KR20110128254A - 태양 전지 및 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

반도체 웨이퍼를 제공하는 단계; 및
순차적이고 교호적으로 상기 웨이퍼의 표면에 금속 산화물 레이어를 ALD-증착시켜 보호막을 형성하는 단계:
(i) 제1 전구체(precursor)를 갖는 상기 표면의 커버리지를 생성하기 위해, 상기 제1 전구체에 상기 표면을 노출시키는 단계, 및
(ii) 제2 전구체를 갖는 상기 표면의 커버리지를 생성하기 위해, 상기 제2 전구체에 상기 표면을 노출시키는 단계,
상기 표면의 커버리지가 포화 레벨에 도달하기 전에 단계 (i)와 (ii) 중 적어도 하나가 정지되는, 적어도 500 μs의 유효 소수 전하 수명(τeff)을 가지는 태양 전지 제조 방법.

Description

태양 전지 및 제조 방법{Solar cell, and method of manufacturing the same}
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것이고, 특히 얇은 금속 산화물 레이어를 보호막으로 처리된 후 표면을 가지는 태양 전지 제조에 관한 것이다
실리콘 태양 전지에서 소수 전하 캐리어는 접합에 도달하기 전에 결함, 불순물, 표면 손상 등에 재결합할 수 있다. 이러한 재결합은 태양 전지의 전류 출력을 감소시키고, 따라서 효율을 감소시킨다. 태양 전지의 후 표면에 재결합의 발생을 줄이기 위해, 이 표면은 예로 알루미늄 산화물(Al2O3) 레이어와 같은 금속 산화물 보호막 레이어와 함께 제공되어 보호될 수 있다. 성공적인 보호는 증가된 유효 소수 전하 캐리어 수명(τeff)을 야기한다.
본 발명의 목적은 높은 유효 소수 전하 캐리어 수명(i.e. τeff ≥ 500 μs)을 가지는 태양 전지의 경제적인 제조를 가능하게 하는 방법을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 일실시예는 적어도 500 μs의 유효 소수 전하 캐리어 수명을 가지는 태양 전지를 제조하는 방법을 개시한다. 방법은 반도체 웨이퍼를 제공하는 단계를 포함한다. 방법은 순차적이고 교호적으로 상기 웨이퍼 표면에 금속 산화물 레이어를 ALD-증착시켜 보호막을 형성하는 단계 (i) 제1 전구체(precursor)로 상기 표면의 커버리지를 야기하는 상기 제1 전구체에 상기 표면을 노출시키는 단계, 및 (ii) 제2 전구체로 상기 표면의 커버리지를 야기하는 상기 제2 전구체에 상기 표면을 노출시키는 단계를 더 포함한다. 단계 (i)와 (ii) 중 적어도 하나는 상기 표면의 커버리지가 포화 레벨에 도달하기 전에 정지된다.
본 발명의 또 다른 실시예는 발명에 따른 방법에 따라 적어도 부분적으로 제조되는 태양 전지를 개시한다.
본 발명에 따른 방법은 아래에서 보다 상세하게 기술되는 실험에 기초로 발견하고, 부분 포화된 ALD를 사용하여 증착된 금속 산화물 보호막 레이어를 놀라울 정도로 나타내고, 즉 ALD는 주기율 당 최대 성장(growth per cycle-rate; GPC; Å/cycle에서 측정된) 보다 작게 수행되고, 우수한 보호막 특성을 제공할 수 있다. 실험은 두 개의 기체 전구체: 트리메틸알루미늄(TMA)과 오존(O3)을 사용하여 적용된 알루미늄 산화물 레이어와 관계된다. 그러나, 다른 물질의 기타 금속 산화물 레이어 및/또는 다른 전구체를 사용하여 증착된 유사한 특성을 나타낼 수 있을 것으로 추측된다.
부분-포화된 ALD의 프레임워크에서, 알루미늄 산화물 보호막 레이어의 증착 공정의 여러 공정 변수는 태양 전지의 유효 소수 전하 캐리어 수명에 확연한 영향을 주는 것으로 관찰된다. 이들 변수는 보호막 레이어의 증착이 일어남에서 웨이퍼 온도를 포함하고, 기판의 오존 농도는 오존 전구체 노출/펄스, 적용된 레이어의 두께 동안 노출된다.
증착 공정 변수 범위의 신중한 선택은 태양 전지의 효율을 증폭시킬 수 있는 매우 유효한 보호막 레이어를 형성할 수 있다. 유리하게, 이러한 변수의 선택은 또한 가격을 낮추고 태양 전지 제조 공정의 전반적인 효율성을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 이들과 다른 기능 및 장점은 다음과 같이 상세한 설명으로 더욱 완전히 이해될 것이다.
도 1은 어떤 햇빛이 입사할 때 본 발명에 따라 바람직한 태양 전지의 개략적인 단면 측면도이다.
도 2는 보호하는 Al2O3-레이어가 후면에 적용되어 ALD 주기 시간에 태양 전지의 유효 소수 전하 캐리어 수명의 의존도를 설명하는 막대 그래프이다.
도 3은 ALD 증착 동안 오존 전구체 펄스의 오존 농도에서 변화에 태양 전지의 유효 소수 전하 캐리어 수명, 및 적용된 Al2O3-레이어의 전체 레이어 두께의 의존도를 설명하는 막대 그래프이다.
도 4는 TMA가 전구체로 사용됨에 ALD 공정의 효율 곡선을 간략하게 설명한다.
도 5는 표 1에 나열된 각각의 제조법에 대한 TMA 소비를 설명하는 막대 그래프이다.
도 6은 표 1에 나열된 각각의 제조법에 대한 주기 당 성장(growth per cycle; GPC)을 설명하는 막대 그래프이다.
도 7은 ALD 주기 시간에 레이어 두께 균일성과 레이어 성장 속도의 의존도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 표 1에 나열된 각각의 제조법으로 제조된 웨이퍼에 대해 필름 두께의 웨이퍼 내 균일성 값(좌측 그래프)과 필름 두께의 웨이퍼-투-웨이퍼 균일성 값(우측 그래프)을 설명하는 두 개의 막대 그래프이다.
도 9는 필름 두께의 웨이퍼 내 균일성과 필름 두께의 웨이퍼-투-웨이퍼 균일성을 평가하기 위해 가져온 레이어 두께 측정에 원형 웨이퍼의 표면의 위치를 간략하게 설명한다.
ALD는 정확하게 제어 방법으로 얇은 레이어의 증착을 허용하는 증착 방법이다. 일반적으로, ALD는 번갈아 반복적으로 기판에 적용되는 둘 이상의 기체 전구체(gaseous precursor)를 사용한다. 기판의 표면이 모든 전구체에 노출되는 일련의 순차적 단계는 증착 주기(cycle)로 불린다. 일반적으로 각 증착 주기는 원하는 레이어의 단일 모노레이어(monolayer)를 형성한다. 이것은 ALD에서 레이어 성장은 화학 흡착에 의존한다는 사실에 기인하고, 전구체 분자의 추가 열 분해가 일어남이 없이 화학 결합의 형성을 통해 전구체 분자가 기판 표면에 부착되는 공정이다. 화학 흡착은 전구체와 화학 결합이 가능한 모든 기판 표면 사이트가 커버될 때 자연적으로 정지한다. 기판을 제2 전구체에 노출함은 솔리드(solid) 레이어의 형성 하에 화학 흡착된 제1 전구체로 제2 전구체의 화학 반응에 기인하고, 모든 화학 흡착된 제1 전구체가 반응되고 기판이 자가 제한 방식으로 화학 흡착된 제2 전구체로 커버될 때까지. 따라서, ALD는 고품질 레이어에 의해 높은 등각(conformal) 코딩을 가능하게 하는 증착 방법이다. 이러한 특징은 다양한 산업, 특정 반도체에, 그리고 더 구체적으로, 태양 전지 산업에 관심의 방법을 만든다.
태양 전지 산업에서 하나의 ALD 응용은 태양 전지의 후면에 보호막 레이어의 증착이다. 도 1은 보호막 레이어로 기능하는 바람직한 태양 전지의 개략적인 단면 측면도이다. 태양 전지는 결정 실리콘 바디(crystalline silicon body)를 구성하고, 전지의 제조 동안 '웨이퍼'로 불린다. 바디에서 발생된 전기적 전류는 전지의 앞과 뒤에 전기적 접합을 통해 추출된다. 앞 접촉 구조는 빛이 통과하도록 허용하는 널리 간격된 금속 그리드의 형태로 제작된다. 그리드의 개구 내에 전지의 앞 표면이 빛 반사를 최소화하기 위해 안티-반사 코팅으로 제공된다. 후면에서, 실리콘 바디는 알루미늄 산화물 보호막 레이어로 제공되고 주요 기능은 후면에서 발생된 소수 전하 캐리어의 원하지 않는 재결합을 방지한다. 보호막 레이어의 위에 전체 면적 금속 후면 접촉이 제공된다. 적절한 도핑을 통해, 실리콘 바디는 빛 수신 표면에 가까이 p-n 접합으로 제공된다. 운용동안, 전지에 빛 입사는 즉 n타입 이미터와 p 타입 베이스인 p-n 접합의 두 면에 전자-홀 쌍을 생성한다. 베이스에서 생성된 전자는 이미터 쪽으로 p-n 접합을 거쳐 확산하고, 반면 이미터에서 생성된 홀은 베이스쪽으로 접합을 거쳐 확산하고, 따라서 전지를 거쳐 전압을 생성한다.
전지의 현재 생산에 매우 중요한 것은 유효 소수 전하 캐리어 수명(τeff)이다. 여기서 불필요한 세부 사항에 가지 않고, 수학적으로 τeff는 본질적으로 두 가지 요소로 구성되어 있다고 알려져 있다: 바디의 속성 또는 전지의 부피(bulk)에 관련된 것, 그리고 그로 인해 표면에 관련된 것. 큰 정도가 보호막 레이어의 속성에 의해 결정되는 것은 후자의 구성 요소이다.
보호막 레이어의 속성을 최적화하기 위해, 의 각각의 구성 요소를 최적화하기 위해, 실험은 알루미늄 산화물 레이어가 다른 ALD 제조 방법을 사용하여 실리콘 웨이퍼의 후면에 적용되도록 실시된다. 모든 제조 방법의 공통점은 두 기체 전구체인 트리메틸알루미늄(TMA)과 오존(O3)에 표면을 대체 및 반복된 노출이다. 여러 증착 주기를 실행함에 의해 30 nm까지 두께를 가지는 레이어가 성장된다. 레이어의 증착에 따라, 태양 전지의 유효 소수 전하 캐리어 수명(τeff)이 결정된다.
실험을 수행하는데 사용되는 실험적 셋업은, 여기서 관련된 것에 있어서, 기존 수직 반도체 처리 고로(furnace)를 포함한다. 고로는 일군의 웨이퍼를 수용하는 웨이퍼 보트(boat)를 받을 수 있는 열 반응 챔버를 기능한다. 보트 내에서, 웨이퍼는 스택된, 상호 간격 관계로 정돈된다. 따라서 여러 개의 웨이퍼는 동시에, 어떤 상호(웨이퍼-투-웨이퍼) 비교를 허용하게, 처리된다. 모터 장치는 웨이퍼의 증착 처리 동안 웨이퍼 보트를 회전할 수 있도록 제공된다. 전구체와 퍼지(purge) 가스가 공급되고 가스 유량 제어를 위한 제어 밸브가 장착되어, 일련의 도관(conduits)을 통해 반응 챔버로부터 배출된다. TMA 전구체 가스와 질소(N2) 퍼지 가스가 오존(O3)이 산소 가스(O2)를 흡수하는 오존 발생기를 사용하여 합성될 때, 가압된 소스 컨테이너로부터 직접적으로 들어간다. 그러나 오존으로 변환되지 않은 오존 발생기에 공급된 산소는 오존을 위한 캐리어 가스로 역할하고, 또한 반응 챔버로 공급된다.
지금 다른 ALD 공정으로 전환한다. 표 1은 RCP1, RCP2 및 RCP3의 세가지 다른 ALD 제조 방법에 대해 노출 시간을 나열한다. 예를 들어, 표 1에서 유추되는 것처럼, RCP1은 웨이퍼의 후면에(즉 태양 전지의 후면) 15초 동안 TMA 흐름에, 30초 동안 오존 흐름에, 10초 동안 다른 퍼지 가스에 연속 노출을 포함한다. 표 1의 가장 오른쪽 열은 예를 들어 RCP1에 대해 69초, 단일 ALD 증착 주기의 초 기간을 나열하고, 전구체와 퍼지 가스 노출 시간의 구간의 합으로부터 따른다.
Figure pat00001
개별 펄스 또는 단계 시간은 표 1에 주어진 값을 넘어 더 줄어들 수도 있지만, 1초보다 적은 펄스 시간은 반응물에 일군의 반응기에 또는 적절한 퍼징(purging) 반응기에 적절히 노출함에 유효하지 않다.
표 2는 표 1에서 언급된 세가지 제조 방법의 기본 공정 변수를 나열한다. 이들 변수는 -에서 좌측부터 오른쪽으로-TMA 펄스 또는 노출(분당 그램에)동안 반응 챔버로 TMA의 질량 유량 레이트(분당 그램에)를 포함하고, 오존 펄스동안 오존 발생기에 공급되는 산소의 질량 유량 레이트(분당 표준 리터에), 오존 발생기를 떠나는 산소 유량에서 오존 농도(입방 미터당 그램에), 증착동안 반응 챔버에 유지되는 압력 범위(밀리토르에), 증착동안 웨이퍼 온도(평균 온도에), 및 증착된 알루미늄 산화물 레이어의 최종 레이어 두께(나노미터에).
RCP2에 대해 표 2는 RCP2(1)와 RCP2(2): 두 가지 ALD 제조 방법 차이를 나열한다. RCP2(1)는 300 g/m3의 대신, 220 g/m3의 더 낮은 오존 농도를 운용하는 점에서 표준 RCP2와 다르다. RCP2(2)는 30 nm의 대신, 20 nm의 더 작은 최종 레이어 두께에 영향을 주는 점에서 표준 제조 방법 RCP2와 다르다; 즉, RCP2(2)는 표준 RCP2에서 사용되는 3분의 2 수의 ALD 증착 주기를 포함한다.
증착 동안 유지되는 웨이퍼 온도는 모든 나열된 ALD 제조 방법에 대해 175 ℃이다. 이것은 예비 실험이 150-200 ℃의 범위에서 온도가 가장 높게 관찰된 유효 소수 전하 캐리어 수명에 일치함을 지시한다. 200 ℃이상의 온도는 불필요하게 기판 표면의 해로운 산화를 촉진하는 것으로 보인다.
Figure pat00002
도 2와 도 3은 몇 가지 중요한 실험 결과를 제시한다. 도 2는 생산된 태양 전지의 유요 소수 전하 캐리어 수명 상에 ALD 주기 시간의 효과를 설명하는 막대 그래프이다. 그래프는 세 개의 막대를 보여주고, 각각 RCP1, RCP2 및 RCP3를 사용하여 제조된 보호막 레이어를 가지는 태양 전지에 관련하고, 따라서 69, 23 및 11초의 ALD 주기 시간(표1에 도시)에 대응한다. 도 2의 그래프는 ALD 주기 시간이 증착된 레이어의 보호막 특성에 영향을 미치는 요소임을 명확히 한다. 도 2로부터 유추된 일반적인 관계는 RCP1으로부터 출발하여, 더 작은 ALD 주기 시간이 증가된 τeff를 형성할 수 있다. 각 제조 방법에 대해 더 작은 ALD 주기 시간은 표 1에 명시된, 전구체와 퍼지 가스에 웨이퍼 표면을 보다 짧게 노출함의 결과이다. 이것은 전구체 노출 시간에서 감소, 그리고 특히 오존 노출 시간에서 감소, τeff에 긍정적인 효과에 가장 큰 기여라고 현재 간주된다.
일반적으로, ALD 공정의 자기 제한 반응은 포화 레벨에 도달하기 까지 각각의 전구체 노출의 기간에 증가로 관찰되는 주기당 성장(growth per cycle; GPC, 예로 Å/cycle로 측정되는)을 나타낸다. 포화는 전구체 노출 시간의 보다 더 증가로 GPC의 더 큰 증가의 부재의 개시에 의해 특징된다. 사용된 ALD 제조 방법의 어느 것도 주기 레이트당 완전 포화 또는 최대 성장을 달성하지 못한다: 그들은 모두 부분-포화된 ALD로 간주된다. 그것은 자주 필름의 고품질에 대한 책임으로 간주되는 ALD의 자기 제한 속성이기 때문에, 유효 보호막 레이터를 생성하는 부분 포화된 ALD를 찾는 것이 놀랍다.
도 3은 다른 RCP2 변화에 대해 유효 소수 전하 캐리어 수명 데이터를 갖는 막대 그래프이다: RCP2 (표준), RCP2(1) and RCP2(2). 그래프는 τeff가 오존 전구체 펄스(RCP2(1))와 증착된 레이어의 두께(RCP2(2))의 오존 농도에서 변화에 의존한다.
오존 전구체 펄스 동안 오존 농도에 관한 것으로, 실험에서 도출된 잠정 결론은 높은 오존 농도는 τeff에 반대로 영향을 미치는 것이다. 따라서 최적의 τeff를 달성하기 위해 바람직하게 오존 농도는 0.1~500 g/m3의 범위이고, 더 바람직하게 오존 농도는 100~300 g/m3의 범위이고, 가장 바람직하게 오존 농도는 약 220 g/m3이다.
증착된 보호막 레이어의 두께를 고려하면, 실험으로부터 도출된 잠정 결론은 30 nm이상의 두께를 가지는 레이어가 τeff에 반대로 영향을 미치는 것이다. 여기서 상세하게 제시되지 않은 추가 실험으로부터, 10 nm아래로 두께를 가지는 레이어는 적절한 보호막을 제공하지 못하는 것이 더 유추된다. 따라서, 10-30 nm 범위 레이어 두께, 및 보다 더 특히 15-25 nm 범위 레이어 두께는 최적의 레이어 두께 값을 유지하는데 추측된다.
부분 포화된 ALD의 사용은 높은 유효 보호막 레이어의 증착을 허용하고, 또한 제조 공정의 가격을 낮춘다. 더 구체적으로, 부분 포화된 ALD는 동시에 더 큰 웨이퍼 처리 능력을 허용하면서 전구체의 더 효율적인 사용을 가능하게 한다. 단점으로, 부분 포화된 ALD의 사용은 레이어 두께 균일성의 하락에 의해 수반된다. 그러나, 기술된 것처럼, 이러한 두께 균일성의 열화는 증착 공정을 최적화하기 위해 앞서 기술한 장점에 반하여 균형될 수 있다. 이들 포인트는 도 4~8을 참조로 설명될 것이다.
도 4는 상대적으로 비싼 전구체인 TMA가 사용되는 ALD 공정의 효율성 곡선을 간략하게 보여준다. 'TMA 소비'로 명명된 라인은 ALD 주기 시간의 함수로 반응 챔버에 흡수되는 TMA의 양을 나타낸다. TMA 소비는 ALD 주기 시간에 선형적으로 증가함이 명확하다. 'GPC'로 명명된 커브는 주기 당 성장을 나타내고, 포화 레벨에 도달될 때까지 ALD 주기 시간과 함께 증가한다. 그 점에서 주기당 성장 곡선은 수평을 유지한다. 효율 곡선은, TMA 소비에 의해 GPC를 분리하여 얻어지고, 소비된 TMA의 유닛 당 필름 두께 증가를 나타낸다. 효율 곡선의 최적점은 ALD 주기 시간이 포화 레벨에서 획득되기 전에 잘 놓인다. 이것은 어떤 두께의 필름이 효율적으로 성장하는 것이 목적일 때, 부분-포화된 ALD를 사용하는 것이 최상임을 의미한다.
도 5는 RCP1, RCP2 및 RCP3 각각의 ALD 제조 방법에 대해 TMA 소비를 나타내는 막대 그래프이다. 각 제조 방법에 대해, TMA 소비는 하나의 나노미터 두께의 알루미늄 산화물 레이어를 갖는 웨이퍼 표면의 하나의 스퀘어(square) 미터를 커버하기 위해 필요한 TMA의 마이크로그램 수로 주어진다. RCP1, RCP2 및 RCP3에 대해 TMA 소비는 각각 98 mg/(nm·m2), 20 mg/(nm·m2) 및 14 mg/(nm·m2)이다.
도 5에서 TMA 소비 값은 실험동안 소스 컨테이너로부터 추출되는 TMA의 양에 기반한다. 소스 컨테이너로부터 추출되는 모든 TMA는 반응 챔버를 통해 라우트(route)되지 않는다. 특히 RCP1에 따른 증착 동안, 소스 컨테이너로부터 TMA의 유량은 반응 챔버로 라우트되기 전 0.3 g/min (표 2에 도시)의 원하는 질량 유량 레이트를 획득하기 위해 제조된 시간에 허용된다. 실제로, 이것은 RCP1에 대해 추출되거나 소비되는 TMA의 오직 약 40%가 실제로 반응 챔버로 전달되는 것을 의미한다. RCP2와 RCP3에 따른 증착동안 TMA의 유량은 최대 제조에 보다 적은 시간이 허용된다; 따라서, 반응 챔버에 공급되는 TMA 흐름은 표 1에 나열된 전체 노출 시간 동안 최대 유량 레이트가 아니다. RCP2와 RCP3에 대해, 반응 챔버로 실제적으로 전달되는 소비된 TMA의 퍼센트는 90%이다. 이러한 효과는 펄스 길이에서 감소와 결합되는 필요가 있다. 도 5는 제조 방법당 소스로부터 추출되는 TMA의 전체 양을 반영한다. RCP1은 훨씬 가장 큰 TMA 소비 제조 방법이고, 반면 RCP3은 최저 소비 제조 방법임이 관찰될 수 있다.
도 6은 각각의 ALD 제조 방법에 대해, 하나의 ALD 주기로부터 결정되는 레이어 두께 증가인 주기당 성장(GPC)을 보여주는 막대 그래프이다. 두께 증가는 옴스트롬 Angstrom (Å) 즉 0.1 nm로 주어진다. RCP1, RCP2 및 RCP3에 대해 GPC는 각각 약 0.90 Å, 0.87 Å 및 0.78 Å이다.
도 5와 도 6으로부터, 증착 공정의 TMA 효율은, TMA 소비에 의해 분리된 GPC로 정의된, RCP1에 대해 가장 작고 RCP3에 대해 가장 크다. 게다가, 표 1과 도 6으로부터 유추될 수 있는 것처럼, RCP3은 레이어를 증착하는 상대적으로 빠른 방법을 제공한다. 예를 들어, RCP3을 사용하여 30nm 레이어를 증착함은 (30 nm / 0.78 Å =) 385 ALD 주기를 필요로 하고, 각 주기는 11초를 필요로 하고, 따라서 전체 ALD 증착 시간은 (385 * 11=)4235초 즉 1시간 11분에 달한다. 반면, RCP1을 사용하여 30nm 레이어를 증착함은 (30 nm / 0.90 Å=) 333 ALD 주기를 필요로 하고, 각 주기는 69초 걸리고, 따라서 전체 ALD 증착 시간은 (333 * 69=)22977초 즉 6시간 23분에 달한다. 즉, RCP3은 RCP1보다 5배 이상 빠르다.
도 7은 처리된 표면을 거쳐 증착된 레이어의 두께에서 변화(하단 곡선)와 ALD 주기 시간의 함수로 레이어 성장 레이트(상단 곡선)를 보여주는 그래프이다. 표 1에 나열된 제조 방법에 따른 그래프에서 포인트는 식별 레이블로 제공된다. 즉, 'RCP1'레이블은 ALD 주기 시간 69초 등에 포인트를 말한다.
증착된 레이어에서 두께 변화는 웨이퍼 내 균일성(within-wafer uniformity; WiW)의 용어로 명시된다. WiW는 도 9에서 지시되는 웨이퍼 표면 위치에 샘플된 49 레이어 두께 측정 집단의 상대 샘플 표준 편차이다. 도 7은 RCP1, RCP2 및 RCP3가 각각 약 1.3%, 3% 및 5%의 WiW를 얻음을 보인다. 따라서 ALD 주기 시간을 69초에서 11초로 줄임은, 표 1의 계획에 따르면, 약 3.5%의 상당한 WiW 저하를 발생함이 관찰된다. 실용적인 태양 전지 응용에 대해 위의 약 10%의 WiW 값을 가지는 보호막 레이어로 코팅된 웨이퍼는 바람직하게 피해된다. 표 2의 공정 조건 아래 따라서 10초 이상의 ALD 주기 시간을 사용하는 것이 바람직하고, 수직 점선으로 표시되는, WiW의 왼쪽은 타파하는 것처럼 보인다.
도 7에 상단 곡선에 의해 제공된 레이어 성장 레이트는 표 1과 도 6으로부터 데이터를 사용하여 계산된다. RCP3에 대해, 예를 들어, (60초/11초=)5.5 ALD 주기는 분 시간에 실행될 수 있다. 각각의 ALD 주기는 0.78 A의 레이어 두께 증가를 제공하고, 그래서 RCP3에 대한 전체 성장 레이트는 (5.5·0.78 Å=)분당 4.3 Å에 달한다.
도 7은 명백하게 만든다, RCP1에서 출발해서, ALD 주기 시간은 증착된 레이어의 WiW 값에 대한 과도한 반향 없이 감소될 수 있고, 최소한 아래로 약 RCP3의 ALD 주기 시간. 이러한 후자 제조 방법은 약 5%의 허용 WiW 값에 최적의 성장 레이트가 없다면 상대적으로 높을 수 있도록 나타난다.
실험은 보트 회전을 사용하여 수행되었고, 즉 수직 고로의 가스 주입기 출구에 상대적인 웨이퍼 보트의 회전, 처리된 웨이퍼 표면에 가스 처리의 실질적으로 동질적인 응용을 보장하기 위해. 전산 유체 역학 시뮬레이션은 지시한다, 특히 RCP3의 순서에 작은 ALD 주기 시간, 보트 회전의 부재는 주입기 출구에 화학 기체 증착(CVD)을 초래하고, 주입기 출구에 웨이퍼 표면 말단의 사이드에 심각한 공정 가스 고갈을 초래한다. 이러한 고갈은 용납할 수 없는 WiW 값을 설정한다.
도 8은 두 막대 그래프를 포함한다. 왼쪽 그래프는 도 7에 이미 도시된 RCP1-3에 대한 WiW 데이터를 재생산한다, 특히 오른쪽 그래프에서 데이터 비교를 위해. 이 후자 그래프는 동일한 일군의 부분으로 처리되는 웨이퍼 사이의 평균 레이어 두께에서 변화를 보여준다. 이러한 변화는 웨이퍼-투-웨이퍼 균일성(wafer-to wafer uniformity; WtW)으로 불린다, WtW는 동일 일군에 다른 위치상에 동시에 처리된 웨이퍼에 평균 레이어 두께 측정의 상대 샘플 표준 편차이다. 도 8로부터 유추될 수 있는 것처럼 RCP3에 대해 얻어진 WiW와 RCP1과 RCP2에 대해 얻어진 WiW를 비교할 때, ALD 주기 시간을 낮추는, 따라서 전구체와 퍼지 펄스를 단축시키는, 어떤 점에서 WtW에서 증가에 의해 수반된다. RCP1과 RCP2에 대한 WtW는 대략 1.5%에 놓이고, RCP3에 대한 WtW는 더블 이상으로 관찰되고 약 4%에 저하로 관찰된다.
본 발명의 구체적인 실시예가 위에서 기술되었지만, 부분에서 동반된 도면을 참조해서, 본 발명은 이들 실시예에 제한되지 않는 것으로 이해돼야 한다. 공개된 실시예에 변화는 이해될 수 있고 청구된 발명을 실행하는데 분야에 숙련된 이들에 의해 영향을 받는다, 도면, 공개, 종속항의 연구로부터. “한 실시예” 또는 “실시예”에 이 규격을 걸쳐 참조는 실시예와 연결되어 기술된 특정 기능, 구조 또는 특성은 본 발명의 최소한 실시예를 포함되는 것을 의미한다. 따라서, 이러한 설명을 통해 다양한 분야에서 “실시예에” 또는 “한 실시예에” 구문의 표현은 동일 실시예를 모두 언급하는 것을 필요로 하지 않는다. 또한, 특정 기능, 구조, 하나 이상의 실시예의 특성은 명시적으로 설명된 실시예가 아닌, 새로 형성하기 위해 적절한 방법으로 결합될 수 있다.

Claims (20)

  1. 반도체 웨이퍼를 제공하는 단계; 및
    순차적이고 교호적으로 상기 웨이퍼의 표면에 금속 산화물 레이어를 ALD-증착시켜 보호막을 형성하는 단계:
    (i) 제1 전구체(precursor)를 갖는 상기 표면의 커버리지를 생성하기 위해, 상기 제1 전구체에 상기 표면을 노출시키는 단계, 및
    (ii) 제2 전구체를 갖는 상기 표면의 커버리지를 생성하기 위해, 상기 제2 전구체에 상기 표면을 노출시키는 단계,
    상기 표면의 커버리지가 포화 레벨에 도달하기 전에 단계 (i)와 (ii) 중 적어도 하나가 정지되는, 적어도 500 μs의 유효 소수 전하 수명(τeff)을 가지는 태양 전지 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전구체는 금속 전구체이고, 및/또는 상기 제2 전구체는 산화제(oxidant)인, 태양 전지 제조 방법.
  3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 산화물 레이어는 알루미늄 산화(Al2O3) 레이어인, 태양 전지 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전구체는 트리메틸알루미늄(TMA)을 포함하는, 태양 전지 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 전구체는 오존(O3)을 포함하는, 태양 전지 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼인, 태양 전지 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    반응 챔버는 다른 전구체에 웨이퍼의 표면을 노출하는 사이에, 불활성 가스인 질소(N2)로 정화되는, 태양 전지 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 표면은 비산화제 전구체인 금속 전구체에 제1 노출되는, 태양 전지 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (i)의 기간은 1~15초 범위이고, 선호하게 1~10초 범위이고, 더 선호하게 1~5초 범위인, 태양 전지 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (ii)의 기간은 1~20초 범위이고, 선호하게 1~10초 범위이고, 더 선호하게 1~5초 범위인, 태양 전지 제조 방법.
  11. 적어도 제5항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 상기 표면이 노출되는 단계 (ii) 동안, 상기 제2 전구체는, 0.1-500 g/m3의 범위, 선호하게 100-300 g/m3의 범위, 더 선호하게 약 220 g/m3의 범위에서 오존 농도를 가지는, 태양 전지 제조 방법.
  12. 적어도 제7항에 있어서,
    시간 간격 동안 상기 반응 챔버는 1~15초 범위, 선호하게 1~10초 범위, 더 선호하게 1~5초 범위에서 정화되는, 태양 전지 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 ALD 주기(cycle) 시간은 10~70초 범위, 선호하게 10~25초 범위, 더 선호하게 10~15초 범위인, 태양 전지 제조 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 증착 동안 150-200 ℃ 범위의 온도에 유지되는, 태양 전지 제조 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 100-200 mTorr의 범위에서 압력 환경에 놓이는, 태양 전지 제조 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 산화물 레이어는 10-30 nm의 범위, 선호하게 15-25 nm의 범위에서 두께를 가지는, 태양 전지 제조 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    증착 동안 상기 웨이퍼를 특히 회전시켜 상기 웨이퍼 표면에 상기 제1 및 제2 전구체를 실제적으로 균일한 전달을 보장하는 단계
    를 더 포함하는, 태양 전지 제조 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    스택된 상호 분리 간격 관계로 배열된, 웨이퍼의 일군(batch)은, 상기 반응 챔버로 제공되고, 상기 각각의 웨이퍼는 표면을 가지고 있고, 상기 웨이퍼의 상기 표면은 단계 (i)동안 상기 제1 전구체에 모두 노출되고, 단계 (ii)동안 상기 제2 전구체에 모두 노출되는, 태양 전지 제조 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 태양 전지 제조 방법을 사용하여 적어도 부분적으로 제조되는 태양 전지.
  20. 제19항에 있어서,
    750 μs보다 크고, 선호하게 1000 μs보다 크고, 더 선호하게 1250 μs보다 큰 유효 소수 전하 캐리어 수명(τeff)을 가지는 태양 전지.
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