JP2013539230A - 半導体素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は太陽電池の製造費用と製造時間を減らす太陽電池を提供する。
【解決手段】本発明の一側面に係る半導体素子は、基板と、第１絶縁膜を含む。第１絶縁膜は、第１下部膜と前記第１下部膜の上に位置する第１上部膜と、前記第１下部膜と、前記第１上部膜を貫通する第１開口部を含む。前記第１下部膜に位置する前記第１開口部の最大幅と前記第１上部膜に位置する前記第１開口部の最大幅は互いに異なる。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体素子及びその製造方法に関する。

太陽電池は、光電変換効果を利用して光エネルギーを電気エネルギーに変換することで、太陽電池を用いた太陽光発電は、クリーンエネルギーを得る手段として広く利用されている。そして、太陽電池の光電変換効率の向上に伴って、複数の太陽電池モジュールを利用する太陽光発電システムの設置が増加している。

従来の一例に係る太陽電池は、基板とｐ−ｎ接合を形成するエミッタ部を含み、基板の一方の面を介して入射した光を利用して電流を発生させる。したがって、電流は基板の一方の面を介して入射した光によって発生される。

従来の他の例に係る太陽電池は、両面受光型太陽電池として、基板の両面を介して入射された光を利用して電流を発生させる。

したがって、本発明の目的は、従来技術の欠点と制限に起因する少なくとも一つの問題を実質的に除去することができる半導体素子と半導体素子の製造方法を提供することにある。

本発明の利点は、下部からの開口部の最大幅が上部からの開口部の最大幅と他の特徴を有する半導体素子を提供することによって得ることができる。

このような課題を達成するために、そして本発明の目的に応じて、基板及び第１絶縁膜を含み、第１絶縁膜は、第１下部膜と前記第１下部膜の上に位置する第１上部膜と、前記第１下部膜と、前記第１上部膜を貫通する第１開口部を含み、前記第１下部膜に位置する第１開口部の最大幅と前記第１上部膜に位置する第１開口部の最大幅が互いに異なる半導体素子が提供される。

本発明の一つの態様において、半導体素子を製造する方法は、下部膜と、前記下部膜と互いに異なる材質の上部膜を基板上に順次形成して、前記基板上に絶縁膜を形成する段階と前記絶縁膜をパターニングして、前記絶縁膜に開口部を形成するステップを含み、前記絶縁膜をパターニングする段階は、レーザを利用して、前記上部膜をドライエッチングする段階と、前記上部膜をマスクにして、前記下部膜をウェットエッチングするステップを含む。

本発明の他の態様において、半導体素子を製造する方法は、太陽電池用基板の前面（front surface）にエミッタ部を形成する段階と前記基板の後面（back surface）に後面電界部を形成する段階と第１下部膜と第１上部膜を含む前面反射防止膜を前記エミッタ部の前面に形成する段階と第２下部膜と第２上部膜を含む後面反射防止膜を前記後面電界部の後面に形成する段階と前記前面反射防止膜に複数の第１開口部を形成する段階と前記後面反射防止膜に複数の第２開口部を形成する段階と前記複数の第１開口部を介して露出された前記エミッタ部に複数の第１電極を形成する段階と前記複数の第２開口部を介して露出された前記後面電界部に複数の第２電極を形成する段階を含み、前記複数の第１開口部と、前記複数の第２開口部を形成するステップは、前記第１上部膜と第２上部膜ドライエッチングする段階と、前記第１上部膜と第２上部膜をマスクにして前記第１下部膜と第２下部膜をウェットエッチングするステップを含む。

以下で説明する実施の形態は、例示にすぎず、請求された発明の理解のために提供されたものと理解されるべきである。

本発明によれば、第１コンタクトライン（ＣＬ１）に位置する第１電極１４０の下部の幅は上部に比べて大きく形成することができる。また、第２コンタクトライン（ＣＬ２）に位置する第２電極１７０の下部の幅は上部に比べて大きく形成することができる。

したがって、反射防止膜の外部に露出される電極面積を減らすことができるので、電極により光入射面積が減少することを極力抑えながらもエミッタ部や後面電界部との接触面積を増加することができる。

また、レーザ使用のために損傷した部分を除去するための工程と湿式洗浄工程を省略することができるので、工程数を減らすことができ、レーザを使用しても基板が損傷を受けない効果がある。

添付した図面を参考して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の実施の形態に係る半導体素子の概略的な断面図である。 図１の主要部の拡大断面図である。 図１に示した半導体素子の製造方法を示す工程フローチャートである。 図１に示した半導体素子の製造方法を示す工程フローチャートである。 図１に示した半導体素子の製造方法を示す工程フローチャートである。 図１に示した半導体素子の製造方法を示す工程フローチャートである。 図６の主要部の拡大断面図である。 図６の主要部の拡大断面図である。

以下では添付した図面を参照にして本発明の実施の形態に対して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし本発明はいろいろ多様な形態に具現されることができここで説明する実施の形態に限定されない。そして図面で本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体を介して類似の部分に対しては類似の図面符号を付けた。

図で多くの層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。層、膜、領域、基板などの部分が他の部分の「上に」あると言う時、これは他の部分の「真上に」ある場合だけではなくその中間に他の部分がある場合も含む。反対に何れの部分が他の部分の「真上に」あると言う時には中間に他の部分がないことを意味する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る太陽電池の概略的な断面図であり、図２は、図１の主要部の拡大断面図である。そして図３〜図６は、図１に示した太陽電池の製造方法を示す工程フローチャートであり、図７および図８は、図６の主要部の拡大断面図である。

半導体素子１００は、基板１１０と第１絶縁膜１３０を含む。第１絶縁膜１３０は、基板１１０の第１面、例えば前面（front surface）に位置することができる。第１絶縁膜１３０は、基板１１０の一部に位置することができ、基板１１０の他の一部、例えば開口部が位置する領域には位置しないことがある。第１絶縁膜１３０に位置する開口部の下端部の最大幅は、開口部の上端部の最大幅とは異なる場合がある。一例として、第１絶縁膜に位置する開口部の下端部の最大幅は、開口部の上端部の最大幅より大きいことがある。

一つの例では、第１絶縁膜１３０は、基板１１０の第１面に位置する少なくとも２つの膜を含むことができ、開口部は下部膜１３３と上部膜１３１に形成することができる。下部膜１３３に位置する開口部の最大幅は、上部膜１３１に位置する開口部の最大幅とは異なる場合がある。一例として、下部膜１３３に位置する開口部の最大幅は、上部膜１３１に位置する開口部の最大幅より大きいことがある。

半導体素子１００は、複数の第１電極（first electrode）１４０を含む。複数の第１電極１４０は、第１絶縁膜１３０に位置した開口部内にそれぞれ位置することができる。

半導体素子１００は、基板１１０の第２面に位置する第２絶縁膜１６０をさらに含むことができる。第２絶縁膜１６０は、基板１１０の一部に位置することができ、基板１１０の他の一部、例えば開口部が位置する領域には配置しないことがある。

半導体素子１００は、複数の第２電極（second electrode）１７０を含むことができる。複数の第２電極１７０は、第２絶縁膜１６０にある開口部内にそれぞれ位置することができる。

半導体素子１００は、太陽電池１００に使用することができる。太陽電池１００は、基板１１０の前面に位置するエミッタ部１２０を含むことができる。一面では、エミッタ部１２０は、ドーピングによって基板１１０の前面内側に形成することができる。

第１絶縁膜１３０は、エミッタ部１２０の上に位置することができ、前面反射防止膜１３０に作用することができる。複数の第１電極１４０は、前面反射防止膜１３０位置した開口部によって露出したエミッタ部１２０の上に位置することができる。

太陽電池１００は、基板１１０の後面に位置する後面電界部１５０を含むことができる。一側面では、後面電界部１５０は、ドーピングによって基板１１０の後面内側に形成することができる。

第２絶縁膜１６０は、後面電界部１５０の上に位置することができ、後面反射防止膜１６０で作用することができる。複数の第２電極１７０は、後面反射防止膜１６０に位置した開口部を介して露出されている後面電界部１５０の上に位置することができる。

基板１１０は、シリコンウエハやシリコン以外の半導体物質で形成されたウエハで形成され得、第１導電型、例えば、ｎ型導電型であるか、第２導電型、例えば、ｐ型導電型で有り得る。この時、シリコンは単結晶シリコン、多結晶シリコンまたは非晶質シリコンで有り得る。

基板１１０がｎ型の導電型を有する場合、基板１１０はりん（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのように５価元素の不純物を含むことができる。基板１１０がｐ型の導電型を有する場合、基板１１０はホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などのような３価元素の不純物を含むことができる。

このような基板１１０は表面がテクスチャリング(texturing)されたテクスチャリング表面(textured surface)を有することができる。基板１１０はエミッタ部１２０が位置する前面に第１テクスチャリング表面１１１を備えることができ、後面電界部１５０が位置する後面に第２テクスチャリング表面１１３を備えることができる。

基板１１０の前面の第１テクスチャリング表面１１１に位置するエミッタ部１２０は 基板１１０の第１導電型、例えばｎ型の導電型と反対の第２導電型、例えば、ｐ型の導電型を有する不純物部で有り得る。エミッタ部１２０は基板１１０とｐ−ｎ接合を形成することができる。

このようなｐ−ｎ接合による内部電位差（built-in potential difference）により、基板１１０に入射した光によって生成された電荷である電子-正孔対は、電子と正孔に分離され、分離された電子は、ｎ型方向に移動し、正孔はｐ型方向に移動する。したがって、基板１１０がｎ型であり、エミッタ部１２０がｐ型の場合、分離された電子は、基板１１０方向に移動し、分離された正孔は、エミッタ部１２０方向に移動する。したがって、基板１１０には、電子が多数キャリアとなり、エミッタ部１２０では、正孔が多数キャリアとなる。

エミッタ部１２０がｐ型の導電型を有する場合、エミッタ部１２０は、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などのような３価元素の不純物を基板１１０にドーピング(doping)して形成することができる。

これとは異なり、基板１１０がｐ型の導電型を有する場合、エミッタ部１２０は、ｎ型の導電型を有する。この場合、分離した正孔は、基板１１０方向に移動し、分離した電子は、エミッタ部１２０方向に移動する。エミッタ部１２０が、ｎ型の導電型を有する場合、リン（Ｐ）、 砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのように５価元素の不純物を基板１１０にドーピングして形成することができる。

基板１１０の前面のエミッタ部１２０上に形成された前面反射防止膜１３０は、金属酸化物（metal oxide）系列の物質を含むことができる。前面反射防止膜１３０は、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ：Ｈ）から形成される第１上部膜１３１と、エミッタ部１２０と、第１上部膜１３１の間に位置する第１下部膜１３３を含むことができる。

第１下部膜１３３は、シリコン窒化膜と光吸収係数（absorption coefficient）またはバンドギャップ（Ｅｇ）の差が大きい物質、例えば酸化アルミニウム膜（ＡｌＯｘ）で形成することができる。

前面反射防止膜１３０は、基板１１０の前面を介して入射する光の反射度を減らし、特定の波長領域の選択性を増加させる反射防止膜として機能し、また、パッシベーション膜としても機能する。

このとき、前面反射防止膜１３０での光反射度を最小限に抑えるために、酸化アルミニウム膜で形成した第１下部膜１３３は、１．５５乃至１．７の屈折率を有することができ、５０ｎｍ以下の厚さで形成することができ、シリコン窒化膜で形成した第１上部膜１３１は、１．９乃至２．３の屈折率を有することができ、５０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さに形成することができる。

本発明者の実験によると、第１下部膜１３３が酸化アルミニウム膜から形成され、第１上部膜１３１がシリコン窒化膜から形成されるとき、各膜１３１、１３３の屈折率と厚さが前記の範囲に属する場合は、前面反射防止膜１３０での光反射性が最も低いことが分かった。

一方、第１下部膜１３３を構成する金属酸化物系の物質で酸化アルミニウム膜の代わりにシリコン酸化膜（ＳｉＯｘ：Ｈ）を使用することも可能である。

そして、第１上部膜１３１は、酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン 、酸化チタンで形成されることがある。一側面に沿って、第１上部膜１３１と第１下部膜１３３は、互いに異なる材質から形成することができる。

前面反射防止膜１３０は、エミッタ部１２０の一部を露出する複数の開口部を含むことができる。開口部は、ラインパターンから形成された複数の第１コンタクトライン（ＣＬ１）を含むことができる。第１電極１４０は、第１コンタクトライン（ＣＬ１）を介して露出されたエミッタ部１２０上に形成することができる。

本実施の形態では、基板１１０と隣接する第１下部膜１３３に位置する開口部の最大幅と第１上部膜１３１に位置する開口部の最大幅が互いに異なるように形成することができる。そして第１下部膜１３３に位置する第１開口部の断面領域と平均幅は、第１上部膜１３１に位置する開口部の断面領域と平均幅より大きく形成することができる。

それぞれの第１コンタクトライン（ＣＬ１）は、第１上部膜１３１に位置する第１部分（ＣＬ１−１）と第１下部膜１３３に位置する第２部分（ＣＬ１−２）を含むことができる。第１部分（ＣＬ１−１）の最大幅と第２部分（ＣＬ１−２）の最大幅は互いに異なるように形成することができる。

このとき、第１部分（ＣＬ１−１）は、実質的に均一な幅（Ｗ１）に形成することがあり、第２部分（ＣＬ１−２）は、不均一な幅で形成することができる。つまり、第１部分（ＣＬ１−１）に隣接する第２部分（ＣＬ１−２）の幅（Ｗ２）は、基板１１０に隣接する第２部分（ＣＬ１−２）の幅（Ｗ３）より広く形成することができる。したがって、第１部分（ＣＬ１−１）の最大幅はＷ１となり、第２部分（ＣＬ１−２）の最大幅はＷ２となり、第２部分（ＣＬ１−２）の最小幅はＷ３となる。

このような構造によれば、第１部分（ＣＬ１−１）により露出された第１上部膜１３１の側面は、実質的に一直線状に形成することができ、第２部分（ＣＬ１−２）によって露出された第１下部膜１３３の側面は曲面形状に形成することができる。

第１コンタクトライン（ＣＬ１）の形状について注意深くみると、第２部分（ＣＬ１−２）の上端部の幅（Ｗ２）は、第１部分（ＣＬ１−１）の幅（Ｗ１）より大きく形成することがあり、第１部分（ＣＬ１−１）は、上端部の幅と下端部の幅は実質的に互いに同じ幅（Ｗ１）に形成することができる。

そして第２部分（ＣＬ１−２）は、上端部の幅（Ｗ２）は、下端部の幅（Ｗ３）より広く形成することがあり、第２部分（ＣＬ１−２）の下端部の幅（Ｗ３）は、第１部分（ＣＬ１−１）の下端部の幅（Ｗ１）より広く形成することができる。

ここで、第１部分（ＣＬ１−１）の下端部の幅は、第１上部膜１３１の下部表面で測定した第１上部膜１３１の間の離隔距離を言い、第１部分（ ＣＬ１−１）の上端部の幅は、第１上部膜１３１の上部表面で測定した第１上部膜１３１の間の離隔距離をいう。そして第２部分（ＣＬ１−２）の上端部の幅（Ｗ２）は、第１下部膜１３３の上部表面で測定した第１下部膜１３３の間の離隔距離を言い、第２部分（ＣＬ１−２）の下端部の幅（Ｗ３）は、第１下部膜１３３の下部表面で測定した第１下部膜１３３の間の離隔距離をいう。

したがって、第１電極１４０と第１上部膜１３１の接触面は、実質的に平坦な面に形成することができ、第１電極１４０と第１下部膜１３３の接触面は曲面に形成することができる。

一方、第２部分（ＣＬ１−２）の上端部の幅（Ｗ２）と下端部の幅（Ｗ３）は、前面反射防止膜１３０のエッチング条件に応じて調節が可能である。

第１電極１４０を微細線幅と高縦横比に形成するために、第１コンタクトライン（ＣＬ１）の第１部分（ＣＬ１−１）の幅（Ｗ１）を２０μｍ〜６０μｍに形成することができ、第１コンタクトライン（ＣＬ１）の第１部分（ＣＬ１−１）の平面積はエミッタ部１２０の平面積の２％〜６％で形成することができる。

第１コンタクトライン（ＣＬ１）の第１部分（ＣＬ１−１）の幅（Ｗ１）を前記範囲に形成すると、メッキ工程を利用して、第１電極１４０を形成するとき、第１電極１４０を２０μｍ〜５０μｍの厚さに形成することができる。

このような構造によれば、第１電極１４０は、高縦横比、例えば０．８３〜１の縦横比を有することができます。縦横比は、第１電極と基板の接触領域に対する第１電極の高さの比をいう。

第１コンタクトライン（ＣＬ１）を介して露出されたエミッタ部１２０に形成される第１電極１４０は、エミッタ部１２０と電気的および物理的に接続することができる。この時、第１電極１４０は、ほぼ平行に定められた方向に伸ばすことができる。第１電極１４０は、エミッタ部１２０方向に移動した電荷、例えば、正孔を収集することができる。

本実施の形態では、第１電極１４０は、メッキ層から構成することができる。メッキ層は、エミッタ部１２０上に順次形成される金属シード層１４１、拡散防止層１４２と導電層１４３を含むことができる。

金属シード層１４１はニッケルを含む物質、例えばニッケルシリサイド（Ｎｉ₂Ｓｉ、ＮｉＳｉ、ＮｉＳｉ₂など）で形成され、５０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さに形成することができる。

金属シード層１４１の厚さが５０ｎｍ未満の場合、シード層１４１の抵抗が高く、均一なシード層１４１の形成が難しい。したがって、以降に実施される拡散防止層１４２のメッキ工程で均一度（uniformity）を確保することが容易ではない。シード層１４１の厚さが２００ｎｍ以上の場合、熱処理過程で金属シード層１４１が一定の割合でシリコン方向に拡散されて、ニッケルシリサイド層を形成する。したがって、ニッケル拡散によるシャント リーケージ（shunt leakage）が発生することがある。

金属シード層１４１上に形成される拡散防止層１４２は、導電層１４３を形成する物質が金属シード層１４１を介して、シリコン界面に拡散されることにより接合劣化（ジャンクションデグラデーション：junction degradation）が発生することを防止することができる。拡散防止層１４２は５μｍ〜１５μｍの厚さで形成されたニッケルを含むことができる。

そして拡散防止層１４２上に形成される導電層１４３は、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（ Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）と、これらの組み合わせで構成される群から選択された少なくとも一つの導電性金属物質を含むことができる。しかし、導電層１４３は、上記以外の他の導電性金属物質を含むこともできる。

本実施の形態では、導電層１４３は、銅層１４３ａを含むことができる。銅層１４３ａは、高い電気伝導性を有し、１０μｍ〜３０μｍの厚さに形成することができる。ところが、銅の場合、空気中で容易に酸化され、モジュール化工程で隣接する太陽電池を電気的に接続するインターコネクタ、例えばリボン（図示せず）を銅層１４３ａに直接はんだ付け（soldering）することが容易ではない。したがって、導電層１４３が銅層１４３ａを含む場合には、銅の酸化を防止し、リボンのはんだ付け作業が円滑に行われるようにするために銅層１４３ａの上にスズ層１４３ｂがさらに形成することができる。スズ層１４３ｂは、５μｍ〜１５μｍの厚さに形成することができる。

第１電極１４０は、導電性物質、例えば銀（Ａｇ）を含有する導電ペーストから形成することもある。導電ペーストから構成される第１電極１４０を形成する方法は、本技術分野に熟練した者によく知られている。

基板１１０の後面には、後面電界部１５０が位置する。後面電界部１５０は、基板１１０の後面全体に位置するか、後面の一部に位置することができる。後面電界部１５０は、基板１１０と同じ導電型の不純物が基板１１０より高濃度にドープされた領域、例えば、ｎ＋領域に形成することができる。

後面電界部１５０は、基板１１０との不純物濃度差により、電位障壁を形成することにより、基板１１０の後面の方向への正孔移動を妨害する。これにより、基板１１０の表面近くで電子と正孔が再結合して消滅することが減少する。

後面反射防止膜１６０と第２電極１７０は、後面電界部１５０の後面に位置することができる。後面反射防止膜１６０は、基板１１０の後面（back surface）を介して入射する光の反射度を減らすことができ、特定の波長領域の選択性を増加することができるので、太陽電池の効率を高めることができる。また、後面反射防止膜１６０は、パッシベーション膜としても機能する。

後面反射防止膜１６０は、前述した前面反射防止膜１３０と同じ構造で形成することができる。つまり、後面反射防止膜１６０は、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ：Ｈ）から形成される第２上部膜１６１と、後面電界部１５０と第２上部膜１６１の間に位置する第２下部膜１６３を含むことができる。例えば、第２下部膜１６３は、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）または酸化シリコン（ＳｉＯｘ）から形成することができる。

しかし、後面反射防止膜１６０の第２上部膜１６１と第２下部膜１６３は、前面反射防止膜１３０の第１上部膜１３１及び第１下部膜１３３と同じ材質で形成しないこともある。

後面反射防止膜１６０は、後面電界部１５０の一部を露出する複数の開口部を含むことがある。開口部は、ラインパターンで形成した複数の第２コンタクトライン（ＣＬ２）で有り得る。そして第２コンタクトライン（ＣＬ２）を介して露出された後面電界部１５０には、第２電極１７０が形成されることがある。

第２コンタクトライン（ＣＬ２）は、第１コンタクトライン（ＣＬ１）と同じ構造で形成することがある。したがって、第２コンタクトライン（ＣＬ２）は、第２上部膜１６１に位置する第３部分（ＣＬ２−１）と第２下部膜１６３に位置する第４部分（ＣＬ２−２）を含むことができる。

本実施の形態では、第３部分（ＣＬ２−１）の幅は、第１部分（ＣＬ１−１）の幅（Ｗ１）と実質的に同一で有り得る。また、第４部分（ＣＬ２−２）の上端部の幅は、第２部分の上端部の幅（Ｗ２）と実質的に同一で有り得、第４部分（ＣＬ２−２）の下端部の幅は、第２部分の下端部の幅（Ｗ３）と実質的に同一で有り得る。

しかし、前面反射防止膜１３０と後面反射防止膜１６０が互いに異なる物質で形成される場合には、構造やエッチング条件などが異なる場合には、第１コンタクトライン（ＣＬ１）の各部分の幅と第２コンタクトライン（ＣＬ２）の各部分の幅は互いに異なる場合がある。

第２電極１７０と第２上部膜１６１の接触面は、実質的に平坦な面に形成することができ、第２電極１７０と第２下部膜１６３の接触面は曲面に形成することができる。

第２コンタクトライン（ＣＬ２）を介して露出された後面電界部１５０の後面に位置する第２電極１７０は、基板１１０方向に移動する電荷、例えば、電子を収集して外部デバイスで出力する。

第２電極１７０は、前述した第１電極１４０と同じ物質または他の物質で構成することがある。そして第２電極１７０は、第１電極１４０の幅と同じ幅で形成することがあり、これとは異なり線抵抗を確保するために、第１電極１４０より大きい幅で形成することができる。

太陽電池は、両面受光型太陽電池として使用することができ、太陽電池の動作は以下で説明する。

太陽電池１００に照射した光がエミッタ部１２０および/または後面電界部１５０を介して基板１１０に入射すると、基板１１０に入射した光エネルギーによって電子-正孔対が発生する。この時、基板１１０の前面と後面が第１テクスチャリング表面１１１と第２テクスチャリング表面１１３にそれぞれ形成されているので、基板１１０の前面および後面での光反射度が減少する。さらに、基板１１０の第１テクスチャリング表面１１１と第２テクスチャリング表面１１３で入射と反射の動作が行われ、太陽電池内部に光が閉じ込められる。したがって、光の吸収率を増加することができ、太陽電池の効率を向上することができる。これに加えて、前面反射防止膜１３０と後面反射防止膜１６０によって基板１１０に入射する光の反射損失が減り、基板１１０に入射する光の量はさらに増加する。

電子-正孔対は、基板１１０とエミッタ部１２０のｐ−ｎ接合によって互いに分離され、電子はｎ型の導電型を有する基板１１０方向に移動し、正孔はｐ型の導電型を有するエミッタ部１２０方向に移動する。このように、基板１１０方向に移動した電子は、後面電界部１５０を介して第２電極１７０に移動し、エミッタ部１２０方向に移動した正孔は、第１電極１４０に移動する。したがって、いずれかの太陽電池の第１電極１４０と、隣接する太陽電池の第２電極１７０をインターコネクタなどの導線で接続すると、電流が流れることになり、これを外部から電力として利用することになる。

太陽電池は、光透過性の前面基板と光透過性後面基板との間に位置し、保護膜によって密封された状態で使用することができる。

太陽電池は、基板１１０上に下部膜を形成し、下部膜と互いに異なる材質の上部膜を下部膜の上に形成して絶縁膜を形成する段階と絶縁膜をパターニングして開口部を形成するステップを含み、絶縁膜をパターニングする段階は、レーザを利用して上部膜をドライエッチングする段階と、上部膜をマスクにして、下部膜をウェットエッチングするステップを含む製造方法によって製造することができる。

以下、前記した構成の太陽電池を製造する方法について説明します。

まず、図３に示したように、基板１１０の前面に第１テクスチャリング表面１１１を形成し、基板１１０の後面に第２テクスチャリング表面１１３を形成する。

シリコンウエハで構成される基板１１０は、シリコンブロック（block）やインゴット（ingot）をブレード（blade）またはマルチワイヤソー（multi wire saw）でスライス（slice）して製造される。ｎ型の導電型を有する半導体基板を基板１１０を製造するために、シリコンウエハは、５価元素の不純物、例えばリン（P）でドーピングすることができる。

シリコンブロックやインゴットがスライスされると、シリコンウエハには機械的に損傷した層（mechanically damaged layer）が形成されることがある。したがって、機械的に損傷した層による、太陽電池の特性の低下を防止するために、前記機械的に損傷した層を除去するための湿式エッチング工程を実施することができる。ウェットエッチング工程では、アルカリ（alkaline）または酸（acid）エッチング液（etchant）を使用できる。

機械的に損傷した層を除去した後、湿式エッチング工程やプラズマを利用した乾式エッチング工程を用いて基板１１０の前面を第１テクスチャリング表面１１１に形成し、基板１１０の後面を第２テクスチャリング表面１１３に形成する。

第１テクスチャリング表面１１１と第２テクスチャリング表面１１３を形成した後、基板１１０の前面には、エミッタ部１２０を形成するために、３価元素の不純物をドーピングできる。さらに、基板１１０の後面には、後面電界部１５０を形成するために、５価元素の不純物をドーピングできる。

そして自然酸化膜は、基板をフッ酸（ＨＦ）でエッチングすることによって除去することができる。エミッタ部１２０の前面には、前面反射防止膜１３０を形成することができ、後面電界部１５０の後面には、後面反射防止膜１６０を形成する。

前面反射防止膜１３０と後面反射防止膜１６０は、酸化アルミニウムまたは酸化シリコンをプラズマ蒸着（ＰＥＣＶＤ）、またはスパッタリング（sputtering）などの方法で蒸着し、下部膜を形成した後、窒化シリコンをプラズマ蒸着（ＰＥＣＶＤ）、またはスパッタリング（sputtering）などの方法で蒸着して上部膜を形成することにより製造することができる。

続いて、レーザを利用したドライエッチングを行い、前面反射防止膜１３０の第１上部膜１３１と後面反射防止膜１６０の第１上部膜１６１を除去することにより、第１コンタクトライン（ＣＬ１）の第１部分（ＣＬ１−１）と第２コンタクトライン（ＣＬ２）の第３部分（ＣＬ２−１）を形成することができる。

ドライエッチング中に、第１上部膜１３１と第２上部膜１６１の一部は、ＵＶレーザによって除去することができる。第１下部膜１３３と第２下部膜１６３がシリコン窒化膜と光吸収係数やバンドギャップの差が大きいアルミニウム酸化物で形成された場合は、第１上部膜１３１と第２上部膜１６１は約３５５ｎｍの波長を有するＵＶレーザをシリコン窒化膜の結合エネルギー（bonding energy）に相当する周波数（frequency）で第１上部膜１３１と第２上部膜１６１に照射することにより削除することができる。

そして、第１下部膜１３３と第２下部膜１６３が窒化シリコンと光吸収係数やバンドギャップの差がほとんどない酸化シリコンで形成された場合でも、第１上部膜１３１と第２上部膜１６１を除去するために、前記したＵＶレーザを使用することができる。

このように、レーザを利用したドライエッチングを実施して、第１コンタクトライン（ＣＬ１）の第１部分（ＣＬ１−１）と第２コンタクトライン（ＣＬ２）の第３部分（ＣＬ２−１）を形成すると、レーザによる損傷は、第１下部膜１３３と第２下部膜１６３が吸収することができる。したがって、レーザによる基板の損傷を防止することができる。

続いて、露出された第１下部膜１３３と第２下部膜１６３を選択的ウェットエッチング（selective wet etching）法を使用して除去する。したがって、第１コンタクトライン（ＣＬ１）の第２部分（ＣＬ１−２）と、第２コンタクトライン（ＣＬ２）の第４部分（ＣＬ２−２）が形成される。

このように、湿式工程で第１下部膜１３３と第２下部膜１６３を除去すると、ドライエッチング工程で発生したパーティクルを除去することができるので、パーティクルを除去するための別の湿式工程を省略することができる。

湿式工程で使用するエッチング液では、第１下部膜１３３と第２下部膜１６３材料のみをエッチングすることができる種類のものを使用することができる。たとえば、エッチング液には、シリコン窒化膜と金属酸化膜系の選択的エッチングが可能なＢＯＥ（緩衝化した酸化膜エッチング液）（Buffered oxide etchant）を使用することができる。

Claims (28)

1. 基板と、
   前記基板の第１面に位置しており、第１下部膜と前記第１下部膜の上に位置する第１上部膜を含む第１絶縁膜を含み、
   前記第１絶縁膜は、前記第１下部膜と前記第１上部膜を貫通する第１開口部を含み、
   前記第１下部膜に位置する前記第１開口部の最大幅と前記第１上部膜に位置する前記第１開口部の最大幅が互いに異なる半導体素子。
2. 前記第１下部膜に位置する前記第１開口部の最大幅は、前記第１上部膜に位置する前記第１開口部の最大幅より大きい、請求項１記載の半導体素子。
3. 前記第１開口部内に位置する第１電極をさらに含む、請求項２記載の半導体素子。
4. 前記第１電極は、ペースト層またはめっき層から形成され、前記ペースト層または前記めっき層は、導電性物質を含む、請求項３記載の半導体素子。
5. 前記第１下部膜に位置する前記第１開口部の断面領域と平均幅は、前記第１上部膜に位置する前記第１開口部の断面領域と平均幅より大きい、請求項３記載の半導体素子。
6. 前記第１開口部は、ラインパターン形状に形成される、請求項３記載の半導体素子。
7. 前記第１上部膜に位置する前記第１開口部は、実質的に均一な幅である、請求項６記載の半導体素子。
8. 前記第１上部膜の上端部と前記第１上部膜の下端部を接続する前記第１開口部の側面は、実質的に一直線状である、請求項７記載の半導体素子。
9. 前記第１電極と前記第１上部膜の接触面は、実質的に平坦な面である、請求項８記載の半導体素子。
10. 前記第１下部膜上端部からの前記第１開口部の幅は、前記第１下部膜の下端部からの前記第１開口部の幅よりも大きい、請求項７記載の半導体素子。
11. 前記第１下部膜の上端部からの前記第１開口部の幅は、前記第１上部膜の下端部からの前記第１開口部の幅より大きい、請求項１０記載の半導体素子。
12. 前記第１下部膜の下端部からの前記第１開口部の幅は、前記第１上部膜の下端部からの前記第１開口部の幅より大きい、請求項１０記載の半導体素子。
13. 前記第１下部膜の上端部を前記第１下部膜の下端部と接続する前記第１開口部の側面は曲面である、請求項１０記載の半導体素子。
14. 前記第１電極と前記第１下部膜の接触面は曲面である、請求項１３記載の半導体素子。
15. 前記基板の前記第１面に形成され、前記第１電極と電気的に接続さるエミッタ部をさらに含む、請求項３記載の半導体素子。
16. 前記エミッタ部は、前記基板の前記第１面の内側に形成される、請求項１５記載の半導体素子。
17. 前記基板の前記第１面の反対側に位置する第２面に形成され、第２開口部を含む第２絶縁膜と、
    前記第２開口部内に位置する第２電極をさらに含む、請求項１５記載の半導体素子。
18. 前記基板の前記第１面と前記第２面のうちの少なくともいずれかの面がテクスチャリング表面である、請求項１７記載の半導体素子。
19. 前記第１下部膜は金属酸化物を含み、前記第１上部膜は窒化シリコンを含む、請求項１７記載の半導体素子。
20. 前記金属酸化物は、酸化アルミニウムまたは酸化シリコンの内少なくとも一つを含む、請求項１９記載の半導体素子。
21. 前記基板の前記第２面に位置し、前記第２電極に電気的に接続される後面電界部をさらに含む、請求項１７記載の半導体素子。
22. 前記後面電界部は前記基板の前記第２面の内側に形成される、請求項２１記載の半導体素子。
23. 前記第２絶縁膜は、第２下部膜と前記第２下部膜の上に位置する第２上部膜を含み、前記第２開口部は、前記第２下部膜と前記第２上部膜を貫通し、前記第２下部膜に位置する前記第２開口部の最大幅と前記第２上部膜に位置する前記第２開口部の最大幅が互いに異なる、請求項２１記載の半導体素子。
24. 前記第２下部膜に位置する前記第２開口部の最大幅は、前記第２上部膜に位置する前記第２開口部の最大幅より大きい、請求項２３記載の半導体素子。
25. 下部膜と、前記下部膜と互いに異なる材質の上部膜を基板上に順次形成し、前記基板上に絶縁膜を形成する段階と、
    前記絶縁膜をパターニングして前記絶縁膜に開口部を形成する段階とを含み、
    前記絶縁膜をパターニングする段階は、
    レーザを利用し、前記上部膜をドライエッチングする段階と、
    前記上部膜をマスクにして、前記下部膜をウェットエッチングするステップを含む、半導体素子の製造方法。
26. 太陽電池用基板の前面にエミッタ部を形成する段階と、
    前記基板の後面に後面電界部を形成する段階と、
    第１下部膜と第１上部膜を含む前面反射防止膜を前記エミッタ部の前面に形成する段階と、
    第２下部膜と第２上部膜を含む後面反射防止膜を前記後面電界部の後面に形成する段階と、
    前記前面反射防止膜に複数の第１開口部を形成する段階と、
    前記後面反射防止膜に複数の第２開口部を形成する段階と、
    前記複数の第１開口部を介して露出された前記エミッタ部に複数の第１電極を形成する段階と、
    前記複数の第２開口部を介して露出された前記後面電界部に複数の第２電極を形成する段階とを含み、
    前記複数の第１開口部と、前記複数の第２開口部を形成するステップは、
    前記第１上部膜と第２上部膜をドライエッチングする段階と、
    前記第１上部膜と第２上部膜をマスクにして前記第１下部膜と第２下部膜をウェットエッチングするステップとを含む、半導体素子の製造方法。
27. 前記エミッタ部と後面電界部を形成する前に、前記基板の前面と後面の内少なくとも一面にテクスチャリング表面を形成する段階をさらに含む、請求項２６記載の半導体素子の製造方法。
28. 前記第１上部膜と第２上部膜をドライエッチングする段階でレーザを使用する、請求項２６記載の半導体素子の製造方法。

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