(57)【要約】ドーピングの目的のために自己整合セル（ＳＡＣ）アーキテクチャを使用する方法であって、ドーパント又は拡散抑制剤の堆積及び適用を誘導するようにアーキテクチャを用いる。導電フィンガーのためにメタライゼーションになる領域内にドーピングが提供される。ドーパントは、メタライゼーション溝内に直接的に処理されうる。あるいは、拡散抑制剤が非溝領域内に提供されて、ドーパントがウエハ全体の一部又は全てに亘って提供されうる。ドーパント及び金属は、必要なところに自動的に進入して、互いに整合する。光エネルギーの反射を減少するように、ＳＡＣアーキテクチャはセルの光吸収領域のための凹面をも含む。凹部において領域はまたドーパントで処理されうる。あるいは、拡散抑制剤が凹部内に処理されるが、凹部間のリッジ上端部はむき出しのままであり、深いドーピングを受ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン形成された拡散層を有するソーラーセルを提供する方法であって、
ａ．半導体ウエハを提供するステップと、
ｂ．前記半導体ウエハ内に溝を提供するステップと、
ｃ．前記溝内にドーパント液を散布するステップと、
ｄ．ドーパントを前記ウエハ内に拡散させる所定時間、前記ウエハを高温条件下で加熱するステップと、
ｅ．液体を含有するメタライゼーション物質を前記溝内に散布するステップと、を含んでおり、
メタライゼーション位置でパターン形成された拡散層を作成することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ドーパントを散布するステップは、キャピラリ管を通して前記ドーパントを散布することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記キャピラリ管は前記ウエハに直接に接触していることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記メタライゼーション物質を散布するステップは、キャピラリ管を通してメタライゼーション物質を散布することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記キャピラリ管は前記ウエハに直接に接触していることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記メタライゼーション物質を散布するステップは、前記キャピラリ管を通して前記メタライゼーション物質を散布することを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記溝は少なくとも２つの隣接する溝からなるグループで提供され、
前記メタライゼーション物質を溝内に散布するステップは、任意の１つの溝グループのうちの少なくとも１つの溝内に前記メタライゼーション物質を散布することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記メタライゼーション物質を散布するステップは、任意の１つの溝グループの２つの溝の少なくとも一部内に前記メタライゼーション物質を散布することを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも２つの隣接する溝は、３つの溝を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記ウエハはｐ型半導体基板を含み、前記ドーパントはｎ＋型半導体を形成するものであり、前記拡散層はソーラーセルエミッタを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ウエハはｐ型半導体基板を含み、前記ドーパントはｐ＋型半導体を形成するものであり、前記拡散層はソーラーセルの背面領域を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ウエハはｎ型半導体基板を含み、前記ドーパントはｐ＋型半導体を形成するものであり、前記拡散層はソーラーセルエミッタを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ウエハはｎ型半導体基板を含み、前記ドーパントはｎ＋型半導体を形成するものであり、前記拡散層はソーラーセルの背面領域を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ウエハ内に前記ドーパントを拡散するステップの前に、ウエハに限定量の利用可能なドーパントを提供するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記限定量の利用可能なドーパントを提供するステップは、ドーパント含有液をスプレー、ミスト、及び、印刷することからなる群から選択される方法を使用することを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記限定量の利用可能なドーパントを提供するステップは、スパッタリング、蒸着、プラズマ化学気相堆積、真空化学気相堆積及び大気圧化学気相堆積からなる群から選択される方法を使用して、ドーパントガラスを堆積することを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
高温条件下で前記ウエハ内に前記ドーパントを拡散させるステップ中に、前記ウエハをドーピングガスに曝露するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記ドーピングガスは、ＰＯＣｌ３及びＢＢｒ３からなる群から選択されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
パターン形成された拡散層を有するソーラーセルを提供する方法であって、
ａ．半導体ウエハを提供するステップと、
ｂ．前記半導体ウエハ内に溝を提供するステップと、
ｃ．前記溝内には提供せずに、前記ウエハの非溝領域内に拡散抑制物質を提供するステップと、
ｄ．前記ウエハの表面全体にドーパントを提供するステップと、
ｅ．前記ドーパントを前記ウエハ内に拡散させる所定時間、前記ウエハを高温条件下で加熱するステップと、
ｆ．液体を含有するメタライゼーション物質を前記溝内に散布するステップと、を含んでおり、
メタライゼーション位置でパターン形成された拡散層を作成することを特徴とする方法。
【請求項２０】
前記ドーパントを提供するステップは、前記拡散抑制物質を提供するステップの前に、前記溝内に液体ドーパントを提供するステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ウエハはｐ型半導体基板を含み、前記ドーパントはｎ＋型半導体を形成するものであり、前記拡散層はソーラーセルエミッタを含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記ウエハはｐ型半導体基板を含み、前記ドーパントはｐ＋型半導体を形成するものであり、前記拡散層はソーラーセルの背面領域を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記ウエハはｎ型半導体基板を含み、前記ドーパントはｐ＋型半導体を形成するものであり、前記拡散層はソーラーセルエミッタを含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記ウエハはｎ型半導体基板を含み、前記ドーパントはｎ＋型半導体を形成するものであり、前記拡散層はソーラーセルの背面領域を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記ドーパントをセル表面に提供するステップは、ドーパント含有液をスプレー、ミスト、及び、印刷することからなる群から選択される方法を使用することを含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記ドーパントをセル表面に提供するステップは、スパッタリング、蒸着、プラズマ化学気相堆積、真空化学気相堆積及び大気圧化学気相堆積からなる群から選択される方法を使用して、ドーパントガラスを堆積することを含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記ドーパントをセル表面に提供するステップは、前記加熱ステップ中に、ドーピングガスに前記ウエハを曝露するステップを含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
前記ドーピングガスは、ＰＯＣｌ３及びＢＢｒ３からなる群から選択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】
前記溝内に液体ドーパントを提供するステップは、キャピラリ管を通してドーパントを散布することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項３０】
前記ドーパントを散布するステップは、前記ウエハに直接に接触するキャピラリ管を通してドーパントを散布することを含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記メタライゼーション物質を散布するステップは、キャピラリ管を通して前記メタライゼーション物質を散布することを含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項３２】
前記メタライゼーション物質を散布するステップは、前記ウエハに直接に接触するキャピラリ管を通して前記メタライゼーション物質を散布することを含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
パターン形成された拡散層を有するソーラーセルを提供する方法であって、
ａ．半導体ウエハを提供するステップと、
ｂ．前記半導体ウエハ内に溝を提供するステップと、
ｃ．前記溝内にドーパント液を散布するステップと、
ｄ．前記溝を含む前記ウエハの表面全体に亘って拡散抑制物質を提供するステップと、
ｅ．高温で前記ドーパントを前記ウエハ内に拡散させるステップと、
ｆ．液体を含有するメタライゼーション物質を前記溝内に散布するステップと、を含んでおり、
メタライゼーション位置でパターン形成された拡散層を作成することを特徴とする方法。
【請求項３４】
前記ウエハはｐ型半導体基板を含み、前記ドーパントはｎ＋型半導体を形成するものであり、前記拡散層はソーラーセルエミッタを含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記ウエハはｐ型半導体基板を含み、前記ドーパントはｐ＋型半導体を形成するものであり、前記拡散層はソーラーセルの背面領域を含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記ウエハはｎ型半導体基板を含み、前記ドーパントはｐ＋型半導体を形成するものであり、前記拡散層はソーラーセルエミッタを含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
前記ウエハはｎ型半導体基板を含み、前記ドーパントはｎ＋型半導体を形成するものであり、前記拡散層はソーラーセルの背面領域を含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３８】
前記ウエハの前記表面全体に亘ってドーパントを提供するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３９】
前記セル表面全体に前記ドーパントを提供するステップは、ドーパント含有液をスプレー、ミスト、及び、印刷することからなる群から選択される方法を使用することを含むことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記セル表面全体に前記ドーパントを提供するステップは、スパッタリング、蒸着、プラズマ化学気相堆積、真空化学気相堆積及び大気圧化学気相堆積からなる群から選択される方法を使用して、ドーパントガラスを堆積することを含むことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記セル表面全体に前記ドーパントを提供するステップは、前記加熱ステップ中に、ドーピングガスに前記ウエハを曝露するステップを含むことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
前記ドーピングガスは、ＰＯＣｌ３及びＢＢｒ３からなる群から選択されることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
パターン形成された拡散層を有するソーラーセルを提供する方法であって、
ａ．半導体ウエハを提供するステップと、
ｂ．平坦な表面のウエハと比較してウエハの光トラップ特性を強化するように構成された凹状テクスチャ領域を前記半導体ウエハに提供するステップと、
ｃ．前記半導体ウエハ内にメタライゼーションのための溝を提供するステップと、
ｄ．前記凹状テクスチャ領域において、前記メタライゼーションのための溝と交差する、深いエミッタグリッド線のための溝を前記ウエハ内に提供するステップと、
ｅ．前記深いエミッタグリッド線のための溝にドーパントを提供するステップと、
ｆ．前記ドーパントを前記ウエハ内に拡散させる所定時間、前記ウエハを高温で加熱するステップと、
ｇ．液体を含有するメタライゼーション物質を前記メタライゼーションのための溝内に散布するステップと、を含んでおり、
メタライゼーション位置でパターン形成された拡散層を作成することを特徴とする方法。
【請求項４４】
前記加熱ステップの前に、前記メタライゼーションのための溝にドーパントを提供するステップをさらに含んでおり、メタライゼーション位置に配置されるパターン形成された拡散層を作成することを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記深いエミッタグリッド線のための溝にドーパントを提供するステップ、前記液体を含有するメタライゼーション物質を前記メタライゼーションのための溝内に散布するステップ、及び、前記メタライゼーションのための溝にドーパントを提供するステップの少なくとも１つは、キャピラリ管を通して液体を散布することによって実行されることを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記キャピラリ管はウエハに直接に接触していることを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記凹状テクスチャはピットの領域を含むことを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４８】
前記凹状テクスチャは複数の溝を含むことを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４９】
前記ドーパントを前記ウエハ内に拡散させるステップの前に、限定量の利用可能なドーパントを前記ウエハに提供するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項５０】
前記限定量の利用可能なドーパントを前記ウエハに提供するステップは、ドーパント含有液をスプレー、ミスト、及び、印刷することからなる群から選択される方法を使用することを含むことを特徴とする請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記限定量の利用可能なドーパントを前記ウエハに提供するステップは、スパッタリング、蒸着、プラズマ化学気相堆積、真空化学気相堆積及び大気圧化学気相堆積からなる群から選択される方法を使用して、ドーパントガラスを堆積することを含むことを特徴とする請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
前記ドーパントを前記ウエハ内に拡散させるステップの間、ドーピングガスに前記ウエハを曝露するステップを含むことを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項５３】
前記ドーピングガスは、ＰＯＣｌ３及びＢＢｒ３からなる群から選択されることを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
ａ．ドーピング種を有するシリコンベースウエハと、
ｂ．約６０ミクロン未満の幅及び約３ミクロンを超える深さを有する、メタライゼーションのための溝と、
ｃ．前記ウエハの表面に亘って、前記各溝の両側部に約１５ミクロンを超えて延び出ることがない、前記溝内のメタライゼーションと、
ｄ．前記メタライゼーション溝でない領域において前記ウエハ表面に存在するドーパントよりも深いメタライゼーション下のドーパントと、
ｅ．前記メタライゼーション及び前記より深くドープされたシリコンの間の接合面での半連続ガラス層と、を備えることを特徴とするソーラーセル。
【請求項５５】
前記溝幅は、約５５ミクロン未満であることを特徴とする請求項５４に記載のソーラーセル。
【請求項５６】
前記溝幅は、約３０ミクロン未満であることを特徴とする請求項５４に記載のソーラーセル。
【請求項５７】
前記メタライゼーションは、前記各溝の両側に約１０ミクロンを超えて延び出ていないことを特徴とする請求項５４に記載のソーラーセル。
【請求項５８】
前記溝内の前記メタライゼーションに交差する、深いエミッタグリッド線領域をさらに含んでおり、この深いエミッタグリッド線領域は、前記メタライゼーションの溝でない領域及び当該深いエミッタグリッド線領域でない領域において前記ウエハ表面に存在するものより深いドーパントをさらに備えることを特徴とする請求項５４に記載のソーラーセル。
【請求項５９】
平坦表面のウエハと比較してウエハの光トラップ特性を強化するように構成された凹状テクスチャ領域を前記半導体ウエハ内にさらに備えていることを特徴とする請求項５８に記載のソーラーセル。
【請求項６０】
前記凹状テクスチャはピットを含むことを特徴とする請求項５９に記載のソーラーセル。
【請求項６１】
前記凹状テクスチャは複数の溝を含むことを特徴とする請求項５９に記載のソーラーセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ソーラーセルの拡散層をパターニングする方法及び当該方法によって作成されたソーラーセルに関する。
【背景技術】
【０００２】
いくつかの処理スキーム及びアーキテクチャ（構造）が、Ｅｍａｎｕｅｌ  Ｍ．ＳａｃｈｓとＪａｍｅｓ  Ｆ．Ｂｒｅｄｔ（発明者）及びマサチューセッツ工科大学（出願人）による、出願日２００８年２月１５日のＰＣＴ出願「テクスチャ処理された表面を有するソーラーセル（ＳＯＬＡＲ  ＣＥＬＬ  ＷＩＴＨ  ＴＥＸＴＵＲＥＤ  ＳＵＲＦＡＣＥＳ）」に開示されている。このＰＣＴ出願（国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００８／００２０５８）は、アメリカ合衆国を指定国としており、並びに、２つの米国仮出願（出願日２００７年２月１５日のＵＳ６０／９０１，５１１号及び出願日２００７年１月２３日のＵＳ６１／０１１，９３３号）の優先権を主張する。これらＰＣＴ出願及び２つの米国仮出願の全ての内容を本文に援用する。これらの出願で開示された技術を、ここでは纏めて自己整合セル（Ｓｅｌｆ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｅｌｌ，ＳＡＣ）技術と称する。
【０００３】
いくつかの処理スキーム及びアーキテクチャは、Ｅｍａｎｕｅｌ  Ｍ．Ｓａｃｈｓ、Ｊａｍｅｓ  Ｆ．Ｂｒｅｄｔ及びＡｎｄｒｅｗ  Ｇａｂｏｒによる、出願日２００８年４月１８日の米国仮出願（Ｕ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．６１／１２４，６０７号）の「自己整合セルアーキテクチャの金属化の態様（ＭＥＴＡＬＬＩＺＡＴＩＯＮ  ＡＳＰＥＣＴＳ  ＯＦ  ＳＥＬＦ  ＡＬＩＧＮＥＤ  ＣＥＬＬ  ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ）」に開示されている。さらに別の処理スキーム及びアーキテクチャは、Ａｎｄｒｅｗ  Ｇａｂｏｒ及びＬ．Ｗａｌｌａｃｅによる、出願日２００８年１２月１２日の米国仮出願（Ｕ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．６１／２０１，５７７号）の「ソーラーセルの拡散層をパターニングする方法（ＭＥＴＨＯＤ  ＴＯ  ＰＡＴＴＥＲＮ  ＤＩＦＦＵＳＩＯＮ  ＬＡＹＥＲＳ  ＩＮ  ＳＯＬＡＲ  ＣＥＬＬＳ）」に開示されている。本願発明は、これらの２つの仮出願に基づいた通常出願であり、これらの優先権を主張する。両出願はその内容を本文に援用する。
【０００４】
ＳＡＣ技術に適合する選択式エミッタ（放射体）を形成するための方法をここに説明する。
【０００５】
簡潔には、ＳＡＣのコンセプトは、溝内に溶液を散布する連続する処理ステップに続く処理に備えて、誘電体のエッチング、触媒適用、金属の堆積、マスキングを実行させるように、溝及び他の形状をＳｉウエハの表面に形成することに関与する。
【０００６】
物質を含有する液体を表面に適用するためのいくつかのスキームは、出願番号６１／２０４，３８２及び出願日２００９年１月６日の米国仮出願「散布キャピラリ管を使用した、パターン形成された表面に物質を含有する液体の散布（ＤＩＳＰＥＮＳＩＮＧ  ＬＩＱＵＩＤ  ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧ  ＭＡＴＥＲＩＡＬ  ＴＯ  ＰＡＴＴＥＲＮＥＤ  ＳＵＲＦＡＣＥＳ  ＵＳＩＮＧ  Ａ  ＣＡＰＩＬＬＡＲＹ  ＤＩＳＰＥＮＳＩＮＧ  ＴＵＢＥ）」に説明されている。この出願の内容を本文に援用する。この出願で開示された技術は、ここではキャピラリ（毛細管）散布技術（Ｃａｐｉｌｌａｒｙ  Ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ  Ｔｅｃｎｏｌｏｇｙ）と称する。このキャピラリ散布技術及びそれを説明するこの仮出願は、ここに説明され且つ特許請求される発明に対する先行技術でないことを明確に宣言する。簡潔には、液体、スラリー及びペースト並びに他の液体含有物質は、光起電性ソーラーセル（太陽電池）を形成するのに使用されるシリコンウエハのような基板の表面上の溝内に堆積される。微細な散布キャピラリ管を介した圧力の下で、細いメタライゼーションフィンガー（ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ  ｆｉｎｇｅｒ）要素が形成される溝内に液体を散布することが可能であり、それは基板表面上の以下のトポグラフィ／表面テクスチャによって機械的に導かれ、且つ、整合される。音楽レコードのレコード針のように、散布キャピラリ管は機械的に溝内を辿る（トラッキングする）。散布キャピラリ管は、溝側壁がトラッキングの制限を与える状態で溝に載置できるように十分に小さい。あるいは、散布キャピラリ管は、溝よりも大きく、溝の上縁部（エッジ）に載っていてもよく、機械的な整合を達成することができる。さらに、散布キャピラリ管は、典型的には、散布される液体それ自体の毛管現象によって溝に保持される。散布キャピラリ管は、溝に対してバネで留められてもよい。引き込み（ｌｅａｄ−ｉｎ）特性は、散布キャピラリ管を溝内に導く。楕円形であり耳たぶ形の散布キャピラリ管の非円形の断面図により、溝内へのトラッキングが改善可能である。複数の散布キャピラリ管が、利用可能であり、各フィンガーのための分離した溝内にそれぞれ散布できる。多くのウエハを一列に処理可能である。最初に加速するための（消費）時間及び移動の最後での減速するための消費時間が削減される。複数のウエハが、平面部を有するドラムの表面に配置され、ドラムは連続して回転する。散布キャピラリ管は、個々のウエハが横切られるときに上昇及び下降をさせるように入ったり出たりする間、ドラム軸に平行に移動可能である。
【０００７】
ここに議論される新規発明は、選択式エミッタとしてここに示されるものの構成を通して装置のパフォーマンスを改善するために、メタライゼーション溝のパターン内にドーパント含有液を散布すること、及び／又は、メタライゼーション溝領域の外に拡散抑制物質を適用（塗布）することに関する。よって、自己整合の新規な様相は、ドーパント及び拡散抑制物質の散布及び／又は抑制をするように、メタライゼーション物質の拡散及び抑制のためにも使用される同じ溝を使用して達成される。
【０００８】
従来のＳｉウエハを基にしたソーラーセルでは、最小量のＢ（ボロン）ドーピングを有するウエハは、光によって発生した電荷を分離するように恒久的な電場が生成されるエミッタ領域を形成するように、セルの上側に拡散されているＰ（リン）ドーパントの薄層を有する。高いＰ濃度によって、いくつかの種類のメタライゼーションに対する低いコンタクト抵抗を可能にし、Ｓｉ表面上に直接的にＮｉメッキ溶液を適用することを助け、前面のメタライゼーションが拡散領域を突き抜けて装置をショート（短絡）させる傾向を減らすという利点がある。少ない抵抗損失で金属化導体に向けて表面に沿って電子を移動させることを可能にするように、高いＰ濃度は導電表面層に組み込まれる。
【０００９】
しかしながら、高いＰ濃度及び深いエミッタは欠点も有する。この拡散領域において、短波長光がウエハの上面付近の薄層内に非常に強力に吸収される傾向があり、電荷キャリアが集められる前に電荷キャリアがより簡単に欠陥部で再結合できるように、高いＰドーピングレベルは物質の電子的な質を下げる。この方法では、セルの青色（光）応答不良として典型的に称されるように、表面付近で強く吸収される短波長、すなわち、青色光は、装置の光電流にあまり貢献しない。さらに、光性能セルの設計において、この上面の品質は重要であり、且つ、装置の開回路電圧に影響を与えうる。より高い表面Ｐ濃度では、良好な表面パッシベーション（不動態化）を前面の誘電体層で得ることはより困難である。
【００１０】
欠点はほとんどないが、高いドーパント濃度及び低いドーパント濃度の両方の利点を達成するために、選択式エミッタが使用可能である。ここに使用される、選択式エミッタはパターン形成された拡散層である。メタライゼーション領域下で、低いコンタクト抵抗及びより広域なメタライゼーションのプロセスウィンドウ（処理手段）のために、高い（Ｐ濃度のような）ドーパント濃度が存在する。しかし、表面領域の大部分の他のところでは、セルにおける高電圧及び高電流のために、低濃度が存在する。パターン形成された拡散層を作成するのに必要される追加の処理ステップ及び処理の複雑さが困難な障害であるため、現在、非常に少ない割合のＳｉソーラーセル製造者だけが選択式エミッタを使用している。選択式エミッタを製造する一般の方法は、少なくとも２つの高温拡散ステップと、スクリーン印刷した金属層の深い拡散パターンへの困難な整合とに関与する。
【００１１】
選択式エミッタが、最も普通に公開されたＳｉソーラーセルのパターン形成された拡散層の例であるが、他の例も存在する。いわゆる半導体フィンガー技術が既知であり、この技術では上面に金属を有さない深く拡散された線は、典型的な金属フィンガーと直交して形成される。これらの半導体フィンガーは、エミッタにおける一連の抵抗損失を減らし、且つ、このような半導体フィンガーを有さない領域を、改善された青色光応答のためにより浅く拡散させ、これらの深い拡散領域及び周辺の領域からのより良好な不純物ゲッタリングによって、Ｓｉの少数キャリア寿命を改善する。深く拡散されるとは一般的に、４点プローブでシート抵抗を測定するのに十分に大きい領域が与えられると、シート抵抗は約５０オーム／ｍ２未満であり、好ましくは、約２０から約３５オーム／ｍ２の間である。
【００１２】
選択式エミッタを提供する既知の方法は欠点を有する。続いて金属化される場所のさらに多量にドープされた領域のためにドーパントを配置するように、特別な整合ステップを必要とする。つまり、複数のマスクを使用することが必要であり、又は、一のステップから別のステップへとマスクをその場に維持する必要があり、そうでなければ、ドーピングするための１つのパターニングステップを、メタライゼーションのための別のパターニングステップとの整合状態にする必要がある。既知の選択式エミッタ処理法の別の欠点は、少なくとも２回の高温処理ステップが必要であり、それぞれが前処理（準備）、冷却時間などを伴う。１回のステップで全ての高温処理を完遂することが望まれており、それによって、処理の合理化、処理時間の削減などの効果がある。
【００１３】
メタライゼーション領域下に選択的に配置されるエミッタと同様に、いわゆる半導体フィンガーを提供する既知の方法は、２回の高温加熱ステップを必要とし、また、従来の金属フィンガーに直交する線のパターニングをも必要とする。これは、スクリーン印刷パターン又はその他の技術のいずれかによる、ある種の精密なパターニングを必要とする。このような技術は欠点を有する。従来のパターンを利用せず及び２回の高温ステップなしに、強化されたドーピングのパターンを提供できることは有益である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、自己整合する選択式エミッタを提供するための方法が必要とされ、それによって、追加のマスクもしくはスクリーン又は他のパターニングステップ及び／又は整合ステップを使用することを必要とせずに、メタライゼーションが必要な正確な場所にドーパントが提供される。さらに、比較的簡単に、確実に、且つ、再現可能に、選択式エミッタ領域になる、より深く（多量に）ドープされている同場所にメタライゼーション液を提供することを可能にする方法も必要とされている。さらに、１回の高温処理ステップによって、そのような選択式エミッタにより深いドープされた領域を提供することができる方法も必要とされている。ここにおいて、高温処理ステップとは、ドーパント拡散プロファイル（ドーパントの拡散形態）を変化させるために高い温度又は異なる温度と、当該温度での十分に長い時間とを組み合わせたステップを意味する。ドーパント拡散プロファイルにおける顕著な変化がない、より低温、短時間での他の処理ステップも存在しうるが、１回だけのプロファイルを変化させる高温ステップが必要である。
【００１５】
同様に、従来の金属フィンガーに直交するいわゆる半導体フィンガーのような、メタライゼーション領域下以外の同様にパターン形成された拡散層の場合において、複雑なパターニングステップを必要とすることなしに、このような強化された深いドーピングを提供する方法が必要とされている。さらに、１回だけの高温処理ステップを使用することによって、このような強化された深いドーピングを提供することも必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
特許請求の範囲に先立って、より詳細なまとめが以下に提供される。ここに開示される新規技術は、基板をドープする物質の堆積及び適用、並びに、基板のドーピングを抑制する物質の堆積及び適用を導くようにアーキテクチャを使用して、ドーピングの目的でＳＡＣアーキテクチャを利用する方法に関する。ここに開示する新規技術によっては、導電フィンガーのためのメタライゼーションになる領域内にこのようなドーピングを提供することに関する。ドーパントは、本目的のために提供された溝内に直接的に処理されうる。その後に、メタライゼーションは、同じ溝内に提供されて、より深くドープされた領域に自動的に整合される。あるいは、溝がない場所に拡散抑制物質が提供されて、ドーパントがウエハの表面全体に亘って精密さを必要とせずに提供され、その結果、拡散抑制剤がない領域だけが完全な量のドーパント量を得る。ＳＡＣアーキテクチャはまた、セルの光吸収領域のための、すなわち、光エネルギーの反射を防止又は最小限にするための（ピット又は溝などが形成された）テクスチャされた表面をも開示する。光トラップ領域はまた、深いエミッタグリッド線（半導体フィンガーと類似）を生成するように、溝内でドーパントにより処理されうる。あるいは、拡散抑制物質は、溝又はピット間のリッジの上端縁をむき出しにしたままで、溝又はピット内に処理されうる。それによって、次のステップでは、より深い即ちかなりの量のドーピングを受けさせる。あるいは、追加の溝又は別の連続的な経路が、ピットのような他のテクスチャ領域を通って提供される。また、ピットのような光トラップテクスチャの領域にわたって、次に深いエミッタグリッド線になるように、ドーパントは追加の溝内に提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】選択的にドーパントを適用するための、処理の異なるステージでのワークピースウエハの断面図。
【図１Ｂ】選択的にドーパントを適用するための、処理の異なるステージでのワークピースウエハの断面図。
【図１Ｃ】選択的にドーパントを適用するための、処理の異なるステージでのワークピースウエハの断面図。
【図１Ｄ】選択的にドーパントを適用するための、処理の異なるステージでのワークピースウエハの断面図。
【図２】ワークピースウエハに選択的にドーパントを適用するための複数の典型的な処理ステップのフローチャートであって、基本的な一連の代替ステップを示す。
【図３】光トラップの目的のためにピット領域、及び、２つの溝を有する半導体ウエハを示す図であって、キャピラリ管が一方の溝内に液体を含有する物質を散布する図。
【図４Ａ】特定の溝でない場所に拡散抑制物質を使用して選択的にドーパントを適用するための処理の異なるステージでのワークピースウエハの断面図であって、ドーパントが一般に全ての場所に散布された図。
【図４Ｂ】特定の溝でない場所に拡散抑制物質を使用して選択的にドーパントを適用するための処理の異なるステージでのワークピースウエハの断面図であって、ドーパントが一般に全ての場所に散布された図。
【図４Ｃ】特定の溝でない場所に拡散抑制物質を使用して選択的にドーパントを適用するための処理の異なるステージでのワークピースウエハの断面図であって、ドーパントが一般に全ての場所に散布された図。
【図４Ｄ】特定の溝でない場所に拡散抑制物質を使用して選択的にドーパントを適用するための処理の異なるステージでのワークピースウエハの断面図であって、ドーパントが一般に全ての場所に散布された図。
【図４Ｅ】特定の溝でない場所に拡散抑制物質を使用して選択的にドーパントを適用するための処理の異なるステージでのワークピースウエハの断面図であって、ドーパントが一般に全ての場所に散布された図。
【図５】特定の溝でない場所に拡散抑制物質を使用して、ドーパントが全ての場所に散布されるように、ワークピースウエハに選択的にドーパントを適用するためのいくつかの典型的な処理ステップのフローチャートであって、基本的な方法、及び、いくつかの選択的なバリエーション（一方はＰＯＣｌ３補助を使用し、他方は堆積ドーパント補助を使用すること）を示す。
【図６Ａ】溝内に選択的にドーパントを適用し、その後に全ての場所に一般に拡散抑制物質を適用する、処理の異なるステージでのワークピースウエハの断面図。
【図６Ｂ】溝内に選択的にドーパントを適用し、その後に全ての場所に一般に拡散抑制物質を適用する、処理の異なるステージでのワークピースウエハの断面図。
【図６Ｃ】溝内に選択的にドーパントを適用し、その後に全ての場所に一般に拡散抑制物質を適用する、処理の異なるステージでのワークピースウエハの断面図。
【図６Ｄ】溝内に選択的にドーパントを適用し、その後に全ての場所に一般に拡散抑制物質を適用する、処理の異なるステージでのワークピースウエハの断面図。
【図６Ｅ】溝内に選択的にドーパントを適用し、その後に全ての場所に一般に拡散抑制物質を適用する、処理の異なるステージでのワークピースウエハの断面図。
【図６Ｆ】溝内に選択的にドーパントを適用し、その後に全ての場所に一般に拡散抑制物質を適用する、処理の異なるステージでのワークピースウエハの断面図。
【図７】ワークピースウエハに選択的にドーパントを適用し、その後に、全ての場所に一般に拡散抑制物質を適用する前に溝内にドーパントを適用する、いくつかの典型的な処理ステップのフローチャートであって、基本的な方法、及び、いくつかの選択的なバリエーション（一方はＰＯＣｌ３補助を使用し、他方は堆積ドーパント補助を使用すること）を示す。
【図８Ａ】各メタライゼーションフィンガーのための３以上の溝を使用する本発明の一実施形態の図。
【図８Ｂ】各メタライゼーションフィンガーのための３以上の溝を使用する本発明の一実施形態の図。
【図８Ｃ】各メタライゼーションフィンガーのための３以上の溝を使用する本発明の一実施形態の図。
【図８Ｄ】各メタライゼーションフィンガーのための３以上の溝を使用する本発明の一実施形態の図。
【図９Ａ】ドーパント散布方法を使用して、深いエミッタグリッド線を適用するための処理の異なるステージでのワークピースウエハの以下の図９Ｂ−ＩＩのＡ−Ａ線断面図。
【図９Ｂ】ドーパント散布方法を使用して、深いエミッタグリッド線を適用するための処理の異なるステージでのワークピースウエハの以下の図９Ｂ−ＩＩのＡ−Ａ線断面図。
【図９Ｃ】ドーパント散布方法を使用して、深いエミッタグリッド線を適用するための処理の異なるステージでのワークピースウエハの以下の図９Ｂ−ＩＩのＡ−Ａ線断面図。
【図９Ｄ】ドーパント散布方法を使用して、深いエミッタグリッド線を適用するための処理の異なるステージでのワークピースウエハの以下の図９Ｂ−ＩＩのＡ−Ａ線断面図。
【図９Ｂ−ＩＩ】図９Ｂのステージにおいて、ドーパント散布方法を使用して、深いエミッタグリッド線が適用されるワークピースウエハの平面図。
【図９Ｄ−ＩＩ】図９に続いて、拡散の後、及び、前面のメタライゼーションが適用された後にドーパント散布方法を使用して深いエミッタ線が適用されている、図９Ｂ−ＩＩのワークピースウエハの平面図。
【図１０】溝内にドーパントを散布させて、溝内にドーパントを拡散させることで、深いエミッタグリッド線を形成するための基本的な方法のいくつかの典型的な処理ステップのフローチャートであって、限定量のドーパントの利用可能源を浅くドープされた全ての場所に提供するための２つの選択肢（一方はＰＯＣｌ３補助を使用すること、他方はミスト又はスプレー補助を使用すること）を示す。
【図１１Ａ】拡散抑制物質方法を使用して、深いエミッタグリッド線を適用するための処理の異なる段階での、平行な光トラップ溝を有するワークピースウエハの図１１Ｂ−ＩＩのＡ−Ａ線断面図。
【図１１Ｂ】拡散抑制物質方法を使用して、深いエミッタグリッド線を適用するための処理の異なる段階での、平行な光トラップ溝を有するワークピースウエハの図１１Ｂ−ＩＩのＡ−Ａ線断面図。
【図１１Ｃ】拡散抑制物質方法を使用して、深いエミッタグリッド線を適用するための処理の異なる段階での、平行な光トラップ溝を有するワークピースウエハの図１１Ｂ−ＩＩのＡ−Ａ線断面図。
【図１１Ｄ】拡散抑制物質方法を使用して、深いエミッタグリッド線を適用するための処理の異なる段階での、平行な光トラップ溝を有するワークピースウエハの図１１Ｂ−ＩＩのＡ−Ａ線断面図。
【図１１Ｂ−ＩＩ】図１１Ｂのステージにおいて、拡散抑制物質方法を使用して、深いエミッタグリッド線が適応されるワークピースウエハの平面図。
【図１１Ｄ−ＩＩ】図１１Ｄのステージの後に、拡散の後に、及び、前面のメタライゼーションが適用された後に、拡散抑制物質方法を使用して、深いエミッタグリッド線が適応されている、図１１Ｂ−ＩＩのワークピースの平面図。
【図１２】拡散抑制物質方法を使用して、深いエミッタグリッド線に適応するための基本的な方法のいくつかの典型的な処理ステップのフローチャートであって、一方がＰＯＣｌ３補助を使用すること、他方が堆積ドーパント補助を使用することである２つの選択肢を示す。
【図１３】深いエミッタグリッド線が拡散抑制物質方法を使用するように、選択式エミッタ領域を形成するための基本的な方法のいくつかの典型的な処理ステップのフローチャート。
【図１４】光トラップを目的とするピット領域、及び、メタライゼーションフィンガーのための３つの溝、及び、それに直交する深いエミッタグリッド線のための２つの補助溝を有する、半導体ウエハの図であって、キャピラリ管が液体を含有する物質を深いエミッタ溝の１つの内に散布していることを示す。
【図１５】ｐ＋の背面領域の線を形成した後のウエハの後側の平面図。
【図１６】さらに金属フィンガー及び金属母線が印刷及び／又は堆積された後の図１５のウエハの後側の図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
ここに開示される発明は、次を形成する方法に限定されない。即ち、１）良好なコンタクト抵抗及び良好な青色（光）応答のためのメタライゼーション領域下でのより深い拡散を有する選択式エミッタ、及び、２）深いエミッタグリッド線である。２回以上の高温ステップ並びに、より深い拡散パターンに金属層を整合することを必要とする選択式エミッタを提供する公知技術とは対照的に、通常のＳＡＣアーキテクチャの的確さは、最小限の追加の処理及び複雑さで選択式エミッタを利用させる。２つの異なる同じパターンの形態物を整合状態に維持する必要がなく、１回だけの高温ステップが必要とされる。この処理は自己（自動）整合である。
【００１９】
同様に、例えば（所謂半導体フィンガーと同様に配向される）従来のメタルフィンガーと直交する深いエミッタグリッド線を提供するために、ＳＡＣアーキテクチャを使用することは、他の処理スキームを使用することよりもコスト面で効果的である。
【００２０】
どのようなパターン形成された拡散層をも有さない、ＳＡＣ処理のための典型的な基本処理シーケンス（順序）は、レジストを堆積するステップ及び可能なパターニングするステップと、溝／凹凸形状をエッチングするステップと、（例えば、ＰＯＣｌ３チューブ炉内で、又は、液体ドーパントを拡散した後にベルト炉内で）エミッタを形成するためにドーパント（例えばＰ）を拡散するステップと、背面のエミッタを除去し、前面のＰ−ガラスをエッチングするステップと、前面にＳｉＮを堆積するステップと、背面に誘電体層を堆積するステップと、背面（の）金属コンタクトを形成して、これらを焼成するステップと、ＳｉＮを除去するために前面のメタライゼーション溝内にエッチング液を散布するステップと、触媒液をこれらの溝内に散布するステップと、Ｎｉ溶液を溝内に散布するステップと、焼結するステップと、溝内に（場合によっては光誘起）金属を電気メッキするステップと、を含む。電気メッキするステップのかわりに、例えば、Ａｇ（銀）及びガラス原料、又は、液体ガラスの化学的性質を有するＡｇ有機金属のような金属パウダーのペースト又はインクのような、金属を溝内に提供するのに他の技術を使用可能である。このようなペースト又はインクを使用するとき、焼成シード層の上面に追加金属をメッキすることによって金属のかさ上げが堆積されるように、この技術によって堆積された金属は薄いシード層のみを形成することに使用可能である。ここに開示された拡散層をパターニングすることに関する新規技術は、溝にメタライゼーションを提供するための特定の方法に縛られるものではなく、どのような互換性のあるメタライゼーション技術をも使用可能である。
【００２１】
（選択式エミッタ）
以下に説明する処理は、処理の異なるステージでのワークピースを示す図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、及び、典型的な処理ステップを示す図２に関して解説されている。続くメタライゼーションのために溝１０４がウエハ１０１内に提供されている。Ｐのようなドーパントを含む液体１０２は、メタライゼーションのための溝１０４内に散布される（２５２）。続く１回の高温加熱ステップ（２５４）は、選択式エミッタになる、より深い拡散領域１０５を提供するように、Ｐドーパント１０２をこれらの溝領域に多量に拡散させうる。ドーパントＰ液は、リン酸、ゾルゲル溶液（例えばＦｉｌｍｔｒｏｎｉｃｓ  Ｐ５０８）、又は、Ｐ２Ｏ５のようなＰ−Ｏ化合物を含む溶液であるが、これらに限定されない。そして、フッ化水素酸の使用などの公知技術を用いて、リンガラスはエッチングされて除去される（２５６）。図１Ｄに示すとおり、より深い拡散領域１０５と整合すうように、溝１０４内にメタライゼーション１０７が提供される（２５７）。典型的には、他の処理ステップがメタライゼーションステップ２５７の前に実行されるが、ここに開示された新規技術を説明するためにそれらを説明することは必要ない。
【００２２】
上述したとおり、キャピラリ散布技術は、ドーパントを含有する液体を溝内に散布することに使用可能である。図３は、ソーラーセルの一部になるシリコンウエハのようなワークピース３４０の拡大部分図を示す。表面３４２は、重なる半球状のくぼみ又は溝状に、（反射の減少としてもここに示される）光トラップ（捕捉）トポグラフィでテクスチャされる。散布キャピラリ管３６０の機械的な誘導は、溝３５６との相互作用を引き起こす少なくとも２つのメカニズムによって達成される。この実施形態は、一般的な原理を説明するのに使用される。１つの誘導メカニズムによれば、磁気及びデジタルメディアの出現の前に一般に使用された音楽レコードのレコード針のように散布キャピラリ管３６０が、機械的に溝内をトラッキングする。場合によっては、図３に示すとおり、散布キャピラリ管３６０は、溝３５６の底部に直接置かれるほど小さくて、溝の側壁３５９がトラッキングを提供する。
【００２３】
図示しないが他の場合では、散布キャピラリ管３６０は、処理される溝の幅よりも大きく、溝の上縁部（エッジ）上に乗って、機械的アライメント（整合）を達成する。第２の誘導メカニズムによれば、散布キャピラリ管３６０はさらに、散布された液体３６４自体の毛管現象によって溝に保持される。溝内の散布キャピラリ管の機械的なトラッキングは、溝に対してバネ留めされた散布キャピラリ管を有することによって補助される。バネ留めは、散布キャピラリ管３６０自体の弾性力を使用して達成可能である。キャピラリ散布技術は、米国仮出願ＵＳＳＮ６１／２０４，３８２でさらに詳しく説明されている。
【００２４】
微細なメタライゼーションフィンガーのために、ドーパント液を溝内に直接的に散布可能である。又は、液体はより幅広な母線領域内に散布されて、フィンガー溝１０４内に毛管力によって広がっていく。次の高温処理２５４において、満たされた溝１０４から発生するＰ又はＰ化合物のようなドーパント蒸気は、選択式エミッタを形成するために周辺領域１０６を浅くドープするように、ウエハ表面に亘って移動可能である。メタライゼーション液は、同様のキャピラリ散布法又は他の適切な方法によって、同じ溝１０４内に提供されよう。
【００２５】
したがって、選択式エミッタが必要とされる領域又は直接的に金属化される場所１０４には、特定のマスキング又は整合処理を必要とせずに、自動的に必要なドーピングがなされる。追加のドーピング活動は、自己整合手段でメタライゼーションが進む溝内で行われる。さらに、自己整合式に、メタライゼーションは、メタライゼーションが進むことが必要とされる領域内にも自動的に提供される。その結果として、メタライゼーション１０７及び選択式エミッタ１０５の領域は、自己整合式に互いに自動的に整合される。これは本質的に３重の自己整合（所望の場所１０４に選択式エミッタ１０５、所望の場所１０４にメタライゼーション１０７、及び、メタライゼーション１０７に選択式エミッタ１０５）である。
【００２６】
さらに、チューブ炉又は他の適切な炉などの炉内のＰＯＣｌ３によるＰ活性のごとき追加のドーパントによって、ドーパント含有液をセル表面全体へのスプレー（吹き付け）もしくは他のコーティングによって、又は、乾燥真空もしくは非真空処理を通してドーパントガラス層を堆積すること（大気圧化学気相スパッタ堆積、蒸着（蒸発）、プラズマ化学気相堆積（蒸着））によって、溝のない領域１０６にもまた追加のドーパントが拡散されうる。これらのドーパント層又はドーパントガラス層は、ウエハ内に拡散するための無限のドーパント源を提供するように、適切な厚さであり、且つ、適切なドーパント濃度を有している。あるいは、この堆積法は、層の厚みを制限すること及び／又は層内のドーパントの濃度を制限することによって、無限のドーパント供給力による層よりもゆっくりとドーパントをウエハ内に拡散させる、限定量の利用可能なドーパントで層を生成可能である。
【００２７】
典型的には、ウエハの拡散プロファイルを変化させる高温ステップの前に、このようなドーパントの適用を使用する全てのステップが同様に実行される。（例えばここではＰＯＣｌ３による）ドーパントガスの補助は、任意のドーパントが存在するならドーパントの拡散プロファイルを変化させるのに十分に高い温度にウエハが加熱された後にそれが適用される点で少し異なる。ＰＯＣｌ３から利用可能になったドーパントは、その後にウエハ内に拡散する。そして、ＰＯＣｌ３によって提供されたドーパントが多量に存在しようとも、ＰＯＣｌ３曝露のために低温を選択すること、及び／又は、短時間のＰＯＣｌ３曝露を選択すること、並びに、次の打ち込み（ｄｒｉｖｅ−ｉｎ）ステップによって、非溝（溝がない）領域にさらに浅くドープ可能であることを示すドーパント導入の前に、ＰＯＣｌ３で溝領域に深く拡散させることによって、非常に大きい自由度を得ることができる。一般的には、溝内に散布されたドーパントによって、又は、長（時間）及び／又は高流量のＰＯＣｌ３曝露で形成されたガラスによって提供される、相対的に非限定量のドーパントアベイラビリティ（供給力、利用可能量）の場合とは対照的に、薄い厚み又は低濃度のドーパント源は、ドーピングのための相対的に限定量のドーパントアベイラビリティを構成する。ここ及び請求の範囲で使用されるように、限定量の利用可能なドーパント源は、薄い厚み又は低濃度を意味するか、又は別の同様に限定量の利用可能なドーパント源を意味する。溝及び非溝領域の相対的な拡散の深さを制御可能な変動因子は、ドーパント源の種類、ドーパント濃度及び散布量、時間‐温度プロファイル、拡散中の雰囲気、流量及び圧力、並びに、追加のドーパント活性が導入される熱プロファイル履歴内のポイントを含む。
【００２８】
つまり、ソーラーセル適用のために限定量の利用可能なドーパントを提供する、異なるカテゴリーにグループ化可能な異なる方法がある。１つのカテゴリーは、高温にウエハを加熱する前にウエハに液体源として適用されるものを含む。例として、リン酸水溶液、ホウ酸水溶液、印刷のために粘性を増加させるよう非水性溶媒に混合したリン酸、印刷のために粘性を増加させるよう非水性溶媒に混合したホウ酸、フィルムトロニクス（Ｆｉｌｍｔｒｏｎｉｃｓ）社によって販売されているような、Ｐ及びＳｉ、Ｂ及びＳｉ、Ｇａ及びＳｉ、Ａｓ及びＳｉ、又は、Ａｌ及びＳｉのゾル−ゲル系が挙げられる。高温炉内で後に、これらがＳｉウエハと酸素とに反応してガラス層を形成し、そこから、ウエハ内にドーパントが拡散する。第２のカテゴリーは、ウエハを高温に加熱する前にドーパントガラス層を形成するように適用されるものを含む。例えば、大気圧化学気相堆積、真空化学気相堆積、プラズマ化学気相堆積、又は、スパッタリングによって、Ｐ、Ｂ、Ｇｒ、Ａｓ又はＡｌを含有するドーパントガラス層を堆積することが挙げられる。高温炉内で後に、ドーパントはガラスからウエハに拡散する。第３のカテゴリーは、高温の真空炉内で適用されるものを含む。例えば、半導体産業では一般的であるが、ＰＯＣｌ３又はＢＢｒ３の液体源を通してＮ２ガスをバブリング（発砲）すること、ドーパントを含有する隣接するセラミックのターゲットからドーパントを蒸気輸送すること、及び、犠牲ウエハ又はソーラーセルウエハに隣接して配置される他の平面基板に適用された、前述の物質からドーパント層を蒸気輸送すること、が挙げられる。ドーパントがＳｉウエハ及び酸素に反応し、ガラス層を形成して、このガラス層からドーパントがウエハ内に拡散する。
【００２９】
図２のフローチャートで示され、且つ、ステップの周りが点線で囲まれている別ステップとして示されるＰＯＣｌ３補助法２５５で、高温処理ステップは、ドーパントを有する溝内にドーパントが拡散する間にＰＯＣｌ３の流出なしにチューブ内で最初に実行される。そして、ＰＯＣｌ３の流出が始まった後に、拡散２５５が全ての場所で発生する。
【００３０】
図２に示され、且つ、ステップの周りを点線で囲む別ステップとして示される、ミスト（噴霧）又はスプレー拡散補助技術２５３で、溝内に高濃度ドーパントのＰ液を散布した後（及び選択的な乾燥の後）に、例えば、ミスト、スプレー、印刷２５３、又は、すべての他に言及された投与技術の１つによって、限定量の利用可能なドーパント液が提供される。炉内での高温処理が、ドーパントの拡散プロファイルに変化を伴って続く。Ｐ以外のドーパントは、ミスト、スプレー、印刷、又は、ＢＢｒ３蒸気からのホウ素、ホウ酸溶液からのホウ素、もしくは、フィルムトロニクス社によって販売されるもののようなゾル−ゲル源からのホウ素、アルミニウム、ヒ素、ガリウムのようなガスによって提供される。
【００３１】
これらバリエーション（変形例）の全ては、拡散プロファイルが変化する間に１回だけの高温ステップを必要とする。第２の高温ステップは必要なく、拡散プロファイルにおいて大きな変化が起こる間にたった１回の加熱ステップが必要である。しかしながら、２以上の高温拡散プロファイル変化（高温で拡散プロファイルを変化させる）ステップを使用することは当然可能である。
【００３２】
以下の処理は、異なる処理のステージでのワークピースを示す図４Ａ−Ｅ、及び、典型的な処理ステップを示す図５に関して説明されている。第１に説明した処理と同様に、ウエハ４０１には、続くメタライゼーションのための溝４０４が設けられている（５５０）。拡散抑制物質４０７が、最小限の拡散が所望される領域４０６に散布される（５５２）。拡散抑制物質を適用する動機は、非メタライゼーション領域４０６のドーピングレベルをより良好に制御可能にすることを含む。例えば、保護されていない非メタライゼーション領域４０６は、メタライゼーション溝内に堆積されたドーパントの横方向への蒸気輸送から、意図せずにドープされうる。所望のものより過度のドーピングであることによって、又は、ウエハ表面に亘って不均一であることによって、このようなドーピングは理想的ではないであろう。拡散抑制物質４０７は、このような蒸気ドーピングの望まれない効果を減少させることが可能であり、及び／又は、他のドーパント源が、拡散抑制層の下により良好に制御されたドーピングを提供することを可能にする。拡散抑制物質の例として、フィルムトロニック社及びハニーウェル（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ）社によって販売されているゾル−ゲルシリカ系、及び、Ｆｅｒｒｏ９９−００１又はＭｅｒｃｋ  ＳｉＯ２  ＳｏｌａｒＲｅｓｉｓｔ  ｉｎｋのような市販されている拡散バリアペーストの粘性改善バージョンが挙げられる。
【００３３】
図４Ｂに示すとおり、拡散抑制物質液４１１は、進入を必要とするところで、ウエハのテクスチャの効果（即ち、メタライゼーション（図４Ｅの４０７）が進入する溝４０４のエッジ４０９）によって、自動的に自己整合する。上述したＳＡＣの特許出願に説明されたとおり、液体表面エネルギー及び表面が適切に選択されると、毛細管力でコーナー又はエッジ４０９のような流れの障害バリアで、液体は表面に沿ってその流れを停止することができる。従って、拡散抑制材料液４１１は、精密ではないが、２つの溝４０４間の幅中央部のような一般的な位置に堆積される。そして、それは各溝に向かって外側に流れることが可能であり、必要とされない溝内への流入なしに、溝のエッジ４０９で停止する。従って、マスクのような特定のパターニング技術又は装置や液体ドーパントの精密な散布を必要とせずに、ウエハ全体をドーパント源にさらすことができ、且つ、要望どおりに自動的に必要なところ（すなわち溝４０４内）で、溝４０４における領域４０５は増加した量でドープされうる。同様に、メタライゼーション液は、正確に所望の場所、すなわち溝４０４内に、メタライゼーション層４０７を生成するように溝４０４に提供されうる。そして、メタライゼーション液は深いドーピングの選択式エミッタ領域４０５に精密に整合される。上述したキャピラリ散布法などによる任意の適切な手段においてメタライゼーション４０７は提供されよう。
【００３４】
上述の拡散抑制剤を使用しない方法と同様に、拡散抑制物質４１１を使用する方法では、拡散補助を使用するバリエーション（変形例）が存在する。図５に示される一変形例によれば、限定量の利用可能なドーパントがミスト、スプレー、印刷、又は上述した他の技術などによって提供される（５５３）。それから、ワークピースは炉内の高温ステップ５５４にかけられ、それによりドーパントの拡散プロファイルが変化する。そして、ドーパントが、拡散抑制物質により保護されていない溝４０４内のような領域内に拡散する。リンドーパントを含有するガラスが形成され、次に、このガラスは拡散抑制材料とともにエッチングで除去される（５５６）。メタライゼーションは深いドーピング領域が位置する溝内に提供される（５５８）。
【００３５】
別の方法は、ミスト、スプレーなど（５５３）の代わりにＰＯＣｌ３の補助を使用する（５５５）。始めに、高温ステップ５５４が大気中でドーパント不在の状態で開始される。高温ステップの間、ＰＯＣｌ３の補助は、１回の高温ステップの後半の段階で提供される（５５５）。
【００３６】
あるいは、図６Ａ−６Ｆ及び図７に示すとおり、Ｐ液のようなドーパント６０２がメタライゼーション溝６０４内に最初に散布される（７５１）場合、図４Ｂの４１１のように、拡散抑制物質をパターニングする必要がない。そのかわりに、図６Ｆに示すとおり、拡散抑制物質６１１は表面全体に提供される（７５２）。溝６０４内での拡散抑制物質６１１の下のドーパント６０２の存在は、拡散が溝内で起こるのを可能にする。拡散抑制物質６１１の上面に液体ドーパントを適用すること（７５３）、又は、ＰＯＣｌ３の補助（７５５）は、溝間にドーパントを浅く拡散させるドーパントガラス６０８を全ての場所に形成可能である。図６Ｂの減少した体積のドーパント液６０３によって示されるドーパント液を乾燥させて、それから、高温環境にウエハを配置することが可能である。又は、乾燥ステップをスキップすることも可能である。表面張力が液体をその場に維持すると考えられ、高温環境に入ると液体は乾いて除去されるであろう。
【００３７】
これら全ての拡散抑制物質に関連する実施形態において、リンガラスはその後にエッチングで除去され（７５６）、図６Ｆに示す状態に残される。
【００３８】
各フィンガーのために１つのメタライゼーション溝６０４を使用する代わりに、図８Ａ−Ｄに略式に示されるとおり、各フィンガーのために３以上の溝８０４、８０４´、８０４´´を提供することは有益である。ここでは、１つの溝に関する前述又は後述のものと同様の手段が適用されて、全ての３以上の溝にはそれぞれ液体ドーパント８０２、８０２´、８０２´´が提供される。従って、各溝は、図８Ｃに示すとおり、深い拡散層８０６、８０６´、８０６´´を受領する。金属８１６は中央の溝８０４に堆積されることのみが意図されている。各フィンガーの周りにより幅広な深い拡散領域８０６、８０６´、８０６´´を有することの利点は、金属８１６が側溝８０４´、８０４´´又はいずれかの一部のような目的とする溝の外に意図せずに堆積された場合に、中央の溝８０４の外の深いエミッタ８０６´、８０６´´が、それ以外の場合には他の浅いエミッタになるものを通して金属が短絡することを防止するように、処理ウィンドウ（窓）を広げることにある。この方法でエミッタにおける抵抗損失もまた削減されるが、幅広な深い拡散領域における貧弱な青色応答によって電流損失が増加する。
【００３９】
一般に、ドーパント液がメタライゼーション溝内及び（以下に説明するように、光トラップ溝内に散布されることを除き）メタライゼーション溝内のみに典型的に散布されることに留意することもまた重要である。いわば、ここに開示される方法は、どこにでも無差別にドーパント液を散布するいずれの処理とも相違する。従って、液体は、個々のメタライゼーション溝内もしくは図８Ａに関して直前に説明したようなグループ化されたメタライゼーション溝内、及び、光トラップ溝内に散布され、他の場所には散布されない。
【００４０】
メタライゼーションのための溝を有さない工業基準のメタライゼーション領域の微細構造は、典型的には、金属とドープされたシリコンとの間の接合面で溶解ガラスフリットの半連続層を有する焼結金属粒子から構成される。例えば、埋設されたグリッド法などのメタライゼーションのための溝を有する公知技術によって構成されたものは、接合面で固体メッキ金属を有する。ＳＡＣ及びキャピラリ散布技術は、メタライゼーションインクを非常に狭い溝に堆積する能力を提供する。マスキングと伴うメッキを含む公知技術は、全てのメッキされたセルの製造において使用されてきており、これらはメッキ金属をマスキングされていない狭い溝領域上に堆積することを可能にする。これは、ＳｉＮフィルムによって覆われていない領域においてのみ、液槽からのＮｉの選択的な堆積を通して行われる。このような選択性は、ガラスフリット及び／又は液体ガラスが混合した、金属粒子及び／又は有機金属からなるメタライゼーションインクの堆積には存在しない。例えば、幅で約５０ミクロンよりも小さい溝をウエハに設けようとするならば、スクリーン印刷、パッド印刷、インクジェット印刷、直接書き込みのノズル散布などのような公知のインク堆積技術の最小線幅及び達成可能なアライメントでは、不都合にインクを溝領域の外に堆積することなしに溝内にインクを配置するのに十分でない。
【００４１】
ここに説明する方法で、このような狭い溝にメタライゼーションを提供することが可能である。ここに開示された方法は、溝のエッジを越えたオーバーフロー（氾濫、溢れ）領域を、約１５ミクロン又は約１０ミクロンに維持することができる。これは、たとえ溝が約５５ミクロン又は約３０ミクロン幅よりも小さくても真である。一例として、第１のメタライゼーションインクはシード層として散布され、０から約８ミクロンまでの幅の溝を越えて典型的にオーバーフローしうる。そして、追加の金属がシード上にメッキされ、メタライゼーション線を高さ方向に成長させ、且つ、同じ量だけ両側部上で幅方向にも成長させる。例えば、典型的には、金属がメッキされて、約７〜８ミクロンだけ上及び外に出る。つまり、約３ミクロンから２０ミクロンまでの深さを有する３０ミクロン幅の溝とすると、３ミクロンのオーバーフロー、及び、７ミクロンのメッキのはみ出しでは、両側部上に１０ミクロンの最終的な流出及びメッキはみ出しを生じ、合計で３０＋１０＋１０＝５０ミクロン幅に達する。即ち、ここに開示された選択式エミッタでＳＡＣセルを製造する方法だけでなく、メタライゼーションシード層のためのメタライゼーションインクを使用して作成されたソーラーセル製品もまたここに開示される。
【００４２】
観察者にとって、全メッキされたセルの外観は、ここに開示された新規技術によって、全メッキされた埋設グリッド処理のソーラーセルと同じ厚さにまでメッキされたメタライゼーションインクシード層で作成されたセルと同じである。しかしながら、ここに説明した新規技術によれば、セルの金属及びシリコン間の接合面の微少分析及び／又は成分分析がなされると、ＳＡＣセルのこのバリエーションにおいてガラスの半連続層を発見するが、全メッキされたセルでは何も発見しないであろう。
【００４３】
（深いエミッタグリッド線）
上述の選択式エミッタの議論は、メタライゼーションを目的とした溝１０４（図１Ａ）、４０４（図４Ａ）に関する。関連する処理は、他の種類の溝を含む他の表面テクスチャに関し、上述したＳＡＣ技術の特許出願において説明されるように、光のトラップ又は吸収を促進する。
【００４４】
図９Ａ−９Ｄは、処理の異なるステージでのワークピースの図９Ｂ−ＩＩのＡ−Ａ線に沿った断面図である。図９Ｂ−ＩＩは、図９Ｂに示されるステージでのワークピースの平面図である。図９Ｄ−ＩＩは、図９Ｄに示されたものの後のステージでのワークピースの平面図であり、これもまた拡散ステップの後のものである。図９Ｄ−ＩＩに示されるステージは、前面のメタライゼーションが適用された後のものである。図１０は、別実施例として示される様々なバリエーションを有する典型的な処理ステップを示す。
【００４５】
溝９１２は、セルの全ての光吸収表面９００に提供され（１０５０）、光トラップ（反射削減）の改善のためにテクスチャを提供するのに使用可能である。溝９１２は、リッジ（隆起部）９１３と交互に並ぶ。また、メタライゼーション溝は反射を減少させる溝が提供されるのと同時あるいは別の時に提供される。液体ドーパント９１４は、深いエミッタグリッド線を形成するように、これらの光トラップ溝９１２のいくつかの部分の中に散布されうる（１０５２）。ドーパントはメタライゼーション溝内にもまた散布されうる。
【００４６】
高温ステップは、これらのドーパントが散布された小さい溝に亘って深い拡散を引き起こす（１０５４）。そして、金属フィンガーが後に形成される溝につながる深いエミッタグリッド線を生成する。図９Ｄ−ＩＩに示すとおり、メタライゼーションフィンガー９１６がメタライゼーション溝９０４内に提供される。
【００４７】
連結したメタライゼーション９１６で深いエミッタグリッドライン９１８を作成するためのステップの順番には様々なバリエーションがある。これらは上述したものに類似する。第１には１回の高温拡散プロファイル変化ステップを有しており、他のドーピングステージは有していない（追加の高温ドーピングステージを行うこともまた可能ではあるが、ここでは説明しない）。第２はＰＯＣｌ３補助を使用する。第３には堆積ドーパント補助を使用する。
【００４８】
このシングルステップによる方法は、図１０のフローチャートに示されているが、反射を減少させるための溝と同様にメタライゼーション溝をウエハ内に提供すること（１０５０）を必要とする。この方法は、Ｐ液のようなドーパントをメタライゼーション溝９０４及び深いグリッド線９１８に使用されうる光トラップ溝９１２のいくつかの中に散布すること（１０５２）をさらに必要とする。表面全体が少なくとも少量のドーパント９１９に曝露されるように、高温拡散プロファイル変化処理１０５４が（蒸気が浅く非メタライゼーション溝領域をドーピングしている）炉内で続く。
【００４９】
図１０に示すとおり、ＰＯＣｌ３補助法は同様のステップを必要とし、深いエミッタグリッド線間の領域を浅くドープするようにＰＯＣｌ３を拡散させる（点線の外枠により選択肢として示された）選択的ステップ（１０５５）が続く。また、図１０に示すとおり、別の選択肢すなわち点線の外枠で示された堆積ドーパント法は、全ての場所に限定量の利用可能なドーパント液を堆積させること（１０５３）を含み、その次に１回の高温処理ステップ１０５４が炉内で続く。メタライゼーションがメタライゼーション溝内で提供される（１０５６）。
【００５０】
図１２のフローチャートで示された別の処理は、ステップ１２５０で提供される溝のような光トラップ凹部内に（ドーパント以外の）拡散抑制物質を使用する。これらの処理は、図１１Ｂ−ＩＩのＡ−Ａ線に沿った断面における処理の異なるステージでのワークピースを示す、図１１Ａ〜１１Ｄに図示されている。図１１Ｂ−ＩＩは、図１１Ｂのステージでの平面視におけるワークピースを示す。図１１Ｄ−ＩＩは、拡散した後の、図１１Ｄでのステージの後のワークピースを示す。図１１Ｄ−ＩＩは、前面のメタライゼーションが適用された後のワークピースを示す。図１２は典型的な処理ステップを示す。
【００５１】
メタライゼーション溝及び光トラップ溝が提供される（１２５０）。拡散抑制物質１１０７は、溝１１１２のような光トラップテクスチャ凹部に適用される（１２５２）。そして、リッジ１１１３がむき出しにされているときに、拡散抑制物質１１０７で溝１１１２の底部凹状領域が満たされるように、ウエハが次に処理される。拡散抑制物質は（ステップに表していないが）乾燥される。それから、以下に説明するように、ドーパントは、後に続く高温拡散プロファイル変化ステップ１２５４の間に（層１１１９で図示される）深い拡散を受ける、むき出しのリッジ１１１３を含む全ての場所に提供される（１２５３）。トラフ（谷）領域は深い拡散を受けない。なぜなら拡散抑制物質がそれを防止するからである。ＳｉソーラーセルのためのどのＰ拡散ステップでも典型的であるが、リンガラス（Ｐ−ガラス）層がＳｉ表面に形成されて、図１１Ｄ及び１１Ｄ−ＩＩに示された状態を提供するように、フッ化水素酸を含む溶液においてこれは一般に除去される。ここに説明した拡散抑制物質の場合、Ｐ−ガラスがエッチングされることが必要なだけでなく、次の処理ステップの前に拡散抑制物質もまた同様に除去されることをさらに必要とする。
【００５２】
高温処理１２５４の後に、より深いドーピングされた高いリッジ領域１１１３は、後に金属化される（１２５８、図１１Ｄ−ＩＩ参照）領域１１０４につながる深いエミッタグリッド線を構成する。後のステージ（図１１Ｄ−ＩＩ参照）で、メタライゼーション１１１６はメタライゼーション溝１１０４に適用される（１２５８）。
【００５３】
上述した新規発明と同様に、この実施形態は様々なバリエーションにおいて実施可能であり、選択式になっているいくつかのステップとともに、図１２のフローチャートに全て示されている。１つの選択肢はドーパントの堆積を利用する。別の選択肢は、ＰＯＣｌ３の拡散補助を使用する。
【００５４】
拡散抑制物質が適用されて（１２５２）乾燥された後に、そのままの（希釈されない）濃度のドーパントが、ミスト、スプレー又は印刷などによって、いたるところに提供される（１２５３）。次に続く高温ドーパント拡散プロファイル変化ステップ１２５４は深いエミッタドーピングを構成する。
【００５５】
ＰＯＣｌ３補助法も同様である。拡散抑制物質が乾燥した後に、高温処理１２５４が選択的に最初にチューブ内で起こり、それからＰＯＣｌ３が拡散される（１２５５）。従って、リッジ１１１３及びメタライゼーション溝は、高温拡散プロファイル変化ステップ１２５４においてＰの深い拡散を受ける。
【００５６】
（深いエミッタグリッド線路）
説明した実施形態は、処理における様々な液体物質を導くことを助けることに光トラップ溝を使用して、深いグリッド線１１１９をメタライゼーションフィンガー１１１６に対して直交して配置するように、ＳＡＣアーキテクチャを利用する。言及したように、蜂の巣状などのパターン状に配置されたピット又はクレーターのような、他の光トラップテクスチャもまた使用される。このような光トラップテクスチャは、深いエミッタグリッド線の活性を提供するための自己整合手段に使用可能である。代理人整理番号１３６６−００１２ＰＣＴ、Ｂｅｎｊａｍｉｎ  Ｆ．Ｐｏｌｉｔｏ、Ｈｏｌｌｙ  Ｇ．Ｇａｔｅｓ及びＥｍａｎｕｅｌ  Ｍ．Ｓａｃｈｓによる発明で、１３６６  テクノロジーズ  インク．及びマサチューセッツ工科大学による米国仮出願６１／２０１，５９５の「不規則な表面のウェッジインプリントパターニング（ＷＥＤＧＥ  ＩＭＰＲＩＮＴ  ＰＡＴＴＥＲＮＩＮＧ  ＯＦ  ＩＲＲＥＧＵＬＡＲ  ＳＵＲＦＡＣＥ）」（２００８年１２月１２日出願）、及び、同一出願人によるアメリカ合衆国を指定するＰＣＴ出願（国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００９／（未定）、エクスプレスメールラベルＮｏ．ＥＭ３５５２６６２５８ＵＳ、出願日同日）の「不規則な表面のウェッジインプリントパターニング（ＷＥＤＧＥ  ＩＭＰＲＩＮＴ  ＰＡＴＴＥＲＮＩＮＧ  ＯＦ  ＩＲＲＥＧＵＬＡＲ  ＳＵＲＦＡＣＥ）」は、凹部及び溝のある表面の形成する方法を説明する。これら仮出願６１／２０１，５９５及びいまだＰＣＴ出願番号が付与されていないＰＣＴ出願は、その内容を本文に援用する。
【００５７】
フローチャートにおける図１３、及び、図１４に示されるとおり、効率的な処理は、ウエハに表面テクスチャを提供するステップ１３５０を含み、メタライゼーションのための溝１４５６と、溝又はピット１４４２などのような光トラップテクスチャとの両方を含む。一般に、ピットは溝よりも良好に光をトラップする。より有利な実施形態では、光トラップのためにピットを使用する。さらに、メタライゼーションフィンガー溝１４５６に対して直交するように示されている溝１４１８が、深いエミッタグリッド線路のためにピット１４４２の領域内に提供される。（下記に説明するとおり、ピット間のリッジを使用する深いエミッタグリッド線路を提供することもまた可能である。）これら３つのテクスチャを、全て一度にステップ１３５０にて提供可能である。あるいは、２以上の全て同じか異なるステップで提供可能である。次に、拡散抑制物質は、メタライゼーションのための溝１４５６又は深いエミッタ経路のための溝１４１８ではない領域（即ちピット１４４２が設けられた領域）内に提供されうる。テクスチャのおかげで、ピット領域内に液体の拡散抑制物質を提供することも可能であり、該液体の拡散抑制物質はピットに覆われた領域に亘って流れるが、メタライゼーションフィンガー１４５６及び深いエミッタ線１４１８として提供された溝のエッジで停止する。つまり、処理はＳＡＣ技術の特許にて説明された自己整合原理を利用する。
【００５８】
別の実施形態によれば、完全な濃度でドーパントは、例えば、ミスト、スプレー又は印刷によりいたるところに提供される（１３５３）。このステップの次には高温加熱ステップ１３５４が続き、これは曝露された領域、即ち、メタライゼーション線１４５６及び深いエミッタグリッド線１４１８においてウエハ内にドーパントを拡散させる。ドーパントのガラス及び拡散抑制物質はエッチングされる（１３５６）。最後に、メタライゼーション物質がメタライゼーション溝１４５６内に提供される（１３５８）。キャピラリ散布に係る出願、Ｕ．Ｓ．Ｓ．Ｎ６１／２０４，３８２で説明されているように、メタライゼーション物質は、キャピラリ管１４６０によって提供可能である。
【００５９】
選択的に点線の外枠で示された関連する別の実施形態で、加熱の前に表面にドーパントを提供するかわりに、ＰＯＣｌ３が高温ステップ１３５４の間に炉の雰囲気中に提供される。
【００６０】
あるいは、図１４に示すとおり、ドーパントは、このようなキャピラリ管によってもまた提供される。この場合、拡散抑制物質は必要ない。なぜなら、ドーパントは限定された必要な領域にのみに提供されるからである。
【００６１】
上の説明は、選択式エミッタを達成するように、メタライゼーション下の領域に深く拡散することに言及されている。さらに近年の説明は、メタライゼーション下でない領域での深い拡散に関する。メタライゼーション領域下のみ、光トラップ特性物のみ、又は、両方の領域内に、深い拡散を提供することが可能である。両方の領域に提供するとき、これら両方の拡散のためにドーパントを同じステップ内で提供することが最も効率的である。これは、例えば、光トラップ領域内のいくつかの部分を拡散抑制物質でマスキングし、それから、ＰＯＣｌ３拡散ステップにおいて、エミッタ線のようなマスキングされていない光トラップ特性物、及び、メタライゼーション溝に同時且つ同程度に拡散させることによって達成されよう。
【００６２】
この方法は、自己整合セルアーキテクチャで提供される効率性を利用する。そこでは、複雑なマスキング又は整合ステップを必要としないで、ドーパント及び拡散抑制物質が進入する場所はジオメトリ（形状）によって決定される。さらに、拡散抑制物質は、全目的のために１回のステップで提供されうる。さらに、１回だけの高温拡散プロファイル変化ステップが、メタライゼーション下のパターン形成された拡散層だけでなく、光トラップ領域に係るパターン形成された拡散層をも構成するためにも必要である。当然、追加の高温ステップは実行されてもよいが、必要なのは１回だけである。
【００６３】
この方法ステップは、光トラップピットを使用する実施形態にとって、図１２のフローチャートに説明された光トラップ溝を使用する実施形態と同様である。
【００６４】
ウエハには、様々なパターンで配置される複数の重なり合うピットが設けられている。蜂の巣パターンが便利であることが分かっている。拡散抑制物質はピットに提供される。そして、トラフ間のリッジが深い拡散を受けるのと同様に、次に続く高温処理ステップの間に深い拡散を受けるように、周縁のリッジが曝露される間にピットの底部領域が拡散抑制物質で満たされるようにウエハは続いて処理される。例えば、図１２に関して説明した例のように、ウエハは、拡散抑制物質が適用された後に、ミスト、スプレー、又は印刷などによってドーパントの適用を受けることができる。それから、ウエハは炉内に提供され、ドーパントの拡散プロファイルが変化するように高温に曝されて、上側のエッジを、拡散抑制物質でマスキングされていない領域全体を覆う深いエミッタグリッド線路に変換された状態にする。この線路の形状は、ピットの形状、及び、拡散抑制物質で覆われるピットの容積に依存するであろう。あるいは、加熱の前のドーパントの適用を、炉内でのＰＯＣｌ３による曝露に置き換えることもできる。
【００６５】
光トラップ溝９１２（図９）の配置におけるバリエーションについては、メタライゼーション溝９０４に関して、少なくとも２つの一般的なバリエーションがある。図９Ｂ−ＩＩに示すとおり、いくつかの光トラップ溝９１２は、メタライゼーション溝９０４に液圧で結合され、及び／又は、互いに液圧で結合されて、メタライゼーション溝に提供された液体もまた結合された光トラップ溝に移動する。あるいは、光トラップ溝の一部又は全部は、他の全ての溝から液圧的に分離されており、個別に満たされうる。光トラップ溝が液圧でいくつかの他の光トラップ溝又はメタライゼーション溝に結合されると、全ての結合された溝は結合された溝内に液体を散布することによって満たされ、且つ、流体の流れを助ける。分離した構成において、各分離した溝では、それに液体を直接的に散布する必要がある。
【００６６】
散布ステップは、上述したように個々の光トラップ溝９１２内にキャピラリ管によって行われる。又は、おそらく、メタライゼーション溝９０４に散布することとは別に、散布ステップ１０５２、及び、１つの光トラップ溝から別の光トラップ溝へとドーパントＰ溶液９１４を流すことを可能にするように、これら光トラップ溝９１２の一部が液圧で１つに接続可能である。これら光トラップ溝９１２の寸法は、メタライゼーション溝９０４（の寸法）よりも小さいので、より小さい溝９１２に沿って液体９１４のフローを達成することは幾分難しい。
【００６７】
分離した構成の弱点は、メタライゼーションフィンガー９１６のためのテクスチャ溝９０４と深いエミッタグリッド線９１８のための光トラップ溝９１２との間の場所９１５に小さいギャップ（隙間）がある（図９Ｄ−ＩＩ参照）ことである。従って、電流は、メタルフィンガー９１６に達するために、場所９１５での短い高抵抗領域を通り抜ける必要があるが、それでも利点のほとんどは達成される（図９Ｄ−ＩＩはこのような問題を起こすギャップを図示しておらず、単に可能性に示しているだけである）。深く拡散したエミッタグリッド線で覆われることが有益であろう吸収領域の割合は、１から５０％の間である。
【００６８】
これら一般の選択式拡散のアプローチは、互いに入り込んだバックコンタクト（背面接点）のような他のセル構造にも適用可能である。同様に、図１５に示すとおり、パターン形成された深いエミッタ線が、前面の金属フィンガーに電流をもたらすことを補助可能であるように、ウエハのパターン形成された背面領域の線１５７１は、図１６に示される母線１６７３及びフィンガー１６７５を含む背面金属グリッド構造に電流をもたらすことを補助するために使用可能である。典型的には、母線の主成分をＡｇ（銀）とし、また、フィンガーをＡｌ（アルミニウム）又はその主成分をＡｇとすることが可能である。
【００６９】
ここに開示された新規技術は、Ａｓ、Ｇａ、Ｂ又はＡｌなどのＰ以外のドーパントの拡散に適用可能である。リン又はヒ素ドーパントは、ｎ型ウエハ基板上のベースに接続させるように背面領域を形成することにもまた使用可能である。あるいは、ｎ型基板にエミッタ、及び、ｐ型ウエハ基板上のベースへの背面領域コンタクトを形成するのにボロン、ガリウム又はアルミニウムドーパントを同様に使用可能である。さらに、パターン形成されたブロック層によって達成される深いエミッタ線の概念は、例えば、等方性（アイソ）テクスチャである溝切り及び蜂の巣面以外のパターンを有する表面に適用可能である。さらに、選択式エミッタＳＡＣアーキテクチャの深く拡散された溝に適用されるメタライゼーションシード層の種類は、上述のＮｉなどのメッキ金属以外の材料であることも可能である。いくつかの例には、デュポン（Ｄｕｐｏｎｔ）社及びフェロ（Ｆｅｒｒｏ）社によって販売されているような銀などの、金属パウダー及びガラスフリットのペーストもしくはインク、又は、金属及びガラス化学物質の有機金属混合体が含まれる。最小限のマスキング及び処理ステップで選択式拡散が求められる他の電子デバイスに、これらのアプローチを適用可能である。
【００７０】
特定の実施形態が開示及び説明されたが、当業者は様々な変更及び改変を本発明の範囲から外れることなく実施可能であることが理解されるであろう。添付の図による説明及び開示に含まれる全ての事項は、実施例としてであって、発明を限定するためでないと解釈されるべきであることを意図している。
【００７１】
（まとめ）
ドーピングの目的で、自己整合セル（ＳＡＣ）を利用する方法は、基板をドープする物質の堆積及び適用を誘導することであり、又は、基板がドープされることをブロック又は抑制する物質を誘導することである。いくつかの新規技術は、導電フィンガーのためにメタライゼーション化される領域内にドーピングを提供する。ドーパントは、目的のために提供された溝内に直接的に提供される。あるいは、拡散抑制物質が非溝位置に提供され、ウエハの表面全体に亘ってより低い精密さでもってドーパントが提供される。その結果、拡散抑制剤なしの領域のみが十分なドーパント量を得る。光エネルギーが反射して逃げていくことを防止又は最小化するように、ＳＡＣアーキテクチャは、セルの光吸収領域のために溝又はピットが形成された表面を含む。溝内に半導体エミッタ線を生成するように、光トラップ領域もまた溝内においてドーパントで処理される。あるいは、拡散抑制物質が溝内に提供されるが、溝間のリッジの上側頂部はむき出しの状態のままであり、それによって、次に続くステップにおいて、より深い又は多量のドーピングを受ける。光トラップピットでも同様に、拡散抑制物質がピット内に提供されるが、ピット間のエッジの上側リムはむき出しの状態のままであり、それによって、より深いドーピングを受ける。
【００７２】
これに関する方法の好ましい実施形態は、パターン形成された拡散層をソーラーセルに設けることであって、この方法は、半導体ウエハを提供するステップと、半導体ウエハ内に溝を提供するステップと、溝内にドーパント液を散布するステップと、ウエハ内にドーパントを拡散させる所定時間、高温を適用するようにウエハを加熱するステップと、液体を含有するメタライゼーション物質を溝内に散布するステップと、を含んでおり、パターン形成された拡散層をメタライゼーション位置に作成することを特徴とする。
【００７３】
この実施形態のうちの有利な形態では、ドーパントを散布するステップ及びメタライゼーション物質を散布するステップの一方又は両方が、ウエハに直接的に接触するキャピラリ管を通して実行される。
【００７４】
この実施形態の好適なバリエーションでは、溝は、少なくも２つの隣接する溝のグループで提供される。メタライゼーション物質は、溝の任意の１つのグループの、少なくとも１つ及び場合によっては２以上の溝に散布される。
【００７５】
典型的には、限定量の利用可能なドーパントは、ドーパント含有液のスプレー、ミスト又は印刷を使用して提供される。
【００７６】
あるいは、又は、追加的に、限定量の利用可能なドーパントは、スパッタリング、蒸着（蒸発）、プラズマ化学気相堆積、真空化学気相堆積又は大気圧化学気相堆積によって、ドーパントガラスを堆積することで提供されうる。
【００７７】
高温条件下でウエハ内にドーパントを拡散させるステップの間、ウエハをＰＯＣｌ３又はＢＢｒ３のようなガスに曝露することが可能である。
【００７８】
この方法の別の重要な実施形態は、パターン形成された拡散層をソーラーセルに提供する方法であり、この方法は、半導体ウエハを提供するステップと、半導体ウエハ内に溝を提供するステップと、溝内でなく、ウエハの非溝領域（溝でない領域）に拡散抑制物質を提供するステップと、ドーパントをウエハの表面全体に提供するステップと、ドーパントをウエハ内に拡散させる間、高温にウエハを加熱するステップと、液体を含有するメタライゼーション物質を溝内に散布するステップとを含んでおり、これによって、メタライゼーション一でパターン形成された拡散層を作成する。
【００７９】
さらに別の実施形態では、拡散抑制物質を提供する前に液体ドーパントを溝内に提供する。
【００８０】
ドーパント含有液をスプレー、ミスト又は印刷することによってドーパントは提供される。
【００８１】
あるいは、又は、追加的に、ドーパントは、スパッタリング、蒸着、プラズマ化学気相成長、真空化学気相成長又は大気圧化学気相成長を使用してドーパントガラスを堆積させることで提供される。
【００８２】
拡散抑制物質を使用する実施形態で、高温条件下でウエハ内にドーパントを拡散させるステップの間、ウエハをＰＯＣｌ３又はＢＢｒ３に曝露させることもまた有用である。さらに、ドーパントを散布するステップとメタライゼーション物質を散布するステップの一方又は両方が、ウエハに直接に接触しているキャピラリ管を通して実行される。
【００８３】
さらにこの発明の有用な実施形態は、パターン形成された拡散層をソーラーセルに提供する方法であり、この方法は、半導体ウエハを提供するステップと、半導体ウエハ内に溝を提供するステップと、溝内にドーパント液を提供するステップと、溝を含むウエハの表面全体に亘って拡散抑制物質を提供するステップと、高温でウエハ内にドーパントを拡散させるステップと、液体を含有するメタライゼーション物質を溝内に散布するステップとを含んでおり、メタライゼーション位置にパターン形成された拡散層を作成する。
【００８４】
ドーパントが表面全体に亘って提供されるのであれば、それは上に言及された方法のいずれかによって提供されるであろう。
【００８５】
本発明の特に引きつける実施形態は、ソーラーセルにパターン形成された拡散層を提供する方法であって、この方法は、半導体ウエハを提供するステップと、平坦な表面と比べてウエハの光トラップ特性を強化するように構成された凹状テクスチャ領域を半導体ウエハ内に提供するステップと、メタライゼーションのためにウエハ内に溝を提供するステップと、凹状テクスチャ領域内において、メタライゼーションのための溝に交差する、深いエミッタグリッド線のための溝をウエハ内に提供するステップと、深いエミッタグリッド線のための溝にドーパントを提供するステップと、ドーパントをウエハ内に拡散させる間、高温でウエハを加熱するステップと、液体を含有するメタライゼーション物質をメタライゼーションのための溝内に散布するステップと、を含んでおり、メタライゼーション位置で交差するパターン形成された拡散層を作成する。
【００８６】
加熱するステップの前にメタライゼーションのための溝にドーパントを提供することは有用であり、これによって、メタライゼーション位置にまた位置するパターン形成された拡散層を作成する。
【００８７】
ドーパントを深いエミッタグリッド線のための溝に提供するステップ、液体を含有するメタライゼーション物質をメタライゼーションのための溝内に散布するステップ、および、ドーパントをメタライゼーションのための溝内に提供するステップのうちの少なくとも１つは、ウエハに直接に接触するキャピラリ管を通して液体を散布することによって行われる。凹状テクスチャはピットもしくは溝又は他の構造である。
【００８８】
このまとめにおける上述した実施形態について、限定量の利用可能なドーパントが提供される。そして、それはドーパント含有液のスプレー、ミスト、印刷を使用すること、又は、議論した方法のいずれかを使用してドーパント含有ガラスを堆積することによってなされる。
【００８９】
本発明の別の実施形態はソーラーセルであって、このソーラーセルは、ドーピングタイプを有するシリコンベースのウエハと、約６０ミクロン未満の幅および約３ミクロンを超える深さを有するメタライゼーションのための溝と、ウエハ表面に亘って、各溝の両側部上に約１５ミクロンを超えて延び出ていない、溝内のメタライゼーション（物質）と、メタライゼーション溝でない領域におけるウエハ表面上に存在するドーパントよりも深くメタライゼーション下にあるドーパントと、メタライゼーションとより深くドープされたシリコンとの間の接合面での半連続的なガラス層と、を備える。
【００９０】
溝幅は、約４５ミクロンよりも小さく、３０ミクロンよりも狭くさえある。
【００９１】
有益には、メタライゼーションは、各溝の両側部に約１０ミクロンを超えて延び出ない。
【００９２】
関連する実施形態はさらに、溝内のメタライゼーションと交差する深いエミッタグリッド線領域を備え、このエミッタグリッド線領域もまた、メタライゼーション溝及び深いエミッタグリッド線領域以外の領域におけるウエハ表面上に存在するものよりも深い位置にあるドーパントを備える。
【００９３】
有益には、セルは、平坦な表面と比べてウエハの光トラップ特性を強化するように構成された、凹状テクスチャ領域を半導体ウエハ内にさらに含んでいる。凹状テクスチャは、ピットもしくは溝又はそれらの両方を含んでいる。
【００９４】
有用な実施形態に従ったここに開示された全ての主要なバリエーションで、ウエハはｐ型半導体基板であり、ドーパントはｎ＋型半導体を形成するように構成され、拡散層はソーラーセルエミッタを備える。あるいは、ウエハはｐ型半導体基板であり、ドーパントはｐ＋型半導体基板を形成するように構成され、拡散層はソーラーセル背面領域を備える。さらに別の関連する実施形態は、ｎ型半導体を備えるウエハと、ｎ＋型半導体を形成するように構成されたドーパントと、背面領域を備える拡散層と、を有する。
【００９５】
発明の多くの技術及び態様がここに説明された。それらが一緒に使用されることが特別に記載されていなくとも、別の開示された技術でこれらの技術の多くを使用可能であることは、当業者にとって明らかである。例えば、ドーパントは、ＳＡＣ技術を使用することによって、散布及び配置可能であり、そして、ワークピースは、ここに記載されたか否かに関わらず任意の適切な手段で処理されうる。同様に、拡散抑制物質は、ＳＡＣ技術を使用することによって、散布及び配置可能であり、ここに開示されたか否かに関わらず、ドーパントは任意の適切な手段により次に適用されうる。拡散抑制物質は、ＳＡＣアーキテクチャによって導かれるようにして、全ての場所又は特定の場所に堆積されうる。アーキテクチャに導かれるようにして、異なる場所においてそれぞれに１又は複数の拡散抑制物質が適用されうる。同様に、ドーパントが適用され、拡散される。そして、さらなるドーパントが、再度、ＳＡＣアーキテクチャにより所定位置に導かれて、別の目的で適用されうる。
【００９６】
本開示は２つ以上の発明を説明し開示している。本発明は、本開示に基づくすべての特許出願の手続き中に提出および展開された、本明細書の請求項および関連文書に記載されている。発明者らは、後に判定されるように、先行技術によって許可された限定に対して、各種発明のすべてを請求することが意図される。本明細書に記載される特徴は、本明細書に開示される各発明にとって必須ではない。よって、発明者らは、本明細書に開示されているが、本開示に基づく特許の具体的な請求項では請求されていない特徴を、上記請求には組み込まないことが意図される。
【００９７】
ハードウェアのアセンブリまたはステップ群は、本明細書では発明と称する。しかしながら、これは、上記アセンブリや群が必然的に、一件の特許出願で審査される発明の数、すなわち、発明の単一性に関する法律や規則により具体的に企図されるような、特許可能な個々の発明であることを認めるものではない。発明の実施形態の略称であると意図される。
【００９８】
要約書を本明細書と共に提出する。本要約は、審査官やその他の調査を行う者が技術的開示の主題を急速に確認できるように要約を要求する規則に従い提出されていることを強調しておく。本要約は、特許庁規則で約束されるように、請求項の範囲または意味を解釈または限定するために使用されないという認識の下に提出されている。
【００９９】
以上の説明は例示的なものと理解すべきであって、いかなる意味においても限定的であるとみなすべきではない。本発明は好適な実施形態を参照して具体的に図示および説明したが、当業者であれば、請求項によって定義される本発明の精神と範囲から逸脱せずに、形式および詳細に様々な変更を加えることができると了解するであろう。
【０１００】
下記請求項内のすべての手段またはステッププラス機能要素の対応する構造、材料、動作および等価物は、具体的に請求されるその他の請求項要素と組み合わせて機能を実行する構造、材料または動作を含む。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｂ−ＩＩ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｄ−ＩＩ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｂ−ＩＩ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｄ−ＩＩ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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