KR101846443B1 - 태양전지를 위한 산화막 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에서는, 기판을 습식 산화 분위기에 노출시키는, 노출 단계, 상기 습기 산화 분위기의 산화제 농도를 공정 시간 동안 유지해 상기 기판에 산화막을 형성하는, 산화막 형성 단계를 포함하는 태양전지용 산화막 제조 방법을 개시한다.

Description

태양전지를 위한 산화막 형성 방법{Methods for making a oxidation layer for solar cell}
본 발명은 태양전지에 사용되는 기판의 표면에 산화물로 형성된 산화막을 형성하는 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
태양전지는 pn 접합을 이루고 있는 기판을 사용해 제조되며, 발전 효율을 높이기 위해 패시베이션막, 반사방지막과 같은 박막들이 반도체 가공 기술을 이용하여 기판 위에 형성된다.
효율은 태양전지의 발전 성능을 나타내는 가장 중요한 지표이기 때문에, 많은 제조회사들이 효율을 높이기 위한 다양한 시도와 연구들이 있어왔다. 그 중 하나가 산화막과 관련이 있다.
얇은 두께로 형성된 산화막은 전자 및 정공에게 일종의 배리어(barrier)로 작용하여, 소수 캐리어(minority carrier)가 통과되지 않도록 하고, 산화막이 인접한 부분에서 축적된 후에 일정 이상의 에너지를 가지는 다수 캐리어(majority carrier)만이 실리콘 산화막을 통과해 전극으로 수집될 수 있도록 해 태양전지의 효율을 증가시키고 있다.
실리콘 기판에 산화막을 형성하는 대표적인 방법은 튜브로(tube furnace)를 이용한 건식 산화 방식이다. 그러나, 이 방법은 기판이 위치하는 튜브로의 내부 위치에 따라 기판에 형성되는 막의 두께가 균일하지 못해 막 균일도가 떨어지고, 막의 성장 속도가 느리며, 또한 고온에서 공정이 이뤄지므로 기판에 심한 열적 스트레스가 가해지게 된다.
본 발명은 이 같은 기술적 배경에서 창안된 것으로, 산화막을 형성하는 새로운 제조 방법을 제안한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 기판을 습식 산화 분위기에 노출시키는, 노출 단계, 상기 습기 산화 분위기의 산화제 농도를 공정 시간 동안 유지해 상기 기판에 산화막을 형성하는, 산화막 형성 단계를 포함하는 태양전지용 산화막 제조 방법을 개시한다.
상기 산화막 형성 단계는 상온에서 실시되고, 상기 습식 산화 분위기의 기압은 1.1∼1.3 기압일 수 있다.
상기 산화제는 오존(O3)이고, 농도는 3∼100(ppm), 그리고 기판은 상기 습식 산화 분위기에 30∼600초 동안 노출될 수 있다.
상기 산화제는 O2, H20, O3 에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 습식 산화 분위기는 순도가 99.9% 이하인 O2 가스를 단독으로 가압 분사시켜 형성되거나, 순도가 99.9% 이상인 O2 가스에 N2 가스를 혼합하고 혼합 가스를 가압 분사시켜 형성될 수 있다.
상기 산화물 형성 방법은 상기 노출 단계 이전에, 상기 기판을 소수성 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 산화물 형성 방법은 상기 소수성 처리 단계 이전에, 상기 기판의 소우 데미지를 에칭(Saw Damage Etching)하는, SDE 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 소수성 처리 단계와 상기 SDE 단계는 인-시츄(in-situ)로 진행될 수 있다.
상기 산화막 형성 단계는 상기 SDE 단계와 인-시츄(in-situ)로 진행될 수 있다.
상기 산화막 제조 방법은, 상기 산화막을 약 600℃로 가열하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 산화막 제조 방법에서, 상기 기판은 실리콘 기판이고, 상기 산화막은 실리콘 산화물(SiO2)인 것이 바람직하며, 상기 산화막의 두께는 0.5(nm)∼2(nm) 이다.
상기 산화막 제조 방법은, 상기 형성 단계 이후에, 상기 기판을 60℃보다 낮은 온도에서 핫 에어(hot air)로 건조시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는 오존의 농도가 5∼18(ppm)인 오존수를 준비하는, 준비 단계, 실리콘 기판을 상기 오존수에 100∼500초동안 딥핑(dipping)시켜 상기 실리콘 기판의 표면에 두께가 0.5(nm)∼2(nm)인 산화막을 형성하는, 산화막 형성 단계를 포함하는 태양전지용 산화막 제조 방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상온 및 대기압 조건에서 0.5(nm)∼2(nm) 두께의 실리콘 산화막을 제조하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 산화막 제조 방법은 소우 데미지를 식각하는 습식용 에칭 설비를 그대로 사용할 수가 있기 때문에, 인-시츄 공정이 가능하고, 설비 가격인 비싼 튜브로를 사용할 필요가 없기 때문에 제조 원가를 획기적으로 줄일 수 있다.
도 1 및 도 2는 실리콘 산화막이 형성된 태양전지의 일 예를 보여주는 도면들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화막 제조 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 4는 SDE 공정에서 사용되는 에칭 설비의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화막 제조 방법에 의해 성장된 산화막의 막질 평가를 의해 실험한 결과를 보여준다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화막 제조 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 산화막 제조 방법에 의해 성장된 산화막의 막질 평가를 의해 실험한 결과를 보여준다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 간단히 하거나 생략될 수 있다. 또한, 도면에서 도시하고 있는 다양한 실시예들은 예시적으로 제시된 것이고, 설명의 편의를 위해 실제 축척에 맞춰 도시되지 않을 수 있고. 형상이나 구조 역시 단순화해서 도시될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법은 산화막을 형성하는 방법과 관련이 있다. 보다 바람직하게는 결정질 기판의 표면에 실리콘 산화막을 형성하는 방법에 관한 것으로, 도 1 및 도 2는 실리콘 산화막이 형성된 태양전지의 일 예를 보여준다.
도 1 및 도 2는 산화막이 형성된 태양전지를 예시한다. 도 1 및 도 2에서, 산화막은 실리콘 산화막(SiO2)으로 형성되고, 태양전지의 후면에 각각 위치해 있다.
도 1에서, 태양전지는 전극(42, 44)이 모두 태양전지의 후면에 존재하는 후면 접촉형 구조를 갖는다.
도 1을 참조하면, 후면 접촉형 태양전지는 기판(10) 표면에는 산화막으로 이뤄진 제어 패시베이션막(20)이 형성되고, 그 위로 다결정 실리콘층(30)이 배치되어 있다.
전극(42, 44)은 실리콘 질화물과 같은 유전체층으로 이뤄진 패시베이션 막(40)에 형성된 접촉구(46)를 통해 n+ 영역(34)과 p+ 영역(32)에 각각 접촉하도록 형성된다.
그리고, 기판(10)의 전면으로는 절연막(24)과 반사방지막(26)이 순차적으로 형성될 수 있는데, 이들은 패시베이션막(40)과 동일 또는 유사하게 유전체층으로 구성된다.
기판(10)은 일 예로, n형 불순물이 포함된 단결정 실리콘 웨이퍼로 만들어질 수 있다.
제어 패시베이션막(20)은 기판(110)의 후면 전체에 직접 접촉하게 형성되며, 약 0.5∼2(nm)의 얇은 두께로 만들어져 기판(110)에서 생성되는 캐리어가 터널링될 수 있고, 또한 기판(110)의 후면을 패시베이션한다. 기판(10)과 반도체층(30) 사이에 존재하는 이 제어 패시베이션막(20)은 양자 터널링을 촉진해 pn접합에 의해 생성된 캐리어가 전극 쪽으로 빠르게 확산될 수 있도록 하며, 또한 소수 캐리어의 잠재적 장벽으로 작용해 소수 캐리어가 기판(10)에서 반도체층(30)으로 지나치게 확산하는 것을 방지한다. 바람직하게, 이 제어 패시베이션막(20)은 SiO2와 같은 실리콘 산화막으로 만들어지며, 두께는 터널링 효과가 효과적으로 형성되는 0.5∼2(nm)의 얇은 두께를 갖는 것이 바람직하다.
n+ 영역(34)과 p+ 영역(32)은 각각 n형 불순물과 p형 불순물이 고농도로 도핑된 영역으로, p+ 영역(32)은 기판(10)과 pn 접합을 형성해 광전효과에 의해 캐리어를 생산한다. n+ 영역(34)과 p+ 영역(32) 사이로는 이들이 션트되는 것을 방지하는 진성 영역(36)이 형성된다.
이러한 반도체층(30)은 반도체 분야에서 잘 알려진 증착법을 이용해 비정질 실리콘층을 제어 패시베이션막(20) 위에 형성한 후에 약 600℃ 온도에서 열처리해 다결정 실리콘층으로 결정화해 만들어질 수 있다.
상기 반도체층(30) 위로는 패시베이션막(40)이 더 형성되고, 제1 및 제2 전극(42, 44)은 패시베이션막(40)을 관통해 n+ 영역(34)과 p+ 영역(32)에 접촉하도록 형성된다.
도2에서, 태양전지는 빛을 전면과 후면에서 각각 수광할 수 있는 양면 수광형 구조를 가질 수 있다.
도 2를 참조하면, 태양전지는 기판(50)의 후면에 산화막으로 이뤄진 제어 패시베이션막(60)이 형성되고, 그 위로 다결정 실리콘층(70)이 배치된다. 이 다결정 실리콘층(70)은 고농도의 n형 불순물을 포함해 후면 전계부를 형성할 수 있다.
상술한 바와 동일하게, 이 다결정 실리콘층(70)은 증착법을 이용해 비정질 실리콘층을 제어 패시베이션막(200) 위에 형성한 후에 약 600℃ 온도에서 열처리해 다결정 실리콘층으로 결정화해 만들어질 수 있다.
제2 전극(85)은 다결정 실리콘층(70)을 덮고 있는 패시베이션막(80)을 관통해 다결정 실리콘층(70)에 접촉하도록 형성된다.
기판(50)의 전면은 고농도의 p형 불순물을 포함하는 에미터부(91)와 그 위로 형성된 반사방지막(93)을 포함해 구성된다. 이 반사 방지막(91)은 기판(50)의 표면을 패시베이션할 수도 있다.
제1 전극(95)는 패시베이션막(93)을 관통해 에미터부(91)에 접촉하도록 형성된다.
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지용 산화막 제조 방법에 대해 첨부된 도면을 참조로 자세히 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법은 기판을 습식 산화 분위기에 노출시키는 단계(S10), 상기 습기 산화 분위기의 산화제 농도를 공정 시간 동안 유지해 상기 기판에 산화막을 형성하는 단계(S20)를 포함할 수 있다(도 3 참조).
여기서, 습식 산화 분위기는 일정 공간(이하, 캐비티(cavity))이 액체의 미세한 산화제 입자들로 채워져 습윤한 상태로, 압력은 대기압보다 조금 높은 약 1.1∼1.3기압, 산화제의 농도는 3∼100(ppm), 그리고 기온은 상온 조건에서 형성될 수 있다. 이 습식 산화 분위기는 다양한 방법에 의해 조성될 수가 있는데, 일 예로, 기체 상태인 산화제 가스를 가압해 공간에 분산시키거나, 액체 상태의 산화제를 기화 또는 가열시켜 습식 산화 분위기를 조성할 수가 있다.
이 같은 일 실시예의 제조 방법은 기판을 제작하는 과정에서 발생한 소 데미지(saw damage) 를 화학적으로 습식 제거하는 SDE 공정에서 사용되는 에칭 설비와 동일한 설비를 이용해 실시될 수가 있다. 이 에칭 설비는 기판 표면에 형성된 산화막(Phosphoric silicate glass layer)을 제거하는 공정에서 사용되기도 한다.
주지하는 바처럼 SDE 공정은 기판을 염기성 용액에 기판을 침지시켜 그 표면을 식각하고, 이어서 산 용액에 기판을 침지시켜 그 표면에 잔존하는 불순물을 제거하는 방식으로 이뤄지고, 이 SDE 공정에서는 당 업계에서 "베쓰(bath)"라고 불리는 습식 식각용 에칭 설비가 이용된다. 일 실시예에 따른 본 발명의 제조 방법은 SDE 공정에서 사용되는 이 베쓰를 이용해서 실시할 수가 있다.
SDE 공정은 여러 개의 에칭 설비에 각각 염기성 용액 또는 산 용액을 채우고 기판을 용액에 약 200∼300초 동안 담가 기판 표면을 식각하는 형태로 이뤄진다. 자동화된 설비에서, SDE 공정에서는 약 7개 전후의 베쓰가 사용되고, 기판은 캐리어라고 불리는 수납 부재에 적재되며, 트랜스퍼 유닛(transfer unit)이라고 불리는 기계장치에 의해 이송될 수 있다.
이 같은 SDE 공정에서 사용된 설비와 산화막을 형성하는데 사용하는 설비가 동일하면, SDE 공정과 산화막 형성 공정을 연속적으로 실시하는 인시츄(in-situ) 공정이 가능하므로 제조 시간을 줄일 뿐만 아니라, 지금까지 일반적으로 건식 산화에 사용되던 튜브로보다 상대적으로 값싼 설비를 이용해 고품질의 산화막을 형성할 수가 있어 제조 비용을 효과적으로 줄일 수 있다.
SDE 공정에서 사용되는 에칭 설비의 개략적인 구성이 도 4에 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 이 에칭 설비는 캐비티(110a)를 갖는 몸체부(110), 가스 발생기(120) 및 질소 공급기(130)를 포함한다.
몸체부(110) 안쪽에는 가스 발생기(140)에서 발생된 가스를 캐비티(110a)에 공급하는 노즐부(140)가 더 설치될 수 있다.
기판들은 캐리어(150)라고 불리는 수납 부재에 수십 내지 수백 장이 적재되고, 몸체부(110)의 내부로 로딩(loading)된다. 또한 캐리어(150)는 트랜스퍼 유닛(transfer unit)(미도시)이라고 불리는 기계 장치에 의해 로딩/언로딩되도록 구성되어 있다.
가스 발생기(120)와 노즐부(140) 사이를 연결하는 공급 라인(SL1)과 질소 공급기(130)와 노즐부(140) 사이에 설치된 공급 라인(SL2)에는 각각 밸브(150)가 설치되어 가스가 몸체부(110)의 캐비티(110a)로 공급되는 것을 단속할 수 있도록 구성되어 있다.
그리고, 몸체부(110)의 입구 편에는 기계적 장치에 의해 개폐되는 도어(150)가 설치되어 있어, 캐비티(110a)를 오픈하거나 닫을 수 있도록 구성되어 있다.
또한, SDE 공정은 에칭 설비가 동작하는 환경과 동일한 환경에서 본원 발명의 제조 방법이 실시되므로, 본 발명 역시 상온 및 대기압 분위기에서 실시가 될 수 있다. 이에, 종전 건식 산화 방식의 문제점 중 하나인 열적 스트레스 문제를 근본적으로 차단할 수가 있다.
또한, 본원 발명의 제조 방법에서는 미세한 입자 크기를 갖는 산화제 가스를 사용하므로, 기판 전체에 균일한 산화제가 공급되어 우수한 막질의 산화막을 형성할 수가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 S10 단계 전에 실시되는 기판을 소수성 처리하는 단계(S10′)를 더 포함할 수 있다. 실리콘으로 이뤄진 기판의 표면에 물분자가 존재하면 이 물 분자가 기판과 반응해 자연 산화막을 형성하게 되므로, 산화막을 형성할 때 막의 균일도를 떨어트린다.
기판의 소수성 처리는 불산 농도 1% ~ 10%인 불산 용액(HF)에 기판을 180초 ~ 600초 침지시켜 실시 될 수가 있으며, 온도는 상온인 것이 바람직하다. 이 기판의 소수성 처리 역시, SDE 공정에서 사용되는 것과 동일한 베쓰가 설비로 사용된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 S20 단계 이후에, 기판을 건조하는 단계(S20′)를 더 포함할 수 있다.
이 단계(S20′)에서, 기판의 건조는 핫 에어(hot air)를 기판에 쏘여 잔존할 수도 있는 물기를 제거하는 형태로 이뤄질 수 있다. 실리콘 기판은 약 60(℃) 이상 온도에서 자연 산화해 기판 표면에 산화막이 형성되기 때문에, 이 단계(S20′)는 기판을 건조시켜 자연 산화막이 형성되는 것을 최대한 방지한다. 기판의 건조는 자연 산화막이 형성되는 온도인 약 60(℃)보다 낮은 온도에서 실시되는 것이 바람직하다.
또한, 일 실시예에서, 상기 건조 단계 이후에, 산화막을 열처리하는 단계를 더 포함할 수가 있다. 이 열처리 단계는 기판 위로 비정질 실리콘층을 증착하고, 이를 약 600℃ 온도로 열처리해서 폴리 실리콘층으로 변환시키는 과정 또는 기판 위로 폴리 실리콘층을 화학 증착시키는 과정에서 동시에 이뤄지는 것이 바람직하나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 이 열처리 단계는 폴리 실리콘층의 형성과 별개로 개별적으로 실시될 수도 있다.
이하, 도 4에서 도시한 에칭 설비를 이용한 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법을 구체적으로 설명한다.
S10′단계에서, SDE 공정을 통해 표면 식각된 기판(200)은 불산 용액이 담겨진 몸체부(110)에 침지된다. 이때, 표면 식각된 기판들(200)은 상술한 바처럼 캐리어(150)에 수십 내지 수백 장이 적재되고, 트랜스퍼 유닛에 의해 몸체부(110) 내부로 로딩(bath)될 수가 있다.
S10 단계에서, 기판들(10)이 적재된 캐리어(150)는 트랜스퍼 유닛에 의해 불산 용액이 담겼던 제1 베쓰에서 언로딩되고, 새로운 제2 베쓰에 로딩된다. 기판들(10)은 제2 베쓰의 몸체부(110) 내부로 로딩되는데, 몸체부(110) 내부(110a)는 건식 분위기인 것이 바람직하다. 여기서 건식 분위기(dry atmosphere)는 몸체부(110) 내부가 건조된 상태를 말한다. 이처럼 건식 분위기를 유지해야 상술한 바와 같이 기판의 표면이 자연산화하는 것을 방지해 정밀한 막의 두께 컨트롤이 가능하다.
S20단계에서, 몸체부(110) 내부로 기판들(200)이 로딩되면, 도어(150)를 닫고, 가스 발생기(120)를 동작시켜 공급라인(L1)을 통해 산화제를 몸체부(110) 내부, 즉 캐비티(110a)로 공급한다. 이때, 산화제 가스는 몸체부(110) 내부에 존재하는 노즐부(140)를 통해 공급되는데, 가압된 산화제 가스가 노즐부(140)를 통해 분사되어 캐비티(110a)가 습식 산화 분위기로 조성될 수 있다. 이때, 산화제 가스는 0.1 ∼0.5(Mpa)의 분사압력을 가지며 분사되는 것이 바람직하다. 분사 압력이 0.1(Mpa)보다 작거나 0.5(Mpa)보다 크게 되면, 분무되는 산화제가 기판 표면에 고르게 공급되지 않을 수 있다.
한편, 가스 발생기(120)를 통해 몸체부(110)로 공급되는 산화제 가스는 O2, H20, O3 에서 선택되는 어느 하나이거나, 보다 바람직하게는 오존(O3)이 산화제로 사용될 수 있다. 가스 발생기(120)에 공급되는 산소 가스의 순도가 99.9%보다 높으면 질소(N2) 가스를 첨가해 사용하는 것이 바람직하며, 이보다 낮으면 단독으로 사용될 수 있다. 산소의 순도가 99.9%보다 높게 되면, 막 성장 속도를 컨트롤 하는데 어려움이 있다. 순도가 99.9% 이상인 고순도 산소를 사용하는 경우에, 질소 가스는 1000(산소) : 1~10(질소)의 비율로 혼합될 수 있다.
산화제 가스의 분사 압력으로 인해, 캐비티(110a)는 대기압보다 조금 높은 약 1.1∼1.3 기압을 이루게 되며, 이때 오존(O3) 농도는 3∼100(ppm)인 것이 바람직하다. 오존 농도가 이보다 높거나 작게 되면, 산화막의 두께가 원하는 두께 범위인 0.5∼2(nm)의 두께로 컨트롤해서 막을 형성하는 것이 어렵다.
또한, 기판(200)은 습식 산화 분위기에 30∼600초 동안 노출되는 것이 바람직하다.
S20′단계에서, 가스 발생기(140)의 동작을 중지시켜 캐비티에 공급되던 산화제 가스의 공급을 중단하고, 도어(113)를 열어 캐비티(110a)를 채우고 있던 산화제 가스를 배출한다.
트랜스퍼 유닛은 캐리어를 열풍로로 이송시켜, 기판(200)을 60(℃)보다 낮은 온도에 노출시키게 된다. 이에 따라, 기판(200)에 잔존할 수 있는 물기가 이 단계(S20′)에서 완전히 제거될 수가 있다. 이때 캐리어 역시 건조되므로, 후속 공정에서 캐리어에서 떨어지는 물로 인해 설비가 오염되는 것 역시 방지할 수 있다.
도 5는 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 성장된 산화막의 막질 평가를 의해 실험한 결과를 보여준다. 도 5 중 (A)는 두께에 따른 등고선도이고, (B)는 위치별 막의 두께를 보여준다.
이 실험에서, 기판은 모니터링용 단결정 실리콘 웨이퍼를 사용했다. 이 모니터링용 단결정 실리콘 웨이퍼는 실제 태양전지를 제작하는데 사용하는 기판과 다르게 표면이 폴리싱(polishing)되어 있다. 이 실험은 위치에 따른 막의 균일도를 평가하는 실험이기 때문에, 폴리싱되어있지 않은 기판은 표면이 거칠어, 폴리싱되어 있는 모니터링용 기판이 사용되었다. 실험은 상술한 바와 같은 베쓰를 이용해서 오존 가스 10(ppm), 5분 동안 막을 성장시켰다.
그 결과, 성장된 실리콘 산화막은 최소 1.31(nm), 최대 1.39(nm)의 두께로 성장됐으며, 평균 1.34(nm)의 두께로 성장되었다. 이때 막의 균일도는 3.367%로, 막의 균일도는 아래의 수학식 1에 구해진 값이다.
Figure 112017019061313-pat00001
이처럼, 본 발명의 제2 실시예에 따른 제조 방법에 따르면 상온 및 대기압 조건에서 실리콘 산화막을 짧은 시간동안 성장시켰음에도 불구하고, 매우 우수한 두께 편차를 갖는 양질의 막을 성장시킬 수 있었다.
이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 산화막 형성 방법을 설명한다. 이 실시예의 형성 방법은 상술한 바와 다르게, 상온 및 대기압 조건에서 기판을 오존수(O3)에 딥핑(dipping)시켜 기판 표면에 산화막을 형성한다. 이때, 사용되는 오존수에 포함된 오존의 농도는 5∼18(ppm)이고, 보다 바람직하게는 10∼15(ppm)이다. 그리고, 기판을 오존수에 딥핑시킨 시간은 100∼500초 인 것이 바람직하다. 오존수의 농도 조건에 따라 다소 변화가 있지만, 공정 시간이 100∼500초를 벗어나면 원하는 두께로 산화막을 형성하기가 쉽지 않다.
이 같은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제조 방법은, 오존의 농도가 5∼18(ppm)인 오존수를 준비하는 단계(S100), 기판을 상기 오존수에 100∼500초동안 딥핑(dipping)하는 단계(S200)를 포함한다.
또한, 이 실시예의 제조 방법은, S100 단계 이전에 실시되는 소수성 처리 단계(S100′)와 S200 단계 이후에 실시되는 건조 단계(S200′)를 더 포함할 수 있으며, 이 단계들은 상술한 바와 동일하게 실시될 수 있다.
이 실시예의 제조 방법 역시 상술한 베쓰에서 실시될 수 있으며, 이에 따라 SDE 공정과 인-시츄(in-situ)로 진행될 수가 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제조 방법에 의해 산화막을 성장시키고, 막의 균일도를 평가한 실험 결과를 보여준다.
이 실험에서, 기판은 모니터링용 단결정 실리콘 웨이퍼를 사용했으며, 3가지의 경우로 나눠 각각에 대해 실험을 3회씩 실시하였다. 실험예 1은 오존 농도: 10(ppm), 딥핑 시간: 200초, 실험예 2는 오존 농도: 12(ppm), 딥핑 시간: 250초, 실험예 3은 오존 농도: 15(ppm), 딥핑 시간: 200초이다. 표에서, "X" 및 "Y"는 각각 두께를 측정한 위치를 나타낸다.
먼저, 실험예 1의 첫 번째 실험(#1)에서는 막의 평균 두께가 1.29(nm)이고, 막 균일도(%)는 1.5% 였다. 그리고, 두 번째 실험(#2)에서 막의 평균 두께는 동일하게 1.9(nm). 그리고 막 균일도는 1.6% 였으며, 세 번째 실험(#3)에서 막의 평균 두께는 1.46(nm), 막 균일도는 2,1% 였다.
이와 비교해서, 실험예 2의 첫 번째 실험(#4)에서는 막의 평균 두께가 1.35(nm), 막 균일도는 1.5%이며, 두 번째 실험(#5)에서는 막의 평균 두께가 1.31(nm), 막 균일도는 1.5%이며, 세 번째 실험(#6)에서는 막의 평균 두께가 1.35(nm), 막 균일도는 1.1%이다.
또한 실험예 3의 첫 번째 실험(#7)에서는 막의 평균 두께가 1.43(nm), 막 균일도는 2.1(%)이며, 두 번째 실험(#8)에서는 막의 평균 두께가 1.43(nm), 막 균일도는 2.1%이며, 세 번째 실험(#9)에서는 막의 평균 두께가 1.39(nm), 막 균일도는 2.2%이다.
또한, 실험예 1 내지 3을 통합한 결과에 따르면, 산화막의 두께는 1.3∼1.4(nm)이고, 막 균일도는 1.7(%)이다.
이와 비교해서, 종래 기술에 따른 건식 산화 방식에 따라 산화막을 형성했을 때, 막의 두께는 약 1.36(nm)이고, 이때 막 균일도는 4.2%였다.
이처럼, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 종래 기술 대비 막질이 매우 우수한 산화막을 형성하는 것이 가능함을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 제조 방법에 따르면 제1 실시예와 비교해 보다 양질의 산화막을 성장시킬 수 있었으며, 특히 오존 농도가 12ppm이고, 딥핑 시간이 250초인 경우에 매우 뛰어난 조건의 산화막을 성장시킬 수 있었다.
이 같은 결과를 토대로 했을 때, 본 발명의 제2 실시예에 따른 제조 방법에서, 오존 농도는 10∼15(ppm)이고, 딥핑 시간은 200초∼250초 사이인 것이 가장 바람직한 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. 기판에서 소 데미지(saw damage)를 습식 제거하며, 복수의 베쓰(bath)가 구비된 에칭 설비를 이용한 태양전지용 산화막 제조 방법에 관한 것으로,
    상기 에칭 설비를 이용해 상기 기판의 소우 데미지를 제거하는, SDE(Saw Damage Etching) 단계; 그리고,
    상기 복수의 베쓰 중 어느 하나를 산화제 가스로 채워 습식 산화 분위기를 형성하고, 상기 기판을 상기 습식 산화 분위기에 노출해 상기 기판의 표면에 산화막을 형성하는, 산화막 형성 단계;
    를 포함하고,
    상기 SDE 단계 및 상기 산화막 형성 단계는 인-시츄(in-situ)로 진행되며, 상기 산화막 형성 단계는 상온 및 1.1~1.3 기압 조건에서 실시되는 태양전지용 산화막 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산화제 가스는 오존이고, 농도는 3~100(ppm)인 태양전지용 산화막 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 습식 산화 분위기에 30~600초 동안 노출되는 태양전지용 산화막 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 산화제는 O2, H20, O3 에서 선택되는 어느 하나인 태양전지용 산화막 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 습식 산화 분위기는 순도가 99.9% 이하인 O2 가스를 단독으로 가압 분사시켜 형성된 태양전지용 산화막 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 습식 산화 분위기는 순도가 99.9% 이상인 O2 가스에 N2 가스를 혼합하고 혼합 가스를 가압 분사시켜 형성된 태양전지용 산화막 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 산화막 형성 단계와 상기 SDE 단계 사이에, 상기 기판을 소수성 처리하는 단계를 더 포함하는 태양전지용 산화막 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 소수성 처리 단계와 상기 SDE 단계는 인-시츄(in-situ)로 진행되는 태양전지용 산화막 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 산화막을 600℃로 가열하는 단계;를 더 포함하는 태양전지용 산화막 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘 기판이고, 상기 산화막은 실리콘 산화물(SiO2)인 태양전지용 산화막 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 산화막의 두께는 0.5(nm)~2(nm) 인 태양전지용 산화막 제조 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 산화막 형성 단계 이후에, 상기 기판을 60℃보다 낮은 온도에서 핫 에어(hot air)로 건조시키는 단계를 더 포함하는 태양전지용 산화막 제조 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
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