(57)【要約】  基板上に処理を実行する１工程として、ホール・パターンは、基板の上に形成された有機樹脂マスク材料の薄い層において提供され、処理マスクを提供する。処理工程はそれからマスクにおける開口を通して実行され、処理工程が完了すると、マスクは、構造がマスク材料の溶剤の溶剤蒸気の雰囲気の中に置かれるリフロー処理によって調整される。リフロー処理によって、マスク材料は柔らかくなりリフローし、マスクにおける開口の大きさを小さくし、後続の処理工程のために、処理工程が実行された表面領域の端がマスクによって覆われるようにする。
2007505486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造の上に形成された有機樹脂マスク材料におけるホール・パターンを、上記構造上に処理を実行する際のステップとして修正する方法であって、
ａ）上記構造の上に上記有機樹脂マスク材料の薄い層を付着することによってマスクを形成するステップと、
ｂ）上記ホール・パターンを提供するために、上記マスクにおいて開口を形成するステップと、
ｃ）上記マスクにおける上記開口を通して露出された上記構造の表面領域上に処理ステップを実行するステップと、
ｄ）上記構造を上記マスク材料の溶剤の溶剤蒸気の雰囲気の中に置き、それにより、上記マスク材料が柔らかくなり、そしてリフローし、上記マスクにおける上記開口の大きさを小さくし、上記処理ステップが実行された上記表面領域の端が、後続の処理ステップのために上記マスクによって覆われるようにするステップ、
を含む、上記方法。
【請求項２】
上記有機樹脂材料はノボラックであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記有機樹脂の薄い層は、０．１−１０μｍの範囲内の厚さを有することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
上記マスク材料の上記リフローイングは、上記支持構造あるいは基板を、上記溶剤の上記蒸気を含む区域を通して通過させることによって実行されることを特徴とする、請求項２あるいは３に記載の方法。
【請求項５】
上記溶剤はプロピレングリコール・モノメチル・エーテル・アセテート（ＰＧＭＥＡ）であることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
上記サンプルが上記溶剤の上記蒸気を含む上記区域を出る際に、残存する溶剤を蒸発させるために加熱されることを特徴とする、請求項３あるいは４に記載の方法。
【請求項７】
上記マスク材料の上記リフローイングは、上記マスクに存在するピン・ホールを、それらがさらなる処理あるいは完成素子の素子動作を妨害するのを防止するために閉じるために使用されることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
上記マスク材料のリフローイングは、上記マスクにおいて提供された上記開口を完全に閉じるために、上記さらなる処理に続き使用されることを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
半導体構造の処理方法であって、ホール・パターンは、支持構造の上に置かれたマスク材料において提供され、上記マスク材料は、薄い層に形成された有機樹脂であり、上記マスク材料の薄い層を通して上記ホール・パターンを形成するために開口が提供され、
ａ）上記支持構造あるいは基板を上記マスク材料の溶剤の溶剤蒸気の雰囲気の中に置き、それにより、上記マスク材料は柔らかくなり、そしてリフローし、上記マスクにおける上記開口の大きさを小さくするステップ、
を含む、上記方法。
【請求項１０】
上記マスクにおいて上記開口が作成された後、さらなる処理が実行され、上記さらなる処理は以下の１つとして選択され、
ａ）表面あるいは領域をエッチングする、
ｂ）半導体領域あるいは層をドーピングする、あるいは、
ｃ）表面をコーティングする、そして、
上記マスク材料の上記リフローイングは、上記さらなる処理の後に実行されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
上記さらなる処理は、上記マスクにおける上記開口を通して実行される、上記マスクにおける上記開口によって露出された表面のエッチングであることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
上記マスクにおける上記開口がリフローイングによって小さくされた後、上記マスクの上にコンタクト層が付着され、上記コンタクト層は、上記マスク材料の上記リフローイングの後覆われずに残された上記領域と接触するが、上記マスクにおける上記開口の大きさを小さくするためにリフローしたマスク材料により、エッチングによって形成された上記ホールの端からは分離されていることを特徴とする、請求項９、１０あるいは１１に記載の方法。
【請求項１３】
上記有機樹脂材料はノボラックであることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
上記マスク材料の上記リフローイングは、上記支持構造あるいは基板を、上記溶剤の上記蒸気を含む区域を通して通過させることによって実行されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
上記溶剤はプロピレングリコール・モノメチル・エーテル・アセテート（ＰＧＭＥＡ）であることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
上記サンプルが上記溶剤の上記蒸気を含む上記区域を出る際に、残存する溶剤を蒸発させるために加熱されることを特徴とする、請求項１４あるいは１５に記載の方法。
【請求項１７】
上記マスク材料の上記リフローイングは、上記マスクに存在するピン・ホールを閉じるために使用し、それらがさらなる処理あるいは完成素子の素子動作を妨害するのを防止することを特徴とする、請求項９から１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
上記マスク材料の上記リフローイングは、上記マスクにおいて提供された上記開口を完全に閉じるために、上記さらなる処理に続き使用されることを特徴とする、請求項９から１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
ガラス基板上に付着されたシリコン膜において光電池素子構造を形成する方法であって、上記膜は、上記ガラスに最も近いｎ＋型領域、上記ｎ＋型領域の上の軽くドーピングされた領域、および上記軽くドーピングされた領域の上のｐ＋型領域を含み、
ａ）分離溝を形成することにより、上記シリコン膜を複数のセル領域に分割するステップと、
ｂ）上記シリコン膜の上に、薄い層において有機樹脂のマスクを形成するステップと、
ｃ）ｎ型コンタクトが要求される位置に、上記マスクにおいて開口の第１の組を形成するステップと、
ｄ）上記ｎ＋型シリコンの少なくともある部分を露出するために、上記開口の第１の組において上記シリコン膜をエッチングするステップと、
ｅ）上記基板を上記マスク材料の溶剤の溶剤蒸気の雰囲気の中に置き、それにより、上記マスク材料は柔らくなりそしてリフローし、上記マスクにおける上記第１の開口の大きさを小さくするステップと、
ｆ）ｐ型コンタクトが要求される位置に、上記マスクにおいて開口の第２の組を形成するステップと、
ｇ）上記マスクの表面の上に金属層を形成し、上記ｎ＋型およびｐ＋型シリコンと接触するために、上記金属を上記第１および第２の開口の中に拡張するステップと、
ｈ）各セル内における上記ｐ型およびｎ型シリコンへの上記コンタクトを分離するために、上記金属において分離溝を形成するステップ、
を含む、上記方法。
【請求項２０】
上記金属層の形成の前に、上記開口の第２の組における上記ｐ＋型シリコン膜の上記表面は、損傷を受けた材料を除去するためにエッチングされることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
上記シリコン膜の上に上記有機樹脂材料のマスクを形成する前に、上記シリコン表面の上に窒化シリコンのキャップ層が形成されることを特徴とする、請求項１９あるいは２０に記載の方法。
【請求項２２】
反射防止層は、上記シリコン膜が付着される前に上記ガラス基板上に形成されることを特徴とする、請求項１９、２０あるいは２１に記載の方法。
【請求項２３】
上記有機樹脂材料はノボラックであることを特徴とする、請求項１９、２０、２１あるいは２２に記載の方法。
【請求項２４】
上記有機樹脂の薄い層は、０．１−１０μｍの範囲内の厚さを有することを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
上記マスクにおける上記開口は、予め決定されたパターンにおいて上記マスクの表面上に反応性材料を付着することによって形成され、
ｉ）上記構造をステージ上に置くステップと、
ｊ）インクジェット印字素子を、上記構造の上にそしてそれに近接して置くステップと、上記インクジェット素子およびステージは互いに関連して可動性であり、
ｋ）上記インクジェット素子に上記反応性材料を供給するステップと、
ｌ）上記構造および上記インクジェット素子を、制御手段の制御の下に互いに関連して動かすステップと、そして、
ｍ）上記構造および上記インクジェット素子が互いに関連して動く際に、上記予め決定されたパターンにおいて、上記マスクの表面上に予め決定された量の上記反応性材料を付着するように、上記インクジェット素子を制御するステップ、
を含む、請求項１９、２０、２１、２２、２３あるいは２４に記載の方法。
【請求項２６】
上記反応性材料の粘度を上記インクジェット素子によって要求されるように調整するために、グリセロールが上記反応性材料に加えられることを特徴とする、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
上記インクジェット素子は、インクジェット印字ヘッドであり、インク・ジェット・テクノロジー社のモデル１２８ＩＤ、６４ＩＤ２あるいは６４−３０であることを特徴とする、請求項２５あるいは２６に記載の方法。
【請求項２８】
上記反応性材料の上記粘度は、５から２０センチポアズの範囲内にあるよう調整されることを特徴とする、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
上記ステージはＸ−Ｙステージであり、上記光電池素子および上記印字ヘッドの相対的動きは、上記ステージを上記インクジェット素子の下で動かすことによって達成されるように、上記インクジェット素子は固定されていることを特徴とする、請求項２５、２６、２７あるいは２６に記載の方法。
【請求項３０】
上記マスクにおける上記開口は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）あるいは苛性ソーダ（ＮａＯＨ）の溶液を使用して形成されることを特徴とする、請求項１９から２９のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
希釈（１５％）水酸化カリウムの小滴は、上記マスクを開けるよう意図された位置に供給されることを特徴とする、請求項１９から３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３２】
上記マスク材料の上記リフローイングは、上記支持構造あるいは基板を、上記溶剤の上記蒸気を含む区域を通して通過させることによって実行されることを特徴とする、請求項１９から３１のいずれかに記載の方法。
【請求項３３】
上記溶剤はプロピレングリコール・モノメチル・エーテル・アセテート（ＰＧＭＥＡ）であることを特徴とする、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
上記サンプルが上記溶剤の上記蒸気を含む上記区域を出る際に、残存する溶剤を蒸発させるために加熱されることを特徴とする、請求項３２あるいは３３に記載の方法。
【請求項３５】
上記マスク材料の上記リフローイングは、上記マスクに存在するピン・ホールを、それらがさらなる処理あるいは完成素子の素子動作を妨害するのを防止するために閉じるために使用されることを特徴とする、請求項１９から３４のいずれかに記載の方法。
【請求項３６】
上記マスク材料の上記リフローイングは、上記マスクにおいて提供された上記開口を完全に閉じるために、上記さらなる処理に続き使用されることを特徴とする、請求項１９から３５のいずれかに記載の方法。
【請求項３７】
上記マスクを通る上記シリコンの上記エッチングは、フッ化水素酸（ＨＦ）および過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ４）の希釈溶液を、上記マスクを通して露出された上記シリコン表面に付着し、それにより上記シリコンを望ましい深さにエッチングすることによって実行されることを特徴とする、請求項１９から３６のいずれかに記載の方法。
【請求項３８】
上記エッチングされるべきシリコンの領域は、上記エッチングされるべき深さより十分大きい幅および長さを有することを特徴とする、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
上記エッチングされるべきシリコンの領域は、上記エッチングされるべき深さより少なくとも絶対値のオーダ大きい幅および長さを有することを特徴とする、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
上記エッチングされるべきシリコンは結晶シリコンであることを特徴とする、請求項１９から３９のいずれかに記載の方法。
【請求項４１】
上記エッチングは、上記シリコンの薄い表面層を除去するために実行されることを特徴とする、請求項１９から４０のいずれかに記載の方法。
【請求項４２】
上記エッチングされるべきシリコンは、異質の基板上のシリコンの薄膜であり、上記エッチングは、エッチングされるべき各領域において上記基板の少なくとも一部が露出されるまで実行されることを特徴とする、請求項１９から４０のいずれかに記載の方法。
【請求項４３】
上記エッチングは、エッチングされるべき各領域において上記基板から上記シリコンを実質的に完全に除去することを特徴とする、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
上記エッチングされるべきシリコンは、上記異質の基板上の多結晶シリコンの薄膜であることを特徴とする、請求項４２あるいは４３に記載の方法。
【請求項４５】
上記ＨＦおよびＫＭｎＯ４の希釈溶液は、１％ＨＦおよび０．１％ＫＭｎＯ４の溶液を含むことを特徴とする、請求項３７から４４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は一般に、半導体素子製造の分野に関し、特に本発明は、薄膜半導体素子における金属コンタクトおよび他の構造の形成方法において使用するための、改良された処理工程を提供する。薄膜光電池素子のための新しい素子構造もまた、提供される。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
薄膜光電池（ＰＶ）モジュールの、従来のウェハに基づくモジュールに対する主要な利点は、製造コストを低くする可能性があることである。しかし実際においては、コストの主要な構成要素は製造手順に含まれる処理工程の数と複雑さであり、材料コストにおける削減をすぐに上回ってしまうことがあるので、コスト削減を実現するのは難しかった。特に、正確な順番を必要とする工程の数、あるいは、１つの工程を実行するために使用される機器の速度は、コストにおおいに関係がある。処理の粗さも同様で、ある場合においては追加の救済工程が必要となり、あるいは、材料の劣化のために最終製品の性能がより低いものとなる結果となることがある。従って、順番の必要性を少なくし、工程の数を減らし、素子への損傷を減少させ、あるいは、工程がより迅速に実行されるようにする処理の改良は、重要な利益をもたらす。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
（発明の概要）
第１の態様によると、本発明は、基板の上に形成された有機樹脂マスク材料におけるホール・パターンを修正する方法を、基板上で処理を実行する１つの工程として提供する。本方法は、以下のａ）〜ｄ）の工程を含む。
ａ）基板の上に有機樹脂の薄い層（例えば、０．１から１０μｍ）を付着することによってマスクを形成する。
ｂ）ホール・パターンを提供するために、マスクにおいて開口を形成する。
ｃ）マスクにおける開口を通して露出された構造の表面領域上で処理工程を実行する。
ｄ）基板を、マスク材料の溶剤の溶剤蒸気の雰囲気内に置き、それにより、マスク材料が柔らかくなりリフローし、マスクにおける開口の大きさを小さくし、後続の処理工程のために、処理工程が実行された表面領域の端がマスクによって覆われるようにする。
【０００４】
第１の態様の好ましい実施例において、開口工程の後、エッチング、ドーピング工程あるいはコーティング工程のようなさらなる処理工程が続き、リフロー工程は、さらなる処理の後に、さらにさらなる処理の前にマスクを修正するために実行される。例えば１つの実施例において、マスクが開けられ、エッチング工程がマスクを通して実行され、マスクにおける開口はリフローイングによって小さくされ、そしてコンタクト層がマスクの上に付着される。コンタクト層は、リフローイング工程によって覆われずに残された領域には接触するが、エッチングによって形成されたホールの端からは絶縁されている。
【０００５】
第２の態様によると、本発明は、ガラス基板上に付着されたシリコン膜において光電池素子構造を形成する方法を提供する。膜は、ガラスに最も近いｎ＋型領域、ｎ＋型領域の上の軽くドーピングされた領域、そして、軽くドーピングされた領域の上のｐ＋型領域を含む。本方法は、以下の１〜８の工程を含む。
１．分離溝を形成することにより、シリコン膜を複数のセル領域に分割する。
２．シリコン膜の上に、有機樹脂のマスクを薄い層（例えば、０．１から１０μｍ）において形成する。
３．マスクにおけるｎ型コンタクトが要求される位置に、開口の第１の組を形成する。
４．ｎ＋型シリコンの少なくともある部分を露出させるために、開口の第１の組においてシリコン膜をエッチングする。
５．基板を、マスク材料の溶剤の溶剤蒸気の雰囲気内に置き、それにより、マスク材料は柔らかくなりリフローし、マスクにおける第１の開口の大きさを小さくする。
６．マスクにおけるｐ型コンタクトが要求される位置に、開口の第２の組を形成する。
７．マスクの表面の上に金属層を形成し、ｎ＋型およびｐ＋型シリコンを接触させるために、第１および第２の開口内に金属を拡張する。
８．各セル内におけるｐ型およびｎ型シリコンへのコンタクトを分離するために、金属において分離溝を形成する。
【０００６】
第２の態様の方法はさらに、金属層の形成の前に、ｐ＋型シリコンの表面から損傷を受けた材料を除去するために、開口の第２の組においてシリコン膜をエッチングする工程を含むことが望ましい。
【０００７】
また、第２の態様においてシリコン膜の上に有機樹脂材料のマスクを形成する前に、窒化シリコンの硬くて薄いキャップ層がシリコン表面上に形成されることが望ましい。
【０００８】
さらに第２の態様において、シリコン膜が付着される前に、反射防止層がガラス基板上に形成されることが望ましい。
【０００９】
有機樹脂はノボラックであることが望ましいが、一般に入手可能なフォトレジストのような他の類似する樹脂もまた適している。樹脂層における開口は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）あるいは苛性ソーダ（ＮａＯＨ）のような腐食性物質の溶液を使用して、化学的除去によって形成することができる。本発明による好ましい方法において、マスクを開けようと意図する位置において、希釈（１５％）水酸化カリウムの小滴が供給される。ＫＯＨ溶液は、インクジェット印字技術を使用して付着されることが望ましい。マスク層において開口を作成する他の方法には、レーザ除去および写真技術（フォトレジストを使用する）がある。
【００１０】
好ましい実施例において、リフロー工程は、支持構造あるいは基板を、室温（例えば２１℃）における溶剤の蒸気を含む区域を通って通過させることによって実行される。このことにより、有機樹脂がリフローし、開口の大きさを小さくする。サンプルはこの区域を出る際、残存する溶剤を蒸発させるために加熱されることが望ましい。
【００１１】
リフローの速度は、使用される溶剤の強度、濃度および温度によって変化する。ノボラックのような有機樹脂を分解する多くの適当な揮発性溶剤があり、アセトンのような物質を含む。アセトンは処理に適した溶剤であるが、非常に強度に働き、かなりのリフローを達成するために数秒しか必要としない。より強度でない溶剤を使用することにより、より大きい正確度を達成することができ、樹脂がノボラックである場合、好ましい溶剤はプロピレングリコール・モノメチル・エーテル・アセテート（ＰＧＭＥＡ）である。好ましい構成において、支持構造あるいは基板は、樹脂におけるホールにわずかな縮みが観察されるまで、ＰＧＭＥＡの飽和蒸気を含む雰囲気内に４分間導入される。
【００１２】
ＰＧＭＥＡの場合において、加熱工程は、９０℃の温度における太陽灯の下で行われる。
【００１３】
リフローイング工程はまた、さらなる工程を妨害しないように、あるいは完成した素子の素子動作を妨害しないように、マスクにおいて存在するピン・ホールを閉じるために使用されてもよい。リフローイング工程はまた、さらなる処理に続く開口工程において作成された開口を完全に閉じるために使用されてもよい。
【００１４】
マスク層において開口を形成する好ましい方法は、予め決定されたパターンにおいて、マスク層の表面上に反応性材料を付着する方法を含む。本方法は、以下のａ）〜ｅ）の工程を含む。
ａ）構造をステージ上に置く。
ｂ）構造の上そしてそれに近接してインクジェット印字素子を置く。インクジェット素子およびステージは、互いに関連して可動性である。
ｃ）インクジェット素子に反応性材料を供給する。
ｄ）制御手段の制御の下に、構造およびインクジェット素子を互いに関連して動かす。そして、
ｅ）構造およびインクジェット素子が互いに関連して動くにつれ、予め決定されたパターンにおいて、マスクの表面上に予め決定された量の反応性材料を付着するよう、インクジェット素子を制御する。
【００１５】
ステージはＸ−Ｙステージであることが望ましく、構造および印字ヘッドの相対的動きが、インクジェット素子の下でステージを動かすことによって達成されるように、インクジェット素子は固定されていることが望ましい。
【００１６】
有機樹脂がノボラック、あるいは一般に入手可能なフォトレジストのような類似する樹脂である実施例において、腐食性溶液は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、あるいは苛性ソーダ（ＮａＯＨ）のような溶液であることが望ましい。本発明による好ましい方法において、溶液は１５％水酸化カリウム溶液である。また、インクジェット素子の対する正しい粘度を提供するために、適当な量のグリセロールが溶液に加えられることが望ましい。
【００１７】
インクジェット素子は、例えば、インク・ジェット・テクノロジー社製造のインクジェット印字ヘッド・モデル１２８ＩＤ、６４ＩＤ２あるいは６４−３０であってもよい。これらのヘッドは、５から２０センチポアズの溶液粘度を必要とする。
【００１８】
マスクを通してシリコンをエッチングする工程は、フッ化水素酸（ＨＦ）および過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ４）の希釈溶液を、マスクを通して露出されたシリコン表面に付着し、それによりシリコンを望ましい深さにエッチングする方法を含むことが望ましい。この溶液は、ノボラック樹脂に損傷を与えずにシリコンをエッチングするので選ばれている。
【００１９】
エッチングされるべきシリコンの領域は、エッチングされるべき深さよりかなり（例えば、少なくとも絶対値のオーダ）大きい幅および長さを有することが望ましい。好ましい実施例において、エッチングされるべきシリコンは、異質の基板上のシリコンの薄膜であり、エッチングは、実質的に基板に向かって下にエッチングされているシリコンによって制限される。しかし、処理はまた、エッチングの深さがエッチングのタイミングによって制御されることが可能な速さにおいて進むようにすることもできる。
【００２０】
ＨＦおよびＫＭｎＯ４の希釈溶液は、１％のＨＦおよび０．１％のＫＭｎＯ４の溶液を含むことが望ましい。この溶液により、室温（２１℃）において１２分で、１．５μｍのシリコンが実質的にエッチングされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施例は、付随する図面（等縮尺には描かれていない）を参照しながら例を通して説明される。
【実施例１】
【００２２】
好ましい実施例の詳細な説明
図面を参照すると、図１は、以下に説明する光電池素子製造工程に対する前製品である半導体構造１１の一部を示している。半導体構造１１は、ガラスシートの形式で基板２２に付着された薄い半導体膜として形成され、基板には、薄い窒化シリコンの反射防止コーティング７１が既に付着されている。反射防止コーティング７１は、８０ｎｍの厚さを有する。最適な性能のために、薄い半導体膜は、１から２μｍの範囲における、望ましくは１．６μｍの全体的な厚さで形成された薄い多結晶シリコン膜１２を含む。多結晶シリコン膜１２は、厚さ６０ｎｍの上部ｐ＋型領域１３、厚さ４０ｎｍの下部ｎ＋型領域１５、および、ｐ＋およびｎ＋型領域を分離する厚さ１．５μｍの本来的にあるいは軽くｐ型にドーピングされた領域１４を有する。ｎ＋型およびｐ＋型層の双方におけるシート抵抗は、合計して２ｘ１０１４ｃｍ−２以下のホウ素がある場合、４００から２５００Ω／□の間であることが望ましい。通常値は、ｎ＋型材料に対しては約７５０Ω／□であり、ｐ＋型材料に対しては１５００Ω／□である。ｎ＋型およびｐ＋型層の厚さは通常、２０から１００ｎｍの間である。ガラス表面は、光トラッピングを促進するよう組織されていることが望ましいが、このことは、解りやすくするために図面においては示されていない。
【００２３】
セルへの分割
図２に見られるように、シリコン膜１２は、スクライブ分離溝１６によってセルに分離されている。このことは、分離溝１６が各光電池セルの境界を定義するよう要求されている領域において、基板上をレーザ走査することによって達成される。溝１６をスクライブするために、構造１１は、焦点を合わせたレーザ・ビーム７３を生成するために１０６４ｎｍにおいて動作するレーザの下に置かれている、Ｘ−Ｙステージ（図示されていない）に移送される。レーザ・ビーム７３は、シリコンを通して分離溝をカットする。レーザ・ビームは、溝の幅を最小にするために焦点を合わせられている。溝は、活性が失われた領域である。通常、シリコン膜を完全に切除し、５０μｍの溝幅とするためには、０．１１ｍＪのパルス・エネルギが必要である。連続する溝を保証するためには、連続するパルスは５０％重複する。最適なセル幅は５から８ｍｍの範囲内であり、６ｍｍのセル幅が通常である。
【００２４】
図２に見られるように、２つの絶縁層がシリコン表面上で使用されることが望ましく、上記のレーザ・スクライビング工程の後に加えられる。第１の絶縁層は選択的な薄いしかし硬いキャップ窒化物７２である。この層は、レーザ・スクライビングの後でセル定義溝１６の端に沿って露出されたシリコンを保護し、シリコンの表面を不動態化する。キャップ窒化物７２は、ｎ型およびｐ型コンタクトの位置においてシリコンへのアクセスを可能にするために、数分で完全にエッチングすることができることが望ましく、通常、３００−３２０℃の温度においてＰＥＣＶＤによって付着された６０ｎｍの窒化シリコンを含む。
【００２５】
キャップ層７２が付着される前に、構造１１は、フッ化水素酸の５％溶液を含むタンクに１分間移送される。このことにより、全ての残存する破片および全ての形成されたかもしれない表面酸化物が除去される。構造は純水においてすすがれ、そして乾かされる。
【００２６】
第２の絶縁層１７は、有機樹脂の薄い層である。絶縁樹脂は、フッ化水素酸（ＨＦ）および過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ４）の希釈溶液に対して耐性があり、１０−６ｍｂａｒまで真空適合性があることが望ましい。最も頻繁に使用される絶縁材料は、ノボラック樹脂（ＡＺ  Ｐ１５０）であり、フォトレジストにおいて使用される樹脂に類似している（しかし光活性化合物は有しない）。ノボラック樹脂は、２０−３０％の白色チタニア顔料（二酸化チタン）を付加されていることが望ましく、チタニアは、保護範囲を改良し、ノボラック樹脂を白色にして、シリコン内のトラップ光を促進するためにその光学的反射性を改良する。樹脂層１７は、以下に説明するエッチング工程のためのエッチング・マスクとして機能し、また、キャップ窒化物層７２においてピンホールを形成しやすい領域である、セル定義溝１６の端に沿って形成された粗く、ぎざぎざにされた表面の上を覆う。有機樹脂層１７はまた、以下に説明するコンタクト形成処理工程における金属層のレーザ・パターニングを容易にするために、熱的および光学的に金属層をシリコンから分離する。
【００２７】
ノボラック樹脂は、スプレー・コータを使用して、４から５μｍの厚さに各モジュールに付着される。構造１１はコーティングされると、硬化するため９０℃に加熱するために太陽灯の下を通される。図２に見られるように、絶縁層１７はキャップ層７２の上に付着され、セル分離溝１６の中に拡張する。
【００２８】
マスクの開口およびｎ型コンタクト開口のエッチング
後に形成される金属層を用いて、埋込みｎ＋型層および上部ｐ＋型層への電気的コンタクトを作成するために、ｎ型“クレータ”コンタクトおよびｐ型“ディンプル”コンタクトが要求される位置において、ノボラック樹脂層１７およびキャップ窒化物層７２を通してホールを作成しなければならない。最初に、埋込みｎ＋型シリコン層への“クレータ”コンタクトに関して、ノボラック樹脂層１７およびキャップ窒化物層７２を開けることと同様に、その下が後にｎ型コンタクト開口３２を形成するためのｎ型金属パッドとなる領域から、シリコン膜１２の大部分を除去しなければならない。図３、４および５を参照すると、インクジェット技術が、ノボラック樹脂層１７にクレータ位置においてホールを開けるために使用されている。このことを達成するために、構造１１は、インクジェット・ヘッド９１を備えるＸ−Ｙステージ上に搭載される。インクジェット・ヘッド９１は、０．５ｍｍのノズル間隔を有する複数のノズルを有し、コントローラ９２によって制御される。ガラスは、真空チャックで支持され下ろされ、どの点もステージの上を１ｍｍより大きく変形されていないことを保証するために、最初に走査される。ガラスはそれから、通常４００ｍｍ／秒のテーブル速度において、ヘッド９１の下で走査される。希釈（１５％）水酸化カリウム（ＫＯＨ）の小滴７６（図４参照）は、ｎ型“クレータ”コンタクトが意図される位置に供給される。所定のセル内において小滴の線の間の間隔が１ｍｍとなるように、奇数ノズルは奇数セルにおいて発射し、偶数ノズルは偶数セルにおいて発射する。各線内の小滴の間の間隔は４００μｍであり、従って、４００ｍｍ／秒のテーブル速度における小滴開放の率は、１ｋＨｚである。小滴は、樹脂層において約１００μｍの直径の円形開口をエッチングするような大きさにされている。ＫＯＨ溶液は、数分の後、小滴７６の領域において樹脂絶縁１７を除去し、図５に見られるホール３２を形成する。
【００２９】
開口３２は、コンタクト形成の後に、半導体層において横方向の連続性が保持されるように間隔をあけられたホールである。インクジェット印字処理は、ｎ型コンタクトが形成されるべき場所でのみ絶縁を除去するよう制御された方法で、腐食性溶液の小滴７６を付着する。腐食性溶液は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）を含むことが望ましいが、苛性ソーダ（ＮａＯＨ）を使用することもでき、粘度制御のためにグリセロールを含む。この目的のために使用される印字ヘッドは、インク・ジェット・テクノロジー社製造のモデル１２８ＩＤ、６４ＩＤ２あるいは６４−３０であり、５から２０センチポアズの範囲内の粘度を有する物質を印字する。印字ヘッドによって付着される小滴の大きさは、５０−１５０μｍの範囲の付着された小滴の直径に対応して、２０から２４０ピコリットルの範囲内である。好ましい実施例において、小滴は、１００μｍの直径において印字される。ノボラックは、フォトレジスト材料において使用される樹脂に密接に関係する有機樹脂であり、上記のエッチング用試薬印字処理は、他のこのような材料のパターニングにも同様に適用されることに留意されたい。
【００３０】
図６に見られるようにシリコン層１２内に開口３２を拡張するために、構造１１は、インクジェット印字処理からの残余ＫＯＨを除去するために水の中ですすがれ、それから、ｎ型コンタクト開口３２から窒化シリコンを除去するために、フッ化水素酸の５％溶液を含むタンクに１分間浸される。シートはそれから、１％フッ化水素酸（ＨＦ）および０．１％過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ４）を含むタンクに４分間直接移送される。この時間は、全てのｐ＋型層を除去し、上記のシリコンの厚さに対してｎ＋型層のある部分を露出するために、結晶粒界に沿って下に向けてエッチングするのに十分長い。しかし、この時間は、異なるシリコン層の厚さ、シリコン結晶の性質および表面組織の拡張に対して調節されるべきである。構造１１はそれから、純水においてすすがれ、乾かされる。
【００３１】
シリコン１２に結果として形成された開口３２は、粗い底面８２を有し、底面８２において、図６に見られるように、いくつかの点は反射防止層７１まで通ってエッチングされていてもよく、いくつかの隆起８３は軽くドーピングされたｐ型領域１４の中にまで拡張している。しかし、ｎ＋型領域のある部分が露出されている限り、ｎ＋型領域へ良好に接触することができる。ｐ型領域はｎ＋型領域の近くの領域において非常に軽くドーピングされているので、いくらかのｐ型材料が同様にホール３２の底辺に残されている場合、短絡を起こすためには横方向導電性が不十分である。
【００３２】
マスクのリフロー
ホール３２の側壁はｐ＋型領域１３および軽くドーピングされた領域１４を通っているので、壁は、ｐ−ｎ接合の短絡を防ぐために絶縁される必要がある。このことは、絶縁層１７をリフローさせ、それにより、開口３２の端の近くにおける絶縁層の一部分７８が壁を越えてホールの中に流れ込み、図７に見られるようにカバー７９を形成するようにすることによって達成される。このことを達成するために、シートは、適当な溶剤の蒸気を含む区域を通される。このことは、絶縁層１７のノボラック樹脂をリフローさせ、クレータ開口３２の大きさを小さくする。サンプルはこの区域に出る際、残存する溶剤を蒸発させるために、太陽灯の下で９０℃の温度に加熱される。
【００３３】
リフローの速度は、使用される溶剤の強度、濃度および温度によって変化する。ノボラックのような有機樹脂を分解する多くの適当な揮発性溶剤があり、アセトンのような物質を含む。アセトンは処理に適した溶剤であるが、非常に強度に働き、ホール３２の壁を樹脂で覆うのに数秒しか必要とせず、処理を正確に制御するのを難しくしている。好ましい溶剤はプロピレングリコール・モノメチル・エーテル・アセテート（ＰＧＭＥＡ）であり、素子は、ＰＧＭＥＡの飽和蒸気を含む雰囲気内に、絶縁におけるホールのわずかな縮みが観察されるまで、室温（例えば、２１℃）において４分間導入される。
【００３４】
マスクの開口およびｐ型コンタクト開口の洗浄
ホール１９のさらなる組（図８参照）がそれから、図３、４および５を参照して上に説明した印字およびエッチング処理を再び使用して、絶縁層１７に形成される。これらの開口は、腐食性溶液の小滴８１を、ｐ型コンタクト“ディンプル”が要求される位置において絶縁上に印字することによって形成される（図７参照）。開口１９（図８参照）を形成するための腐食性溶液による絶縁層１７の除去に続いて、全ての残余腐食性溶液が水で洗い流され、キャップ層７２は、開口１９において、１分間の５％フッ化水素酸（ＨＦ）のエッチングで除去される（窒化物のストイキオメトリによって、１０秒から１０分の時間が窒化物層を除去するために必要であるかもしれないことに留意されたい）。選択的に、ｐ＋型領域１３の表面上の全ての損傷を受けたシリコン材料がそれから、良好な接触を可能にするために、１％フッ化水素酸（ＨＦ）および０．１％過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ４）における１０秒のエッチングを使用して除去され、続いて純水においてすすがれ、図９に見られるわずかにくぼんだコンタクト“ディンプル”８５を提供する。このエッチングの長さは、ｐ＋型層１３をずっと通ってエッチングすることなく、表面のプラズマ損傷を除去するのに十分に長い。これはまた、ｎ型コンタクト上への衝撃が無視することができるほど短い。
【００３５】
金属コンタクトの形成
素子製造の最終段階は、金属層の付着、および、金属層が複数の独立した電気的接続を形成し、それぞれがｐ型ディンプル・コンタクトの１つの電線から電流を集め、それを隣接するセルにおけるｎ型クレータ・コンタクトの電線に引き渡すように、金属層を薄く切ることを含む。このようにして、セルの半導体集積回路直列相互接続が達成される。
【００３６】
金属層が付着される前に、構造１１は、フッ化水素酸の０．２％溶液を含むタンクに２０秒間浸される。この酸は、クレータおよびディンプル・コンタクトの双方から表面酸化物を除去する。このエッチングの強さおよび持続時間に対しては広い許容範囲がある。構造はそれから、純水においてすすがれ、乾かされる。
【００３７】
図１０を見ると、ｎ型およびｐ型コンタクトのためのコンタクト金属が、ｎ＋型領域１５およびｐ＋型領域１３の表面８２および８５を接触させるために、絶縁層１７を覆ってそしてホール３２および１９の中に拡張して薄い金属層２８を付着することによって、同時に付着される。金属層は、純粋アルミニウムの薄い層であることが望ましく、これはｎ＋型およびｐ＋型シリコンの双方への良好な電気的コンタクトを形成し、良好な横方向導電性を提供し、高い光学的反射率を有する。アルミニウムの厚さは、通常１００ｎｍである。
【００３８】
ｎおよびｐ型コンタクトの分離
ｎ型およびｐ型コンタクトの分離は、金属層２８を溶かしそして／あるいは蒸発させ、それにより、図１１に見られるように分離溝３１を形成するために、レーザ８６（図１０参照）を使用することによって達成される。レーザがパルス・オンされると、少量の金属が、ホール３１を作成しているビームの直接下で切除される。
【００３９】
構造１１は、金属層２８において分離溝をスクライブするために、１０６４ｎｍにおいて動作するレーザを使用して処理される。レーザは、シリコン１２に損傷を与えることなく金属層２８を通してスクライブするように調整される。これらのスクライブ３１は、各セルのその近隣のセルへの直列接続を保ちながら、各セル内のｐ型コンタクト１９からｎ型コンタクト３２を分離する。好ましいレーザ条件は、ビームが約１００μｍの直径に焦点をぼかされた、０．１２ｍＪのパルス・エネルギである。パルス重複は５０％であり、スクライブは０．５ｍｍの間隔で離されている。加えて、各セル定義溝１６に沿って、不連続のスクライブ３４がある（図１２参照）。
【００４０】
図１２は、上記の処理によって作成された素子の一部の後面図である。ここで、素子１１の各セルは、細長い光電池要素３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄを含み、光電池要素は、その長い軸を横切って複数の横断金属分離スクライブ３１によって分割され、横断金属分離スクライブ３１は、セルのｐ＋型およびｎ＋型領域への接触をそれぞれ提供しながら、ホール１９およびホール３２の交互の組を分離する。横断スクライブ３１は、各スクライブが各細長いセルと交差するように、素子の長さを越えて延びる実質的に真直ぐなスクライブに沿って作成される。
【００４１】
スクライブ３１の第１の組の形成に続き、金属分離スクライブ３４のさらなる組が、セルの全ての第２の対を分離するために、隣接するセル１１の間のセル分離スクライブ１６の上に形成される。細長い横断スクライブ３１の任意のひとつのどちらかの側に延びる金属分離スクライブ３４は、図１２に示されるように、１つのセル３５のｐ型コンタクト１９の１組を、隣接するセル３５のｎ型コンタクト３２の１組に接続しながら、セルが、交互のオフセットを有する接続リンク３６のマトリックスによって直列に接続されるように、同じ横断スクライブ３１の他の側にある横断スクライブに関して１つのセル分オフセットされている。
【００４２】
金属分離スクライブ３１は、５０−２００μｍからの幅の、望ましくは約１００μｍ幅の、セル３５を横断する長いスクライブの第１の組を含む。スクライブは通常、約０．２−１．９ｍｍそして望ましくは約０．４ｍｍ幅の導電ストリップを形成するために、０．２−２．０ｍｍそして望ましくは約０．５ｍｍの中心上で間隔をおいて置かれている。分離スクライブ３４は、セル３５の長い方向に平行で、シリコンにおけるセル分離溝１６と実質的に一致する、中断されたスクライブの第２の組を含む。分離スクライブ３４はまた、５０−２００μｍからの幅であり、望ましくは約１００μｍの幅である。横断分離スクライブ３１を形成する前に、分離スクライブ３４を形成することも同様に可能である。スクライブ領域は、図１２において、斜線を入れて示されている。
【００４３】
完成された構造の一部が、図１３に示されている。図１３は、セルの直列接続を提供するための、１つのセルのｎ型コンタクトの隣接するセルのｐ型コンタクトへの接続を示している。実際においては、一緒にグループにされたいくつかのｎ型コンタクトおよび一緒にグループにされたいくつかのｐ型コンタクトがあるかもしれないが、解りやすくするために、各セルにおいてそれぞれ１つのみが図示されている。図１３に示される構成はまた概略であり、シリコンにおける分離溝１６および金属における分離溝３１は、実際においては、図１２に見られるように互いに直角に走っている。
【００４４】
この分野の技術者には理解されるように、多くの変更および／あるいは修正を、広く記述される本発明の精神あるいは範囲から逸脱することなく、特定の実施例において示されるように、本発明に対して行うことができる。本実施例は、従って、全ての点において例示的であり限定的ではないと考えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】ガラス基板の上に反射防止コーティングを付着し、反射防止コーティングの上にドーピングされた半導体膜を付着する最初の工程の後の、半導体素子の断面図である。
【図２】スクライビング工程が完了し、個別のセル領域を分割するセル分離溝が形成され、半導体層の上に絶縁層が付着された後の、図１の断面図である。
【図３】インクジェット技術を使用する、絶縁エッチング用試薬を直接付着するように適合されたインクジェット印字ヘッドを有するＸ−Ｙテーブルの概略図である。
【図４】半導体層の下に位置するｎ＋型領域へのコンタクトが要求される領域において絶縁層を開けるために、エッチング用試薬のパターンが絶縁層の上に直接付着された後の、（わずかに左にずらされた）図２の断面図である。
【図５】半導体層の下に位置するｎ＋型領域へのコンタクトが要求される領域において、絶縁層が開けられた後の図４の断面図である。
【図６】半導体層の下に位置するｎ＋型領域へのコンタクトが要求される領域において、ドーピングされた半導体膜のある部分を除去するために、さらなるエッチング工程が実行された後の、図５の断面図である。
【図７】半導体層の下に位置するｎ＋型領域へのコンタクトが要求される領域において、絶縁層のある部分を、ドーピングされた半導体膜のある部分を除去することによって形成されたホール内に流し込むためのリフロー工程の後の、図６の断面図である。半導体層の上部ｐ＋型領域へのコンタクトが要求される領域において絶縁層を開けるために、腐食性溶液のパターンが絶縁層の上に直接付着されている。
【図８】半導体層の上部ｐ＋型領域へのコンタクトが要求される領域において、腐食剤が絶縁層を開けた後の、図７の断面図である。
【図９】半導体層の上部ｐ＋型領域へのコンタクトが要求される領域において、ドーピングされた半導体膜の表面から損傷を受けた材料を洗浄するために、さらなるエッチング工程が実行された後の、図８の断面図である。
【図１０】半導体材料のｐ＋およびｎ＋型領域を接触させ、隣接するセルを相互接続させるために金属層が付着された後の、図９の断面図である。
【図１１】各セル内において、ｐ＋＆ｎ＋型領域へのコンタクトを互いに分離するために、金属層が中断された後の、図１０の断面図である。
【図１２】図１１の素子の一部の後面図（シリコン側）である。
【図１３】隣接するセル間の相互接続を示す、完了した素子の一部の図面である。
【図１】
2007505486.tif 000003
【図２】
2007505486.tif 000004
【図３】
2007505486.tif 000005
【図４】
2007505486.tif 000006
【図５】
2007505486.tif 000007
【図６】
2007505486.tif 000008
【図７】
2007505486.tif 000009
【図８】
2007505486.tif 000010
【図９】
2007505486.tif 000011
【図１０】
2007505486.tif 000012
【図１１】
2007505486.tif 000013
【図１２】
2007505486.tif 000014
【図１３】
2007505486.tif 000015
【国際調査報告】
2007505486.tif 000016
2007505486.tif 000017
2007505486.tif 000018