(57)【要約】【解決手段】ワークピースをテクスチャリングもしくは製造する方法を開示する。ワークピースは、たとえば太陽電池であってよい。テクスチャリングは、プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状が絶縁性調整器により調整されたプラズマを用いたエッチングもしくは局所的スパッタリングであってよい。エッチング工程間もしくはスパッタリング工程間でワークピースを回転させてピラミッドを形成してよい。絶縁性調整器により調整されたプラズマから形成されるイオンにより、ワークピースの領域をエッチングもしくはスパッタリングして、ドーピングしてもよい。これらのドープ領域に金属層を形成してよい。【選択図】図１０Ａ−１０Ｃ
2013516071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースを処理する方法であって、
前記ワークピースの表面に隣接したプラズマシースを有するプラズマを生成する段階と、
前記プラズマと前記プラズマシースとの間の境界の形状を制御して、前記形状の一部が前記ワークピースの前記表面に平行とならないようにする段階と、
前記ワークピースの、ある平面に平行な前記表面の第１の部分を前記プラズマにより除去する段階と、
前記ワークピースを、前記平面に平行な方向に回転させる段階と、
前記ワークピースの前記表面の第２の部分を前記プラズマにより除去する段階と
を備える方法。
【請求項２】
前記ワークピースは、前記第１の部分を除去する段階の後、当該部分にｖ形状の溝を規定し、前記ワークピースは、前記第２の部分を除去する段階の後、当該部分にピラミッド形状の溝を規定する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ワークピースは太陽電池である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ワークピースはＳｉを含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の部分を除去する段階および前記第２の部分を除去する段階は、希ガス、Ｈ、Ｎ、およびＦからなる群から選択される種を用いて実行される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
回転させる段階は、前記ワークピースを９０°移動（ｔｒａｎｓｌａｔｉｎｇ）させる段階を有する請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記プラズマから形成されるイオンは焦点を有し、前記焦点は、前記プラズマシースと前記ワークピースの前記表面との間、または前記ワークピースの前記表面の下方に存在する請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ワークピースを製造する方法であって、
前記ワークピースの表面に隣接したプラズマシースを有するプラズマを生成する段階と、
前記プラズマと前記プラズマシースとの間の境界の形状を制御して、前記形状の一部が前記ワークピースの前記表面に平行とならないようにする段階と、
前記ワークピースの前記表面のある領域を前記プラズマにより除去する段階と、
前記ワークピースの前記領域にドーピングする段階と
を備える方法。
【請求項９】
前記ワークピースは太陽電池である請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記太陽電池は、前記表面の上に酸化層および反射防止コーティングを有し、除去する段階は、前記表面の前記領域の上の前記酸化層および前記反射防止コーティングをエッチスルーもしくはスパッタオフする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
除去する段階およびドーピングする段階は、少なくとも部分的に同時に実行される請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
除去する段階およびドーピングする段階は、ＢおよびＰからなる群から選択される第１の種と、ＨｅおよびＦからなる群から選択される第２の種とを用いる請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
除去する段階は、希ガス、Ｈ、Ｎ、およびＦからなる群から選択される種を用いて実行される請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
太陽電池を製造する方法であって、
前記太陽電池の表面の少なくとも第１の領域をテクスチャリングする段階と、
前記太陽電池の前記表面にドーパントを注入する段階と、
プラズマシースを有するプラズマを、前記プラズマと前記プラズマシースとの間の境界の形状を制御して、前記形状の一部が前記太陽電池の前記表面に平行とならないように生成することにより、前記プラズマで、前記太陽電池の前記表面の少なくとも１つの第２の領域を除去する段階と、
前記太陽電池の前記少なくとも１つの第２の領域にドーピングする段階と、
前記少なくとも１つの第２の領域上に金属層を形成する段階と
を備える方法。
【請求項１５】
テクスチャリングする段階は、化学エッチング、プラズマエッチング、レーザテクスチャリング、またはプラズマの使用を含み、前記プラズマと前記プラズマシースとの間の前記境界の前記形状は、前記形状の一部が前記太陽電池の前記表面に平行とならないように調整される請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記太陽電池の前記表面の上に、反射防止コーティングを堆積し、酸化層を形成する段階をさらに備える請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの第２の領域を除去する段階は、前記少なくとも１つの第２の領域の上の前記反射防止コーティングおよび前記酸化層を除去する請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
注入する段階は、前記太陽電池に第１のドープ領域を形成し、前記少なくとも１つの第２の領域を除去する段階は、前記少なくとも１つの第２の領域内の前記第１のドープ領域を除去する請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
除去する段階は、希ガス、Ｈ、Ｎ、およびＦからなる群から選択される種を用いて実行される請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークピースの製造に関し、特に、絶縁性調整器によって焦点化されるプラズマを用いた処理によるワークピースの製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハ、太陽電池等のワークピースは、通常、完成品を製造するのに多数の処理工程を要する。たとえば、太陽電池では、ｐｎ接合を形成するのに加え、材料層を太陽電池に成膜して性能を増強し、効率を向上させる。太陽電池の表面のテクスチャリング、表面への金属層の付加も行われる。
【０００３】
太陽電池には、「ブラックシリコン」が用いられることがある。これは、太陽光スペクトルの大部分を吸収し、より効率的な太陽電池を可能にする特定の種類のシリコンである。ブラックと呼ばれるのは、吸収した波長および低い反射率が要因となって、観察者に黒く見えるためである。ブラックシリコンの高い光吸収率は、その表面テクスチャの特殊性による。図１Ａおよび１Ｂは、ブラックシリコンもしくはテクスチャ化シリコンの一種を示す画像である。図１Ａは、ブラックシリコンの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。図１Ａに見られるテクスチャ化パターンは、シリコン表面をフェムトレーザによってフッ素化化学エッチングすることにより形成されている。図１Ｂは、テクスチャ化シリコンワークピースの表面を示す。たとえば、ピラミッド形状に表面をテクスチャリングすることによって、光収集が増大する。しかし、周知の湿式化学処理は、エッチング対象のワークピースの結晶面と特定の結晶面のエッチング速度とにより制限される。この制限に加えて、ＫＯＨの使用等のウェットエッチングまたはプラズマエッチングでは、形成されるピラミッドパターンが不ぞろいになる。
【０００４】
図２は、選択エミッタ太陽電池の断面図である。この実施形態における選択エミッタ太陽電池２００は、基体２０２上にｎ型ベース２０１を有する。基体２０２の近傍には、ｎ＋＋型領域２０３が設けられる。基体２０２の対向する側には、ｐ＋型層２０４および反射防止コーティング（ＡＲＣ）２０５が設けられる。ＡＲＣ２０５は、一例ではＳｉＮＸであってよい。選択エミッタ太陽電池２００には、ｐ＋＋型領域２０７の近傍に金属コンタクト２０６が設けられる。ｎ＋＋型領域２０３、ｐ＋＋型領域２０７、よびｐ＋型層２０４は、ドーピングによって形成してよい。選択エミッタ太陽電池２００の表面２０８は、図１Ａおよび１Ｂに図示されるものと同様にテクスチャリングしてよい。一実施形態では、ＡＲＣ２０５とｐ＋型層２０４との間に、酸化層を用いてよい。
【０００５】
図３は、インターデジテイテッドバックコンタクト（ＩＢＣ）型太陽電池の断面図である。この実施形態のＩＢＣ型太陽電池３００は、ｎ型ベース３０１、ｎ＋型層３０２、およびＡＲＣ２０５を有する。一実施形態では、ＡＲＣ２０５とｎ＋型層３０２との間に、酸化層を用いてよい。ｎ＋型層３０２の対向する側には、交互にｐ＋型エミッタ３０３およびｎ＋型裏面フィールド３０４が設けられる。パッシベーション層３０５によってコンタクト孔３０６が規定される。交互に配置されたｎ型コンタクト３０７およびｐ型コンタクト３０８が、ｐ＋型エミッタ３０３およびｎ＋型裏面フィールド３０４に接触している。図２および図３の実施形態では、ｎ型およびｐ型のドーピングを逆にしても調整（ｍｏｄｉｆｙ）してもよい。
【０００６】
図２の選択エミッタ太陽電池２００または図３のＩＢＣ型太陽電池３００等の太陽電池における層のパターニングもしくは特定領域のドーピング、および金属層もしくは金属コンタクトの形成は、高価な処理となり得る。処理工程の複雑性もしくは処理工程数によって、所有コストおよび製造時間が増大する。太陽電池もしくはその他のワークピースを製造するべく用いられる処理の少なくともいくつかが同一のシステムで実行されれば、スループットが上昇し、ワークピース当たりのコストが低下する可能性がある。工程を削除もしくは簡略化することによっても、スループットが上昇し、ワークピース当たりのコストが低下する。したがって、本技術分野では、ワークピースを製造するための、特に、絶縁性調整器によって焦点化されるプラズマを用いた処理によってワークピースを製造するための改良方法が必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の観点によると、ワークピースを処理する方法が提供される。本方法は、ワークピースの表面の近傍に、プラズマシースを有するプラズマを生成する段階を備える。プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状は、形状の一部がワークピースの表面に平行とならないように制御される。ワークピースの表面の第１の部分をプラズマにより除去する。表面はある平面に平行である。この平面に平行な方向にワークピースを回転させる。ワークピースの表面の第２の部分をプラズマにより除去する。
【０００８】
本発明の第２の観点によると、ワークピースを製造する方法が提供される。本方法は、ワークピースの表面の近傍に、プラズマシースを有するプラズマを生成する段階を備える。プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状は、形状の一部がワークピースの表面に平行とならないように制御される。ワークピースの表面のある領域をプラズマにより除去し、ワークピースの当該領域にドーピングする。
【０００９】
本発明の第３の観点によると、太陽電池を製造する方法が提供される。本方法は、太陽電池の表面の少なくとも第１の領域をテクスチャリングする段階を備える。太陽電池の表面にドーパントを注入する。太陽電池の表面の少なくとも１つの第２の領域をプラズマにより除去する。プラズマシースを有するプラズマを生成し、プラズマとプラズマシースとの間の境界の形状を、形状の一部が太陽電池の表面に平行とならないように制御する。太陽電池の第２の領域にドーピングし、第２の領域の上に金属層を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本開示のより良好な理解を促すべく、参照として本明細書に組み込まれる添付の図面を参照する。
【図１Ａ】ブラックシリコンもしくはテクスチャ化シリコンの一種を示す画像である。
【図１Ｂ】ブラックシリコンもしくはテクスチャ化シリコンの一種を示す画像である。
【図２】選択エミッタ太陽電池の断面図である。
【図３】インターデジテイテッドバックコンタクト型太陽電池の断面図である。
【図４】絶縁性調整器を有するプラズマ処理装置のブロック図である。
【図５】本開示のある実施形態に係るプラズマ処理装置のブロック図である。
【図６】ワークピースの局所的エッチングもしくはスパッタリングを示す断面ブロック図である。
【図７】第１の例におけるワークピースのテクスチャリングを示す断面側面図である。
【図８】第２の例におけるワークピースのテクスチャリングを示す断面図である。
【図９Ａ−９Ｂ】ワークピースをエッチングもしくはスパッタリングしてピラミッドを形成する様子を示す斜視図である。
【図１０Ａ−１０Ｃ】ワークピース製造の第１の実施形態を示す。
【図１１Ａ−１１Ｇ】太陽電池製造の第１の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
太陽電池に関連して実施形態を記載する。しかし、本明細書に記載する実施形態は、半導体ウェハ等のその他のワークピースに用いることもできる。選択エミッタ太陽電池およびＩＢＣ型太陽電池を具体的に開示するが、本明細書の実施形態は、その他の太陽電池設計に適用してもよい。絶縁性調整器によって焦点化されるプラズマを用いる処理は、たとえば、エッチング、スパッタリング、堆積（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、表面テクスチャリング、局所的ドーピング、もしくは、ワークピースに対するその他の材料修飾であってよい。ワークピースの部分を除去する仕組みとして、エッチングおよびスパッタリングを具体的に記載するが、その他の仕組みも可能である。したがって、本発明は、以下に記載される特定の実施形態に限定されない。
【００１２】
図４は、絶縁性調整器を有するプラズマ処理装置のブロック図である。プラズマ１４０は、本技術分野で周知の方法により生成される。このプラズマ１４０は、一般的に、イオンおよび電子の準中性的に集合したものである。通常、イオンは正電荷を有し、電子は負電荷を有する。プラズマ１４０は、プラズマ１４０の体積中に、たとえば、約０Ｖ／ｃｍの電界を有する。プラズマ１４０を含むシステムでは、プラズマ１４０からのイオン１０２は、ワークピース１００に向けて引き付けられる。これらのイオン１０２は、十分なエネルギーで引き付けられて、ワークピース１００に注入される。プラズマ１４０は、プラズマシース２４２と呼ばれるワークピース１００近傍の領域に接している。プラズマシース２４２は、プラズマ１４０よりも含む電子が少ない領域である。したがって、負電荷と正電荷との差によって、プラズマシース２４２にシース電位が発生する。このプラズマシース２４２からの発光は、存在する電子が少ないので、プラズマ１４０からの発光よりも強度が弱く、したがって、励起−緩和衝突の発生が少ない。したがって、プラズマシース２４２は、「暗部」とよばれることがある。
【００１３】
絶縁性調整器１０１は、プラズマシース２４２内の電界を調整して、プラズマ１４０とプラズマシース２４２との境界２４１の形状を制御する。したがって、プラズマ１４０からプラズマシース２４２を通過して引き付けられるイオン１０２は、様々な入射角でワークピース１００に衝突する。イオン１０２は、反応性でも非反応性でもよい。この絶縁性調整器１０１は、たとえば、焦点化板もしくはシース操作板と呼んでよい。
【００１４】
図４の実施形態では、絶縁性調整器１０１は、水平方向間隔（Ｇ）を有する開口を規定する１対のパネル２１２および２１４を有する。パネル２１２および２１４は、絶縁体であってよい。別の実施形態では、絶縁性調整器１０１は、パネルを１枚だけ、または２枚より多く有してよい。パネル２１２および２１４は、薄く平坦な形状の１対のシートであってよい。別の実施形態では、パネル２１２および２１４は、管形、楔形等のその他の形状であってよく、および／または、開口の近傍が斜端であってよい。パネル２１２および２１４は、ワークピース１００の前面によって規定される平面１５１から垂直方向間隔（Ｚ）だけ上方に位置付けてよい。一実施形態では、垂直方向間隔（Ｚ）は、約１．０から１０．０ｍｍである。
【００１５】
イオン１０２は、別の仕組みにより、プラズマ１４０からプラズマシース２４２を通過して引き付けられてよい。一例では、ワークピース１００にバイアスをかけることで、イオン１０２をプラズマ１４０からプラズマシース２４２を通過して引き付けてよい。別の例では、プラズマ１４０を生成するプラズマ源と、プラズマ１４０を取り囲む壁面とを正にバイアスし、ワークピース１００を接地してよい。１つの特定的実施形態では、パルス状にバイアスをかけてよい。別の例では、電界もしくは磁界を用いて、プラズマ１４０からワークピース１００に向けてイオン１０２を引き付けてよい。
【００１６】
有利に、絶縁性調整器１０１は、プラズマシース２４２内の電界を調整して、プラズマ１４０とプラズマシース２４２との境界２４１の形状を制御する。プラズマ１４０とプラズマシース２４２との境界２４１は、一例では、平面１５１から突出した形状を有してよい。ワークピース１００をバイアスした場合、たとえば、イオン１０２は、パネル２１２と２１４との間の開口を通ってプラズマシース２４２を通過し、様々な入射角で引き付けられる。たとえば、たとえば、軌跡２７１に従うイオンは、平面１５１に対して＋θ°でワークピース１００に衝突する。軌跡２７０に従うイオンは、同平面１５１に対して約０°でワークピース１００に衝突する。軌跡２６９に従うイオンは、平面１５１に対して約−θ°でワークピース１００に衝突する。したがって、入射角の範囲は、約０°を中心にして＋θ°から−θ°である。さらに、２６９、２７１等のいくつかのイオン軌跡は、互いに交差する。パネル２１２と２１４との間の水平方向間隔（Ｇ）、平面１５１からのパネル２１２および２１４の垂直方向間隔（Ｚ）、パネル２１２および２１４の絶縁定数、もしくはプラズマ１４０のその他の処理パラメータ等（これらに限定されない）の数多くの要因により、入射角（θ）の範囲は、約０°を中心にして、＋６０°から−６０°であってよい。
【００１７】
図５は、本開示の実施形態に係るプラズマ処理装置のブロック図である。システム５００は、プラズマ源５０１、絶縁性調整器１０１、および処理チャンバ５０２を備える。ガス源５０４がプラズマ源５０１に接続されている。プラズマ源５０１もしくはシステム５００のその他の構成要素を、ターボポンプ等のポンプに接続してもよい。プラズマ１４０を生成するプラズマ源５０１は、たとえば、ＲＦプラズマ源、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源、間接加熱陰極（ＩＨＣ）、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源、ヘリコンプラズマ源、マイクロ波プラズマ源、または当業者に周知のその他のプラズマ源であってよい。処理チャンバ５０２、プラズマ源５０１、およびプラテン５０３は接地してよい。
【００１８】
ワークピース１００に注入、エッチング、もしくはスパッタリングを実行するべく、絶縁性調整器１０１を用いてイオン５０６を焦点化させる。プラズマ源５０１からイオン５０６に、連続的（ＤＣ）に、またはパルス状にプラズマ１４０を抽出してよい。一例では、プラズマ源５０１をバイアスしてよい。または、システム５００のＲＦバイアスは、パルス状であってもなくてもよい。絶縁性調整器１０１は、少なくとも１つの開口５０７を有するが、開口５０７は複数であってもよい。開口５０７を１つより多くすることで、システム５００のスループットが向上する。したがって、絶縁性調整器１０１の設計は、図５に示す設計だけに限定されない。
【００１９】
太陽電池または半導体ウェハであってよい１つ以上のワークピース１００を、処理チャンバ５０２内のプラテン５０３上に配置する。プラテン５０３は、静電クランプ、機械クランプ、もしくは静電クランプおよび機械クランプの組み合わせを利用してワークピース１００を保持してよい。プラテン５０３を用いてワークピース１００を走査してよい。図５の実施形態では、プラテン５０３は、方向５０５に走査する。しかし、プラテン５０３は、ワークピース１００上に所望される注入、エッチング、もしくはスパッタリングのパターンによっては、１次元、２次元、または３次元に走査してよい。別の実施形態では、絶縁性調整器１０１は、ワークピース１００に対して並進する。多様なロードおよびアンロード機構を用いて、ワークピース１００をプラテン５０３に載置してよい。プラテン５０３は、一例では、ワークピース１００に裏面からのガス冷却を提供するよう構成されてよい。注入、エッチング、もしくはスパッタリングの前または最中に、プラテン５０３またはその他の装置を用いて、ワークピース１００を多様な温度に加熱もしくは冷却してよい。
【００２０】
図６は、ワークピースの局所的エッチングもしくはスパッタリングを示す断面ブロック図である。方向５０５に走査可能なプラテン５０３上に、ワークピース１００は配置されている。イオン５０６は、絶縁性調整器１０１の開口５０７を通過した後、ワークピース１００をエッチングもしくはスパッタリングする。図６のイオン５０６は、ワークピース１００の第１の領域６００をエッチングもしくはスパッタリングする。このエッチングもしくはスパッタリングにより、第１の領域６００においてワークピース１００の一部が除去される。ワークピース１００が方向５０５に移動すると、第２の領域６０２および第３の領域６０３もエッチングもしくはスパッタリングされる。たとえば、表面６０１は、エッチングもしくはスパッタリングされない。図６に図示されるパターンに加え、ワークピース１００に多様なエッチングもしくはスパッタリングのパターンを実行してよい。エッチングもしくはスパッタリングされない表面６０１を形成するには、ワークピース１００の並進の調整、プラテン５０３またはワークピース１００へのバイアスの調整、パルスの幅もしくは周波数の変更、またはイオン５０６のパラメータの変更を実行してよい。別の例では、絶縁性調整器１０１に対してワークピース１００をｘ、ｙ、もしくはｚ方向に並進させて、表面６０１を実現する。このような表面６０１は、太陽電池にたとえばコンタクトを形成するのに用いてよい。
【００２１】
イオン５０６の焦点は、ワークピース１００の表面、その近傍、またはその下方に局所化させることができる。図７は、第１の例におけるワークピースのテクスチャリングを示す断面側面図である。イオン５０６は、絶縁性調整器１０１の開口５０７を通過し、ワークピース１００をエッチングもしくはスパッタリングする。このエッチングもしくはスパッタリングにより、ワークピース１００に溝７００が形成される。一例では、イオン５０６のスパッタリング作用によって、イオン５０６が力によってワークピース１００の一部を除去して溝７００を形成することで、溝７００が形成される。イオン５０６は、反応によって化学的に溝７００を形成する場合もある。一例では、Ｆイオンが反応に用いられて、ワークピース１００とともに揮発性のＳｉＦ４分子を形成する場合があり、これは放出される。その他の反応およびメカニズムが可能であり、本実施形態は、ＳｉＦ４分子の形成だけに限定されない。
【００２２】
本実施形態の溝７００はｖ形状をしているが、半円形状、ドーム形状等のその他の形状も可能である。イオン５０６は、絶縁性調整器１０１とワークピース１００との間に焦点７０１有する。したがって、イオン５０６は、焦点７０１で互いに交差する。イオン５０６のいくつかは、ある角度を持ってワークピース１００に衝突する。一例では、イオン５０６の大部分は、ワークピース１００の表面７０３に対して垂直にはワークピース１００に衝突しない。絶縁性調整器１０１とワークピース１００の表面７０３との間の距離を調整すると、焦点７０１の位置が変化する。
【００２３】
図８は、第２の例におけるワークピースのテクスチャリングを示す断面図である。本実施形態では、焦点７０２は、ワークピース１００の中、もしくは、ワークピース１００の表面７０３の下にある。焦点７０２がここにあるということは、イオン５０６のいくつかは、ワークピース１００の表面７０３に対して垂直にではなく、ある角度を持ってワークピース１００に衝突するということである。絶縁性調整器１０１とワークピース１００の表面７０３との間の距離を調整すると、焦点７０２の位置が変化する。
【００２４】
図７および図８の実施形態では、イオン５０６は、たとえば、Ｈ、Ｎ、Ｈｅ、その他の希ガス、Ｆ、その他の不活性ガス、または、当業者に周知のその他の種であってよい。Ｈｅ等の不活性ガスもしくは希ガスを用いると、ワークピース１００の溝７００周辺の表面に孔が形成される。不活性ガスもしくは希ガスによるポケットもしくは「ナノ孔」は、ワークピース１００の溝７００周辺に形成される。これらのポケットは、アニーリングの際に、たとえば、オストワルド熟成もしくはその他の作用により、サイズが大きくなる。ポケットが大きいほど、光が捕捉され、ワークピース１００への光の吸収が増大する。図４から図１１の実施形態では、ワークピース１００は、たとえば、単結晶、多結晶（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）、または多結晶（ｍｕｌｔｉｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）であってよく、Ｓｉまたはその他の材料であってよい。
【００２５】
図９Ａおよび９Ｂは、ワークピースをエッチングもしくはスパッタリングして、ピラミッドを形成する様子を示す斜視図である。エッチングもしくはスパッタリングにより、ワークピース１００の各部分に一系統の溝７００が形成されている。このエッチングもしくはスパッタリングには、イオンと、図７および図８と同様の絶縁性調整器とを用いてよい。各溝７００につき、１つのエッチングもしくはスパッタリング工程が必要である。図９Ａのようにワークピース１００に溝７００を形成した後、ワークピース１００を回転させる。この例では、絶縁性調整器またはワークピース１００の表面に平行な平面に対してワークピースを９０°回転もしくは並進させるが、その他の回転量もしくは並進量も可能である。回転後、ワークピース１００の各部を再びエッチングもしくはスパッタリングする。別系統の溝７００を形成するには、図９Ａに示される溝７００の各部をエッチングもしくはスパッタリングにより除去する。これにより、ピラミッド９００が連続的に形成され、ピラミッド形状の溝９０１が形成される。ピラミッド形状の溝９０１は、互いに重なった２つのｖ形状溝７００であればよい。
【００２６】
溝７００および溝９０１の配置、またはピラミッド９００の傾き、形状、均一性、もしくは寸法は、ピラミッド９００に衝突する光の大部分が屈折してワークピース１００に入射するように制御してよい。ピラミッド９００の壁面から反射した光は、隣接する壁面に入射し、屈折してワークピース１００に入射する。したがって、たとえば太陽電池もしくは光検出センサに用いられるワークピース１００の光の捕捉が向上する。溝７００および溝９０１の形成は、ワークピース１００の格子におけるＳｉもしくはその他の原子の配向とは無関係である。溝７００および溝９０１のエッチングもしくはスパッタリングに用いるイオンの角拡散を制御することにより、高精度のピラミッド９００を形成してよい。溝７００および溝９０１の深さおよび幅は、溝７００および溝９０１のエッチングもしくはスパッタリングに用いるイオンの焦点もしくは角度を変更することによって調整してよい。
【００２７】
ワークピースの表面にピラミッドを形成するべく、湿式化学処理をバッチ当たり２０分行ってよい。絶縁性調整器により調整されるプラズマを用いて、約３分未満で１２５ｍｍのワークピース１００の全体をテクスチャリングしてピラミッド９００を形成してよい。さらに、ピラミッド９００もしくはその他の溝の形成には、液剤ではなく焦点化されたイオンを用いる。これにより、湿式化学処理に比べて金属汚染が減少する。また、本明細書に開始する実施形態を用いると、ピラミッド９００はより均一になる。
【００２８】
図１０Ａから１０Ｃは、ワークピース製造の第１の実施形態を示す。図６から図８と同様の絶縁性調整器を用いてよいイオン１００１によって、ワークピース１００の領域１００４がエッチングもしくはスパッタリングされる。イオン１００１は、たとえば、Ｈ、Ｎ、Ｈｅ、もしくはその他の希ガス、Ｆもしくはその他の不活性ガス、または当業者に周知のその他の種であってよい。領域１００４のエッチングもしくはスパッタリング深さは、ワークピース１００毎に調整してよい。領域１００４のエッチングもしくはスパッタリングを複数工程行って、ｖ形状の溝１００３を形成してよいが、代わりに、溝もしくはテクスチャ化領域を１つだけ形成してもよい。図１０Ａの実施形態の表面１００５は、エッチングもしくはスパッタリングされて、図９Ａおよび９Ｂに似たピラミッド形状が形成されている。プラズマおよび絶縁性調整器を用いたエッチングもしくはスパッタリングを実行してよいが、その他のエッチング方法を用いて表面１００５をテクスチャリングしてよい。
【００２９】
図１０Ｂでは、ドーパント１００２がワークピース１００に注入されている。ドーパント１００２は、たとえば、Ｂ、Ａｓ、Ｐ、Ｇａ、Ａｌ、もしくは当業者に周知のその他のドーパントであってよい。ドーパント１００２のドーピングにより、領域１００４にドープ領域１００６が形成される。一例では、プラズマおよび絶縁性調整器を用いてドーパント１００２を領域１００４に集中させる。別の例では、ワークピース１００は表面１００５に酸化層およびＡＲＣを有してよく、プラズマドーピングイオン注入機、ビームラインイオン注入機を用いて、または絶縁性調整器１０１でプラズマシースを調整することにより、ドーパント１００２を注入してよい。酸化層およびＡＲＣは、ドーパント１００２に対するマスクとして機能し、領域１００４以外での注入を防止する。表面１００５上の酸化層もしくはＡＲＣの有無にかかわらず、ドーパントを含むペーストを用いたレーザドーピング、ドーパントを含むペーストの加熱、炉内でのドーパントの気体拡散等のその他のドーピング方法を用いて、ドープ領域１００６を形成してもよい。
【００３０】
図１０Ｃでは、金属層１００７が領域１００４に設けられている。これによって、太陽電池に金属コンタクトを形成してよい。ドープ領域１００６によって、金属層１００７での電荷収集が補助される。金属層１００７は、たとえば、スクリーン印刷、インクジェット処理、電気めっき、または金属層１００７を敷設できるその他の処理を用いて形成してよい。金属層１００７は、ドープ領域１００６に位置合わせされている。電気めっきを用いて金属層１００７を形成する場合、リソグラフィ工程もしくは洗浄工程が必要でなくなるかもしれない。
【００３１】
１つの特定的実施形態では、図１０Ａのエッチングもしくはスパッタリングおよび図１０Ｂのドーピングは、少なくとも部分的に同時に実行される。本実施形態では、イオン１００１およびドーパント１００２は、絶縁性調整器により焦点化される１つのプラズマ内に組み合わされてよい。イオン１００１によりエッチングおよびスパッタリングが行われ、ドーパント１００２によりドープ領域１００６がドーピングおよび形成される。たとえば、少なくとも部分的に同時に実行されるドーピングおよびエッチングもしくはスパッタリングに用いられるイオン１００１およびドーパント１００２は、ＢＦ３およびＮＦ３、ＢＦ３およびＨｅ、ＰおよびＮＦ３、ＳＯ２並びにＮＦ３およびＢ、ＳＯ２並びにＮＦ３およびＰ、または、Ｂ２Ｈ６およびＨｅ、Ｈ２、もしくはＡｒであってよい。もちろん、イオン１００１およびドーパント１００２のその他の組み合わせも可能である。イオン１００１は、たとえば、Ｈ、Ｎ、Ｈｅもしくはその他の希ガス、Ｆもしくはその他の不活性ガス、または当業者に周知のその他の種であってよい。ドーパント１００２は、たとえば、Ｂ、Ａｓ、Ｐ、Ｇａ、Ａｌ、もしくは当業者に周知のその他のドーパントであってよい。
【００３２】
図１１Ａから１１Ｇは、太陽電池製造の第１の実施形態を示す。Ｓｉ基板であってよいワークピース１００が図１１Ａに示されている。図１１Ｂでは、ワークピース１００は、テクスチャリングされている。このテクスチャリングによって、テクスチャ化表面領域１１０１および非テクスチャ化表面領域１１０２が形成される。テクスチャ化表面領域１１０１はピラミッドであってよく、図９Ａおよび９Ｂに示す焦点化されたプラズマ、プラズマエッチング、局所的プラズマスパッタリング、化学エッチング、またはレーザテクスチャリングを用いて形成してよい。図１１Ｃでは、ドーパント１１０４によってワークピース１００をドーピングし、第１のドープ領域１１１２を形成する。ドーパント１１０４は、たとえば、Ｂ、Ａｓ、Ｐ、Ｇａ、Ａｌ、または当業者に周知のその他のドーパントであってよい。ドーパント１１０４は、ワークピース１００に注入または拡散してよい。図１１Ｄでは、ワークピース１００の上面に酸化層１１０６およびＡＲＣ１１０７を付加してよい。酸化層１１０６は、酸素雰囲気の炉内で形成してよく、ＳｉＮｘであってよいＡＲＣ１１０７は、ワークピース１００に堆積してよい。酸化層１１０６およびＡＲＣ１１０７の形成中に第１のドープ領域１１１２を活性化させてよい。
【００３３】
ワークピース１００の少なくとも１つの領域１１０９が、図１１Ｅでエッチングもしくはスパッタリングされる。１つ以上の領域１１０９をエッチングもしくはスパッタリングしてもよい。領域１１０９のエッチングもしくはスパッタリングにより、ワークピース１００、ＡＲＣ１１０７、酸化層１１０６、および第１のドープ領域１１１２の一部が除去されるが、その他のエッチングもしくはスパッタリング深さも可能である。図１１Ｅのエッチングもしくはスパッタリングでは、Ｈ、Ｎ、Ｈｅもしくはその他の希ガス、その他の不活性ガス、Ｆ、または当業者に周知のその他の種であってよいイオン１１０８が用いられる。一例では、図６から図８と同様の方法でイオン１１０８を用いて、領域１１０９はエッチングもしくはスパッタリングされる。このエッチングもしくはスパッタリングを複数工程実行してｖ形状の溝１１１３を形成してよいが、代わりに、溝もしくはテクスチャ化領域を１つだけ形成してもよい。ＡＲＣ１１０６は、厚さが約４００から８００Ａであればよく、この厚さはイオン１１０８によってエッチスルーもしくはスパッタオフされる。
【００３４】
次に、図１１Ｆで領域１１０９をドーピングする。ドーパント１１１０は、Ｂ、Ａｓ、Ｐ、Ｇａ、Ａｌ、または当業者に周知のその他のドーパントであってよい。たとえば、プラズマドーピング型もしくはビームライン型のイオン注入機を用いて、絶縁性調整器１０１によりプラズマシースを調整することにより、またはドーパントを拡散させることにより、ドーパント１１１０を注入してよい。酸化層１１０６およびＡＲＣ１１０７は、第２のドープ領域１１１１だけが形成されるようにマスクとして機能してよい。ドーパント１１１０は、酸化層１１０６およびＡＲＣ１１０７の存在により、ワークピース１００のその他の領域には注入されない。次に、図１１Ｇで、領域１１０９内には、第２のドープ領域１１１１上に金属層１１１２が形成される。この金属層１１１２は、太陽電池のコンタクトであってよく、第２のドープ領域１１１１によって電荷収集が補助される。金属層１１１２は、たとえば、スクリーン印刷、インクジェット処理、または電気めっきを用いて形成してよい。金属層１１１２は、第２のドープ領域１１１１と位置合わせされる。電気めっきを用いて金属層１１１２を形成する場合、リソグラフィ工程および洗浄工程が必要でなくなるかもしれない。図１０Ａから１０Ｃでのように、イオン１１０８およびドーパント１１１０は、少なくとも部分的に同時に、注入、エッチング、もしくはスパッタリングされる。
【００３５】
本開示は、本明細書に記載された特定の実施形態によって範囲を限定されない。事実、本明細書に記載されたものに加えて、本開示のその他の多様な実施形態および本開示に対する変更が、上記の記載および添付の図面から当業者には明らかになるであろう。したがって、このようなその他の実施形態および変更は、本開示の範囲に含められることが意図されている。さらに、本開示は、本明細書において、特定の目的に対する特定の環境における特定の実施例を背景として記載されたが、本開示の有用性はこれに限定されず、いかなる数の目的に対するいかなる数の環境においても有利に実施し得ることが当業者には認識されるであろう。したがって、以下に記載される特許請求の範囲は、本明細書に記載された本開示の全範囲および全趣旨にかんがみて解釈されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１１Ｆ】
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【図１１Ｇ】
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【国際調査報告】
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