JP2016506629A - シリコンウェハから不純物をゲッタリングするための酸化物媒体 - Google Patents
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Abstract
Description
シリコンウェハ(単結晶、多結晶または準単結晶、ベースドーピングpまたはn型)は、エッチング法によって付随するソーダメージがなく、通常、同一のエッチング浴中で、「同時に」テクスチャ形成される。この場合におけるテクスチャリングは、エッチング工程の結果または単純に意図したものとして優先的に並べられた表面(天然)の作成を意味するが、とりわけウェハ表面を粗く並べることは意味しない。テクスチャリングの結果として、ウェハの表面は、現在、拡散反射体として作用し、これにより波長および入射角に依存する指向反射を減少させ、最終的に表面の光入射の吸収割合の増加、およびこれによる同一セルの変換効率の増加がもたらされる。
前処理工程において(この場合p−型ベースドーピングにおいて)、エッチングされ、洗浄されたウェハは、昇温された温度、典型的には750℃〜<1000℃でリン酸化物からなる蒸気で処理される。この操作の間、ウェハは管状炉内の石英管中で乾燥窒素、乾燥酸素および塩化ホスホリルからなる制御された雰囲気に暴露される。この目的のために、ウェハは600〜700℃の温度で石英管の中に導入される。ガス混合物は、石英管を通って輸送される。激しく温められた管を通るガス混合物の輸送の間、塩化ホスホリルは、リン酸化物(例えばP2O5など)および塩素ガスからなる蒸気を与えるように分解する。リン酸化物蒸気は、とりわけウェハの表面(コーティング)の上に沈殿する。
− イオン注入、
− 気相堆積を介して促進された混合酸化物のドーピング、例えば、APCVD、PECVD、MOCVDおよびLPCVDプロセスによる、PSGおよびBSG(ホウケイ酸ガラス)のもの、
− 混合酸化物および/またはセラミック材料および硬質材料(例えば窒化ホウ素)の(同時)スパッタリング、
− 後者二つの気相堆積、
− 固体ドーパント源(例えば酸化ホウ素および窒化ホウ素)から出発する純粋な熱気相堆積、および
− ドーピング液(インク)およびペーストの液相堆積。
ドーピング後に存在するウェハは、表面の両側に多かれ少なかれガラスで両面上をコーティングされている。この場合において、多かれ少なかれドーピングプロセス中に適用することができる改変に言及する:両面拡散対使用されるプロセスボート(process boats)の一箇所における2つのウェハの背面配列によって促進される準片面拡散(quasi-single-sided diffusion)。後者の変形態様は、主に片面のドーピングを可能とするが、背面の拡散を完全には抑制しない。どちらの場合においても、現在、ドーピング後に希フッ化水素酸中でエッチングすることによって、存在するガラスを表面から除去するのが最新の技術である。
ガラスのエッチングおよび任意のエッジ絶縁の後、その後の太陽電池の前面を、通常アモルファスおよび水素リッチ窒化シリコンからなる反射防止コーティングでコーティングする。代替の反射防止コーティングが考えられる。可能なコーティングは、二酸化チタン、フッ化マグネシウム、二酸化スズであることができ、および/または二酸化ケイ素および窒化ケイ素の対応する積層からなることができる。
反射防止層の堆積後、前面電極は、窒化ケイ素でコーティングされたウェハ表面上に規定される。工業的には、金属焼結ペーストを使用したスクリーン印刷法の手段によって、電極を製造することが確立されてきた。しかしながら、これは、所望の金属接点の製造のための多くの異なる可能性の一つである。
背面バスバーは、一般的に、スクリーン印刷プロセスによって、同様に適用され、規定される。この目的のために、前面の金属化に使用されたものと類似の銀ペーストが使用される。このペーストは同様の組成を有するが、アルミニウムの割合が、典型的に2%までを占める、銀およびアルミニウムの合金を含む。また、このペーストは、より低いガラスフリット含有量を含む。バスバー、通常2つのユニットは、ウェハの背面に、典型的には4mm幅でスクリーン印刷によって印刷され、凝縮され、ポイント5で既に述べたように焼結される。
背面電極は、バスバーの印刷後に規定される。電極材料はアルミニウムからなるため、アルミニウム含有ペーストは、スクリーン印刷によって、電極の規定のためにエッジから<1mm離れたウェハ背面の残りの空き領域に印刷される。ペーストは、80%までのアルミニウムで構成される。残りの成分は、ポイント5で既に述べたもの(例えば溶媒、結合剤、その他など)である。アルミニウムペーストは、加温中に溶融し始めるアルミニウム粒子および溶融アルミニウムに溶解するウェハ由来のシリコンによって、同時焼成中にウェハと接合する。溶融混合物はドーパント源として機能し、アルミニウムをシリコンへ放出し(溶解限度:0.016原子パーセント)、ここでシリコンは、注入の結果としてp+−ドープされる。ウェハの冷却中、577℃で固化し、0.12のモル分率のSiを有する組成を有するアルミニウムおよびシリコンの共融混合物は、とりわけ、ウェハ表面に堆積する。
ポイント3で記載したように、ウェハのエッジ絶縁がまだ行われていない場合、これは、典型的には、同時焼成後、レーザービーム法によって行う。この目的のため、レーザービームは、太陽電池の前面に向けられ、前面側のp−n接合は、このビームによって結合したエネルギーによって分断される。15μmまでの深さを有するカット溝が、レーザーの作用の結果として、ここで生成される。同時に、切断機構またはレーザートレンチの放置を介して、処理された部位からシリコンが除去される。このレーザートレンチは典型的には、30μm〜60μmの幅を有し、太陽電池のエッジから約200μm離れている。
製造後、太陽電池はそれらの個々の性能にしたがって、個々の性能カテゴリーに分類する。
− PERC太陽電池
− PERL太陽電池
− PERT太陽電池
− それら由来のMWT−PERTおよびMWT−PERL
− 両面受光型太陽電池
− 背面接触電池
− 交差指型背面接触電池
以上の記載から明らかなように、結晶シリコン太陽電池の工業生産は、その中で使用される化学物質および助剤の純度を高く要求する。目的とされる太陽電池の効率のさらなる増加は、対応する電池の最大動作点電圧の上昇と関連しているため、これらの純度の要求は、将来さらに大きくなるであろう。電池の電圧は様々な方法によって上昇させることができる。この主題の様々な解決法は文献に記載されている。
本発明は、シリコンウェハ上に、ゲッタリング効果を有するハンドリングかつ耐摩耗層の製造方法を提供し、これにより酸化物媒体の形態のゲッター媒体をシリコンウェハの表面に印刷する、
媒体は縮合、ならびに、対称および/または非対称2〜4置換アルコキシシランおよびアルコキシアルキルシランと、
a.対称および非対称の有機および有機/無機カルボン酸無水物との、または
b.強カルボン酸との、
シリコン上にドーピング作用を有する、すなわち遊離にその導電性に影響する、典型的な物質の使用を同時に伴う、縮合および制御されたゲル化によって調製され、印刷された媒体は、連続的に行う1または2以上の加熱工程(ステップ関数による加熱)および/または加熱ランプによる50℃〜800℃、好ましくは50℃〜500℃の温度範囲において、ガラス化のために乾燥および密集され、および該温度は、上昇後、任意にその後500〜800℃の範囲、好ましくは600〜750℃の範囲において、数秒〜1分保持されてもよく、500nmまでの厚さを有するハンドリングかつ耐摩耗層の形成がもたらされる。
高粘度形態の酸化物媒体は、好ましくはシリコンウェハに印刷され、熱圧縮およびガラス化後のゲッター作用の他に、リンおよびホウ素の拡散に対する拡散障壁としての効果を生成する。
および/または酸化リン(V)、リン酸、ポリリン酸、リン酸エステルおよびα−および/またはβ位にシロキサン官能基を含有するリン酸エステルから選択されるリン含有化合物を使用して調製されたゲッター媒体を、本発明による方法に使用することができる。
驚くべきことに、外因性ゲッタリングのための好適な方法において、適切に配合されたドーピングインクまたはペースト、また以下でゲッター媒体またはペーストともいわれるものの使用は、汚染されたシリコンウェハの材料品質を有利に向上すること、およびこれにより少数の電荷キャリアの寿命を延ばすことができることが今見出された。好ましくは、ドーパントの拡散、例えばシリコンへの拡散が十分に低い場合、シリコンウェハのゲッタリングは、前述のドーピング媒体で拡散させた後に、通常の温度よりも低い温度で行うことができる。本明細書においてゲッタリングは、好ましくは、拡散後の可変プラトー時間(plateau time)で、拡散プロセスの一部として行う。
a)対称および非対称の(有機および無機)カルボン酸無水物と
または
b)強カルボン酸と、
c)変形態様a)およびb)の組み合わせと
の縮合によって、および
ゲル化を制御することによって、低粘度〜高粘度の酸化物媒体が得られる。
2−〜4−置換アルコキシシランおよびアルコキシアルキルシランと、
a)対称および非対称(有機および無機)カルボン酸無水物
i.ホウ素含有化合物の存在下で
および/または
ii.リン含有化合物の存在下で
または
b)強カルボン酸と
iii.ホウ素含有化合物の存在下で
および/または
iv.リン含有化合物の存在下で
または
c)変形態様a)およびb)の組み合わせと
v.ホウ素含有化合物の存在下で
および/または
vi.リン含有化合物の存在下で
の縮合によって、およびゲル化の制御によって、無水ゾル−ゲルベースの合成において、特に良好なプロセス結果が達成される。
カルボン酸は一般式
スピンもしくはディップコーティング、ドロップキャスティング、カーテンもしくはスロットダイコーティング、スクリーンもしくはフレキソ印刷、グラビアもしくはインクジェットもしくはエアロゾル−ジェット印刷、オフセット印刷、マイクロコンタクト印刷、電気流体力学的分配、ローラーもしくはスプレーコーティング、超音波スプレーコーティング、パイプ噴射、レーザー転写印刷、パッド印刷、スクリーン印刷およびロータリースクリーン印刷。このリストは限定するものではなく、他の印刷プロセスもまた適している。
− 濡れ性および乾燥性に影響を与えるための界面活性剤、張力活性(tensioactive)化合物、
− 乾燥性に影響を与えるための消泡剤および脱気剤、
− 粒度分布、前縮合、縮合、濡れおよび乾燥性の度合いならびに印刷挙動に影響を与えるためのさらなる高−および低−沸点極性プロトン性および非プロトン性溶媒、
− 粒度分布、前縮合、縮合、濡れおよび乾燥性の度合いおよび印刷挙動に影響を与えるためのさらなる高−および低−沸点非極性溶媒、
− レオロジー特性に影響を与えるための粒子状添加剤、
− 乾燥した膜の耐擦傷性に影響を与えるための粒子状添加剤(例えば、水酸化アルミニウムおよび酸化アルミニウム、二酸化ケイ素)、
− ハイブリッドゾルの配合のための、ホウ素、ガリウム、シリコン、ゲルマニウム、亜鉛、スズ、リン、チタン、ジルコニウム、イットリウム、ニッケル、コバルト、鉄、セリウム、ニオブ、ヒ素、鉛およびその他の酸化物、水酸化物、塩基性酸化物、アルコキシド、前縮合されたアルコキシド、
− 特に、半導体、特にシリコン上でドーピング作用を有する配合物の配合のための、ホウ素およびリンの単純なポリマー酸化物、水酸化物、アルコキシド。
− 非常に貯蔵安定性を有し、
− スクリーン上の凝集およびクランピングを防止した優れた印刷性能を示し、
− 著しく低い内因性の金属種の汚染物質を有し、これにより処理されたシリコンウェハの寿命に悪影響を与えず、
− 滑らかな表面の形成を伴って、処理したシリコンウェハの極めて均一な印刷を容易にし、および、
− 調整法によっては、従来の既知の増粘剤のいずれも含まない、
印刷可能なゲッター材料の調製を可能にする。
明確性の欠如がある場合、刊行物および特許文献が参照されるべきであることは言うまでもない。したがって、これらの文献は、本明細書の開示内容の一部とみなされる。
例1:
5*1014cm−3の注入密度で測定された、800μs以上の寿命(湿式化学メタノール/キンヒドロンパッシベーションおよび準静的光伝導性測定(quasi-static photoconductovoty measurement)を使用して測定)を有する片面を研磨されたp−型ウェハ(同じサイズに分割されている)を、鉄汚染溶液で意図的に処理する。この目的のために、0.1gの三塩化鉄六水和物を85gの水、12gの過酸化水素および1.25gの酢酸に溶解し、95℃まで加温する。ウェハをこの溶液で10分間処理し、さらに2時間冷却中にこの溶液に放置する。
デシケーター中で乾燥された5.8gのオルトリン酸を250ml丸底フラスコ内で短時間の加熱により10gの無水酢酸に溶解させた。この溶液を19.4gのテトラエチルオルトシリケートに、撹拌しながらゆっくりと滴加する。形成された酢酸エチルを、撹拌および100℃で一定に加温しながら留去する。粘度を調整するために、さらに1〜10gの無水酢酸を添加することができる。反応を停止するために、25〜50gのプロトン性溶媒(例えば、分枝および非分枝の、脂肪族の、環式の、飽和および不飽和の、ならびに芳香族のモノ−、ジ−、トリ−およびポリオール(アルコール)、ならびにグリコール、モノエーテルおよびモノアセテートおよびそのようなもの、プロピレングリコール、それらのモノエーテルおよびモノアセテート、ならびに任意の所望の体積および/または重量混合比のかかる溶媒の二元、三元、四元および高次の混合物、ここで前記プロトン性溶媒は、所望のとおりに極性および非極性非プロトン性溶媒と組み合わせることができる;用語溶媒は、室温で液体の物理的状態にある物質に明示的に限定するものではない)を、その後添加する。得られたインクの31P−NMR調査は、リン種がSiO2のネットワーク中へと結合していることを明確に示すのを可能にする。
デシケーター中で予備乾燥された3.6gのホウ酸を250ml丸底フラスコ内で70℃で撹拌して12.5gのテトラヒドロフランに溶解させた。12.3gの無水酢酸を撹拌しながら添加し、19.4gのテトラエチルオルトシリケートをその後ゆっくりと滴加する。テトラエチルオルトシリケートの添加が完了したら、溶液を100℃に加温し、揮発性溶媒を除去する。55gのプロトン性溶媒(例えば、分枝および非分枝の、脂肪族の、環式の、飽和および不飽和の、ならびに芳香族のモノ−、ジ−、トリ−およびポリオール(アルコール)、ならびにグリコール、モノエーテルおよびモノアセテートおよびそのようなもの、プロピレングリコール、それらのモノエーテルおよびモノアセテート、ならびに任意の所望の体積および/または重量混合比のかかる溶媒の二元、三元、四元および高次の混合物、ここで前記プロトン性溶媒は、所望のとおりに極性および非極性非プロトン性溶媒と組み合わせることができる;用語溶媒は、室温で液体の物理的状態にある物質に明示的に限定するものではない)を、その後添加する。完全に透明な溶液が形成されるまで得られた混合物を還流させる。
Claims (17)
- シリコンウェハへのゲッタリング効果を有する、ハンドリングかつ耐摩耗層の製造方法であって、
飽和または不飽和の、分枝または非分枝の、脂肪族、脂環式または芳香族ラジカルを個々にまたは複数で含有する対称および/または非対称の2−〜4−置換アルコキシシランおよびアルコキシアルキルシランと、
a)対称および非対称の有機および有機/無機混合)カルボン酸無水物と
または
b)強カルボン酸と、
c)変形態様a)およびb)の組み合わせと
の縮合および制御されたゲル化によって、低粘度〜高粘度の酸化物媒体を得て調製された酸化物媒体の形態のゲッター媒体を、シリコンウェハ表面上に印刷し、印刷した媒体を、連続的に行う1または2以上の加熱工程(ステップ関数による加熱)および/または加熱ランプによって、50℃〜800℃、好ましくは50℃〜500℃の温度範囲において、ガラス化のために乾燥および凝縮させ、および該温度は、上昇後、任意にその後500〜800℃の範囲、好ましくは600〜750℃の範囲において、数秒〜1分保持され、500nmまでの厚さを有するハンドリングかつ耐摩耗層の形成がもたらされることを特徴とする、前記方法。 - シリコンウェハ上に印刷された酸化物媒体が、乾燥および凝縮後、基板のドーピングなしで、印刷されたシリコンに対してゲッタリング効果があり、少数電荷キャリアの寿命を向上させることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- シリコンウェハが高粘度ゲッター媒体で印刷され、乾燥および凝縮後、リンおよびホウ素の拡散に対する拡散障壁として作用する、請求項2に記載の方法。
- 酸化ホウ素、ホウ酸およびホウ酸エステルから選択されるホウ素含有化合物および/または酸化リン(V)、リン酸、ポリリン酸、リン酸エステルおよびα−および/またはβ位にシロキサン官能基を含有するリン酸エステルから選択されるリン含有化合物を使用して調製されたゲッター媒体を使用することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 表面上のガラス化層が、ホウ素および/またはリンなどのシリコン−ドーピング原子を、750℃〜1100℃、好ましくは850℃〜1100℃の温度範囲で温度処理によって基板に放出することができ、基板の導電性に影響を与えることを特徴とする、請求項4に記載の方法。
- 印刷された基板の750℃〜1100℃、好ましくは850℃〜1100℃の温度での温度処理によって、ドーパントが1μmまでの深さまで輸送され、1*1021原子/cm3に等しいドーパントの表面濃度で、10Ω/sqrまでの電気シート抵抗が生成されることを特徴とする、請求項1、4および5のいずれか一項に記載の方法。
- 処理された基材上の寄生ドーピング濃度が、意図的にドープされた領域のドーピングから少なくとも10の2乗異なることを特徴とする、請求項1、4、5および6のいずれか一項に記載の方法。
- ゲッター媒体が、親水性および/または疎水性シリコンウェハ上に印刷されることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- ゲッター媒体が、飽和または不飽和の、分枝または非分枝の、脂肪族、脂環式または芳香族ラジカルを、個々にまたは複数で含有する対称および/または非対称の2−〜4置換アルコキシシランおよびアルコキシアルキルシラン、それはまたアルコキシドラジカルまたはアルキルラジカルの任意の所望の位置でO、N、S、Cl、Br基から選択されるヘテロ原子によって官能化されていてもよい、を使用して調製されることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- ゲッター媒体の調製に使用する強カルボン酸が、ギ酸、酢酸、シュウ酸、トリフルオロ酢酸、モノ−、ジ−およびトリクロロ酢酸、グリオキサル酸、酒石酸、マレイン酸、マロン酸、ピルビン酸、リンゴ酸、2−オキソグルタル酸の群から選択される酸である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 印刷可能なゲッター媒体が、アルコラート/エステル、酢酸塩、アルミニウム、ゲルマニウム、亜鉛、スズ、チタン、ジルコニウムまたは鉛の酸化物または水酸化物、およびこれらの混合物を使用してハイブリッドゾルおよび/またはゲルに基づいて調製されることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
- ゲッター媒体を、ゲル化して、高粘度のほぼガラス様材料を得て、得られた生成物を、適した溶媒または溶媒混合物の添加によって再溶解するか、あるいは高剪断混合装置によってゾル状態に転換し、部分的または完全な構造回復によって均一なゲルへ変換する(ゲル化)、ことを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
- アセトキシトリアルキルシラン、アルコキシトリアルキルシラン、ハロトリアルキルシランおよびこれらの誘導体の群から選択される「キャッピング剤」を、個々にまたは混合して添加することによって、安定性が向上することを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。
- 使用されるゲッター媒体が、増粘剤の添加なしで高粘度の酸化物媒体として配合されることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1、4、10〜14のいずれか一項に記載の方法中に調製された印刷可能な酸化物媒体の形態のゲッター媒体であって、アルコラート/エステル、酢酸塩、アルミニウム、ゲルマニウム、亜鉛、スズ、チタン、ジルコニウム、鉛の酸化物もしくは水酸化物の使用をとおして調製中に生じるSiO2−Al2O3および/または高次の混合物の群からの二元または三元系を含む、前記ゲッター媒体。
- 光起電、マイクロエレクトロニクス、マイクロメカニカルおよびマイクロ光学用途のためのシリコンウェハの処理プロセスにおける拡散障壁の製造のための、請求項14または15に記載の印刷可能なゲッター媒体の使用。
- PERC、PERL、PERT、IBC太陽電池およびその他、ここで太陽電池はMWT、EWT、選択エミッタ、選択前面電界、選択背面電界およびバイフェイシャリティ(bifaciality)などのさらなる構造特徴を有する、の製造のための請求項14または15に記載のゲッター媒体の使用。
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