DE3015355A1 - Sperrschichtphotohalbleitervorrichtung und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Sperrschichtphotohalbleitervorrichtung und verfahren zu ihrer herstellung

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DE3015355A1
DE3015355A1 DE19803015355 DE3015355A DE3015355A1 DE 3015355 A1 DE3015355 A1 DE 3015355A1 DE 19803015355 DE19803015355 DE 19803015355 DE 3015355 A DE3015355 A DE 3015355A DE 3015355 A1 DE3015355 A1 DE 3015355A1
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Robert Noel Hall
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    • Y02E10/547Monocrystalline silicon PV cells

Description

Beschreibung
Sperrschichtphotohalbleitervorrichtung und Verfahren zu
ihrer Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf Sperrschichtphoto- oder photovoltaische Halbleitervorrichtungen, wie sie üblicherweise in Solarzellen benutzt werden, sowie Verfahren zu ihrer Herstellung.
Bei der Ausführung der Erfindung wird in einer ihrer Ausführungsformen ein Körper aus kubisch symmetrischem, monokristallinem Halbleitermaterial eines Leitungstyps geschaffen, der zwei einander gegenüberliegende, parallele Hauptflächen hat, die jeweils zu einer (100)-Kristallebene des Körpers parallel sind. Mehrere Vertiefungen werden in dem Körper geschaffen, die sich jeweils von einer der Hauptflachen aus um eine gleichmäßige Strecke in den Körper erstrecken. Die Seiten jeder Vertiefung haben die Form von vierseitigen Pyramiden, deren Basen zu der einen Hauptfläche koplanar sind. Die Seiten der Vertiefungen sind jeweils zu einer (111)-Ebene des Körpers parallel. Ein erstes dünnes Gebiet entgegengesetzten Leitungstyps wird in dem Körper neben der anderen Haupt-
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fläche des Körpers geschaffen. Ein zweites dünnes Gebiet entgegengesetzten Leitungstyps wird in dem Körper neben der einen Hauptfläche des Körpers geschaffen. Mehrere dritte dünne Gebiete entgegengesetzten Leitungstyps werden in dem Körper geschaffen, und zwar jeweils neben den Seiten einer entsprechenden Vertiefung. Die dritten dünnen Gebiete berühren jeweils das erste und das zweite dünne Gebiet. Eine erste leitende Schicht wird zwischen dem zweiten und den dritten dünnen Gebieten entgegengesetzten Leitungstyps geschaffen. Eine zweite leitende Schicht wird vorgesehen, die mit dem Gebiet des einen Leitungstyps des Körpers über einem Teil der einen Hauptfläche desselben verbunden wird.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer
Sperrschichtphotohalbleitervorrichtung nach der Erfindung, die deren hintere oder Elektrodenverbindungsfläche zeigt,
Fig. 2 eine Schnittansicht der Vorrichtung von Fig.
1 insgesamt auf der Linie 2-2, die deren inneren Aufbau zeigt,
Fig. 3 eine Unteransicht der Vorrichtung von Fig. 1,
die deren vordere oder Strahlungsempfangsfläche zeigt,
Fig. 4 ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen der Vorrichtung von Fig. 1-3,
Fig. 5a-5d schematische Darstellungen von Vertikalquer-
BAD ORiGfMAL
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schnitten eines Körpers aus monokristallinem Siliciumhalbleitermaterial bei dem Prozeß der Herstellung der Halbleitervorrichtung gemäß dem Verfahren des Flußdiagramms von Fig. 4,
Fig. 6 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Sperrschichtphotohalbleitervorrichtung nach der Erfindung, die deren hintere oder Elektrodenverbindungsfläche zeigt,
Fig. 7 eine Schnittansicht der Vorrichtung von Fig.
6 auf der Schnittlinie 7-7, die deren inneren Aufbau zeigt,
Fig. 8 eine Unteransicht der Vorrichtung von Fig. 6,
die deren vordere oder Strahlungsempfangsfläche zeigt,
Fig. 9 ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen der Vorrichtung von Fig. 6-8 und
Fig. 1Oa-1Od schematische Darstellungen von Vertikalquerschnitten eines Körpers aus monokristallinem Siliciumhalbleitermaterial bei dem Prozeß der Herstellung der Halbleitervorrichtung gemäß dem Verfahren des Flußdiagramms von Fig. 9.
Die Fig.1, 2 und 3 zeigen eine Sperrschichtphoto- oder photovoltaische Halbleitervorrichtung 10 nach der Erfindung. Die Vorrichtung enthält eine Wafer oder einen Körper 11 aus monokristallinem Siliciumhalbleitermaterial vom P-Leitungstyp, beispielsweise mit einem spezifischen Widerstand von 0,3 Ohm cm. Der Körper 11 hat zwei einander gegenüberliegende, parallele Hauptflächen 12 und 13, die jeweils zu einer (1OO)-Kristallebene des Körpers parallel sind. Mehrere Vertiefungen
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oder Löcher 15 sind in dem Körper 11 vorgesehen und erstrecken sich jeweils von der Hauptfläche 12 durch den Körper hindurch zu der entgegengesetzten Hauptfläche 13. Die Vertiefungen haben jeweils vier Seiten 16 mit gleichem Umriß, die die Seiten des Stumpfes einer vierseitigen Pyramide bilden. Die Basis der Pyramide ist zu der Hauptfläche 12 koplanar und die Deckfläche des Pyramidenstumpfes ist zu der Hauptfläche 13 koplanar. Somit haben die Löcher 15 jeweils eine große Öffnung in der Ebene der Hauptfläche 12 und eine kleine Öffnung in der Ebene der Hauptfläche 13. Ein erstes dünnes N-leitendes oder N-Gebiet 21 ist neben der Hauptfläche 13 des Körpers gebildet. Ein zweites dünnes N-leitendes oder N-Gebiet 22 ist in dem Körper neben der Hauptfläche 12 gebildet. Mehrere dritte dünne N-leitende oder N-Gebiete 23 sind jeweils neben den Seiten 16 der Löcher 15 gebildet. Die dritten dünnen Gc?- biete 23 berühren jeweils sowohl das erste dünne Gebiet 21 als auch das zweite dünne Gebiet 22.
Der Körper 11 aus Siliciumhalbleitermaterial vom P-Typ kann mit Bor dotiert sein und eine Konzentration von Aktivator-
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atomen von etwa 10 Atome pro Kubikzentimeter haben, was einen spezifischen Widerstand von etwa 0,3 Ohm cm ergibt. Das erste, das zweite und das dritte dünne N-Gebiet 21, 22 bzw. 23 können eine Gesamtaktivatorkonzentration in ihren Oberflächengebieten von etwa 10 Phosphoratome pro Kubikzentimeter haben, was einen spezifischen Widerstand von etwa 0,001 0hm cm ergibt. Die Dicke des ersten dünnen Gebietes ist vorzugsweise kleiner als 1 pm, um einem wesentlichen Teil der einfallenden Strahlung zu ermöglichen, über den neben der Hauptfläche 13 gebildeten PN-Übergang hinaus einzudringen und in dem Körper 11 absorbiert zu werden. Der Reibenwiderstand der Vorrichtung 10 ist von dem spezifischen Widerstand des ersten dünnen Gebietes 13 und dessen Dicke sowie von der Größe der Enden der Pyramidenstümpfe und von deren gegenseitigem Abstand abhängig. Zum Verringern des Reihen-
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Widerstandes ist es erwünscht, den spezifischen Widerstand zu verringern und die Dicke dieses dünnen Gebietes zu vet-. großem. Diese Schritte vergrößern jedoch die Absorptiöh VOh Strahlung darin und verringern außerdem die Lebensdauer von Minoritätsträgern darin und führen somit zur Verringerung des Wirkungsgrades der Umwandlung von einfallender Strahlung in ein elektrisches Ausgangssignal. Der spezifische Widerstand des ersten dünnen Gebietes 13 wird unter Berücksichtigung dieser Überlegungen und entsprechend der wohlbegründeten Solarzellentechnologie ausgewählt. Das zweite und das dritte N-Gebiet sind vorzugsweise wesentlich dicker, beispielsweise in der Größenordnung von 2 bis 10 pm, um einen geringen Widerstand und eine ausreichende Tiefe zu schaffen, damit es möglich ist, mit ihnen metallische Filme oder Schichten zu verbinden oder zu bonden, ohne die Integrität der PN-übergänge zu zerstören, die sie mit dem P-Körper 11 bilden.
Die Löcher 15 sind in einem regelmäßigen Muster organisiert dargestellt, das aus Sätzen oder Gruppen von Löchern besteht. In der Ebene 12 erscheinen die Löcher als Quadrate. Jede Gruppe von Quadraten besteht aus drei Spalten und aus mehreren Zeilen. Die Quadrate in einer Zeile sind gleichabständig gezeigt, und auch die Quadrate in einer Spalte sind gleichabständig gezeigt. In diesem Beispiel ist der Abstand zwischen den Quadraten in einer Zeile und außerdem der Abstand zwischen den Quadraten in einer Spalte gleich der Abmessung einer Seite eines Quadrats dargestellt, obwohl diese Gleichheit nicht wesentlich ist. Benachbarte Spalten von aufeinanderfolgenden Sätzen oder Gruppen von Quadraten haben einen gegenseitigen Abstand, der gleich dem dreifachen der Abmessung einer Seite eines Quadrats ist. Ein Bereich 31 der Hauptflache 12, der sich in der Spaltenrichtung erstreckt, enthält das zweite dünne N-Gebiet 22 nicht und wird als ein Straßenbereich bezeichnet. Außerdem enthält ein Bereich 3 3 des Hauptflächenstreifens, der sich in der Zeilenrichtung mit Abstand oberhalb der ersten Zeile von Quadraten erstreckt,
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nicht das zweite dünne N-Gebiet 22 und wird als Avenueberojcn bezeichnet. Diese Straßen- und Avenuebereiche sind P-leitend und ermöglichen das Herstellen von ohmschen oder eine geringe Impedanz aufweisenden Verbindungen mit dem Körper 11, um eine der stromführenden Elektroden der Vorrichtung zu bilden. Gemäß den Fig. 1 und 2 sind leitende Finger 32, die sich in der Spaltenrichtung erstrecken, mit den Straßenbereichen 31 verbunden. Die leitenden Finger 32 sind Teil des leitenden Busses 34, der mit dem Avenuebereich 33 der Hauptfläche 12 verbunden ist, um die zweite Elektrode der Vorrichtung zu bilden. Die erste Elektrode 35 der Vorrichtung besteht aus einer leitenden Schicht 35, die mit dem zweiten und den dritten N-Gebieten verbunden ist. Die leitende Schicht 35 besteht aus breiten, fingerförmigen Leitern, die sich in der Spaltenrichtung erstrecken und jeweils einem Satz oder einer Gruppe von Löchern überlagert und mit diesen verbunden sind. Die breiten, fingerförmigen Leiter sind auf der von dem leitenden Bus 34 abgewandten Seite miteinander verbunden.
Vorzugsweise ist der Körper 11 aus Halbleitermaterial nicht so dünn, daß es schwierig wäre, ihn bei der Herstellung zu handhaben, und andererseits sollte er nicht so dick sein, daß Ladungsträger, die durch einfallende Strahlung erzeugt werden, in dem Körper rekombinieren, bevor sie durch einen benachbarten PN-Übergang aufgefangen werden. Zweckmäßig kann der Körper 0,254 mm (10 mils) dick sein. Gemäß dem hier beschriebenen selektiven Ätzverfahren zum Bilden der Löcher wird bei einer solchen Ausgangsabmessung jede der quadratischen Öffnungen der Löcher des Körpers etwa 0,381 mm (15 mils) betragen, damit sich die in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigte .Struktur ergibt. Die Seite einer quadratischen Öffnung wird etwas größer als die mit V2 multiplizierte Dicke des Körpers gemacht.
Die Fig. 4 und 5a-5d zeigen eine Art der Herstellung der Vorrichtungen von Fig. 1 bis 3 gemäß einem weiteren Aspekt der
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Erfindung zum Schaffen einer Solarzelle, die aus einem Körper vom P-Leitungstyp besteht. Ein Stück monokristallines Silicium wird von einem P-leitenden Block abgeschnitten/ um eine Wafer 11 zu schaffen, die zwei einander gegenüberliegende, parallele Hauptflächen aufweist, welche jeweils zu einer (100)-Kristallebene der Wafer parallel sind. Der P-Block ist mit einem geeigneten Dotierungsstoff, wie beispielsweise Bor, dotiert worden, um der Wafer einen geeigneten spezifischen Widerstand von beispielsweise 0,3 Ohm cm zu geben. Die Hauptflächen der Wafer werden geätzt, um eine Wafer mit einer Dicke von etwa 0,254 mm (10 mils) mit zwei glatten, planaren Hauptflächen 12 und 13 zu schaffen. Nach dem üblichen Reinigen wird die Wafer in Dampf für eine Zeit und bei einer Temperatur oxydiert, so daß eine dünne Siliciumdioxidschicht 41 mit einer Dicke von etwa 1 um auf jeder der Hauptflächen 12 und 13 der Wafer geschaffen wird. Die Siliciumdioxidschicht 41, die die hintere oder Rückseite 12 der Wafer überlagert, wird unter Anwendung herkömmlicher Photoresist-Maskier- und Ätzverfahren gemustert, um ein Muster von quadratischen öffnungen darin, welche die Hauptfläche 12 freilassen, zu schaffen. Die quadratischen Öffnungen werden in Gruppen angeordnet, wobei jede Gruppe drei Spalten und mehrere Zeilen hat. Die Quadrate in einer Zeile sind von einem benachbarten Quadrat um eine Strecke entfernt, die gleich einer Seite des Quadrats ist, und ebenso sind die Quadrate in einer Spalte von einem benachbarten Quadrat um eine Strecke entfernt, die gleich einer Seite des Quadrats ist. Sowohl die Spaltenach.se als auch die Zeilenachse der Quadrate sind parallel zu einer <11O> Kristallrichtung der Wafer in der Hauptfläche 12 ausgerichtet. Jede Gruppe von quadratischen Öffnungen ist in der Zeilenrichtung von einer benachbarten Gruppe von quadratischen öffnungen durch breite Siliciumdioxidgebiete ohne öffnungen entfernt, die dem als Straßenbereich bezeichneten Teil der Hauptfläche 12 überlagert sind. Bei einer Wafer mit einer Dicke von 0,254 mm (10 mils) werden die Seiten der quadratischen öffnungen
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0,381 mm (15 mils) breit gemacht, so daß, wenn das durch die quadratischen Öffnungen freigelassene Silicium anisotrop geätzt wird, was weiter unten beschrieben ist, ein Loch mit pyramidischem Umriß, das sich zu der entgegengesetzten Hauptfläche 13 erstreckt, gebildet wird, wobei die Seiten des Loches parallel zu (111)-Ebenen der Wafer sind, welche unter einem Winkel von 54,7 gegen die Hauptfläche 12 ausgerichtet sind. Nach dem Reinigen wird die Wafer in ein geeignetes anisotropes Ätzmittel eingetaucht, das beispielsweise aus ungefähr 3 Vol.-Teilen einer Lösung von 4 5% Kaliumhydroxid und 1 Vol.-Teil Isopropylalkohol besteht, und zwar für eine ausreichend lange Zeit, damit der Ätzvorgang in die Teile der Wafer hinein erfolgt, die durch die quadratischen öffnungen freigelassen sind. Umrühren des Ätzmittels mittels Ultraschall erleichtert den Ätzvorgang. Die durch den Ätzvorgang gebildeten Löcher 15 erstrecken sich zu der entgegengesetzten Hauptfläche 13. Die Löcher haben die Form von vierseitigen Pyramiden, deren Basen Quadrate in der Hauptfläche 12 sind, wie es die Fig. 5a sowie 1, 2 und 3 zeigen. Anschließend wird die Siliciumdioxidschicht 41, die über den Straßenbereichen 31 und über den Avenuebereichen 32 liegt, und außerdem die Siliciumdioxidschicht, die über der vorderen Hauptfläche 13 der Wafer liegt, mit einem Schutzwachs bedeckt.
Die Wafer wird dann in einem Ätzmittel aus gepufferter Fluorwasserstoffsäure geätzt, um denjenigen Teil der Siliciumdioxidschicht 41 auf der hinteren oder rückwärtigen Hauptfläche 12, der nicht mit Wachs bedeckt ist, zu entfernen. Nach dem Reinigen wird ein Donator, wie beispielsweise Phosphor, in die freiliegenden Flächen 12 und 16 der Wafer eindiffundiert, um das zweite dünne Gebiet 22 und die dritten dünnen Gebiete 23 in der Wafer mit einer Dicke von etwa 2 bis 10 μηι und mit relativ niedrigem spezifischem Widerstand zu bilden, wie es in Fig. 5b gezeigt ist. Dieser Schritt kann ein in offenem Rohr ausgeführter Diffusionsschritt sein, in welchem
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ein Phosphosilicatglas auf die freiliegende Fläche der Wafer aufgebracht und anschließend bei einer Temperatur für eine ausreichende Zeit diffundiert wird, um die gewünschte Tiefe und den gewünschten spezifischen Widerstand für das zweite dünne Gebiet und die dritten dünnen Gebiete zu schaffen.
Während die Siliciumdioxidschicht 41, die den Straßen- und Avenuebereichen 31 bzw. 33 überlagert ist, durch Bedecken dieser Bereiche mit Wachs geschützt wird, wird die Siliciumdioxidschicht auf der vorderen Hauptfläche 13 in einem geeigneten Ätzmittel, wie gepufferter Fluorwasserstoffsäure, entfernt. Anschließend wird die Wafer 11 einem Diffusionsschritt ausgesetzt, in welchem Phosphor in die vordere Hauptfläche 13 bis zu einer geringen Tiefe eindiffundiert wird, um das erste dünne Gebiet 21 der Vorrichtung von Fig. 1, 2 und 3 zu schaffen, das beispielsweise weniger als 1 pm dick ist und einen geringen spezifischen Widerstand hat. Der oben erwähnte Diffusionsprozeß, der in offenem Rohr ausgeführt wird, könnte auch benutzt werden, um dieses erste dünne Gebiet 21 zu schaffen. Die benutzte Zeit und die benutzte Temperatur werden so gewählt, daß für das erste dünne Gebiet 21 die gewünschte Tiefe und der gewünschte spezifische Widerstand geschaffen werden. In dem nächsten Schritt werden die Siliciumdioxidschicht, die den Straßen- und Avenuebereichen der Wafer überlagert ist, und das Phosphosilicatglas, das den übrigen Teilen der hinteren Hauptflache 12, den Seiten 16 der Löcher 15 und der vorderen Hauptfläche 13 überlagert ist, durch Ätzen in einem geeigneten Ätzmittel, wie einer gepufferten Fluorwasserstoffsäure, entfernt, und die Wafer wird gereinigt. Anschließend werden die hintere Hauptfläche 12 und außerdem die Flächen 16 der Löcher 15 mit einem Metall, wie Aluminium, bis zu einer geeigneten Dicke, beispielsweise von 2 um, metallisiert. Die Aluminiumschicht wird dann unter Anwendung der bekannten Photoresist-Maskier- und Ätztechniken selektiv geätzt, um eine erste leitende Schicht 35 zu schaf-
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fen, die einen Kontakt mit dem zweiten dünnen N-Gebiet 22 neben der Hauptfläche 12 und mit dem dritten dünnen N-Gebiet 23 neben den Seiten der Löcher herstellt, und eine zweite leitende Schicht 32 und 34, die den Straßen- und Avenuebereichen überlagert ist und einen Kontakt mit der P-Wafer 11 aus Halbleiter;
herstellt.
Halbleitermaterial in der hinteren Hauptfläche derselben
Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die der Ausführungsform von Fig. 1, 2 und 3 gleicht. Die Elemente der Vorrichtung von Fig. 6, 7 und 8, die mit der Vorrichtung von Fig. 1, 2 und 3 übereinstimmen, sind gleich bezeichnet. Der wesentliche Unterschied in der Vorrichtung dieser Figur besteht darin, daß die Vertiefungen 15 an einem Punkt 37 in kurzem Abstand von der vorderen Hauptfläche 13 enden. Dieser Abstand ist kleiner als die Dicke der dritten dünnen Gebiete 23 entgegengesetzten Leitungstyps neben den Seiten 16 der Vertiefungen, so daß die dritten dünnen Gebiete 23 mit dem ersten dünnen Gebiet 21 in Verbindung sind. Dieses Ergebnis wird erzielt, wie in Verbindung mit den Fig. 8, 9 und 10 erläutert, indem die Abmessung einer Seite der quadratischen Öffnungen gleich einem Wert gemacht wird, der etwas kleiner als die mit \2 multiplizierte Dicke des Körpers ist.
Die Fig. 9, 1Oa-IOd zeigen eine Art der Herstellung der Vorrichtung von Fig. 6-8 gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung. Das in Verbindung mit den Fig. 9, 1Oa-IOd dargestellte Verfahren gleicht dem in Verbindung mit den Fig. 4, 5a-5d dargestellten Verfahren, mit der Ausnahme, daß die dritten dünnen Gebiete 23 dicker gemacht sind und daß die Seiten der quadratischen öffnungen gleich einem Wert sind, der kleiner als die mit ~{~2 multiplizierte Dicke der Wafer ist, so daß die Vertiefungen 15, die in Fig. 10a gezeigt sind, sich bis zu Punkten 37 in kurzen Abstand von der vorderen Hauptfläche 13 in die Wafer erstrecken. Der vorbestimmte Abstand zwischen
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der Spitze 37 der Vertiefung und der vorderen Hauptfläche 13 wird kleiner als die Dicke des dritten dünnen Gebietes. 23 entgegengesetzten Leitungstyps gemacht, so daß bei dem Verfahren des Bildens der verschiedenen ersten, zweiten und dritten dünnen Gebiete in der Wafer das dritte dünne Gebiet die erste dünne Schicht berührt und eine Verbindung geringen elektrischen Widerstandes zu dieser schafft. Wenn angenommen wird, daß die dritten dünnen Gebiete 23 eine Dicke von 40 pm haben, könnte der Abstand zwischen dem Punkt 37 und der vorderen Hauptfläche 13 gleich einem Wert von etwa 20 pm gemacht werden. Löcher, die sich bis 20 pm in die vordere Hauptfläche 12 erstrecken, werden erzielt, indem mit quadratischen öffnungen begonnen wird, deren Seiten gleich der Dicke der Wafer minus 20 pm multipliziert mit "/2 sind. Für eine Wafer mit einer Dicke von 0,254 mm (10 mils) würden die Seiten der Quadrate 0,330 mm (13 mils) betragen. Das anisotrope Ätzen der Wafer würde beendet, wenn der Punkt 37 erreicht ist, der das Schneiden der (111)-Ebenen der Wafer darstellt. ·
Sperrschichtphotovorrichtungen nach der Erfindung haben eine Anzahl von Merkmalen, die einen höheren Wirkungsgrad gegenüber herkömmlichen Sperrschichtphotovorrichtungen ergeben. Die vordere oder Strahlungsempfangsfläche ist frei von jedwedem Metallgitter, wodurch AbschattungsVerluste beseitigt werden. Das Nichtvorhandensein einer Gittermetallisierung auf der vorderen Fläche beseitigt die Verschlechterung des dünnen Vorderflächen-PN-Übergangs, die durch das über ihm liegende Metall in herkömmlichen Vorrichtungen verursacht wird. Der PN-Übergang neben der hinteren Fläche der Vorrichtung nach der Erfindung wird tiefer gemacht, um dieses Problem zu vermeiden. Der Reihenwiderstand wird wesentlich verringert. Der Ausbreitungswiderstand in dem ersten dünnen Gebiet 21 von Fig. 1-3 neben der vorderen Hauptfläche um die in dieser gebildeten kleinen Löcher herum ist viel kleiner als der einer Anordnung von parallelen Leitungskontakten gleichen Flächeninhalts, und der ohmsche Spannungsabfall längs solcher Lei-
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tungen selbst wird eliminiert. Außerdem ergeben Metallisierungsschichten auf dem zweiten dünnen Gebiet 22 und dem dritten dünnen Gebiet 23 einen Pfad niedriger Impedanz zu dem ersten dünnen Gebiet 21 sowie zu dem zweiten dünnen Gebiet 22 und dem dritten dünnen Gebiet 23. Außerdem wird Strom sowohl an der vorderen Fläche als auch an der hinteren Fläche der Vorrichtungen gesammelt, wodurch Ladungsträgerrekombinationsverluste in ihnen verringert werden. Die (100)-Kristallausrichtung, die für die Bildung der pyramidenförmigen Vertiefungen erforderlich ist, gestattet außerdem die Erzeugung einer strukturierten Vorderfläche, die Reflexionsverluste verringert. Außerdem können Antireflexschichten auf die Vorderfläche aufgebracht werden, um Reflexionsverluste weiter zu verringern. Die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung ist von dem Flächeninhalt oder Durchmesser des in der Vorrichtung benutzten Halbleiterkörpers unabhängig. Da die Vorrichtung eine planare Vorderseite hat, kann sie außerdem einfacher in Moduln zusammengebaut werden.
Die Erfindung schafft außerdem ein relativ einfaches und billiges Verfahren zum Herstellen von Solarzellen. Nur ein Photoresistarbeitsgang, bei dem keine Deckung mit einem vorherigen Muster herzustellen ist, ist erforderlich. Keine Metallisierung mit hoher Auflösung wird benutzt. Sämtliches Mustern erfolgt auf der Rückfläche oder hinteren Hauptfläche der Halbleiterwafer, so daß sich aus dem Vorhandensein einer strukturierten Vorderfläche keine Konflikte ergeben.
In den in Verbindung mit den Fig. 1-3 und 6-8 beschriebenen Vorrichtungen haben die Löcher 15 zwar quadratische Öffnungen in der Ebene der Hauptfläche 12, bei Bedarf hätten jedoch auch rechteckige Öffnungen benutzt werden können, um pyramidenförmige Löcher mit rechteckigen Basen zu schaffen. Außerdem wurden die quadratischen Öffnungen zwar mit Ätzmasken mit quadratischen Öffnungen hergestellt, sie könnten je-
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doch auch mit Ätzmasken mit kreisförmigen Öffnungen hergestellt worden sein. In letzterem Fall würde das anisotrope Ätzen dazu führen, daß die Ätzung bezüglich jeder kreisförmigen öffnung über einem Flächengebiet erfolgt, das durch quadratische öffnungen begrenzt ist, welche zu <110> Richtungen parallele Seiten haben, in die die kreisförmige öffnung einbeschrieben ist. Das sich ergebende Loch würde eine vierseitige Pyramide sein, deren Seiten jeweils zu einer (111)-Ebene des Halbleitermaterials parallel sind.
Bei der Herstellung der Vorrichtungen, die in den Fig. 1-3 und in den Fig. 6-8 gezeigt sind, wurden zwar das zweite dünne Gebiet 22 und das dritte dünne Gebiet 23 zuerst durch einen ersten Diffusionsschritt gebildet und anschließend wurde das erste dünne Gebiet 21 neben der vorderen Hauptfläche 13 durch eine zweite Diffusion gebildet, alle diese Gebiete können jedoch gleichzeitig gebildet werden, indem zuerst durch Ionenimplantation langsamer diffundierende Donatoraktivatoren, wie Arsen, in die Siliciumdioxidschicht 41 eingebracht werden, die über der vorderen Hauptfläche 13 liegt und deshalb die Bildung des ersten dünnen Gebietes 21 ermöglicht, während das zweite dünne Gebiet 22 und das dritte dünne Gebiet 23 in der gleichen Weise wie zuvor gebildet werden.
In der Vorrichtung von Fig. 1, 2 und 3 und in der Vorrichtung von Fig. 6, 7 und 8 sind zwar nur mehrere Gruppen von Löchern gezeigt worden, es können jedoch so viele Gruppen wie nötig vorgesehen werden, die sich in den Zeilen- und Spaltenrichtungen erstrecken und deren Anzahl nur durch die Größe der Wafer begrenzt wird, auf der diese Löcher gebildet werden.
Jede gezeigte Gruppe enthält zwar eine Zeile von drei Löchern, die Anzahl der Löcher in einer Zeile kann jedoch nach Bedarf vergrößert oder verkleinert werden. Außerdem kann der Ab-
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stand zwischen benachbarten Löchern in einer Gruppe nach Bedarf geändert werden, um die Dichte der Löcher in der Wafer zu vergrößern oder zu verkleinern. Selbstverständlich würden bei Wafern mit anderen Dicken Löcher mit anderen Größen benutzt werden. Die bevorzugte Wahl, die unter den Varianten getroffen wird, wird durch den spezifischen elektrischen Widerstand der Wafer und durch die Sonnenstrahlungsintensität bestimmt.
Die Erfindung ist zwar in Verbindung mit Vorrichtungen dargestellt worden, bei denen Siliciumhalbleitermaterial benutzt wird, es können jedoch andere monokristalline Halbleitermaterialien mit kubischer Symmetrie, wie Germanium und Halbleitermaterialien der Gruppe IIl/Gruppe V-Verbindungen gemäß der Erfindung benutzt werden. Die Benutzung solcher Materialien würde das Ändern von Einzelheiten der Schritte der Herstellung der Vorrichtungen aus diesen Halbleitermaterialien gemäß deren Technologien erfordern.
Die Vorrichtung ist zwar in Verbindung mit einem Körper oder einer Wafer aus P-Halbleitermaterial beschrieben worden, es ist jedoch klar, daß N-Halbleitermaterial ebenso gut benutzt werden kann. Die Benutzung dieses Materials würde selbstverständlich erfordern, daß die ersten, zweiten und dritten dünnen Gebiete P-leitend sind.
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Claims (16)

Patentansprüche :
1.) Sperrschichtphotovorrichtung, gekennzeichnet durch: einen Körper (11) aus kubisch symmetrischem, monokristalli Halbleitermaterial eines Leitungstyps, mit zwei entgegengesetzten parallelen Hauptflachen (12, 13), die jeweils zu einer (100)-Kristallebene des Körpers parallel sind, mehrere Vertiefungen (15) in dem Körper, die jeweils die Form einer vierseitigen Pyramide haben, deren Basis zu der einen Hauptfläche (12) koplanar ist, und die sich jeweils eine gleichmäßige Strecke in den Körper erstrecken, wobei die Seiten (16) der Vertiefungen jeweils zu einer (111)-Ebene des monokristallinen Halbleitermaterials parallel sind, ein erstes dünnes Gebiet (21) entgegengesetzten Leitungstyps in dem Körper neben der anderen (13) der beiden Hauptflächen des Körpers,
ein zweites dünnes Gebiet (22) entgegengesetzten Leitungstyps in dem Körper neben der einen Hauptfläche (12) des Körpers, mehrere dritte dünne Gebiete (23) entgegengesetzten Leitungstyps, die sich jeweils in dem Körper neben den Seiten der Vertiefungen befinden und jeweils das erste und das zweite dünne Gebiet berühren,
eine erste leitende Schicht (35), die mit dem zweiten und
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dritten Gebieten entgegengesetzten Leitungstyps verbunden ist,
eine zweite leitende Schicht (32, 34), die mit dem Gebiet des einen Leitungstyps des Körpers über einem Teil der einen Hauptfläche verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das monokristalline, kubisch symmetrische Halbleitermaterial Silicium oder Germanium oder eine der Gruppe HI/Gruppe V-Halbleiterverbindungen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das monokristalline, kubisch symmetrische Halbleitermaterial Silbium ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (15) jeweils aus einem Loch bestehen, das sich von der einen Hauptfläche (12) zu der anderen Hauptfläche (13) erstreckt (Fig. 1).
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Vertiefungen (15) jeweils von der einen Hauptfläche (12) zu einem Punkt (37) erstrecken, der in einem kleinen vorbestimmten Abstand von der anderen Hauptfläche (13) angeordnet ist (Fig. 6).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (15) in einem regelmäßigen Muster in dem Körper (11) angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste dünne Gebiet (21) weniger als 1 pm dick ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste dünne Gebiet (21) wesentlich dünner als das zweite
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dünne Gebiet (22) und als die dritten dünnen Gebiete (23)
9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der einen Hauptfläche (12) Bereiche aufweist, die längs ihr in gegenseitigen Abstandsintervallen angeordnet sind, und daß die zweite leitende Schicht (32, 34) auf diese Bereiche gebondet ist.
10. Verfahren zum Herstellen einer Sperrschichtphöteovorrichtung, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Bereitstellen eines Substrats aus kubisch symmetrischem, monokristallinem Halbleitermaterial eines Leitungstyps, mit zwei parallelen Hauptflächen, von denen jede zu einer (100)-Kristallebene des monokristallinen Halbleitermaterials parallel ist,
Schaffen einer ersten Ätzmaske über der einen Hauptfläche und einer zweiten Ätzmaske über der anderen Hauptfläche, Bilden von mehreren ersten Öffnungen in der ersten Ätzmaske, um Bereiche in einem ersten Teil der einen Hauptfläche freizulegen, wobei jede Öffnung die gleiche Form hat und durch zwei Paare von parallelen, einander gegenüberliegenden Rändern in der einen Hauptfläche begrenzt ist, wobei jedes der Ränderpaare im wesentlichen parallel zu einer <110> Richtung in der einen Hauptfläche ist und wobei jedes Paar paralleler Ränder jeder Öffnung um eine Strecke voneinander entfernt ist, die etwas größer als der Abstand zwischen den Hauptflächen multipliziert mit "fl ist,
Ätzen der freigelegten Bereiche des Substrats mit einem anisotropen Ätzmittel, um mehrere Löcher zu bilden, von denen jedes die Form einer vierseitigen Pyramide hat, wobei die Basis der Pyramide zu der einen Hauptfläche koplanar ist und sich von der einen Hauptfläche aus zu der anderen Hauptfläche erstreckt, wobei die Seiten der Löcher zu einer (111)-Ebene des monokristallinen Halbleitermaterials jeweils parallel sind,
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Entfernen der ersten Ätzmaske wenigstens von dem ersten Teil der einen Hauptfläche,
Einbringen eines ersten Dotierungsstoffes entgegengesetzten Leitungstyps in die andere Hauptfläche, um ein erstes dünnes Gebiet entgegengesetzten Leitungstyps in dem Substrat neben der anderen Hauptfläche zu bilden,
Einbringen eines zweiten Dotierungsstoffes entgegengesetzten Leitungstyps in den ersten Teil der Hauptfläche, um ein zweites dünnes Gebiet entgegengesetzten Leitungstyps in dem Substrat neben dem ersten Teil der einen Hauptfläche zu bilden,
Einbringen eines dritten Dotierungsstoffes entgegengesetzten Leitungstyps in die Seiten der Löcher, um dritte dünne Gebiete entgegengesetzten Leitungstyps in dem Substrat neben den Seiten der Löcher zu bilden.
Befreien der einen Hauptfläche, der anderen Hauptfläche und der Seiten der Löcher von sie überlagernden Materialschichten,
Aufbringen einer Schicht leitenden Materials auf die eine Hauptfläche und auf die Seiten der Löcher, Mustern der leitenden Schicht, um eine erste Elektrode zu schaffen, die die Gebiete entgegengesetzten Leitungstyps neben dem ersten Teil der einen Hauptfläche und den Seiten der Löcher berührt, und eine zweite Elektrode, die das Substrat des einen Leitungstyps in einem anderen Teil der einen Hauptfläche berührt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Loch zu der anderen Hauptfläche erstreckt, um in ihr eine zweite Öffnung zu bilden, die wesentlich kleiner als die entsprechende erste Öffnung in der einen Hauptfläche ist.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Pyramidenspitze in einem kleinen vorbestimmten Abstand von der anderen Hauptfläche angeordnet ist und daß die Dicke des dritten dünnen Gebietes größer als der kleine vorbestimm-
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te Abstand ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, der zweite und der dritte Dotierungsstoff in das Substrat durch Diffusion eingebracht werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, der zweite und der dritte Dotierungsstoff gleichzeitig in das Substrat eingebracht werden, um das erste, das zweite und die dritten dünnen Gebiete gleichzeitig zu bilden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite und der dritte Dotierungsstoff in das Substrat eingebracht werden, um das zweite und die dritten dünnen Gebiete zu bilden, und daß anschließend der erste Dotierungsstoff in das Substrat eingebracht wird, um das erste dünne Gebiet zu bilden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Öffnungen jeweils Quadrate
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