WO2011085715A2 - Verfahren zur ausbildung einer zweistufigen dotierung in einem halbleitersubstrat - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for forming a two-stage doping in a semiconductor substrate according to the preamble of claim 1.
  • Two-stage dopants are used in the manufacture of semiconductor devices, in particular in the manufacture of solar cells. Such a two-stage doping consists of one or more comparatively heavily doped regions and one or more relatively weakly doped regions in relation thereto. The here in each case present in the lightly and heavily doped regions ⁇ dopant concentrations vary from application to application ⁇ case.
  • two-stage dopants are used, for example, as two-stage emitters, which are also referred to as selective emitters, or two-stage back surface fields.
  • dopant is diffused into the semiconductor substrate into a doping region to be provided with the two-stage doping by means of a strong diffusion, and in this way a high surface area is formed. Chen concentration of dopant formed. Furthermore, after the strong diffusion in regions of the two-stage doping to be doped more strongly, the semiconductor substrate is locally heated. Furthermore, an oxide layer is formed on the doping region.
  • the oxide layer can basically be formed before or after the local heating.
  • Stronger regions to be doped in the sense of the present invention are those regions of the two-stage doping in which a stronger doping is to be formed compared with regions of the two-stage doping to be doped more weakly.
  • the terms strongly doped and lightly doped regions of the two-stage doping are to be understood.
  • the surface concentrations of dopant, or the layer resistances, in the heavily doped regions and the weakly doped regions of the two-stage doping are, as stated above, depending on the particular application and to adapt to these. Accordingly, the strong diffusion and the resultant surface concentration of dopant must be interpreted.
  • sq form with ⁇ means of the strong diffusion in the impurity region is doped with a sheet resistance of 20 ⁇ / to 80 ⁇ / sq, preferably having a sheet resistance from 30 ⁇ / sq to 50 ⁇ / sq.
  • Ver ⁇ is Ringert that by forming the oxide layer in the underlying regions of the semiconductor substrate, the surface concentration of electrically active dopant, or shortly dopant is possibly due to the fact that Dopant from the semiconductor surface diffused into the oxide layer, which is electrically inactive as a dielectric. Although would the surface concentration of dopant material also be reduced in the more to do ⁇ animal border areas by this effect, but this can increase the
  • the local heating of the semiconductor substrate in the regions of the two-stage doping to be doped more strongly takes place by means of a laser.
  • the oxide layer can basically be formed after the local heating or before the local heating of the semiconductor substrate. In practice, however, it has proven useful to form the oxide layer after local heating of the semiconductor substrate.
  • a development of the method according to the invention provides that the oxide layer is formed by oxidation of the semiconductor substrate, preferably by thermal oxidation of the semiconductor substrate.
  • the uppermost semiconductor layer in which the highest surface concentration of dopant prevails, becomes a dielectric and thus electrically.
  • Inactive semiconductor oxide layer converted.
  • the uppermost layer of the semiconductor substrate is converted into a silicon oxide layer.
  • it may be the one described above. Diffusion of dopant from the uppermost semiconductor substrate layer into the formed semiconductor oxide layer.
  • the surface concentration of dopant in the Semiconductor substrate can be reduced more.
  • Thermal oxidation also has the advantage that during this process, the diffused dopant can be driven deeper into the semiconductor substrate. In this way, advantageously favorable doping profiles can be realized. In particular, advantageous emitter profiles can be realized cost-effectively in the production of solar cells.
  • the oxidation of the semiconductor substrate is preferably carried out in a water vapor-containing environment, since in this way, on the one hand a faster growth of the oxide layer can be achieved, on the other for the oxidation smaller temperatures are required, which is particularly advantageous in multicrystalline silicon solar cell substrates, since there is higher Process temperatures can adversely affect the quality of the solar cell substrate.
  • An embodiment variant of the method according to the invention provides that, for the purpose of realizing the strong diffusion, a dopant source is formed on the doping region. In this way, dopant from the dopant source can be diffused into the semiconductor substrate during the strong diffusion.
  • dopant sources for example, phosphosilicate glass or borosilicate glass have. lasts.
  • the dopant source may be before or after local heating. be removed or even on the semiconductor substrate are left. In some applications, however, it has proved to be advantageous to leave the dopant in the semiconductor substrate or be removed after the lo ⁇ cal heating of the semiconductor substrate. In this way, during the local heating, further dopant from the dopant source can be diffused into the regions that are to be heavily doped and, in this way, the surface concentration of dopant prevailing there can be additionally increased. Since the applied dopant source is designed for strong diffusion, it provides for such an additional
  • the oxide layer is removed again after it has been formed. This can be done, for example, wet-chemically. An oxide layer formed by oxidation of the semiconductor substrate is advantageously removed after local heating of the semiconductor substrate.
  • the method according to the invention can be easily and inexpensively integrated into existing production processes for semiconductor components, in particular in solar cell production lines. It has been shown that high sheet resistances can be realized despite the strong diffusion in the regions which are to be doped weakly. Furthermore, a more homogeneous surface concentration of dopant can be realized over the area of the doping region than in an industrial application of the methods described above.
  • multi-stage dopants can be formed out with more than two stages.
  • Figure 1 Schematic representation of a first embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the first exemplary embodiment from FIG. 1 3 shows a second embodiment of the invention shown in schematic representation method SEN
  • FIG. 4 Schematic representation of a third embodiment of the method according to the invention
  • Figure 5 A fourth embodiment of the method according to the invention in a schematic representation
  • Figure 6 Integration of the embodiments of Figures 1 to 5 in a manufacturing process of solar cells with a selective emitter
  • Figures 1 and 2 illustrate a first embodiment of the method according to the invention.
  • a phosphorus silicate glass is to ⁇ next on a semiconductor substrate, which is herein embodied as a silicon substrate 80.
  • 82 is formed 10.
  • the phosphosilicate glass 82 serves as a doping material source for a strong diffusion 10, wherein doping ⁇ material from the Phbsphorsilikatglas 82 and into the silicon substrate 80 is diffused so that a high surface concentration 84 of dopant is formed on the surface of the silicon substrate 80.
  • the formation 10 of the phosphosilicate glass and the. Strong diffusion can be done for example by means of a known tube diffusion.
  • a doping region 89 is formed from an upper side of the silicon substrate 80.
  • the silicon substrate 80 is locally heated by means of a laser.
  • FIG. 2 illustrates this schematically on the basis of an irradiated laser radiation 86.
  • the phosphorosilicate glass 82 serving as the dopant source is removed 14. This can be done, for example, by wet-chemical means.
  • an oxide layer 88 is formed on the silicon substrate 80 and thus also on the doping region 89 by thermal oxidation 16.
  • this oxide layer 88 in conjunction with the Lasererhitzen 12 of the silicon substrate 80 in more heavily doped areas 91 results in the lowest part of Figure 2 dashed reproduced two-stage doping, which has a heavily doped region 92 and otherwise weakly doped areas 90 has.
  • the formed two-stage doping 90, 92 can be used for example as a selective emitter of a solar cell.
  • the phosphosilicate glass 82 as well as the oxide layer 88 has been formed on the entire surface of the silicon substrate 80. However, this is not absolutely necessary. Alternatively, it is possible to form the phosphosilicate glass only in the doping region 89, in the present case on the upper side of the silicon substrate 80. In this case, the formation of the oxide layer 88 could be limited to the doping region. In addition, it should be mentioned that with the embodiment of Figures 1 and 2, a two-stage back panel of a solar cell can be advantageously realized.
  • the second exemplary embodiment of the method according to the invention shown in FIG. 3 differs from that of FIG. 1 in that the removal of the phosphosilicate glass is initially dispensed with.
  • It may either be left on the silicon substrate 80 or removed at a later time, for example together with the oxide layer formed during the thermal oxidation 16. As already stated above, such removal of the oxide layer can lead to an increase of the dopant concentration in the surface area of the areas to be heavily doped.
  • the third exemplary embodiment of the method according to the invention differs from the exemplary embodiment in FIGS. 1 and 2 in that the phosphosilicate glass 82 is removed before the laser heating 12 of the regions to be more heavily doped.
  • the dopant entry into the semiconductor substrate during the strong diffusion 10 is sufficient. If, in the exemplary embodiment of FIGS. 1 and 2, it is basically possible to diffuse additional dopant from the phosphosilicate glass 82 into the regions 91 to be doped more strongly during the laser heating 12 of the areas to be doped more heavily, this possibility is omitted in the exemplary embodiment of FIG.
  • FIG. 5 illustrates that laser heating 16 can also take place only after the formation of the oxide layer, which in the present case is realized by means of a thermal oxidation 12. This can bring process-specific advantages in individual applications. Otherwise, the method steps of the embodiment of FIG. 5 correspond to those of FIG. 4.
  • a silicon substrate was used as the semiconductor substrate. Open view ⁇ Lich can also find other semiconductor substrates using. Furthermore, in the exemplary embodiments of FIGS. 1 to 5, the phosphosilicate glass can be replaced by another dopant source, for example borosilicate glass. Thus dopants of different doping type can also be used. In the respective application, any basic doping of the semiconductor substrate used must be adapted accordingly.
  • FIG. 6 illustrates schematically and by way of example, the integration 'of the inventive method in a Solarzellenfer- actuation process.
  • a solar cell substrate used for example the silicon substrate .80 from FIGS. 1 to 5, is provided with a texture and cleaned the process sequences S shown in Figures 1 to 5, which is indicated schematically in Figure 6 by an ellipse.
  • a chemical edge isolation 34 expediently follows, which, however, is not absolutely necessary.
  • silicon nitride is deposited on at least part of the solar cell substrate 36, which can serve as an antireflection coating on the one hand and on the other hand of defect passivation.
  • front and rear contacts are applied to the solar cell substrate in a manner known per se by means of a front and rear side metallization. If no chemical edge insulation 34 has taken place, the edge insulation can subsequently be effected by laser cutting 40. Alternatively, obviously other edge isolation methods known per se can be used.
  • the method shown schematically in FIG. 6 makes it possible to produce a solar cell with a two-stage emitter, which is usually referred to as a selective emitter.
  • a two-stage emitter which is usually referred to as a selective emitter.
  • dopant sources other than phosphosilicate glass, in particular also p-type dopant sources can be used. Find use. The basic doping of the solar cell substrate would then be adjusted accordingly.
  • the inventive method thus allows the production of both p-type and n-type solar cells: with selective emitter.
  • the method according to the invention can be used for the formation of two-stage back surface fields in solar cell substrates of both types.

Abstract

Verfahren zur Ausbildung einer zweistufigen Dotierung in einem Halbleitersubstrat (80), bei welchem in einen mit der zweistufigen Dotierung (90, 92) zu versehenden Dotierungsbereich (89) mittels einer starken Diffusion (10) Dotierstoff in das Halbleitersubstrat (80) eindiffundiert und in dieser Weise eine hohe Oberflächenkonzentration an Dotierstoff ausgebildet wird, nach der starken Diffusion (10) in stärker zu dotierenden Bereichen (91) der zweistufigen Dotierung (90, 92) das Halbleitersubstrat (80) lokal erhitzt wird (12) und auf dem Dotierungsbereich (89) eine Oxidschicht (88) ausgebildet wird (16).

Description

Verfahren zur Ausbildung einer zweistufigen Dotierung in einem
Halbleitersubstrat
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung einer zweistufigen Dotierung in einem Halbleitersubstrat gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zweistufige Dotierungen kommen bei der Fertigung von Halbleiterbauelementen .zum Einsatz, insbesondere bei der Fertigung von Solarzellen. Solch eine zweistufige Dotierung besteht aus einem oder mehreren vergleichsweise stark dotierten Bereichen und einem oder mehreren in Relation hierzu vergleichsweise schwach dotierten Bereichen. Die hierbei in den schwach und den stark dotierten Bereichen jeweils vorhandenen Dotierstoff¬ konzentrationen variieren von Anwendungsfall zu Anwendungs¬ fall. Im Bereich der Solarzellenfertigung kommen zweistufige Dotierungen beispielsweise als zweistufige Emitter, welche auch als selektive Emitter bezeichnet werden, oder zweistufige Rückseitenfelder zum Einsatz.
Es ist bekannt, zweistufige Dotierungen auszubilden, indem zu¬ nächst in einen mit der zweistufigen Dotierung zu versehenden Dotierungsbereich mittels einer schwachen Diffusion Dotier¬ stoff in ein Halbleitersubstrat eindiffundiert wird und dabei an der Oberfläche eine schwache Oberflächenkonzentration an Dotierstoff ausgebildet wird. Dies führt zu einer schwachen Dotierung des gesamten Dotierungsbereichs. Um die stark dotierten Bereiche auszubilden, werden die schwach zu dotierenden Bereiche mit einer Maskierungsschicht versehen, welche für Dotierstoff nicht durchdringbar ist. Im Weiteren wird mittels einer weiteren, starken Diffusion Dotierstoff in die stark zu dotierenden Bereiche eindiff ndiert, wobei eine Eindiffusion von Dotierstoff in die schwach zu dotierenden Bereiche durch die Maskierung verhindert wird. Da bei der Fertigung von Halbleiterbauelementen in der Regel sehr feine Strukturen auszubilden sind, wird die Maskierungsschicht mittels photolitho- grafischer Verfahren aufgebracht. Infolgedessen sind derartige Verfahren zur Ausbildung einer zweistufigen Dotierung sehr aufwändig .
Infolgedessen wurden Alternativverfahren entwickelt. So ist beispielsweise aus der Solarzellenfertigung bekannt, zunächst in den gesamten Dotierungsbereich mittels einer starken Diffusion Dotierstoff in das Halbleitersubstrat einzudiffundieren, sodass sich zunächst ein flächiger stark dotierter Bereich ergibt. Im Weiteren werden die stark zu dotierenden Bereiche der zweistufigen Dotierung mit einer ätzresistenten Maskierung versehen, ehe die unmaskierten Bereiche zurückgeätzt, in dieser Weise die Oberflächenkonzentration des Dotierstoffs verringert und somit schwach dotierte Bereiche ausgebildet werden. Im Bereich der Solarzellenfertigung ist diese Verfahrensweise unter dem Begriff des Emitterrückätzens bekannt. Sie er¬ fordert allerdings wiederum eine aufwändige Maskierung von Teilbereichen .
Weiterhin ist aus DE 699 15 317 T2 bekannt, zum Zwecke der Ausbildung einer zweistufigen Dotierung eine Dotierstoff uelle auf dem Dotierungsbereich aufzubringen und mittels einer schwachen Diffusion Dotierstoff aus dieser Dotierstoffquelle heraus in das Halbleitersubstrat einzudiffundieren und in dieser Weise den gesamten Dotierungsbereich schwach zu dotieren. Im Weiteren wird in den stark zu dotierenden Bereichen das Halbleitersubstrat sowie darüberliegende Bereiche der Dotierstoffquelle lokal erwärmt und in dieser Weise lokal zusätzlicher Dotierstoff in das Halbleitersubstrat eindiffundiert, sodass dort stark dotierte Bereiche der zweistufigen Dotierung ausgebildet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass sich bei dieser Verfahrensweise Einschränkungen hinsichtlich der Dotierungskonzentration in den stark dotierten Bereichen ergeben, da eine für eine schwache Dotierung ausgelegte Dotierstoffquelle zugleich auch als Quelle für die starke Dotierung in den stark dotierten Bereichen zu verwenden ist.
Ferner ist in der deutschen Patentanmeldung mit Nummer
10 2008 056 456 beschrieben, eine zweistufige Dotierung auszubilden, indem eine dünne Oxidschicht auf den Dotierungsbereich aufgebracht und. diese lokal in den stark zu dotierenden Bereichen geöffnet wird. Im Weiteren wird eine starke Diffusion durchgeführt, welche in den geöffneten Bereichen zu einer un¬ gehinderten Eindiffusion von Dotierstoff und damit zur Ausbildung stark dotierter Bereiche führt, während im Übrigen die Eindiffusion von Dotierstoff durch die dünne Oxidschicht abgeschwächt ist und sich dort lediglich schwach dotierte Bereiche ausbilden. Diese Verfahrensweise bedingt eine exakte Verfahrensführung. Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zu Grunde, ein aufwandsgünstiges und zuverlässiges Alternativverfahren zur Ausbildung einer zweistufigen Dotierung in einem Halbleitersubstrat zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird .gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einen mit der zweistufigen Dotierung zu versehenden Dotierungsbereich mittels einer starken Diffusion Dotierstoff in das Halbleitersubstrat eindiffundiert und in dieser Weise eine hohe Oberflä- chenkonzentration an Dotierstoff ausgebildet. Weiterhin wird nach der starken Diffusion in stärker zu dotierenden Bereichen der zweistufigen Dotierung das Halbleitersubstrat lokal erhitzt. Ferner wird auf dem Dotierungsbereich eine Oxidschicht ausgebildet.
Dabei kann die Oxidschicht grundsätzlich vor oder nach dem lokalen Erhitzen ausgebildet werden. Stärker zu dotierende Bereiche im Sinne der vorliegenden Erfindung sind diejenigen Bereiche der zweistufigen Dotierung, in welchen verglichen mit schwächer zu dotierenden Bereichen der zweistufigen Dotierung eine, stärkere Dotierung ausgebildet werden soll. In gleicher Weise sind die Begriffe stark dotierte und schwach dotierte Bereiche der zweistufigen Dotierung zu verstehen. Die Oberflächenkonzentrationen an Dotierstoff, bzw. die Schichtwiderstände, in den stark dotierten Bereichen und den schwach dotierten Bereichen der zweistufigen Dotierung sind, wie eingangs dargelegt wurde, von dem jeweiligen Anwendungsfall abhängig und an diesen anzupassen. Dementsprechend sind ist auch die starke Diffusion und die hieraus* resultierende Oberflächenkonzentration an Dotierstoff auszulegen. Beispielsweise hat es sich bei der Ausbildung der zweistufigen Dotierung in einem Solarzellensubstrat in Form eines zweistufigen Emitters bewährt, mit¬ tels der starken Diffusion in dem Dotierungsbereich eine Dotierung mit einem Schichtwiderstand von 20 Ω/sq bis 80 Ω/sq auszubilden, vorzugsweise mit einem Schichtwiderstand von 30 Ω/sq bis 50 Ω/sq.
Es hat sich unerwarteter Weise gezeigt, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch ein. Zusammenwirken des lokalen Erhitzens mit der Ausbildung einer Oxidschicht auf dem Dotierungsbereich die Oberflächenkonzentration des Dotierstoffs in schwach zu dotierenden Bereichen verringert, in stärker zu dotierenden Bereichen hingegen erhöht werden kann. Somit können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zweistufige Dotierungen in Halbleitersubstraten ausgebildet werden. Insbesondere hat sich gezeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zweistufige Emitter oder zweistufige Rückseitenfelder in Solarzellensub¬ straten ausgebildet werden können. Dies ist umso überraschen¬ der, als Oxidschichten bei der Fertigung von Halbleiterbauelementen, insbesondere bei der Fertigung von Solarzellen, häufig auf Halbleitersubstrate aufgebracht werden. Allerdings dienten die Oxidschichten bislang unter anderem der Ausbildung einer dielektrischen Schicht oder der Passivierung von Oberflächen- zuständen in Solarzellen.
Wurde bislang von Oberflächenkonzentrationen an Dotierstoff gesprochen, so wurde auf Konzentrationen an elektrisch aktivem Dotierstoff Bezug genommen. Neben dem elektrisch aktiven Dotierstoff existiert auch elektrisch inaktiver Dotierstoff, welcher im Zuge einer Diffusion in das Halbleitersubstrat gelangt, insbesondere bei der starken Diffusion des erfindungs¬ gemäßen Verfahrens, dort jedoch elektrisch inaktiv ist und die elektrischen Halbleitereigenschaften nicht beeinträchtigt. Die Tatsache, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine zweistufige Dotierung ausgebildet werden kann, ist vermutlich dar¬ auf zurückzuführen, dass bei dem lokalen Erhitzen das Verhält¬ nis von elektrisch aktivem Dotierstoff zu elektrisch inaktivem Dotierstoff verändert und möglicherweise auch die Tiefenprofi¬ le dieser beiden Dotierstoffarten verändert werden, sodass nach dem lokalen Erhitzen in den stark zu dotierenden Bereichen eine höhere Oberflächenkonzentration an elektrisch akti¬ vem Dotierstoff vorliegt als zuvor.
Dass durch die Ausbildung der Oxidschicht in darunterliegenden Bereichen des Halbleitersubstrats die Oberflächenkonzentration an elektrisch aktivem Dotierstoff, oder kurz Dotierstoff, ver¬ ringert wird, ist möglicherweise darauf zurückzuführen, dass Dotierstoff aus der Halbleiteroberfläche in die Oxidschicht eindiffundiert, welche als Dielektrikum elektrisch inaktiv ist. Zwar würde durch diesen Effekt auch in den stärker zu do¬ tierenden Bereichen die Oberflächenkonzentration an Dotier- Stoff verringert werden, doch vermag dies die Erhöhung der
Konzentration an elektrisch aktivem Phosphor in den stärker zu dotierenden Bereichen durch das lokale Erhitzen zumindest nicht in allen Fällen zu kompensieren, sodass im Ergebnis die zweistufige Dotierung verbleibt.
Zweckmäßigerweise erfolgt das lokale Erhitzen des Halbleitersubstrats in den stärker zu dotierenden Bereichen der zweistufigen Dotierung mittels eines Lasers. Wie bereits erwähnt wurde, kann die Oxidschicht grundsätzlich nach dem lokalen Erhitzen oder vor dem lokalen Erhitzen des Halbleitersubstrats ausgebildet werden. In der Praxis hat es sich jedoch bewährt, die Oxidschicht nach dem lokalen Erhitzen des Halbleitersubstrats auszubilden.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Oxidschicht durch Oxidation des Halbleitersubstrats ausgebildet wird, vorzugsweise durch thermische Oxidation des Halbleitersubstrats. Auf diese Weise wird die oberste Halblei- terschicht, in welcher die höchste Oberflächenkonzentration an Dotierstoff vorherrscht, in eine dielektrische und somit elektrisch . inaktive Halbleiteroxidschicht umgewandelt. Im Falle eines Siliziumhalbleitersubstrats wird beispielsweise die oberste Schicht des Halbleitersubstrats in eine Siliziumoxid- schicht umgewandelt. Zusätzlich kann es zu der oben beschriebenen. Eindiffusion von Dotierstoff aus der obersten Halbleitersubstratschicht in die gebildete Halbleiteroxidschicht kommen. Es hat sich gezeigt, dass mit der beschriebenen Weiterbildung die Oberflächenkonzentration an Dotierstoff in dem Halbleitersubstrat stärker verringert werden kann. Eine thermische Oxidation bringt zudem den Vorteil mit sich,, dass während dieser der eindiffundierte Dotierstoff tiefer in das Halbleitersubstrat eingetrieben werden kann. Auf diese Weise können aufwandsgünstig vorteilhafte Dotierungsprofile realisiert werden. Insbesondere können bei der Fertigung von Solarzellen vorteilhafte Emitterprofile aufwandsgünstig realisiert werden.
Die Oxidation des Halbleitersubstrats wird bevorzugt in einer wasserdampfhaltigen Umgebung durchgeführt, da auf diese Weise zum einen ein schnelleres Wachstum der Oxidschicht erreicht werden kann, zum anderen für die Oxidation kleinere Temperaturen benötigt werden, was insbesondere bei multikristallinen Siliziumsolarzellensubstraten von Vorteil ist, da sich dort höhere Prozesstemperaturen nachteilig auf die Qualität des Solarzellensubstrats auswirken können.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hat es sich bewährt, Siliziumsubstrate als Halbleitersubstrate zu verwenden, wobei grundsätzlich monokristalline oder multikristalline Siliziumsubstrate eingesetzt werden können.
Eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass zum Zwecke der Realisierung der starken Diffusion eine Dotierstoffquelle auf dem Dotierungsbereich ausgebildet wird. Auf diese Weise kann während der starken Diffusion Dotierstoff aus der Dotierstoffquelle in das Halbleitersubstrat eindiffundiert werden. Als Dotierstoffquellen haben sich beispielsweise Phosphorsilikatglas oder Borsilikatglas be- . währt .
Grundsätzlich kann die Dotierstoffquelle vor oder nach dem lokalen Erhitzen . entfernt werden oder auch auf dem Halbleiter- substrat belassen werden. In einigen Anwendungsfällen hat es sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, die Dotierstoffquelle auf dem Halbleitersubstrat zu belassen oder erst nach dem lo¬ kalen Erhitzen des Halbleitersubstrats zu entfernen. Auf diese Weise kann bei dem lokalen Erhitzen weiterer Dotierstoff aus der Dotierstoffquelle in die stark zu dotierenden Bereiche eindiffundiert und auf diese Weise die dort vorherrschende Oberflächenkonzentration an Dotierstoff zusätzlich erhöht werden. Da die aufgebrachte Dotierstoffquelle für die starke Dif- fusion ausgelegt ist, stellt sie für solch eine zusätzliche
Eindiffusion von Dotierstoff genügend Dotierstoffreserven zur Verfügung und erlaubt einen vielfältigen Einsatz des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens. Bei der in DE 699 15 317 T2 beschriebenen Verfahrensweise muss der zusätzliche Dotierstoff hinge- gen aus einer Dotierstoffquelle heraus eindiffundiert werden, welche für eine schwache Diffusion ausgelegt ist, was die Menge zusätzlich eindiffundierbaren Dotierstoffs deutlich beschränkt. In einer Ausführungsvariarite des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Oxidschicht nach deren Ausbildung wieder entfernt. Dies kann beispielsweise nasschemisch erfolgen. Eine durch Oxidation des Halbleitersubstrats ausgebildete Oxidschicht wird vorteilhafterweise nach dem lokalen Erhitzen des Halblei- tersubstrats entfernt. Da bei dem lokalen Erhitzen des Halbleitersubstrats in den stärker zu dotierenden Bereichen das Halbleitersubstrat lokal aufgeschmolzen und nachfolgend wieder, abgekühlt wird, kann es durch Segregationseffekte dazu kommen, dass in dem oberflächennächsten Bereich eine geringere Dotier- stoffkonzentration vorliegt als in etwas tiefer gelegenen, aber dennoch oberflächennahen Bereichen. Dieser oberflächennächste Bereich mit der etwas verringerten Dotierstoffkonzentration wird dann bei der Ausbildung der Oxidschicht oxidiert . und im Zuge der Entfernung der Oxidschicht entfernt, sodass an der Oberfläche die etwas größere DotierstoffKonzentration vor liegt. Auf die beschriebene Weise kann somit die Erhöhung der Oberflächenkonzentration an elektrisch aktivem Dotierstoff verstärkt werden.
Es hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren in allen beschriebenen Ausgestaltungsvarianten vorteilhaft zur Ausbildung eines zweistufigen Emitter oder eines zweistufigen Rückseitenfeldes in einem Solarzellensubstrat verwendet werde kann .
Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfach und aufwandsgünsti in bestehende Fertigungsprozesse für Halbleiterbauelemente in tegrierbar, insbesondere in Solarzellenfertigungslinien. Es hat sich gezeigt, dass trotz der starken Diffusion in den schwach zu dotierenden Bereichen hohe Schichtwiderstände realisiert werden können. Weiterhin kann über die Fläche des Dotierungsbereichs hinweg eine homogenere Oberflächenkonzentration an Dotierstoff realisiert werden als bei einer industriellen Anwendung der eingangs beschriebenen Verfahren.
Durch mehrfache Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können mehrstufige Dotierungen mit mehr als zwei Stufen ausge bildet werden.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Figuren näher er.läu tert . Soweit zweckdienlich, sind hierin gleichwirkende Elemen te mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
Figur 1 Schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens
Figur 2 Prinzipdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels aus Figur 1 Figur 3 Ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemä¬ ßen Verfahrens in schematischer Darstellung
Figur 4 Schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens Figur 5 Ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung
Figur 6 Integration der Ausführungsbeispiele der Figuren 1 bis 5 in einen Fertigungsprozess von Solarzellen mit einem selektiven Emitter Die Figuren 1 und 2 illustrieren ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei diesem wird zu¬ nächst auf einem Halbleitersubstrat, welches vorliegend als Siliziumsubstrat 80 ausgeführt ist, ein Phosphorsilikatglas 82 ausgebildet 10. Das Phosphorsilikatglas 82 dient als Dotier- stoffquelle für eine starke Diffusion 10, bei welcher Dotier¬ stoff aus dem Phbsphorsilikatglas 82 heraus und in das Siliziumsubstrat 80 eindiffundiert wird, sodass an der Oberfläche des Siliziumsubstrats 80 eine hohe Oberflächenkonzentration 84 an Dotierstoff ausgebildet wird. Das Ausbilden 10 des Phos- phorsilikatglases und die . starke Diffusion kann beispielsweise mittels einer an sich bekannten- Röhrendiffusion erfolgen.
Im Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 wird ein Dotierungsbereich 89 gebildet von einer Oberseite des Siliziumsub- strats 80. In stärker zu dotierenden Bereichen 91 wird das Siliziumsubstrat 80 mittels eines Lasers lokal erhitzt. Figur 2 illustriert dies schematisch anhand einer eingestrahlten Laserstrahlung 86. Im Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 wird nach dem lokalen Lasererhitzen 12 das als Dotierstoffquelle dienende Phosphorsilikatglas 82 entfernt 14. Dies kann beispielsweise nasschemisch erfolgen.
Im Weiteren wird durch thermische Oxidation 16 eine Oxidschicht 88 auf dem Siliziumsubstrat 80 und somit auch auf dem Dotierungsbereich 89 ausgebildet. Im Zuge der Ausbildung 16 dieser Oxidschicht 88 in Verbindung mit dem Lasererhitzen 12 des Siliziumsubstrats 80 in stärker zu dotierenden Bereichen 91 ergibt sich die in der untersten Teildarstellung der Figur 2 gestrichelt wiedergegebene zweistufige Dotierung, welche einen stark dotierten Bereich 92 sowie im Übrigen schwach dotierte Bereiche 90 aufweist. Die ausgebildete zweistufige Do- tierung 90, 92 kann beispielsweise als selektiver Emitter einer Solarzelle verwendet werden. Dadurch, dass die Oxidschicht 88 mittels einer thermischen Oxidation 16 ausgebildet wird, kann während der thermischen Oxidation 16 der bei der starken Diffusion 10 eindiffundierte Dotierstoff tiefer in das Silizi- umsubstrat 80 eingetrieben werden. In dieser Weise können Dotierungstiefenprofile ausgebildet werden, welche insbesondere bei der Solarzellenfertigung vorteilhaft sind.
In den Darstellungen der Figur 2 wurde das Phosphorsilikatglas 82 wie auch die Oxidschicht 88 auf der gesamten Oberfläche des Siliziumsubstrats 80 ausgebildet.- Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Alternativ besteht die Möglichkeit, das Phosphorsilikatglas nur in dem Dotierungsbereich 89, vorliegend also auf der Oberseite des Siliziumsubstrats 80, auszu- bilden. In diesem Fall könnte auch die Ausbildung der Oxidschicht 88. auf den Dotierungsbereich beschränkt werden. Ergänzend sei erwähnt, dass mit dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 auch ein zweistufiges Rückseitenfeld einer Solarzelle vorteilhaft realisiert werden kann. Das in der Figur 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens unterscheidet sich von demjenigen der Figur 1 darin, dass auf das Entfernen 14 des Phosphorsilikatglases zunächst verzichtet wird. Es kann entweder auf dem Siliziumsubstrat 80 belassen werden oder zu einem späteren Zeitpunkt entfernt werden, beispielsweise zusammen mit der während der thermischen Oxidation 16 gebildeten Oxidschicht. Wie bereits oben dargelegt wurde, kann eine solche Entfernung der Oxidschicht zu einer Erhöhung der Dotierstoffkonzentration in dem oberflächennächsten Bereich der stark zu dotierenden Bereiche führen.
Das dritte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches schematisch in Figur 4 wiedergegeben ist, unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 darin, dass das Phosphorsilikatglas 82 vor dem Lasererhitzen 12 der stärker zu dotierenden Bereiche entfernt wird. Dies verdeutlicht, dass für die Ausbildung einer zweistufigen Dotierung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Dotierstoffeintrag in das Halbleitersubstrat während der starken Diffusi- on 10 ausreichend ist. Besteht bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 grundsätzlich die Möglichkeit, während des Lasererhitzens 12 der stärker zu dotierende Bereiche zusätzlichen Dotierstoff aus dem Phosphorsilikatglas- 82 in die stärker zu dotierenden Bereiche 91 einzudiffundieren, so entfällt die- se Möglichkeit bei dem Aüsführungsbeispiel der Figur 4. In einzelnen Anwendungsfällen kann daher bei einer Anwendung des Verfahrens gemäß der Figur 4 in stärker zu dotierenden, Bereichen eine etwas geringere, Oberflächenkonzentration an. Dotier-. stoff vorliegen, als wenn das Verfahren gemäß . dem Ausführungs¬ beispiel der Figuren 1 und 2 angewandt worden wäre.
Das Ausführungsbeispiel der Figur 5 illustriert, dass das La- sererhitzen ,16 auch erst nach dem Ausbilden der Oxidschicht, was vorliegend mittels einer thermischen Oxidation 12 realisiert wird, erfolgen kann. Dies kann in einzelnen Anwendungsfällen prozesstechnische Vorteile mit sich bringen. Im Übrigen entsprechen die Verfahrensschritte des Ausführungsbeispiels der Figur 5 denjenigen der Figur 4.
Ohne Weiteres kann in den Ausführungsbeispielen der Figuren 4 und 5 auf das Entfernen. 14 des Phosphorsilikatglases verzichtet werden oder dieses erst nach dem Lasererhitzen 12 der stärker zu dotierenden Bereiche erfolgen.
In den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 5 wurde als Halbleitersubstrat ein Siliziumsubstrat verwendet. Offensicht¬ lich können auch andere Halbleitersubstrate Verwendung finden. Des Weiteren kann das Phosphorsilikatglas in den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 5 durch eine andere Dotierstoffquelle, beispielsweise Borsilikatglas, ersetzt werden. Es können somit auch Dotierstoffe unterschiedlichen Dotierungstyps zum Einsatz kommen. Im jeweiligen Anwendungsfall sind etwaige Grunddotierungen des verwendeten Halbleitersubstrats entsprechend anzupassen.
Figur 6 illustriert schematisch und beispielhaft die Einbindung' des erfindungsgemäßen Verfahrens in einen Solarzellenfer- tigungsprozess . Hierbei, wird zunächst ein verwendetes Solarzellensubstrat, beispielsweise das Siliziumsubstrat .80 aus den Figuren 1 bis 5, mit einer Textur versehen und gereinigt 30. Im Weiteren schließen sich die Verfahrensschritte einer der in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Prozesssequenzen S an, was in Figur 6 schematisch durch eine Ellipse angedeutet wird.
Im Folgenden kann in einem optionalen Verfahrensschritt Phos¬ phorsilikatglas und/oder eine Oxidschicht entfernt werden 32. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn zuvor die Prozesssequenz der Figur 3 durchlaufen wurde oder bei Anwendung einer der Prozesssequenzen aus den Figuren 4 und 5 auf das Entfernen 14 des Phosphorsilikatglases verzichtet wurde.
Sofern während des Solarzellenfertigungsprozesses entstandene p-n-Übergänge chemisch getrennt werden sollen, schließt sich zweckmäßigerweise eine chemische Kantenisolation 34 an, welch jedoch nicht zwingend erforderlich ist. Im Weiteren wird Sili ziumnitrid auf zumindest einem Teil des Solarzellensubstrats abgeschieden 36, welches zum einen als Antireflexionsbeschich tung, zum anderen der Defektpass.ivierung dienen kann.
Im Weiteren werden in an sich bekannter Weise mittels einer Vorder- und Rückseitenmetallisierung Vorder- und Rückkontakte auf das Solarzellensubstrat aufgebracht. Sofern keine chemische Kantenisolation 34 erfolgt ist, kann nachfolgend die Kantenisolation durch Lasertrennen 40 erfolgen.. Alternativ können offensichtlich andere an sich bekannte Kantenisolationsverfahren Verwendung finden.
Das schematisch in Figur 6 wiedergegebene Verfahren ermöglicht die Herstellung einer Solarzelle mit einem zweistufigen Emitter, welcher üblicherweise als selektiver Emitter bezeichnet wird. Wie bereits im Zusammenhang mit den Figuren 1. bis 5 erläutert, können andere Dotierstoffquellen als Phosphorsilikatglas, insbesondere auch Dotierstoffquellen vom p-Typ,. Verwendung finden. Die Grunddotierung des Solarzellensubstrats wäre dann entsprechend anzupassen. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt somit die Fertigung sowohl von p-Typ- als auch n-Typ- Solarzellen : mit selektivem Emitter. Zudem kann das erfindungsgemäße Verfahren für die Ausbildung zweistufiger Rückseitenfelder in Solarzellensubstraten beiden Typs verwendet werden.
Bezugs zeichenliste
10 Ausbilden Phosphorsilikatglas und starke Diffusion
12 Lasererhitzen
14 Entfernen Phosphorsilikatglas
16 Thermische Oxidation
30 Texturierung/Reinigung Solarzellensubstrat
32 Entfernung Phosphorsilikatglas und/oder Oxidschicht
34 Chemische Kantenisolation
36 Siliziumnitridabscheidung
38 Vorder- und Rückseitenmetallisierung
40 Kantenisolation durch Lasertrennen
80 Siliziumsubstrat
82 Phosphorsilikatglas
84 hohe Oberflächenkonzentration an Dotierstoff
86 Laserstrahlung
88 Oxidschicht
89 Dotierungsbereich
90 schwach dotierter Bereich
91 stärker zu dotierender Bereich
92 stark dotierter Bereich
S Prozesssequenz aus einer der Figuren 1 bis 5

Claims

Verfahren zur Ausbildung einer zweistufigen Dotierung in einem Halbleitersubstrat (80), bei welchem in einen mit der zweistufigen Dotierung (90, 92) zu versehenden Dotierungsbereich (89) mittels einer starken Diffusion (10) Dotierstoff in das Halbleitersubstrat (80) eindiffundiert. und in dieser Weise eine hohe Oberflächenkonzentration an Dotierstoff derart ausgebildet wird, dass ein Schichtwiderstand von 20 Ω/sq bis 80 Ω/sq vorliegt,
d a d u r c h ' g e k e n n z e i c h n e t ,
- dass nach der starken Diffusion (10) in stärker zu dotierenden Bereichen (91) der zweistufigen Dotierung (90, 92) das Halbleitersubstrat (80) lokal erhitzt wird (12) und
- dass auf dem Dotierungsbereich (89) eine Oxidschicht
(88) ausgebildet wird (16).
Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das Halbleitersubstrat (80) in den stärker zu dotierenden Bereichen (91) der zweistufigen Dotierung (90, 92) mittels eines Lasers lokal erhitzt wird (12).
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Oxidschicht (88) nach dem lokalen Erhitzen (12) des Halbleitersubstrats ausgebildet wird (16).
Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, ■' ■ .
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Oxidschicht (88) ausgebildet wird durch Oxidation (16) des Halbleitersubstrats (80) , vorzugsweise durch eine thermische Oxidation (16) des Halbleitersubstrats (80).
5. Verfahren nach Anspruch 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Oxidation in einer wasserdampfhaltigen Umgebung durchgeführt wird. 6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n z e i c h n e t ,
dass als Halbleitersubstrat (80) ein Siliziumsubstrat (80) verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , .
dass zum Zwecke der Realisierung der starken Diffusion (10) eine Dotierstoffquelle (82) auf dem Dotierungsbereich (89) ausgebildet wird (10), vorzugsweise Phosphor- (82) oder Borsiiikatglas . 8. Verfahren nach Anspruch 7,
d a d u r c h- g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Dotierstoffquelle (82) nach dem lokalen Erhitzen (12) des Halbleitersubstrats (80) entfernt wird (14).
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Oxidschicht (88) entfernt wird (32), vorzugsweise nach dem lokalen Erhitzen (12) des Halbleitersubstrats (80) .
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass mittels der starken Diffusion (10) in dem Dotierungs- bereich (89) eine Dotierung des Halbleitersubstrats (80) mit einem Schichtwiderstand von 20 Ω/sq bis 80 Ω/sq, vorzugsweise von 30 Ω/sq bis 50 Ω/sq ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die zweistufige Dotierung in einem Solarzellensubstrat in Form eines zweistufigen Emitters oder in Form eines zweistufigen Rückseitenfeldes ausgebildet wird.
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