の形成が完了した後は表Ｎ面上ｙｃ電極、必要に応じ
て反射防止膜を形成すＪＬば人−電池ができ上る。レー
ザー先高９＆収率層による振合形成は太陽電池素子化し
た場合光の入剰面祠に形成するＰｎｉ＆合ばかりでなく
！ｌｋ面側で基板と同導電型の高濃度不純物を導入した
層を形成し裏面近くで生成されるキャリアを内部ｍ場で
石効に集取し効率を嵩めるようにし九背向電場＠米形成
にも有効な手段である。また史に前記のリンガラス−ｔ
ケイ素化倉吻に不純物を混ぜ丸もののように不純物を含
んだ層が反射防止効果を有する。即ち反射防止績を兼ね
るような使い方もできる。この場合にはシリコン基板上
に、まずレーザー光吸収率の鳥い非晶質シリコン層を形
成後不純物の添加された反射防止膜を形成し、この方か
らレーザー光照射すればよい０反射防止膜中の不純物は
加熱された非晶質シリコン、さらにはシリコン基板中に
拡散し接合が形成され非晶質シリコンは結晶化する。

そして最トｊ−の部分は反射防止膜として残るという訳
である。この他事発明の方法は太陽電池に於ける悸々な
接合構造にも応用できる。成場メカ来を表面側に設ける
場合には通常、シリコン基板（レリえばＰ型）とは異な
る深い拡散層（ｎ型）を形成した後に浅い高ａ度１−（
０層）を設げる。この０層、０１層の形成にも本発明が
適用できるという具合にでめる。

本発明の製造方法により４られた太陽電池の蝋終的評画
昧素子の光電変換特性により決定される駅であるが、良
好な特性をも九らす本発明の最も重要な部分について発
明者の★献に基づｔｉ説明する。即ち従来の熱処理に比
較してレーザーを用いた場合のシリコン基板中の少数・
キャリアライフタイムの高いことを発見した結果につい
て述べる。

従来の方法即ち８５０℃〜９００℃１時間ｌ！度（ｙ）
　ＰＯＣ４からのリンデポジョン及びドツイプインによ
ｐ炉内で一層を１１ｍシリコン基板上に形成する場合に
はライフタイムの低下が着しい０例えば、−ともとのク
エハーで６０μｓｅｃのライフタイムであった４のでも
熱処理によシ１０〜２０μｍ・ＣＫｔで低下してしｔつ
九、ここで、この２イフタイムはレーザーダイオードで
電子−ホール対を生成し、マイクロ波を照射して試料中
の導電性に対応する反射強度の減衰カーブから求める周
知の方法により測定したものである＊ｎｍｉシリコン基
板１にボロンガシスを形成し丸後シンターし九〇ＰＩＩ
シリコン基板上にリンガラスを形成した後にシンターす
る方法尋、他の方法による接合形成でも高温のＦ’Ａ埋
を行ノたものは初期の５０％〜１０％までライフタイム
はことごとく低下し友。

これに対し、レーザー光照射によｐ表一層を加熱して接
合を形成する場合にはいずれの場合もｓＯ〜６０μ魯ｅ
ｃと、はぼ処３１ｔｔＪと同等のライフタイムを示し友
０以上の結果から炉処理ｔレーず照射に変更し丸場金の
素子特性の向上の原因が明確とな抄本発明を完成し丸。

（発明の実施例） 実施例１゜ ８１１図はこの発明の製造方法に↓り形成されの基板は
Ｆｚ法によや製造され、少数キャリアライフタイムが６
０μｓｅｃであるイ／テ径、２５０μｍ厚の両面１１Ｊ
＋暖ウエノ１−である。十分に洗浄を行ったあと基板−
＠構面上に非晶質シリコン膜でなる表面＠　＋２）を形
成する。この為には、基板温度を２７０℃としＨ８ペー
ス１０％、ＰＨ，添加５ｉｔ−１，（Ｐｉ（、／別搗＝
１０）澤スを反応ガスとしてグロー放電により形成した
。

膜４は４０００　Ａとし友。このあとＷｄ　：　ＹＡＧ
レーザーの＃１２高調波（波長５３ｏｏｉ＞を用いて表
面をメルトし友。この時のエネルギー密度は５Ｊ廓であ
った。Ｖ−デー照射によシ溶解した非晶貞シリコンは単
結晶化してｎ層を形成し、この時のＡ面譲皇飾−１ 及び接合深さは条々２　Ｘ　１０（Ｉｎ　、　Ｑ、５μ
ｍとなり九。続いて基板他側裏面にアルにクム層を形成
する。

Ｉ　Ｘ　１０　Ｔｏｒｒ以下の真空中に置かれた純度９
９．９９％のアル建ニウム蒸発源に０．２Ａのビーム電
流、３ＫＶ、う加速電圧で電子締束を照射することによ
り、アル１ニクムを蒸発させ同一真空槽中に設置した基
板に成膜するいわゆる電子ビーム蒸着法によればよい。

但し膜の付着力を増す為に基板温度を３００シとし、蒸
着速度３０００　Ａ　Ａｎｉ　ｎで１０　ｓｍ　Ｏ膜を
形成した。

続いて、このアルミニウム膜の上にレーザー光を照射し
、アルミニウムーシリコン境界面ｉＸ傍を加熱（４、Ｐ
”＋ｄ　（３）の形成を行う、使用し次レーザーはＮｄ
　Ｓ　ＹＡΩレーザーで発振波畏、１．０６　ａｍ、エ
ネルギー密度６Ｊ／−とした。次に余分なアルミニウム
を弗酸と塩酸により除去し丸、ひ龜つついて表面及び裏
面の電極を形成する。まず真空蒸着法とフォトエツチン
グ法とをくり返すことにより、格子状の微細三層金属電
極を表面１１極（旬として形成ｒる。

この表面電極はシリコン基板側から１００ＯＡのチタン
１５）、ＳＯＯムのパラジウム（６）、２５μｍの銀（
力Ｋｊり構成されている。また裏面にも、直列抵抗を減
少し、リードの権シ出しを容易にする為に同一構成の裏
面電極（８）を形成する。裏面電極（８）は１０００　
Ａのテタ／（９）、５００人のパラジウムｉｌｌ、１０
μｍ　の銀０υを全面に連続蒸着して形成する。−に太
陽光の入射面での反射損失を少くする為、表面を極（４
）上に五戸化タ／タル編よ構成る反射防止膜ａ４を７０
ＯＡ、スパッタリング法により形成する。Ｎｋ後に基板
側周縁の拡赦−をおとし、エンキャップ材Ｑ鴫、リード
Ｉ付を行う。

形成した太陽電池にソーラー／ユミレータによりＡＭ　
１　、１００＋ｎｗ　／；ｄの偽似太陽光を照射（７特
性を調べ九ところ、開放紙圧０．６０　Ｖ、短絡光ＩＩ
Ｅ流３６ｍ）ｙ’ｔｉ変換効率１６．５％の値が得られ
、従来の炉アニールに＋Ｆ拡散によ◆高温プμセスを径
だ同一構成につくつ九ものの変換効率が１４．８％であ
るのに比較して着しく特性の改良を果した。形成した太
陽電池のライフタイムを評価したところ、従来のものが
１５μｓｅｃと著しく低いのに比して、本発明の電池で
は５６μｓｅｃと＾く、この差が特性の改善に寄与して
いると考えられる。を九、高温・長時間の熱処理がない
ことから設備、作業時間の点から低コスト化も期待でき
る。

実施例２゜ 本発明の別の実施例について説明する。ま、ず、ｆｓ２
図に示すように方位（１１１人厚さ２００μｍ、　比抵
抗ｌＯΩ、１、少数キャリアライフタイム６２μｓｅｃ
　、／）ボロンドープＣｚ率結晶りエ・・−（２１）を
用意する。４インチ径、両面研−仕上げの状態である。

洗浄を行ったあと、１層となる表面層（２２）を形成す
る。

この為には前記実施例同様に非晶質７リコンを形成し、
レーザー照射を行う。ｓ＋Ｊ配火施例１でれ１゜リンを
ドープした非晶質シリコン層を利用り、／ｃが本実施例
ではこの上に史にノンドープの非晶寅／リコン層を設は
レーザー光の峡収効釆をめげると共に表面からθ不純物
汚染を防止した。即ちグロー放鑞分解法により８ｉＨ，
：　ＰＨ３が１ｆＪＯ：　１のカスからリンをドープし
た非晶質７リコンを４（１０ＵＡ堆積させ続いてＰＨ３
の混入しない状態で非晶質シリコンを４０００λ堆積さ
せた。いずれも反応ガスはｉｏ％Ｈ８゛　ベースとし、
基板温度を３００’にとじた。レーデ−・照射はルビー
レーザーを用い１．ｓＪ／ｉのエネルギー密度とした。

ガルバノミラ−スキャナーにより４インチ基板に均一に
照射を行いｎＰ接合を形成した。続いて裏面Ｖ層（２３
）の形成にも同様なドープ非晶質シリコンとノンドープ
非晶質シリコンの２−を用いた。この場合にはＨ，ガス
をベースとし九Ｂ、１九十８ｉｔζ（Ｂ、Ｈ，／８ｉＨ
４＝ｌＯ”）ガスによりドープ層を形成した。レーザー
照射にはアルゴンレーず−を用い次、この方法によｐ不
純物による内部汚スマスクを介してマスク蒸着して表面
電極（２７）と（３０）の三重の裏面電極（３１）を全
面に形成した。更に表鯛にプラズマＣＶＤ法によシ３０
０υてシリコンナイトライドの反射防止膜（３２）を７
０ＯＡ形成した。

次に７リコンウエノ１−の周辺部の拡散層を混酸によシ
除去した。ソーラーシュミレータ−によりＡＭＩ、１０
０ｍＷＡｄ偽似太陽光を照射して評価したところ、変換
効率１５．６％であった。＾温プロセスを礒ていない為
、形成された太陽電池での少数キャリアライフタイム６
０μ魯ｅｃと、初期値に対しほとんど低下がないが故の
良好な特性が得られた。

実施例３゜ 本発明の更に別の実施例について説明する。

第３図は方位（１００）、厚さ３００μＩｎ、比抵抗５
Ω・し°凰少数キャリア２イアタイム初期値７０βｓｅ
ｃのボロンドープＰｊＪＣＺ単結晶ウニノー　−（１３
１）であ−０外径４インチ、アズスライスの状態のもの
にデクスチャーエッチングを施しである。テクスナヤー
エッチングは表面の反射手を下げる為に行うもので。

−辺数μｍの微小ピラミッドを光の入射面に多数配列し
たものである。次のようにしてこの構造ｔ′）くる、ｔ
ず３０％のＮａｏＨ水溶液金１１０℃に加熱し。

たものに１．５分つエノ・−を浸漬し、表面１−をユ、
ソナングする０次に２％ＮａｏＨ水溶液とイソプロピル
アルコールを４＝１に混合しえものを８０℃に加熱し５
ｓ分間エツチングする。加熱はバーナーで行い環流式冷
却管に水を流しながらエツチング液の温度、液薫管壇を
充分に行うことにより一定の条件でエツチングを行った
。エツチングの停止と７リコンウ工ハー表面のアルカリ
残渣の除去を行う為、塩酸水溶液中をＣ１分間浸漬、続
いて純水で１５分間流水洗浄し、“ｒセント置換後、乾
燥させると表面にで＠友微小ピラミッドの局に反射手の
低下が示された。このＥにマグネトロンスパッタ法によ
シ非１′ｊｉＬシリコンでなる表面ノ＠　（１３２）全
２００ＯＡ形成した。ターゲットには多結晶シリコンを
用いスパツメガスにはＡｒ及び１１２を用いた。ｌｌ、
は１０％とし全体のスパッタ圧力は２　ｘ　１０　Ｔｏ
ｒｒとした。基板温度は室温である。この上に減圧ＵＶ
Ｄ法によシ基板温度３υｏ　”ｃ−ｃリンガラスを８０
０ＯＡ形成した。８ｉＨ，及びｈｌ、をム＼、で希釈し
て反応ガスとした。史にリンガフス上にｈびマグネトロ
ンスパッタ法により非晶質シリコンを２００ＯＡ形成し
た。ここではレーザー吸収のほとんどないリンガラスで
も非晶質シリコンでサンドイッチすることによシ、上か
らレーザーを照射すれば下層にリンが拡散されて接合か
できることを利用する。レーザーにはエキシマレーザ−
を用いＩＪ／ａｌの強度の照射を行った。弗酸で＋ ガラス部を除去しｎ層を残し丸、裏面側にはボμンを蒸
着法で１００ＯＡ形成し同じくエキシマレーザ−による
加熱で一層（１３３）を形成した。六電極（１３４）に
はマスク蒸着法によ〉チタン（１３５）　１００ＯＡパ
ツジクム（１３６）　５００人、を形成後、銀（１３７
）３０声山を電解メッキ法により形成し九、裏電極（１
３８）は全面にチタン（１３９）　１００ＯＡ、パラジ
ウム（１４０）５００　Ａ形成後ｌＯμｍの厚味に銀（
１４１）を電解メッキし丸、　ｌ！に反射防止膜（１４
２）として１ｌｌｉＱ鵞ｔ−６５ＯＡ形成した。照射太
陽光下、ＡＭＩ、　ｔｏｏｎｆ、＃の照射を行うと、１
４．９％の変換効率が得られ、レーザー光吸収率の低い
不純物源でも吸収率Ｏ＾い層を隣接させることＫよｐ形
成された電池での蝋が６５１区と、内部の少数キャリア
ライフタイムを損ことなくレーザーで拡散を行い嵐好な
特性を得ることができるものである。

実施例４゜ 別の実施例について説明する。基板（５１）には３イン
チＣ２単結晶、方位（１１１）　、比抵抗３Ω・鑞、厚
さ２５０μｍ５０μｍ少数キャリアライフタイム５５μ
ｓｅを使用した。まず、表面に蒸着法により非晶質シリ
コンでなる表面層（５２）を２００ＯＡ形成する０次に
その上に’ｍｃ４　ｔ　ｏ、ａｓモル含むケイ酸エステ
ルのアルコール溶液をスピンナーで基板上に塗布する。

１００℃で乾燥した後、レーザービームを照射した。

レーザーにはアレクサンドライトレーザーを用いた。ｍ
布層でのレーザー光の吸収は少いがその下の非晶質ｊ−
は充分加熱融解され単結晶化すると同時に上の層からリ
ンを吸収拡散してｎ層が形成される。またこのとき上の
塗布層も加熱を間接的に受ける為安定化し反射防止績（
５３）となる、裏面にはアルミペーストを印刷し１２０
℃で乾燥させる。

Ｎｄ：ＹＡ（ｊレーザー光をこれに照射しｋＬ−１ｉ合
金ｊ−をつ＜ｌ’層（５４）とする、エツチングにより
余分なムＬｆ：除去する０次に表側表面にレジストをコ
ートし光露光法によシ鑞極を形成すべ＊＊１−のこして
レジストバター二／グ続いて反射防止膜（５ｊ）を弗酸
でエツチングする。無電解ニッケルメッキ及び電気銅メ
ッキ、更に無電解ニッケルメッキによ・す２０〜３０μ
ｍ厚の表面電極（５５）及び裏面１／を極（５６）を形
成後レジストを除去して太陽電池セルをつくる。

このようにして得られた太陽電池も少数キャリアのライ
フタイムの値が５２μｓｅｃと低下が少なく、前記実施
例と同等の特性、即ちＡＭＩ、　１００ａｋＮ／ｃｔｔ
ｔの照射下で１５．０％の変換効率を示した。

以上の実施例ではレーザー光吸収層に非晶質シリコンを
用い九が基板のシリコンに比べて光戸収率の高いもので
あれば十分本発明の主旨に適うものである。ｔた、拡散
源の含み方も檀々の構成が利用でき喪は、少くと４一部
にし／−ザー光吸収体数の尚い部分を有する表面層の少
くとも一部に不純物を含有していればよいものである。

（発明の効果） 以上、この発明によればシリコン基板中の少数キャリア
ライフタイムに著しい低下がなく、高性能な牛導体装置
が得られる。ま九安定し九嵩渥状態を維持し九りそとに
クエハーを十分時間をかけて出し入れする為の設備や時
間が省ける為、工程簡略化によ如安価な太陽電池が得ら
れ、その工業的価値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

ｊｌ１図乃！第４図は本発明の製造方法に係る太陽電池
の断面図である。 １、２１，１３１．５１・・・シリコン基板２、２２．
１３２．５２・・・表向層 ＋ ３、２３．１３３．５４　・２層 ４、２７．１３７．５３　　・表面１＊８、３１．１３
８．５６・・裏面電極 １２、３２．１４２．５３・・反射防止膜代理人　弁理
士　則　近　雁　佑　（ほか１名）第　　１　図 第　　２　図 第３図 第　　４　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリコン基板上に、前記シリコン基板と同一または
   異なる導電型の不純物をＪ註ぐマ＝Ｖ−１１ド一層を形
   成する工程と、前記表面層をレーザー照射して接合を形
   成する工場とを含むことを特徴とす為半導体装置の製造
   方法。 ′Ｌ　表面層の少くとも一部七非晶質シリコンにより形
   成することを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の半
   導体装置の製造方法。 ３、表面層をシリコン基板上に不純物を含んだ非晶質シ
   リコン、不純物を含まない非晶質シリコンの順で形成し
   て二層とすることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載の半導体装置の製造方法。