(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を使用して太陽電池を製造する方法であって、
前記方法は、
前記太陽電池を製造するために、前記基板が注入されるべき真空を創生するステップと、
第１の種を用いて前記基板の第１の表面の全体に前記真空中で第１のイオン注入を行うステップと、
前記基板の前記第１の表面に面し、かつ、前記基板の前記第１の表面から相隔たる第１の表面を有するマスクを前記真空中に導入するステップと、前記基板の前記第１の表面の対応する部分をさらすために、前記マスクは複数の開口を有し、
第２の種を用いて前記基板の前記第１の表面に前記真空中で第２のイオン注入を行うステップであって、前記基板の前記第１の表面の前記さらした部分のみに前記第２の種を用いてイオン注入を行うステップと、を有し、
前記第１のイオン注入、前記第２のイオン注入及び前記マスクの導入を単一のチャンバ内で真空破壊せずに行う、基板を使用して太陽電池を製造する方法。
【請求項２】
前記第１の種及び前記第２の種は、同じ種である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の種及び前記第２の種は、ドーパントを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の種及び前記第２の種は、異なる種である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の種又は前記第２の種は、非ドーパントを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
基板を使用して太陽電池を製造する方法であって、
前記方法は、
前記太陽電池を製造するために、前記基板が注入されるべき真空を創生するステップと、
第１の種を用いて前記基板の第１の表面の全体に前記真空中で第１のイオン注入を行うステップと、
前記基板の第２の表面をさらすために、前記基板を前記真空中でひっくり返すステップと、
前記基板の前記第２の表面に面し、かつ、前記基板の前記第２の表面から相隔たる第１の表面を有するマスクを前記真空中に導入するステップと、前記基板の前記第２の表面の対応する部分をさらすために、前記マスクは複数の開口を有し、
第２の種を用いて前記基板の前記第２の表面に前記真空中で第２のイオン注入を行うステップであって、前記基板の前記第２の表面の前記さらした部分のみに前記第２の種を用いてイオン注入を行うステップと、を有し、
前記第１のイオン注入、前記第２のイオン注入、前記基板のひっくり返し及び前記マスクの導入を単一のチャンバ内で真空破壊せずに行う、基板を使用して太陽電池を製造する方法。
【請求項７】
前記第１の種及び前記第２の種は、同じ種である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の種及び前記第２の種は、ドーパントを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の種及び前記第２の種は、異なる種である、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の種又は前記第２の種は、非ドーパントを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
基板を使用して太陽電池を製造する方法であって、
前記方法は、
前記太陽電池を製造するために、前記基板が注入されるべき真空を創生するステップと、
第１の種を用いて前記基板の第１の表面の全体に前記真空中で第１のイオン注入を行うステップと、
前記基板の第２の表面をさらすために、前記基板を前記真空中でひっくり返すステップと、
第２の種を用いて前記基板の前記第２の表面に前記真空中で第２のイオン注入を行うステップと、を有し、
前記第１のイオン注入、前記第２のイオン注入及び前記基板のひっくり返しを単一のチャンバ内で真空破壊せずに行う、基板を使用して太陽電池を製造する方法。
【請求項１２】
前記第１の種及び前記第２の種は、同じ種である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の種及び前記第２の種は、ドーパントを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の種及び前記第２の種は、異なる種である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の種又は前記第２の種は、非ドーパントを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２のイオン注入の前に、マスクを前記真空中に真空破壊せずに導入し、
前記マスクは、前記基板の前記第２の表面に面し、かつ、前記基板の前記第２の表面から相隔たる第１の表面を有し、
前記基板の前記第２の表面のさらした部分のみに前記第２の種を用いてイオン注入を行うように、前記基板の前記第２の表面の対応する部分をさらすために、前記マスクは複数の開口を有する、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入に関し、特に、太陽電池のイオン注入に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入は、導電率を変える不純物を半導体基板に導入する標準的な技術である。所望の不純物材料は、イオン源内でイオン化され、イオンは、加速されて所定のエネルギーのイオンビームを形成し、イオンビームは、基板の表面に向けられる。イオンビーム内のエネルギーイオンは、半導体材料の大部分に入り込み、半導体材料の結晶格子に埋め込まれて、所望な導電率の領域を形成する。
【０００３】
太陽電池は、シリコンを半導体材料として用いることは、よくあるが、他の半導体デバイスのために用いるのと同じプロセスを用いて、典型的に製造される。半導体太陽電池は、半導体材料内に光子を吸収することにより生成される、電荷キャリアを分離する内蔵電界を有する単純なデバイスである。この電界は、半導体材料の差動ドーピングにより創生されるpn接合（ダイオード）の形成により典型的に創生される。半導体基板の一部（例えば、表面領域）に異極性の不純物をドーピングすることにより、光を電子に変換する光起電装置として用いることができるpn接合を形成する。
【０００４】
図３は、太陽電池の第１の実施態様であり、代表的な基板３００の断面を示す。光子３０１は、矢印により示すように、上面３０５を通って太陽電池３００に入る。これらの光子は、基板３００に浸透する光子の数を最大にし、基板に反射される光子の数を最小にするように設計された反射防止膜３１０を通過する。
【０００５】
内部では、基板３００はpn接合３２０を持つように形成される。pn接合は表面に平行でない他の実施例があるけれども、このpn接合は基板３００の上面３０５にほぼ平行であるように示してある。太陽電池は、光子がエミッタ３３０としても知られる高濃度にドープされた領域を通って入るように製造する。いくつかの実施形態では、エミッタ３３０はn型ドープ領域とすることができ、一方、他の実施形態では、エミッタ３３０はp型ドープ領域とすることができる。（半導体のバンドギャップより上の）十分なエネルギーを持つ光子は、半導体材料の価電子帯内の電子を伝導帯に励起することができる。この自由電子と関連するのは、価電子帯内の対応する正に荷電した孔である。外部負荷を駆動することができる光電流を発生するために、これらの電子孔（e-h）対は分離する必要がある。これは、pn接合での内蔵電界を介して行われる。従って、pn接合の空乏領域で発生する任意の電子孔対は、デバイスの空乏領域へ拡散する任意の他の少数キャリアのように、離れ離れになる。入射光子の大多数は、デバイスの表面領域の近くで吸収されるので、エミッタで発生する少数キャリアは、空乏領域に到達し、反対面に流されるために、エミッタの深くまで拡散する必要がある。従って、光発生電流の収集を最大にし、エミッタ内のキャリアの再結合の機会を最小にするために、エミッタ３３０を非常に浅くすることが好適である。
【０００６】
多少の光子は、エミッタ３３０を通過し、ベース３４０に入る。エミッタ３３０がn型領域であるシナリオでは、ベース３４０はp型ドープ領域である。これらの光子は、関連する孔がベース３４０内にとどまるのに、自由にエミッタ３３０に移るベース３４０内の電子を、励起することができる。あるいは、エミッタ３３０がp型ドープ領域の場合、ベース３４０はn型ドープ領域である。この場合、これらの光子は、関連する孔がエミッタ３３０に移るのに、ベース３４０内にとどまるベース３４０内の電子を、励起することができる。このpn接合の存在により引き起こされる電荷分離の結果として、光子により発生させられる追加のキャリア（電子及び孔）は、回路を完成するため、外部負荷を駆動するために用いることができる。
【０００７】
外部負荷を介して、エミッタ３３０をベース３４０に外部接続することにより、電流を導き電力を供給することができる。これを実現するために、典型的には金属のコンタクト３５０を、エミッタ３３０及びベース３４０の外部表面に置く。ベースは光子を直接受けないため、典型的に、そのコンタクト３５０ｂは、全外部表面に沿って置く。対照的に、エミッタ３３０の外部表面は、光子を受けるので、コンタクトで完全に覆うことはできない。しかしながら、電子がコンタクトまでの長い距離を進まなければならない場合、太陽電池の直列抵抗が増加して、電力出力を低くする。これらの２つの検討事項（自由電子がコンタクトまで進まなければならない距離及びエミッタ表面３６０の露出部の面積）のバランスをとる試みにおいて、ほとんどのアプリケーションは、指の形のコンタクト３５０ａを用いる。図４は、図３の太陽電池の上面図である。コンタクトは、太陽電池の幅方向に延び、比較的薄くなるように典型的に形成する。このように、自由電子は長距離を進む必要はないが、エミッタの外表面の多くは光子にさらされる。基板の正面側の典型的な指の形のコンタクト３５０ａは、＋／−0.1mmの精度で0.1mmである。これらの指の形のコンタクト３５０ａは、典型的に、互いに１〜５mmの間、離れている。これらの寸法は典型的であるが、他の寸法は可能であり、本明細書で検討する。
【０００８】
太陽電池のさらなる強化は、高濃度にドープした基板コンタクト領域の追加である。図５は、この強化した太陽電池の断面図を示す。太陽電池は、図３に関連する上記の如くであるが、高濃度にドープしたコンタクト領域３７０を含む。これらの高濃度にドープしたコンタクト領域３７０は、金属の指の形のコンタクト３５０ａが基板３００に取り付けられる領域に対応する。これらの高濃度にドープしたコンタクト領域３７０の導入により、基板３００と金属の指の形のコンタクト３５０ａとの間のもっとより良い接触を可能にし、太陽電池の直列抵抗を顕著に低くする。高濃度にドープした領域を基板の表面に含むこのパターンは、選択的エミッタ設計と、通常、称される。
【０００９】
太陽電池の選択的エミッタ設計は、エミッタ層の露出領域でのより低いドーパント／不純物線量による、再結合を通しての、減少した少数キャリア損失により、より高い効率の太陽電池の利点を有する。コンタクト領域の下のより高濃度のドーピングは、エミッタで生成された少数キャリアに反発し、pn接合へ押す電界を与える。
【００１０】
図３に示す実施態様は、基板の両面にコンタクトを必要とするため、光子が通過することができる前面の使用できる面積を減少する。太陽電池４００の第２の実施態様の断面を図６に示す。基本的に、この実施態様の物理的過程は似ており、pn接合が、発生した電子孔対を分離する電界を創生するために、用いられる。しかしながら、前の実施態様でなされたように、全基板のいたる所にpn接合を創生するのではなく、pn接合を基板４００の一部のみに創生する。この実施態様では、負にドープしたシリコン基板４１０を用いることができる。ある実施態様では、もっと負にバイアスをかけられた前面電界（FSF）４２０が、追加のn型ドーパントを前面に注入することにより、創生される。この前面は反射防止材料４３０で覆う。この前面は、表面積を増加するために、鋸歯状の又は非平面の表面を創生するためにエッチングすることがよくある。金属のコンタクト又は指状の物４７０ａ、４７０ｂは、全て、基板の底面に位置付ける。底面のある部分は、エミッタ４４０を創生するために、p型ドーパントで注入することができる。他の部分は、もっと負にバイアスをかけられた裏面電界４５０を創生するために、n型ドーパントで注入する。裏面は、裏面の反射性を高めるために、誘電体層４６０で覆う。金属の指状の物４７０ａは、エミッタ４４０に取り付けて、指状の物４７０ｂは、裏面電界４５０に取り付ける。図７は、裏面のコンタクトの一般的な構造を示す。このタイプの太陽電池は、相互嵌合型バックコンタクト（IBC）太陽電池として知られる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
現在のエネルギーコストと環境への関心から、太陽電池は、ますます重要になっている。高性能太陽電池の製造又は生産のコストの削減又は高性能太陽電池の効率の改善により、太陽電池の推進に世界的なプラスの効果をもたらす。これにより、このクリーンエネルギー技術のより広い利用性を可能にする。
【００１２】
現在の太陽電池の設計は、ドーパントを太陽電池のシリコンの中へ拡散することにより実現できる、ドーパントプロファイルにより制限される。それは、異なるドーパントを適用すること及び太陽電池の異なる部分にドーピングすることの困難性によっても制限される。追加のドーピングステップのコストは、商業ベースで利用することができる太陽電池の設計を制限する。従って、太陽電池の改善したイオン注入、特に、イオン注入装置で太陽電池の連続ドーピングステップを可能にする方法の技術の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
太陽電池の製造は、本明細書に開示された方法の使用により、単純化され、コストは減少する。連続注入を真空破壊せずに行うことにより、太陽電池をもっと迅速に製造することができる。さらに、連鎖注入の使用により、太陽電池の製造性能も向上することができる。一実施態様では、２つの注入を行い、同じイオン種を用いるが、２つの注入間で注入エネルギーを変更する。別の実施態様では、基板は、アニールする前に、両表面をひっくり返し注入する。さらに別の実施態様では、１つ以上の異なるマスクを当てて、注入を真空状態を破壊せずに行う。
【００１４】
本開示をより良く理解するために、本明細書に参照により組み込まれる、以下の添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】材料をイオンでドーピングするためのプラズマドーピングシステムのブロック図である。
【図２】材料をイオンでドーピングするためのビームラインイオン注入装置のブロック図である。
【図３】従来技術の太陽電池の断面図を示す。
【図４】図３の太陽電池の上面図を示す。
【図５】選択的エミッタ設計を用いる太陽電池の断面図を示す。
【図６】従来技術の太陽電池の第２の型の断面図を示す。
【図７】図６の太陽電池の底面図を示す。
【図８】図７の太陽電池に用いるためのマスクの図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、選択した材料をドーピングするためイオンを供給することができるプラズマドーピングシステム１００のブロック図である。図２は、選択した材料をドーピングするためイオンを供給することができるビームラインイオン注入装置２００のブロック図である。当業者は、プラズマドーピングシステム１００及びビームラインイオン注入装置２００が、選択した材料をドーピングするためイオンを供給することができる異なるプラズマドーピングシステム及びビームラインイオン注入装置の多くの例の内の各々ただ１つの例であることを、認識するであろう。このプロセスは、非質量分析大量注入装置（non-mass analyzed flood implanter）、他の基板又は半導体ウエハ処理装置、又は２つ以上のこれらのシステムのある組み合わせのような他のイオン注入システムと共に、行うこともできる。
【００１７】
図１を参照するに、プラズマドーピングシステム１００は、包囲した容積１０３を規定するプロセスチャンバ１０２を含む。プラテン１３４は、基板１３８を支持するために、プロセスチャンバ１０２内で位置付けることができる。一例では、基板１３８は、一実施形態で、３００mmの直径のシリコンウエハのような円盤形状を有する半導体基板とすることができる。この基板１３８は、太陽電池とすることができる。基板１３８は、静電力又は機械的力により、プラテン１３４の平坦面にクランプすることができる。一実施形態では、プラテン１３４は、基板１３８に接続するための導電ピン（図示せず）を含むことができる。
【００１８】
ガス源１０４は、質量流量コントローラ１０６を介して、プロセスチャンバ１０２の内部容積１０３にドーパントガスを供給する。ガスバッフル１７０は、ガス源１０４からのガス流を偏向させるために、プロセスチャンバ１０２内で位置付ける。圧力計１０８は、プロセスチャンバ１０２内の圧力を測定する。真空ポンプ１１２は、プロセスチャンバ１０２内の排気口１１０を介して、プロセスチャンバ１０２から排ガスを排出する。排気弁１１４は、排気口１１０を介して排気伝導率を制御する。
【００１９】
プラズマドーピングシステム１００は、質量流量コントローラ１０６、圧力計１０８及び排気弁１１４に電気的に接続されたガス圧コントローラ１１６を、さらに含むことができる。ガス圧コントローラ１１６は、圧力計１０８に応答するフィードバックループ内で、排気弁１１４で排気伝導率を制御するか、それとも、質量流量コントローラ１０６でプロセスガス流速度を制御するかにより、プロセスチャンバ１０２内の所望の圧力を維持するように構成することができる。
【００２０】
プロセスチャンバ１０２は、誘電材料で作られ、ほぼ水平方向に延びる第１の区分１２０を含むチャンバ頂部１１８を有することができる。チャンバ頂部１１８は、誘電材料で作られ、ほぼ垂直方向に第１の区分１２０から高く延びる第２の区分１２２も含む。チャンバ頂部１１８は、導電性及び伝熱性のある材料で作られ、ほぼ水平方向に第２の区分１２２の間に延びる蓋１２４を、さらに含む。
【００２１】
プラズマドーピングシステム１００は、プロセスチャンバ１０２内にプラズマ１４０を発生するように構成される源１０１を、さらに含むことができる。源１０１は、プラズマ１４０を発生するために、平面アンテナ１２６及びらせんアンテナ１４６のいずれか又は両方にRFパワーを供給する電源のようなRF源１５０を含むことができる。RF源１５０は、RF源１５０からRFアンテナ１２６、１４６へ送られるパワーを最大にするために、RF源１５０の出力インピーダンスをRFアンテナ１２６、１４６のインピーダンスにマッチさせるインピーダンスマッチングネットワークにより、RFアンテナ１２６、１４６に結合することができる。
【００２２】
プラズマドーピングシステム１００は、プラテン１３４に電気的に接続されたバイアス電源１４８も含むことができる。バイアス電源１４８は、プラテン１３４にバイアスをかけ、よって、基板１３８にもバイアスをかけて、パルスがオフの期間ではなく、パルスがオンの期間にプラズマ１４０から基板１３８へイオンを加速するために、パルスがオン及びオフの期間を有するパルスプラテン信号を供給するように構成される。バイアス電源１４８は、DC電源又はRF電源とすることができる。
【００２３】
プラズマドーピングシステム１００は、プラテン１３４の周りに配置された遮蔽リング１９４を、さらに含むことができる。技術的に知られるように、遮蔽リング１９４は、基板１３８のエッジの近くの注入されたイオン分布の均一性を改善するために、バイアスをかけることができる。環状ファラデーセンサ１９９のような１つ以上のファラデーセンサは、イオンビーム電流を感知するために、遮蔽リング１９４内に位置付けるｋとができる。
【００２４】
プラズマドーピングシステム１００は、コントローラ１５６及びユーザインターフェースシステム１５８を、さらに含むことができる。コントローラ１５６は、所望の入力／出力機能を行うためにプログラムすることができる、汎用コンピュータ又は汎用コンピュータのネットワークにすることができ、又はそれを含むことができる。コントローラ１５６は、特定用途向け集積回路、他のハード・ワイヤードの又はプログラム可能な電子機器、離散素子回路等のような他の電子回路又は電子部品も含むことができる。コントローラ１５６は、通信機器、データ記憶機器及びソフトウェアも含むことができる。例示の明確化のため、コントローラ１５６は、電源１４８への出力信号のみを供給するとして、かつ、ファラデーセンサ１９９から入力信号を受信するとして、例示する。当業者は、コントローラ１５６が、プラズマドーピングシステム１００の他の構成部品へ出力信号を供給し、同じ構成部品から入力信号を受信することができることを認識するであろう。ユーザインターフェースシステム１５８は、タッチスクリーン、キーボード、ユーザ・ポインティング・デバイス、ディスプレー、プリンタ等のような機器を含むことができ、ユーザが、コントローラ１５６により、コマンド及び／若しくはデータを入力し、並びに／又は、プラズマドーピングシステム１００をモニタすることを可能にする。
【００２５】
動作中、ガス源１０４は、基板１３８に注入するため、所望のドーパントを含む主要なドーパントガスを供給する。ガス圧コントローラ１１６は、主要なドーパントガスをプロセスチャンバ１０２に供給する速度を調整する。源１０１は、プロセスチャンバ１０２内にプラズマ１４０を発生するように構成する。源１０１は、コントローラ１５６により制御することができる。プラズマ１４０を発生するために、RF源１５０は、少なくとも１つのRFアンテナ１２６、１４６でRF電流に共振して、振動磁界を生成する。振動磁界は、プロセスチャンバ１０２内にRF電流を誘導する。プロセスチャンバ１０２内のRF電流は、主要なドーパントガスを励起し電離して、プラズマ１４０を発生する。
【００２６】
バイアス電源１４８は、プラテン１３４にバイアスをかけ、よって、基板１３８にもバイアスをかけて、パルスプラテン信号のパルスがオンの期間に、プラズマ１４０から基板１３８へイオンを加速するために、パルスプラテン信号を供給する。パルスプラテン信号の周波数及び／又はパルスのデューティサイクルは、所望の線量率を供給するために、選択することができる。パルスプラテン信号の振幅は、所望のエネルギーを供給するために、選択することができる。他のパラメータが等しくありながら、より大きいエネルギーにより、より深い注入深さになる。
【００２７】
図２を参照するに、選択した材料をドーピングするためのイオンを供給することができるビームラインイオン注入装置２００のブロック図を例示してある。当業者は、このビームラインイオン注入装置２００は、選択した材料をドーピングするためのイオンを供給することができるビームラインイオン注入装置の多くの例のうちの１つにすぎないことを、認識するであろう。
【００２８】
一般に、ビームラインイオン注入装置２００は、イオンビーム２８１を形成するイオンを発生するためのイオン源２８０を含む。イオン源２８０は、イオンチャンバ２８３及びイオン化すべきガスを収容できるガスボックスを含むことができる。ガスはそれをイオン化するイオンチャンバ２８３へ供給される。このようにして形成されるイオンはイオンチャンバ２８３から取り出されて、イオンビーム２８１を形成する。イオンビーム２８１は分解磁石２８２の極の間に向けられる。電源がイオン源２８０の引き出し電極に接続されて、高電流イオン注入装置では、例えば約０．２kVと８０kVとの間の可調整電圧を供給する。こうして、イオン源２８０からの一価のイオンが、この可調整電圧により、約０．２keVから８０keVまでのエネルギーに加速される。
【００２９】
イオンビーム２８１は、抑制電極２８４及び接地電極２８５を経て質量分析器２８６と進む。質量分析器２８６は、分解磁石２８２及び分解アパーチャ２８９を有するマスキング電極２８８を含む。分解磁石２８２は、所望イオン種のイオンが、分解アパーチャ２８９を通過するように、イオンビーム２８１内のイオンを偏向させる。不所望なイオン種は、分解アパーチャ２８９を通過しないで、マスキング電極２８８によりブロックされる。一実施態様では、分解磁石２８２は、所望のイオン種を約９０°だけ偏向させる。
【００３０】
所望イオン種のイオンは、分解アパーチャ２８９を通って角度補正磁石２９４へと進む。角度補正磁石２９４は、所望イオン種のイオンを偏向させて、イオンビームを発散イオンビームからほぼ平行なイオンの軌道を有するリボンイオンビーム２１２に変換する。一実施態様では、角度補正磁石２９４は、所望イオン種のイオンを約７０°だけ偏向させる。ビームラインイオン注入装置２００は、いくつかの実施態様では、加速装置又は減速装置をさらに含むことができる。
【００３１】
エンドステーション２１１は、リボンイオンビーム２１２の経路内に、基板１３８のような１つ以上のワークピースを所望イオン種のイオンが基板１３８に注入されるように支持する。基板１３８は、例えば、シリコンウエハとすることができる。この基板１３８は、太陽電池とすることができる。エンドステーション２１１は、基板１３８を支持するプラテン２９５を含むことができる。エンドステーション２１１は、リボンイオンビーム２１２の長い横断面方向に対して垂直にワークピース１３８を動かし、それにより、基板１３８の全表面にイオンを分布させるスキャナー（図示せず）も含むことができる。リボンイオンビーム２１２を例示しているけれども、他の実施態様では、スポットビームとすることができる。
【００３２】
イオン注入装置は、当業者に知られた追加の構成部品を含むことができる。例えば、エンドステーション２１１は、典型的には、ワークピースをビームラインイオン注入装置２００に導入して、イオン注入後にワークピースを取り外すための、自動ワークピース処理装置を含む。エンドステーション２１１は、線量測定システム、電子フラッドガン又は他の既知の構成部品も含むことができる。イオンビームが進行する全経路は、イオン注入の間、排気させることは、当業者に理解されるであろう。ビームラインイオン注入装置２００は、いくつかの実施態様では、イオンのホット又はコールド注入を受け入れることができる。
【００３３】
生産性及び太陽電池の効率は、２つ以上の注入を行うことにより増加することができる。これらは、「連鎖注入」、すなわち、直後に次々と注入することのように、真空破壊せずに、同じ注入ツールで行う。コストを減少し、生産性及び太陽電池の効率を向上することに加えて、この方法は、ドーパントのプロファイルを、さらに改善することができる。連鎖注入を太陽電池の生産プロセスに組み入れることができる多くの異なる方法がある。これらのプロセスは、図１のプラズマドーピングシステム１００、図２のビームラインイオン注入装置２００、非質量分析大量注入装置（non-mass analyzed flood implanter）のような他のイオン注入システム、他の基板又は半導体ウエハ処理装置、又は２つ以上のこれらのシステムのある組み合わせの、いずれかで行うことができる。
【００３４】
第１に、異なるエネルギーでの２つ以上の注入を連鎖注入で行うことができる。エネルギーの範囲により、ドーパントのプロファイルの詳細な調整を可能にする。例えば、図３で示すように、前面接触の太陽電池での、エミッタ３３０のドーピング用に、コンタクト３５０ａの接合の短絡を防ぐために、深くより低い線量の注入を行うことができる。太陽電池の表面でのドーパントの高濃度を創生するために、浅くより高い線量の注入を行うこともできる。この注入の組み合わせにより、前面から後面に変わることを減少するドーパントのプロファイルを創生する。そのようなプロファイルは、少数キャリアをpn接合の方へ加速する有向の電界を創生することにより、再結合を最小にすることもできる。特定の実施形態では、図２のビームラインイオン注入装置２００のビームエネルギーは、ビームがプラテン上の太陽電池に達する前に、減速電圧を加えることにより、変更することができる。
【００３５】
第２に、異なる種の注入は、基板を動かさない連鎖注入で行うことができる。一実施形態では、リンに加えて、ヒ素をn型ドーパントとして用いる。後の熱的プロセスは、それから、これらの２つのn型ドーパントの異なる性質を利用する。例えば、１方のドーパントは、基板により深く拡散することができ、他方のドーパントは、表面により近くとどまり、これにより、ドーパント勾配を創生する。このドーパント勾配は、表面の再結合を最小にするのに役立つ。他の実施形態では、ホウ素、ヒ素、リン、ガリウム、アルミニウム又は他の当業者に既知の種を用いることができる。他の実施形態では、炭素、シリコン、ゲルマニウムのようなIV族に属する元素のような非ドーパントとしても知られる、ドーピング濃度に影響を与えない種を用いることができる。図１のプラズマドーピングシステム１００又は図２のビームラインイオン注入装置２００のようなイオン注入装置内の拡散炉内で種を変更することは、困難であるが、種を変更することは、イオン源、ビームライン、又は、ドーパント原子を供給するために用いるガス又は固体の材料を変更することにより、行うことができる。これにより、図１のプラズマドーピングシステム１００又は図２のビームラインイオン注入装置２００の複雑性及びコストを増加するが、この増加は、第２の注入装置を購入するより著しく少ない。
【００３６】
第３に、注入される基板の側面は、連鎖注入の間に変更することができる。基板を注入の間にひっくり返すことにより、第２の注入は、真空破壊せずに、反対側面に直ちに行うことができる。このひっくり返しは、例えば、ロボットの基板操作装置により、遂行することができる。一実施形態では、基板のひっくり返しを、注入される種の変更と組み合わせる。例えば、図６に示すように、イオンをIBC太陽電池の両側表面上に注入する。ｎ＋注入４２０は前面で行い、一方、ｎ＋注入４５０及びｐ＋注入４４０の両方は背面で行う。従って、前面での注入を行うことができて、それから、太陽電池のホウ素の背面電界を遂行することができるように、基板をひっくり返すことができる。別の特定の実施形態では、前面電界の移植及びIBC太陽電池上の一組のコンタクトを遂行する。別の実施形態では、図６に示すように、ｎ＋前面電界及びｎ＋背面電界をかける。現在の拡散技術では、異なる太陽電池の側面に、異なる線量を加えることはできない。真空破壊せずに、基板の両側表面に注入することにより、太陽電池の製造のための多くの必要なプロセスステップを減少することができる。
【００３７】
第４に、注入のパターンは、連鎖注入の間に変更することができる。マスクを挿入することにより、又はいくつかのマスクを基板に当てることにより、太陽電池の表面への異なる分布の多数の注入を行うことができる。このマスクは、いくつかの実施形態では、基板の部分を注入からブロックするハードマスク、シャドウマスク又はステンシルマスクとすることができる。特定の実施形態では、図５の太陽電池の前面をドープする。それから、コンタクト領域３７０のみがさらされるように、マスクを基板上に置く。それから、コンタクト領域３７０の導電率を改善するために、より高い線量の第２の注入を行う。別の実施形態では、図６及び７で示すようなIBC太陽電池のｎ＋背面電界は、ｎ＋型ドーパントで注入し、一方、表面の一部を覆うために、マスクを用いる。それから、ｐ＋エミッタのみがさらされる状態にする第２のマスクを用いる。そのようなマスクを図８に示す。マスクの配置後に、ｐ型ドーパントを注入する。異なるマスクでの注入のこの連続により、IBC太陽電池に必要なコンタクトパターンを創生することができる。従って、種の変更と組み合わせると、IBC太陽電池の全ての背面コンタクトドーピングは、同時に行うことができる。任意の実施形態では、コンタクトは、この方法で、太陽電池の前面又は背面のいずれかにドープすることができる。埋め込みコンタクトアプローチは、より高いコストでの同様のドーピングスキームを可能にする。別の実施形態では、ｎ＋＋注入をマスク付きで行い、それから、ｎ＋注入をマスクなしで行う。
【００３８】
第５に、連鎖注入後の即時熱的アニールは、注入が行われたのと同じチャンバ内で行うことができる。これにより、処理時間及びコストの減少を可能にする。注入チャンバ内で行われるこのアニールは、例えば、フラッシュアニール、レーザーアニール、スパイクアニール、又は、当業者に既知の他のアニール方法とすることができる。
【００３９】
第６に、これらの連鎖注入は、クラスターツールで行うことができる。クラスターツールは、特定の実施形態の図１に示すような多数のプラズマドーピングシステム１００を組み込むことができる。従って、連鎖注入は、真空破壊せずに多数のプラズマドーピングチャンバ内で行うことができるか、又は、単一のプラズマドーピングチャンバ内で多数の注入で行うことができる。
【００４０】
本明細書で用いている用語及び表現は、説明の用語として用い、限定の用語として用いてはおらず、そのような用語及び表現の使用では、示され説明された（又はそれらの部分の）特徴の任意の均等物を除外する意図はない。本特許請求の範囲内で様々な変更ができることも認められる。他の変更、変形および代替も可能である。従って、前述の説明は単に例によるものであり、限定することを意図するものではない。
【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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【図７】
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【図８】
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