(57)【要約】  本発明は一般に、ｐ型ドープされた領域の上に高品質パッシベーション層を形成して高効率太陽電池デバイスを形成する方法を提供する。本発明の諸実施形態は、シリコン基板内に形成されるホウ素ドープされた領域の表面を調製するのにとりわけ有用でありうる。一実施形態では、これらの方法は、太陽電池基板の表面をプラズマに曝して清浄にし、基板の物理特性、化学特性および／または電気特性を改変し、次に、荷電誘電体層を堆積し、その上にパッシベーション層を堆積させることを含む。
2013524510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池デバイスの少なくとも一部分を形成する方法であって、
太陽電池基板内に形成されたｐ型ドープされた領域の表面にわたって負電荷を有する第１の層を形成するステップと、
前記第１の層の上にバルク層を形成するステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記形成されたバルク層が正味の正電荷を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の層内にある正味の負電荷量が前記バルク層内の正味の正電荷量よりも大きい、または等しい、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の層内にある正味の負電荷量が、前記太陽電池基板の表面で１×１０１２クーロン／ｃｍ２よりも大きい電荷密度を実現するように適合される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の層を形成する前に、前記太陽電池基板上に形成された前記ｐ型ドープされた領域の表面を、窒素、フッ素、または水素を含む反応性ガスに曝すステップと、
前記第１の層を形成する前に、前記ｐ型ドープされた領域の表面を高周波プラズマに曝して、前記表面に配置された不感領域の少なくとも一部分を除去するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の層を形成するステップが、
フッ素含有ガスまたは塩素含有ガスを含む高周波プラズマを発生させて前記第１の層を前記表面に堆積させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の層を形成するステップが、酸化ケイ素（ＳｉｘＯｙ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、酸炭化窒化ケイ素（ＳｉＯＣＮ）、酸炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、酸化チタン（ＴｉｘＯｙ）、酸化タンタル（ＴａｘＯｙ）、酸化ランタン（ＬａｘＯｙ）、酸化ハフニウム（ＨｆｘＯｙ）、窒化チタン（ＴｉｘＮｙ）、窒化タンタル（ＴａｘＮｙ）、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）、酸窒化ハフニウム（ＨｆＯＮ）、窒化ランタン（ＬａＮ）、酸窒化ランタン（ＬａＯＮ）、塩素化窒化ケイ素（ＳｉｘＮｙ：Ｃｌ）、塩素化酸化ケイ素（ＳｉｘＯｙ：Ｃｌ）、フッ素化酸化ケイ素（ＳｉｘＯｙ：Ｆ）、フッ素化窒化ケイ素（ＳｉｘＮｙ：Ｆ）、アモルファスシリコン、アモルファス炭化ケイ素、または酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を含む層を形成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の層を形成するステップがさらに、
前記太陽電池基板を処理チャンバの処理領域内に位置付けるステップと、
シラン（ＳｉＨ４）、窒素、およびハロゲンガスを含む混合ガスを前記処理領域に流し込むステップとを含み、前記ハロゲンガスがフッ素または塩素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の層を形成するステップがさらに、
前記太陽電池基板の表面の上に容量結合プラズマを、前記太陽電池基板の前記表面の上に配置された電極に高周波電力を送出することによって形成するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
太陽電池デバイス内に形成されるパッシベーション層構造体であって、
太陽電池基板の表面に形成された１つまたは複数のｐ型ドープされた領域と、
正味の負電荷を有し、前記１つまたは複数のｐ型ドープされた領域の上に配置された第１の層と、
前記第１の層の上に配置されたバルク層とを含み、前記バルク層が正味の正電荷を有する、パッシベーション層構造体。
【請求項１１】
前記第１の層内にある正味の負電荷量が前記バルク層内の正味の正電荷量よりも大きい、または等しい、請求項１０に記載のパッシベーション層構造体。
【請求項１２】
前記第１の層内にある正味の負電荷量が、前記太陽電池基板の表面で１×１０１２クーロン／ｃｍ２よりも大きい電荷密度を実現するように適合される、請求項１０に記載のパッシベーション層構造体。
【請求項１３】
前記第１の層が、酸化ケイ素（ＳｉｘＯｙ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、酸炭化窒化ケイ素（ＳｉＯＣＮ）、酸炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、酸化チタン（ＴｉｘＯｙ）、酸化タンタル（ＴａｘＯｙ）、酸化ランタン（ＬａｘＯｙ）、酸化ハフニウム（ＨｆｘＯｙ）、窒化チタン（ＴｉｘＮｙ）、窒化タンタル（ＴａｘＮｙ）、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）、酸窒化ハフニウム（ＨｆＯＮ）、窒化ランタン（ＬａＮ）、酸窒化ランタン（ＬａＯＮ）、塩素化窒化ケイ素（ＳｉｘＮｙ：Ｃｌ）、塩素化酸化ケイ素（ＳｉｘＯｙ：Ｃｌ）、アモルファスシリコン、アモルファス炭化ケイ素、または酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を含む、請求項１０に記載のパッシベーション層構造体。
【請求項１４】
前記太陽電池基板が、第１の表面を有するｎ型基板を含み、
前記１つまたは複数のｐ型ドープされた領域が、前記ｎ型基板の前記第１の表面に配置されたｐ型層を含む、請求項１０に記載のパッシベーション層構造体。
【請求項１５】
太陽電池デバイス内に形成されるパッシベーション層構造体であって、
太陽電池基板の表面に形成された１つまたは複数のｐ型ドープされた領域と、
前記１つまたは複数のｐ型ドープされた領域の上に配置され、フッ素または塩素を含み、かつ酸素、窒素、シリコンおよびアルミニウムを含むリストから選択された少なくとも２つの元素を含む第１の層と、
前記第１の層の上に配置され、正味の正電荷を有し、かつシリコンおよび窒素を含むバルク層とを含む、パッシベーション層構造体。
【請求項１６】
前記第１の層がさらに、前記バルク層内の正味の正電荷量よりも大きい、または等しい正味の負電荷量を含む、請求項１５に記載のパッシベーション層構造体。
【請求項１７】
前記第１の層がさらに、前記太陽電池基板の表面で１×１０１２クーロン／ｃｍ２よりも大きい電荷密度を実現するための正味の負電荷量を含む、請求項１５に記載のパッシベーション層構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の諸実施形態は、一般に太陽電池の製造に関し、特に結晶シリコン太陽電池の表面を安定化処理するデバイス構造体および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、太陽光を電力に直接変換する光起電デバイスである。最も一般的な太陽電池材料はシリコン（Ｓｉ）であり、単結晶、多結晶（polycrystalline）または多結晶（multi-crystalline）の基板の形をしている。シリコンベースの太陽電池を使用して発電された電気のコストは、従来の方法で発電された電気のコストよりも高いために、太陽電池の全体効率に悪影響を及ぼさないで太陽電池の製造コストを低減する取組みが行われてきた。
【０００３】
図１は、結晶シリコン基板１１０から製造された標準的なシリコン太陽電池１００の断面図を概略的に描いている。基板１１０は、ベース領域１０１、エミッタ領域１０２、ｐｎ接合領域１０３、誘電体パッシベーション層１０４、前面電気接点１０７、および後面電気接点１０８を含む。ｐｎ接合領域１０３は、太陽電池のベース領域１０１とエミッタ領域１０２の間に配置されており、入射光子によって太陽電池１００が照光されたときに電子−正孔対が発生する領域である。パッシベーション層１０４は、太陽電池１００の反射防止コーティング（ＡＲＣ）層としてだけでなく、エミッタ領域１０２の表面１０５のパッシベーション層としても機能しうる。
【０００４】
太陽電池１００の効率は、反射防止コーティング（ＡＲＣ）層を使用することによって高めることができる。光が１つの媒体から別のものへ、例えば空気からガラスへ、またはガラスからシリコンへと進むと、光の一部が２つの媒体の間の境界面から反射することが、入射光が境界面に対して垂直の場合でもありうる。反射される光の割合は、２つの媒体間の屈折率の差と相関関係があり、屈折率の差が大きければ大きいほど、境界面から反射される光の割合が高くなる。２つの媒体間に配置された、２つの媒体の各屈折率の間の屈折率値を有するＡＲＣ層は、反射される光の割合を低減させることが知られている。それゆえに、表面１０５上のパッシベーション層１０４などのＡＲＣ層が太陽電池１００の受光面にあることにより、太陽電池１００から反射される、したがって電気エネルギーを発生するために使用できない入射照射の割合が低減する。
【０００５】
光が太陽電池に当たると、入射光子のエネルギーにより、ｐｎ接合領域１０３の両側に電子−正孔対が発生する。典型的なｎ型エミッタ領域１０２とｐ型ベース領域１０１では、電子がｐｎ接合を越えて低エネルギーレベルに拡散し、正孔が反対の方向に拡散し、それによってエミッタに負電荷が作り出され、対応する正電荷蓄積がベース内に作り出される。ｐ型エミッタ領域１０２およびｎ型ベース領域（例えば、参照番号１０１）を有する別の構成では、電子がｐｎ接合を越えて拡散してエミッタに正電荷を形成し、正孔が反対の方向に拡散してベース内に負電荷蓄積を形成する。どちらの場合も、エミッタとベースの間に電気回路が作られると電流が流れ、太陽電池１００によって電気が生成される。太陽電池１００が入射エネルギーを電気エネルギーに変換する効率は、太陽電池１００内での電子と正孔の再結合率、および太陽電池１００から反射される入射光の割合を含む、いくつかの要素による影響を受ける。
【０００６】
再結合は、太陽電池１００内で反対方向に移動する電子と正孔が互いに結合するときに起こる。太陽電池１００内で電子−正孔対が再結合するたびに電荷キャリアが消去され、それによって太陽電池１００の効率が低減する。再結合は、基板１１０のバルクシリコン内、または基板１１０のどちらかの表面１０５、１０６で起こりうる。バルク内では、再結合はバルクシリコン内の欠陥の数と相関関係がある。基板１１０の表面１０５、１０６では、再結合は、ダングリングボンド、すなわち終端していない化学結合が表面１０５、１０６にどれだけあるかということと相関関係がある。ダングリングボンドは表面１０５、１０６に存在する。というのは、これらの表面で基板１１０のシリコン格子が終止するからである。これらの終端されていない化学結合は、シリコンのエネルギーバンドギャップ内にある欠陥トラップして働き、したがって、電子−正孔対の再結合の部位になる。
【０００７】
上記のように、パッシベーション層１０４の１つの機能は、パッシベーション層１０４が上に形成されるエミッタ領域（１つまたは複数）１０２またはベース領域１０１の表面でのキャリア再結合を最小限にすることである。太陽電池デバイス内に形成されているｐ型ドープされた領域の上に配置されたパッシベーション層１０４に負電荷を形成すると、太陽電池中を移動するキャリアを排斥する助けになり、したがって、キャリア再結合を低減させ、太陽電池デバイスの効率を改善できることが見出されている。従来のプラズマ処理技法を使用して、正味の正電荷を有するパッシベーション層を形成するのは比較的簡単であるが、シリコン基板の表面に安定した負荷電パッシベーション層を形成するのは困難である。
【０００８】
太陽電池の表面の完全なパッシベーションは、表面再結合を低減することにより太陽電池の効率を大きく改善する。本明細書では、「パッシベーション」は、シリコン格子の表面にあるダングリングボンドの化学的終端と定義する。表面１０５などの太陽電池１００の表面を安定化処理するために、パッシベーション層１０４は典型的にはその表面に形成され、それによって、表面１０５にあるダングリングボンドの数は、大きさが３桁または４桁低減する。太陽電池応用例では、パッシベーション層１０４は、一般に窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４、またＳｉＮとも略される）層であり、ダングリングボンドの大部分は、シリコン（Ｓｉ）原子または窒素（Ｎ）原子で終端される。しかし、窒化ケイ素（ＳｉＮ）はアモルファス材料であるので、エミッタ領域１０２のシリコン格子とパッシベーション層１０４のアモルファス構造との間の完全な結び付きは起こりえない。それゆえに、パッシベーション層１０４の形成後に表面１０５に残っているダングリングボンドの数はなお、太陽電池１００の効率を低減させるのに十分であり、そのため、水素パッシベーションなどの表面１０５の追加パッシベーションが必要になる。多結晶シリコン太陽電池の場合では、水素はまた、粒界上の欠陥中心を安定化処理する助けにもなる。
【０００９】
したがって、電荷キャリアの表面再結合を最小限にして、形成された太陽電池の効率を改善するために、太陽電池デバイスの表面に望ましい電荷型および電荷密度を有するパッシベーション層、ならびに望ましい光学特性およびパッシベーション特性を有するパッシベーション層を形成する改善された方法が必要とされている。
【発明の概要】
【００１０】
本発明の諸実施形態では一般に、太陽電池デバイスを形成する方法を提示し、この方法は、基板上に形成されたｐ型ドープされた領域の表面の上に負電荷含有層を形成するステップと、負電荷含有層の上にバルク層を形成するステップとを含む。ｐ型ドープされた領域の上に形成される負電荷含有層は一般に、太陽電池デバイス内に流れる電子を排斥し表面を安定化処理して、キャリア再結合を最小限にすると共に、形成される太陽電池デバイスの効率を改善するために使用される。負電荷含有パッシベーション層の、隣接するｐ型領域中に流れる電子を排斥、または基板表面を「フィールド」安定化処理する能力は、キャリア再結合を低減させるために重要であり、高効率太陽電池もまた高品質パッシベーション層を有し、このパッシベーション層は、形成されるデバイスの効率を一般的に向上する他の光学的に有益な特性、および他のパッシベーション特性を有する。したがって、いくつかの実施形態では、太陽電池デバイスは、基板表面に所望のパッシベーション効果を与えるための異なる材料組成物、異なる物理特性（例えば、機械的および光学的特性）、および／または異なる電気特性を有する１つまたは複数の層、または傾斜領域を含みうる。
【００１１】
本発明の諸実施形態ではさらに、太陽電池基板の表面に形成された１つまたは複数のｐ型ドープされた領域と、１つまたは複数のｐ型ドープされた領域の上に配置された第１の層と、第１の層の上に配置され、正味の正電荷を有するバルク層とを含む太陽電池デバイスを提示しうる。
【００１２】
本発明の諸実施形態ではさらに、太陽電池基板の表面に形成された１つまたは複数のｐ型ドープされた領域と、１つまたは複数のｐ型ドープされた領域の上に配置された負電荷を有する第１の層と、第１の層の上に配置され、正味の正電荷を有するバルク層とを含む太陽電池デバイスを提示しうる。いくつかの構成では、第１の層内にある正味の負電荷量は、バルク層内にある正味の正電荷量よりも大きく、または等しくなりうる。いくつかの構成では、第１の層内にある正味の負電荷量は、太陽電池基板の表面で１×１０１２クーロン／ｃｍ２よりも大きい電荷密度を実現するように適合される。
【００１３】
本発明の諸実施形態ではさらに、太陽電池基板の表面に形成された１つまたは複数のｐ型ドープされた領域と、１つまたは複数のｐ型ドープされた領域の上に配置され、フッ素または塩素を含み、かつ酸素、窒素、シリコンおよびアルミニウムを含むリストから選択された少なくとも２つの元素を含む第１の層と、第１の層の上に配置され、正味の正電荷を有し、かつシリコンおよび窒素を含むバルク層とを含む、太陽電池デバイスを提示することができる。
【００１４】
上述の、本発明の特徴が列挙された方法が細部にわたり理解できるように、上で簡潔に要約した本発明のより具体的な説明は、添付の図面にそのいくつかが示されている実施形態を参照することによって得られよう。しかし、本発明では、その他の同様に効果的な実施形態を認めることができるので、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態を示すのみであり、したがって、本発明の範囲を限定するものとみなされるべきでないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】単結晶または多結晶シリコンウエハから製造された従来のシリコン太陽電池を概略的に描いた断面図である。
【図２Ａ】本発明のプロセスの一実施形態の様々な段階に対応する基板の一部分を描いた断面図である。
【図２Ｂ】本発明のプロセスの一実施形態の様々な段階に対応する基板の一部分を描いた断面図である。
【図２Ｃ−Ｄ】本発明のプロセスの一実施形態の様々な段階に対応する基板の一部分を描いた断面図である。
【図２Ｅ−Ｆ】本発明のプロセスの一実施形態の様々な段階に対応する基板の一部分を描いた断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による、シリコン基板に対し実施されるパッシベーション層形成プロセスを描いたプロセス流れ図である。
【図４】本発明の諸実施形態を実施するために使用できる平行板ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）システムの概略側面図である。
【図５】複数の処理チャンバを有する処理システムの一実施形態の概略上面図である。
【図６】本発明の一実施形態による、シリコン基板に対し実施されるパッシベーション層形成プロセスを描いたプロセス流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
理解しやすくするために、各図面で共通の同じ要素を指定するのに、可能な場合には同じ参照数字が使用されている。一実施形態の要素および特徴は、別に明示されていなくても他の実施形態に有利に組み込まれうることが企図されている。
【００１７】
本発明は一般に、ｐ型ドープされた領域の上に高品質パッシベーション層を形成して高効率太陽電池デバイスを形成する方法を提供する。本発明の諸実施形態は、シリコン基板内に形成されるホウ素ドープされた領域の表面を調製するのにとりわけ有用でありうる。一実施形態では、これらの方法は、太陽電池基板の表面をプラズマに曝して清浄にし、基板の物理特性、化学特性および／または電気特性を改変し、次に、ある電荷量を含有する誘電体層を堆積し、その上にパッシベーション層を堆積させることを含む。本発明から利益を得ることができる太陽電池基板は、単結晶シリコン、多結晶（multi-crystalline）シリコン、および多結晶（polycrystalline）シリコンを含有する活性領域がある基板を含むが、また、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）、セレン化銅インジウム（ＣｕｌｎＳｅ２）、リン化ガリウムインジウム（ＧａｌｎＰ２）、有機材料を含む基板、ならびに、ＧａｌｎＰ／ＧａＡｓ／ＧｅまたはＺｎＳｅ／ＧａＡｓ／Ｇｅ基板などの、太陽光を電力に変換するために使用されるヘテロ接合電池に有用なこともある。
【００１８】
本発明の諸実施形態はまた一般に、ｐ型ドープされた領域の表面などの基板の１つまたは複数の表面に、負電荷含有パッシベーション層スタック、すなわちパッシベーション層構造を形成する方法を提示する。ｐ型領域の上に形成される負電荷含有層は一般に、太陽電池デバイス内に流れる電子を排斥し表面をパッシベーションして、キャリア再結合を最小限にすると共に、形成される太陽電池デバイスの効率を改善するために使用される。負電荷含有パッシベーション層の、隣接するｐ型領域中に流れる電子を排斥、または基板表面を「フィールド」安定化処理する能力は、キャリア再結合を低減させるために重要であるが、高品質パッシベーション層は、形成される太陽電池デバイスの効率を一般的に向上する他の光学的に有益な特性、および他のパッシベーション特性もまた有する必要がある。追加パッシベーション層特性は、この層が上に配置される表面（１つまたは複数）を「表面」安定化処理するパッシベーション層の能力と、基板の隣接する領域および表面を「バルク」安定化処理するパッシベーション層の能力とに分類されることが多い。パッシベーション層がこれらの機能を実施できる機構には、例えば、形成されるパッシベーション層の、基板の諸領域の欠陥を修正するために使用される水素（Ｈ＋）の供給源になる能力と、形成されるパッシベーション層の、基板の表面に存在する各ダングリングボンドを結び付けることができる物理特性および／または化学特性とが含まれる。
【００１９】
一般に、ｐ型領域の上に形成されるパッシベーション層は、その中に形成され配置された望ましい量の負電荷を有し、光反射を最小限にする望ましい光学特性を有し、基板表面に存在する浅い欠陥を直す好ましい濃度の水素を含有する。一般に、望ましい光学特性を有するパッシベーション層は、パッシベーション層が形成された領域（１つまたは複数）の全体にわたって光学的傾斜、すなわち屈折率の傾斜を有する。窒化ケイ素は、形成するのが容易であり、シリコンの屈折率（例えば、ｎ＝３．０）とガラスの屈折率（例えば、ｎ＝１．５）の間の屈折率を有し、また望ましい濃度の水素を保持できる安定した膜であるので、普通に好まれるパッシベーション層材料である。しかし、負電荷を有する窒化ケイ素（ＳｉｘＮｙ）パッシベーション層を形成するのは一般に難しい。したがって、一実施形態では、高品質パッシベーション層は、所望のパッシベーション効果を得るための異なる組成物、異なる物理特性、または異なる電気特性を有する１つまたは複数の層または傾斜領域を含むことがある。
【００２０】
図２Ｃ〜２Ｄに概略的に図示された一実施形態では、ｐ型ドープされた領域の表面２０５を覆って形成されたパッシベーション層２２０は、高品質パッシベーション層を形成するそれぞれ異なる組成物、物理特性、および電気特性を有する２つの層を含む。一実施形態では、パッシベーション層２２０は、界面の層２２１およびバルク層２２２を含む。この界面の層は、ｐ型領域、すなわちこの場合はエミッタ領域２０２、の表面２０５を安定化処理するように構成されている誘電体材料を含むことができ、また、ｐ型ドープされた領域の望ましい表面パッシベーションを得るために、望ましい量の捕獲負電荷Ｑ１を含有する。バルク層２２２は、望ましい光学特性を有するように構成されている誘電体材料を含み、ｐ型領域の表面２０５を安定化処理することができる。一実施形態では、捕獲負電荷（例えば、クーロン）の、約−１×１０１２クーロン／ｃｍ２よりも大きい電荷密度を実現できる正味総量を有するパッシベーション層２２０を形成することが望ましい。電荷密度値の前の負符号は単に、層内の捕獲された電荷が正に対して元来負であることを意味するものであることに留意されたい。
【００２１】
一実施形態では、バルク層２２２は、望ましい屈折率（ｎ）、吸収係数（ｋ）、膜応力、および密度を有する１つまたは複数の窒化ケイ素層を含む。図２Ｅおよび図２Ｆは、バルク層２２２の一実施形態を図示し、このバルク層は、それぞれ異なる組成物、物理特性および／または電気特性をそれぞれが有する第１のパッシベーション層２２２Ａおよび第２のパッシベーション層２２２Ｂを含む。一例では、第１のパッシベーション層２２２Ａおよび第２のパッシベーション層２２２Ｂは窒化ケイ素層であり、それぞれ異なる少なくとも１つの特性を有する。一般に、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）技法または物理的気相堆積（ＰＶＤ）技法を使用して形成された窒化ケイ素膜は、約１．９から約２．１５の間の屈折率を有し、かつ捕獲正電荷Ｑ２（図２Ｄ）を有する。パッシベーション層２２０内に捕獲「正」電荷Ｑ２があると、太陽電池デバイス中を移動する電子を引き付けて、可動キャリアの方向転換および／または望ましくないキャリア再結合を引き起こす傾向があり、それによって太陽電池デバイスの効率が低減する。
【００２２】
したがって、パッシベーション層２２０の一実施形態では、界面層２２１内の捕獲負電荷Ｑ１の総量は、バルク層２２２内の捕獲正電荷Ｑ２の総量よりも大きく、その結果、正味の捕獲負電荷Ｑ１により、バルク層２２２内の正味の蓄えられた捕獲正電荷Ｑ２の影響を打ち消すことが可能になる。一実施形態では、パッシベーション層２２０内に存在する捕獲負電荷Ｑ１の総量と捕獲正電荷Ｑ２の総量との合計は、約−１×１０１２クーロン／ｃｍ２よりも大きい界面電荷密度を実現するのに十分な捕獲電荷となる。一例では、パッシベーション層２２０は、約−２×１０１２クーロン／ｃｍ２から約−４×１０１３クーロン／ｃｍ２の間など、約−１×１０１２クーロン／ｃｍ２から約−１×１０１４クーロン／ｃｍ２の間の界面電荷密度を実現するのに十分な捕獲電荷を有する。所望の電荷密度数値の前の負符号は単に、表面２０５で見られる電荷が正に対する負であることを意味するものであり、それゆえＱ１の絶対値はＱ２の絶対値よりも大きいことに留意されたい。別の実施形態では、パッシベーション層２２０内に存在する捕獲負電荷Ｑ１の総量と捕獲正電荷Ｑ２の総量との合計は約ゼロになる（すなわち、｜Ｑ１｜と｜Ｑ２｜は等しい）。この場合、表面２０５に見られる捕獲正電荷Ｑ２の影響は、少なくとも最小限にされているが、表面２０５またはその下にある電子による捕獲負電荷の排斥効果は一般に見られない。界面層２２１およびバルク層２２２の両方がそれぞれ中に正電荷および負電荷を有する場合、本明細書で論じられている、また基板内のキャリアに影響を及ぼすＱ１およびＱ２の値は、正味の電荷の値、すなわち正電荷の総量の絶対値から、それぞれの層内に獲得された総負電荷量の絶対値を差し引いたものの合計になる。さらに別の実施形態では、パッシベーション層２２０の電子排斥効果は重要ではないが、捕獲正電荷のすべてが少なくとも相殺されることを確実にすることが重要であり、パッシベーション層２２０内に存在する捕獲負電荷Ｑ１の総量と捕獲正電荷Ｑ２の総量との合計が、約０から約−１×１０１４クーロン／ｃｍ２の間の界面の電荷密度を実現するのに十分な捕獲電荷となることが望ましいことがある。いくつかの実施形態では、捕獲電荷が、表面２０５またはその下にある電子を排斥するための望ましい電界強度を有することを確実にするように、捕獲負電荷のバルクを表面２０５から１００オングストローム（Å）以下のところに位置付けることが望ましい。というのは、電子を排斥する能力は、捕獲負電荷Ｑ１と電子（１つまたは複数）の間の距離の２乗で１を割ったもの（１／ｄ２）によって変化するからである。
【００２３】
界面の層２２１が表面２０５とバルク層２２２の間に位置付けられたパッシベーション層２２０の構造の１つの利点は、バルク層２２２内に形成された正電荷によって作り出される電界が、バルク層２２２が表面２０５から離れることによって低減されることである。電界（Ｅ）強度は、表面２０５とバルク層２２２の間の距離の２乗に反比例し、それゆえバルク層２２２が表面２０５から遠く離れれば離れるほど、太陽電池デバイス中に流れる可動キャリアに対してバルク層２２２が及ぼす影響が少なくなることに留意されたい。したがって、一実施形態では、界面層２２１は、バルク層２２２内に存在する正電荷の影響を低減させるために用いられる望ましい厚さを有する。一例では、界面層２２１は、約５０オングストローム（Å）から約８００Åの間の厚さの誘電体層である。一実施形態では、パッシベーション層２２０が、表面２０５など、基板（例えば、エミッタ領域２０２）のｐ型受光面の上に配置される場合、界面層２２１は、約５０オングストローム（Å）から約２００Åの間の厚さの誘電体層である。一実施形態では、パッシベーション層２２０が、表面２０６など、ｐ型基板（例えば、ベース領域２０１）の裏面の上に配置される場合、界面層２２１は、約５００オングストローム（Å）から約８００Åの間の厚さの誘電体層である。一実施形態では、界面層２２１の厚さは、界面層２２１内に捕獲負電荷Ｑ１を作り出す所与のプロセス製法の能力を補償し、そうして、表面２０５の下のｐ型ドープされた領域に対する、バルク層２２２内に形成された捕獲正電荷Ｑ２の影響を制御するように調整される。一例では、形成された界面層２２１内の捕獲負電荷Ｑ１の量がたとえごくわずかであっても、正に荷電されるバルク層２２２を表面２０５からある距離だけ離して間隔をあけることによって、表面２０５の正電荷によって作り出される電界が低減され、そうして太陽電池の効率が改善される。
【００２４】
パッシベーション層形成プロセス
図２Ａ〜２Ｆは、太陽電池２００の表面（例えば、表面２０５）にパッシベーション層２２０を形成するために使用される処理シーケンスの別々の段階中の、太陽電池基板２１０の概略断面図を図示する。図３は、太陽電池基板２１０上にパッシベーション層を形成するために用いられる処理シーケンス３００を図示する。図３に見出されるシーケンスは、図２Ａ〜２Ｆに描かれた、本明細書で論じられている各段階に対応する。太陽電池２００の一実施形態では、ベース領域２０１は、ｎ型結晶シリコン基板（例えば、参照番号２０１）を含み、エミッタ領域２０２は、ベース領域２０１の上に形成されたｐ型層を含む。以下の議論では主として、ｐ型エミッタ領域がｎ型ベース領域の上に形成された基板を処理するための方法および装置を論じるが、パッシベーション層はまたｐ型ベース領域太陽電池構成の上に形成することもできるので、この構成は、本明細書に記載の本発明の範囲を限定するものではない。
【００２５】
図２Ａは、少なくとも部分的に形成された、基板２１０を含むシリコン太陽電池２００の断面図を概略的に図示する。基板２１０は、ベース領域２０１、エミッタ領域２０２、およびｐｎ接合領域２０３を含む。ｐｎ接合領域２０３は、太陽電池のベース領域２０１とエミッタ領域２０２の間に配置されており、光の入射光子によって太陽電池２００が照光されたときに電子−正孔対が発生する領域である。
【００２６】
しかし、太陽電池デバイスの通常の処理中に、薄くて一般に特性がよくない自然酸化物層２１５が、基板２１０の各表面のうちの１つ以上で形成される。ｐ型ホウ素ドープされた領域の上に自然酸化物層２１５が形成される構成では、酸化物層２１５は、ホウ素・ケイ酸塩ガラス（ＢＳＧ）含有層を含みうる。一例では、ＢＳＧ（ホウ素・ケイ酸塩ガラス）含有酸化物層は、ｎ型ベース領域２０１の上に形成されたｐ型エミッタ領域２０２を覆って形成されている（図２Ａ）。他の例では、ＢＳＧ（ホウ素・ケイ酸塩ガラス）型酸化物層は、ｐ型基板ベース領域２０１の後面の表面２０６を覆って形成される。形成された酸化物層２１５の厚さおよび密度は、この層がどのようにして形成されたかによって決まる。というのは、場合により酸化物層は、ドーパントを「打ち込む」ために、または基板２１０上に形成された１つまたは複数の層をアニールするために用いられる炉アニールステップなど、１つまたは複数の熱処理ステップの間中または後に形成されうるからである。場合により、酸化物層は、長期にわたり空気に曝されることによって形成されうる。
【００２７】
さらに、部分的に形成された太陽電池デバイスが、酸化物層２１５と基板２１０の表面の間の界面に形成された高濃度のドーパント原子を含有する不感領域２１６を有することも普通である。不感領域２１６の高いドーパント濃度は、事前のドーピングステップまたは熱処理ステップの間中にドーパント原子が基板２１０の表面２０５まで拡散することによってもたらされると考えられる。一例では、不感領域２１６は、シリコンを含有するｐ型ドープされたエミッタ領域２０２の表面に高濃度のホウ素原子（例えば、＞０．１原子％）を含有する。一実施形態では、不感領域２１６は、約５０オーム毎平方（Ω／□）未満のシート抵抗を有する領域を形成するのに十分なだけ高いドーピング濃度を有する。一般に、これらのホウ素ドープされた層を、ウェット化学エッチング処理を含みうる従来の処理技法を使用して除去するのは難しい。しかし、後続の処理中に太陽電池基板が汚染されることを防止し、ドープされた表面を覆って形成された誘電体パッシベーション層のパッシベーション効果を改善するには、清浄な基板表面を形成することが一般に重要である。
【００２８】
図３を参照すると、太陽電池基板２１０上にパッシベーション層を形成するために使用される処理シーケンス３００は、一般にボックス３０２から開始する。ボックス３０２で、基板２１０の表面を洗浄して、基板の表面に形成された酸化物層２１５（図２Ａ）を除去する。ボックス３０２で実施される処理は、１つの基板処理チャンバ内で実施される単一の処理ステップにおいて、あるいは１つまたは複数の基板処理チャンバ内で実施される複数の別々の処理ステップとして、実施することができる。一実施形態では、ボックス３０２の洗浄処理は、基板２１０を反応性プラズマエッチング処理に曝して酸化物層２１５を除去するドライ洗浄処理を用いて実施することができる。ドライ洗浄処理およびドライ処理チャンバの一例を、図４および図５と一緒に後でさらに説明する。
【００２９】
一実施形態では、ボックス３０２で、基板２１０の１つ以上を図４のチャンバ４００などの処理チャンバ内に配置した後に、酸化物層２１５を反応性ガスに曝して、酸化物層２１５の上に薄膜（図示せず）を形成する。この反応性ガスは、窒素、フッ素、および／または水素を含みうる。いくつかの実施形態では、反応性ガスは、ラジカルおよび／またはイオンを含有する窒素、フッ素、塩素、またはこれらの組合せを含み、基板を中に配置した処理チャンバに供給され、基板の方へと誘導される。薄膜は一般に、酸化物層２１５からの酸素とのラジカルの反応によって形成された固体化合物を含む。次に、処理チャンバの内部で実施される、アンモニア（ＮＨ３）と三フッ化窒素（ＮＨ３）の混合ガスを使用して基板の表面の自然酸化物を除去する例示的な反応性洗浄処理を説明する。反応性洗浄処理は、基板を処理チャンバの中に入れることから始まる。処理の間中、基板は、約１５℃から約５０℃の間など、約６５℃未満に冷却されうる。
【００３０】
次に、ボックス３０２で実施される処理の一部分の間中に、酸化物層２１５上に形成された薄膜を熱処理して基板の表面から除去する。いくつかの実施形態では、この熱処理は、処理チャンバ４００の中、またはシステム５００に存在する別の隣接チャンバの中で実施されるアニール処理でありうる。このステップの間中に、薄膜は基板表面から昇華し、それによって酸素および他の不純物が取り除かれ、水素終端層（図示せず）が後に残る。いくつかの実施形態では、水素終端層はまた、形成された水素終端層中にフッ素原子の痕跡を有することもある。
【００３１】
次に、ボックス３０４で、ドライ洗浄処理を用いることによって、基板２１０の表面から不感領域２１６を除去する。一実施形態では、基板２１０の表面から酸化物層２１５を除去した後、次に基板をドライ処理チャンバへ送出して不感領域２１６を除去する。一般には、ボックス３０４で実施されるドライ洗浄処理は、不感領域２１６を高周波プラズマに所望の時間曝して不感領域をエッチングし、その曝された基板表面から除去するステップを一般に含む。このようなドライ処理チャンバおよびドライ洗浄処理の一例を、図４および図５と一緒に後でさらに説明する。場合により、洗浄処理３０３を実施した後で、洗浄された表面の再酸化を防止するために、ボックス３０４で基板に対して洗浄処理を実施する前に基板が酸素に長時間曝されないことを確実にすることが望ましい場合があることに留意されたい。したがって、本発明のいくつかの実施形態では、基板が各処理ステップ間で酸素に曝されないように、ボックス３０２〜３０８の処理のすべてをクラスタツール、すなわちシステム５００（図５）の真空処理領域中などの、酸素がない不活性および／または真空の環境で実施することが望ましい。
【００３２】
次に、ボックス３０６で、図２Ｂおよび図３に示されるように、界面層２２１を基板の表面２０５に形成する。一実施形態では、界面層２２１は誘電体層であり、これには酸化ケイ素（ＳｉｘＯｙ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、酸炭化窒化ケイ素（ＳｉＯＣＮ）、酸炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、酸化チタン（ＴｉｘＯｙ）、酸化タンタル（ＴａｘＯｙ）、酸化ランタン（ＬａｘＯｙ）、酸化ハフニウム（ＨｆｘＯｙ）、窒化チタン（ＴｉｘＮｙ）、窒化タンタル（ＴａｘＮｙ）、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）、酸窒化ハフニウム（ＨｆＯＮ）、窒化ランタン（ＬａＮ）、酸窒化ランタン（ＬａＯＮ）、塩素化窒化ケイ素（ＳｉｘＮｙ：Ｃｌ）、塩素化酸化ケイ素（ＳｉｘＯｙ：Ｃｌ）、アモルファスシリコン、アモルファス炭化ケイ素、および／または酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の群から選択された材料が含まれる。別の実施形態では、界面層２２１は、フッ素化酸化ケイ素（ＳｉｘＯｙ：Ｆ）、およびフッ素化窒化ケイ素（ＳｉｘＮｙ：Ｆ）の群から選択された材料を含む誘電体層である。一実施形態では、前記のように、界面層２２１は約５０オングストローム（Å）から約８００Åの間の厚さでありうる。一実施形態では、界面層２２１は、化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）技法、または物理的気相堆積（ＰＶＤ）技法を用いて表面２０５の上に形成される。界面層２２１形成プロセスの一例を、図４および図５と一緒に後でさらに説明する。
【００３３】
次に、ボックス３０８で、図２Ｃ〜２Ｄおよび図３に示されるように、バルク層２２２を界面層２２１の上に、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）処理を用いて形成する。一実施形態では、バルク層２２２は、基板の表面を安定化処理するために使用される、パッシベーション層２２２Ａおよび２２２Ｂ（図２Ｅ〜２Ｆ）などの複数のパッシベーション層を含む。一実施形態では、バルク層２２２は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、アモルファスシリコン、アモルファス炭化ケイ素、および／または酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を含む薄いパッシベーション層および／または反射防止層を含む。一実施形態では、窒化ケイ素（ＳｉＮ）パッシベーションと反射防止の層、または薄いアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層もしくはアモルファス炭化ケイ素（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）層と窒化ケイ素（ＳｉＮ）のスタックが、適切な大面積基板キャリア上に支持された複数の太陽電池基板に対して化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）技法を用いて、表面２０５の上に形成される。一実施形態では、パッシベーション層２２０は、真性アモルファスシリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）層、および／またはｐ型アモルファスシリコン（ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ）層スタックを含み、その後には、物理的気相堆積（ＰＶＤ）処理または化学気相成長（例えば、ＰＥＣＶＤ）処理を用いることによって堆積できる透明導電酸化物（ＴＣＯ）および／またはＡＲＣ層（例えば、窒化ケイ素）が続く。形成されるスタックは一般に、前表面電界効果を生じさせて表面再結合を低減するように、かつ基板上に形成された近くのドープされた接点への電子キャリアの横方向輸送を促進するように構成される。パッシベーション層形成プロセスの一例を以下でさらに説明する。
【００３４】
処理シーケンス３００の一実施形態では、ボックス３０４の処理を実施した後、ただしボックス３０６の処理を実施する前に、基板２１０の表面２０５を反応性ガス含有高周波プラズマに曝す。この高周波プラズマは、表面２０５と界面層２２１の間に位置付けられる補足負荷電層を高周波プラズマ処理ステップを用いて形成するのに使用される。一実施形態では、補足負荷電層は、フッ素（Ｆ）および／または塩素（Ｃｌ）に富む約５０オングストローム（Å）未満の厚さの層を含む。表面２０５を直接、プラズマを含有するイオン化フッ素および／またはイオン化塩素に曝すことによって、曝された表面をフッ素または塩素に富み負電荷を有する層で「ドープする」、「充填する」または覆うことができると考えられる。一実施形態では、シリコン含有表面に形成される補足負荷電層は、約−１×１０１２クーロン／ｃｍ２よりも大きい負電荷密度を有することが望ましい。堆積された荷電層は、一般に望ましい電荷密度を含有するが、荷電層はまた、その上に界面層２２１を形成することを、形成された荷電層の特性を著しく劣化させることなく可能にするのに十分なだけ物理的、化学的および電気的に安定である必要がある。
【００３５】
ハードウェア構成
図４は、図３と一緒に図示し論じた処理のうちの１つ以上を実施できるプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバ４００の一実施形態の概略断面図である。同様に構成されたプラズマ化学気相堆積チャンバが、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ  ＣｌａｒａにあるＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能である。本発明を実践するのに、他の製造者からのものを含め、他の堆積チャンバを利用できることが企図されている。
【００３６】
処理チャンバ４００内に設けられたプラズマ処理構成は、図３で説明されている処理のうちの１つ以上を実施するために使用される場合に、従来技術の構成と比べて顕著な諸利点を有すると考えられる。一実施形態では、ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）チャンバ４００は、複数の基板を一度に処理するように構成される。一実施形態では、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）処理チャンバ４００は、基板の垂直スタック（例えば、カセット内に積層された基板のバッチ）とは対照的に、平面アレイ配列（図５）の形で配列された複数の基板を同時に処理するように適合されている。平面アレイの形で配列された基板のバッチを処理することで、バッチ内の基板それぞれを、発生させたプラズマ、輻射熱、および／または処理ガスに直接および均等に曝すことが可能になる。したがって、平面アレイ内の各基板は、処理チャンバの処理領域内で同様に処理され、そうして、従来の技術で普通に見られる積層された、または背中合わせに構成された基板のバッチなど、従来通りに構成された処理されるバッチ中のすべての基板について、拡散型処理、および／またはエネルギーの直列伝達に依拠しない。
【００３７】
一実施形態では、ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）チャンバ４００は、基板のバッチを搬送ステップおよび基板処理ステップの間中保持するように構成された基板キャリア４２５（図４および図５）を収容するように適合されている。一実施形態では、基板キャリア４２５は、約１０，０００ｃｍ２以上、好ましくは約４０，０００ｃｍ２以上、より好ましくは約５５，０００ｃｍ２以上の表面積を有し、その上に配置された基板の平面アレイを処理の間中支持するように構成されている。一実施形態では、基板キャリア４２５は、その中に複数の凹部（図示せず）が形成されており、これらの凹部は、サイズが１５６ｍｍ×１５６ｍｍ×０．３ｍｍである約４枚から約４９枚の間の太陽電池基板を上向きまたは下向きの構成で保持するように適合されている。基板キャリア４２５は、セラミック（例えば、炭化ケイ素、アルミナ）、黒鉛、金属、または他の適切な材料から形成されうる。一実施形態では、太陽電池基板のバッチは、キャリア４２５の上の真空または不活性の環境中（例えば、図５の移送チャンバ５２０）で、複数の処理チャンバの間を同時に搬送して汚染の可能性を低減させ、従来技術の構成と比べて基板スループットを改善する。
【００３８】
チャンバ４００は一般に、壁４０２、底部４０４、およびシャワーヘッド４１０、ならびに処理容積４０６を画定する基板支持体４３０を含む。処理容積は、基板キャリア４２５の上に配置された基板をチャンバ４００の内外へ搬送できるように、弁４０８を通してアクセスされる。基板支持体４３０は、基板を支持するための基板受取り面４３２と、基板支持体４３０を上下させるリフトシステム４３６に結合された軸４３４とを含む。４３３の影は、任意選択で基板キャリア４２５の周辺の上に置くことができる。リフトピン４３８は、基板キャリア４２５を基板受取り面４３２まで往復移動させるために、基板支持体４３０を貫通して移動可能に配置される。基板支持体４３０はまた、基板支持体４３０を所望の温度に維持するために、埋込加熱および／または冷却要素４３９を含みうる。基板支持体４３０はまた、基板支持体４３０の周辺で高周波接地するための接地ストラップ４３１を含みうる。接地ストラップの諸例が、２０００年２月１５日発行のＬａｗらの米国特許第６，０２４，０４４号、および２００６年１２月２０日出願のＰａｒｋらの米国特許出願第１１／６１３，９３４号に記載されており、両特許文献は、本開示と矛盾しない範囲で、参照によりその全体が組み込まれる。一実施形態では、基板支持体４３０は、基板支持体４３０の上に配置された基板２１０に高周波バイアスを印加できるように、基板支持体４３０に埋め込まれた電極（例えば、参照番号４３９）に結合された高周波源（図示せず）を有する。
【００３９】
シャワーヘッド４１０は、その周辺で懸架部４１４によってバッキング板４１２に結合される。シャワーヘッド４１０はまた、１つまたは複数の中心支持体４１６によってバッキング板に結合されて、シャワーヘッド４１０のたるみを防止し、かつ／またはその直線性／湾曲を制御する助けになりうる。ガスがバッキング板４１２を通過し、またシャワーヘッド４１０の孔４１１を通り抜けて基板受取り面４３２まで供給されるように、ガス源４２０がバッキング板４１２に結合される。処理容積４０６を所望の圧力に制御するために、真空ポンプ４０９がチャンバ４００に結合される。高周波電力をシャワーヘッド４１０に供給するために、高周波電源４２２がバッキング板４１２および／またはシャワーヘッド４１０に結合され、その結果シャワーヘッドと基板支持体の間に電界が、シャワーヘッド４１０と基板支持体４３０の間に配置されたガスを用いて容量結合プラズマを発生できるように作り出されることになる。約０．３ＭＨｚから約２００ＭＨｚの間の周波数など、様々な高周波周波数を使用することができる。一実施形態では、１３．５６ＭＨｚの周波数の高周波電源がシャワーヘッド（すなわち電極）に設けられる。シャワーヘッドの諸例は、２００２年１１月１２日発行のＷｈｉｔｅらの米国特許第６，４７７，９８０号、２００６年１１月１７日公開のＣｈｏｉらの米国特許出願公開第２００５０２５１９９０号、および２００６年３月２３日公開のＫｅｌｌｅｒらの米国特許出願公開第２００６／００６０１３８号に開示されており、これらの特許文献は、本開示と矛盾しない範囲で、参照によりその全体が組み込まれる。基板２１０の処理面２１０Ａ（図４）に容量結合プラズマが直接接触することは、処理中に処理面２１０Ａのすべての部分に直接高エネルギー種および／またはイオン化種を供給するチャンバ４００構成の能力により、基板のすべてをプラズマに直接曝さない設計と比べて有利であると考えられる。全処理面２１０Ａに加わるプラズマ相互作用の程度は、シャワーヘッド４１０に送出される高周波電力、処理中のチャンバ圧力、および／または基板支持体４３０に印加されるバイアスを調整することによって、チャンバ４００内で直接制御することができる。典型的な非直接曝露型チャンバ構成には、処理中、発生したプラズマが基板のうちの１つ以上、もしくは各基板の一部分に拡散することに依拠する遠隔駆動プラズマ構成または他の積層ウエハ構成が含まれる。
【００４０】
しかし、いくつかの実施形態では、誘導結合遠隔プラズマ源などの遠隔プラズマ源４２４はまた、ガス源とバッキング板の間に結合されることもある。１つの処理構成では、基板を処理している間に、チャンバ構成要素を洗浄するために遠隔プラズマが発生され供給されるように、洗浄ガスを遠隔プラズマ源４２４に供給することができる。洗浄ガスはさらに、シャワーヘッドに設けられた高周波電源４２２によって励起することもできる。適切な洗浄ガスには、それだけには限らないが、ＮＦ３、Ｆ２およびＳＦ６が含まれる。遠隔プラズマ源の諸例は、１９９８年８月４日発行のＳｈａｎｇらの米国特許第５，７８８，７７８号に開示されており、同特許は、本開示と矛盾しない範囲で、参照によりその全体が組み込まれる。
【００４１】
一実施形態では、加熱および／または冷却要素４３９は、約２００℃などの、約４００℃以下、好ましくは約１００℃から約４００℃の間、より好ましくは約１５０℃から約３００℃の間の基板支持体温度を堆積中に得るように設定することができる。堆積中、基板受取り面４３２に配置された基板キャリア４２５の上に配置される基板の上面とシャワーヘッド４１０の間の間隔は、４００ミルから約１，２００ミル、好ましくは４００ミルから約８００ミルの間でありうる。
【００４２】
図５は、図３と一緒に説明した処理を実施できる図４のＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）チャンバ４００または他の適切なチャンバなどの、複数の処理チャンバ５３１〜５３７を有する処理システム５００の一実施形態の概略上面図である。処理システム５００は、負荷ロックチャンバ５１０および処理チャンバ５３１〜５３７に結合された移送チャンバ５２０を含む。負荷ロックチャンバ５１０により、システム外部の周囲環境と移送チャンバ５２０および処理チャンバ５３１〜５３７の内部の真空環境との間で基板を搬送することが可能になる。１つまたは複数の基板キャリア４２５を保持するように構成された負荷ロックチャンバ５１０は、１つまたは複数の排気可能な領域を含み、基板キャリア４２５は、複数の基板２１０を支持するように構成されている。排気可能領域は、システム５００の中への基板の投入時に排気され、システムからの基板の取出し時に通気される。移送チャンバ５２０は、その中に配置された少なくとも１つの真空ロボット５２２を有し、この真空ロボットは、基板キャリア４２５および基板を負荷ロックチャンバ５１０と処理チャンバ５３１〜５３７の間で搬送するように適合されている。７つのプロセスチャンバが図５に示されているが、システム５００は、任意の適切な数の処理チャンバを有しうる。
【００４３】
システム５００の一実施形態では、基板に対して、第１の処理チャンバ５３１がボックス３０２の中の処理を実施するように構成され、第２の処理チャンバ５３２がボックス３０４の中の処理を実施するように構成され、第３の処理チャンバ５３３がボックス３０６の中の処理を実施するように構成され、第４の処理チャンバがボックス３０８の中の処理を実施するように構成される。システム５００の別の実施形態では、基板に対して、第１の処理チャンバ５３１が、ボックス３０２および３０４の第１の洗浄処理を実施するように構成され、第２の処理チャンバ５３２がボックス３０６の中の処理を実施するように構成され、第３の処理チャンバ５３３がボックス３０８の中の処理を実施するように構成される。システム５００のさらに別の実施形態では、基板に対して、第１の処理チャンバ５３１がボックス３０２および３０４の中の処理（１つまたは複数）を実施するように構成され、第２の処理チャンバ５３２がボックス３０６および３０６の中の処理（１つまたは複数）を実施するように構成される。システム５００のさらに別の実施形態では、基板に対して、処理チャンバ５３１〜５３７のうちの少なくとも１つが、ボックス３０２、３０３、３０４、３０６および３０８などの処理のすべてを実施するように構成される。
【００４４】
パッシベーション層形成プロセス
図３を再び参照すると、処理シーケンス３００の１つの相の間、基板２１０の表面は、基板の表面に界面層２２１およびバルク層２２２を形成するために用いられる複数の処理ステップにかけられる。以下は、上で論じた処理チャンバ４００に類似の処理チャンバ内で実施できる、ボックス３０６〜３０８で実施される処理の説明的な例である。以下で説明する処理は一般に、システム５００などの１つまたは複数のクラスタツール内に存在する１つまたは複数の処理チャンバ（例えば、処理チャンバ４００）において実施されるドライ処理技法を主として用いて基板の表面を調製する方法を含む。一実施形態では、処理シーケンス３００で実施される処理のすべてが、１つまたは複数のシステム５００内に存在する処理チャンバ５３１〜５３７のうちの１つ以上で実施される。図４および図５に図示されたハードウェア構成は、本明細書に記載の本発明の範囲に関して限定的なものではないことに留意されたい。
【００４５】
上記のように、表面２０５を酸素に曝すこと、および／または基板２１０に対して様々な高温処理ステップを実施する行為により、酸化物層２１５および不感領域２１６が表面２０５に形成されうる。多くの実施形態では、この形成は、ｐ型またはｎ型のドープされた層など、太陽電池接合部の最後の層の形成後に行われる。別の実施形態では、この形成は、高濃度にドープされた、または縮退的にドープされたｐ型層を形成した後など、１つまたは複数の導電層を形成する前に行われる。本明細書で説明されている本発明の様々な実施形態は、エミッタ領域２０２など、堆積された層の表面を洗浄することに関連して論じられているが、この構成は、本発明の範囲に限定されるものではないことに留意されたい。というのは、本明細書に記載の装置および洗浄処理（１つまたは複数）は、本明細書に記載の本発明の基本範囲から逸脱することなく、太陽電池形成プロセスの任意の相の間中使用することができるからである。
【００４６】
一実施形態では、基板キャリア４２５上に配置された基板２１０のバッチにボックス３０２〜３０４の処理を実施した後に、基板は次に、ボックス３０６で実施される処理を基板に対して実施できるように、処理チャンバの中に位置付けられる。一実施形態では、ボックス３０６で基板は、前駆体含有ガスおよび高周波プラズマに曝されて、界面層２２１が基板の曝露面に形成される。一実施形態では、基板は、ある量の前駆体ガスを含有する１３．５６ＭＨｚ高周波プラズマに曝され、この前駆体ガスは、酸化ケイ素（ＳｉｘＯｙ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、酸炭化窒化ケイ素（ＳｉＯＣＮ）、酸炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、酸化チタン（ＴｉｘＯｙ）、酸化タンタル（ＴａｘＯｙ）、酸化ランタン（ＬａｘＯｙ）、酸化ハフニウム（ＨｆｘＯｙ）、窒化チタン（ＴｉｘＮｙ）、窒化タンタル（ＴａｘＮｙ）、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）、酸窒化ハフニウム（ＨｆＯＮ）、窒化ランタン（ＬａＮ）、酸窒化ランタン（ＬａＯＮ）、塩素化窒化ケイ素（ＳｉｘＮｙ：Ｃｌ）、塩素化酸化ケイ素（ＳｉｘＯｙ：Ｃｌ）、アモルファスシリコン、アモルファス炭化ケイ素、および／または酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を含む誘電体膜を形成するために使用される。別の例では、基板は、ある量の前駆体ガスを含有する１３．５６ＭＨｚ高周波プラズマに曝され、この前駆体ガスは、フッ素化酸化ケイ素（ＳｉｘＯｙ：Ｆ）、およびフッ素化窒化ケイ素（ＳｉｘＮｙ：Ｆ）を含む誘電体膜を形成するために使用される。一例では、前駆体ガスは、シラン（ＳｉＨ４）、窒素（Ｎ２）またはアンモニア（ＮＨ３）とフッ素（Ｆ２）を含むガスの混合物である。
【００４７】
一実施形態では、界面層２２１は、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ  ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｃ．から入手可能なＳＮＯＷ（登録商標）酸化ケイ素膜層などの酸化ケイ素を含む。一般に、ＳＮＯＷ（登録商標）膜層形成プロセスは、表面２０５をシリコン含有前駆体に高周波プラズマと同時に曝すことによって膜を堆積させることを含む。シリコン含有前駆体は、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、メチルジエトキシシラン（ＭＤＥＯＳ）、ビス（第三ブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）、トリジメチルアミノシラン（ＴｒｉＤＭＡＳ）、シラン、ジシラン、ジクロロシラン、トリクロロシラン、ジブロモシラン、四塩化ケイ素、四臭化ケイ素、またはこれらの組合せを含みうる。一態様では、ＯＭＣＴＳおよびシランが好ましいシリコン含有前駆体である。シリコン含有前駆体と同時にチャンバの中に任意選択で導入されるガスは、ヘリウム、窒素、酸素、亜酸化窒素、およびアルゴンなどのキャリアガスを含む。追加ガスが使用される場合には、酸素および／またはヘリウムがチャンバに導入するのに好ましい追加ガスである。一例では、ＳＮＯＷ（登録商標）酸化ケイ素層は、まず、シリコン含有前駆体およびキャリアガス（例えば、ヘリウム）をチャンバの中に、約１．８トールから約１０トールの間など、約５ミリトールより大きいチャンバ圧力を実現する所望の流量で送出することによって形成される。チャンバに入るシリコン含有前駆体で例えばオクタメチルシクロテトラシロキサンの流量と、キャリアガスで例えばヘリウムの流量との比は、約１：１から約１：１００の間である。一事例では、処理チャンバ４００の中に位置付けられた基板支持体４３０の温度は、約２００℃から約４００℃の間でありうる。シリコン含有前駆体は、約５０Åから約８００Åの間の厚さを有する層を堆積させるのに十分な時間、チャンバの中に送出されうる。プラズマは、約４０ｋＨｚから１００ＭＨｚの間の約１３．５６ＭＨｚなどの周波数で、約３０００Ｗから約１２，０００Ｗの間の高周波電力を送出することによって形成することができる。この高周波電力は、シャワーヘッド４１０および／または基板支持体４３０に供給することができる。次に、堆積された層に酸素プラズマ処置を実施して酸化ケイ素の層を生じさせる。酸素または亜酸化窒素などの酸素含有ガスを低い流量でチャンバの中に導入して、約５００ミリトールから約１０トールの間のチャンバ圧力を実現することができる。この酸素含有ガスは、約０．１秒から約１２０秒の間などの時間、チャンバの中に送出されうる。酸素プラズマは、約４０ｋＨｚから約１００ＭＨｚの間の約１３．５６ＭＨｚなどの周波数で、約５０Ｗから約３０００Ｗの間の高周波電力をチャンバ内に印加することによって形成することができる。酸素含有ガスがチャンバに流れ込んでいる間、基板の温度は約１７５℃から約５００℃の間の温度に維持される。
【００４８】
酸化ケイ素膜形成プロセスの一実施形態では、シリコン含有前駆体堆積ステップおよび酸素プラズマ処置ステップは基板に対して同時に実施されて、望ましい物理特性および電荷含有特性を有する層が形成される。この組合せプロセスステップでは、約５０Åから約８００Åの間などの所望の厚さを有する層を堆積させるのに十分な時間、高周波プラズマが処理チャンバの中に形成される間、シリコン含有前駆体および酸素含有ガスの両方が処理チャンバの処理領域の中に送出される。一例では、高周波プラズマは、ＯＭＣＴＳ前駆体および酸素ガスがチャンバの処理領域の中に送出されている間、約１３．５６ＭＨｚの周波数で約３０００Ｗから約１２，０００Ｗの間の高周波電力を送出することによって形成されうる。酸素含有ガスがチャンバに流れ込んでいる間、基板の温度は約１７５℃から約５００℃の間の温度に維持される。
【００４９】
ボックス３０６で実施されるプロセスの別の実施形態では、界面層２２１の膜形成プロセスは、フッ素化または塩素化された窒化ケイ素含有膜層を堆積させることを含む。一実施形態では、プロセスは、シラン（ＳｉＨ４）および窒素（Ｎ２）とフッ素（Ｆ２）または塩素（Ｃｌ２）を含む前駆体混合ガスを導入することを含む。一例では、１３．５６ＭＨｚの周波数で０．７４Ｗ／ｃｍ２の高周波電力がシャワーヘッド４１０に印加されて、プラズマが約９秒の期間発生する間、シラン、アンモニア、フッ素、および水素を含有する混合処理ガスの各流量は、チャンバ容積１リットル当たりでそれぞれ３．５ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍ、および８０ｓｃｃｍとして１．５トールのチャンバ圧力を実現できる。基板支持体４３０の温度は一般に、この処理ステップの間中、約３９０℃の温度に維持される。
【００５０】
ボックス３０６で実施されるプロセスの別の実施形態では、界面層２２１の膜形成プロセスは、高速熱酸化プロセスを用いて酸化ケイ素含有膜層を堆積させることを含む。一実施形態では、プロセスは、酸素含有ガスを導入し、約８００℃を超える温度まで基板を約０．５秒間から約５秒間加熱することを含む。一実施形態では、形成された酸化ケイ素をフッ素または塩素（例えば、約１原子％フッ素）でドープするプロセスの間中、フッ素（Ｆ２）または塩素（Ｃｌ２）含有ガスが酸素含有ガスに付加される。一例では、酸化ケイ素膜が高速熱酸化プロセスによって形成され、このプロセスでは、高速で基板表面を加熱するためにランプ（１つまたは複数）を使用して酸化層を形成する。一例では、シリコン基板の高速熱酸化は、酸素ガスおよび水素ガス（例えば、Ｏ２＋Ｈ２）を例えば、約０．５〜５０トールの間のプロセス圧力および混合を実現するのに十分な高い流量で流して、基板の表面にわたって約１〜１３％のＨ２濃度を形成することを含む。この例では、上で論じた所望の厚さのＳｉＯ２誘電体膜を形成するために、処理温度は約５〜９０秒の間で約８００〜１０００℃の間になりうる。
【００５１】
ボックス３０６で実施されるプロセスの別の実施形態では、界面層２２１の膜形成プロセスは、ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）堆積プロセスを用いて酸化ケイ素含有膜を堆積させることを含む。一例では、界面層２２１は、ＴＥＯＳを１８５ｓｃｃｍの流量で、ヘリウムを５０ｓｃｃｍの流量で、酸素を３５００ｓｃｃｍの流量で流して約０．８５トールの圧力を実現することによって、かつ１３．５６ＭＨｚで１１５０Ｗの高周波電力を供給し、４３０℃の基板支持体温度を与えることによって形成される。一例では、ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）プロセスは、フッ素（Ｆ２）または塩素（Ｃｌ２）含有ガスを導入して、形成された酸化ケイ素膜をある百分率のフッ素または塩素（例えば、約１原子％フッ素）でドープすることを含みうる。
【００５２】
ボックス３０６で実施されるプロセスの別の実施形態では、界面層２２１の膜形成プロセスは、ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）堆積プロセスを用いて酸化アルミニウム含有膜を堆積させることを含む。一例では、界面層２２１は、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）をチャンバ容積１リットル当たり２０ｓｃｃｍの流量で流し、酸素所有ガス（例えば、酸素（Ｏ２）または酸化窒素Ｎ２Ｏ）をチャンバ容積１リットル当たり５０ｓｃｃｍの流量で流して約５００ミリトールから約１０トールの圧力を実現することによって、かつ１３．５６ＭＨｚで約２０００Ｗから約１２，０００Ｗの高周波電力を供給し、約１７５℃から約５００℃の間に基板支持体温度を維持することによって形成される。アルミニウムの結合構造、および堆積された酸化アルミニウム膜中の酸素により、形成される層内の捕獲負電荷は、温度、処理圧力、および高周波プラズマ出力を調整することによって変えることができる。
【００５３】
次に、ボックス３０８で、基板を反応性ガス含有高周波プラズマに曝す。この高周波プラズマは、多層水素化ＳｉＮ膜などのバルク層２２２を、基板２１０上に形成された界面層２２１の上に形成するために使用される。図６は、ボックス３０８で太陽電池基板２１０の上に堆積されるパッシベーション層を形成するために用いられる例示的なプロセスシーケンス６００を図示する。プロセスシーケンス６００の一実施形態では、ボックス６０２で、基板２１０が、処理システム５００の処理チャンバ５３１〜５３７のうちの別のものの中に、あるいは前のステップの１つ以上を形成するために使用された同じ処理チャンバ内に位置付けられた後に、混合処理ガスをチャンバに流し込む。混合処理ガスは、前駆体混合ガスおよび水素ガス（Ｈ２）希釈剤を含む。水素ガス希薄剤は、前駆体混合ガスの流量のおよそ２倍もの高い流量を有しうる。前駆体混合ガスは、シラン（ＳｉＨ４）と窒素（Ｎ２）、シランとアンモニア（ＮＨ３）、またはシランとアンモニアと窒素の組合せでありうる。一例では、シラン、アンモニアおよび水素を含有する混合処理ガスの各流量は、チャンバ容積１リットル当たりそれぞれ３．５ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、および８０ｓｃｃｍでありうる。シラン、アンモニア、窒素および水素を含有する混合処理ガスの各流量は、チャンバ容積１リットル当たりそれぞれ５ｓｃｃｍ、１６ｓｃｃｍ、４０ｓｃｃｍ、および８０ｓｃｃｍでありうる。基板支持体４３０の温度は一般に、この処理の間中、約３９０℃の温度に維持される。
【００５４】
次に、ボックス６０４で、プラズマを処理チャンバ内で発生させてＳｉＮ層を基板２１０上に堆積させるが、このＳｉＮ層は、太陽電池のＡＲＣとパッシベーションの組合せ層として使用するのに適している。つまり、そのように堆積されたＳｉＮ層は、約２．６から２．８ｇ／ｃｍ３の間の質量密度、約２．０から２．２の間の屈折率、および約５原子パーセントから１５原子パーセントの間の水素濃度を有する。一実施形態では、第１の混合処理ガスが処理容積４０６へ送出される間、１．５トールのチャンバ圧力をチャンバ内で維持することができ、１３．５６ＭＨｚの周波数で０．７４Ｗ／ｃｍ２の高周波電力密度を処理チャンバ４００のシャワーヘッドに印加して、プラズマを約９秒の期間発生させる。
【００５５】
次に、ボックス６０６で、第１の混合処理ガスの流れを止め、第２の混合処理ガスをチャンバの中に送出する。一例では、第２の混合処理ガスは、チャンバ容積１リットル当たり５．５ｓｃｃｍのシラン（ＳｉＨ４）、１６ｓｃｃｍのアンモニア（ＮＨ３）、および４０ｓｃｃｍの窒素（Ｎ２）を含有しうる。一実施形態では、第２の混合処理ガスが処理チャンバの中に導入される前に、ボックス６０４で実施された処理中に作り出されたプラズマは処理チャンバの中で消され、第１の混合処理ガスの流れが止められる。一実施形態では、ボックス６０６で実施される処理「中断」は、約２秒間続く。この場合、第１の混合処理ガスは、第２の混合処理ガスがチャンバに流れ込む前に、チャンバからほぼパージされうる。基板支持体４３０の温度は一般に、約３９０℃の温度に維持される。
【００５６】
最後に、ボックス６０８で、バルクＳｉＮ層を界面層の上に堆積して、二重スタックＳｉＮ  ＡＲＣ／パッシベーション層を基板２１０の上に形成する。このようにして、ＳｉＮパッシベーション層の大部分は、実質的により速いプロセスによって、太陽電池パッシベーションの品質に影響を及ぼすことなく堆積することができる。第２の混合処理ガスがチャンバに導入される前にチャンバ内でプラズマが消された場合には、バルクＳｉＮ層の堆積を可能にするためにプラズマが再点火される。プロセス６０８の一実施形態では、第２の混合処理ガスが処理容積４０６へ送出される間、１．５トールのチャンバ圧力を処理チャンバ内で維持することができ、１３．５６ＭＨｚの周波数で０．７４Ｗ／ｃｍ２のＲＦ電力密度を処理チャンバ４００のシャワーヘッド４１０に印加して、プラズマを約１５秒の期間発生させる。
【００５７】
上記は、本発明の実施形態を対象としているが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明のその他のさらなる実施形態を考案することができ、また、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ−Ｄ】
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【図２Ｅ−Ｆ】
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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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