JP2023000223A - Manufacturing method of hard mask, manufacturing method of solar battery, and ion implantation device - Google Patents

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Abstract

To provide a manufacturing method of a hard mask, a manufacturing method of a solar battery, and an ion implantation device, which can suppress an increase of a cost in each manufacturing line of the solar battery.SOLUTION: In a manufacturing method of a hard mask, a concave part 13 is formed on a first main surface 11 of a plate-like substrate having the first main surface 11 and a second main surface 12 which is opposite to the first main surface 11 is formed, a reinforcement plate is housed in a concave part 13 via an adhesive layer. A pattern region part 15 having an open 15h penetrated to the concave part 13 in the second main surface 12 opposite to the concave part 13 is formed, and the reinforcement plate and the adhesive layer are removed from the concave part 13.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、ハードマスクの製造方法、太陽電池の製造方法、及びイオン注入装置に関する。 The present invention relates to a hard mask manufacturing method, a solar cell manufacturing method, and an ion implanter.

近年、結晶系シリコンを基板とする太陽電池(以下、結晶系太陽電池とも呼ぶ)の中で、最も発電効率が改善し注目がされている構造は、パッシベーション層(passivation layer)に酸化シリコン(SiO)とアモルファスシリコン(a-Si)層を用いるTOPCon(Tunnel Oxide Passivating Contacts)構造である。 In recent years, among solar cells using crystalline silicon as a substrate (hereinafter also referred to as crystalline solar cells), the structure that has received the most attention due to its improved power generation efficiency is a passivation layer in which silicon oxide (SiO) is used. x ) and a TOPCon (Tunnel Oxide Passivating Contacts) structure using an amorphous silicon (a-Si) layer.

EUPVSEC2018では、TOPCon-IBC(Tunnel Oxide Passivating Contact-Interdigitated Back Contact)構造と同様の構造であるPOLO(polycrystalline silicon on oxide)-IBCにより発電効率26.1%(EU内記録)が、ドイツ・ISFHから報告された(非特許文献1)。また、TOPCon構造においても発電効率26.0%がドイツ・FraunhoferISEから報告された(非特許文献2)。TOPCon構造を採用した結晶系太陽電池に関する量産化が、中国など各国において今後、検討されている状況にある。 At EUPVSEC2018, POLO (polycrystalline silicon on oxide), which is similar to the TOPCon-IBC (Tunnel Oxide Passivating Contact-Interdigitated Back Contact) structure, has a power generation efficiency of 26.1% (a record within the EU) from ISFH, Germany. reported (Non-Patent Document 1). In addition, Germany's Fraunhofer ISE reported a power generation efficiency of 26.0% in the TOPCon structure (Non-Patent Document 2). The mass production of crystalline solar cells adopting the TOPCon structure is now under consideration in China and other countries.

TOPCon-IBC型太陽電池では、シリコン基板の裏面(受光面の反対側に位置する面)に、n型シリコン領域とp型シリコン領域とが離間するように配置されている。同じシリコン層にn型領域とp型領域とが配置される構成を得るため、TOPCon-IBC型結晶系太陽電池では、成膜工程、フォトリソグラフィを用いたマスキング工程及びエッチング工程が複数回、繰り返される。また、TOPCon構造においても受光面側の電極下部のみ選択的に高濃度にp層またはn層が形成されるため、上記同様のプロセスが用いられる。 In the TOPCon-IBC solar cell, an n-type silicon region and a p-type silicon region are arranged on the back surface of the silicon substrate (the surface opposite to the light receiving surface) so as to be separated from each other. In order to obtain a configuration in which the n-type region and the p-type region are arranged in the same silicon layer, the TOPCon-IBC type crystalline solar cell repeats the film formation process, the masking process using photolithography, and the etching process multiple times. be Also in the TOPCon structure, the p-layer or n-layer is selectively formed with a high concentration only under the electrode on the light receiving surface side, so the same process as described above is used.

"Laser contact openings for local poly-Si-metal contacts enabling 26.1%-efficient POLO-IBC solar cells", Solar Energy Materials and Solar Cells186(2018)184-193"Laser contact openings for local poly-Si-metal contacts enabling 26.1%-efficient POLO-IBC solar cells", Solar Energy Materials and Solar Cells186(2018)184-193 "Design rules for high-efficiency both-sidescontacted silicon solar cells with balanced charge carrier transport and recombination losses", Nature energy VOL 6 April 2021 429-438"Design rules for high-efficiency both-sides contacted silicon solar cells with balanced charge carrier transport and recombination losses", Nature energy VOL 6 April 2021 429-438

しかしながら、上記の局所的にp、n層を形成する場合、若しくは局所的に高濃度にpまたはn層を製造する工程では、製造工程数が増え、製造ラインのコスト上昇を招く虞がある。また、TOPCon-IBCでは裏面p、n層の間隔をアライメント精度±30μm以内に位置合わせを行わなければならない。 However, in the case of locally forming the p and n layers, or in the step of locally manufacturing the p or n layer with a high concentration, the number of manufacturing steps increases, which may lead to an increase in the cost of the manufacturing line. In TOPCon-IBC, the gap between the p and n layers on the back surface must be aligned within ±30 μm of alignment accuracy.

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、太陽電池の製造ラインにつきコスト上昇を抑えるハードマスクの製造方法、太陽電池の製造方法、及びイオン注入装置を提供することにある。 In view of the circumstances as described above, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a hard mask, a method of manufacturing a solar cell, and an ion implantation apparatus that suppress cost increases in a solar cell manufacturing line.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るハードマスクの製造方法では、
第1主面と、上記第1主面とは反対側の第2主面とを有する板状の基体の上記第1主面に凹部が形成され、
上記凹部に接着層を介して補強板が収容され、
上記凹部とは反対側の上記第2主面に上記凹部にまで貫通する開口を有するパターン領域部が形成され、
上記凹部から上記補強板及び上記接着層が取り除かれる。
In order to achieve the above object, in a method for manufacturing a hard mask according to one aspect of the present invention,
A concave portion is formed in the first main surface of a plate-shaped substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface,
A reinforcing plate is accommodated in the recess via an adhesive layer,
A pattern region portion having an opening penetrating to the recess is formed on the second main surface opposite to the recess,
The reinforcing plate and the adhesive layer are removed from the recess.

このようなハードマスクの製造方法によれば、太陽電池の製造ラインにつきコスト上昇を抑え、太陽電池におけるイオン注入領域を精度よく制御できる。 According to such a hard mask manufacturing method, it is possible to suppress an increase in the cost of the solar cell manufacturing line and to accurately control the ion-implanted region in the solar cell.

上記のハードマスクの製造方法においては、上記基体として、シリコン基体が用いられてもよい。 In the hard mask manufacturing method described above, a silicon substrate may be used as the substrate.

上記のハードマスクの製造方法においては、上記第2主面に上記パターン領域部を形成する前に、上記補助版と上記第1主面との面揃え加工を行ってもよい。 In the method for manufacturing a hard mask, the auxiliary plate and the first main surface may be aligned before forming the pattern region portion on the second main surface.

このようなハードマスクの製造方法によれば、割れ、欠けのないハードマスクを製造できる。 According to such a hard mask manufacturing method, a hard mask free from cracks and chips can be manufactured.

上記のハードマスクの製造方法においては、上記パターン領域部をダイシングブレードによって形成してもよい。 In the above hard mask manufacturing method, the pattern region may be formed by a dicing blade.

このようなハードマスクの製造方法によれば、ハードマスクを低コストで製造できる。 According to such a hard mask manufacturing method, a hard mask can be manufactured at low cost.

上記のハードマスクの製造方法においては、上記シリコン基体として、結晶系シリコン基板を用いてもよい。 In the hard mask manufacturing method, a crystalline silicon substrate may be used as the silicon substrate.

このようなハードマスクの製造方法によれば、開口パターンの幅のバラツキが小さいハードマスクを製造できる。 According to such a hard mask manufacturing method, it is possible to manufacture a hard mask with small variations in the width of the opening pattern.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る太陽電池の製造方法では、
第1主面と、前記第1主面とは反対側の第2主面とを有し、前記第1主面には凹部が設けられ、前記凹部とは反対側の前記第2主面に前記凹部にまで貫通する開口を有するパターン領域部が設けられたハードマスクが準備され、
結晶系シリコン基板の主面の側にハードマスクを用いイオン注入法によって上記主面に形成されたシリコン層に第1導電型の不純物元素または第2導電型の不純物元素が選択的に注入される。
In order to achieve the above object, in a method for manufacturing a solar cell according to one aspect of the present invention,
It has a first principal surface and a second principal surface opposite to the first principal surface, the first principal surface is provided with a recess, and the second principal surface opposite to the recess is provided with a recess. preparing a hard mask provided with a pattern region portion having an opening penetrating to the recess;
A first conductivity type impurity element or a second conductivity type impurity element is selectively implanted into a silicon layer formed on the main surface of a crystalline silicon substrate by ion implantation using a hard mask on the main surface side of the crystalline silicon substrate. .

このような太陽電池の製造方法によれば、p、n層を選択的に注入する、もしくは1種のドーパント濃度を選択的に上げることができる。また、太陽電池の製造ラインにつきコスト上昇を抑え、太陽電池におけるイオン注入領域を精度よく制御できる。 According to such a solar cell manufacturing method, the p and n layers can be selectively implanted, or the concentration of one dopant can be selectively increased. In addition, it is possible to suppress an increase in cost for the production line of the solar cell, and to accurately control the ion-implanted region in the solar cell.

上記の太陽電池の製造方法においては、上記ハードマスクがシリコンで構成されてよい。 In the above solar cell manufacturing method, the hard mask may be made of silicon.

上記の太陽電池の製造方法においては、上記ハードマスクを少なくとも2個準備し、
一方のハードマスクを用いて上記シリコン層に第1導電型の不純物元素を選択的に注入して、上記シリコン層に第1導電型の第1領域を形成し、他方のハードマスクを用いて、上記第1領域が形成されていない上記シリコン層に第2導電型の不純物元素を選択的に注入して、上記シリコン層に第2導電型の第2領域を形成してもよい。
In the above solar cell manufacturing method, at least two hard masks are prepared,
selectively implanting a first conductivity type impurity element into the silicon layer using one of the hard masks to form a first region of the first conductivity type in the silicon layer; A second conductivity type second region may be formed in the silicon layer by selectively implanting a second conductivity type impurity element into the silicon layer where the first region is not formed.

このような太陽電池の製造方法によれば、第1領域及び第2領域のそれぞれの幅を独立して変更可能になる。 According to such a solar cell manufacturing method, the widths of the first region and the second region can be changed independently.

上記の太陽電池の製造方法においては、上記第2領域は、上記第1領域に並設され、上記第1領域と上記第2領域との間隔が5μm以上100μmに設定されてもよい。 In the method for manufacturing a solar cell described above, the second region may be arranged in parallel with the first region, and the distance between the first region and the second region may be set to 5 μm or more and 100 μm.

このような太陽電池の製造方法によれば、第1領域と第2領域との間隔の制御を精度よく制御できる。 According to such a solar cell manufacturing method, it is possible to accurately control the interval between the first region and the second region.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るイオン注入装置は、
基板を支持することが可能な支持台と、
上記ハードマスクと、
上記ハードマスクを介して上記基板にイオンを注入するイオン注入源と
を具備する。
In order to achieve the above object, an ion implanter according to one aspect of the present invention comprises:
a support base capable of supporting the substrate;
the hard mask;
an ion implantation source for implanting ions into the substrate through the hard mask.

このようなイオン注入装置によれば、太陽電池の製造ラインにつきコスト上昇を抑え、太陽電池におけるイオン注入領域を精度よく制御できる。 According to such an ion implantation apparatus, it is possible to suppress an increase in cost for the production line of the solar cell, and to accurately control the ion implantation region in the solar cell.

上記のイオン注入装置においては、上記ハードマスクがシリコンで構成されてよい。 In the above ion implanter, the hard mask may be made of silicon.

以上述べたように、本発明によれば、太陽電池の製造ラインにつきコスト上昇を抑えるハードマスクの製造方法、太陽電池の製造方法、及びイオン注入装置が提供される。 As described above, according to the present invention, there are provided a hard mask manufacturing method, a solar cell manufacturing method, and an ion implantation apparatus that suppress cost increases in a solar cell manufacturing line.

本実施形態に係る太陽電池の製造方法により製造される太陽電池の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a solar cell manufactured by a method for manufacturing a solar cell according to this embodiment; FIG. 本実施形態に係る太陽電池の製造方法に適用されるイオン注入装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an ion implanter applied to a method for manufacturing a solar cell according to this embodiment; FIG. 図(a)は、本実施形態に係るハードマスクの模式的平面図である。図(b)、(c)は、本実施形態に係るハードマスクの模式的断面図である。FIG. (a) is a schematic plan view of a hard mask according to this embodiment. FIGS. (b) and (c) are schematic cross-sectional views of the hard mask according to this embodiment. 本実施形態に係るハードマスクの製造過程を説明する模式的断面図である。4A to 4C are schematic cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the hard mask according to the present embodiment; 本実施形態に係るハードマスクの製造過程を説明する模式的断面図である。4A to 4C are schematic cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the hard mask according to the present embodiment; 本実施形態に係るハードマスクの製造過程を説明する模式的平面図である。FIG. 4 is a schematic plan view for explaining the manufacturing process of the hard mask according to this embodiment; 本実施形態の太陽電池の製造方法を説明する模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the solar cell of the present embodiment. 本実施形態の太陽電池の製造方法を説明する模式的断面図である。It is a schematic cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the solar cell of the present embodiment.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、XYZ軸座標が導入される場合がある。また、同一の部材または同一の機能を有する部材には同一の符号を付す場合があり、その部材を説明した後には適宜説明を省略する場合がある。また、以下に示す数値は例示であり、この例に限らない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. XYZ axis coordinates may be introduced in each drawing. Also, the same reference numerals may be given to the same members or members having the same function, and the description may be omitted as appropriate after the description of the members. Also, the numerical values shown below are examples, and the present invention is not limited to these examples.

[太陽電池] [Solar cell]

図1は、本実施形態に係る太陽電池の製造方法により製造される太陽電池の概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a solar cell manufactured by a method for manufacturing a solar cell according to this embodiment.

図1に示す太陽電池100は、TOPCon-IBC型結晶系太陽電池である。太陽電池100は、n型(第1導電型)の結晶系シリコン基板110と、シリコン層111と、n型領域(第1領域)111nと、p型領域(第2領域)111pと、保護層112と、保護層120と、n側電極130nと、p側電極130pとを具備する。 The solar cell 100 shown in FIG. 1 is a TOPCon-IBC type crystalline solar cell. The solar cell 100 includes an n-type (first conductivity type) crystalline silicon substrate 110, a silicon layer 111, an n-type region (first region) 111n, a p-type region (second region) 111p, and a protective layer. 112, a protective layer 120, an n-side electrode 130n, and a p-side electrode 130p.

n型領域111nには、n側電極130nが接続されている。p型領域111pには、p側電極130pが接続されている。n側電極130nまたはp側電極130pは、例えば、銀(Ag),アルミニウム(Al)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)等、または前記メタルの混合材の少なくともいずれかを含む。 An n-side electrode 130n is connected to the n-type region 111n. A p-side electrode 130p is connected to the p-type region 111p. The n-side electrode 130n or the p-side electrode 130p is made of, for example, at least one of silver (Ag), aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), titanium (Ti), etc., or a mixture of these metals. include.

太陽電池100では、受光面が結晶系シリコン基板110の裏面110aとは反対側に位置している。例えば、結晶系シリコン基板110の表面110bは、太陽光を効率よく取り込むために凹凸構造(テクスチャ構造)を有する。表面110bには、表面110bの凹凸表面に沿って、太陽光の反射による光量損失を抑制するための反射防止膜としても機能する保護層112,120が設けられている。 In solar cell 100 , the light-receiving surface is located on the side opposite to back surface 110 a of crystalline silicon substrate 110 . For example, the surface 110b of the crystalline silicon substrate 110 has an uneven structure (texture structure) to efficiently take in sunlight. The surface 110b is provided with protective layers 112 and 120 along the uneven surface of the surface 110b, which also function as antireflection films for suppressing loss of light amount due to reflection of sunlight.

太陽電池100では、結晶系シリコン基板110の表面110bから太陽光を受光し、表面110bとは反対側に電極構造(裏面電極構造)が設けられている。これにより、太陽電池100では、電極が受光面にない構造となり、電極による太陽光のシャドウロスが抑制される。 In solar cell 100, sunlight is received from surface 110b of crystalline silicon substrate 110, and an electrode structure (back electrode structure) is provided on the side opposite to surface 110b. As a result, the solar cell 100 has a structure in which the electrode does not exist on the light receiving surface, thereby suppressing the shadow loss of the sunlight due to the electrode.

結晶系シリコン基板110の裏面110aは、シリコン層111が設けられる。シリコン層111の厚さd1は、例えば、5nm以上200nm以下である。また、本実施形態では、シリコン層111に、n型領域111nとp型領域111pとを形成するために非質量分離型のイオン注入法(プラズマドーピング法)が用いられる。非質量分離型のイオン注入法は、大面積に渡り不純物元素を注入することができるので、太陽電池製造におけるスループットが向上する。 A silicon layer 111 is provided on the back surface 110 a of the crystalline silicon substrate 110 . The thickness d1 of the silicon layer 111 is, for example, 5 nm or more and 200 nm or less. In addition, in this embodiment, a non-mass separation ion implantation method (plasma doping method) is used to form the n-type region 111n and the p-type region 111p in the silicon layer 111 . The non-mass-separated ion implantation method can implant the impurity element over a large area, thereby improving the throughput in the production of solar cells.

シリコン層111に不純物元素をイオンの状態で導入するものであれば、手法は非質量分離型のイオン注入法には限らず、質量分離型のイオン注入法などでも可能である。以下の説明では、不純物導入法の代表例として非質量分離型のイオン注入法を用いて詳述する。簡便のため、非質量分離型のイオン注入を「イオン注入」と表現することとする。次に、イオン注入を行う装置を説明する。 As long as the impurity element is introduced into the silicon layer 111 in the form of ions, the method is not limited to the non-mass-separated ion implantation method, and a mass-separated ion implantation method or the like is also possible. In the following description, a non-mass-separated ion implantation method is used as a representative example of the impurity introduction method. For the sake of simplicity, non-mass-separated ion implantation is referred to as "ion implantation." Next, an apparatus for ion implantation will be described.

[イオン注入装置] [Ion implanter]

図2は、本実施形態に係る太陽電池の製造方法に適用されるイオン注入装置の概略構成図である。 FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an ion implanter applied to the method for manufacturing a solar cell according to this embodiment.

イオン注入装置1000は、真空槽1001(下側真空槽)と、真空槽1002(上側真空槽)と、絶縁部材1003と、支持台1004と、ガス供給源1005と、ハードマスク10とを具備する。さらに、イオン注入装置1000は、RF導入コイル1100と、永久磁石1101と、RF導入窓(石英窓)1102と、電極1200と、電極1201と、直流電源1300と、交流電源1301とを具備する。 The ion implanter 1000 includes a vacuum chamber 1001 (lower vacuum chamber), a vacuum chamber 1002 (upper vacuum chamber), an insulating member 1003, a support base 1004, a gas supply source 1005, and a hard mask 10. . Further, the ion implanter 1000 includes an RF introduction coil 1100 , a permanent magnet 1101 , an RF introduction window (quartz window) 1102 , an electrode 1200 , an electrode 1201 , a DC power supply 1300 and an AC power supply 1301 .

真空槽1002は、真空槽1001よりも小径で、絶縁部材1003を介して真空槽1001上に設けられている。真空槽1002は、ハードマスク10を介して基板S1にイオンを注入するイオン注入源である。真空槽1001及び真空槽1002は、ターボ分子ポンプ等の真空排気手段により減圧状態を維持することができる。支持台1004は、真空槽1001内に設けられている。支持台1004は、基板S1を支持することができる。支持台1004内には、基板S1を加熱する加熱機構が設けられてもよい。基板S1は、太陽電池100の製造用の半導体ウェーハ、ガラス基板等である。また、真空槽1002内にはガス供給源1005によってイオン注入用のガスが導入される。 The vacuum chamber 1002 has a smaller diameter than the vacuum chamber 1001 and is provided above the vacuum chamber 1001 via an insulating member 1003 . A vacuum chamber 1002 is an ion implantation source that implants ions into the substrate S1 through the hard mask 10 . The vacuum chamber 1001 and the vacuum chamber 1002 can be maintained in a reduced pressure state by vacuum evacuation means such as a turbomolecular pump. A support table 1004 is provided in the vacuum chamber 1001 . The support base 1004 can support the substrate S1. A heating mechanism for heating the substrate S1 may be provided in the support table 1004 . The substrate S1 is a semiconductor wafer for manufacturing the solar cell 100, a glass substrate, or the like. A gas for ion implantation is introduced into the vacuum chamber 1002 by a gas supply source 1005 .

支持台1004は、基板S1を支持することができる。基板S1は、図1に示す裏面110aの側が真空槽1002に向けて支持台1004に配置される。基板S1と真空槽1002との間には、ハードマスク10が配置される。イオン注入装置1000には、ハードマスク10を他のハードマスクに取り換えたり、ハードマスク10と基板S1との距離を変えるマスク移動機構(不図示)が設けられてもよい。例えば、ハードマスク10と基板S1との距離は、0mm~5mmに設定できる。 The support base 1004 can support the substrate S1. The substrate S1 is placed on the support base 1004 with the rear surface 110a shown in FIG. A hard mask 10 is arranged between the substrate S1 and the vacuum chamber 1002 . The ion implantation apparatus 1000 may be provided with a mask moving mechanism (not shown) that replaces the hard mask 10 with another hard mask or changes the distance between the hard mask 10 and the substrate S1. For example, the distance between the hard mask 10 and the substrate S1 can be set to 0 mm to 5 mm.

RF導入コイル1100は、RF導入窓1102上に永久磁石1101を囲むように配置される。永久磁石1101の形状は、リング状である。RF導入コイル1100の形状は、コイル状である。RF導入コイル1100の直径は、基板S1のサイズに応じて適宜設定できる。真空槽1002内にイオン注入用のガスが導入されて、RF導入コイル1100に交流電源1301から所定の電力が供給されると、ICP(Inductively Coupled Plasma)放電により真空槽1002内にプラズマ1010が発生する。 RF introduction coil 1100 is arranged on RF introduction window 1102 to surround permanent magnet 1101 . The shape of the permanent magnet 1101 is ring-shaped. The shape of the RF introduction coil 1100 is coiled. The diameter of the RF introduction coil 1100 can be appropriately set according to the size of the substrate S1. When ion implantation gas is introduced into the vacuum chamber 1002 and predetermined power is supplied from the AC power source 1301 to the RF introduction coil 1100, plasma 1010 is generated in the vacuum chamber 1002 by ICP (Inductively Coupled Plasma) discharge. do.

電極1200は、複数の開口を有する電極(例えば、メッシュ電極)であり、絶縁部材1003に支持されている。電極1200の電位は、浮遊電位である。これにより、真空槽1002と電極1200とによって囲まれた空間に、安定したプラズマ1010が発生する。 Electrode 1200 is an electrode (for example, mesh electrode) having a plurality of openings and is supported by insulating member 1003 . The potential of electrode 1200 is a floating potential. Thereby, a stable plasma 1010 is generated in the space surrounded by the vacuum chamber 1002 and the electrodes 1200 .

電極1200の下には、複数の開口を有する別の電極(例えば、メッシュ電極)1201が配置されている。電極1201は、基板S1に対向している。電極1201とRF導入コイル1100との間には直流電源1300が接続され、電極1201には負の電位(加速電圧)が印加される。これにより、プラズマ1010中の正イオンが電極1201によってプラズマ1010から引き出される。 Underneath electrode 1200 is another electrode (eg, mesh electrode) 1201 having multiple openings. The electrode 1201 faces the substrate S1. A DC power supply 1300 is connected between the electrode 1201 and the RF introduction coil 1100 , and a negative potential (acceleration voltage) is applied to the electrode 1201 . As a result, positive ions in plasma 1010 are extracted from plasma 1010 by electrode 1201 .

引き出された正イオンは、メッシュ状の電極1200、1201を通過して基板S1(シリコン層111)にまで到達することができる。イオン注入装置1000において、正イオンの加速電圧は、例えば、1kV以上30kV以下の範囲で設定することができる。また、支持台1004には、加速電圧を調整できるバイアス電源を接続してもよい。 The extracted positive ions can pass through the mesh electrodes 1200 and 1201 and reach the substrate S1 (silicon layer 111). In the ion implanter 1000, the acceleration voltage of positive ions can be set within a range of, for example, 1 kV or more and 30 kV or less. Also, a bias power supply capable of adjusting the acceleration voltage may be connected to the support base 1004 .

真空槽1002には、基板S1に注入する不純物元素(n型不純物元素またはp型不純物元素)を含むガスが導入される。このガスによって真空槽1002内にプラズマ1010が形成されて、プラズマ1010中のn型不純物イオンまたはp型不純物イオンが基板S1に注入される。n型不純物イオンは、例えば、P、PX、PX 、PX 等の少なくも1つである。ここで、「X」は、水素、ハロゲン(F、Cl)のいずれかである。p型不純物イオンは、例えば、B、BY、BY 、BY 、B 、B 、B 等の少なくも1つである。ここで、「Y」は、水素、ハロゲン(F、Cl)のいずれかである。 A gas containing an impurity element (n-type impurity element or p-type impurity element) to be implanted into the substrate S1 is introduced into the vacuum chamber 1002 . This gas forms plasma 1010 in vacuum chamber 1002, and n-type impurity ions or p-type impurity ions in plasma 1010 are implanted into substrate S1. The n-type impurity ion is, for example, at least one of P, PX + , PX 2 + , PX 3 + and the like. Here, "X" is either hydrogen or halogen (F, Cl). The p-type impurity ion is, for example, at least one of B + , BY + , BY 2 + , BY 3 + , B 2 Y 2 + , B 3 Y 2 + , B 4 Y 2 + and the like. Here, "Y" is either hydrogen or halogen (F, Cl).

n型領域111nの不純物元素及びp型領域111pの不純物元素の濃度は、n型領域111n及びp型領域111pの導電率が最適になるように調整される。但し、n型領域111nに注入される不純物元素の濃度は、結晶系シリコン基板110におけるn型不純物元素の濃度より高く設定される。 The concentrations of the impurity element in the n-type region 111n and the impurity element in the p-type region 111p are adjusted so that the conductivity of the n-type region 111n and the p-type region 111p are optimized. However, the concentration of the impurity element implanted into the n-type region 111n is set higher than the concentration of the n-type impurity element in the crystalline silicon substrate 110. FIG.

本実施形態では、プラズマ1010を形成する手段として、ICP方式に限らず、電子サイクロトン共鳴プラズマ(Electron Cyclotron resonance Plasma)方式、ヘリコン波励起プラズマ(Helicon Wave Plasma)方式等でもよい。 In this embodiment, means for forming the plasma 1010 is not limited to the ICP method, but may be an electron cyclotron resonance plasma method, a helicon wave excited plasma method, or the like.

また、本実施形態では、不純物元素のシリコン層111への注入を行う際に、イオン注入用のガスに水素を含むガス(例えば、PH、BH等)を添加してもよい。これにより、シリコン層111に水素が注入されて、シリコン層111の構造欠陥が修復される。これにより、キャリアの構造欠陥における再結合が抑制され、n型領域111n及びp型領域111pに到達するキャリアの総量が増加する。これにより、光電変換効率が向上し、開放電圧(Voc)が上昇する。 In this embodiment, when the impurity element is implanted into the silicon layer 111, a gas containing hydrogen ( for example, PH3 , BH2, etc.) may be added to the ion implantation gas. As a result, hydrogen is implanted into the silicon layer 111 and structural defects in the silicon layer 111 are repaired. This suppresses recombination of carriers at structural defects and increases the total amount of carriers reaching the n-type region 111n and the p-type region 111p. This improves the photoelectric conversion efficiency and increases the open-circuit voltage (V oc ).

[ハードマスク] [Hard mask]

図3(a)は、本実施形態に係るハードマスクの模式的平面図である。図3(b)、(c)は、本実施形態に係るハードマスクの模式的断面図である。図3(b)には、図3(a)のA1-A2線に沿った断面が示されている。図3(c)には、図3(a)のA3-A4線に沿った断面が示されている。 FIG. 3A is a schematic plan view of the hard mask according to this embodiment. 3B and 3C are schematic cross-sectional views of the hard mask according to this embodiment. FIG. 3(b) shows a cross section along line A1-A2 in FIG. 3(a). FIG. 3(c) shows a cross section along line A3-A4 in FIG. 3(a).

ハードマスク10は、結晶系シリコンで構成される。ハードマスク10は、結晶系シリコンに限らず、グラファイトで構成されてもよい。以下、結晶系シリコンを例にハードマスク10を説明する。 The hard mask 10 is made of crystalline silicon. The hard mask 10 is not limited to crystalline silicon and may be made of graphite. The hard mask 10 will be described below using crystalline silicon as an example.

ハードマスク10の平面形状は、例えば、8角形で構成される。平面形状は、8角形に限らず、4角形、6角形等の多角形でもよい。ハードマスク10は、主面11(第1主面)と、主面11とは反対側の主面12(第2主面)と、主面11に設けられた凹部(ザグリ)13と、主面12に設けられたパターン領域部15と、パターン領域部15及び凹部13を囲み肉厚の周辺部14とを有する。 The planar shape of the hard mask 10 is, for example, an octagon. The planar shape is not limited to an octagon, and may be a polygon such as a quadrangle or a hexagon. The hard mask 10 includes a main surface 11 (first main surface), a main surface 12 (second main surface) opposite to the main surface 11, a concave portion (counterbore) 13 provided in the main surface 11, and a main surface 12 (second main surface). It has a pattern region portion 15 provided on the surface 12 and a thick peripheral portion 14 surrounding the pattern region portion 15 and the recess 13 .

凹部13は、主面11から掘り下げられ、例えば、ハードマスク10の中央部に位置する。凹部13の平面形状は、対向する一対の長辺13La、13Lbと、対向する一対の短辺13Sa、13Sbとによって囲まれた矩形状となっている。凹部13の深さは、ハードマスク10の厚みよりも浅い。ここで、長辺13La、13Lbが延在する方向を第1方向、短辺13Sa、13Sbが延在する方向を第2方向とする。第1方向と第2方向とは略直交する。 The recess 13 is dug down from the main surface 11 and is located, for example, in the central portion of the hard mask 10 . The planar shape of the concave portion 13 is a rectangular shape surrounded by a pair of opposing long sides 13La and 13Lb and a pair of opposing short sides 13Sa and 13Sb. The depth of the recess 13 is shallower than the thickness of the hard mask 10 . Here, the direction in which the long sides 13La and 13Lb extend is the first direction, and the direction in which the short sides 13Sa and 13Sb extend is the second direction. The first direction and the second direction are substantially orthogonal.

凹部13とは反対側の主面12には、凹部13にまで貫通する開口15hを有したパターン領域部15が設けられる。開口15hは、パターン領域部15において複数設けられる。複数の開口15hのそれぞれの線幅は、実質的に同じである。複数の開口15hは、第1方向に並設される。例えば、複数の開口15hのそれぞれは、第1方向に周期的に並設される。また、複数の開口15hのそれぞれは、第2方向に沿って直線状に延在する。ハードマスク10においては、複数の開口15hによってライン・アンド・スペースの開口パターンが形成される。 A pattern region portion 15 having an opening 15h penetrating to the recess 13 is provided on the main surface 12 opposite to the recess 13 . A plurality of openings 15 h are provided in the pattern region portion 15 . Each line width of the plurality of openings 15h is substantially the same. The plurality of openings 15h are arranged side by side in the first direction. For example, the plurality of openings 15h are arranged periodically in the first direction. Moreover, each of the plurality of openings 15h extends linearly along the second direction. In the hard mask 10, a plurality of openings 15h form a line-and-space opening pattern.

複数の開口15hは、パターン領域部15に、10本~1700本、配置される。開口15hの線幅は、例えば、10μm~600μmに設定される。複数の開口15hのそれぞれが第1方向に周期的に並設された場合、開口15hのピッチは、例えば、300μm~4000μmに設定される。また、パターン領域部15の厚み(または、開口15hの深さ)は、例えば、0.2mm~10.0mmに設定され、例えば、0.4mmである。 10 to 1700 openings 15 h are arranged in the pattern region portion 15 . The line width of the opening 15h is set to 10 μm to 600 μm, for example. When the plurality of openings 15h are arranged periodically in the first direction, the pitch of the openings 15h is set to 300 μm to 4000 μm, for example. Also, the thickness of the pattern region portion 15 (or the depth of the opening 15h) is set to, for example, 0.2 mm to 10.0 mm, for example, 0.4 mm.

また、複数の開口15hのそれぞれは、パターン領域部15を囲む周辺部14に設けられた溝15ta、15tbに連通する。複数の開口15hのそれぞれは、第2方向において、溝15taと溝15tbとの間に設けられる。溝15ta、15tbのそれぞれは、第2方向に延在する。溝15taは、パターン領域部15から、長辺13Laに対向するハードマスク10の端部10eaにまで延在する。溝15tbは、パターン領域部15から、長辺13Lbに対向するハードマスク10の端部10ebにまで延在する。 Further, each of the plurality of openings 15 h communicates with grooves 15 ta and 15 tb provided in the peripheral portion 14 surrounding the pattern region portion 15 . Each of the plurality of openings 15h is provided between groove 15ta and groove 15tb in the second direction. Each of grooves 15ta and 15tb extends in the second direction. The groove 15ta extends from the pattern region portion 15 to the end portion 10ea of the hard mask 10 facing the long side 13La. The groove 15tb extends from the pattern region portion 15 to the end portion 10eb of the hard mask 10 facing the long side 13Lb.

溝15ta、15tbは、ハードマスク10の主面12から主面11にまで貫通せず、周辺部14において有底の溝となっている。開口15h及び溝15ta、15tbの深さ、線幅は、実質的に同じである。すなわち、パターン領域部15から任意の開口15hを選択した場合、その開口15hと、その開口15hの両端に連通した一対の溝15ta、15tbとによって、1本の直線状のスペース溝15sが形成される。また、スペース溝15sは、ハードマスク10において第1方向に複数並設される。 The grooves 15ta and 15tb do not penetrate from the main surface 12 to the main surface 11 of the hard mask 10, but are bottomed grooves in the peripheral portion . The depth and line width of the opening 15h and the grooves 15ta and 15tb are substantially the same. That is, when an arbitrary opening 15h is selected from the pattern region portion 15, a single linear space groove 15s is formed by the opening 15h and a pair of grooves 15ta and 15tb communicating with both ends of the opening 15h. be. A plurality of space grooves 15s are arranged side by side in the hard mask 10 in the first direction.

図4(a)~図5(c)は、本実施形態に係るハードマスクの製造過程を説明する模式的断面図であり、図6は、本実施形態に係るハードマスクの製造過程を説明する模式的平面図である。 4A to 5C are schematic cross-sectional views explaining the manufacturing process of the hard mask according to this embodiment, and FIG. 6 explains the manufacturing process of the hard mask according to this embodiment. It is a schematic plan view.

図4(a)に示すように、主面11と、主面11とは反対側の主面12とを有する板状の基体、例えば、シリコン基体10sが準備された後、シリコン基体10sの主面11に凹部13が形成される。凹部13が形成されたシリコン基体10sの原板としては、シリコンウェーハ等の結晶系シリコン基板が用いられる。なお、シリコン基体10sの平面形状は、図3(a)に示されたハードマスク10の平面形状と同じである。なお、板状の基体としては、グラファイト基体を用いてもよい。 As shown in FIG. 4A, after preparing a plate-like substrate having a main surface 11 and a main surface 12 opposite to the main surface 11, for example, a silicon substrate 10s, the main surface of the silicon substrate 10s is prepared. A recess 13 is formed in the surface 11 . A crystalline silicon substrate such as a silicon wafer is used as the original plate of the silicon substrate 10s in which the recesses 13 are formed. The planar shape of the silicon substrate 10s is the same as the planar shape of the hard mask 10 shown in FIG. 3(a). A graphite substrate may be used as the plate-like substrate.

凹部13は、グラインド研磨、ドライエッチング、ウェットエッチング等の手法によって形成される。シリコン基体10s(結晶系シリコン基板)の厚みは、例えば、0.5mm~20mmである。凹部13の深さは、0.2mm~10mmである。シリコン基体10sに凹部13が形成されることで、シリコン基体10sには、凹部13を囲む周辺部14と、周辺部14よりも肉厚が薄い領域部15aが形成される。領域部15aの厚みは、例えば、パターン領域部15の厚みに相当する。領域部15aは、後述する加工によってパターン領域部15に置き換えられる。 The concave portion 13 is formed by a technique such as grind polishing, dry etching, or wet etching. The thickness of the silicon substrate 10s (crystalline silicon substrate) is, for example, 0.5 mm to 20 mm. The depth of the recess 13 is 0.2 mm to 10 mm. By forming the concave portion 13 in the silicon substrate 10s, a peripheral portion 14 surrounding the concave portion 13 and a region portion 15a thinner than the peripheral portion 14 are formed in the silicon substrate 10s. The thickness of the region portion 15a corresponds to the thickness of the pattern region portion 15, for example. The region portion 15a is replaced with the pattern region portion 15 by processing described later.

次に、図4(b)に示すように、凹部13に接着層20が配置されて、接着層20を介して補強板30が凹部13に収容される。補強板30の材料は、シリコン基体10sの材料と同じである。 Next, as shown in FIG. 4B, the adhesive layer 20 is placed in the recess 13, and the reinforcing plate 30 is accommodated in the recess 13 with the adhesive layer 20 interposed therebetween. The material of the reinforcing plate 30 is the same as the material of the silicon substrate 10s.

ここで、周辺部14の厚みd2と、主面12から補強板30の非接着面(露出面)30sまでの厚みd3とが異なり、主面11の側において周辺部14と補強板30との段差がある場合には、主面12にパターン領域部を形成する前に、主面11または非接着面30sに対して研磨処理を行って、主面11及び非接着面30sの面揃え加工が行われる。 Here, the thickness d2 of the peripheral portion 14 and the thickness d3 from the main surface 12 to the non-bonded surface (exposed surface) 30s of the reinforcing plate 30 are different. If there is a step, before forming the pattern region on the main surface 12, the main surface 11 or the non-bonded surface 30s is polished to align the main surface 11 and the non-bonded surface 30s. done.

例えば、図4(b)の状態で、d2>d3の場合には、図4(c)に示されるように、主面11の側のグラインド研磨を行って、d2とd3とが略同じになるように主面11及び非接着面30sの面揃え加工が行われる。この際、補強板30の材料と、シリコン基体10sの材料とが同じであれば、どちらか一方が優先的に研磨されることがない。さらに、補強板30の材料と、シリコン基体10sの材料とが同じであれば、同じ研磨治具を使用でき、また、補強板30の研磨材料と、シリコン基体10sの研磨材料とを個別に用意する必要もない。 For example, in the state of FIG. 4B, if d2>d3, as shown in FIG. The main surface 11 and the non-adhesive surface 30s are aligned so as to be aligned. At this time, if the material of the reinforcing plate 30 and the material of the silicon substrate 10s are the same, one of them is not preferentially polished. Furthermore, if the material of the reinforcing plate 30 and the material of the silicon substrate 10s are the same, the same polishing jig can be used, and the polishing material for the reinforcing plate 30 and the polishing material for the silicon substrate 10s are separately prepared. No need to.

次に、図4(d)に示すように、補強板30が付設されたシリコン基体10sが粘着性を有した下地(ダイシングシート)40に載置される。下地40には、主面11と、補強板30とが接触する。 Next, as shown in FIG. 4(d), the silicon substrate 10s with the reinforcing plate 30 attached thereto is placed on an adhesive substrate (dicing sheet) 40. Next, as shown in FIG. Main surface 11 and reinforcing plate 30 are in contact with base 40 .

次に、ダイシングブレード50によって、図3(a)に示されたスペース溝15sがシリコン基体10sの主面12の側に形成される。スペース溝15sの深さは、少なくともパターン領域部15の厚み分を有する。また、スペース溝15sを形成する際、凹部13には補強板30が収容されていることから、肉薄の領域部15aにダイシングブレード50が当接したとしても、領域部15aの機械的強度が確保される。これにより、シリコン基体10sに割れ、欠けが発生することなく、シリコン基体10sの主面12の側にスペース溝15sが形成される。また、周辺部14の厚みと、主面12から補強板30の非接着面30sまでの厚みとが略同じになっていることから、ダイシングブレード50が主面12に押し当てられても、周辺部14と領域部15aとの間の部分に不要な応力がかからず、シリコン基体10sに割れ、欠けが発生しにくくなる。 Next, a dicing blade 50 is used to form the space grooves 15s shown in FIG. 3A on the main surface 12 side of the silicon substrate 10s. The depth of the space groove 15 s has at least the thickness of the pattern region portion 15 . Further, when the space groove 15s is formed, since the reinforcing plate 30 is accommodated in the recess 13, even if the dicing blade 50 comes into contact with the thin region 15a, the mechanical strength of the region 15a is ensured. be done. As a result, the space groove 15s is formed on the main surface 12 side of the silicon substrate 10s without cracking or chipping in the silicon substrate 10s. In addition, since the thickness of the peripheral portion 14 and the thickness from the main surface 12 to the non-bonded surface 30s of the reinforcing plate 30 are substantially the same, even if the dicing blade 50 is pressed against the main surface 12, the peripheral portion Unnecessary stress is not applied to the portion between the portion 14 and the region portion 15a, and the silicon substrate 10s is less likely to be cracked or chipped.

この結果、図5(a)に示すように、凹部13とは反対側の主面12に凹部13にまで貫通する開口15hが安定して形成される。なお、スペース溝15sは、複数形成され、例えば、図5(a)の左から右に複数形成されてもよく、右から左に複数形成されてもよい。あるいは、凹部13の中央から先に形成し、この後、中央を始点としてその両側に対称的に形成されてもよい。 As a result, as shown in FIG. 5A, an opening 15h penetrating to the recess 13 is stably formed in the main surface 12 opposite to the recess 13. As shown in FIG. A plurality of space grooves 15s may be formed. For example, a plurality of space grooves 15s may be formed from left to right in FIG. 5(a), or may be formed from right to left. Alternatively, the center of the recess 13 may be formed first, and then the center may be formed as a starting point and formed symmetrically on both sides.

これにより、図5(b)に示すように、ダイシングブレード50によって、パターン領域部15が形成されたシリコン基体10sが形成される。この後、図5(c)に示すように、シリコン基体10sがダイシングブレード50から離され、シリコン基体10sが薬液に浸漬されることによって、凹部13から補強板30及び接着層20が取り除かれる。これにより、ハードマスク10が形成される。 As a result, as shown in FIG. 5B, the dicing blade 50 forms the silicon substrate 10s on which the pattern region portion 15 is formed. After that, as shown in FIG. 5(c), the silicon base 10s is separated from the dicing blade 50, and the silicon base 10s is immersed in the chemical solution, thereby removing the reinforcing plate 30 and the adhesive layer 20 from the recess 13. A hard mask 10 is thus formed.

なお、スペース溝15sを形成する際、スペース溝15sと同じ線幅の厚みを持ったダイシングブレード50でスペース溝15sを形成してもよい。この場合、1回のダイシングブレード50の通過ごとに1本のスペース溝15sが形成される。あるいは、図6に示すように、スペース溝15sの線幅よりも薄いダイシングブレードを用いて、1本のスペース溝15sに対し、ダイシングブレードを複数回往復させてスペース溝15sを形成してもよい。 When forming the space grooves 15s, the space grooves 15s may be formed with a dicing blade 50 having the same line width and thickness as the space grooves 15s. In this case, one space groove 15s is formed each time the dicing blade 50 passes. Alternatively, as shown in FIG. 6, a dicing blade thinner than the line width of the space grooves 15s may be used, and the space grooves 15s may be formed by reciprocating the dicing blade multiple times for one space groove 15s. .

例えば、図6に示すように、スペース溝15sの線幅の3分の1程度の幅を持ったダイシングブレードを使用し、1本のスペース溝15sを形成する際、スペース溝15sの両側部に相当する溝部15-1及び溝部15-2を予め研削し、最後にスペース溝15sの中央部に相当する溝部15-3を研削してもよい。このような手法によれば、ダイシングブレードによってシリコン基体10sにかかる負荷(応力)が緩和されて、割れ、欠けのないスペース溝15sが形成される。このように、最終的に、目的の線幅を有したスペース溝15sを形成すればよい。 For example, as shown in FIG. 6, when forming one space groove 15s using a dicing blade having a width of about one-third of the line width of the space groove 15s, both sides of the space groove 15s have The corresponding groove portions 15-1 and 15-2 may be ground in advance, and finally the groove portion 15-3 corresponding to the central portion of the space groove 15s may be ground. According to such a technique, the load (stress) applied to the silicon substrate 10s by the dicing blade is relaxed, and the space grooves 15s without cracks and chips are formed. In this way, the space groove 15s having the desired line width can be finally formed.

[太陽電池の製造方法] [Method for manufacturing solar cell]

図7(a)~図8(b)は、本実施形態の太陽電池の製造方法を説明する模式的断面図である。 7(a) to 8(b) are schematic cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the solar cell of this embodiment.

まず、ハードマスク10が準備され、図7(a)に示すように、シリコン層111の主面111aにハードマスク10を対向させる。ここで、ハードマスク10の凹部13と反対側の主面12を主面111aに対向させる。なお、結晶系シリコン基板110の表面110bには、公知のテクスチャ形成技術が採用されてよい。 First, the hard mask 10 is prepared, and the hard mask 10 is made to face the major surface 111a of the silicon layer 111 as shown in FIG. 7(a). Here, the major surface 12 of the hard mask 10 opposite to the concave portion 13 is made to face the major surface 111a. A known texture forming technique may be employed for the surface 110 b of the crystalline silicon substrate 110 .

次に、ハードマスク10を用いて、イオン注入法によってシリコン層111にn型の不純物元素またはp型の不純物元素が選択的に注入される。 Next, using the hard mask 10, an n-type impurity element or a p-type impurity element is selectively implanted into the silicon layer 111 by an ion implantation method.

例えば、図7(b)に示すように、開口15hから露出されたシリコン層111の主面111aにn型不純物イオン200nが選択的に注入される。n型不純物イオン200nは、例えば、リン(P)イオン等である。例えば、n型不純物を含むガスが真空槽1002内に導入されて、このガスによるプラズマを発生させる。そして、イオン注入法によって、ハードマスク10を介してシリコン層111の主面111aにn型不純物イオン200nを照射すると、n型不純物イオン200nの一部がハードマスク10の開口15hを通過する。開口15hを通過したn型不純物イオン200nは、シリコン層111の所定領域に選択的に注入される。 For example, as shown in FIG. 7B, n-type impurity ions 200n are selectively implanted into the main surface 111a of the silicon layer 111 exposed through the opening 15h. The n-type impurity ions 200n are, for example, phosphorus (P) ions. For example, a gas containing n-type impurities is introduced into vacuum chamber 1002 and a plasma is generated from this gas. Then, when main surface 111a of silicon layer 111 is irradiated with n-type impurity ions 200n through hard mask 10 by ion implantation, part of n-type impurity ions 200n pass through opening 15h of hard mask 10. FIG. N-type impurity ions 200n passing through opening 15h are selectively implanted into a predetermined region of silicon layer 111. As shown in FIG.

次に、図8(a)に示すように、ハードマスク10を横に移動させて、開口15hの位置をp型領域111pが形成される位置に位置させる。続いて、n型不純物を含むガスがp型不純物を含むガスに切り換えられ、真空槽1002内に、p型不純物を含むガスによるプラズマを発生させる。そして、イオン注入法によって、ハードマスク10を介してシリコン層111の主面111aに、p型不純物イオン200pを照射すると、p型不純物イオン200pの一部が開口15hから露出したシリコン層111に選択的に注入される。p型不純物イオン200pは、例えば、ボロン(B)イオン等である。p型領域111pは、Y軸方向において、シリコン層111のn型領域111nが形成されていない領域にn型領域111nと離間して並設される。なお、n型不純物を注入するイオン注入装置と、p型不純物を注入するイオン注入装置とは別に準備されてよい。この場合、n型不純物の注入と、p型不純物の注入とが異なるイオン注入装置で実行される。 Next, as shown in FIG. 8A, the hard mask 10 is laterally moved to position the opening 15h at the position where the p-type region 111p is to be formed. Subsequently, the gas containing n-type impurities is switched to the gas containing p-type impurities to generate plasma in the vacuum chamber 1002 from the gas containing p-type impurities. Then, when the main surface 111a of the silicon layer 111 is irradiated with the p-type impurity ions 200p through the hard mask 10 by ion implantation, a portion of the p-type impurity ions 200p are selected in the silicon layer 111 exposed from the opening 15h. injected into the target. The p-type impurity ions 200p are, for example, boron (B) ions. The p-type region 111p is arranged in parallel with the n-type region 111n in a region of the silicon layer 111 where the n-type region 111n is not formed in the Y-axis direction. An ion implantation apparatus for implanting n-type impurities and an ion implantation apparatus for implanting p-type impurities may be prepared separately. In this case, the implantation of n-type impurities and the implantation of p-type impurities are performed by different ion implantation apparatuses.

n型領域111nとp型領域111pとの間隔は、5μm以上100μm以下に設定される。これにより、n型領域111nとp型領域111pとの間隔を上記範囲に設定できることから、p側電極130pまたはn側電極130nの増設を図ることができる。 The distance between n-type region 111n and p-type region 111p is set to 5 μm or more and 100 μm or less. As a result, since the distance between the n-type region 111n and the p-type region 111p can be set within the above range, the p-side electrode 130p or the n-side electrode 130n can be increased.

次に、図8(b)に示すように、結晶系シリコン基板110上に、保護層112と保護層120とがCVD法、スパッタリング法等によって形成される。この後、図1に示されたように、n型領域111nには、n型領域111nに接続されたn側電極130nが形成される。また、p型領域111pには、p型領域111pに接続されたp側電極130pが形成される。 Next, as shown in FIG. 8B, a protective layer 112 and a protective layer 120 are formed on the crystalline silicon substrate 110 by CVD, sputtering, or the like. Thereafter, as shown in FIG. 1, an n-side electrode 130n connected to the n-type region 111n is formed in the n-type region 111n. A p-side electrode 130p connected to the p-type region 111p is formed in the p-type region 111p.

なお、ハードマスク10においては、開口15hの線幅が異なるハードマスク10を少なくとも2個準備してもよい。この場合、一方のハードマスク10を用いてシリコン層111にn型の不純物元素を選択的に注入して、シリコン層111にn型領域111nが形成される。また、他方のハードマスク10を用いて、n型領域111nが形成されていないシリコン層111にp型の不純物元素を選択的に注入して、シリコン層111にp型領域111pを形成する。このような手法によれば、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を複数回繰り返すことなく、Y軸方向において、幅が異なるn型領域111nとp型領域111pとをシリコン層111に形成することができる。 At least two hard masks 10 having different line widths of the openings 15h may be prepared. In this case, one hard mask 10 is used to selectively implant an n-type impurity element into the silicon layer 111 to form an n-type region 111n in the silicon layer 111 . Using the other hard mask 10, a p-type impurity element is selectively implanted into the silicon layer 111 where the n-type region 111n is not formed to form a p-type region 111p in the silicon layer 111. FIG. According to such a method, the n-type region 111n and the p-type region 111p having different widths in the Y-axis direction can be formed in the silicon layer 111 without repeating the photolithography process and the etching process multiple times.

このような製造方法によれば、裏面電極構造を形成するために、n型領域111n及びp型領域111pを形成するために、成膜工程、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程のそれぞれを複数回繰り返す必要がなくなり、太陽電池を製造する製造工程数がより削減する。 According to such a manufacturing method, in order to form the back electrode structure, in order to form the n-type region 111n and the p-type region 111p, it is necessary to repeat each of the film formation process, the photolithography process, and the etching process multiple times. is eliminated, and the number of manufacturing processes for manufacturing solar cells is further reduced.

また、ハードマスク10は、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程のそれぞれを複数回繰り返すプロセス処理によって形成されるのでなく、ダイシングブレード50による機械的加工で簡便に形成される。これにより、ハードマスク10は、低コストで形成される。また、スペース溝15sをレーザ加工で形成すると、スペース溝15sの一部が局所的に溶解してしまう現象が起き得る。本実施形態では、ダイシングブレード50による機械的加工を採用するため、このような現象が起きない。 Moreover, the hard mask 10 is not formed by a process of repeating each of the photolithography process and the etching process multiple times, but is simply formed by mechanical processing using the dicing blade 50 . Thereby, the hard mask 10 is formed at low cost. Further, when the space groove 15s is formed by laser processing, a phenomenon may occur in which a part of the space groove 15s is locally melted. Since the present embodiment employs mechanical processing using the dicing blade 50, such a phenomenon does not occur.

なお、太陽電池は、TOPCon-IBC型に限らず、TOPCon構造においても本実施形態の製造方法が適用される。この場合、TOPCon構造では、受光面側の電極下部に選択的に高濃度のp層またはn層が形成されるため、TOPCon-IBC型を用いて説明された裏面110a側のウェーハプロセスが表面110b側のウェーハプロセスに適用される。本実施形態では、太陽電池の裏面110a及び表面110bを総括的に主面とする。 Note that the solar cell is not limited to the TOPCon-IBC type, and the manufacturing method of the present embodiment is also applied to the TOPCon structure. In this case, in the TOPCon structure, a high-concentration p-layer or n-layer is selectively formed under the electrode on the light-receiving surface side. Applies to wafer processing on both sides. In this embodiment, the back surface 110a and the front surface 110b of the solar cell are collectively referred to as main surfaces.

ハードマスク10として、材料がグラファイトで構成されたマスク(実施例1)と、結晶系シリコンで構成されたマスク(実施例2)とを用いた場合の開口15hの線幅の加工精度と、イオン注入結果を以下に示す。 When a mask made of graphite (Example 1) and a mask made of crystalline silicon (Example 2) are used as the hard mask 10, the processing accuracy of the line width of the opening 15h and the ion The injection results are shown below.

Figure 2023000223000002
Figure 2023000223000002

Figure 2023000223000003
Figure 2023000223000003

表1には、ハードマスクとして、材料がグラファイトで構成された結果が示され、表2には、ハードマスクとして、材料が結晶系シリコンで構成された結果が示されている。表1、2において、開口15hは、ともにダイシングブレードで形成している。これらのハードマスクを用いて結晶系シリコン基板に注入したイオンは、リン(P)である(10Kev、1×1016ions/cm)。 Table 1 shows the results when the hard mask is made of graphite, and Table 2 shows the results when the hard mask is made of crystalline silicon. In Tables 1 and 2, the openings 15h are both formed with a dicing blade. The ions implanted into the crystalline silicon substrate using these hard masks are phosphorus (P) (10 Kev, 1×10 16 ions/cm 2 ).

また、表1に示すグラファイトマスクの開口の線幅の狙い値は、200μmであり、開口の本数は、98本であり、ピッチは、1.6mmである。表2に示すシリコンマスクの開口の線幅の狙い値は、260μmであり、開口の本数は、161本であり、ピッチは、0.96mmである。また、表1、2におけるバラツキ値は、((max値-min値)/(max値+min値))×100(%)で表される。 The target value of the line width of the openings of the graphite mask shown in Table 1 is 200 μm, the number of openings is 98, and the pitch is 1.6 mm. The target line width of the openings in the silicon mask shown in Table 2 is 260 μm, the number of openings is 161, and the pitch is 0.96 mm. Further, the variation value in Tables 1 and 2 is expressed by ((max value−min value)/(max value+min value))×100(%).

表1に示すグラファイトマスクでは、開口の線幅のバラツキ値が7.7%となっている。また、このバラツキ値を有したマスクを用いて、リンを注入した領域の注入領域幅のバラツキ値は、9.7%になっている。このようなバラツキが生じる一因として、グラファイトマスクがグラファイトの多結晶で構成され、その粒子径が比較的大きいことが考えられる。 In the graphite mask shown in Table 1, the line width variation of the openings is 7.7%. Using a mask having this variation value, the variation value of the implanted region width of the region implanted with phosphorus is 9.7%. One possible cause of such variations is that the graphite mask is made of polycrystalline graphite and has a relatively large particle size.

これに対し、表2に示す結晶系シリコンマスクでは、開口の線幅のバラツキ値が0.4%となり、大幅に改善されている。また、このマスクを用いて、リンを注入した領域の注入領域幅のバラツキ値は、0.5%になっている。結晶系シリコンマスクは、シリコンの単結晶で構成されていることから、グラファイトマスクに比べ、開口の線幅のバラツキ値が極めて小さくなり、また、結晶系シリコンマスクを用いることによって、注入領域幅のバラツキ値が極めて小さい太陽電池が製造できる。 On the other hand, in the crystalline silicon mask shown in Table 2, the variation value of the line width of the opening is 0.4%, which is greatly improved. Using this mask, the width of the implanted region in which phosphorus is implanted has a variation value of 0.5%. Since the crystalline silicon mask is composed of a single crystal of silicon, the variation in the line width of the opening is much smaller than that of a graphite mask. A solar cell with extremely small variation can be manufactured.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。例えば本実施例ではTOPCon-IBC構造について説明したが、受光面側電極下部にn型領域及びp型領域を形成するTOPCon構造においても本発明を採用することができる。各実施形態は、独立の形態とは限らず、技術的に可能な限り複合することができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be modified in various ways. For example, although the TOPCon-IBC structure has been described in this embodiment, the present invention can also be applied to a TOPCon structure in which an n-type region and a p-type region are formed under an electrode on the light receiving surface side. Each embodiment is not limited to an independent form, and can be combined as much as technically possible.

10…ハードマスク
10s…シリコン基体
10ea、10eb…端部
11、12…主面
13…凹部
13La、13Lb…長辺
13Sa、13Sb…短辺
14…周辺部
15…パターン領域部
15a…領域部
15h…開口
15t…溝
15s…スペース溝
15-1、15-2、15-3…溝部
20…接着層
30…補強板
30s…非接着面
40…下地
50…ダイシングブレード
100…太陽電池
110…結晶系シリコン基板
110a…裏面
110b…表面
111…シリコン層
111a、111b…主面
111n…n型領域
111p…p型領域
112、120…保護層
130p…p側電極
130n…n側電極
200n…n型不純物イオン
200p…p型不純物イオン
1000…イオン注入装置
1001、1002…真空槽
1003…絶縁部材
1004…支持台
1005…ガス供給源
1010…プラズマ
1100…RF導入コイル
1101…永久磁石
1102…RF導入窓
1200、1201…電極
1300…直流電源
1301…交流電源
S1…基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Hard mask 10s... Silicon substrate 10ea, 10eb... End part 11, 12... Main surface 13... Concave part 13La, 13Lb... Long side 13Sa, 13Sb... Short side 14... Peripheral part 15... Pattern region part 15a... Region part 15h... Opening 15t Groove 15s Space groove 15-1, 15-2, 15-3 Groove 20 Adhesive layer 30 Reinforcing plate 30s Non-adhesive surface 40 Base 50 Dicing blade 100 Solar cell 110 Crystalline silicon Substrate 110a back surface 110b front surface 111 silicon layer 111a, 111b main surface 111n n-type region 111p p-type region 112, 120 protective layer 130p p-side electrode 130n n-side electrode 200n n-type impurity ion 200p P-type impurity ion 1000 Ion implanter 1001, 1002 Vacuum chamber 1003 Insulating member 1004 Support base 1005 Gas supply source 1010 Plasma 1100 RF introduction coil 1101 Permanent magnet 1102 RF introduction window 1200, 1201 Electrodes 1300 DC power supply 1301 AC power supply S1 Substrate

Claims (11)

第1主面と、前記第1主面とは反対側の第2主面とを有する板状の基体の前記第1主面に凹部を形成し、
前記凹部に接着層を介して補強板を収容し、
前記凹部とは反対側の前記第2主面に前記凹部にまで貫通する開口を有するパターン領域部を形成し、
前記凹部から前記補強板及び前記接着層を取り除く
ハードマスクの製造方法。
forming a recess in the first main surface of a plate-like substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface;
A reinforcing plate is accommodated in the recess via an adhesive layer,
forming a pattern region portion having an opening penetrating to the recess on the second main surface opposite to the recess;
A method of manufacturing a hard mask, wherein the reinforcing plate and the adhesive layer are removed from the recess.
請求項1に記載されたハードマスクの製造方法であって、
前記基体として、シリコン基体を用いる
ハードマスクの製造方法。
A method for manufacturing a hard mask according to claim 1,
A method of manufacturing a hard mask, wherein a silicon substrate is used as the substrate.
請求項1または2に記載されたハードマスクの製造方法であって、
前記第2主面に前記パターン領域部を形成する前に、前記補助版と前記第1主面との面揃え加工を行う
ハードマスクの製造方法。
A method for manufacturing a hard mask according to claim 1 or 2,
A method of manufacturing a hard mask, wherein the auxiliary plate and the first main surface are aligned before forming the pattern region portion on the second main surface.
請求項1~3のいずれか1つに記載されたハードマスクの製造方法であって、
前記パターン領域部をダイシングブレードによって形成する
ハードマスクの製造方法。
A method for manufacturing a hard mask according to any one of claims 1 to 3,
A method of manufacturing a hard mask, wherein the pattern region portion is formed by a dicing blade.
請求項2~4のいずれか1つに記載されたハードマスクの製造方法であって、
前記シリコン基体として、結晶系シリコン基板を用いる
ハードマスクの製造方法。
A method for manufacturing a hard mask according to any one of claims 2 to 4,
A method of manufacturing a hard mask, wherein a crystalline silicon substrate is used as the silicon substrate.
第1主面と、前記第1主面とは反対側の第2主面とを有し、前記第1主面には凹部が設けられ、前記凹部とは反対側の前記第2主面に前記凹部にまで貫通する開口を有するパターン領域部が設けられたハードマスクを準備し、
結晶系シリコン基板の主面の側に前記ハードマスクを用いイオン注入法によって前記主面に形成されたシリコン層に第1導電型の不純物元素または第2導電型の不純物元素を選択的に注入する
太陽電池の製造方法。
It has a first principal surface and a second principal surface opposite to the first principal surface, the first principal surface is provided with a recess, and the second principal surface opposite to the recess is provided with a recess. preparing a hard mask provided with a pattern region portion having an opening penetrating to the recess;
A first conductivity type impurity element or a second conductivity type impurity element is selectively implanted into the silicon layer formed on the main surface of the crystalline silicon substrate by ion implantation using the hard mask on the main surface side of the crystalline silicon substrate. A method for manufacturing a solar cell.
請求項6に記載された太陽電池の製造方法であって、
前記ハードマスクはシリコンで構成される
太陽電池の製造方法。
A method for manufacturing a solar cell according to claim 6,
The method of manufacturing a solar cell, wherein the hard mask is made of silicon.
請求項6または7に記載された太陽電池の製造方法であって、
前記ハードマスクを少なくとも2個準備し、
一方のハードマスクを用いて前記シリコン層に第1導電型の不純物元素を選択的に注入して、前記シリコン層に第1導電型の第1領域を形成し、
他方のハードマスクを用いて、前記第1領域が形成されていない前記シリコン層に第2導電型の不純物元素を選択的に注入して、前記シリコン層に第2導電型の第2領域を形成する
太陽電池の製造方法。
A method for manufacturing a solar cell according to claim 6 or 7,
preparing at least two hard masks;
selectively implanting a first conductivity type impurity element into the silicon layer using one of the hard masks to form a first conductivity type first region in the silicon layer;
Using the other hard mask, a second conductivity type impurity element is selectively implanted into the silicon layer where the first region is not formed, thereby forming a second conductivity type second region in the silicon layer. A method for manufacturing a solar cell.
請求項6~8のいずれか1つに記載された太陽電池の製造方法であって、
前記第2領域は、前記第1領域に並設され、前記第1領域と前記第2領域との間隔が5μm以上100μm以下に設定される
太陽電池の製造方法。
A method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 6 to 8,
The method for manufacturing a solar cell, wherein the second region is arranged in parallel with the first region, and the distance between the first region and the second region is set to 5 μm or more and 100 μm or less.
基板を支持することが可能な支持台と、
前記支持台に対向し、第1主面と、前記第1主面とは反対側の第2主面とを有し、前記第1主面には凹部が設けられ、前記凹部とは反対側の前記第2主面に前記凹部にまで貫通する開口を有するパターン領域部が設けられたハードマスクと、
前記ハードマスクを介して前記基板にイオンを注入するイオン注入源と
を具備するイオン注入装置。
a support base capable of supporting the substrate;
It has a first main surface facing the support base and a second main surface opposite to the first main surface, and the first main surface is provided with a recess, the side opposite to the recess. a hard mask provided with a pattern region portion having an opening penetrating to the recess on the second main surface of the
an ion implantation source for implanting ions into the substrate through the hard mask.
請求項10に記載されたイオン注入装置であって、
前記ハードマスクはシリコンで構成される
イオン注入装置。
11. The ion implanter of claim 10, comprising:
The ion implanter, wherein the hard mask is made of silicon.
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