WO2017212077A2 - Verfahren zur herstellung eines substrates mit einer bordotierten oberfläche - Google Patents

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WO2017212077A2 PCT/EP2017/075671 EP2017075671W WO2017212077A2 WO 2017212077 A2 WO2017212077 A2 WO 2017212077A2 EP 2017075671 W EP2017075671 W EP 2017075671W WO 2017212077 A2 WO2017212077 A2 WO 2017212077A2
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present application relates to a method for
  • Substrate, and a vacuum treatment plant according to claim 29 for carrying out the sputtering process are included.
  • Silicon substrates can be made for a variety of applications, such as silicon substrates in the form of a wafer or for a thin film solar cell or other electronic devices. In a part or in the entire region of at least one surface of the silicon substrate, regions or partial regions are generated for this purpose which differ with regard to the dopant elements and / or dopant concentrations introduced therein from neighboring regions or from regions further away from the surface.
  • dopants such as e.g. Phosphorus
  • the negative charges i.
  • Electrons, release (n-type dopants).
  • dopants such as e.g. Boron, the positive charges, i. Holes, release (p-type dopants). Due to the associated training of an electrical
  • solar cells generally include a silicon substrate that may be predoped (eg, slightly p-doped) with one on the surface of the silicon substrate
  • Front introduced n-doped n + region An additional p-doped p + region can be provided on the rear side.
  • the production of doped regions can be carried out, for example, by applying a phosphorus pentoxide-containing silicon dioxide solution by means of spin coating (spin coating or spin method), in which a corresponding solution is applied centrally to a surface of the wafer and subsequently distributed by rotation.
  • spin coating spin coating or spin method
  • the substrate is dried at an increased speed and / or thermally.
  • the procedure is repeated for the opposite side with a complementary, for example boron oxide-containing silicon dioxide solution, and then the wafer coated on both sides is tempered, for example, at 1010 ° in order to form the diffusion regions on both sides of the wafer.
  • WO 2011/061693 A2 as well as in WO 2011/061694 A2 u.a. the production of a solar cell with a method as described above in detail. It is important to ensure that the respective solutions do not contaminate parts of the opposite surface.
  • An object of the present method is thus a
  • Such a method for producing a surface at least partially boron doped comprises the following steps:
  • the provision of the substrate can be as follows
  • Steps include:
  • the tempering can be carried out in an annealing chamber of the vacuum treatment plant or in a tempering furnace outside the vacuum treatment plant.
  • a silicon-containing second layer can additionally be applied to the drill-containing first layer in a coating chamber of the vacuum treatment plant by means of a PVD or paCVD process.
  • the substrate may be an afer in particular
  • Silicon wafer being on a first surface
  • a second, the first surface opposite surface during the application of the first and / or the second layer, is protected against a coating.
  • Such protection can be ensured in a known manner by holding a vacuum system or, for example, by flying up the surface of the substrate which is not to be coated, for example on a chuck of a coating installation.
  • the wafer can basically be on the second
  • a PVD method preferably a sputtering method, in particular a magnetron sputtering method can be used.
  • the invention also encompasses a wafer or a solar cell with a boron-doped surface which has been produced by a method as described above.
  • so-called bifacial solar cell can be produced, which absorb light on both the front and on the back or use for power generation.
  • a sputtering process is particularly suitable in which the substrate is arranged in a coating chamber of a vacuum treatment plant to a boron-containing target, wherein the target comprises a covalent boron compound and this by applying a sputtered high-frequency voltage in an at least noble gas-containing and / or nitrogen-containing atmosphere.
  • covalent is a connection of the boron with another element considered, in which the difference in the electronegativity according to Pauling between boron and the second element constituting the compound ⁇ 1-1, in particular 1.
  • the target advantageously consists of at least 99.0%, in particular 99.9%, of the boron compound to be sputtered, for example of boron nitride (BN).
  • boron nitride BN
  • a boron nitride layer can be deposited, wherein a nitrogen-containing gas, in particular nitrogen, can be used to adjust the B / N ratio.
  • a BO x N y layer can be deposited by sputtering of the boron-containing target in an oxygen-containing atmosphere.
  • the sputtering atmosphere for the deposition of the BO x N y layer contains at least oxygen and a noble gas.
  • a BN layer can be formed by sputtering the boron-containing target in an at least noble gas and / or nitrogen-containing atmosphere and then a BO x N y layer by sputtering the boron-containing target in an oxygen-containing or
  • nitrogen-containing atmosphere are deposited, wherein in the last step preferably in addition to oxygen, a noble gas is used.
  • Suitable noble gases are helium, neon, krypton, but especially argon.
  • a metered addition of nitrogen, for example as N 2 gas or N x 0 y gas (eg N 2 O, NO or NO 2) can also in this
  • Process step to control for example, a graded N / O ratio can be applied.
  • the target may comprise boron nitride, but in particular consist of boron nitride.
  • the difference in electronegativity is boron carbide (BC).
  • the layer thickness is set independently of the method between 0.5 nm and 6 nm, but in particular between 1 nm and 6 nm, in this case also between 2 nm and 5 nm, or in particular between 1 nm and 2 nm, for example for photovoltaic applications. This is suitable for this Sputtering method especially due to the high image fidelity of the nature of the coated surface and the low number of defects. By adjusting the appropriate layer thicknesses is also the
  • Sheet resistance set after annealing After annealing, the wafer coated therewith or
  • Solar cells a surface resistance between 30 ⁇ to 100 ⁇ , which was measured with the four-point probe resistance measurement method.
  • a second silicon-containing layer or a second silicon-containing layer system can be applied, wherein the substrate is arranged in a coating chamber of the vacuum treatment plant with respect to a silicon-containing target and this in an at least noble gas-containing and / or reactive gas-containing
  • Atmosphere is sputtered.
  • nitrogen and / or oxygen can be used here.
  • a silicon, a silicon nitride, a silicon oxide and / or a silicon oxynitride layer can be deposited.
  • Silicon, silicon nitride or silicon oxide can be sputtered off as the target material.
  • the layer thickness of the second layer system can be set in a range ranging from 10 to 20 nm.
  • the power for operating the targets in the sputtering process can be used for the different target materials, For example, for a target with 300mm diameter, in a range of 0.1 to 10 kW thereby preferably in a range of 2 to 4 kW, can be set, from which can be derived per area unit to be set performances for other target dimensions.
  • the targets are operated at a frequency between and including 2 to 30 MHz inclusive, preferably between 10 to 15 inclusive, more preferably 13.56 MHz. With such a method, it is possible to achieve a manufacturing accuracy of 1/10 nm layer thickness.
  • the adjustment of the layer thickness can be done over the sputtering time, the example. At sputtering powers of 2 to 4 kW, mentioned above
  • the present invention also includes a wafer having a wafer deposited on a first side of the wafer
  • a layer system comprising at least one boron-containing first layer deposited directly on the first surface and deposited according to the method described above and in the following examples.
  • the first layer may be a boron carbide (BC) layer, but preferably a boron nitride (BN) layer and / or a
  • Boroxyd (Bo x Ny) layer include.
  • Boroxyd (Bo x Ny) layer include.
  • the first layer system is a BN layer or consists of a BN layer with a BOxNy layer deposited thereon.
  • the layer transition in the first layer system, ie between BN and BO x N y layer can be formed stepwise or preferably gradiiert.
  • the layer system applied to the afer comprises a silicon-containing second layer, which is applied to an outer side of the first layer facing away from the wafer.
  • the second layer may be a silicon layer, but preferably a silicon oxide or a silicon nitride layer, including the use of mixed layers or of graded layers
  • the second layer may therefore also comprise a multilayer with at least one silicon layer or / and a silicon oxide layer and / or a silicon nitride layer, wherein the layer transitions may be formed with respect to their elemental composition into one another or stepwise.
  • the wafer can be designed as a solar cell, in particular as a bifacial solar cell.
  • the final tempering of the substrates takes place at temperatures encompassing the limit values from 850 ° to 1200 ° C., preferably at 950 ° C. to 1050 ° C.
  • temperatures encompassing the limit values from 850 ° to 1200 ° C., preferably at 950 ° C. to 1050 ° C.
  • wafers coated as described above and described in more detail below were treated at a temperature of 1025 ° C for 30 minutes in a nitrogen atmosphere. At corresponding higher temperatures can also be a little lower Coating time of up to about 20 minutes, but at least 15 minutes to be selected. If the process is to be controlled in a controlled manner and at the lowest possible induced thermal stress, annealing times of up to approximately one hour at a correspondingly lower temperature can also be provided.
  • the present invention also encompasses a vacuum treatment installation which is designed, for example, as a coating system with a plurality of process chambers and is suitable for coating an afferent according to the invention and producing a layer system according to the invention.
  • a vacuum treatment plant comprises at least one lock chamber for introducing and / or discharging one or more
  • the vacuum treatment plant downstream of the at least one first coating chamber, at least a second coating chamber with a silicon-containing second target, which in turn connected to a high-frequency power supply and a substrate holder
  • the target can be, for example, a silicon nitride (SiN) target, a silicon oxide (Si0 2 ) target in particular but preferably one Be silicon (Si) target.
  • the reactive gas can, for example.
  • the vacuum treatment system which is preferably designed as a multi-chamber coating system, can already have means in the lock chamber for pretreatment of the substrate, such as, for example, a heater
  • At least one pretreatment chamber with a corresponding heating device and / or etching device can be provided between the lock chamber and the first coating chamber.
  • heating device for example, known radiant heaters and / or heated substrate holder or bearing surfaces, such as a heated chuck come into question.
  • etching device can serve, for example, a radio frequency acted upon substrate holder.
  • a gas inlet may be provided for an etching gas.
  • At least one or two pretreatment chambers are arranged downstream of the lock chamber, followed by one or two first coating chambers, each having at least one boron-containing target, followed by one or two second ones
  • Coating chambers each having at least one silicon-containing target, followed by the lock chamber or a another lock chamber.
  • the chambers of the vacuum treatment plant are doing with respect to a way of the
  • Lock chamber arranged either linearly or circumferentially around an installation center. With circumferential arrangement and thus closed path from the lock chamber back to the lock chamber can be dispensed with a second lock chamber for discharging the substrates from the system, since the lock chamber can take both functions so input and output of the substrates.
  • a second lock chamber is mandatory.
  • the provision of a second lock chamber can also be advantageous in a closed, for example. Circular or polygonal, so polyhedral arrangement of the chambers of the vacuum treatment plant, if, for example, very short cycle times between the chambers to be achieved.
  • Sluice chamber during the entire cycle time for a possibly supported by a heating degassing and / or an etching process can be used.
  • the substrate or the wafer can also be additionally heated on the way between the chambers, in particular between the lock chamber and the pretreatment chamber, or between the pretreatment chambers and the first coating chamber, since the substrates are kept continuously under vacuum.
  • FIG. 1 A circumferential coating system for carrying out an inventive method
  • Fig.2 A linear inline coating system for
  • the vacuum treatment system I shown schematically in FIG. 1, designed as a coating system, consists of a lock chamber S and six process chambers 10 to 60.
  • One or more substrates, in particular wafers, can be thereby, as indicated by the two opposite arrows, by means of a before or at the plant I.
  • Positioned loading and unloading system for example. Removed from a past the lock chamber S transport line not shown, brought into the lock chamber and evacuated there, or vice versa ventilated in the lock chamber after completion of the process steps and turn on by means of the loading and unloading of the
  • Transport line are stored. This can also take place instead of with a lock chamber S with two lock chambers S ', S "each designed only for the entry or exit lock.
  • a lock chamber S with two lock chambers S ', S "each designed only for the entry or exit lock.
  • accelerated degassing carried out which is then, for example, by means of a carousel 7 along the transport path 7si, is transferred to the first process chamber 10, in which in a first or second heating step of the wafer on is treated.
  • the afer along the transport routes 712 to 76s on the individual process chambers back to the lock chamber S, preferably clocked transported further, then discharged and stored again on the transport line.
  • the system I can be formed with a central handling system 8, which takes over the substrates via the alternative transport path 8sz from the lock chamber S and transferred to the first chamber after a corresponding, in the case shown one seventh rotation via the transport path 8zi.
  • the handling system can be designed so that it also two or more substrates simultaneously from lock or process chambers along the alternative transport routes 8sz, 8zi Canal 8 ⁇ , remove 8zs and / or can return.
  • Chambers or process stations can be skipped more easily, but with respect.
  • Process chamber 10 and 20 may be designed as pretreatment chambers in which degassing of the substrates is carried out at, for example, higher temperatures generated by additional heating elements.
  • an etching step for example by an etching device arranged in each case in the chambers, can be carried out.
  • Process chambers 30 to 60 are designed as coating chambers each having one or more sputtering targets 5, 6, process chamber 30 and 40 in the present case having at least one boron-containing, eg boron nitride target 5 and process chambers 50 and 60 each having at least one silicon-containing, eg Silicon oxide target 6 are equipped for sputter coating the substrates.
  • coating systems are suitable for special ⁇ DERS short cycle and cycle times.
  • a treatment time between 1 to 3 seconds in the process chambers 10 to 60 and an intermediate transfer time of about one second, for transferring the respective substrates from one chamber (lock chamber or process chamber) to the next chamber, for example, throughputs of 900, 1200 bis 1800 wafers per hour can be achieved.
  • the process chambers which are each carried out twice for pretreatment steps and coating steps, it is also possible, for example, to coat thermally sensitive substrates with a correspondingly high throughput.
  • FIG. 2 also shows a gas supply comprising an inert gas source 11, two reactive gas sources 12 and at least one gas supply line 13 with metering devices 14, and high-frequency supplies 15 for feeding the sputtering targets 5, 6 and high-frequency supply 15 'for supplying an etching device 17, for example one RF substrate applied to the substrate holder in the pre-treatment chamber 20 shown.
  • the optional gas supply 13 z the pretreatment chambers 10, 20, and lock chamber S 'is shown by dashed lines.
  • Control unit 18 and substrate holders 16, 16 ' provided for controlling the individual system components (for example, corresponding to reference numerals 5-8 and 11-16), are also to be provided for the operation of a coating system I as shown in FIG but not shown there for reasons of clarity.
  • a commercially available coating system from Evatec named Solaris S151 which is constructed analogously to the vacuum treatment plant I depicted in FIG. 1, was used.
  • a respective BN target with a diameter of 300 mm and a thickness of 6 mm was installed in the coating chambers 30 and 40, and in each case a corresponding target of silicon, silicon oxide or SiN in the coating chambers 50 and 60. Also corresponding experiments with
  • a Si target or a SiN target in chamber 50 and a Si target or a SiO 2 target in chamber 60 were performed.
  • the sputtering time was determined on the one hand via in-situ measurement of the layer thickness, on the other hand adjusted according to the once determined rates.
  • Ar process and purge flow i.e., argon flow in stand-by mode each 40 sccm;
  • the sputtering rates obtained for SiN were 3.2 nm / s.
  • n-pre-doped (n-type) silicon wafers were used as the substrates, and 10 ⁇ of material were first removed from their surface. Both surfaces were connected on both sides polished and cleaned with a so-called RCA process (2-step aqueous cleaning method of the Radio Corporation of America). Immediately prior to coating, the substrates were etched with 1% hydrofluoric acid, rinsed with DI water, and blown dry with nitrogen.
  • FIG. 3 shows a surface according to the invention of a wafer W with layer system A deposited thereon, with a first boron-containing layer 1 and a second silicon-containing layer 2 shown.
  • the first layer 1 may be formed as a boron nitride (BN) or a Boroxynitrid (BON) layer, or comprise corresponding mixed or gradient layers.
  • BN boron nitride
  • BON Boroxynitrid
  • Process gas are deposited a corresponding layer with a higher oxygen content, which already some protection against a layer degradation by
  • Siliciumnitridtarget material sputtered and deposited on the first layer can also be carried out in two or merhlagig.
  • the deposition can be in
  • the provision of the second layer is particularly advantageous if the surface of the layer or of the layer system is after the coating process for a long time the Atmosphere is exposed, for example, if a lapse of time between Beschich- process and tempering process, since very thin boron-containing, eg. Boron nitride have been found to be very sensitive to atmospheric influences and often are no longer detectable, for example, after a few days storage under air.
  • the silicon-containing layer acts in this context as a protective layer, for example.
  • SiO 2 layers particularly good protection properties as
  • Covering layer (capping layer) shown.
  • the second surface of the wafer can be analogous to the following example
  • FIG. 4 shows an afer W which has a pre-coating applied to the second surface with a phosphorus-containing third layer 3 for later production of the n + region of the diffusion zone D2.
  • a mixed layer M is provided in the boron-containing layer system A 'between the first and second layer, which has a different composition in the direction perpendicular to the surface of the wafer or the layer system, for example, the nitrogen or oxygen concentrations and / or the boron and silicon content having.
  • Such a mixed layer M can be produced, for example, in chamber 40 or 50 if, for example, the corresponding reactive gas flows are changed or / and simultaneously co-sputtered by a boron and a silicon-containing target.
  • a target containing both boron and silicon for example a boron silicon target.
  • the transition between the boron-containing first layer and the silicon-containing second layer can be graded or gradual.
  • the silicon-containing layer can be deposited thicker than the very thin boron-containing layer. If the layer thickness of the boron-containing layer is set between 1 and 6 nm, the silicon-containing layer can be adjusted between 10 and 20 nm, with the optional
  • first and second layer systems 1, 2 as well as a possibly additional mixed layer M in addition to the sputtering method can also be produced by paCVD methods.
  • the wafer in one of the coating chambers, for example, on an RF chuck with an RF voltage can be applied, while at the same time process gas is admitted into the chamber. Due to the partially toxic and / or explosive properties of suitable process gases such as boranes or silanes are here, however
  • the pre-coating of the second surface of the wafer with the third phosphorus-containing layer 3 can analogously by means of paCVD coating, for example.
  • too used phosphorus-containing gases critically regarding
  • Toxicity and / or flammability can also be used in a known manner outside the coating system I, II, for example, by spin coating pre-coated wafer.
  • a corresponding secondary coating is also possible in which non-vacuum-suitable spin-coating layers can then also be used.
  • FIG. 5 shows a wafer which according to FIG. 3 or FIG. 4 has been coated or precoated after an annealing step for producing the diffusion zones D1 and D2.
  • the first and second layer was converted by diffusion i the near-surface region of the wafer into a boron-doped first p + diffusion zone Dl.
  • the boron forms a sufficient diffusion profile independently of the additional silicon layer and any mixed layer present, without leaving any further residues on the first surface of the wafer. This in contrast to known conventional spin coatings, in which often an additional processing of the surface, for example, by a polishing step is necessary.
  • the phosphorus-containing second n.sup. + Diffusion zone D2 is also produced in the near-surface region of the second surface.
  • the annealing step of an annealing furnace or an annealing chamber for example, between the last coating chamber 60 and lock slat S, S ", of the vacuum treatment plant I, II can these are advantageously stacked alternately with the first surface top or bottom, so that in each case only identically coated surfaces touch, whereby an undesirable diffusion of phosphorus in the Dl region, and the boron in the D2 region
  • p-dopant-containing for example boron-containing
  • substratelementhaltig eg.
  • n-dopant-containing for example phosphorus-containing 5, 6 target, in particular:

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit zumindest einer, zumindest in einem Teilbereich bordotierten Oberfläche mit folgenden Schritten: - Bereitstellen eines Substrats, das in einem vorbereitenden Schritt in eine Vakuumbehandlungsanlage eingebracht und dort, mittels eines PVD- oder eines paCVD-Verfahrens mit einer borhaltigen ersten Schicht behandelt wurde; - Tempern des Substrats zum Diffundieren des Bors in die Oberfläche.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Substrates mit einer bordotierten Oberfläche
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung eines Substrates mit einer bordotierten
Oberfläche entsprechend Anspruch 1, einen Wafer nach
Anspruch 8 und 22, ein Sputterverfahren nach Anspruch 10 zur Abscheidung einer borhaltigen Schicht auf einem
Substrat, sowie eine Vakuumbehandlungsanlage nach Anspruch 29 zur Durchführung des Sputterverfahrens .
Technischer Hintergrund
Siliziumsubstrate können für eine Vielzahl von Anwendungen, beispielsweise als Siliziumsubstrate in Form eines Wafers oder für eine dünnschicht Solarzelle oder für andere elektronische Bauelemente hergestellt werden. In einem Teiloder im gesamten Bereich zumindest einer Oberfläche des Siliziumsubstrats werden dazu Bereiche oder Teilbereiche erzeugt, die sich hinsichtlich der darin eingebrachten Dotanden-Elemente und/oder Dotandenkonzentrationen von Nachbarbereichen oder von der Oberfläche weiter entfernten Bereichen unterscheiden. Hierbei können Dotanden wie z.B. Phosphor verwendet werden, die negative Ladungen, d.h.
Elektronen, freisetzen (n-Typ-Dotanden) . Alternativ können Dotanden wie z.B. Bor eingebracht werden, die positive Ladungen, d.h. Löcher, freisetzen (p-Typ-Dotanden) . Durch die damit verbundene Ausbildung eines elektrischen
Potentials können je nach Anordnung unterschiedliche gewünschte Funktionen im Substrat ausgebildet werden. Beispielsweise umfassen Solarzellen im allgemeinen ein Siliziumsubstrat, das vordotiert sein kann (beispielsweise leicht p-dotiert) , mit einem auf der Oberfläche der
Vorderseite eingebrachten n-dotierten n+-Bereich. Auf der Rückseite kann dabei ein zusätzlich p-dotierter p+-Bereich vorgesehen sein.
Die Herstellung dotierter Bereiche kann beispielsweise durch Aufbringen einer phosphorpentoxidhaltigen Siliziumdioxid-Lösungen, mittels Rotationsbeschichtung (Spin- coating oder Spin-Verfahren) erfolgen, bei dem eine entsprechende Lösung zentral auf eine Oberfläche des Wafers aufgebracht und anschliessend durch Rotation verteilt wird. Im Folgenden wird das Substrat bei einer erhöhten Drehzahl und/oder thermisch getrocknet. Das Prozedere wird für die gegenüberliegende Seite mit einer komplementären, bspw. boroxidhaltigen Siliziumdioxid-Lösung wiederholt und anschliessend der beidseitig beschichtete Wafer beispielsweise bei 1010° getempert um die Diffusionsbereiche auf beiden Seiten des Wafers auszubilden. In WO 2011/061693 A2 sowie in WO 2011/ 061694 A2 wird u.a. die Herstellung einer Solarzelle mit einem wie oben beschriebenen Verfahren im Detail beschrieben. Dabei ist darauf zu achten, dass die entsprechenden Lösungen jeweils nicht Teilbereiche der gegenüberliegenden Oberfläche verunreinigen.
Entsprechende Spin-verfahren benötigen eine Vielzahl von Prozesschritten und sind bezüglich der Wahl und Einhaltung der Parameter wie Konzentrationsverhältnisse in den Lösungen, Drehgeschwindigkeit und dadurch erzeugte Schichtdicke, etc. kritisch. Offenbarung und Ausführungsformen
Ein Ziel des vorliegend Verfahren ist es somit ein
gegenüber dem Stand der Technik besser reproduzierbares Verfahren zur Herstellung einer bordotierten Oberfläche eines flächigen, also im Wesentlichen zweidimensionalen Halbleitersubstrats zur Verfügung zu stellen. Des Weiteren soll damit die Anzahl der Verfahrensschritte reduziert und weitest möglich auf den Einsatz kritischer Chemikalien, insbesondere unter atmosphärischen Bedingungen, verzichtet werden .
Ein solches Verfahren zur Herstellung einer, zumindest in einem Teilbereich bordotierten Oberfläche umfasst folgende Schritte :
- Bereitstellen eines Substrats, dass in einem vorbereitenden Schritt in eine Vakuumbehandlungsanlage eingebracht und dort, mittels eines PVD- oder eines paCVD-Verfahrens mit einer bohrhaltigen ersten Schicht behandelt wurde, sowie
- Tempern des Substrats zum Diffundieren des Bors in die Oberfläche .
Das Bereitstellen des Substrats kann dabei folgende
Schritte umfassen:
- Einbringen des Substrats in eine Vakuumbehandlungsanlage und Abpumpen der Vakuumbehandlungsanlage,
- Anordnen des Substrats in einer Beschichtungskammer der Vakuumbehandlungsanlage und Beschichten des
Substrats mittels eines PVD- oder eines paCVD- Verfahrens mit einer borhaltigen ersten Schicht in einer Beschichtungskammer der Vakuumbehandlungsanlage. Das Tempern kann in einer Temperkammer der Vakuumbehandlungsanlage oder in einem Temperofen ausserhalb der Vakuumbehandlungsanlage vorgenommen werden.
Zwischen dem Beschichten und Tempern kann zusätzlich in einer Beschichtungskammer der Vakuumbehandlungsanlage eine siliziumhaltige zweite Schicht mittels eines PVD- oder eines paCVD-Verfahrens auf der bohrhaltigen ersten Schicht aufgebracht werden.
Das Substrat kann dabei ein afer insbesondere ein
Siliziumwafer sein, der auf einer ersten Oberfläche
beschichtet wird, wobei eine zweite, der ersten Oberfläche gegenüberliegende Oberfläche während des Aufbringens der ersten oder/und der zweiten Schicht, gegen eine Beschich- tung geschützt ist. Ein solcher Schutz kann in bekannter Weise durch eine Halterung einer Vakuumanlage oder bspw. durch das auffliegen der nicht zu beschichtenden Fläche des Substrats, bspw. auf einen Chuck einer Beschichtungsanlage gewährleistet sein.
Der Wafer kann dabei grundsätzlich auf der zweiten
Oberfläche mit einer phosphorhaltigen dritten Schicht vorbeschichtet sein oder alternativ, vor dem Tempern nachbeschichtet werden. Grundsätzlich ist die vorhergehende Beschichtung zu bevorzugen, da in diesem Fall die Wafer bspw. auch direkt in der Vakuumbehandlungsanlage getempert werden können. Als Verfahren zum Aufbringen der ersten oder/und der zweiten Schichte kann ein PVD-Verfahren, dabei bevorzugt ein Sputterverfahren, insbesondere ein Magnetronsputterver- fahren angewendet werden.
Die Erfindung umfasst auch einen Wafer bzw. eine Solarzelle mit einer bordotierten Oberfläche die nach einem wie oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurde. Insbesondere können damit auch sogenante Bifacial-Solarzelle hergestellt werden, die Licht sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite aufnehmen bzw. zur Stromerzeugung nutzen.
Zur Herstellung der ersten bohrhaltigen Schicht oder eines bohrhaltigen Schichtsystems auf einem flächigen Halbleitersubstrat eignet sich besonders ein Sputterverfahren bei dem das Substrat in einer Beschichtungskammer einer Vakuumbbe- handlungsanlage gegenüber einem borhaltigen Target angeordnet wird, wobei das Target eine kovalente Borverbindung umfasst und diese durch das Anlegen einer hochfrequenten Spannung in einer zumindest edelgashaltigen und/oder stickstoffhaltigen Atmosphäre abgesputtert wird. Unter kovalent wird hierbei eine Verbindung des Bors mit einem anderen Element angesehen, bei der der Unterschied in der Elektronegativität nach Pauling zwischen Bor und dem zweiten die Verbindung konstituierenden Element ^ 1-1, insbesondere 1 ist. Das Target besteht dabei vorteilhafterweise zumindest zu 99.0%, insbesondere zu 99,9% aus der zu sputternden Borverbindung, bspw. aus Bornitrid (BN) . Mit einem solchen Sputterverfahren kann eine Bornitridschicht abgeschieden werden wobei zur Einstellung des B/N- Verhältnisses ein stickstoffhaltiges Gas dabei insbesondere Stickstoff verwendet werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann dabei eine BOxNy-Schicht durch Sputtern des bor- haltigen Targets in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre abgeschieden werden. Bevorzugt enthält die Sputteratmos- phäre zur Abscheidung der BOxNy-Schicht zumindest Sauerstoff und ein Edelgas. So kann mit dem Sputterverfahren zur Herstellung eines bohrhaltigen Schichtsystems zunächst eine BN-Schicht durch Sputtern des bohrhaltigen Targets in einer zumindest edelgas- und/oder stickstoffhaltigen Atmosphäre und anschliessend eine BOxNy-Schicht durch Sputtern des borhaltigen Targets in einer sauerstoffhaltigen, bzw.
zusätzlich Stickstoffstoffhaltigen Atmosphäre abgeschieden werden, wobei im letzten Schritt bevorzugt zusätzlich zu Sauerstoff ein Edelgas verwendet wird. Als Edelgase eigenen sich dabei Helium, Neon, Krypton, insbesondere aber Argon. Ein Zudosieren von Stickstoff, bspw. als N2-Gas oder Nx0y- Gas (z.B. N2O, NO oder NO2) kann auch in diesem
Prozesschritt zur Regelung, beispielsweise eines gradierten N/O-Verhältnisses, angewandt werden. Das Target kann dabei Bornitrid umfassen, insbesondere aber aus Bornitrid bestehen. Eine alternative Verbindung mit geringem
Unterschied bezüglich der Elektronegativität ist Borcarbid (BC) . Die Schichtdicke wird unabhängig vom Verfahren zwischen 0.5 nm und 6 nm, insbesondere aber zwischen 1 nm und 6 nm eingestellt, dabei auch zwischen 2 nm und 5 nm, bzw. insbesondere zwischen 1 nm und 2 nm, bspw. für photovoltaische Anwendungen. Dazu eignet sich das Sputterverfahren auf Grund der hohen Abbildungstreue der Beschaffenheit der beschichteten Oberfläche und der geringen Fehlstellenzahl besonders. Durch das Einstellen der entsprechenden Schichtdicken wird auch der
Flächenwiderstand nach dem Tempern eingestellt. So wird nach dem Tempern der damit beschichteten Wafer bzw.
Solarzellen ein Flächenwiderstand zwischen 30 Ω bis 100 Ω eingestellt, der mit der 4-Spitzenmessmethode (four point probe resistance measurement) gemessen wurde.
Zusätzlich zu der borhaltigen Schicht, bzw. dem ersten bor- haltigen Schichtsystem kann eine zweite siliziumhaltige Schicht, bzw. ein zweites siliziumhaltiges Schichtsystem aufgebracht werden, wobei das Substrat in einer Beschich- tungskammer der Vakuumbehandlungsanlage gegenüber einem siliziumhaltigen Target angeordnet und dieses in einer zumindest edelgashaltigen und/oder reaktivgashaltigen
Atmosphäre abgesputtert wird. Neben den oben genannten Reaktivgasen kann hier insbesondere Stickstoff und/oder Sauerstoff verwendet werden. Dabei kann eine Silizium-, eine Siliziumnitrid-, eine Siliziumoxyd- und/oder eine Siliziumoxynitridschicht abgeschieden werden. Bevorzugt wird eine Siliziumnitridschicht, insbesondere eine
Siliziumoxydschicht abgeschieden. Als Targetmaterial kann Silizium, Siliziumnitirid oder Siliziumoxyd abgesputtert werden. Die Schichtdicke des zweiten SchichtSystems kann in einem 10 bis 20 nm umfassenden Bereich eingestellt werden.
Die Leistung zum Betreiben der Targets im Sputterverfahren kann dabei für die unterschiedlichen Targetmaterialien, beispielsweise für ein Target mit 300mm Durchmesser, in einem Bereich von 0.1 bis 10 kW dabei bevorzugt in einem Bereich von 2 bis 4 kW, eingestellt werden, woraus sich auch die pro Flächeneinheit einzustellenden Leistungen für andere Targetdimensionen ableiten lassen. Die Targets werden dabei bei einer Frequenz zwischen einschliesslich 2 bis einschliesslich 30 MHz, dabei bevorzugt zwischen einschliesslich 10 bis einschliesslich 15, besonders bevorzugt 13,56 MHz betrieben. Mit einem solchen Verfahren ist es möglich eine Herstellungsgenauigkeit von 1/10 nm Schichtdicke zu erreichen. Die Einstellung der Schichtdicke kann dabei über die Sputterzeit erfolgen, die bspw. bei Sputterleistungen von 2 bis 4 kW, bei oben genannter
Geometrie eines planaren kreisförmigen Targets,
insbesondere eines Magnetrontargets von 0.5 bis 4s
eingestellt wird.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch einen Wafer mit einem auf einer ersten Seite des Wafers aufgebrachten
SchichtSystem, dass zumindest eine borhaltige erste Schicht umfasst, die direkt auf der ersten Oberfläche abgelegt ist und entsprechend dem oben und in folgenden Beispielen beschriebenen Verfahren abgeschieden wurde. Die erste Schicht kann dabei eine Borcarbid (BC) -Schicht , bevorzugt aber eine Bornitrid ( BN ) -Schicht oder/und eine
Boroxyd (BoxNy ) -Schicht umfassen. In einer bevorzugten
Ausführungsform ist das erste Schichtsystem eine BN-Schicht bzw. besteht aus einer BN-Schicht mit einer darauf abgeschiedenen BOxNy-Schicht . Der Schichtübergang im ersten Schichtsystem, d.h. zwischen BN- und BOxNy-Schicht kann dabei stufenartig oder bevorzugt gradiiert ausgebildet sein .
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das auf dem afer aufgebrachte Schichtsystem eine siliziumhal- tige zweite Schicht, die auf einer dem Wafer abgewandten Aussenseite der ersten Schicht aufgebracht ist. Die zweite Schicht kann eine Siliziumschicht, bevorzugt aber eine Siliziumoxyd- oder eine Siliziumnitridschicht sein, auch die Verwendung von Mischschichten bzw. von gradierten
Schichten die bspw. von einem an die borhaltige erste
Schicht angrenzenden nitridischen Bereich zu einem an der Oberfläche ausgebildeten oxydischen Bereich mit einer dazwischen ausgebildeten oxydnitridischen Siliziumschicht ausgebildet ist. Die zweite Schicht kann daher auch eine Mehrlagenschicht mit zumindest einer Siliziumschicht oder/ und einer Siliziumoxydschicht oder/und einer Siliziumnitridschicht umfassen, wobei die Schichtübergänge bezüglich ihrer elementaren Zusammensetzung ineinander übergehend oder stufenartig ausgebildet sein können. Der Wafer kann dabei als eine Solarzelle, insbesondere als eine bifaciale Solarzelle ausgebildet sein.
Das abschliessende Tempern der Substrate, beispielsweise der Siliziumwafer, erfolgt dabei bei, die Grenzwerte umfassenden Temperaturen von 850° bis 1200°C, bevorzugt bei 950° Ttemper ^ 1050°C. So wurden beispielsweise wie oben beschichtete und diesbezüglich unten noch näher beschriebenen Wafer bei einer Temperatur von 1025°C für 30 Minuten in einer Stickstoffatmosphäre behandelt. Bei entsprechenden höheren Temperaturen kann auch eine etwas geringere Beschichtungsdauer von bis ca. 20 Minuten, zumindest aber 15 Minuten gewählt werden. Soll der Vorgang besonders kontrolliert und bei möglichst geringer induzierter thermischen Spannung erfolgen, können auch Temperzeiten bis zu ca. einer Stunde bei einer entsprechend niedrigeren Temperatur vorgesehen werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch eine Vakuumbehandlungsanlage, die beispielsweise als Beschichtungssystem mit mehreren Prozesskammern ausgebildet und zum Beschichten eines erfindungsgemässen afers und Herstellung eines er- findungsgemässen Schichtsystems geeignet ist. Eine solche Vakuumbehandlungsanlage umfasst zumindest eine Schleusenkammer zum Einführen und/oder Ausbringen eines oder
mehrerer Substrate in die Vakuumbehandlungsanlage sowie zumindest eine erste Beschichtungskammer die zumindest eine kovalente Borverbindung wie beispielsweise Borcarbid (BC) oder bevorzugt Bornitrid (BN) enthaltendes, insbesondere daraus bestehendes erstes Target umfasst. Das Target ist dabei mit einer Hochfrequenzspannungsversorgung verbunden und einem Substrathalter gegenüberliegend angeordnet. Dabei kann die Vakuumbehandlungsanlage stromabwärts der zumindest einen ersten Beschichtungskammer zumindest eine zweite Beschichtungskammer mit einem siliziumhaltigen zweiten Target, welches wiederum mit einer Hochfrequenzspannungsversorgung verbunden und einem Substrathalter
gegenüberliegend angeordnet ist, umfassen. Das Target kann dabei beispielsweise ein Siliziumnitrid (SiN) -Target , ein Siliziumoxyd (Si02) -Target insbesondere aber bevorzugt ein Silizium ( Si ) -Target sein. An die Beschichtungskammern ist jeweils eine Gasversorgung für für Inertgas und/oder
Reaktivgas angeschlossen. Das Reaktivgas kann bspw.
Stickstoff oder Sauerstoff sein. Die bevorzugt als Mehrkammer Beschichtungssystem ausgebildete Vakuumbehandlungsanlage kann dabei bereits in der Schleusenkammer Mittel zur Vorbehandlung des Substrats, wie bspw. eine Heizung
und/oder eine Ätzvorrichtung umfassen. Zusätzlich kann zwischen Schleusenkammer und der ersten Beschichtungskammer zumindest eine Vorbehandlungskammer mit einer entsprechenden Heizvorrichtung und/oder Ätzvorrichtung vorgesehen sein. Als Heizvorrichtung kommen bspw. bekannte Heizstrahler und/oder beheizte Substrathalter bzw. Auflageflächen, beispielsweise ein beheizter Chuck in Frage. Als Ätzvorrichtung kann bspw. eine mit Radiofrequenz beaufschlagte Substrathalterung dienen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Gaseinlas für ein Ätzgas vorgesehen sein. So können um besonders kurze Taktzeiten zu erzielen bspw. in der Schleusenkammer und einer ersten Vorbehandlungskammer das oder die Substrate beheizt und somit entgast und in einer folgenden zweiten Vorbehandlungskammer das oder die Substrate geätzt werden.
In einer Ausführung der Vakuumbehandlungsanlage wird stromabwärts der Schleusenkammer zumindest eine oder zwei Vorbehandlungskammern angeordnet, gefolgt von ein oder zwei ersten Beschichtungskammern mit jeweils zumindest einem borhaltigen Target, gefolgt von ein oder zwei zweiten
Beschichtungskammern mit jeweils zumindest einem silizium- haltigen Target, gefolgt von der Schleusenkammer oder einer weiteren Schleusenkammer. Die Kammern der Vakuumbehandlungsanlage sind dabei bezüglich eines Weges von der
Schleusenkammer entweder linear oder um ein Anlagenzentrum umlaufend angeordnet. Bei umlaufender Anordnung und somit geschlossenem Weg von der Schleusenkammer zur Schleusenkammer zurück kann auf eine zweite Schleusenkammer zum Ausschleusen der Substrate aus der Anlage verzichtet werden, da die Schleusenkammer beide Funktionen also Ein- und Ausschleusen der Substrate übernehmen kann. Bei linearer Anordnung ist das Vorsehen einer zweiten Schleusenkammer zwingend. Das Vorsehen einer zweiten Schleusenkammer kann aber auch bei einer geschlossenen, bspw. kreisförmigen oder vieleckigen, also polyedrischen Anordnung der Kammern der Vakuumbehandlungsanlage vorteilhaft sein, wenn bspw. sehr kurze Taktzeiten zwischen den Kammern erreicht werden sollen. Damit kann bspw. auch die eingangsseitige
Schleusenkammer während der gesamten Taktzeit für einen eventuell durch eine Heizung unterstützten Entgasungsoder/und einen Ätzprozess genutzt werden. Zusätzlich kann das Substrat, bzw. der Wafer auch auf dem Weg zwischen den Kammern insbesondere zwischen Schleusenkammer und Vorbehandlungskammer, bzw. zwischen den Vorbehandlungskammern und der ersten Beschichtungskammer zusätzlich beheizt werden, da die Substrate durchgehend unter Vakuum gehalten sind .
Figur enbe s ehr e ibung
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von Figuren beispielhaft beschrieben. Figuren 1 bis 5 zeigen: Fig.1 Ein umlaufend ausgeführtes Beschichtungssystem zur Durchführung eines erfindungsgemässen
Verfahrens
Fig.2 Ein lineares Inlinebeschichtungssystem zur
Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens
Fig.3 ne afer Oberfläche mit zweilagiger Schicht
Fig.4 Einen beidseitig beschichteten Wafer
Fig.5 Einen Wafer nach dem Tempern
Die in Figur 1 schematisch gezeigte, als Beschichtungssystem ausgebildete Vakuumbehandlungsanlage I besteht aus einer Schleusenkammer S sowie sechs Prozesskammern 10 bis 60. Ein oder mehrere Substrate, insbesondere Wafer können dabei, wie durch die zwei entgegengesetzten Pfeile angedeutet, mittels einem vor oder an der Anlage I positionierten Be- und Entladesystem, bspw. von einer an der Schleussenkammer S vorbeilaufenden hier nicht dargestellten Transportlinie abgenommen, in die Schleusenkammer gebracht und dort evakuiert werden, bzw. umgekehrt in der Schleusenkammer nach Abschluss der Prozessschritte belüftet und mittels des Be- und Entladesystems wiederum auf der
Transportlinie abgelegt werden. Dies kann auch statt mit einer Schleusenkammer S mit zwei jeweils nur für das ein- bzw. ausschleusen ausgebildeten Schleusenkammern S' , S' ' geschehen. In der Schleusenkammer kann neben dem Abpumpen bei Bedarf auch ein erstes Erwärmen des Wafers zur
beschleunigten Entgasung erfolgen, der anschliessend, bspw. mittels eines Karussells 7 entlang des Transportwegs 7si, in die erste Prozesskammer 10 übergeführt wird, in der in einem ersten oder zweiten Heizschritt der Wafer weiter behandelt wird. Analog wird der afer entlang der Transportwege 712 bis 76s über die einzelnen Prozesskammern zurück an die Schleusenkammer S, bevorzugt getaktet weiter transportiert, anschliessend ausgeschleust und wieder auf der Transportlinie abgelegt.
Alternativ kann die Anlage I mit einem zentralen Handling- System 8 ausgebildet sein, welches die Substrate über den alternativen Transportweg 8sz aus der Schleusenkammer S übernimmt und nach einer entsprechenden, im gezeigten Fall einer siebtel Drehung über den Transportweg 8zi in die erste Kammer übergeben werden. Das Handlingsystem kann dabei so ausgebildet sein, dass es auch zwei oder mehrere Substrate gleichzeitig aus Schleusen- bzw. Prozesskammern entlang der alternativen Transportwege 8sz, 8zi». 8εζ, 8zs entnehmen und/ oder zurückgeben kann. Eine solche
alternative Anordnung hat den Vorteil, dass einzelne
Kammern bzw. Prozessstationen einfacher übersprungen werden können, ist jedoch bzgl. Der Mechanik und Steuerung
aufwendiger, insbesondere wenn bspw. alle Prozesskammern und Schleusenkammern gleichzeitig be- oder entladen werden sollen. In beiden Varianten werden die Substrate ab dem Einschleusen bis zum Ausschleusen immer unter Vakuum gehalten. Vorteilhafterweise können sowohl Schleusenkammer S als auch einzelne Prozesskammern 10-60 und Karussell 7 oder Handling-System 8, bzw. die entsprechenden das
Karussell oder Handlingsystem enthaltenden hier nicht näher dargestellten Kammern separat abgepumpt werden. Prozesskammer 10 und 20 können als Vorbehandlungskammern ausgeführt sein, in denen eine Entgasung der Substrate bei, bspw. durch zusätzliche Heizelemente erzeugte, höheren Temperaturen durchgeführt wird. Zusätzlich kann in beiden oder nur einer Kammer ein Ätzschritt, bspw. durch eine jeweils in den Kammern angeordnete Ätzvorrichtung, ausgeführt werden. Prozesskammern 30 bis 60 sind als Beschichtungs- kammern mit jeweils einem oder mehreren Sputtertargets 5, 6 ausgeführt sein, wobei Prozesskammer 30 und 40 im vorliegend Fall zumindest mit einem borhaltigen, bspw. Bornitridtarget 5 und Prozesskammern 50 und 60 jeweils mit zumindest einem siliziumhaltigen, bspw. Siliziumoxydtarget 6 zum Sputterbeschichten der Substrate ausgerüstet sind. Derart konfigurierte Beschichtungssysteme sind für beson¬ ders kurze Zyklus- bzw. Taktzeiten geeignet. So können mit einer Behandlungszeit zwischen 1 bis 3 Sekunden in den Prozesskammern 10 bis 60 und einer dazwischenliegenden Transferzeit von ca. einer Sekunde, zum Überführen der jeweiligen Substrate von einer Kammer (Schleusenkammer oder Prozesskammer) zur nächsten Kammer, beispielsweise Durchsätze von 900, 1200 bis 1800 Wafer pro Stunde erreicht werden. Durch die hier für Vorbehandlungsungsschritte und Beschichtungsschritte jeweils doppelt ausgeführten Prozesskammern, können auch bspw. thermisch empfindliche Substrate mit entsprechend grossem Durchsatz beschichtet werden.
Alternativ können, wie dem Fachmann ohne weiteres ersichtlich, auch Anlagen mit mehr, bspw. 8, 9 etc., oder weniger, bspw. nur 3 Prozesskammern, konfiguriert sein, um die einzelnen Prozessschritte, bei gleichbleibendem Durchsatz mit einer noch geringeren oder grösseren pro Prozessschritt eingebrachten Leistung (Heiz-, Ätz-, Sputterleistung) durchzuführen .
Eine alternative, bezüglich der funktionellen Abfolge der einzelnen Prozesskammern aber analoge Anordnung für ein lineares Beschichtungssystem II zeigt Figur 2. Ein solches lineares Beschichtungssystem II kann direkt in eine Fertigungsstrasse eingebaut werden, wobei die Wafer in der Schleusenkammer S' eingeschleust anschliessend die Prozess kammern 10 bis 60 entsprechend getaktet durchlaufen und anschliessend in der Schleusenkammer S' ' wieder ausgeschleust werden. Auch hier können analog zu oben Erwähntem je nach Bedarf zusätzliche Kammern hinzugefügt oder Kammer weggelassen werden. Wenn auch prinzipiell alle Beschich- tungsschritte in einer Prozesskammer durchgeführt werden können, ist es jedoch aus Gründen der Prozessökonomie vorteilhaft wenn ein Minimalsystem mit mindestens einer Schleusenkammer und zwei Beschichtungskammern, jeweils mit einem Bornitrid bzw. einem Siliziumtarget ausgestattet, vorgesehen werden. Dies dann, wenn ein Entgasen und evtl. Ätzen der Substrate in ausreichend kurzer Zeit bereits in der Schleusenkammer möglich ist. Anderenfalls sollte zumin dest eine Vorbehandlungskammer vorgesehen werden.
Zusätzlich sind in Figur 2 noch eine Gasversorgung umfassend eine Inertgasquelle 11, zwei Reaktivgasquellen 12 und zumindest eine Gaszuleitung 13 mit Dosiervorrichtungen 14, sowie Hochfrequenzversorgungen 15 für die Speisung der Sputtertargets 5, 6 und Hochfrequenzversorgung 15' für die Speisung einer Ätzvorrichtung 17, bspw. einer mit HF-Spannung beaufschlagten Substrathalterung in der Vorbehandlungskammer 20, gezeigt. Die fakultative Gaszuleitung 13 z den Vorbehandlungskammern 10, 20, bzw. Schleusenkammer S' ist dabei strichliert dargestellt. Entsprechende
Vorrichtungen, ebenso wie die zur Steuerung der einzelnen Anlagenkomponenten (bspw. entsprechend den Bezugszeichen 5- 8 und 11-16) vorgesehene Steuereinheit 18 und Substrathalterungen 16, 16' sind auch für den Betrieb eines, wie in Figur 1 dargestellten Beschichtungssystems I vorzusehen, werden dort aber aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt .
Zum Herstellen der in Figur 3 abgebildeten Schicht wurde ein handelsübliches Beschichtungssystem der Firma Evatec mit der Bezeichnung Solaris S151, dass analog der in Figur 1 abgebildeten Vakuumbehandlungsanlage I, aufgebaut ist verwendet. Dazu wurde in den Beschichtungskammern 30 und 40 jeweils ein BN-Target mit einem Durchmesser von 300 mm und 6 mm Dicke, in den Beschichtungskammern 50 und 60 jeweils ein entsprechendes Target aus Silizium, Siliziumoxid bzw. SiN eingebaut. Auch entsprechende Versuche mit
unterschiedlichen Targets in Kammern 50 und 60,
beispielsweise einem Si-Target oder einem SiN-Target in Kammer 50 und einem Si-Target oder einem Si02-Target in Kammer 60 wurden durchgeführt.
Dabei wurden zu Abscheidung der borhaltigen Schichten folgende Parameter eingestellt:
Leistung der 13,56 MHz RF-Versorgung für die Sputterquelle bei 4kW;
Ar-Prozess- und Spülfluss (d.h. Fluss Argon im Stand-By- Betrieb) jeweils 68 sccm; Sauerstofffluss für BOxNy-Schichten : 5-20 sccm (=10-40%)
Die dabei erzielten Sputterraten waren für
BN: 0,56-0,63 nm/s und für BOxNy: 1,28 nm/s.
Die Sputterzeit wurde einerseits über In-Situ Messung der Schichtdicke bestimmt, andererseits entsprechend der einmal bestimmten Raten eingestellt.
Die Parameter für die Abscheidung eine siliziumhaltigen Schicht von einem Siliziumtarget waren dabei wie folgt:
Leistung der DC-Puls-Versorgung (100 kHz, 1.6 us Tastrate) für die Sputterquelle bei 6.5 kW;
Ar-Prozess- und Spülfluss (d.h. Fluss Argon im Stand-By- Betrieb) jeweils 40 sccm;
Stickstofffluss für SiN-Schichten : 45 sccm (45%)
Die dabei erzielten Sputterraten waren für SiN: 3,2 nm/s.
Als Substrate wurden 5'' (Zoll/Inch) n-vordotierte (n-type) Siliziumwafer verwendet von deren Oberfläche zunächst je 10 μπι Material abgetragen. Beide Oberflächen wurden an- schliessen beidseitig poliert und mit einem sogenannten RCA-Prozess (2-stufiges wässriges Reinigungsverfahren der Radio Corporation of America) gereinigt. Unmittelbar vor der Beschichtung wurden die Substrate mit 1%-iger Flussäure geätzt mit Di-Wasser gespült und mit Stickstoff trocken geblasen .
In Figur 3 ist eine erfindungsgemässe Oberfläche eines Wafer W mit darauf abgelegten Schichtsystem A, mit einer ersten borhaltigen Schicht 1 und einer zweiten silizium- haltigen Schicht 2 dargestellt. Die erste Schicht 1 kann dabei als eine Bornitrid (BN) oder eine Boroxynitrid (BON) Schicht ausgebildet sein, bzw. entsprechende Misch- oder Gradientenschichten umfassen. So kann bspw. nach dem
Abscheiden einer Bornitridschicht auf der Oberfläche des afers anschliessend durch Zugabe von Sauerstoff zum
Prozessgas eine entsprechende Schicht mit einem höheren Sauerstoffgehalt abgeschieden werden, wodurch bereits ein gewisser Schutz gegen eine Schichtdegradation durch
atmosphärischen Sauerstoff erreicht werden kann. Die mögliche Zwei- oder Merhlagigkeit einer solcherart
ausgebildeten ersten Schicht wird in der Zeichnung durch eine strichlierte Linie dargestellt. Anschliessend wird die zweite siliziumhaltige Schicht in einer oder mehreren
Prozesskammern des Beschichtungssystems aufgebracht, indem von einem Silizium-, einem Siliziumoxyd- oder einem
Siliziumnitridtarget Material abgesputtert und auf die erste Schicht abgelegt wird. Auch diese kann zwei- oder merhlagig ausgeführt sein. Die Abscheidung kann in
bekannter Weise unter Zugabe von Sauerstoff-, Stickstoffoder/und Inertgas geschehen, um eine gewünschte
Schicht Zusammensetzung zu erzielen. Wiewohl es
grundsätzlich möglich ist eine durch das anschliessende Tempern zu erzielende Bordotierung auch lediglich mit einem borhaltigen Schichtsystem 1 ohne zusätzliche siliziumhaltige Schicht bzw. Schichtsystem 2 zu erzielen, ist das Vorsehen der zweiten Schicht insbesondere dann von Vorteil, wenn die Oberfläche der Schicht bzw. des Schichtsystems nach dem Beschichtungsprozess für eine längere Zeit der Atmosphäre ausgesetzt ist, bspw. wenn zwischen Beschich- tungsprozess und Temperprozess ein längerer Zeitraum verstreichen sollte, da sich sehr dünne borhaltige, bspw. Bornitridschichten als sehr empfindlich gegenüber atmosphärischen Einflüssen herausgestellt haben und beispielsweise nach einigen Tagen Lagerung unter Luft oft nicht mehr nachweisbar sind. Die siliziumhaltige Schicht wirkt in diesem Zusammenhang als Schutzschicht bspw. gegen
Oxydation, Ablösung oder andere atmosphärisch bedingte Degradation der Bornitridschicht. Beide Schichten bilden hier das Schichtsystem A zur späteren Herstellung des p+- Bereichs in der Diffusionszone Dl. Dabei haben SiN und
Si02-Schichten besonders gute Schutzeigenschaften als
Deckschicht (capping layer) gezeigt. Die zweite Oberfläche des Wafers kann dabei analog zum folgenden Beispiel
vorbeschichtet sein.
Figur 4 zeigt einen afer W der eine auf der zweiten Oberfläche aufgebrachte Vorbeschichtung mit einer phosphor- haltigen dritten Schicht 3, zur späteren Herstellung des n+-Bereich der Diffusionszone D2, aufweist. Zusätzlich ist im borhaltigen Schichtsystem A' zwischen der ersten und zweiten Schicht noch eine Mischschicht M vorgesehen, die eine in Richtung senkrecht zur Oberfläche des Wafers bzw. des Schichtsystems unterschiedliche Zusammensetzung bspw. der Stickstoff- bzw. Sauerstoffkonzentrationen oder/und des Bor- und Siliziumgehalts aufweist. Eine solche Mischschicht M kann beispielsweise in Kammer 40 oder 50 hergestellt werden, wenn bspw. die entsprechenden Reaktivgasflüsse geändert oder/und gleichzeitig von einem Bor und einem siliziumhaltigen Target co-gesputtert wird. Alternativ kann auch in einer der Beschichtungskammern 40 oder 50 von einem sowohl bor- als auch siliziumhaltigen Target, bspw. einem Borsiliziumtarget gesputtert werden. Auch hier kann der Übergang zwischen der borhaltigen ersten Schicht und der siliziumhaltigen zweiten Schicht gradiert oder stufenweise erfolgen. Um einen ausreichenden Schutz der borhaltigen Schicht gegenüber atmosphärischen Einflüssen sicherzustellen, kann die siliziumhaltige Schicht dicker als die sehr dünne borhaltige Schicht abgeschieden werden. Wird die Schichtdicke der borhaltigen Schicht zwischen 1 und 6 nm eingestellt, kann die siliziumhaltige Schicht zwischen 10 und 20 nm eingestellt werden, wobei die fakultative
Mischschicht bspw. zwischen 0 und 10 nm eingestellt werden kann. Grundsätzlich können erstes und zweites Schichtsystem 1, 2 sowie eine evtl. zusätzliche Mischschicht M neben dem Sputterverfahren auch durch paCVD-Verfahren hergestellt werden. Dazu kann der Wafer in einer der Beschichtungskammern bspw. auf einem RF-Chuck mit einer RF-Spannung beaufschlagt werden, während gleichzeitig Prozessgas in die Kammer eingelassen wird. Auf Grund der teilweise toxischen und/oder explosiven Eigenschaften der dafür geeigneten Prozessgase wie Borane oder Silane sind hier jedoch
besondere Vorsichtsmassnahmen zu treffen. Die Vorbeschich- tung der zweiten Oberfläche des Wafers mit der dritten phosphorhaltigen Schicht 3 kann dabei analog mittels paCVD- Beschichtung, bspw. unter Verwendung phosphorhaltiger Gase in der Vorbehandlungskammer 20 oder einer zwischen Vorbehandlungskammer 20 und Beschichtungskammer 30 zusätzlich vorgesehenen hier nicht weiter ausgeführten Vorbeschich- tungskammer erfolgen. Da jedoch auch die diesbezüglich verwendeten phosphorhaltigen Gase kritisch bezüglich
Toxizität und/oder Brennbarkeit sind, können hier auch in bekannter Weise ausserhalb des Beschichtungssystems I, II bspw. mittels Spin-Coating vorbeschichtete Wafer verwendet werden. Grundsätzlich ist auch eine entsprechende Nach- beschichtung möglich, bei der dann auch nicht vakuumtaugliche Spin-Coating-Schichten verwendet werden können.
Figur 5 zeigt einen Wafer der entsprechend Figur 3 oder Figur 4 beschichtet, bzw. vorbeschichtet wurde nach einem Temperschritt zur Erzeugung der Diffusionszonen Dl und D2. Dabei wurde die erste und zweite Schicht durch Diffusion i den oberflächennahen Bereich des Wafers in eine mit bordotierte erste p+-Diffusionszone Dl umgewandelt. Überraschenderweise bildet dabei das Bor unabhängig von der zusätzlichen Siliziumschicht und evtl. vorhanden Mischschicht ein ausreichendes Diffusionsprofil aus, ohne irgendwelche weiteren Rückstände auf der ersten Oberfläche des Wafers zu hinterlassen. Dies im Gegensatz zu bekannten herkömmlichen Spin-Beschichtungen, bei denen häufig eine zusätzliche Bearbeitung der Oberfläche, bspw. durch einen Polierschritt notwendig ist.
Im Selben Temperschritt wird auch im oberflächennahen Bereich der zweiten Oberfläche die phosphorhaltige zweite n+-Diffusionszone D2 erzeugt. Um im Temperschritt eines Temperofens oder einer hier nicht dargestellten, bspw. zwischen letzter Beschichtungskammer 60 und Schleusenkamme S, S' ' angeordneten Temperkammer der Vakuumbehandlungsanlage I, II möglichst viele Wafer gleichzeitig tempern zu können werden diese vorteilhafterweise abwechselnd mit der ersten Oberfläche oben bzw. unten aufeinandergestapelt , sodass sich jeweils nur identisch beschichtete Oberflächen berühren, wodurch eine unerwünschte Diffusion des Phosphors in den Dl-Bereich, bzw. des Bors in den D2-Bereich
vermieden werden kann.
Wenngleich in der vorliegenden Beschreibung und Figuren das Prinzip der Erfindung anhand unterschiedlicher Beispiele und Merkmale beschrieben wurde, umfasst die Erfindung auch alle hier offenbarten Einzelmerkmale in Kombination mit Beispielen und Ausführungsformen zu denen diese Merkmale nicht explizit genannt wurden, sofern eine solche
Kombination nicht, wie vom Fachmann ohne weiteres zu erkennen, von vornherein als sinnwidrig erscheint.
Bezugszeichenliste
1 erste Schicht, p-Dopand-haltig, bspw. borhaltig
2 zweite Schicht, substratelementhaltig, bspw.
siliziumhaltig
3 dritte Schicht, n-Dopand-haltig, bspw. phosphorhaltig 5, 6 Target, im Speziellen:
5 borhaltiges Target
6 siliziumhaltiges Target
Target
7 Karussell
7si, 7i2 ... 756, 76s durch Karussell 7 bediente Transportwege
8 Handlingsystem (Alternative zu Karussell 7)
8zi, 8sz, 8zi ... 8βζ, 8Zs durch Handlingsystem 8 bediente
alternative Transportwege
11 Inertgasquelle
12 Reaktivgasquelle
13 Gaszuleitung
14, Dosiervorrichtung
15, 15' Hochfrequenzversorgung
16, 16', 16" Substrathalterung
17 Ätzvorrichtung
18 Steuereinheit
10-60 Behandlungskammern, Prozesskammern im Speziellen: 10, 20 Vorbehandlungskammer 30, 40 erste Beschichtungskammer
50, 60 zweite Beschichtungskammer
I Beschichtungssystem mit umlaufend angeordneten
Kammern
II Beschichtungssystem mit linear angeordneten Kammern A, A' Schichtsystem auf erster Oberfläche von W
S Schleusenkammer
W Substrat, afer

Claims

Ansprüche
1) Verfahren zur Herstellung eines Substrats (W) mit zumindest einer, zumindest in einem Teilbereich
bordotierten Oberfläche mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Substrats (W) , das in einem vorbereitenden Schritt in eine Vakuumbehandlungsanlage (I, II) eingebracht und dort, mittels eines PVD-Verfahrens mit einer borhaltigen ersten Schicht (1) behandelt wurde,
- Tempern des Substrats zum Diffundieren des Bors in die Oberfläche, wobei das PVD-Verfahren ein Sputterverfahren zur
Abscheidung einer ersten borhaltigen Schicht oder eines borhaltigen Schichtsystems (1) auf einem Substrat umfasst wobei das Substrat in einer ersten Beschichtungskammer einer Vakuumbehandlungsanlage gegenüber einem borhaltigen ersten Target (5) angeordnet wird, das erste Target (5) eine kovalente Borverbindung umfasst und durch das
Anlegen einer hochfrequenten Spannung in einer zumindest inertgashaltigen oder/und reaktivgashaltigen Atmosphäre abgesputtert und dabei die Schichtdicke der borhaltigen Schicht, bzw. des borhaltigen Schichtsystems in einem Bereich von 0.5 nm bis 6 nm, insbesondere von 1 nm bis 6 nm eingestellt wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Tempern in einer Temperkammer der Vakuumbehandlungsanlage (I, II) oder in einem Temperofen ausserhalb der Vakuumbehandlungsanlage vorgenommen wird. 3) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Beschichten und Tempern, in einer Beschichtungskammer der Vakuumbehandlungsanlage, eine siliziumhaltige zweite Schicht mittels eines PVD- oder eines paCVD-Verfahrens auf der ersten Schicht aufgebracht wird.
4) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein Wafer, insbesondere ein Siliziumwafer ist der auf einer ersten Oberfläche beschichtet wird, wobei eine zweite, der ersten Oberfläche gegenüberliegende Oberfläche während des Aufbringens der ersten oder/und der zweiten Schicht, gegen eine Beschichtung geschützt ist.
5) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wafer auf der zweiten Oberfläche mit einer phosphorhaltigen dritten Schicht vorbeschichtet ist.
6) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die borhaltige Schicht eine BN-Schicht umfasst.
7) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein stickstoffhaltiges Gas, insbesondere Stickstoff verwendet wird um ein B/N-Verhältnis der BN-Schicht einzustellen .
8) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass allein oder zusätzlich eine BOxNy-Schicht durch Sputtern des borhaltigen Targets in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre abgeschieden wird. 9) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des
borhaltigen Schichtsystems zunächst eine BN-Schicht durch Sputtern des borhaltigen Targets in einer
zumindest inertgashaltigen und/oder stickstoffhaltigen Atmosphäre, und anschliessend eine BOxNy-Schicht durch Sputtern des borhaltigen Targets in einer zusätzlich sauerstoffhaltigen Atmosphäre abgeschieden wird.
10) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Target Bornitrid umfasst, insbesondere aus Bornitrid besteht.
11) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der borhaltigen Schicht, bzw. des borhaltigen Schichtsystems zwischen lnm und 2nm eingestellt wird. 12) Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der borhaltigen Schicht, bzw. des borhaltigen Schichtsystems so gewählt ist, dass durch das Tempern des damit beschichteten Wafers ein Flächenwiderstand zwischen 30 Ω bis 100 Ω eingestellt werden kann.
13) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der ersten borhaltigen Schicht bzw. dem ersten borhaltigen Schichtsystem eine zweite siliziumhaltige Schicht oder ein zweites siliciumhaltiges Schichtsystem aufgebracht wird, wofür das Substrat in einer zweiten Beschichtungskammer der Vakuumbehandlungsanlage gegenüber einem silizium- haltigen zweiten Target angeordnet und dieses in einer zumindest inertgashaltigen und/oder reaktivgashaltigen Atmosphäre abgesputtert wird.
14) Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Siliziumschicht, eine Siliziumnitrid schicht, eine Siliziumoxidschicht und/oder eine
Siliziumoxinitridschicht abgeschieden wird.
15) Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Siliziumnitridtarget, ein Siliziumoxidtarget, bevorzugt ein Siliziumtarget zur Herstellung der zweiten Schicht oder des zweiten
Schichtsystems abgesputtert wird.
16) Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht, bzw. das zweites Schichtsystem mit einer Schichtdicke in einem Bereich von 10 bis 20 nm abgeschieden wird.
17) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine erste und/oder zweite Target mit einer Frequenz zwischen einschliesslich 2 bis einschliesslich 30 MHz, bevorzugt zwischen einschliesslich 10 bis einschliesslich 15 MHz, insbesondere 13,56 MHz betrieben wird.
18) Wafer mit einer bordotierten Oberfläche,
hergestellt mit einem Verfahren nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, {urspr. Anspruch 8)
19) Wafer nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Wafer eine Solarzelle, dabei bevorzugt eine Bifacial-Solarzelle ist. {urspr. Anspruch 9) 20) Vakuumbehandlungsanlage zur Durchführung des
Sputterverfahrens in einem der Ansprüche 1 bis 17 mit einer Schleusenkammer (S, S' , S' ' ) zum Einführen
und/oder Ausbringen zumindest eines afers (17) in die Vakuumbehandlungsanlage (I, II) und zumindest einer ersten Beschichtungskammer (30, 40) mit daran
angeschlossener Gasversorgung für Inertgas und/oder Reaktivgas, wobei in der ersten Beschichtungskammer (30, 40) ein mit einer Hochfrequenzspannungsversorgung (14) verbundenes borhaltiges erstes Target (5) und ein
Substrathalter (16) gegenüberliegend angeordnet sind, das erste Target (5) eine kovalente Borverbindung umfasst und die Anlage mit einer Steuereinheit (18) wirkverbunden ist, welche die Anlage (I, II) so steuert, dass an einem an der Substrathalterung angeordneten Substrat (W) mindestens eine borhaltigen Schicht mit einer Dicke von 0.5 nm bis 6 nm (beide Grenzen
eingeschlossen) abgelegt wird.
21) Vakuumbehandlungsanlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumbehandlungsanlage (I, II) stromabwärts der ersten Beschichtungskammer (30, 40) zumindest eine zweite Beschichtungskammer (50, 60) mit daran angeschlossener Gasversorgung für Inertgas
und/oder Reaktivgas umfasst, wobei in der zweiten
Beschichtungskammer (40, 50) ein mit einer Hochfrequenzspannungsversorgung (15) verbundenes siliziumhaltiges zweites Target (6) und ein Substrathalter (16)
gegenüberliegend angeordnet sind und das zweite Target (6) bevorzugt ein SiÜ2-Target, ein SiN-Target,
insbesondere aber ein Si-Target umfasst und die Steuereinheit (18) die Anlage so steuert, dass an einem an der Substrathalterung (16') angeordneten Substrat (W) eine siliziumhaltigen Schicht abgelegt wird.
22) Vakuumbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 20 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleusenkammer eine Heizvorrichtung zum Beheizen und/oder eine
Ätzvorrichtung zum Behandeln des zumindest einen Wafers umfasst .
23) Vakuumbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der
Schleusenkammer und der ersten Beschichtungskammer zumindest eine Vorbehandlungskammer mit einer
Heizvorrichtung zum Beheizen und/oder einer
Ätzvorrichtung zum Behandeln des zumindest einen Wafers vorgesehen ist.
24) Vakuumbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumbehandlungsanlage stromabwärts der Schleusenkammer (S, S' ) ein oder zwei Vorbehandlungskammern gefolgt von ein oder zwei Beschichtungskammern mit jeweils zumindest einem borhaltigen ersten Target gefolgt von ein oder zwei Beschichtungskammern mit jeweils zumindest einem
siliziumhaltigen zweiten Target, gefolgt von der
Schleusenkammer (S) oder einer weiteren Schleusenkammer (S'') umfasst.
25) Vakuumbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern der Anlage linear, kreisförmig oder polyedrisch angeordnet sind.
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