JP2012526399A - 堆積膜の選択的除去のための多孔質リフトオフ層 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1cA
Description
エマニュエル・エム・サチス(又はサックス)(Emanuel M. Sachs)およびアンドリュー・エム・ゲイバー(又はガボール)(Andrew M. Gabor)の名のもとに2009年5月8日に出願された、「堆積膜の選択的除去のための多孔質リフトオフ層(Porous Lift−OFF layer for selective removal of deposited films)」という名称の米国仮出願第61/215,671号に基づく優先権をここに主張し、これを参照により完全に本願明細書において援用する。
太陽電池の作製において、開口を有する誘電体膜を有することが望ましい例が幾つかある。例えば、結晶性シリコンのウェーハ上に太陽電池を作製する際、窒化ケイ素などの誘電体を、反射防止コーティングおよび保護(passivating)表面として当該電池の上面(太陽に面する側)上に使用する。次いで、金属被覆(metallization)を電池上に堆積させる。金属被覆はシリコン自体と接触しなければならない。したがって、金属をシリコンと接触させるために、皮膜に開口を設ける必要がある。一般的な手順は銀ペーストを使用することであり、この銀ペーストは、誘電体と反応して当該誘電体に穴をエッチングする化学フリットを有し、この穴を介して金属を接触させることができる。しかしながら、金属被覆へのアプローチにはこのような反応性成分を有することができないものもあるため、金属被覆の(形成)前に誘電体に孔を開ける必要がある。
本願明細書中に開示される半導体ウェーハ加工方法に関して、反射防止膜コーティングなどの幾つかの他の塗布された材料の除去を促進すべく、新規の多孔質リフトオフ層が使用される。コーティングが求められていない領域には多孔質層を付与するが、この多孔質層は、粒子と、塗布された皮膜層の厚さよりも大きいのが好ましい(が、必ずしもそうでなくてもよい)孔隙(porosities)とから構成される。多孔質層およびコーティングが求められている半導体の他の部分にわたってコーティング膜を塗布した後、多孔質材料を除去すると、結果として、コーティングが求められていない領域から上に重ねた皮膜が除去される。多孔質層は、後に乾燥させると孔隙が形成されるスラリーとして、または、ある材料のフィールド内に不安定粒子(熱分解または液体可溶性粒子など)を有する層として付与することができ、これらの粒子は、熱または溶媒を適用すると当該フィールドから分離する。コーティング膜層は、粒子間の空間を橋かけしていないコーティングに起因して生じた孔を介してコーティング膜内に進入するエッチング液を付与することによってエッチングにより除去することができる。エッチング液は、多孔質層全体にわたって流動し、コーティング膜の両面からコーティングを攻撃する。粒子は例えば膜厚の4〜10倍の直径を有し得るので、粒子よりも僅かに小さい孔が生じる。粒子は、シリカ、アルミナおよび他のセラミック類であってもよい。このような多孔質層は、金属被覆を付与すべき窪みに使用して、反射防止コーティングから窪みを保護することができる。
本願明細書に開示されたイノベーションにより、誘電体膜を堆積させる前に、多孔質リフトオフ材料をシリコン表面に堆積させる。次いで、リフトオフ材料の上部を含むあらゆる場所に皮膜を堆積させる。超音波洗浄および/または光化学エッチングなどの加工工程の後、リフトオフ材料を剥離し、それと共に上に重ねた誘電体膜も除去され、これによりシリコンに開口が残る。
図1a、1b、1c、1dおよび1eならびにそれら各々の断面図である図1aA、1bA、1cA、1dAおよび1eAは、シリコン太陽電池102の上面104上への窒化ケイ素反射防止コーティング114(図1cおよび1cA)の堆積を阻止するために適用される、本願明細書に開示される方法を示す。この場合、1〜2μ(ミクロン)直径の球形シリカ粉末粒子110のスラリー(図示せず)を、ポリエチレンイミン(PEI)を分散剤として含む水中で調製することができる。典型的なスラリー組成物は、およそ1:1の水:シリカ重量比であり、分散剤としてのPEIは0.03重量部である。シリカを分散させるための多くの他のポリマー分散剤が当該技術分野において知られており、例えば、ペンシルバニア州フィラデルフィアのローム・アンド・ハース(Rohm and Haas)社製のデュラマックス3005(Duramax 3005)という商品名で販売されている高分子電解質のアンモニウム塩である。シリカはまた、スラリーのpHを調節することによって静電的に分散することができる。(シリカではない場合、スラリー中の粉末は、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素および他のセラミック材料であってもよい。)スラリーをウェーハ表面104に、例えば、シリコンウェーハ102のピット、トレンチまたは溝108内に分配する。例えば、この分配は、上記米国仮出願第61/204,382号およびPCT出願PCT/US2010/020245(参照により本願明細書中に援用する)に記載される毛管分配チューブを使用する処理方法によって可能である。ベヒクル(水など)は蒸発して、乾燥スラリーの粒子110が残り、これを複数の層112a、112b等に充填する。
半導体ウェーハ加工の場合、多孔質リフトオフ層を使用して、反射防止膜コーティングのような幾つかの他の塗布材料の除去を促進する。粒子および塗布されている皮膜層よりも大きい孔隙から構成される多孔質層を、コーティングが求められていない領域に設ける。皮膜を多孔質層および半導体の他の所望部分上に塗布(適用)した後、多孔質材料を除去することにより、結果として、それらの領域を対象としないオーバーレイ皮膜が除去される。多孔質層は、後に乾燥させると孔隙が生じるスラリーとして、または、ある材料のフィールド内に不安定粒子(熱分解または液体可溶性粒子など)を有する層として付与することができ、これらの粒子は、熱または溶媒の適用によりフィールドから解離する。粒子間の空間を橋かけしていない皮膜に起因して生じた孔隙を介して皮膜層に進入するエッチング液を付与することによって、皮膜層をエッチングにより除去することができる。エッチング液は多孔質層全体にわたって流動し、その両表面から皮膜を攻撃する。粒子の直径は、例えば、膜厚の4〜10倍であってもよい。粒子はシリカ、アルミナおよび他のセラミック類であってもよい。金属被覆が設けられるべき窪みにおいてこのような多孔質層を使用して、反射防止コーティングから窪みを保護することができる。
Claims (35)
- 光起電力デバイス表面の一部の領域にのみ皮膜を付与するための方法であって、
a.表面を提供する工程と、
b.皮膜が求められていない前記表面の一部の場所に多孔質材料を付与する工程と、
c.前記多孔質材料を付与した場所と皮膜が求められている別の場所の両方を含む該表面上に皮膜を付与する工程であって、その皮膜の膜厚が前記多孔質材料の孔の大きさ以下である、工程と、
d.前記表面から前記多孔質材料を除去すると共に、その除去される多孔質材料上に堆積されていた皮膜をも除去する工程と、を含み、
多孔質材料を付与した光起電力デバイス表面の領域が実質的に前記皮膜を含まず、且つその他の領域が前記皮膜を備える、ことを特徴とする方法。 - 前記除去工程が化学的工程を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記除去工程がエッチングを含む、請求項2に記載の方法。
- 前記除去工程が機械的工程を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記除去工程が機械的工程をも含む、請求項2に記載の方法。
- 前記除去工程が振動を含む、請求項4に記載の方法。
- 前記皮膜を付与する工程(c)が、前記多孔質材料を付与した場所全体に孔を有する皮膜を付与することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記多孔質材料を付与する工程(b)が、外部コーティング環境から、前記多孔質材料を付与した場所にある表面の任意部分まで実質的に視線が存在しない程度に十分な多孔質材料層を付与することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記多孔質材料を除去する工程が、前記多孔質材料を付与した場所の皮膜を破裂させることを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記多孔質材料が、実質的にプレートレット様(小板状)の粒子を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記多孔質材料が、実質的に球形の粒子を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記多孔質材料が、実質的に等軸な粒子を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記多孔質材料が、孔の網状組織と相互貫入した実質的に相互連結型の固体網状組織を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記多孔質材料を付与する工程(b)が、粒子を含有するスラリーを提供し、次いで該スラリーの液体分を該スラリーから分離させることを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記多孔質材料を付与する工程(b)が、乾燥粒子を提供することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記表面が、実質的に平坦な表面を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記表面が窪みを有し、前記多孔質材料を付与する工程(b)が前記窪み内に前記多孔質材料を付与することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記多孔質材料を付与する工程(b)が、材料のフィールド内に不安定粒子を付与することを含み、更に、該不安定粒子を除去してフィールド材料に孔隙を形成することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記不安定なフィールドがポリマーを含む、請求項18に記載の方法。
- 前記多孔質材料がセラミック粒子を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記多孔質材料が、シリカ、アルミナ、窒化ケイ素および炭化ケイ素からなる群から選択される粒子を含む、請求項14に記載の方法。
- 前記多孔質材料が金属粒子を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記多孔質材料が、鉄、ニッケル、銀、銅、コバルト、モリブデンおよびタングステン、並びにこれら金属の合金からなる群から選択される粒子を含む、請求項22に記載の方法。
- 前記皮膜が、大気圧化学蒸着、低圧化学蒸着、プラズマ化学蒸着、原子層堆積、スパッタリング、昇華および蒸発により堆積される皮膜からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記皮膜が、窒化ケイ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素およびこれら3つのものの合金;リン含有酸化ケイ素、ホウ素含有酸化ケイ素、並びに、酸化アルミニウムからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記皮膜が、酸化亜鉛、酸化スズおよび酸化インジウムスズからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記皮膜が、誘電体、金属および半導体からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記皮膜が、銀、アルミニウム、ニッケル、チタニウム、タングステン、チタニウム・タングステン合金、モリブデン、クロム、スズ、スズおよび銀および銅の合金;
並びに、銅、インジウム、ガリウム、セレニウム、およびこれら4つのものの合金又は混合物からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。 - 該皮膜が、シリコン、ドープシリコン、ガリウムヒ素;
アモルファスシリコン、無定形ゲルマニウム、無定形炭素、これら3つのドープ物、並びに、これら3つの合金およびドープ合金;
二セレン化銅インジウム、銅インジウム、二セレン化銅インジウムガリウム、硫化カドミウム、硫化亜鉛およびテルル化カドミウム、
からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。 - 前記表面が、シリコンウェーハ、シリコン薄膜、化合物半導体、金属、ガラス、プラスチックおよび誘電体からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記多孔質材料が、前記表面と実質的に平行な横寸法において、膜厚よりも大きい孔隙を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記多孔質材料を付与する工程(b)が、スクリーン印刷、パッド印刷、インクジェット印刷、ステンシル印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷および噴霧からなる群から選択される方法を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記多孔質材料を付与する工程(b)が、可撓性チューブを通じて前記多孔質材料を含有する液体を堆積させることを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記多孔質材料を付与する工程(b)が、移送要素をスラリーに接触させ、前記スラリーが前記移送要素に一時的に付着し、次いで、前記スラリーを前記表面に接触させることを含み、これにより、前記スラリーが前記移送要素から前記表面に移動する、請求項1に記載の方法。
- 半導体ウェーハ上に比較的高いドーピングのパターン形成層を形成する方法であって、
a.ウェーハの一方の表面上にドープ層を付与する工程と、
b.前記表面の一部の場所に多孔質材料を付与する工程と、
c.前記多孔質材料で被覆されていないドープ層の領域を被覆するドーパント酸化膜をドライエッチングする工程と、
d.前記多孔質材料で被覆されていないドープ層をドライエッチングして、その厚さを低減する工程と、
e.前記多孔質材料を付与した場所および別の場所の両方を含む前記表面上に誘電体膜を付与する工程であって、その膜の膜厚が前記多孔質材料の孔の大きさ以下である、工程と、
f.前記表面から前記多孔質材料を除去すると共に、除去される多孔質材料上に堆積されていた皮膜を除去する工程と、
g.前記多孔質材料を付与した場所に残存し得る残存ドーパント酸化物を除去する工程と、を含む、方法。
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