JP2023000223A - Manufacturing method of hard mask, manufacturing method of solar battery, and ion implantation device - Google Patents
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Abstract
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(SiOx)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.
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.
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
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-
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
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
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
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
[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
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
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
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。
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。
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
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
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+、PX2
+、PX3
+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+、BY2
+、BY3
+、B2Y2
+、B3Y2
+、B4Y2
+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
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-
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
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、PH3、BH2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
[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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
[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
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
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-
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
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-
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
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
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-
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
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
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
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/cm2)。
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
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
Claims (11)
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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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