JP2013510432A - 太陽電池製造用の自己位置合わせマスキング - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 アモルファス化シリコンおよび結晶質シリコンの物理的特性および化学的特性の差異を利用するさまざまな方法を用いて、後続の注入処理で利用され得るマスクを形成する。一部の実施形態によると、アモルファスシリコンおよび結晶質シリコンの膜成長の差異を利用してマスクを形成する。他の実施形態では、アモルファスシリコンおよび結晶質シリコンの反射率または吸光率の差異を利用してマスクを形成する。他の実施形態では、ドープシリコンおよびノンドープシリコンの特性の差異を利用してマスクを形成する。
【選択図】 図１Ｂ
【選択図】 図１Ｂ
Description
本発明は、太陽電池のイオン注入に関する。具体的には、太陽電池に対して注入を行い、太陽電池基板の特性を変化させて、後続の注入ステップに影響を与える方法に関する。
イオン注入処理は、伝導性を変化させる不純物を基板内に注入するために用いられる標準的な技術である。所望の不純物材料をイオン源でイオン化して、イオンを加速して所定のエネルギーのイオンビームを形成し、イオンビームを基板の表面に当てる。イオンビームに含まれるエネルギーを持ったイオンは、基板材料のバルクに進入して、基板材料の結晶格子内に埋め込まれて、所望の伝導性を持つ領域が形成される。
太陽電池は、コスト不要の天然資源を利用し、汚染を発生させず、誰もが利用可能なエネルギーを提供する。環境に関する関心が高まり、エネルギーコストが上昇しているので、シリコン基板から構成される太陽電池の重要性が世界的に高まりつつある。製造コストの低減または高性能太陽電池の生産性の向上または高性能太陽電池の効率の改善は、太陽電池を全世界で採用する動きを後押しすることになるだろう。この結果、クリーンなエネルギー技術の利用可能性を広げることができるであろう。
太陽電池では、効率を改善するためにドーピングが必要となる場合がある。ドーパントは、例えば、ヒ素、リンまたはホウ素であってよい。図１Ａは、インターデジットバックコンタクト型（ＩＢＣ）の太陽電池を示す断面図である。ＩＢＣ型太陽電池では、太陽電池の背面にｐｎ接合が設けられている。図１Ｂに示すように、本実施形態に係るドーピングパターンは、ｐ型ドーパント領域およびｎ型ドーパント領域が交互に配置されている。ｐ＋エミッタ２０３およびｎ＋裏面フィールド２０４は、適宜ドーピングされる。このドーピングによって、ＩＢＣ型太陽電池内の接合が機能したり、または、効率が改善されたりするようになるとしてよい。
ＩＢＣ型太陽電池等の一部の太陽電池は、太陽電池のうち一部の領域がｐ型で他の領域がｎ型となるように構成することが求められる。このようにさまざまな領域を、重複させることなく、または、ミスなしで位置合わせすることが困難である場合がある。例えば、図１Ｂに示すｐ＋エミッタ２０３およびｎ＋裏面フィールド２０４はドーピングを実行しなければならない。ｐ型領域２０３およびｎ型領域２０４が重なっていれば、ドーピングが逆効果となってしまうことがある。重複または位置合わせミスがあると、太陽電池の機能に影響が出てしまうことがある。複数の注入処理を実行する必要がある太陽電池について、構造または注入領域の寸法が小型であるものは特に、位置合わせ要件によってシャドーマスクまたはプロキシミティマスクの利用が制限される可能性がある。特に、図１Ｂに示すように、ＩＢＣ型太陽電池は、例えば、交互に配置されているラインをＢおよびＰでドープすることが必要である。このため、Ｂ注入処理用のシャドーマスクまたはプロキシミティマスクが細長い開口を持ち、この開口を慎重に、別のプロキシミティマスクまたはシャドーマスクを用いて既にＰ注入処理した小型のフィーチャに対して位置合わせする。
したがって、太陽電池に対して注入処理を行う方法を改善することが関連技術分野で求められている。具体的には、太陽電池のうち注入処理済みの領域を後続の注入処理においてマスクとして用いる方法を改善することが求められている。
アモルファス化シリコンと結晶性シリコンとの間の物理的特性および化学的特性の相違点を利用するさまざまな方法を用いて、後続の注入処理に利用可能なマスクを形成する。一部の実施形態によると、アモルファスシリコンと結晶性シリコンとの間の膜成長の相違点を利用して、マスクを形成する。他の実施形態によると、アモルファスシリコンと結晶性シリコンとの間の反射率または吸光率の相違点を利用して、マスクを形成する。他の実施形態によると、ドープシリコンおよびノンドープシリコンの特性の相違点を利用してマスクを形成する。
本開示をより理解していただくべく、添付図面を参照していただきたい。添付図面は、参照により本願に組み込まれ、以下の通りである。
インターデジットバックコンタクト型太陽電池を示す断面図である。
インターデジットバックコンタクト型太陽電池を示す底面図である。
マスクを介して注入処理を行う様子を示す断面図である。
第１の太陽電池製造プロセスを説明するためのフローチャートである。
第２の太陽電池製造プロセスを説明するためのフローチャートである。
第３の太陽電池製造プロセスを説明するためのフローチャートである。
第４の太陽電池製造プロセスを説明するためのフローチャートである。
太陽電池の抵抗加熱を示す図である。
第５の太陽電池製造プロセスを説明するためのフローチャートである。
第６の太陽電池製造プロセスを説明するためのフローチャートである。
第７の太陽電池製造プロセスを説明するためのフローチャートである。
第８の太陽電池製造プロセスを説明するためのフローチャートである。
第９の太陽電池製造プロセスを説明するためのフローチャートである。
第１０の太陽電池製造プロセスを説明するためのフローチャートである。
本システムの実施形態は、本明細書では太陽電池に関連付けて説明する。しかし、本システムの実施形態は、例えば、半導体ウェハまたはフラットパネルに対しても利用可能である。注入装置は、例えば、ビームライン方式またはプラズマ方式のドーピングイオン注入装置であってよい。このように、本発明は、以下で説明する具体的な実施形態に限定されるものではない。
図２は、マスクを介して注入処理を行う様子を説明するための断面図である。基板１００に対して特定パターンのイオン注入を行うことが所望される場合、マスク１０４を用いるとしてよい。このマスク１０４は、シャドーマスクまたはプロキシミティマスクであってよい。マスク１０４は、イオンビーム１０１の経路の途中であって基板１００の前方に配置される。基板１００は、例えば、太陽電池であってよい。基板１００は、プラテン１０２上に載置されるとしてよい。プラテン１０２は、静電力または物理力を利用して基板１００を保持するとしてよい。マスク１０４は、基板１００に対する所望のイオン注入パターンに対応する開口１０５を持つ。開口１０５の形状は、ストライプ状、ドット状またはその他の形状であってよい。太陽電池１００に対する注入材料は、マスク１０４の開口１０５を通過する。このようにして、注入処理が行われた領域１０３のみが形成される。注入処理が行われた領域１０３は、例えば、図１のＩＢＣ型太陽電池のｐ＋エミッタ２０３に対応するとしてよい。注入処理が行われた領域１０３は、注入材料によってアモルファス化しているとしてよい。一方、太陽電池１００の残りの部分は結晶性シリコンのままである。マスク１０４を利用することによって、他のイオン注入技術で必要となるシルクスクリーニングまたはリソグラフィー等の処理工程が省略される。本願の実施形態で説明するように、後の注入処理では、注入処理が行われた領域３０１または太陽電池３００のその他の領域に対して注入処理を行うとしてよい。
複数回注入処理を行う必要がある太陽電池構造については、図２で説明したような第１の注入処理を用いて、後続の注入処理用のマスクを形成するとしてよい。図２を参照しつつ説明すると、領域１０３は、イオンビーム１０１に対して暴露されることによって、イオンが注入される。このように注入処理が行われたアモルファス領域は、ランダム化された結晶構造のために、注入処理が行われていない結晶質領域とは表面特性または結晶特性が異なる。このような特性の違いを利用して、アモルファス化した領域１０３を補完的な（例えば、隣接する）注入材料に対しマスキングするか、または、結晶質領域を同一領域内で上方に設ける必要がある注入材料に対してマスキングするとしてよい。第１の注入処理は、図２に図示するようにシャドーマスクまたはプロキシミティマスクを介して実行されるか、または、当業者に公知の他のパターニング技術を利用して実行されるとしてよい。第１の注入処理は、Ｐのドーズ量が多く、例えば、太陽電池の表面の一部分をアモルファス化する。アモルファス化された領域は、後続の注入処理についてマスクを生成するために利用可能なように異なる材料特性を持つ。
図３は、第１の太陽電池製造プロセスを説明するためのフローチャートである。ステップ３０１において、太陽電池の注入部分をアモルファス化する第１のパターニング注入処理を実行する。本明細書で説明する全ての実施形態と同様に、シャドーマスクまたはプロキシミティマスクを利用してこのパターニング注入処理を実行するとしてよい。このような構成とすることによって、表面にアモルファス化領域および結晶質領域の両方を持つ太陽電池が形成される。パターニング注入処理が完了した後、マスクを基板から除去する。
アモルファス化注入処理３００の後、注入されるビームを阻止または遮蔽する物質、例えば、酸化物またはその他の材料を、ステップ３０２に示すように、太陽電池上に成膜または成長させる。この物質は、成長速度または成膜速度が太陽電池のアモルファス化（ａ−Ｓｉ）部分および結晶（ｃ−Ｓｉ）部分上で異なるように、選択される。例えば、酸化物の成長は、結晶質シリコン上よりもアモルファスシリコン上の方が早い。このため、成膜ステップ３０２が行われた後では、結晶質シリコン（つまり、注入処理が行われていないシリコン）上よりもアモルファスシリコン（つまり、既に注入が行われた領域）上において酸化物の厚みが大きくなっている。
成膜処理または成長処理を行った後、基板を洗浄またはエッチングして、ステップ３０３に示すように、所望の領域を露出させる。例えば、プラズマエッチングを用いて酸化シリコンを均一に除去するとしてよい。この結果、結晶質シリコン領域からは酸化シリコンが全て除去されるが、アモルファス化領域からは全てが除去されるわけではない。これは、酸化物がアモルファス領域上の方が厚くなっていることが少なくとも一因である。
この後、ステップ３０４に示すように、第１のパターニング注入処理とは異なる太陽電池の領域に、第２の注入処理を実行する。既に注入処理が行われた領域上には成膜材料が残っているので、今回は、第１のパターニング注入処理（ステップ３０１）で注入が行われなかった領域のみに対して注入処理が行われる。
第２のパターニング注入処理が完了した後、ステップ３０５において示すように、成膜された層またはマスクをエッチングで除去する。この後、注入材料を活性化するべくアニーリングを実行するとしてもよい。
図４は、第２の太陽電池製造プロセスを説明するためのフローチャートである。ステップ３１１において、太陽電池の注入部分をアモルファス化する第１のパターニング注入処理を実行する。パターニング注入処理が完了した後、マスクを基板から除去する。
ステップ３１２に示すように、イオンビームを阻止する物質を、太陽電池のアモルファス化領域および結晶質領域の両方の上に均一に成膜または成長させる。この保護層の厚みは、太陽電池のアモルファス化領域および結晶質領域において同等とする。
成膜ステップ３１２の実行後では保護層の厚みは均一であるが、保護層は、アモルファスシリコンおよび結晶質シリコンにおいて異なる速度でエッチングされる。保護層の特性は、各領域の下方において太陽電池の表面が異なるので、異なる。例えば、太陽電池の表面上の原子間間隙は、結晶領域とアモルファス化領域との間で異なる。この格子定数は、その上方に成長させる物質の化学量論または結晶構造に影響を及ぼす可能性がある。そして、結晶構造または化学量論は、エッチング速度に影響を及ぼす可能性がある。保護層は、ステップ３１３に示すように、一方の領域が露出するまでエッチングされる。つまり、この保護層は、結晶シリコン上では大部分が残っており、アモルファスシリコン上からは大部分が除去されているとしてよい。別の実施形態によると、保護層は、アモルファスシリコン上では大部分が残っており、結晶質シリコン上からは大部分が除去される。
この後、ステップ３１４に示すように、第２のパターニング注入処理を実行する。保護層の位置によって、第２の注入処理が第１のパターニング注入処理に対して位置合わせされるとしてよい。基板のどの部分が保護層を保持しているかによって、第１のパターニング注入処理および第２のパターニング注入処理によって、太陽電池のうち同一または異なる領域に対して注入処理を行うとしてよい。
ステップ３１５に示すように、保護層またはマスクは、この後、エッチングで除去する。この後、アニーリングを実行して注入材料を活性化するとしてよい。
図５は、第３の太陽電池製造プロセスを説明するためのフローチャートである。ステップ３２１に示すように、太陽電池の注入部分をアモルファス化する第１のパターニング注入処理を実行する。パターニング注入処理が完了した後、マスクを基板から除去する。
この後、ステップ３２２に示すように、太陽電池上にフォトレジストをスピニングで形成し、フォトレジストの厚みを制御する。様々なフォトレジスト材料、例えば、ｈ線、ｉ線、広帯域、遠紫外光、または、光によって溶解性等の特性が変化する任意の光活性膜を利用するとしてよい。フォトレジストの厚みは、ウェハスピニング速度によって制御される。フォトレジスト毎に粘度が異なる。フォトレジストは、結果として得られる厚みを把握するべく、様々な速度でスピニングを行うことによって特徴を決定する。この方法は、当業者に公知である。
フォトレジストは、主に２種類に分けられる。ポジ型のフォトレジストは、光が当たると硬化し、露光されていないフォトレジストを除去させる。ネガ型のフォトレジストは逆に、露光されていないフォトレジストが硬化し、露光されたフォトレジストを除去させる。
ポジ型のフォトレジストの場合、ステップ３２３に示すように、ＵＶ光またはその他の光を用いて、十分な光量を吸収するのは光がフォトレジスト層の裏面で反射される場合のみとなるようにフォトレジストを硬化させる。このように、太陽電池のアモルファス化領域および結晶質領域において反射率が異なることによって、フォトレジストは、太陽電池のアモルファス化領域上のみで硬化する。フォトレジスト毎に活性化の波長が異なり、例えば、近紫外光、中間紫外光、および、遠紫外光等を用いる。対象の波長は、フォトレジストを「活性化」するのが何かによって決まる。つまり、どの波長で溶解可能から溶解不可能に（または、その逆）変化するかによって決まる。この後、膜厚は通常であれば、波長のオーダとなっている（±２の倍数）。一部の実施形態によると、フォトレジストの厚みは、８０ｎｍと５００ｎｍとの間である。一部の実施形態によると、波長が１００ｎｍと２０００ｎｍとの間の光を表面に当てるとしてよい。
ネガ型のフォトレジストの場合、ＵＶ光を用いて太陽電池の一部分上でフォトレジストを硬化させないようにする。これは、フォトレジストの特性によるものであるとしてよい。例えば、アモルファス化領域が反射する光の量の方が大きく、この領域においてネガ型のフォトレジストが硬化しないように抑制するために十分であるとしてよい。一方、結晶質領域で反射する光の量の方が少なく、この領域でネガ型のフォトレジストを硬化させる。
いずれの場合も、太陽電池の結晶質領域とアモルファス領域との間で、青色波長に対する反射率の差異が最も大きくなるように、フォトレジストの厚みおよび形成方法を選択するとしてよい。波長は、一実施形態によると、約４５０ｎｍであるとしてよい。光は角度を持ってフォトレジストに入射するとしてよい。当該角度は、一例を挙げると、約７０度である。太陽電池のアモルファス領域および結晶質領域の間の吸収率の差異を最適化するべく、フォトレジスト層を２層以上積層させることが必要になるとしてよい。これらの複数のフォトレジスト層は、厚みおよび屈折率が適切になるように構成されるとしてよい。
具体的な一実施形態によると、厚みが２５００Åであるフォトレジストを、厚みが３００Åである注入領域を持つ太陽電池に塗布する。約６００ｎｍにおいて、アモルファスシリコンが反射する光の量は、結晶質シリコンに比べて、３０％多くなるとしてよい。波長が４５０ｎｍである場合、反射率の差異はより大きくなるとしてよい。
別の実施形態によると、偏光を基板に当てる。場合によっては、偏光を利用することによって、アモルファスシリコンと結晶質シリコンとの間の反射率の差異が大きくなるとしてよい。
ステップ３２４に示すように、フォトレジストが適切に所望の領域において硬化するのに十分な時間が経過した後、硬化していないフォトレジストがあれば、洗い流されるとしてよい。
ステップ３２５に示すように、この後で第２の注入処理を実行する。第２の注入処理は、第１のパターニング注入処理に対して位置合わせするか、または、太陽電池のうち注入処理が行なわれていない結晶質領域に対して注入処理を行うとしてよい。
この後、ステップ３２６に示すように、フォトレジストをアッシングで除去するか、他の方法で除去する。そして、注入材料を活性化するべくアニーリングを実行するとしてよい。
図６は、第４の太陽電池製造プロセスを説明するためのフローチャートである。ステップ３３１に示すように、太陽電池の注入部分をアモルファス化する第１のパターニング注入処理を実行する。パターニング注入処理が完了した後、マスクを基板から除去する。
この後、ステップ３３２に示すように、太陽電池上に熱ポリマーをスピニングで形成する。一部の実施形態によると、ポリアミドまたはメラミンホルムアルデヒドを利用するとしてよい。ポリアミドは、スピニングが容易な組成で利用可能である。全てのフォトレジストは、洗浄で除去されないように、ソフトベーク（または、これに代えて、ハードベーク）を必要とする。つまり、程度は異なるものの、すべてのフォトレジストは熱的活性である。上記のベークは通常、ホットプレート上で行われ、主に溶解したものを除去して、比較的剛性の高い膜を残す。一部の実施形態では、厚みが１００ｎｍと５０μｍとの間である熱ポリマーを塗布する。
この後、ステップ３３３に示すように、熱ポリマーが硬化する。太陽電池のアモルファス領域および結晶質領域の表面吸収の差異を利用して、ポリマーが硬化可能な箇所を決定することができる。結晶質シリコンは、赤外領域の大半で少なくとも部分的に透明であるので、赤外光に露光している間は低温を維持するとしてよい。これに対して、アモルファスシリコンは、赤外領域の一部を吸収するので、結晶質シリコンよりも高温になるとしてよい。吸収深度の差異を利用して、ポリマーマスクを熱的に硬化させる。太陽電池は、アモルファス化領域の上方のポリマーの温度がポリマーを熱的に硬化させるのに十分高い温度になるような強度を持つ赤外光に露光される。この強度は、結晶質領域の上方のポリマーの温度がポリマーを熱的に硬化させるのに十分高い温度には到達しないように調整される。
一部の実施形態によると、赤外光は、熱ポリマーが設けられている太陽電池の表面に当てる。別の実施形態によると、赤外光は、太陽電池の裏面に当てる。
硬化していないポリマーはこの後、ステップ３３４に示すように、化学リンスで除去される。
この結果得られるポリマーマスクは、アモルファス化領域に位置合わせされており、結晶質領域に対する第２の注入処理を実行することができる。第２のパターニング注入処理は、ステップ３３５に示すように、太陽電池のうち先行するステップ３３１において注入されていない領域に対して注入処理を行うために用いられる。
この後、ステップ３３６に示すように、ポリマーをアッシングまたは他の方法で除去する。この後、アニーリングを実行して注入材料を活性化するとしてよい。他の実施形態によると、ポリマーは、太陽電池のうち、アモルファス領域ではなく結晶質領域の上方で硬化する。
別の実施形態によると、アモルファスシリコンおよび結晶質シリコンの赤外吸収率の差異を利用して、後続の注入ステップで用いられるマスクを形成する。例えば、ポリプロピレン、ＰＶＣ、または、一部のその他の材料から成るシートを太陽電池の表面に塗布するとしてよい。太陽電池はこの後、例えば、太陽電池の結晶質領域より太陽電池のアモルファス化領域を高温に加熱する赤外光に露光される。一例を挙げると、アモルファスシリコンの熱は、ポリプロピレンを融解させ、太陽電池のアモルファス領域から放出または昇華させる。一実施形態によると、温度は摂氏１００度から１５０度の間であってよく、期間は約３０−６０秒であるとしてよい。ポリプロピレン製のバリアは、太陽電池の結晶質領域上ではそのままである。このようにして残ったポリプロピレンは、第１のパターニング注入処理のパターンに整合するハードマスクとなる。
図８は、第５の太陽電池製造プロセスを説明するためのフローチャートである。ステップ３４１に示すように、第１のパターニング注入処理を太陽電池に対して実行する。この注入処理は、プラズマドーピングイオン注入装置を利用するとしてよい。
ステップ３４２に示すように、プラズマドーピングイオン注入装置の真空特性、電圧およびドーパントは、注入装置内のシャドーマスクまたはプロキシミティマスクを移動させることなく、注入領域の上方にマスクを成膜するように変更するとしてよい。このパターニング成膜は、例えば、ＣまたはＰを利用するとしてよい。
ステップ３４３に示すように、シャドーマスクまたはプロキシミティマスクはこの後、注入装置から取り出されるとしてよい。第２のパターニング注入処理は、ステップ３４４に示すように、太陽電池のうち、第１のパターニング注入処理で注入が行われなかった領域において実行されるとしてよい。これによって、相補的に両パターニング注入処理を実行することができる。
ステップ３４２で成膜された材料は、例えばエッチングによって、ステップ３４５に示すように、この後除去するとしてよい。
図９は、第６の太陽電池製造プロセスのフローチャートである。ステップ３５１において、太陽電池のうち注入部分をアモルファス化する第１のパターニング注入処理を実行する。一部の実施形態によると、この後太陽電池からマスクを除去する。
この後、ステップ３５２に示すように、樹脂を太陽電池上にコーティングしてマスクを形成する。一例を挙げると、樹脂は太陽電池の全面をコーティングする。他の例では、樹脂がコーティングするのは、太陽電池のうちマスクを介して露出している部分のみである。
この後ステップ３５３において、プロキシミティマスクまたはシャドーマスクを通り抜けて樹脂に進入する転写注入処理を実行する。一実施形態によると、第１の注入処理と転写注入処理との間で、プロキシティマスクまたはシャドーマスクは移動させないとしてよい。別の実施形態によると、樹脂の全面コーティングが実行される場合、マスクは太陽電池に対して位置合わせし直す必要がある。この転写注入処理では、注入処理に対して暴露される樹脂を硬化させ、残りの部分は後にリンスするとしてよい。プロキシミティマスクまたはシャドーマスクは、転写注入処理の後で除去される。米国特許第５，７０５，５３９号では、架橋ポリケトンの利用を一例として説明している。
マスクを除去した後、ステップ３５４に示すように、リンスを実行する。この転写注入処理で硬化した樹脂は残るが、残りの樹脂はリンスで除去されるとしてよい。
ステップ３５５に示すように、太陽電池のうち第１のパターニング注入処理で注入が行われなかった領域において第２の注入処理を実行する。
図１０は、第７の太陽電池製造プロセスを説明するためのフローチャートである。ステップ３６１に示すように、最初の注入処理を実行する前に、太陽電池の表面に薄膜を成膜または成長させる。この膜の厚みは、１００ｎｍと５００ｎｍとの間であるとしてよい。
この後、ステップ３６２に示すように、シャドーマスクまたはプロキシミティマスクを介して第１のパターニング注入処理を実行する。この第１のパターニング注入処理は、イオンが膜を通過して太陽電池内に進入するのに十分なエネルギーで実行される。この第１のパターニング注入処理は、膜のうち当該注入処理が行なわれた箇所の化学構造を変化させる。
膜の化学特性の相違を利用して、第２のパターニング注入処理用のマスクを形成することができる。一部の実施形態によると、化学特性の相違を利用して、膜を選択的にエッチングする。例えば、二酸化シリコンに炭素が注入されると、ウェットエッチング速度（ＨＦの場合）が低減するのが一般的である。Ｐ型ポリシリコンは、ノンドープポリシリコンよりもエッチング速度がはるかに高い。ステップ３６３に示すように、膜のうち注入領域または非注入領域のいずれかを除去する。この除去処理は、エッチングプロセスまたはその他の適切なプロセスを用いて実行するとしてよい。
この後ステップ３６４において、第２の注入処理を実行する。この際、残っている膜がこの第２の注入処理の一部分を遮断する。第２の注入処理は、イオンが膜を通過しないようにするべく、第１の注入処理よりも低いエネルギーで実行されるとしてよい。
この後残っている膜を、ステップ３６５に示すように、エッチングまたは他の方法で除去する。第１のパターニング注入処理（ステップ３６２）で膜をエッチングし易くなるように加工した場合、第２の注入処理（ステップ３６４）は、太陽電池のうち第１の注入処理と同じ領域に対して注入処理を実行する。第１の注入処理（ステップ３６２）で膜をエッチングし難くなるように加工した場合、第２の注入処理（ステップ３６４）は、太陽電池のうち第１の注入処理と異なる領域に対して注入処理を実行する。いずれの例でも、注入処理が行なわれる領域を位置合わせする。第２の注入処理は、第１の注入処理よりも高質量イオンで行われるとしてよい。例えば、第１の注入処理はＢであり、第２の注入処理はＰであるとしてよい。別の実施形態によると、第１の注入処理はＳｉであり、シャドーマスクまたはプロキシミティマスクのパターンを太陽電池に転写するのみである。
図１１は、第８の太陽電池製造プロセスを説明するためのフローチャートである。この実施形態では、注入領域および非注入領域の伝導率の差異を利用して、太陽電池の表面上の材料を放出するとしてよい。ステップ３７１に示すように、シャドーマスクまたはプロキシミティマスクを介して第１のパターニング注入処理を太陽電池に対して実行する。注入される種は、ＢまたはＰ等のドーパントであることが好ましい。
ドーパントを活性化するべく、ステップ３７２において、アニーリングまたは熱活性化プロセスを実行する。アニーリングの後測定すると、ドープ領域は、ノンドープ領域よりも抵抗が低い。
この後ステップ３７３に示すように、太陽電池を電気メッキ浴に入れる。電気メッキ浴の電解質は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ等の種である、金属電解質で構成されるとしてよい。太陽電池のドープ領域上にメッキされる金属の厚みは、ノンドープ領域上よりも成長速度が速い。具体例を１つ挙げると、このプロセスにかかる時間は、例えば、１分から２時間の間であるとしてよい。
ステップ３７４に示すように、任意でこの後全面金属エッチングを実行するとしてよい。この金属エッチングによって、太陽電池のうち厚い方の領域（つまり、ドープ領域）および薄い方の領域（つまり、ノンドープ領域）の両方の上方にある金属を等量だけ除去する。このため、このエッチングが完了した後も、太陽電池のドープ領域の上方には金属が残る。
ステップ３７５に示すように、ドープ領域の上方にある金属をマスクとして用いて第２のパターニング注入処理を実行する。第２の注入処理は、このため、ドープされていない領域でのみ実行される。別の実施形態によると、全面金属エッチングはステップ３７４で行われず、電気メッキ（ステップ３７３）の後に、第２の注入処理（ステップ３７５）を実行するとしてよい。この例では、第２の注入処理（ステップ３７５）のエネルギーは、ドープ領域およびノンドープ領域の上方の金属の厚みの違いによって第２の注入処理のドーパントをノンドープ領域のみに注入するように選択される。
この後、ステップ３７６に示すように、第２の注入処理を活性化するべくアニーリングを実行するとしてよい。一実施形態によると、第１の注入処理は、Ｂ、ＧａまたはＡｌ等のｐ型注入材料であり、電気メッキされる金属はＡｌである。
図１２は、第９の太陽電池製造プロセスを説明するためのフローチャートである。注入領域および非注入領域上で溶質および溶媒の表面張力が異なることを利用して、表面上の材料を放出するとしてよい。注入処理が実行されたシリコン面は、注入処理が実行されていないシリコン面よりも、親水性が高い傾向がある。このため、適切な溶媒を用いれば、非注入領域よりも注入領域の表面においてより高い接着度が得られるとしてよい。適切なイオン性溶媒または共有結合溶媒を用いて、太陽電池の注入領域、つまり、アモルファス化領域に対する接着を優先することができる。この溶媒は、乾燥させると、注入領域、つまり、アモルファス化領域の上方において、太陽電池の表面上に成膜され得る。これが、第２の注入処理用のマスクになり得る。
この特定の実施形態では、ステップ３８１に示すように、第１のパターニング注入処理はシャドーマスクまたはプロキシミティマスクを介して実行される。この第１のパターニング注入処理は、太陽電池の所定領域をアモルファス化するとしてよい。
ステップ３８２に示すように、ＨＦ処理を実行して、非注入領域を疎水性にする。この後ステップ３８３において、溶媒を塗布する。この溶媒は、例えば、Ｎａ２ＣＯ３またはその他の適切な化学物質であってよい。ステップ３８４において示すように、圧力および／または熱を加えて、溶媒を乾燥させるとしてよい。
この後、ステップ３８５において示すように、乾燥した溶媒がマスクとして機能するので、第１の注入処理で注入が行われなかった領域に対して第２のパターニング注入処理を実行する。この後、ステップ３８６に示すように、純水リンスを実行して太陽電池から溶媒を除去する。
さらに別の実施形態によると、注入領域および非注入領域のシート抵抗の差異を利用して、太陽電池の表面上の材料を放出または昇華させるとしてよい。例えば、ドープシリコンは、ドーパントが存在するので、ノンドープシリコンよりも抵抗率が低い。このため、電流はノンドープ領域よりもドープ領域を通過し易く、ドープ領域の方が発熱量が少なくなる。
図１３は、第１０の太陽電池製造プロセスを説明するためのフローチャートである。本実施形態によると、アモルファスシリコンおよび結晶質シリコンの差異に起因する差異は利用しない。本実施形態では、ドープシリコンおよびノンドープシリコンの電気性能が異なることを利用する。このため、本実施形態では、太陽電池のアモルファス領域に含まれるドーパントを活性化しなければならない。
ステップ３９１に示すようにパターニング注入処理を実行する。この注入処理は、ＢまたはＰ等のドーパントを利用して実行する。注入処理が終わると、ステップ３９２に示すように、ドーパントを活性化しなければならない。この活性化は、熱を用いて実行するとしてよい。この活性化によって、アモルファス領域が再結晶化されるとしてよい。
この後、ステップ３９３に示すように、ポリマーを太陽電池の表面に塗布する。太陽電池をポリマーで被覆した後、太陽電池を抵抗加熱することによって、このポリマーに開口を設けるとしてよい。図７は、太陽電池の抵抗加熱を実行する一実施形態を示す図である。例えば、太陽電池４００の各ライン４０２に対して点接触４０１を形成するとしてよい。電源４０５用の第２のコンタクトを、太陽電池４００の端縁４０４の周囲に設けるとしてよい。０．０５ｍＡと２０ｍＡとの間等の電流が点接触４０１と端縁４０４との間を通過すると、ステップ３９４に示すように、電流が流れる領域の抵抗率に基づき太陽電池が熱を発生する。電流が太陽電池４００を流れると、ノンドープ領域で放散される熱は、高濃度ドープ領域で放散される熱よりも大きい。太陽電池４００ではノンドープ領域の方が抵抗率が高いので、ノンドープ領域の発熱量の方がドープ領域よりも大きい。このため、ポリマーはこれらのノンドープ領域で放出されるか、または、昇華する。
この後、ステップ３９５に示すように、ポリマーをマスクとして用いて、第２のパターニング注入処理を実行する。続いて、ステップ３９６に示すように、適切なプロセスを利用してポリマーを除去する。
上記の実施形態はそれぞれ、第１の注入処理の後に第２のパターニング注入処理を実行するものとして開示している。一部の実施形態では、両方の注入処理でドーパントを注入する。他の実施形態では、第１の注入処理は、Ｓｉを利用し、シャドーマスクまたはプロキシミティマスクのパターンを太陽電池に転写することのみを目的とする。一部の実施形態によると、第１の注入処理は、Ｓｉを利用し、シリコンをアモルファス化して、後続の処理工程をドープ特性を変化させることなく実行できるようにする。図１１および図１３に図示した方法は、ドープシリコンの特性を利用した方法であるので、第１の注入処理でＳｉを利用できない。
本開示は、本明細書で説明した具体的な実施形態に範囲が限定されるものではない。その他のさまざまな実施形態および本開示に対する変形は、本明細書で説明した実施形態に加えて、添付図面および上記の説明から当業者には明らかになるものである。このため、こういった他の実施形態および変形例は、本開示の範囲内に入るものとする。さらに、特定の目的を実現するべく特定の環境下での特定の実施例に関連付けて本開示を本明細書で説明したが、当業者であれば、本開示の有用性はそのような特定の実施例に限定されず、本開示は任意の数の目的を実行するべく任意の数の環境で実施し得るという点で有益であると考えられたい。したがって、特許請求の範囲は、本明細書で説明した本開示の全範囲および意図を鑑みて解釈されたい。
Claims (20)
- 結晶質の基板に対してパターニング注入処理を実行する方法であって、
前記基板の結晶質部分を残しつつ前記基板のアモルファス部分を形成する第１のパターニング注入処理を実行する段階と、
前記アモルファス部分と前記結晶質部分との間の物理的特性または化学的特性の差異を利用して、前記結晶質部分または前記アモルファス部分のうち一方の上方にマスクを形成する段階と、
前記差異に基づいて形成された前記マスクを用いて、第２のパターニング注入処理を実行して前記マスクが被覆していない領域に対して注入処理を実行する段階と
を備える方法。 - 結晶質の基板に対してパターニング注入処理を実行する方法であって、
前記基板の結晶質部分を残しつつ前記基板のアモルファス部分を形成する第１のパターニング注入処理を実行する段階と、
前記基板の表面にフォトレジストを塗布する段階と、
前記フォトレジストを硬化させるには不十分なレベルである所定の強度レベルで所定の周波数範囲の光を前記表面に照射する段階と、
前記基板の反射率を利用して照射された前記光を増強する段階と
備え、
前記アモルファス部分が反射する光の量は前記結晶質部分が反射する光の量よりも多く、
前記アモルファス部分および前記結晶質部分のうち一方が反射する光の量は、前記照射された光と合計されると、前記フォトレジストを硬化させることが可能であり、
前記アモルファス部分および前記結晶質部分のうち他方が反射する光の量は、前記照射された光と合計されても、前記フォトレジストを硬化させることが不可能であり、
前記方法はさらに、
硬化しなかったフォトレジストを除去する段階と、
第２の注入処理を前記基板に実行する段階と
を備え、
前記フォトレジストが前記アモルファス部分または前記結晶質部分のうち一方を前記第２の注入処理から保護するべくマスキングしている方法。 - 前記フォトレジストは、ポジ型フォトレジストを含み、前記ポジ型フォトレジストは、前記第２の注入処理から保護するべく前記アモルファス部分をマスキングする請求項２に記載する方法。
- 前記フォトレジストは、ネガ型のフォトレジストを含み、前記ネガ型のフォトレジストは、前記第２の注入処理から保護するべく前記結晶質部分をマスキングする請求項２に記載する方法。
- 前記フォトレジストは、前記表面に照射される前記光の前記所定の周波数範囲に関連して決まる厚みで塗布される請求項２に記載する方法。
- 前記フォトレジストは、８０ｎｍと５００ｎｍとの間の厚みで塗布される請求項２に記載する方法。
- 前記所定の周波数範囲は、１００ｎｍから２０００ｎｍを含む請求項２に記載する方法。
- 前記フォトレジストは、光によって特性が変化し、Ｈ線、Ｉ線、広帯域、遠紫外光、または、任意の光活性を持つ膜から成る群から選択される請求項２に記載する方法。
- 結晶質の基板に対してパターニング注入処理を実行する方法であって、
前記基板の結晶質部分を残しつつ前記基板のアモルファス部分を形成する第１のパターニング注入処理を実行する段階と、
前記基板の表面に熱ポリマーを塗布する段階と、
所定の強度レベルで所定の周波数範囲の光を前記基板に照射して前記基板を加熱する段階と、
前記基板によるエネルギー吸収を利用して前記ポリマーを加熱する段階と、
を備え、
前記アモルファス部分のエネルギー吸収は、前記結晶質部分のエネルギー吸収よりも多く、前記アモルファス部分は前記熱ポリマーを硬化させるのに十分なレベルまで加熱されるが、前記結晶質部分のエネルギー吸収は前記熱ポリマーを硬化させるのには不十分であり、
前記方法はさらに、
硬化しなかった前記熱ポリマーを除去する段階と、
前記基板を第２の注入処理に暴露する段階と
を備え、
前記熱ポリマーは、前記第２の注入処理から保護するべく前記アモルファス部分をマスキングしている方法。 - 前記熱ポリマーは、１００ｎｍと５０μｍとの間の厚みで塗布される請求項９に記載の方法。
- 前記所定の周波数範囲は赤外光を含む請求項９に記載の方法。
- 前記熱ポリマーは、ポリアミドおよびメラミンホルムアルデヒドから成る群から選択される請求項９に記載の方法。
- 前記光は、前記基板の前記表面に塗布される請求項９に記載の方法。
- 前記基板は、前記表面の反対側に裏面を持ち、前記光は前記基板の前記裏面に照射される請求項９に記載の方法。
- 結晶質の基板に対してパターニング注入処理を実行する方法であって、
前記基板の結晶質部分を残しつつ前記基板のアモルファス部分を形成する第１のパターニング注入処理を実行する段階と、
前記基板の表面上に所与の材料を、前記アモルファス部分上と前記結晶質部分上とでは異なる速度で、成膜または成長させる段階と、
前記アモルファス部分および前記結晶質部分から前記材料を同じ厚みだけ除去して、前記アモルファス部分または前記結晶質部分のうち一方からは前記材料を除去するが、前記アモルファス部分または前記結晶質部分のうち他方を含む第２の部分上では前記材料が残った状態にする段階と、
前記基板を第２の注入処理に暴露する段階と
を備え、
前記材料は、前記第２の注入処理から保護するべく前記第２の部分をマスキングしている方法。 - 前記材料は、酸化物を含み、前記第２の部分は、前記アモルファス部分を含む請求項１５に記載の方法。
- 前記材料は、エッチングプロセスを用いて除去される請求項１５に記載の方法。
- 結晶質の基板に対してパターニング注入処理を実行する方法であって、
前記基板の表面上に膜を成膜または成長させる段階と、
前記膜を通過して前記基板に進入するのに十分であり、暴露される前記膜の化学構造を変化させるのに十分であり、前記膜に変化部分および未変化部分を形成する第１のパターニング注入処理を実行する段階と
前記表面から前記膜の前記変化部分または前記未変化部分の一方を除去する段階と、
前記基板を第２の注入処理に暴露する段階と
を備え、
前記膜の残り部分は、前記第２の注入処理から保護するべく前記基板の一部分をマスキングしている方法。 - 前記第２の注入処理は、前記第１のパターニング注入処理よりも低いエネルギーで実行される請求項１８に記載の方法。
- 前記膜は、エッチングプロセスを用いて除去される請求項１８に記載の方法。
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