(57)【要約】本発明は、半導体材料の表面をテクスチャ化するプロセスであって、以下を含むプロセスを提供する：層を貫通する複数の開口を有するのに十分な薄さの保護物質の層を表面上に塗布する段階、ならびに半導体材料を保護物質よりも高速にエッチングできるエッチャントに層および半導体材料を接触させ、半導体材料が、エッチャントによって開口の近くでエッチングされ、半導体材料上にテクスチャ化表面を形成するが、保護物質は実質的にエッチングされない時間および条件下で、エッチャントが少なくとも開口を通して半導体材料に接触する段階。2005510884.tif 000003
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料の表面をテクスチャ化するプロセスであって、
層を貫通する複数の開口を有するのに十分な薄さの保護物質の層を該表面上に塗布する段階、ならびに
該半導体材料を該保護物質よりも高速にエッチングできるエッチャントに該層および該半導体材料を接触させ、該半導体材料が、該エッチャントによって該開口の近くでエッチングされ、該半導体材料上にテクスチャ化表面を形成するが、該保護物質は実質的にエッチングされない時間の間およびそのような条件下で、該エッチャントが少なくとも該開口を通して該半導体材料に接触する段階
を含むプロセス。
【請求項２】
半導体材料はシリコンであり、保護物質は窒化ケイ素である、請求項1記載のプロセス。
【請求項３】
保護物質はポリマーである、請求項1記載のプロセス。
【請求項４】
層は、低圧化学蒸着、化学蒸着、スプレー熱分解、蒸発、スパッタリング、熱酸化、熱窒化、またはスピン・コーティングによって表面に塗布される、請求項1記載のプロセス。
【請求項５】
層は、低圧化学蒸着によって表面に塗布される、請求項2記載のプロセス。
【請求項６】
層の厚さが約2nmである、請求項2記載のプロセス。
【請求項７】
シリコンと窒化ケイ素との間に二酸化ケイ素層が存在する、請求項2記載のプロセス。
【請求項８】
エッチャントはプラズマである、請求項3記載のプロセス。
【請求項９】
半導体材料の表面をテクスチャ化するプロセスであって、
該表面上に保護物質層を作製する段階、
該保護物質層に少なくともいくつかの開口が形成されるまで、該保護物質層を実質的に一様に薄くする段階、ならびに
該半導体材料を該保護物質よりも高速にエッチングできるエッチャントに該層および該半導体材料を接触させ、該半導体材料が、該エッチャントによって該開口の近くでエッチングされ、該半導体材料上にテクスチャ化された表面を形成するが、該保護物質は実質的にエッチングされない時間および条件下で、該エッチャントが少なくとも開口を通して半導体材料に接触する段階
を含むプロセス。
【請求項１０】
半導体材料はシリコンであり、保護物質は窒化ケイ素である、請求項9記載のプロセス。
【請求項１１】
保護物質はポリマーである、請求項9記載のプロセス。
【請求項１２】
層は、低圧化学蒸着、化学蒸着、スプレー熱分解、蒸発、スパッタリング、熱酸化、熱窒化、またはスピン・コーティングによって表面に塗布される、請求項9記載のプロセス。
【請求項１３】
層は、低圧化学蒸着によって表面に塗布される、請求項10記載のプロセス。
【請求項１４】
シリコンと窒化ケイ素との間に二酸化ケイ素層が存在する、請求項10記載のプロセス。
【請求項１５】
エッチャントはプラズマである、請求項11記載のプロセス。
【請求項１６】
少なくとも1つの表面の少なくとも一部が複数のピットを有する半導体材料であって、該ピットは少なくとも1つの表面の一部上に実質的に無作為に配置され、少なくとも部分的に丸められた内側表面を有する、半導体材料。
【請求項１７】
少なくとも1つの表面の少なくとも一部が複数のピットを有する半導体材料であって、該ピットは少なくとも1つの表面の一部上に実質的に無作為に配置され、幅が最大で10μmである、半導体材料。
【請求項１８】
ピットは、少なくとも部分的に丸められた内側表面を有する、請求項17記載の半導体材料。
【請求項１９】
ピットの幅が最大で5μmである、請求項17記載の半導体材料。
【請求項２０】
シリコンである、請求項16または17記載の半導体材料。
【請求項２１】
少なくとも1つの表面に塗布された反射防止コーティングを有する、請求項20記載の半導体材料。
【請求項２２】
厚さが100μm未満で幅が最大で約3mmのシリコンのストリップであって、少なくとも1対の向かい合う表面は、それぞれ複数のピットを有し、ピットは、該表面上に実質的に無作為に分布し、少なくとも部分的に丸められた内側表面を有し、かつ／または幅が最大で10μmである、ストリップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体の表面をテクスチャ化するプロセス、および反射率を低くし、かつ／または半導体の、光を捕捉する機能を向上させるようにテクスチャ化された表面を有する半導体材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン太陽電池、検出器、またはフォトダイオードの効率を最大にするには、シリコンに吸収される1100nm未満の波長を有する光の量を最大にすることが重要である。吸収される光の量を少なくすることのできる2つの機構がある。光は、シリコン表面から反射することも、シリコンに入射し、しばらくしてから吸収されずに再びシリコンから出射することもできる。これらの損失機構はどちらも、シリコン表面を粗にするかまたはテクスチャ化することによって軽減することができる。この場合、光線がシリコン表面に当たる確率が倍増することによって反射損失が少なくなり、また、光がシリコン内に閉じ込められる（光捕捉と呼ばれる）ことによって吸収損失が少なくなる。
【０００３】
（100）配向の単結晶シリコンに使用できるテクスチャ化技術は、水酸化カリウム（KOH）とイソプロピルアルコール（IPA）の溶液でシリコンをエッチングする技術である。この場合、表面は四角錐で覆われる。しかし、この手法は、シリコン表面が（100）結晶配向でない場合には使用できない。現在、反応性イオン・エッチング（RIE）を用いることなど、特定の結晶配向に依存しない他のいくつかの技術が開発されている。しかし、これらの技術は、高価であり、かつシリコン表面でのキャリアの再結合の増大のような他の欠点を有する。さらに、これらの技術は、平坦なウェハのテクスチャ化に適しているに過ぎず、たとえば、開示が全体的に参照として本明細書に組み入れられる国際公開公報第02/45143号に開示されたように作製されたストリップのような、ウェハ・フレームに保持されたシリコン・ストリップの露出されない表面のテクスチャ化には適用できない。
【０００４】
したがって、半導体の表面の反射率を低くする改良されたプロセスが必要である。
【０００５】
本発明の目的はこのようなプロセスを提供することである。
【発明の開示】
【０００６】
発明の概要
本発明の第1の態様によれば、半導体材料の表面をテクスチャ化するプロセスであって、
層を貫通する複数の開口を有するのに十分な薄さの保護物質の層を表面上に塗布する段階、ならびに
半導体材料を保護物質よりも高速にエッチングできるエッチャントに層および半導体材料を接触させ、半導体材料が、エッチャントによって開口の近くでエッチングされ、半導体材料上にテクスチャ化表面を形成するが、保護物質は実質的にエッチングされない時間の間およびそのような条件下で、エッチャントが少なくとも開口を通して半導体材料に接触する段階
を含むプロセスが提供される。
【０００７】
保護物質層を塗布する段階は、単一の段階であってよく、または、まず開口をほとんどまたはまったく有さない保護物質層を作製し、保護物質層を、複数の開口が形成されるのに十分な薄さになるまで、表面全体にわたって部分的に薄くすることを含んでよい。保護物質層は、最初の作製時には完全に平滑ではなく、したがって、他の個所よりも薄い個所がある。その結果、層の表面が、保護物質をエッチングするエッチャントに接触するか、またはその他の方法で薄くされると、層のある部分は、他の部分よりも高速に薄くなり、層に複数の開口が生じる。
【０００８】
したがって、本発明の第2の態様では、半導体材料の表面をテクスチャ化するプロセスであって、
表面上に保護物質層を作製する段階、
保護物質層にいくつかの開口が形成されるまで保護物質層を実質的に一様に薄くする段階、ならびに
半導体材料を保護物質よりも高速にエッチングできるエッチャントに層および半導体材料を接触させ、半導体材料が、エッチャントによって開口の近くでエッチングされ、半導体材料上にテクスチャ化表面を形成するが、保護物質は実質的にエッチングされない時間の間およびそのような条件下で、エッチャントが少なくとも開口を通して半導体材料に接触する段階
を含むプロセスが提供される。
【０００９】
本発明の第3の態様によれば、少なくとも1つの表面の少なくとも一部が複数のピットを有する半導体材料であって、ピットは、該少なくとも1つの表面の該一部上に実質的に無作為に配置され、少なくとも部分的に丸められた内側表面を有する半導体材料が提供される。
【００１０】
本発明の第4の態様によれば、少なくとも1つの表面の少なくとも一部が複数のピットを有する半導体材料であって、ピットは、該少なくとも1つの表面の該一部上に実質的に無作為に配置され、幅が最大で10μmである半導体材料が提供される。
【００１１】
第5の態様によれば、本発明は、表面の少なくとも一部が第1または第2の態様のプロセスによってテクスチャ化された半導体が提供される。
【００１２】
第6の態様によれば、少なくとも一部が、表面をエッチングして表面上の保護物質層に複数の開口を設けることによってテクスチャ化された表面を有し、保護物質層が、層が薄いことによって開口を有する半導体を提供する。
【００１３】
本発明は、少なくとも1つの表面の少なくとも一部に塗布された保護物質層を有する半導体材料であって、保護物質層は、層が薄いことによって層を貫通する複数の開口を持つ半導体材料を提供する。
【００１４】
本発明のプロセスによってテクスチャ化された半導体材料は、太陽電池の製造において有用である。したがって、本発明の第7の態様では、本発明は、第3から第6の態様のいずれか1つの半導体材料を含む太陽電池を提供する。
【００１５】
好ましい態様および他の態様の詳細な説明
本発明のプロセスでは、「実質的にエッチングされない」は、半導体材料が保護物質の開口の近くでエッチングされるが、開口の近く以外の領域で半導体材料がエッチングされるのを防止するのに十分な量の保護物質がエッチングの終了時に半導体材料の表面上に残る条件下でエッチングが行われることを意味する。
【００１６】
「実質的に一様に」は、保護層がその表面全体にわたって実質的に同じ速度で薄くされ、したがって、所与の時間のうちに、表面上のすべての点で実質的に同じ厚さの保護物質が除去される条件下で保護層が薄くされることを意味する。
【００１７】
本発明のプロセスでは、保護物質は、半導体材料をエッチングできる少なくとも1つのエッチャントによるエッチングに耐えるか、または本発明のプロセスで用いられる条件下で実質的にエッチングされないように、少なくとも、半導体材料が少なくとも1つのエッチャントによってエッチングされるよりも十分に低速にそのエッチャントによってエッチングされる任意の物質である。
【００１８】
第1の態様のプロセスでは、保護物質層は通常、厚さが数原子層に過ぎず、化学蒸着や低圧化学蒸着のような既知の技術によって形成することができる。保護物質を塗布する他の可能な技術には、スプレー熱分解、蒸発、スパッタリング、熱酸化、および熱窒化が含まれる。他の方法として、保護物質層は、ポリマー層であってよく、層を貫通する複数の穴を有するのに十分な薄さの層として半導体の表面に塗布される。第1の態様のこの形態では、エッチング段階は好適には、プラズマ・エッチングによって行われる。好適には、ポリマーはスピン・コーティングによって塗布される。適切なポリマーの例には、集積回路製造に用いられる重合フォトレジストが含まれる。シリコンをエッチングするのに適したプラズマには、SF6、CF4、およびCF4と酸素の混合物が含まれる。
【００１９】
本発明の第1の態様のプロセスの一形態では、保護物質の層は、低圧化学蒸着によって塗布され、通常厚さが約2nmであり、保護層の下の半導体材料をエッチングするための多数の穴を含んでいるとい点で不完全な層である。
【００２０】
第2の態様のプロセスでは、第1の態様のプロセスを参照して上記に引用した方法のいずれかによって保護物質の層を半導体材料上に付着させることができる。第2の態様のプロセスでは、保護物質層は、付着させられたときに、通常第1の態様のプロセスの場合よりも厚くなり、したがって、保護物質層は、半導体に塗布されたときに、それを貫通する開口を有さない。しかし、表面に塗布された保護物質層は、完全に一様な厚さを有することはなく、そのような層を徐々に薄くしていくと、最終的に、層の、エッチングする前に最も厚かった位置に複数の開口が形成される。すなわち、層を薄くするにつれて、層の厚さは、層の少なくともいくつかの部分が薄くなるまで層全体にわたって実質的に同じ量だけ薄くされ、したがって、保護物質層を貫通する複数の開口が形成される。
【００２１】
第2の態様のプロセスでは、保護物質層を薄くする段階は通常、エッチング段階である。エッチャントは、保護物質を一様にエッチングできる任意のエッチャントであってよい。このようなエッチャントは当業者に既知であり、様々な酸および酸混合物、ならびにプラズマが含まれる。保護物質がポリマーであるとき、保護物質は、通常酸素プラズマを用いたプラズマ・エッチングによって薄くされることが好ましい。
【００２２】
通常、保護物質層の開口は保護物質の表面上に実質的に無作為に配置される。なぜなら、開口は、保護物質層の厚さの実質的に無作為の変化によって生じるからである。したがって、第1または第2の態様のプロセスが行われた後、半導体材料の表面上に実質的に無作為に配置されたエッチ・ピットが半導体材料に残る。半導体材料の表面に形成されたくぼみの外観を有するエッチ・ピットの内側表面は通常、少なくとも部分的に丸められているが、必ずしもそうである必要はない。すなわち、エッチ・ピットの内側表面上に何らかのファセットを形成してよいが、内側表面の少なくとも一部は通常、ファセットが形成されず平坦であるが、半導体材料に対するエッチャントの作用の結果として少なくともいくつかの凹状領域を有する。より典型的には、エッチ・ピットの内側表面の少なくとも半分は丸められる。好ましくは、エッチ・ピットの内側表面上には実質的にファセットは形成されない。エッチ・ピットは通常、表面の上から見たとき、エッチ・ピット同士が交差する個所を除いて実質的に円形である。しかし、いくつかの状況では、エッチ・ピットは、半導体材料の結晶配向に応じて、上から見たときに実質的に円形に見えない。エッチ・ピットは通常、その形状にかかわらず、直径が最大で約10μmの範囲である。多くの場合、エッチ・ピットの直径は1μm未満から約5μmの範囲である。エッチ・ピットは、通常ピットの幅よりも薄い壁によって分離される。通常、壁の少なくとも一部は実質的にエッチングされない。しかし、壁の大部分は通常、重なり合ったエッチ・ピット間に形成され、したがって、先が尖っている。
【００２３】
第1および第2の態様のプロセスのエッチャントは、半導体材料を保護物質よりも高速にエッチングできる任意のエッチャントであってよい。このようなエッチャントは、当業者に既知である。第2の態様のプロセスにおいてエッチャントを用いて保護物質層を薄くする場合、エッチャントは、半導体をエッチングするのに用いられるエッチャントと同じであっても、異なるエッチャントであってもよい。保護物質層がポリマー層であるとき、通常プラズマを用いて半導体がエッチングされる。
【００２４】
本発明のプロセスでは、研磨表面と比べて半導体材料の表面の反射率が低くなり、かつ／または半導体材料内の光閉じ込め（光捕捉）が向上する。
【００２５】
本発明のプロセスでは、半導体表面のテクスチャ化が最適な程度に達し、エッチングを終了させるべきである点は、いくつかの方法で決定することができる。1つの方法は、肉眼、または表面からの光の反射を測定する装置を用いることによって、テクスチャ化されている表面の外観を監視する方法である。第2の方法は、所与の1組の条件（すなわち、保護物質の性質、保護物質の厚さ、エッチャントの組成および温度）について最適な結果が得られる時間を求める方法である。これは、サンプルを様々な長さの時間だけエッチングし、適切な条件下でエッチングされているサンプルの反射率および／または光捕捉振舞いを測定することによって行うことができる。次いで、このような測定の結果によって、最適なエッチング時間を求めることができる。しかし、エッチング溶液を用いて多数のウェハまたはウェハの多数のバッチをテクスチャ化する場合、溶液のエッチング特性が時間の経過と共に変化することが理解されよう。この場合、引き続き最適なテクスチャ化結果が得られるようにエッチング時間を調整する必要がある。
【００２６】
本発明のプロセスでは、半導体材料をエッチャントに接触させる段階によって、使用されるエッチャントおよびエッチング条件に応じて保護物質がある程度エッチングされる。保護物質がこの段階中にある程度エッチングされる場合、それによって、この段階の開始時に保護物質に存在する開口の数と比べて多数の開口が保護物質に形成される。
【００２７】
半導体材料をエッチャントに接触させる段階を開始する直前に、保護物質層の開口は非常に小さく、通常直径が100nm未満であり、より典型的には直径が10nm未満である。エッチング段階が進むにつれて、開口は拡大される傾向があり、その数が増える傾向がある。このエッチング段階の終了時に、開口の数、したがって、半導体表面のエッチ・ピットの数は通常、100平方ミクロン当たり約10個から100平方ミクロン当たり約1000個までの範囲である。
【００２８】
通常、第1および第2の態様のプロセスと第3、第4、第5、および第6の態様の半導体材料では、半導体材料はシリコンである。半導体材料がシリコンであるとき、本発明のプロセスでは、保護物質は通常、窒化ケイ素であり、エッチャントは通常、49重量％HF水溶液（すなわち、100gの水に49gのHFを溶かした溶液）と70重量％硝酸水溶液の体積比1:50の混合物のような、フッ化水素酸と硝酸の混合物である。他の薬品をエッチャント溶液に添加して、半導体表面の濡れを改善することなど、所望のエッチング特性を与えることができる。このような添加物は半導体エッチングの当業者に公知である。半導体材料がシリコンであるとき、半導体材料は単結晶シリコン、微結晶シリコン、または多結晶シリコンであってよい。窒化ケイ素のエッチャントとしての他の可能性はCF4と酸素のプラズマである。
【００２９】
本発明のプロセスは通常、半導体材料をエッチングする段階が、表面上の複数のエッチ・ピットを形成するのに十分な程度に進んだ後、表面から保護物質を除去する他の段階を含む。保護物質は、保護物質を半導体材料よりもずっと急速にエッチングするエッチャントを塗布することによって除去することができる。たとえば、半導体材料がシリコンであり、保護物質が窒化ケイ素であるとき、保護物質は、反応性イオン・エッチングまたは通常約180℃の高温でリン酸に接触させることによって除去することができる。または、より好ましくは、フッ化水素の水溶液、通常水にフッ化水素を溶かした5重量％溶液でエッチングすることによって、窒化ケイ素をシリコン基板から除去することができる。
【００３０】
上記よりもずっと典型的には、本発明のプロセスは、半導体材料をエッチングする段階が、表面上の複数のエッチ・ピットを形成するのに十分な程度に進んだ後、保護物質層を除去し、従来の方法によって表面全体に反射防止層を塗布する追加の段階を含む。このようにして、反射防止コーティングのみを塗布する場合と比べて、反射率を実質的にかなり低くすることができることが判明している。
【００３１】
通常、第1の態様または第2の態様のプロセスは、研磨表面と比べて、反射される可視光が約50％少なくなる表面を生じさせる。本発明のプロセスによってテクスチャ化された表面に反射防止コーティングを塗布する場合、表面によって反射される可視光の量をずっと少なくすることができる。  
【００３２】
半導体材料がシリコンであり、保護物質層が厚さ約2nmの窒化ケイ素層である場合、半導体をエッチングする段階は、上述の1:50 (v/v) HF/硝酸混合物に室温で数分、通常2分〜5分接触させることによって行うことができる。
【００３３】
いくつかの例では、窒化ケイ素を付着させる前にシリコン基板上に薄い（たとえば、20〜30nm）二酸化ケイ素層を成長させることが望ましい。この酸化物の成長は、本発明のプロセスを行ううえで必ずしも必要ではない（本発明のプロセスは、窒化ケイ素保護物質の下に二酸化ケイ素層が存在しても、プロセスを完了するための時間がわずかに延びることを除いて影響を受けないことが分かっている）。しかし、このような酸化物層が存在すると、窒化ケイ素層の下に酸化物がないときに観測されることのあるシリコン基板の電子特性の劣化が回避されることが判明している。
【００３４】
本発明のプロセスは、シリコンのフレームに保持されかつ国際公開公報第02/45143号に記載されたように作製されたシリコン・ストリップの表面のような、放射にさらされない表面をテクスチャする場合に特に有利である。したがって、本発明の好ましい一形態では、半導体材料は、厚さが100μm未満で幅が最大で約3mmであり、少なくとも1対の向かい合う表面が本発明によるプロセスによってテクスチャ化されているシリコンのストリップである。すなわち、少なくとも1対の向かい合う表面はそれぞれ、複数のピットを有し、各ピットは、ストリップの表面上に実質的に無作為に分散され、少なくとも部分的に丸められ、かつ／または幅が最大で10μmである内側表面を有している。
【００３５】
図面の詳細な説明
添付の図は、本発明の理解を容易にするために与えられている。図1および2Aから2Dが一定の比例に縮小して描かれておらず、かつ概略図に過ぎないことが理解されよう。
【００３６】
図1は、本発明の第1の態様によるプロセスによるテクスチャ化の後のシリコン・ストリップ1の断面図である。テクスチャ化は以下のとおりである。低圧化学蒸着（LPCVD）によってシリコン・ストリップ基板1上に薄い窒化ケイ素層2が付着させられる。この技術によって、基板表面上に一様で等角の窒化ケイ素層2が形成される。重要なこととして、窒化ケイ素2は、LPCVDによって幅の狭いチャネルまたはスロット上に付着させられると共に、国際公開公報第02/45143号に記載されたプロセスによって作製されたシリコン・ストリップの側壁上に付着させられる。厚さが数原子層の非常に薄い窒化ケイ素層2のみが付着させられる。このような層は、シリコン基板を露出させるいくつかの穴5を含むのに十分な薄さを有する。次いで、ストリップ1は、1:50フッ化水素硝酸の溶液のような適切なエッチャントでエッチングされる。室温では、この溶液は窒化ケイ素をシリコンよりも約3000倍低速でエッチングする。したがって、各ピット6は、ストリップ1のシリコンの、穴5の位置に形成される。数分後、表面の大部分が、サイズが最大で数ミクロンのエッチ・ピット6で覆われる。次に、エッチングを終了する。エッチング・プロセスの制御は、層2の穴5の密度に影響を与えることのできる窒化ケイ素付着パラメータを変化させ、かつエッチング時間および温度を変化させることによって行うことができる。より低いエッチング温度を使用した場合、窒化ケイ素2ではシリコン1と比べてより遅いエッチング速度を得ることができる。たとえば、0℃では、エッチング溶液は窒化ケイ素2をシリコンの約6000倍遅い速度でエッチングする。テクスチャ特性をさらに向上させるように上述のテクスチャ化プロセスを2回行うことも可能である。
【００３７】
図2A〜2Dは、本発明の第2の態様によるプロセスの様々な段階におけるシリコン表面の概略断面図である。厚さが2〜4nm程度の薄い窒化ケイ素層2がLPCVDによってシリコン基板の表面上に付着させられる。図2Aは、窒化物を付着した後のシリコン基板1を示している。シリコン1の表面に塗布された窒化物層2は、完全に平滑な膜ではなく、厚さの異なる部分をいくつか含んでいる。これは、図2Aではくぼみ3、4で概略的に示されている。くぼみは、塗布された窒化物層の厚さに応じて、シリコン基板表面まで延びて窒化物層に複数の開口を形成するか、または図2Aに示されているように窒化物層内の一部のみにわたって延びてよい。やはり図2Aに示されているように、各くぼみはそれぞれの異なる深さを有している。
【００３８】
窒化物層のくぼみが窒化物層まで延びていない場合、シリコン基板は、窒化ケイ素をエッチングする溶液に浸漬される。この溶液は、たとえば、49重量％フッ化水素酸水溶液をその10倍の体積の水で希釈した溶液や、49重量％HF水溶液と70重量％硝酸の体積比1:50混合物のようなフッ化水素酸と硝酸の混合物であってよい。窒化ケイ素層は徐々に一様に薄くされる。最終的に、窒化物層は、最も深いくぼみ3がシリコン基板1の表面を露出させ、窒化物層2に複数の開口5を形成するのに十分な薄さになる。このことは図2Bに示されている。窒化物層2のより浅いくぼみ4は、この段階ではシリコン基板1まで貫通しない。
【００３９】
次に、シリコン基板1は、49重量％HF水溶液と70重量％硝酸の体積比1:50混合物のような、シリコンを窒化ケイ素よりもずっと高速にエッチングする溶液に浸漬される。これによって、図2Cに示されているように、シリコン基板1の、開口が形成されている位置に、エッチ・ピット6が形成される。エッチ・ピット6を覆っている窒化ケイ素層2は非常に脆く、引き裂かれ、新しいエッチャントがエッチ・ピット6に届くのを可能にする。エッチ・ピット6は、エッチング・プロセスが継続するにつれて大きくなる。
【００４０】
エッチングが進むにつれて、窒化ケイ素層2もわずかに薄くなる。これによって窒化ケイ素層2に他の開口7を形成することができる。次いで、これらの開口7によって、図2Dに示されているように、シリコン基板にエッチ・ピット8も形成される。エッチングは、最適な程度のテクスチャ化が実現されたときに終了する。これは、シリコン1の表面の大部分がテクスチャ化されるが、表面の小さな一部はテクスチャ化されない場合である。
【００４１】
エッチングは、ある温度範囲にわたって行うことができる。特に、温度は低い場合は一般に、シリコンのエッチング速度と比べて窒化ケイ素のエッチング速度の方が遅くなり、したがって、環境によっては、たとえば、室温よりも0℃でのエッチングが望ましい。窒化ケイ素層は、一連のシリコン・エッチャントにおける窒化ケイ素層のエッチング速度が遅くなるように処理することもできる。たとえば、窒化ケイ素を高温（1000〜1100℃）でアニーリングすると一般に、シリコン・エッチャントにおける窒化ケイ素のエッチング速度が遅くなる。
【００４２】
上述のテクスチャ化技術は、薄膜シリコン・セルに特に有利である。というのは、薄膜シリコン・セルは、テクスチャ化プロセスで少量のシリコンしか消費しないからである（各テクスチャ化表面上で約2〜3ミクロン）。テクスチャ化技術を任意の粒径のシリコン・ウェハまたは膜に適用することができる。
【００４３】
実施例
すべての以下の例では、ジクロロシラン流量・毎分30標準立方センチメートル（sccm）、アンモニア流量120sccm、および圧力70Paで、750℃の低圧化学蒸着によって窒化ケイ素を付着させた。代表的な付着時間は75秒であった。
【００４４】
実施例1
厚さ約2nmの窒化ケイ素層を、（111）配向の研磨されたシリコン・ウェハ上に付着させた。ウェハからサンプルを切り出し、1:50フッ化水素酸：硝酸の溶液において0℃でエッチングした。サンプルを、シリコーンを用いて厚さ1mmの低鉄ガラスの後方に密封し、サンプルの反射率を、積分球を有する分光測光器を用いて測定した。サンプルの反射率は900nmで11％であり、一方、同じ波長において、研磨され密封されたシリコン基準ウェハの反射率は24％であり、逆角錐でテクスチャ化された（100）配向シリコンのサンプルの反射率は8％であった。これらの結果は、テクスチャ化プロセスが、シリコン表面からの反射を少なくするうえで非常に有効であることを示している。
【００４５】
実施例2：薄いシリコン・ストリップのエッチング
直径100mm、厚さ1mmの（110）配向シリコン・ウェハを使用した。国際公開公報第02/45143号に記載されたプロセスに続いて、互いに105ミクロンの間隔を置いて配置された、厚さが約70ミクロンの薄いシリコン・ストリップをウェハに形成した。このように形成された薄いシリコン・ストリップの側壁は光度に研磨されている。側壁は、太陽電池の太陽に面する表面を形成するのでテクスチャ化するのが望ましい。
【００４６】
ウェハ上に薄い窒化ケイ素層を付着させた。1つの薄いシリコン・ストリップをウェハから取り外し、ウェハ表面上に取り付けた。このようにして、エッチング・プロセス中に1つのシリコン・ストリップの側壁面をはっきりと見ることができた。実施例1で説明したのと同じエッチャントによる室温での約5分間のエッチングの後、ストリップを最適にテクスチャ化し、エッチングを終了させた。ここで、シリコン・ストリップの厚さは約65ミクロンになった。
【００４７】
テクスチャ化されたシリコン内の光閉じ込め（光捕捉）の程度を判定する測定を行った。図3は、（シリコンに入射した光の量の一部としての）テクスチャ化された厚さが65ミクロンのストリップについて吸収された光の量を、テクスチャ化されていない厚さが70ミクロンのストリップと比べた図である。テクスチャ化プロセスによって、850〜1100nmの波長範囲の光捕捉が著しく向上し、したがって、シリコン太陽電池にテクスチャ化プロセスを適用した場合、エネルギー変換効率を著しく改善できることが明らかである。
【００４８】
実施例3：表面パッシベーション
数枚の（111）配向・>1000Ωcmのホウ素添加フロート・ゾーン付きシリコン・ウェハを使用した。厚さ約30nmの酸化物をウェハ上に熱成長させた。次いで、薄い窒化ケイ素層を付着させ、実施例2に記載したようにウェハをテクスチャ化した。テクスチャ化に続いて、ウェハにおいてリン酸を拡散させ、厚さ30nmの酸化物を熱成長させた。次いで、ウェハを、5％水素と95％窒素の混合物において430℃で30分間にわたってアニーリングした。これらの処理の後にエミッタ飽和電流密度を測定したところ、1側面当たり20〜25fA/cm2であった。この小さい値は、テクスチャ化された表面上で優れた表面パッシベ−ションを実現できることを示している。
【００４９】
本発明のプロセスの利点
本発明のプロセスは、半導体材料の表面の反射率を低下させる比較的簡単で廉価な方法を提供する。さらに、本発明のプロセスは、放射にさらされず、したがって、たとえば、反応性イオン・エッチングによってテクスチャ化できない表面をテクスチャ化するのを可能にする（それによって表面の反射率を低下させる）。さらに、本発明のプロセスは、水酸化カリウムなどの異方性エッチャントによるエッチングではテクスチャ化できない（111）結晶配向の表面に適用することができる。
【００５０】
当業者には、添付の図面および実施例を参照して本明細書で説明したプロセスの多数の修正が、本発明の範囲から逸脱せずに明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
以下に、本発明の好ましい態様について、添付の図面を参照して、一例としてのみ説明する。
（図１）本明細書で説明する表面テクスチャ化の後のシリコン・ストリップの概略図である。
（図２Ａ‐２Ｄ）本発明によるプロセスを示す概略図である。
（図３）（本発明のプロセスによって処理されたシリコンのストリップに入射した光の量の一部としての）ストリップによって吸収される光の量を、両側を研磨されたシリコン・ウェハと比べたグラフである。
（図４‐図６）本発明のプロセスによってテクスチャ化されたシリコンの表面の電子マイクログラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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