DE3640713A1

DE3640713A1 - Verfahren zur bildung von halbleiteruebergaengen

Info

Publication number: DE3640713A1
Application number: DE19863640713
Authority: DE
Inventors: Robert Bruce Campbell
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Ebara Solar Inc
Priority date: 1986-03-24
Filing date: 1986-11-28
Publication date: 1987-10-08
Also published as: JP2610853B2; US4729962A; JPS62226671A; GB2188481A; GB8628541D0; FR2596201A1; GB2188481B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung von Halb leiterübergängen.

Die Bildung von Halbleiterübergängen in Siliziumplättchen, wie beispielsweise dendritische Siliziumstrukturen für die Verwen dung als fotovoltaische Solarzellen, um ein Beispiel zu nennen, wird typischerweise in einem rohrartigen oder bandartigen Diffusionsofen ausgeführt. Wenn Übergänge auf beiden Flächen der Platte gebildet werden sollen, ist ein zweistufiger Schritt erforderlich, bei dem eine Dotierungsschicht zunächst auf der einen Oberfläche eindiffundiert wird, die Oberfläche dann gereinigt und beispielsweise mit Siliziumdioxid SiO₂ maskiert wird, um ein Überkreuzen des Dotierungsmittels von der diffundierten Schicht zu der noch zu diffundierenden Schicht auf der gegenüberliegenden Fläche zu verhindern, und dann in einer separaten Operation eine andere Dotierungs schicht in die gegenüberliegende Fläche eindiffundiert wird. Das Aufheizen von beispielsweise auf 850°C bis 950°C und das nachfolgende Abkühlen für jede separate Schicht kann typischer weise etwa 40 min in Anspruch nehmen.

Es ist das Ziel dieser Erfindung, einen Prozeß zur Formung von Halbleiterübergängen zu schaffen, der wesentlich schneller ist, weniger kompliziert und weniger aufwendig und insbeson dere gut angepaßt ist, um Übergänge gleichzeitig auf beiden Flächen einer dendritischen Siliziumplatte für Solarzellen anwendungen auszuführen. Ein wichtiger Aspekt der Erfindung ist der, daß die Hitze, die erforderlich ist, um die Dotie rungsmittel zu diffundieren, von einem Impuls hoher Licht intensität von verhältnismäßig kurzer Dauer geliefert wird.

Entsprechend besteht die vorliegende Erfindung aus einem Ver fahren zur Bildung von einem oder auch mehreren Halbleiter übergängen in einer Siliziumplatte einer gegebenen P- oder N-Leitfähigkeitsart, bestehend aus Aufbringen eines flüssigen Vorläufers, der ein Dotierungsmittel der gewünschten P- oder N-Leitfähigkeitsart enthält, auf zumindest eine Fläche der Platte oder Struktur; dann Backen zur Entfernung von über schüssigem Lösungsmittel; und ein schnelles Erhitzen der Platte mit einem gepulsten, hochintensiven Licht für eine Zeitdauer von weniger als 1 min bei einer Temperatur im Be reich von etwa 950°C bis 1200°C, um die Übergänge zu bilden.

Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Bildung von Halb leiterübergängen in einer dendritischen Siliziumplatte von entweder P- oder N-Leitfähigkeitsart, umfassend das Aufbringen eines flüssigen Vorläuferlösungsmittels, das ein Dotierungs mittel einer Leitfähigkeitsart enthält, das entgegengesetzt ist zu der der Platte, auf eine Fläche der Platte, Aufbringen eines flüssigen Vorläuferlösungsmittels, das ein Dotierungs mittel enthält, von der Leitfähigkeitsart, die gleich ist der der Platte, auf die entgegengesetzte Seite der Platte; dann Backen der Platte in einem Ofen, bei annähernd 200°C, um das überschüssige Lösungsmittel zu entfernen; und schnelles Er hitzen der Platte mit einem gepulsten, hochintensiven Licht für eine Zeitdauer, die erheblich geringer ist als 1 min, bei Temperaturen in einem Bereich von 950°C bis 1200°C, um simultan Übergänge in beiden Flächen der Platte zu bilden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie len näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind.

Es zeigt:

Fig. 1 in einer schematischen Seitenansicht eine Platte oder Struktur, auf die flüssige Vorläufer, die die Dotierungsmittel enthalten, auf einander gegenüber liegende Flächen der Struktur oder der Platte aufge bracht werden;

Fig. 2 eine schematische Ansicht der Struktur der Fig. 1 in einem Ofen zum Backen;

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die dotierte Struk tur angeordnet in einer hochintensiven, gepulsten Lichteinrichtung zur Ausführung des Schnellerhit zungsschrittes; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Struktur oder der Platte gemäß Fig. 3 in einem Anlaßofen.

In Fig. 1 besitzt eine vordotierte, P-artige, dendritische Siliziumplatte 2 einen flüssigen Vorläufer 4, der ein N-arti ges Dotierungsmittel enthält, aufgetragen auf eine Fläche der Platte 2, und einen flüssigen Vorläufer 6, der ein P-artiges Dotierungsmittel enthält, aufgetragen auf die gegenüberliegen de Fläche der Platte 2. Die flüssigen Vorläufer können in herkömmlicher Weise aufgebracht werden, wie beispielsweise durch Verwendung einer Schaumbürste 8, einem Miniskusbeschich ter oder durch ein chemisches Dampfablagerungsverfahren. Beispiele für Vorläufer, die benutzt werden können, sind solche, die kommerziell zur Verfügung stehen, wie beispiels weise Allied Chemical Corp. P 8 oder Filmtronics, Inc. P 2,5 für den N-artigen Vorläufer und Allied Chemical Corp. B 150 für den P-artigen Vorläufer.

Die Platte 2 mit den aufgebrachten Vorläufern 4 und 6 wird dann in einem Ofen 10 (Fig. 2) gebacken, um das überschüssige Lösungsmittel von den Flächen der Platte zu entfernen. Als ein Beispiel für diesen Verfahrensschritt kann der Ofen 10 ein Ofen mit Luftumgebung sein, die auf ungefähr 200°C erhitzt wird, und die Platte kann bei dieser Temperatur für beispiels weise 20 min oder ähnlich erhitzt werden, um das überschüssige Lösungsmittel zu entfernen.

Die nächste Stufe in dem Prozeß ist das schnelle Erhitzen der dotierten Platte durch ein gepulstes hochintensives Licht in einem Mechanismus 12, wie er schematisch in Fig. 3 dargestellt ist. Der thermische Schnellerhitzer 12 der Fig. 3 ist ein Wolfram-Halogen-System, wie er beispielsweise von der Firma A. G. Associates von Palo Alto, California, kommerziell erhält lich ist. Wie von dieser Firma der Allgemeinheit offenbart worden ist, benutzt das Wolfram-Halogen-System Gruppen von Wolfram-Halogen-Lampen 14, die oberhalb und unterhalb der Platte angeordnet sind, die in dem Impulsmechanismus der Firma A. G. Associates in einem Quarzrohr 16 angeordnet ist, um den thermischen Wirkungsgrad zu verbessern.

Die Platte 2 wird innerhalb des Mechanismus 12 durch gepulstes hochintensives Licht von den Wolfram-Halogen-Lampen für eine Zeitdauer erhitzt, die geringer als 1 min ist, bei Temperatu ren im Bereich von etwa 1000°C bis 1150°C, um simultan Übergänge in beiden Flächen der Platte zu erzeugen. Die vor zugsweise Temperatur und Zeitdauer zur Bildung der simultanen Übergänge in beiden Flächen der dendritischen Siliziumplatte zur Verwendung in Solarzellen beträgt 950°C bis 1200°C für eine Zeitdauer von 5 bis 15 s. Dies erzeugt verhältnismäßig flache Übergänge, die für Solarzellen vorzuziehen sind. Um tiefere Übergänge zu erzeugen, für andere Einrichtungen, wie beispielsweise für Gleichrichter und Transistoren usw., können Zeit und Temperatur proportional erhöht werden.

Zur Temperaturmessung und Steuerung kann ein Thermokreuz 18 im Plattenmaterial 20, die thermisch ähnlich zu der Platte 20 ist, eingebettet werden, wie von der Firma A. G. Associates vorgeschlagen. Es wird deutlich werden, daß andere Temperatur messung und ein anderes Steuerungssystem auch benutzt werden kann, um die Erfindung auszuführen.

Es ist das wesentliche der Erfindung, daß das Dotieren, das in dem schnellen thermischen Verfahren stattfindet, schneller auftritt, als es der Zeitperiode entspricht, die ein Über kreuzen des Dotierungsmittels von einer Fläche der Platte zur anderen Fläche der Platte ermöglicht, was zu einer Verunreini gung führen würde. Als Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfah rens ergibt sich, daß nur ein einziger Schritt zum Dotieren erforderlich ist, so daß der komplizierte und aufwendige zweistufige Prozeß des bekannten Verfahrens vermieden wird, ebenso wie das Reinigen und Maskieren.

In einigen Fällen mag es wünschenswert sein, die Platte nach dem schnellen Erhitzungsprozeß anzulassen. Vom Anlassen ist bekannt, daß dies das Herausnehmen von Defekten in der Platte ermöglicht, die während eines zu schnellen Abkühlens der Platte eingefroren worden sind. Das Anlassen wird durchge führt, um höhere Effizienz für Solarzellen zu erreichen und um höhere Lebensdauern für Ladungsträger bei anderen Halbleitern zu liefern. Das Anlassen kann in einem Ofen 22 gemäß Fig. 4 in einer Luftumgebung erfolgen, wobei die Platte 2 in Luft bei 750°C bis 850°C für eine Zeitdauer von irgendwo zwischen 10 und 60 min erhitzt wird.

Die dargestellte Ausführungsform beschäftigt sich mit einer Siliziumplatte, die Halbleiterübergänge auf beiden sich gegen überliegenden Plattenseiten aufweist, jedoch kann die Erfin dung auch zur Bildung eines einzigen Überganges auf einer Seite der Platte angewendet werden.

Claims

1. Verfahren zur Bildung von einem oder mehreren Halbleiter übergängen in einer Siliziumplatte einer gegebenen P oder N-Leitfähigkeitsart, gekennzeichnet durch Aufbringen eines flüssigen Vorläufers, der ein Dotierungsmittel einer gewünschten P- oder N-Leitfähigkeitsart aufweist, auf zumindest eine Fläche der Platte; dann Backen der Platte, um überschüssiges Lösungsmittel zu entfernen; und dann schnelles Erhitzen der Platte mit einem gepulsten hochintensiven Licht für eine Zeitdauer, die geringer ist als 1 min, bei Temperaturen in einem Bereich von etwa 950°C bis 1200°C, um die Übergänge zu bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbringung des Dotierungsmittels auf beide Flächen der Platte erfolgt, so daß Übergänge simultan in beiden Flächen der Platte während des schnellen Erhitzens gebil det werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schnelle Erhitzung einen Bereich von 1100° C bis 1150°C für eine Zeitdauer von bis 20s in Überein stimmung mit der gewünschten Tiefe der Übergänge ist.

4. Verfahren zur Bildung von Halbleiterübergängen in einer dendritischen Siliziumplatte von entweder der P- oder der N-Leitfähigkeitsart, gekennzeichnet durch Aufbringen eines flüssigen Vorläuferlösungsmittels, das ein Dotie rungsmittel der Leitfähigkeitsart enthält, die entgegen gesetzt ist zu der der Platte, auf der einen Fläche der Platte; Aufbringen eines flüssigen Vorläuferlösungs mittels, das ein Dotierungsmittel der Leitfähigkeitsart enthält, die die gleiche ist wie die der Platte, auf die gegenüberliegende Fläche der Platte; dann Backen der Platte in einem Ofen bei annähernd 200°C, um überschüssiges Lösungsmittel zu entfernen; und dann schnelles Erhitzen der Platte mit einem gepulsten hochintensiven Licht für eine Zeitperiode, die erheblich geringer als 1 min ist, bei Temperaturen in einem Bereich von 950°C bis 1200°C, um simultan in beiden Flächen der Platte Übergänge zu bilden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte nach dem Verfahrensschritt des schnellen Erhitzens angelassen wird.