JP2009521819A - 相変化インクを用いて、半導体ウェハ上に電気接点を形成するプロセス - Google Patents
相変化インクを用いて、半導体ウェハ上に電気接点を形成するプロセス Download PDFInfo
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Abstract
基板の表面上に電気接点または導電体を形成するプロセスであって、相変化導電性または半導電性印刷インク、または印刷後の処理の後に導電性または半導電性となるかかる相変化印刷インクをインク・ジェット印刷するステップを備えている、プロセス。
【選択図】 図２
【選択図】 図２
Description
本願は、２００５年１２月２７日に出願した米国仮特許出願第６０／７５４，０４８号の優先権を主張する。
本発明は、半導体ウェハの表面のような基板表面上に電気接点または導線を形成することに関する。更に特定すれば、本発明は、光電セルの製造に用いられる半導体ウェハ上に電気接点を形成する新たなプロセスに関する。本発明は、多様性があり効率的な、半導体ウェハ上に電気接点または導線を製造する新たなプロセスを提供する。これによって、印刷インクを用いて、半導体ウェハ上に電気接点または導線を形成する。印刷インクは、好ましくは、微小およびナノ単位の金属、半導体、または絶縁体、例えば、ガラス・パウダを備えており、インクは常温では固体であり、印刷温度および加熱したインク・ジェット・プリンタではその粘度が５０センチポイズ（ｃＰ）以下であることが好ましい。更に処理を進めると、印刷インクの成分は導電性または半導電性回路に変形することができる。本発明は、このようなプロセスによって作ることができる電気接点または導線でもある。
光電デバイスは、光エネルギ、特に、太陽エネルギを電気エネルギに変換する。光電的に発生した電気エネルギは、バッテリが発生する電気、あるいは確立されている電力網(grids)から得られる電力を用いることができるのと全く同じ目的に用いることができるが、電気エネルギの再生可能な形態(renewable form)である。光電デバイスの一種は、光電モジュールとして知られており、ソラー・モジュールとも呼ばれている。これらのモジュールは、１つの光電セルを内蔵するが、複数の光電セルを内蔵する方が通例であり好ましい。光電セルは、ソラー・セルとも呼ばれており、透明ガラスまたは透明ポリマ材のような上層シートと、ポリマ材のシートまたは金属板のような背面シートとの間に配置され、調整する(scale)。
光電セルは種々の半導体材料で製作することができるが、シリコンが一般に用いられるのは、低コストで容易に入手可能であるからであり、更に光電セルを製作する際に使用される電気的、物理的、および化学的特性の適切なバランスを有するからである。シリコンを選択した半導体材料として用いて光電セルを製造する典型的なプロセスでは、正または負のいずれかの導電型のドーパントをシリコンにドープし、単結晶シリコンのインゴットに形成するか、または当技術分野では多結晶シリコンと呼ばれているもののブロックまたは「ブリック」(brick)に鋳込み、当技術分野では周知の種々の薄切り (slicing)または鋸切り (sawing)方法によって、これらのインゴットまたはブロックを切断して、ウェハとも呼ばれる、薄い基板にする。しかしながら、これらだけが、光電セルの製造に適した半導体ウェハを得るために用いられる方法ではない。
ウェハを光電セルに形成するときに、入射光に面することを意図したウェハの表面を、ここでは前面(front face)または表面(front surface)と呼び、表面の逆側のウェハ面を、ここでは背面(back face)または裏面(back surface)と呼ぶ。
ｐ−ドープ・ウェハを一例として用いると、適したｎ−ドーパントにこのウェハを露出して、エミッタ層およびｐ−ｎ接合を形成する。一方法では、ｎ−ドープ層即ちエミッタ層を形成するには、最初に、化学的または物理的堆積のような、当技術分野において慣行的に採用されている技法を用いて、ｐ−ドープ・ウェハの表面上にｎ−ドーパントを堆積し、このような堆積の後、シリコン・ウェハの表面内にｎ−ドーパントを送り込み、ｎ−ドーパントを更にウェハ表面内に拡散させる。この「送り込み」（drive-in）ステップは、慣行では、ウェハを熱またはその他のエネルギ源に露出することによって行われる。これによって、ｎ−ドープ層とｐ−ドープ・シリコン・ウェハ基板との間にある境界領域に、ｐ−ｎ接合を形成する。別の方法では、ｎ−ドーパントへの露出およびドーパントを送り込むための加熱を同時に行うことができる。
ｐ−ｎ接合を光エネルギに露出することによって発生する電気エネルギを利用するために、光電セルには、通例、導電性前面電気接点および導電性背面電気接点が設けられている。このような接点は、通例、１つ又は２つ以上の導電性が高い金属で作られるか、または含有し、したがって、不透明であるのが通例である。代わりに、接点に透過性または半透過性の導電性酸化物を用いると、部分的な透過性の利点が、導電性の低下、および導電性区域を広げる必要性によって相殺される場合が多い。前面接点は、太陽またはその他の光エネルギ源に面する光電セルの側にあるので、前面接点が占めるセルの前面の面積は最小限の量とし、生ずる影の量をできるだけ少なくし、しかもセルと相互作用する入射光が発生する電荷キャリアを捕獲し導通させることが一般には望ましい。
当技術分野では、接点を単結晶および多結晶シリコン・ウェハに被着するための方法が多数開発されている。前面接点を形成する典型的な手順では、ペーストを用いて導電性材料の帯状体をスクリーン印刷し、次いで高温でペーストを加熱(firing)して光電性接点を形成する。一般に、このような前面接点は、太陽に露出されるウェハの表面積が最大となり、しかも有効な電気接点として機能するようにウェハ上に開口格子パターンとして形成する。別の方法では、埋め込み接点を形成する。埋め込み前面接点は、ウェハの表面にスクライブまたは溝のパターンをけがく、または切り込み、その後溝に、導電性の高い金属のような導電性材料を充填することによって作る。埋め込み格子接点の溝を形成するには、レーザを用いることができる。このような溝を充填するには、１つ又は２つ以上の方法を用いることができる。例えば、金属塩の水溶液からの導電性金属の電気化学メッキを用いることができる。背面接点は、導電性材料を含有するペーストの被膜をウェハの背面上にスクリーン印刷し、高温でペーストを加熱して接点を形成することによって作っている。前面および背面接点を形成するために用いられるこれらの方法およびペーストの組成は、光電セルを製造する技術の当業者には周知である。前面および背面接点を形成するこれらの方法は適してはいるが、これらは、ペーストの使用を伴い、その中に含有するあらゆる溶剤およびその他の有機物質を除去して、仕上げの接点を形成するために高温で加熱しなければならない。あるいは、電気化学メッキの解決策の使用を伴う。ペーストは、作業が難しいことがときどきあるが、これは、粘度が高いために、比較的脆い光電セルの表面にこれらを塗布するためにはかなりの機械的力を必要とするからである。また、光電メッキの解決策では、流出することがあり、しかも腐食性である可能性がある。
したがって、当技術分野では、光電セルの製造に用いる半導体ウェハのような基板材料の表面に電気接点または電気導線を追加するプロセスが求められており、このようなプロセスは、効率的であり、多様性があり、非侵襲的であり、前面側の陰影を低減するために高い印刷分解能が得られる。本発明は、このようなプロセスを提供する。
本発明は、基板の表面上に電気接点または導電体を形成するプロセスであって、相変化導電性または半導電性印刷インク、または印刷後の処理の後に導電性または半導電性となるかかる相変化印刷インクをインク・ジェット印刷するステップを備えている。相変化とは、常温では実質的に固体または高粘度であるが、高温、例えば、摂氏約５０度から約１５０度の温度というような、摂氏約３０度よりも高い温度において、実質的に液体で低粘度、好ましくは５０ｃＰ未満である材料を意味する。また、本発明は、半導体ウェハ上の電気接点または導電体であり、相変化導電性または半導電性印刷インク、または印刷後の処理の後に導電性または半導電性となるかかる相変化印刷インクをインク・ジェット印刷することによって、電気接点または導体あるいは前駆体材料を塗布する。かかる電気接点を上面に印刷したウェハは、光電セルを製造するために用いることができる。半導電性とは、印刷インクに関して、絶縁体よりは大きいが金属よりは通例地裁導電率を有する材料の集合を意味する。半導電性印刷インク材料は、ｐまたはｎ−型層と置き換わるまたはこれを補充し、追加のデバイス層を生成し、接点、接合、あるいはその他の光能動または電気的能動エリアを整流することにより、追加のデバイス構造を光電セルに設けることができる。
また、本発明は、相変化導電性または半導電性印刷インク、または印刷後の処理の後に導電性または半導電性となるかかる相変化印刷インクを用いて半導体ウェハのような表面に電気接点または導電体を印刷する装置である。
これより、一例として、光電セルの製造に用いられるｐ−ドープ・シリコン・ウェハに前面電気接点を被着する本発明の一実施形態を用いて、本発明について説明する。 しかしながら、本発明はそれに限定されるのではないことは言うまでもない。ここに開示するプロセスは、他の半導体ウェハのようないずれの適した基板上にでも、電気接点または電気導線または電気デバイスを形成するために用いることができる。例えば、ｎ−ドープ・シリコン・ウェハのような半導体材料上に電気接点を形成するために用いることができる。
光電セルを準備するための本発明のプロセスにおいて用いられるシリコン・ウェハは、通例、薄い平面形状の形態をなす。シリコンは、望ましければ、１つ又は２つ以上の半導体材料、例えば、ゲルマニウムのような１つ又は２つ以上の追加材料を含むこともある。硼素は第１のｐ−型ドーパントとして広く用いられているが、他のｐ−型ドーパント、例えば、ガリウムまたはインディウムでも十分である。硼素は、好ましいｐ−型ドーパントである。このようなドーパントの組み合わせも適している。このように、第１ドーパントは、例えば、硼素、ガリウムまたはインディウムの１つ又は２つ以上を含むことができ、好ましくは、硼素を含む。適したウェハを得るには、通例、単結晶シリコンのインゴットのようなｐ−ドープ・シリコン・インゴットを薄切りにするかまたは鋸引きして、チョクラルスキ（Ｃｚ）または浮遊帯（ＦＺ：float zone）シリコン・ウェハのような単結晶ウェハを形成する。また、シリコン・ウェハは、縁端定義膜供給成長技術（ＥＦＧ：Edge-defined Film-fed Growth）または同様の技法のようなプロセスを用いて、溶融シリコンから直線状に引き出すこともできる。多結晶シリコンのブロックまたは「ブリック」を薄切りまたは鋸引きして作られるウェハは、本発明のプロセスにおいて用いるのに好ましいウェハである。ウェハはいずれの形状でも可能であるが、ウェハは通例円形、正方形、または疑似正方形である。「疑似正方形」とは、全体的に正方形であるが、通常角が丸くなっている形状を意味する。つまり、一般に、本発明において用いられるウェハは平面で薄く、通例円形、正方形、または疑似正方形のウェハである。例えば、本発明において用いられるウェハは、厚さが約５０ミクロンから約４００ミクロンとすることができる。しかしながら、通常、ウェハの厚さは約１００から約３００ミクロンとすることができる。円形の場合、これらの直径は、約１００から約４００ミリメートル、例えば、１０２から１７８ミリメートルとすることができる。正方形または疑似正方形の場合、これらの幅は、約１００ミリメートルから約２１０ミリメートルとすることができ、疑似正方形のウェハの場合、丸めた角の直径は約１２７から約１７８ミリメートルとすることができる。本発明のプロセスにおいて用いられるウェハの表面積は、約１００から約２５０平方センチメートルとすることができる。本発明のプロセスにおいて用いられる第１ドーパントをドープしたウェハの抵抗率は、約０．１から約１０オーム．ｃｍ、通例、約０．５から約２．０オーム．ｃｍとすることができる。ここで用いる場合、ウェハという用語は、前述した方法、即ち、シリコンのインゴットまたはブロックの薄切りまたは切断によって得られるウェハを含むが、ウェハという用語は、本発明のプロセスによって光電セルを準備するために用いられるその他の適した半導体基板であればいずれでも含むことができることは言うまでもない。
第１ドーパントをドープしたウェハの表面には、模様を付けることが好ましい。模様を付けることによって、一般に、光吸収率が高くなり、結果的に得られる光電セルの効率が高まる。例えば、科学的エッチング、プラズマ・エッチング、または機械的けがきを用いて、ウェハに適した模様を付けることができる。第１ドーパントとは逆の第２導電性のドーパントをウェハに与えて、第１ドーパントとは逆の導線性を有する第１層を、ウェハの前面上に生成する。このような第１層は、いわゆるエミッタ層である。その形成によって、ウェハ内にｐ−ｎ接合ができる。本発明のこの説明におけるようにｐ−ドープ・ウェハを用いると、ウェハの前面にはｎ−ドーパントがドープされて、エミッタ層を形成する。これは、適したｎ−ドーパント・ソースをウェハ上に堆積し、次いでウェアを加熱してｎ−ドーパントをウェハの表面内に「追いやる」ことによって行うことができる。ｎ−ドーパントをウェハ面上に堆積するために、気体拡散を用いることができる。しかしながら、イオン打ち込み、固体ソース拡散、またはｎ−ドープ層およびｐ−ｎ接合を、好ましくは、ウェハ面に近接して作成する際に当技術分野において用いられているその他の方法というように、別の方法を用いることもできる。燐は好ましいｎ−ドーパントであるが、１つ又は２つ以上のその他の適したｎ−ドーパントを用いることができる。例えば、燐、砒素、またはアンチモニの内１つ又は２つ以上を用いることができる。例えば、燐をドーパントとして用いる場合、オキシ塩化燐（ＰＯＣｌ３）または燐含有ペーストを用いて、ウェハに被着することができる。例えば、液体のＰＯＣｌ３を用いることができる。本発明のプロセスでは、１つの手順は、ｎ−ドーパントを燐として添加する際に、摂氏約７００度から約８５０度の高温において、ウェハをオキシ塩化燐および分子性酸素の雰囲気にウェハを晒すことによって、ウェハ上に燐ガラスの層を堆積する。このようなガラス層は、厚さを約５から約２０ナノメートル、更に典型的には、約１０から約１５ナノメートルにすることができる。好ましくは、ｎ−ドーパントを与え、つまりエミッタ層をウェハの表面上のみに形成することが好ましい。これは、ｎ−ドーパントを添加するための材料に２枚のウェハを露出するときに、これらを背中合わせにして配置することによって、都合良く遂行することができる。しかしながら、ウェハの背面がドーパント材に露出されるのを遮蔽するように、平面上にウェハを置くというように、ｎ−ドーパントをウェハの表面のみに添加する他の方法も用いることができる。他の実施形態では、背面の全部または少なくとも一部にはｎ−ドーパントを許容し、その後、例えば、背面場(back surface field)および電気接点の形成中にアルミニウムのｐ−ドーパントを導入するというような補償を行うこともできる。
本発明の好適な実施形態では、表面上におけるエミッタ層の形成後に、表面被膜、好ましくは、反射防止被膜として機能することができる被膜を、ウェハの前面上に堆積する。このような被膜は、例えば、酸化タンタル、二酸化シリコン、酸化チタン、または窒化シリコンのような誘電体の層とすることができる。これらは、当技術分野において知られている方法、例えば、プラズマ・エンハンス化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）、熱酸化、ペースト、インク、またはゾル・ゲルのスクリーン印刷によって添加することができる。被膜の組み合わせを用いることもできる。好ましい被膜は、窒化シリコンから成る反射防止被膜である。好ましくは、本発明のプロセスにおいて、窒化シリコン層は、ＬＰＣＶＤまたはＰＥＣＶＤを用いて被着する。ＬＰＣＶＤによって窒化シリコンを被着する適した方法は、摂氏約７５０度から約８５０度の高温で、ジクロロシラン、アンモニアのような、シリコン化合物の雰囲気にウェハを露出させることである。
被着時に、ウェハの表面上に堆積されている表面被膜は、厚さが少なくとも約７０ナノメートルであることが好ましく、約１４０ナノメートル未満であることが好ましい。表面被膜は、厚さが例えば約１１０から約１３０ナノメートルとすることができる。仕上がった光電セル上の表面被膜、好ましくは、窒化シリコンの厚さは、約７０から約１００ナノメートルとすることができる。
本発明のプロセスの一実施形態によれば、相変化、導電性印刷インク、または印刷後処理後に導電性または半導電性となる相変化印刷インクを用いて、ウェハの表面に被着し、インクを被着するには、インク・ジェット・プリンタを用いる。本発明のプロセスに用いられるインクインク体は、２００４年３月１１日に公開された米国特許出願第ＵＳ２００４／００４６１５４号Ａ１に開示されているインク物から選択することができる。その内容は、ここで引用したことにより、本願にも含まれるものとする。しかし、本発明のプロセスによる印刷に用いられる温度においてしかるべき低い粘度を有し、好ましくは印刷に用いられる印刷装置の噴射オリフィスが容易に詰まらないことが条件となる。適した導電性印刷インクは、カテゴリの各々からの以下の材料の１つ又は２つ以上を組み合わせることによって調合することができる。
１．好ましくは、融点が摂氏０および１５０度の、低融点鑞、ポリマ、イオン液体、またはその他の適した材料のクラスの相変化ビヒクル。ビヒクルは、例えば摂氏約１０度から約３０度の常温における実質的な固体から、実質的に液体、好ましくは、溶融したときの５０センチポイズ（ｃＰ）未満の液体粘度まで、粘度変化を呈しなければならない。これらは、ヘキサデシル・エーテル（摂氏５５度）、１−エイコサノール（摂氏７２度）、またはトリコサン（摂氏４７．６度）のような、適した融点および粘度の炭化水素パラフィン、アルコール、エーテル、酸、エステル、またはアミンとすることができる。
２．好ましくは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、またはＡｕのような金属群の金属あるいは半導体微小またはナノ単位パウダ、あるいは４、ＩＩＩ−Ｖ、ＩＩ−ＶＩ、ＩＩＩ−Ｖ族のドープした半導体またはドープしない半導体、あるいはこれらの組み合わせ。パウダは、Engelhard Corporationまたはその他の多くの電子機器供給業者のような数カ所の市販元から入手することができる。
３．そして任意に、金属接点の光電セルへの取付のための融剤として作用する、絶縁体あるいはガラスの微小またはナノ単位のパウダ。その組成は、金属および非金属酸化物、ハロゲン化物、硫化物、燐化物ガラスの１つ又は２つ以上を含むことができるが、これらに限定されるのではない。また、融剤は、溶融能力を与える反応性有機または無機分子を含むこともできる。このような絶縁体またはガラス・セラミック・パウダの多くは、セラミック上薬および電子材料製造業者を通じて、市販されている。
先に掲示した成分を組み合わせて、用いる印刷温度において望ましい粘度をもたらし、塗布および印刷しインクの任意の加熱の後に、望ましい導電性をもたらす。
加えて、本発明の方法において用いられる導電性インクは、塗布すると導電性または半導電性となるインク、または印刷に続く処理の後でのみ、より良い導電体となるインクを含む。例えば、導電性インクは、前駆体材料の形態をなすことができ、印刷の後、加熱あるいはそれ以外で硬化または処理して、導電性とするか、またはその導電性を強化する。
固体導電性インクをウェハに塗布するには、相変化インクを印刷するように設計されたインク・ジェット・プリンタを用いる。このようなインク・ジェット・プリンタ、特に、このようなプリンタからの印刷ヘッドは、Xerox Corporationから入手可能である。このようなプリンタは、光電セルの製造に用いられるウェハのような、半導体ウェハ上に固体、導電性印刷インクの所望のパターンを印刷するようにプログラム、調節、または設定することができる。このようなパターンを印刷する一プロセスでは、固体、導電性印刷インクを印刷ヘッドの中でその融点よりも高い温度、例えば、摂氏約５０度から約１５０度まで加熱し、前面電気接点に所望なパターンにしたがって、インク・ジェット印刷ヘッドによって分配する。好適なプロセスでは、ウェハの温度を印刷インクの融点よりも低くして、インクをインク・ジェット・プリンタから分配した後に、直ちにウェハ表面上で冷却し固化するようにする。前述のように、導電性インクまたはインク前駆体をウェハ上で所望のパターンに印刷した後、ウェハを高温、例えば、摂氏約３００度から約８００度に、空気中で加熱(fire)、即ち、熱(heat)して、インクを硬化させることができる。
前面電気接点のパターンは、いずれの所望のパターンでも可能である。正方形または「疑似正方形」状のウェハに用いることができる好適なパターンの１つに、複数の薄く、離間した、平行「フィンガ」電気接点ラインがあり、半導体の表面全域にわたり、ウェハの一方の縁端またはその縁端の近くから、ウェハの対向する縁端またはその対向する縁端の近くにまで達している。最初のフィンガ・ラインは、ウェハの縁端近くに位置し、複数のフィンガ・ラインの内最後のフィンガ・ラインは、ウェハの対向する縁端近くに位置する。つまり、複数の平行なフィンガ・ラインは、ウェハの一方の縁端から対向する縁端にまで及び、正方形状（または疑似正方形状）のウェハの他方の縁端に対して平行である。フィンガ・ラインは、これらフィンガ・ラインに対して垂直に配置された、１本、２本、またはそれ以上の離間したバス・バー・ラインによって接続される。バス・バー・ラインは、全体的に、フィンガ・ラインよりも広い。バス・バー・ラインは、バス・バーへの電気接続が全てのフィンガ・ラインへの電気接続となるように、フィンガ・ラインを電気的に接続する役割を果たす。例えば、約３０から約１５０本のフィンガ・ラインがあり、各ラインは隣接するラインから約１ｍｍから約５ｍｍ（中心間で）離間して設けることができる。このようなフィンガ・ラインの各々は、幅が約５０μｍから約２００μｍとすることができる。バス・バー・ラインは、幅が約８０μｍから約３０００μｍとすることができ、一般に、フィンガ・ライン上で電荷が移動しなければならない距離を最短に抑えるように、ウェハ面上に置かれる。例えば、２本のバス・バーを用いる場合、各々を、ウェハの対向する２つの縁端に対して、ウェハのそれぞれの縁端からウェハの幅の１／４だけ内側に配置する。
前面接点に所望なパターン、例えば、フィンガ・ラインおよびバス・バー・ラインは、ウェハ上でプリンタを１回通過させる（またはプリンタの下でウェハを通過させる）ことによって印刷することができ、あるいは、多数回の通過を用いて、例えば、フィンガ・ラインを最初に形成し次いでバス・バー・ラインを形成するというようにして、遂行することができる。加えて、前面接点の１つ又は２つ以上のパターンをコンピュータにプログラムすることができ、コンピュータは、いずれの時点でも、印刷パターンを容易にそして素早く変更できるように、プリンタを制御する。これは、例えば、生産ラインが１種類よりも多くの光電セルを製造するために用いられる場合には、望ましいと言える。このように、本発明のプロセスは、複数の異なる電気接点の設計にも対処できるという点において、非常に多様性がある。印刷ヘッドの設計はディジタル的に制御することができるので、印刷パターンには多数のカスタム化を行うことができ、メッシュや押し出し方向のようなスクリーンまたはスクリーン・プリンティングに関して心配することなく、縞状パターンまたは模樹パターンの印刷品質を維持することができる。
また、光電セルは、一般に、セルの背面上に背面電気接点を有する。セルの背面は太陽に面していないので、背面接点は、セルの背面の全体または本質的に全体を覆うことができ、そうすることが望ましい。本発明によれば、相変化導電性インクをウェハの背面上に印刷して、背面接点を形成することができる。また、本発明によれば、数種類の異なるインクを一度に背面に塗布し、単一側接点配列を行うこともできる。
以上、光電セルに用いるシリコン・ウェハ上に電気接点を形成することに関して、本発明について説明したが、本発明はそれに限定されるのではないことは言うまでもない。本発明の方法は、いずれの表面にでも電気接点または導電体を形成するために用いることができ、電子チップを製造するために業界において用いられる半導体のように、別の目的に用いられる半導体の表面を含む。Xerox Corporationから入手可能なヘッドのような、多重インク印刷ヘッドでは、１回の通過で多数のインクを印刷することが可能である。この修正により、背面接点ソラー・セルに求められるような、単一面上における導通ラインの多数の組成の構成が可能となる。
図１は、光電セルの受光側前面から見た光電セル１の図である。光電セル１は、シリコン・ウェハ５を有する。シリコン・ウェハ５上に、フィンガ・ライン１０が印刷されている。（複数のフィンガ・ライン１０が図には示されているが、明確化のために、１本のみに付番する）そして、２本のバス・バー・ライン１５が印刷されている。加えて、セル２０は、フィンガ・ラインに接続する外側接続ライン２０を有する。外側接続ライン２０は、フィンガ・ラインと同じ幅を有することができる。フィンガ・ライン、バス・バー・ライン、および前面電気接点用外側接続ラインは、光電セルの「開放格子」パターンを形成する。各フィンガ・ライン１０、各外側接続ライン、および各バス・バー・ラインは、本発明によれば、相変化導電印刷インクを使用するインク・ジェット印刷を用いて、ウェハ５の表面上に印刷されている。多数回ウェハをプリンタに通す（またはウェハ上でプリンタを通過させる）ことによって、異なるラインを徐々に印刷することができ、あるいは１回ウェハ上でプリンタを通過させるか、またはウェハをプリンタに通すことによって、前面接点全体を印刷することができる。図１は、本発明にしたがってウェハ上に印刷した前面電気接点のパターンを１つだけ示している。しかしながら、いずれの適したパターンでもウェハ上に印刷可能であることは言うまでもない。
図２は、本発明のプロセスを実用化するのに適した印刷ヘッド装置４０を示す。図２に示すように、印刷ヘッド４０は、複数の孔即ち開口（オリフィス）５０（明確化のために、このような孔の１つのみに付番する）を有し、これらを、溶融した相変化導電性印刷インクが通過する。また、図２は、光電セル１Ａも示しており、ウェハ５Ａにフィンガ・ライン１０Ａおよびバス・バー１５Ａが印刷されている。溶融した相変化導電性印刷インクは、孔に通されまたは通過し、ウェハ上に至り、図示のライン１０Ａおよびバス・バー１５Ａのパターンのような所望のパターンをウェハ上に形成する。
以上、本発明のある種の実施形態のみについて明記したが、代替実施形態や種々の修正は当業者には明白であろう。これらおよびその他の代替案は、同等であり、本発明の主旨および範囲に該当するものと見なす。
２００５年１２月２７日に出願した米国仮特許出願第６０／７５４，０４８号は、この中で引用したことにより、その内容全体が本願にも含まれるものとする。
Claims (10)
- 基板の表面上に電気接点または導電体を形成するプロセスであって、相変化導電性または半導電性印刷インク、または印刷後の処理の後に導電性または半導電性となるかかる相変化印刷インクを、前記表面上にインク・ジェット印刷するステップを備えている、プロセス。
- 請求項１記載のプロセスにおいて、前記基板は半導体材料から成る、プロセス。
- 請求項２記載のプロセスにおいて、前記基板は、光電セルの製造に用いられる半導体ウェハである、プロセス。
- 請求項１記載のプロセスにおいて、前記固体導電性印刷インクをインク・ジェット印刷装置において加熱して溶融インクを形成し、前記基板上において前記溶融インクを所望のパターンに印刷し、前記インクを冷却して前記電気接点または導電体を形成する、プロセス。
- 請求項３記載のプロセスにおいて、前記印刷装置およびインク組成は、多数のインクを同時に貯蔵し、高スループット全裏面接点形成方法を容易に実行するように構成および制御することができる、プロセス。
- 請求項１記載のプロセスによって作成した電気接点。
- 請求項１記載のプロセスによって作成した導電体。
- 相変化印刷インクであって、
融点が摂氏約０度から約１５０度である相変化ビヒクルと、
金属、半導体微小またはナノ単位パウダと、
任意に、絶縁体パウダあるいはガラス微小またはナノ単位パウダと、
を備えており、前記組成は、常温では固体であり、摂氏約３０度以上の温度では、粘度が約５０ｃＰ未満となる、相変化インク。 - 請求項８記載のインクにおいて、前記相変化ビヒクルは、鑞、ポリマ、イオン液体パラフィン、アルコール、エーテル、酸、エステル、または融点が摂氏約０度から約１５０度の範囲であるアミンの内の１つ又は２つ以上である、インク。
- 請求項９記載のインクにおいて、前記金属あるいは半導体微小またはナノ単位パウダは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、あるいはＩＩＩ−ＩＶ族のドープしたまたはドープしない半導体の内の１つ又は２つ以上から選択する、インク。
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