(57)【要約】太陽電池装置は、既存のドーパントを含むシリコン基板を備える。均一な低濃度ドーピング領域は、シリコン基板の表面に形成され、既存のドーパントと均一な低濃度ドーピング領域間の接合を形成する。高濃度ドーピング領域は、シリコン基板の表面に選択的に注入される。シード層は、高濃度ドーピング領域の上に形成される。金属コンタクトは、シード層の上に形成される。太陽電池装置は、反射防止コーティングを備えることができる。一実施の形態において、高濃度ドーピング領域は、放物形を形成する。各高濃度ドーピング領域は、シリコン基板中５０〜２００ミクロン間隔幅とすることができる。また、高濃度ドーピング領域は、シリコン基板の横方向に互いに１〜３ｍｍ間隔とすることができる。シード層は、シリサイドとすることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
既存のドーパントを含むシリコン基板と、
上記シリコン基板の表面の上記既存のドーパント上に形成され、該既存のドーパントとの間に接合を形成する均一な低濃度ドーピング領域と、
上記低濃度ドーピング領域内の上記シリコン基板の表面に選択的に高濃度にイオン注入された高濃度ドーピング領域と、
上記高濃度ドーピング領域上に形成されたシード層と、
上記シード層上に形成された金属コンタクトとを備える太陽電池装置。
【請求項２】
上記均一な低濃度ドーピング領域は、一様にイオン注入されていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池装置。
【請求項３】
上記低濃度ドーピング領域の上に反射防止コーティングを更に備える請求項１記載の太陽電池装置。
【請求項４】
上記均一な低濃度ドーピング領域は、８０〜１６０Ω／□の抵抗率を有することを特徴とする請求項１記載の太陽電池装置。
【請求項５】
上記均一な低濃度ドーピング領域は、約１００Ω／□の抵抗率を有することを特徴とする請求項４記載の太陽電池装置。
【請求項６】
上記高濃度ドーピング領域は、１０〜４０Ω／□の抵抗率を有することを特徴とする請求項１記載の太陽電池装置。
【請求項７】
上記高濃度ドーピング領域は、約２５Ω／□の抵抗率を有することを特徴とする請求項６記載の太陽電池装置。
【請求項８】
上記接合は、上記シリコン基板の表面から所定の距離に形成されることを特徴とする請求項１記載の太陽電池装置。
【請求項９】
上記シード層は、シリサイドからなることを特徴とする請求項１記載の太陽電池装置。
【請求項１０】
上記シード層は、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕの１つ以上からなるグループから選択される材料を注入することによって、形成されることを特徴とする請求項１記載の太陽電池装置。
【請求項１１】
上記高濃度ドーピング領域のそれぞれの上記シリコン基板上での幅は、５０〜２００ミクロンであることを特徴とする請求項１記載の太陽電池装置。
【請求項１２】
上記高濃度ドーピング領域の上記シリコン基板上における横方向の間隔は、１〜３ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の太陽電池装置。
【請求項１３】
上記シリコン基板は、イオン注入プロセス中に、上記高濃度ドーピング領域の位置を合わせるための基準マーカを備えることを特徴とする請求項１記載の太陽電池装置。
【請求項１４】
太陽電池素子を形成する太陽電池素子形成方法において、
既存のドーパントを含むシリコン基板に準備する工程と、
イオン注入プロセスを用いて、上記シリコン基板の表面の上記既存のドーパント上に均一な低濃度ドーピング領域を形成し、該既存のドーパントと該低濃度ドーピング領域の間に接合を形成する工程と、
選択的イオン注入プロセスを用いて、上記低濃度ドーピング領域内の上記シリコン基板の表面の所定の位置にイオン注入して、高濃度ドーピング領域を形成する工程と、
選択的イオン注入プロセスを用いて、上記高濃度ドーピング領域上にシード層を形成する工程と、
選択的イオン注入プロセスを用いて、上記シード層上に金属コンタクトを形成する工程とを有する太陽電池素子形成方法。
【請求項１５】
選択的イオン注入プロセスを用いて、反射防止コーティングを形成する工程を更に有する請求項１４記載の太陽電池素子形成方法。
【請求項１６】
上記高濃度ドーピング領域は、上記所定の位置に配列された開口を有する物理的マスクを用いて、上記シリコン基板面の該所定の位置に注入されることを特徴とする請求項１４記載の太陽電池素子形成方法。
【請求項１７】
上記物理的マスクは、上記シリコン基板の表面上に形成されることを特徴とする請求項１６記載の太陽電池素子形成方法。
【請求項１８】
上記物理的マスクは、上記高濃度ドーピング領域を形成する選択的イオン注入プロセス中に、上記シリコン基板の表面よりも所定の距離上に配置されることを特徴とする請求項１６記載の太陽電池素子形成方法。
【請求項１９】
上記選択的イオン注入プロセスは、上記高濃度ドーピング領域を形成する上記所定の位置に配列された成形イオンビームを用いることを特徴とする請求項１４記載の太陽電池素子形成方法。
【請求項２０】
上記均一な低濃度ドーピング領域は、８０〜１６０Ω／□の抵抗率を有することを特徴とする請求項１４記載の太陽電池素子形成方法。
【請求項２１】
上記均一な低濃度ドーピング領域は、約１００Ω／□の抵抗率を有することを特徴とする請求項２０記載の太陽電池素子形成方法。
【請求項２２】
上記高濃度ドーピング領域は、１０〜４０Ω／□の抵抗率を有することを特徴とする請求項１４記載の太陽電池素子形成方法。
【請求項２３】
上記高濃度ドーピング領域は、約２５Ω／□の抵抗率を有することを特徴とする請求項２２記載の太陽電池素子形成方法。
【請求項２４】
上記接合は、上記シリコン基板の表面から所定の距離に形成されることを特徴とする請求項１４記載の太陽電池素子形成方法。
【請求項２５】
上記シード層は、シリサイドからなることを特徴とする請求項１４記載の太陽電池素子形成方法。
【請求項２６】
上記シード層は、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ又はＣｕからなる材料の層であることを特徴とする請求項１４記載の太陽電池素子形成方法。
【請求項２７】
上記高濃度ドーピング領域のそれぞれの上記シリコン基板上での幅は、５０〜２００ミクロンであることを特徴とする請求項１４記載の太陽電池素子形成方法。
【請求項２８】
上記高濃度ドーピング領域の上記シリコン基板上における横方向の間隔は、１〜３ｍｍであることを特徴とする請求項１４記載の太陽電池素子形成方法。
【請求項２９】
上記シリコン基板は、上記選択的イオン注入プロセス中に、上記高濃度ドーピング領域の位置を合わせるための基準のマーカを備えることを特徴とする請求項１４記載の太陽電池素子形成方法。
【請求項３０】
上記均一な低濃度ドーピング領域を有する上記シリコン基板に対して、アニールプロセスを用いる工程を更に有する請求項１４記載の太陽電池素子形成方法。
【請求項３１】
上記金属コンタクトを形成した後に、上記シリコン基板に対して、アニールプロセスを用いる工程を更に有する請求項１４記載の太陽電池素子形成方法。
【請求項３２】
既存のドーパントを含むシリコン基板と、
上記シリコン基板の表面の上記既存のドーパント上に形成され、該既存のドーパントとの間に接合を形成する均一な低濃度ドーピング領域と、
上記低濃度ドーピング領域内の上記シリコン基板の表面に選択的にイオン注入され、該シリコン基板の表面からの距離の関数として表される高濃度ドーピング領域と、
上記高濃度ドーピング領域上に形成された金属コンタクトとを備える太陽電池装置。
【請求項３３】
上記高濃度ドーピング領域の上であって、上記金属コンタクトの下に形成されたシード層を更に備える請求項３２記載の太陽電池装置。
【請求項３４】
反射防止コーティングを更に備える請求項３２記載の太陽電池装置。
【請求項３５】
上記均一な低濃度ドーピング領域は、８０〜１６０Ω／□の抵抗率を有することを特徴とする請求項３２記載の太陽電池装置。
【請求項３６】
上記均一な低濃度ドーピング領域は、約１００Ω／□を有することを特徴とする請求項３５記載の太陽電池装置。
【請求項３７】
上記高濃度ドーピング領域は、１０〜４０Ω／□の抵抗率を有することを特徴とする請求項３２記載の太陽電池装置。
【請求項３８】
上記高濃度ドーピング領域は、約２５Ω／□の抵抗率を有することを特徴とする請求項３７記載の太陽電池装置。
【請求項３９】
上記接合は、上記シリコン基板の表面から所定の距離に形成されることを特徴とする請求項３２記載の太陽電池装置。
【請求項４０】
上記高濃度ドーピング領域の横方向の勾配は、放物形であることを特徴とする請求項３２記載の太陽電池装置。
【請求項４１】
上記シード層は、シリサイドからなることを特徴とする請求項３３記載の太陽電池装置。
【請求項４２】
上記シード層は、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ又はＣｕからなる材料の層であることを特徴とする請求項３３記載の太陽電池装置。
【請求項４３】
上記高濃度ドーピング領域のそれぞれの上記シリコン基板上での幅は、５０〜２００ミクロンであることを特徴とする請求項３２記載の太陽電池装置。
【請求項４４】
上記高濃度ドーピング領域の上記シリコン基板上における横方向の間隔は、１〜３ｍｍであることを特徴とする請求項３２記載の太陽電池装置。
【請求項４５】
上記シリコン基板は、イオン注入プロセス中に、上記高濃度ドーピング領域の位置を合わせるための基準のマーカを有することを特徴とする請求項３２記載の太陽電池装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２００８年６月１１日に出願された係属中の米国仮特許出願第６１／１３１，６８７号「Solar Cell Fabrication Using Implantation」、２００８年６月１１日に出願された係属中の米国仮特許出願第６１／１３１，６８８号「Application Specific Implant System for Use in Solar Cell Fabrications」、２００８年６月１１日に出願された係属中の米国仮特許出願第６１／１３１，６９８号「Formation of Solar Cell Selective Emitter Using Implant and Anneal Method」、２００８年６月２４日に出願された係属中の米国仮特許出願第６１／１３３，０２８号「Solar Cell Fabrication with Faceting and Implantation」、２００９年３月２０日に出願された係属中の米国仮特許出願第６１／２１０，５４５号「Advanced High Efficiency Crystalline Solar Cell Fabrications Method」に対する優先権を主張する。これらの仮特許出願は、引用することにより、本願に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、太陽電池の分野に関する。特に、本発明は、太陽電池装置（solar cell device）及びその製造の方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
拡散を用いて、半導体基板の表面にドーパントを形成すると、幾つかの問題が生じる。１つの問題は、ドーパントが半導体材料のバルク部分に打ち込まれるにつれて、表面の近傍に、不活性ドーパント（unactivated dopants）が過剰に蓄積することである。不活性ドーパントの過剰な蓄積により、半導体基板の異なる領域で抵抗率が変わり、したがって、光吸収能力が変わり、太陽電池の電子正孔生成及び再結合の性能を変えることになる。特に、発生する１つの問題は、「不感層（dead layer）」が形成される結果、青色光の利用率が下がることである。
【０００４】
線幅及びウェーハの厚さがより小さくなるにつれて、従来の拡散形成方式（diffusion forming systems）の他の欠点は、半導体基板の中のドーパントの横方向の位置決め（laterally positioning）が難しくなることである。エミッタ寸法が２００ミクロンから５０ミクロン未満まで縮小すると、太陽電池産業は、ドーパントの横方向の配置を必要とすると予想している。そのような小型化は、難しく、あるいは太陽電池を形成する際の現在の拡散及びスクリーン印刷方法でも、不可能である。金属製のグリッド線の谷間の領域に対して、グリッド線の下の領域の抵抗率を選択的に変えることによって、電荷の収集及び発生の効果（charge collection and generation advantages）を高め、したがって、効率を高める。
【０００５】
拡散処理は、通常、ペーストあるいは半導体基板の表面にスプレーされるドーパント材料を用いる。そして、半導体基板は、通常、接合を形成する特定の深さに、ドーパントを打ち込むために加熱される。半導体基板は、通常、拡散炉又は同様の加熱手段で加熱される。ｎ型又はｐ型のドーパントを、基板のドーピングの種類に応じて用いて、接合を形成することができる。太陽電池を完成する後続のスクリーン印刷工程を用いて、ウェーハの表面に接点ライン（contact lines）を形成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体と金属コンタクト（metal contact）の接合面（interface）は、太陽電池の性能に影響を及ぼす。従来、金属コンタクトとシリコン間の接合は、加熱され、シリサイドを形成する。この加熱処理は、接合面を向上させるが、幾つかの欠点を有する。
【０００７】
したがって、従来の太陽電池の製造方法の欠点を解決する、太陽電池を形成する改良された経済的な方法を提供することが望ましく、この方法により、より小さな寸法を有し、ドーパントの量と位置をより正確に制御した太陽電池を製造することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、第１の特徴に基づいた太陽電池装置を提供する。太陽電池装置は、既存のドーパントを含むシリコン基板を備える。シリコン基板の表面の既存のドーパント上には、均一な低濃度ドーピング領域（homogeneous lightly doped region）が形成される。接合は、既存のドーパントと低濃度ドーピング領域との間に形成される。接合は、シリコン基板の表面から所定の距離に形成される。高濃度ドーピング領域は、低濃度ドーピング領域内のシリコン基板の表面に選択的に注入される。シード層（seed layer）は、高濃度ドーピング領域の上に形成される。金属コンタクト（metal contact）は、シード層の上に形成される。太陽電池装置は、反射防止コーティング層を備えることができる。
【０００９】
例示的な実施の形態において、太陽電池装置は、８０〜１６０Ω／□の抵抗率を有する均一な低濃度ドーピング領域と、１０〜４０Ω／□の抵抗率を有する高濃度ドーピング領域とを備える。一実施の形態において、均一な低濃度ドーピング領域は、約１００Ω／□の抵抗率を有し、高濃度ドーピング領域は、約２５Ω／□の抵抗率を有する。高濃度ドーピング領域のそれぞれのシリコン基板上での幅は、５０〜２００ミクロンである。また、高濃度ドーピング領域のそれぞれのシリコン基板上における横方向の間隔は、１〜３ｍｍとすることができる。
【００１０】
シード層は、シリサイドとすることができる。また、シード層は、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕの何れかを含む材料の層とすることができる。シリコン基板は、イオン注入プロセス中に、高濃度ドーピング領域の位置を合わせるための基準マーカ（fiducial markers）を備えることができる。
【００１１】
本発明は、第２の特徴に基づいた太陽電池素子形成方法を提供する。太陽電池素子形成方法は、既存のドーパントを含むシリコン基板を準備する工程を有する。イオン注入プロセスを用いて、シリコン基板の表面の既存のドーパント上に均一な低濃度ドーピング領域を形成する。既存のドーパントと低濃度ドーピング領域の間に接合を形成する。接合は、シリコン基板の表面から所定の距離に形成される。選択的イオン注入プロセスを用いて、低濃度ドーピング領域内のシリコン基板の表面にイオン注入して、高濃度ドーピング領域を形成する。
【００１２】
シリコン基板の表面の所定の位置に高濃度ドーピング領域を注入する。選択的イオン注入プロセスを用いて、高濃度ドーピング領域上にシード層を形成する。シード層上に金属コンタクトを形成する。太陽電池素子形成方法は、反射防止コーティングを形成する工程を有することができる。物理的マスクを用いて、シリコン基板の表面の所定の位置に高濃度ドーピング領域を注入する。物理的マスクは、所定の位置に配列された開口を有する。物理的マスクは、シリコン基板の表面上に形成される。物理的マスクは、高濃度ドーピング領域を形成する選択的イオン注入プロセス中に、シリコン基板の表面よりも所定の距離上に配置される。他の実施の形態において、選択的イオン注入プロセスは、高濃度ドーピング領域を形成する所定の位置に配列された成形イオンビーム（shaped ion beam）を用いる。更なる実施の形態において、このような選択的イオン注入は、シリコン基板の表面上のマスクを介して行うことができる。高濃度ドーピング領域を形成するために、上述した全ての実施の形態を組み合わせて用いることができる。
【００１３】
例示的な実施の形態において、均一な低濃度ドーピング領域は、８０〜１６０Ω／□の抵抗率を有する。均一な低濃度ドーピング領域は、約１００Ω／□の抵抗率を有する。高濃度ドーピング領域は、１０〜４０Ω／□の抵抗率を有することができる。一実施の形態において、高濃度ドーピング領域は、約２５Ω／□の抵抗率を有する。高濃度ドーピング領域のそれぞれのシリコン基板上での幅は、５０〜２００ミクロンであり、高濃度ドーピング領域のシリコン基板上における横方向の間隔は、１〜３ｍｍである。
【００１４】
シード層は、好ましくはシリサイドである。シード層は、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕの何れかを含む材料の層とすることができる。シリコン基板は、選択的なイオン注入プロセス中に高濃度ドーピング領域の位置を合わせるための基準マーカを備えることができる。太陽電池素子形成方法は、均一な低濃度ドーピング領域を有するシリコン基板に対してアニールプロセスを用いる工程を有する。あるいは、アニールプロセスは、金属コンタクトの形成後に、シリコン基板に対して用いる。金属コンタクトを形成した後にアニールプロセスを行うことにより、従来のプロセス理よりもより低い温度でアニーリングすることができる。これにより、高温では劣化する虞がある基板又は担体上の薄い基板を用いることができる。本発明の他の特徴は、図面を用いた以下の説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】発明の実施の形態に基づいて、太陽電池の選択的エミッタ構造（selective emitter structure）を製作する方法を示す図である。
【図２】発明の他の実施の形態に基づいて、太陽電池の選択的エミッタ構造を製作する方法を示す図である。
【図３】発明の更に他の実施の形態に基づいて、太陽電池の選択的エミッタ構造を製作する方法を示す図である。
【図４】発明の実施の形態に基づいて、太陽電池のシード層（seed layer）を形成する方法を示す図である。
【図５】発明の実施の形態に基づいて、太陽電池のコンタクト層（contact layer）を形成する方法を示す図である。
【図６】発明の実施の形態に基づく太陽電池素子（solar cell device）の構造を示す側面図である。
【図７】発明の他の実施の形態に基づく太陽電池素子の構造を示す側面図である。
【図７Ａ】発明の更に他の実施の形態に基づく太陽電池素子の構造を示す側面図である。
【図８】発明の実施の形態に基づいて、太陽電池素子を形成する処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下の説明では、数多くの詳細事項及び代わりの詳細事項を説明する。なお、当業者には明らかなように、これらの特定の詳細事項を使わずに、発明を実施することができる。場合によっては、不必要な詳細事項によって発明の説明を不明瞭にしないために、周知の構造及び装置はブロック図の形で示す。本発明は、イオン注入で、均一なエミッタ領域及び選択的エミッタ領域を形成する。
【００１７】
本発明は、太陽電池素子を形成する太陽電池素子形成方法に関し、特に、選択的エミッタ（selective emitter）を連続した注入プロセスによって形成する太陽電池素子形成方法に関する。現在、ドーパントを横方向に操作して配置するこのような能力は、従来の拡散又はスクリーン印刷処理によっては難しい。本発明は、グリッド線、コンタクトの抵抗率を選択的に制御し、金属／半導体接合面（metal/semiconductor interface）の接触抵抗（contact resistance）を選択的に制御する。さらに、イオン注入によって選択的エミッタを形成する効果により、太陽電池素子の性能を向上させることができる。本発明を適用して、シングル、すなわち単結晶シリコン又はポリ、すなわち多結晶シリコンを、担体（例えばガラス）上に配置された非常に薄いシリコン、あるいはシリコン又は太陽電池の形成に用いられる他の材料に蒸着された薄膜と同様に、成長させることができる。本発明は、接合の製造に用いられるあらゆる他の材料の原子種配置に、拡張することができる。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態に基づく注入プロセスを用いて、選択的エミッタ構造（selective emitter structure）１０５（工程１０１Ｄ）を製作する方法を示す図である。工程１０１Ａにおいて、ドーパント１０２がプリドーピングされたシリコン基板１０１を準備する。シリコン基板１０１は、モノ又はポリシリコン材料（mono or poly silicon material）のウェーハからなる。例示的な実施の形態においては、シリコン基板１０１は、１５６×１５６ｍｍのウェーハからなる。また、当業者に周知の他の適切な基板を、シリコン基板１０１として用いることもできる。例示的な実施の形態においては、シリコン基板１０１は、ドーパント１０２、すなわちプリドーピングされた材料（以下、プリドーピング材料１０２ともいう。）を含んでいる。プリドーピング材料１０２は、通常、ｐ型ドーパントがプリドーピングされており、あるいはｎ型ドーパントがプリドーピングされている。プリドーピング材料１０２は、０．５〜１．５Ω／ｃｍの抵抗率と、５Ｅ１６／ｃｍ３未満の原子濃度とを有することができる。高い生産性を有するイオン注入装置（図示せず）を用いて、均一な低濃度ドーピング領域（homogeneous lightly doped region）、すなわち均一層（homogeneous layer）１０４を形成する。このようなイオン注入装置は、２００９年６月１１日に出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４７０９４「Application Specific Implant System for Use in Solar Cell Fabrications」に記載されており、この特許出願は、引用することにより、本願に援用される。均一層１０４は、高抵抗率領域（high resistivity region）である。均一層１０４は、光が入射した結果として、電子正孔対（electron-hole pairs）を生成することができる。動作において、均一層１０４は、好ましくは、再結合を避け、したがって「不感層（dead layer）」効果を避けるが、一方、電荷キャリア（charge carriers）の生成を容易にするために、比較的低いレベルのドーパント（高抵抗率）を用いている。
【００１９】
イオン注入ビームＡを用いて、均一層１０４の注入を行う。イオン注入ビームＡにより、全面方式（blanket fashion）で、プリドーピング材料１０２に均一層１０４を注入する。均一層１０４を注入する際には、シリコン基板１０１全体を完全にカバーするために、スポットビーム又は広いプラズマビームを用いる。ビームは、ウェーハ全体を走査することができ、ウェーハは、完全にカバーされるように、ビームに対して動かすことができ、あるいはウェーハとビームを組み合わせて動かすことができる。
【００２０】
イオン注入装置の生産能力は、毎時ウェーハ約１０００枚以上である。プリドーピング材料１０２と均一層１０４が接触する場所に、ｐｎ接合１０３が形成される。ｐｎ接合１０３は、シリコン基板１０１の表面１０７から所定の距離に形成することができる。ｐｎ接合１０３の表面１０７からの距離は、イオン注入ビームＡに用いられたエネルギ量Ｅ１に基づいて決定される。エネルギ量Ｅ１は、太陽電池素子の所望の仕様に従って、１〜１５０ｋｅＶとすることができる。均一層１０４は、８０〜１６０Ω／□の抵抗率を有することができる。例示的な実施の形態においては、均一層１０４の抵抗率は、約１００Ω／□である。ここで、アニール工程を実行することができるが、アニール工程については以下の工程１０１Ｃにおいて詳細に説明する。あるいは、ここでのアニール工程は省略することができ、以下の最終的なアニール工程（図６）としてもよい。
【００２１】
工程１０１Ｂにおいて、コンタクトマスク（contact mask）１０６をシリコン基板１０１の表面１０７上に形成する。コンタクトマスク１０６により、シリコン基板１０１の所定の位置に、ドーパントを選択的に配置することができる。コンタクトマスク１０６は、当業者に周知のあらゆる適切なマスクとすることができる。このようなマスクの具体例としては、フォトレジスト、窒化層、酸化層、スクリーン印刷又はあらゆる他の適切な膜がある。コンタクトマスク１０６は、当業者に周知のプロセスを用いて、形成することができる。一実施の形態において、コンタクトマスク１０６は、リソグラフィプロセス又は密着焼付けプロセス（contact printing process）を用いて形成することができる。コンタクトマスク１０６の開口１０９は、約２００ミクロン幅の大きな寸法とすることができる。あるいは、開口１０９は、５０ミクロン幅の小さな寸法とすることができる。開口１０９と同じ大きさの選択的エミッタ１０８は、シリコン基板１０１内を貫通して、ドーパントを注入することによって、形成することができる。各選択的エミッタ１０８（工程１０１Ｃ）間の距離、すなわちピッチ１１１（工程１０１Ｃ）は、約１ｍｍ〜３ｍｍとすることができる。
【００２２】
工程１０１Ｃは、選択的エミッタ１０８の高濃度ドーピング領域を注入するために、イオン注入ビームＢを用いることを示す図である。イオン注入ビームＢは、コンタクトマスク１０６によって保護されていない均一層１０４に、選択的エミッタ１０８を注入する。イオン注入ビームＢは、コンタクトマスク１０６が、イオンが基板に侵入することを防ぐことになる全面方式（blanketing fashion）で、シリコン基板１０１全体に照射することができる。あるいは、イオン注入ビームＢは、適切な方向に向けられた成形ビーム（shaped beam）を用いる目標方式（targeted fashion）によって、照射することができる。成形ビームを用いることにより、ドーパントの使用量を削減し、注入プロセスの生産性を向上させることができる。イオン注入ビームＢは、メーカの仕様に基づいて選択されたドーパントを含んでいる。例示的な実施の形態において、選択的エミッタ１０８用のドーパントは、ｎ型ドーパント、例えば燐又はヒ素を含む。あるいは、シリコン基板１０１用にｎ型のプリドーピング材料１０２を用いる実施の形態においては、イオン注入ビームＢは、ｐ型ドーパント、例えばホウ素を含むことができる。選択的エミッタ１０８は、プリドーピング材料１０２内に、表面１０７からある深さ及び距離に注入される。選択的エミッタ１０８の表面１０７からの距離は、イオン注入ビームＢで用いられているエネルギ量Ｅ２に基づいて、決定される。また、距離は、イオン注入ビームＢに選択されたドーパント濃度レベルによって決定される。エネルギ量Ｅ２は、太陽電池素子の所望の仕様によって、決定することができる。他の実施の形態において、工程１０１Ｃは、エネルギレベルを変えるとともに、イオン注入ビームＢのドーパント濃度レベルを変えた多重イオン注入（multiple ion implants）を含んでいる。一実施の形態において、エネルギ量Ｅ２は、調整した原子プロフィールに形成するために、連続して変化させることができる。このようなプロフィール調整は、２００９年６月１１日に出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４７１０９「Formation of Solar Cell Selective Emitter Using Implant and Anneal Method」に詳細に記載されており、この特許出願は、引用することにより、本願に援用される。
【００２３】
アニール工程では、シリコン基板１０１を融解温度に近いが、融解温度よりも十分低い温度に加熱して、イオン注入によって受けたシリコン基板１０１の結晶構造のあらゆる損傷を回復する。また、このようなアニーリングは、ドーパント原子（dopant atoms）の活性化を起こすことになる。このようなアニーリング及び活性化の温度及び時間は、４００〜５００℃とかなり低くすることができ、この温度は、あらゆる複空格子点（di-vacancies、シリコン基板１０１の格子構造の欠損原子）を無くし、ドーパント原子を十分に活性化するのに十分な温度である。アニール工程は、炉アニーリング（furnace annealing）とすることができる。あるいは、炉アニーリングの代わりに、レーザアニーリング又はフラッシュランプアニーリングを用いてもよい。アニール工程は、以下に説明する後続の処理工程に悪影響を与えない。他の実施の形態においては、このアニール工程は省略することができ、以下の最終的なアニール工程（図６）としてもよい。
【００２４】
選択的エミッタ１０８を注入する工程１０１Ｃで、粗面仕上げ処理（surface texturing process）を行うことができる。粗面仕上げにより、優れた光捕獲及び表面形状（surface contour）に対する密着性を提供し、したがって、以下説明するコンタクト形成（contact formation）を改良する。選択的エミッタ１０８は、１０〜４０Ω／□の抵抗率を有することができる。例示的な実施の形態においては、選択的エミッタ１０８の抵抗率は、約２５Ω／□である。
【００２５】
工程１０１Ｄは、完成された選択的エミッタ構造１０５を示す図である。
【００２６】
図２は、本発明の他の実施の形態に基づく注入プロセスを用いて、選択的エミッタ構造２０５（工程２０１Ｃ）を製作する方法を示す図である。上述した図１と同様に、工程２０１Ａにおいて、ドーパント２０２がプリドーピングされたシリコン基板２０１を準備する。シリコン基板２０１は、単結晶シリコン材料、又はポリ、すなわち多結晶シリコン材料のウェーハからなる。例示的な実施の形態においては、シリコン基板２０１は、１５６×１５６ｍｍのウェーハからなる。また、当業者に周知の他の適切な基板を、シリコン基板２０１として用いてもよい。例示的な実施の形態においては、シリコン基板２０１は、ドーパント２０２、すなわちプリドーピングされた材料（以下、プリドーピング材料２０２ともいう。）を含んでいる。プリドーピング材料２０２は、ｐ型ドーパントがプリドーピングされている。プリドーピング材料２０２は、０．５〜１．５Ω／ｃｍの抵抗率と、５Ｅ１６／ｃｍ３の原子濃度とを有することができる。イオン注入装置は、上述したように、均一な低濃度ドーピング領域、すなわち均一層２０４を、高い生産性で形成する。均一層２０４は、高抵抗率領域である。均一層２０４の目的は、光が入射した結果として、電子正孔対を生成することである。動作において、均一層２０４は、電荷キャリアを容易に生成できるように、ドーパントを比較的低いレベル（高抵抗率）にする必要がある。イオン注入ビームＡを用いて、均一層２０４の注入を行う。イオン注入ビームＡにより、全面方式で、プリドーピング材料２０２に均一層２０４を注入する。均一層２０４を注入する際、シリコン基板２０１全体を完全にカバーするために、スポットビーム又は広いプラズマビームのいずれかを用いる。イオン注入装置の生産能力は、毎時ウェーハ約１０００枚以上である。
【００２７】
プリドーピング材料２０２と均一層２０４が交わる場所に、ｐｎ接合２０３が形成される。ｐｎ接合２０３は、シリコン基板２０１の表面２０７から所定の距離に形成することができる。ｐｎ接合２０３の表面２０７からの距離は、イオン注入ビームＡに用いられたエネルギ量Ｅ１に基づいて決定される。エネルギ量Ｅ１は、太陽電池素子の所望の仕様に従って、１〜１５０ｋｅＶとすることができる。均一層２０４は、８０〜１６０Ω／□の抵抗率を有することができる。例示的な実施の形態においては、均一層２０４の抵抗率は、約１００Ω／□である。ここで、アニール工程を実行することができるが、アニール工程については、以下の工程２０１Ｂにおいて詳細に説明する。あるいは、ここでのアニール工程は省略することができ、以下の最終的なアニール工程（図６）としてもよい。
【００２８】
工程２０１Ｂにおいて、選択的エミッタ２０８の注入を容易にするために、ハードマスク２０６を用いる。ハードマスク２０６は、イオン注入装置（図示せず）のインプランナ（implanter、図示せず）に内蔵させることができる。ハードマスク２０６により、シリコン基板２０１の所定の位置に、ドーパントを選択的に配置することができる。ハードマスク２０６は、そのようなマスクを製造できるあらゆる適切な材料とすることができる。ハードマスク２０６の適切な材料は、注入プロセス又はスパッタリングによる太陽電池素子に影響を及ぼさない。ハードマスク２０６の適切な材料は、イオンビーム加熱中に遭遇する高温に耐えることができる。一実施の形態において、ハードマスク２０６は、シリコン又はＳｉＣから構成することができる。なお、当業者には明らかなように、多くの適切な他の材料がある。ハードマスク２０６の厚さを適切にすることによって、ハードマスク２０６の加熱及び冷却中のハードマスク２０６の温度を制御及び管理することができる。ハードマスク２０６の配置及び支持は、ハードマスク２０６用に選択された材料及び厚さによって定まる。ハードマスク２０６は、イオン注入を開始する前に、ウェーハの上方に配置することができる。ハードマスク２０６は、直接シリコン基板２０１の表面２０７に配置することもできる。あるいは、支持体、すなわちスペーサ（図示せず）を用いて、ハードマスク２０６とシリコン基板２１０の表面２０７の間にギャップを設けることができる。他の実施の形態においては、ハードマスク２０６は、表面２０７から離れて配置されたアレー（array）とすることができる。
【００２９】
ハードマスク２０６の開口２０９は、選択的エミッタ２０８を形成できる約２００ミクロン幅の大きな距離とすることができる。あるいは、開口２０９は、選択的エミッタ２０８を形成できるように調整する、あるいは５０ミクロン幅の小さな距離とすることができる。各選択的エミッタ２０８間の距離、すなわちピッチ２１１は、約１ｍｍ〜３ｍｍとすることができる。レジストレーションマーク（registration mark）又は基準マーカ（fiducial markers）を、イオン注入装置を用いて、シリコン基板２０１上にけがく（scribed）ことができる。レジストレーションマークを用いて、ハードマスク２０６をシリコン基板２０１に位置合わせすることができる。選択的エミッタ２０８の注入プロセスに続く工程中に、レジストレーションマークを用いて、位置合わせすることができる。他の実施の形態においては、ウェーハの瞬間中心（virtual center）は、光学的に定義され、それによって、ハードマスク２０６とウェーハは安定して位置合わせされ、多くのウェーハ上に再現性があるパターンを形成することができる。
【００３０】
さらに、工程２０１Ｂに、高濃度ドーピング領域、すなわち選択的エミッタ２０８を注入するイオン注入ビームＣを示している。イオン注入ビームＣは、ハードマスク２０６によって保護されていない均一層２０４に、選択的エミッタ２０８を注入する。イオン注入ビームＣは、全面方式（blanketing fashion）で、ハードマスク２０６を含むシリコン基板２０１全体に照射することができる。あるいは、イオン注入ビームＣは、成形ビームを用いる目標方式によって、照射することができる。成形ビームを用いることにより、ドーパント使用量を削減し、注入プロセスの生産性を向上させることができる。例示的な実施の形態においては、イオン注入ビームＣは、広い成形イオンビーム（broad shaped ion beam）とすることができる。他の実施の形態においては、イオン注入ビームＣは、可動スポットイオンビーム（moving spot ion beam）とすることができる。広い成形イオンビーム及び可動スポットイオンビームを用いることにより、５０ミクロンの幅に近づいている選択的エミッタ２０８を容易に形成することができる。
【００３１】
イオン注入ビームＣは、メーカの仕様に基づいて選択されたドーパントを含んでいる。例示的な実施の形態において、選択的エミッタ２０８用のドーパントは、ｎ型ドーパント、例えば燐又はヒ素を含む。あるいは、シリコン基板２０１用にｎ型プリドーピング材料２０２を用いる実施の形態においては、イオン注入ビームＣは、ｐ型ドーパントを含むことができる。選択的エミッタ２０８は、プリドーピング材料２０２内に、表面２０７からある深さ及び距離に注入される。選択的エミッタ２０８の表面２０７からの距離は、イオン注入ビームＣで用いられているエネルギ量Ｅ２に基づいて、決定される。また、距離は、イオン注入ビームＣに選択されたドーパント濃度レベルによって決定される。エネルギ量Ｅ２は、太陽電池素子の所望の仕様によって、決定することができる。他の実施の形態において、工程２０１Ｂは、エネルギレベルを変えるとともに、イオン注入ビームＣのドーパント濃度レベルを変えた多重イオン注入を含んでいる。一実施の形態において、エネルギ量Ｅ２は、調整された原子プロフィールを形成するために、連続して変化させることができる。このようなプロフィール調整は、２００９年６月１１日に出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４７１０９「Formation of Solar Cell Selective Emitter Using Implant and Anneal Method」に詳細に記載されており、この特許出願は、引用することにより、本願に援用される。
【００３２】
アニール工程では、シリコン基板２０１を融解温度に近いが、融解温度よりも十分低い温度に加熱して、イオン注入によって受けたシリコン基板２０１の結晶構造のあらゆる損傷を回復する。また、このようなアニーリングは、ドーパント原子の活性化を起こすことになる。このようなアニーリング及び活性化の温度及び時間は、４００〜５００℃とかなり低くすることができ、この温度は、あらゆる複空格子点（シリコン基板２０１の格子構造の欠損原子）を無くし、ドーパント原子を十分に活性化するのに十分な温度である。アニール工程は、炉アニーリングとすることができる。あるいは、炉アニーリングの代わりに、レーザアニーリング又はフラッシュランプアニーリングを用いてもよい。アニール工程は、以下に説明する後続の処理工程に悪影響を与えない。他の実施の形態においては、このアニール工程は省略することができ、以下の最終的なアニール工程（図６）としてもよい。
【００３３】
選択的エミッタ２０８を注入する工程２０１Ｂで、粗面仕上げ処理を行うことができる。粗面仕上げにより、優れた光捕獲及び表面形状に対する密着性を提供し、したがって、以下説明するコンタクト形成を改良する。選択的エミッタ２０８は、１０〜４０Ω／□の抵抗率を有することができる。例示的な実施の形態においては、選択的エミッタ２０８の抵抗率は、約２５Ω／□である。
【００３４】
工程２０１Ｃは、完成された選択的エミッタ構造２０５を示す図である。
【００３５】
図３は、本発明の更に他の実施の形態に基づく注入プロセスを用いて、選択的エミッタ構造３０５（工程３０１Ｃ）を製作する方法を示す図である。選択的エミッタ構造３０５は、図２において説明した選択的エミッタ構造２０５と同じである。工程３０１Ａにおいて、ドーパント３０２がプリドーピングされたシリコン基板３０１を準備する。シリコン基板３０１は、単結晶シリコン材料、又はポリ、すなわち多結晶シリコン材料のウェーハからなる。例示的な実施の形態においては、シリコン基板３０１は、１５６×１５６ｍｍのウェーハからなる。また、当業者に周知の他の適切な基板を、シリコン基板３０１として用いてもよい。例示的な実施の形態においては、シリコン基板３０１は、ドーパント３０２、すなわちプリドーピングされた材料（以下、プリドーピング材料３０２ともいう。）を含んでいる。プリドーピング材料３０２は、ｐ型ドーパントがプリドーピングされている。プリドーピング材料３０２は、０．５〜１．５Ω／ｃｍの抵抗率と、５Ｅ１６／ｃｍ３の原子濃度とを有することができる。イオン注入装置は、上述したように、均一な低濃度ドーピング領域、すなわち均一層３０４を、高い生産性で形成する。均一層３０４は、高抵抗率領域である。均一層３０４の目的は、光が入射した結果として、電子正孔対を生成することである。動作において、均一層３０４は、電荷キャリアを容易に生成できるように、ドーパントを比較的低いレベル（高抵抗率）にする必要がある。イオン注入ビームＡを用いて、均一層３０４の注入を行う。イオン注入ビームＡにより、全面方式で、プリドーピング材料３０２に均一層３０４を注入する。均一層３０４を注入する際、シリコン基板３０１全体を完全にカバーするために、スポットビーム又は広いプラズマビームのいずれかを用いる。イオン注入装置の生産能力は、毎時ウェーハ約１０００枚以上である。
【００３６】
プリドーピング材料３０２と均一層３０４が交わる場所に、ｐｎ接合３０３が形成される。ｐｎ接合３０３は、シリコン基板３０１の表面３０７から所定の距離に形成することができる。ｐｎ接合３０３の表面３０７からの距離は、イオン注入ビームＡに用いられたエネルギ量Ｅ１に基づいて決定される。エネルギ量Ｅ１は、太陽電池素子の所望の仕様に従って、１〜１５０ｋｅＶとすることができる。均一層３０４は、８０〜１６０Ω／□の抵抗率を有することができる。例示的な実施の形態においては、均一層３０４の抵抗率は、約１００Ω／□である。ここで、アニール工程を実行することができるが、アニール工程については、以下の工程３０１Ｂにおいて詳細に説明する。あるいは、ここでのアニール工程は省略することができ、以下の最終的なアニール工程（図６）としてもよい。
【００３７】
工程３０１Ｂにおいて、選択的エミッタ３０８の注入を容易にするために、イオン注入ビームＤを用いる。レジストレーションマーク又は基準のマーカを、イオン注入装置を用いて、シリコン基板３０１上にけがくことができる。以下に示す工程３０１Ｂにおける選択的エミッタ３０８の注入プロセス中に、レジストレーションマークを用いて、位置合わせすることができる。
【００３８】
さらに、工程３０１Ｂに、高濃度ドーピング領域、すなわち選択的エミッタ３０８を注入するイオン注入ビームＤを示している。イオン注入ビームＤは、磁気的手段、静電的手段又はこれらの手段の組合せを用いて、イオン注入ビームＤを成形することによる目標方式で、照射することができる。イオン注入ビームＤは、選択的エミッタ３０８の幅３０９に一致した所定のサイズに成形することができる。イオン注入ビームＤは、シリコン基板３０１の長さ及び幅に一致した一方又は両方の方向に狭くすることができる。イオン注入ビームＤは、一方の方向に狭くして、シリコン基板３０１の長さ全体に走査することができる。あるいは、イオン注入ビームＤは、シリコン基板３０１の幅に沿って広げる、あるいは高速に走査することができる。他の実施の形態においては、イオン注入ビームＤは、選択的エミッタ３０８の注入中に、トップハット成形ビーム（top hat shaped beam）に成形することができる。成形ビームを用いることにより、ドーパント使用量を削減し、注入プロセスの生産性を向上させることができる。例示的な実施の形態において、イオン注入ビームＤは、広い成形イオンビームとすることができる。例示的な実施の形態において、イオン注入ビームＤは、あらゆるマスキングを用いない成形ビーム又は走査ビーム（scanning beam）とすることができ、高濃度及び低濃度のドーパント領域を、ビームを操作し、ウェーハの位置を操作することによって、あるいはビームをパルスにすることによって生成することができる。あらゆるマスキングを必要としない成形ビーム又は走査ビームを用いることにより、イオン注入ビームＤを重ね合わせ、重なり部分を広げることができる。
【００３９】
イオン注入ビームＤは、均一層３０４におけるシリコン基板３０１の表面３０７の所定の位置に選択的エミッタ３０８を注入する。イオン注入ビームＤは、約２００ミクロン幅の大きな選択的エミッタ３０８を形成するように、成形することができる。あるいは、イオン注入ビームＤは、５０ミクロン幅の小さな選択的エミッタ３０８を形成するように、成形することができる。各選択的エミッタ３０８間の距離、すなわちピッチ３１１は、約１ｍｍ〜３ｍｍとすることができる。
【００４０】
イオン注入ビームＤは、メーカの仕様に基づいて選択されたドーパントを含んでいる。例示的な実施の形態において、選択的エミッタ３０８用のドーパントは、ｎ型ドーパント、例えば燐又はヒ素を含む。あるいは、シリコン基板３０１用にｎ型プリドーピング材料３０２を用いる実施の形態においては、イオン注入ビームＤは、ｐ型ドーパント、例えばホウ素を含むことができる。選択的エミッタ３０８は、プリドーピング材料３０２内に、表面３０７からある深さ及び距離に注入される。選択的エミッタ３０８の表面３０７からの距離は、イオン注入ビームＤで用いられているエネルギ量Ｅ２に基づいて、決定される。また、距離は、イオン注入ビームＤに選択されたドーパント濃度レベルによって決定される。エネルギ量Ｅ２は、太陽電池素子の所望の仕様によって、決定することができる。他の実施の形態において、工程３０１Ｂは、エネルギレベルを変えるとともに、イオン注入ビームＤのドーパント濃度レベルを変えた多重イオン注入を含んでいる。一実施の形態において、エネルギ量Ｅ２は、調整された原子プロフィールを形成するために、連続して変化させることができる。このようなプロフィール調整は、２００９年６月１１日に出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４７１０９「Formation of Solar Cell Selective Emitter Using Implant and Anneal Method」に詳細に記載されており、この特許出願は、引用することにより、本願に援用される。
【００４１】
アニール工程では、シリコン基板３０１を融解温度に近いが、融解温度より十分低い温度に加熱して、イオン注入によって受けたシリコン基板３０１の結晶構造のあらゆる損傷を回復する。また、このようなアニーリングは、ドーパント原子の活性化を起こすことになる。このようなアニーリング及び活性化の温度及び時間は、４００〜５００℃とかなり低くすることができ、この温度は、あらゆる複空格子点（シリコン基板３０１の格子構造の欠損原子）を無くし、ドーパント原子を十分に活性化するのに十分な温度である。アニール工程は、炉アニーリングとすることができる。あるいは、炉アニーリングの代わりに、レーザアニーリング又はフラッシュランプアニーリングを用いてもよい。アニール工程は、以下に説明する後続の処理工程に悪影響を与えない。他の実施の形態においては、このアニール工程は省略することができ、以下の最終的なアニール工程（図６）としてもよい。
【００４２】
選択的エミッタ３０８を注入する工程３０１Ｂで、粗面仕上げ処理を行うことができる。粗面仕上げにより、優れた光捕獲及び表面形状に対する密着性を提供し、したがって、以下説明するコンタクト形成を改良する。選択的エミッタ３０８は、１０〜４０Ω／□の抵抗率を有することができる。例示的な実施の形態においては、選択的エミッタ３０８の抵抗率は、約２５Ω／□である。
【００４３】
工程３０１Ｃは、完成された選択的エミッタ構造３０５を示す図である。工程３０１Ｄは、完成された選択的エミッタ構造３０５Ａの他の実施の形態を示す図である。選択的エミッタ構造３０５Ａが選択的エミッタ３０８Ａを含むこと以外は、選択的エミッタ構造３０５Ａは、完成された選択的エミッタ構造３０５と同じである。
【００４４】
図４は、本発明の実施の形態に基づいて、遷移層（transition layer）、すなわちシード層（seed layer）３１２の形成を示す図である。コンタクトマスク３１０を、上述した図１と同様に、選択的エミッタ構造３０５上に形成する。コンタクトマスク３１０は、選択的エミッタ構造３０５の表面に形成される。コンタクトマスク３１０は、当業者に周知のあらゆる適切なマスクとすることができる。このようなマスクの具体例としては、反射防止カバー（anti-reflective coverings）、窒化層、酸化層、スクリーン印刷又はあらゆる他の適切な膜がある。コンタクトマスク３１０は、当業者に周知のプロセスを用いて、形成することができる。一実施の形態において、コンタクトマスク３１０は、リソグラフィプロセス又は密着焼付けプロセスを用いて形成することができる。また、ハードマスク２０６（図２）と同じ物理的マスクを採用することもできる。
【００４５】
イオン注入ビームΕを用いて、選択的エミッタ３０８上にシード層３１２を注入する。イオン注入ビームΕは、金属の比較的高い照射量（dose）を含むことができる。イオン注入ビームΕの配置は、上述の説明と同様にすることができる。イオン注入ビームΕは、上述の説明と同様に、成形イオンビームとすることができる。シード層３１２は、シリサイド層（silicide layer）とすることができる。シード層３１２は、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ又はＣｕのような様々な金属が注入された層とすることができる。例示的な実施の形態において、シード層３１２は、異なる材料の１つ以上の層を含むことができる。シード層３１２は、コンタクト３１４（図５）と選択的エミッタ３０８間の金属／半導体接合面（metal/semiconductor interface）の仕事関数を変える。例示的な実施の形態において、シード層３１２の仕事関数は、選択的エミッタ３０８の仕事関数とコンタクト３１４（図５）の仕事関数の中間である。このように仕事関数、すなわちバンドギャップを設計することにより、コンタクト３１４の金属／半導体接合面を向上させることができ、太陽電池６００（図６）全体の性能を向上させることができる。例示的な実施の形態において、シード層３１２は、選択的エミッタ３０８の幅よりも僅かに狭い幅を有するように、注入される。シード層３１２の幅を僅かに狭くすることにより、コンタクトリーク（contact leakage）を少なくすることができ、ショットキーダイオードを形成することができる。金属／半導体コンタクト（Metal-to-semiconductor contacts）は、全ての光起電力素子において存在するので、非常に重要である。金属／半導体コンタクトは、ショットキー接合（Schottky barrier）として、あるいは金属／半導体接合面の特性に依存したオーミックコンタクト（ohmic contact）として機能することができる。金属／半導体接合面を制御及び管理することは、太陽電池６００（図６）の性能を向上させるのに、非常に効果的である。
【００４６】
図５は、本発明の実施の形態に基づいて、コンタクト層、すなわちコンタクト３１４の形成を示す図である。コンタクト３１４は、適切な金属材料を用いて形成される。コンタクト３１４は、あらゆる周知の金属溶着技術（metal deposition technique）、スクリーン印刷技術又はメッキ技術を用いて、形成することができる。
【００４７】
アニール工程では、シリコン基板３０１を融解温度に近いが、融解温度よりも十分に低い温度で加熱し、イオン注入及びコンタクト形成によって受けたシリコン基板３０１の結晶構造のあらゆる損害を回復する。また、このようなアニーリングは、ドーパント原子の活性化を起こすことになる。このようなアニーリング及び活性化の温度及び時間は、４００〜５００℃とかなり低くすることができ、この温度は、あらゆる複空格子点（シリコン基板３０１の格子構造の欠損原子）を無くし、ドーパント原子を十分に活性化するのに十分な温度である。アニール工程は、炉アニーリングとすることができる。あるいは、炉アニーリングの代わりに、レーザアニーリング又はフラッシュランプアニーリングを用いてもよい。アニール工程は、以下に説明する後続の処理工程に悪影響を与えない。他の実施の形態においては、このアニール工程は省略することができ、以下の最終的なアニール工程（図６）としてもよい。
【００４８】
図６は、本発明の実施の形態に基づく太陽電池６００の構造を示す断面図である。コンタクトマスク３１０（図５）は、例えば化学的ストリッピング（chemical stripping）によって除去し、あるいはアッシング（ashing）除去することができる。例示的な実施の形態においては、ＮａＯＨ（＜３重量％）又はＫＯＨ（＜３重量％）の溶液を、５５℃で、２、３秒のドウェル時間（dwell time）、２．４バールの圧力でスプレーすることによって、コンタクトマスク３１０を剥離する。当業者には明らかなように、コンタクトマスク３１０を剥離するためには、他の適切な溶液を用いてもよい。反射防止コーティング（anti-reflective coating）、すなわちＡＲＣ膜３１８を、シリコン基板３０１の露出した表面３０７上に形成することができる。また、ＡＲＣ膜３１８は、均一層３０４のパッシベーションとして用いることができる。また、ＡＲＣ膜３１８は、太陽電池６００内に入射した光をより多く捕捉するための反射防止膜としても機能する。したがって、ＡＲＣ膜３１８によって、太陽電池６００の効率を向上させることができる。二重積層有機膜（dual layered organic film）、例えばデュポンＭＭ５００（商標）、シェルＳＵ８（商標）又は他の材料の膜を用いた簡単なローラ装置によって、表面３０７をラミネート加工することができる。ＡＲＣ膜３１８の密着性及び導電性（continuity）は、このラミネート加工過程（lamination stage）では重要である。ラミネート加工過程は、約５０〜１００℃の低温で行われる。例示的な実施の形態において、ローラ装置のローラは、シリコン基板３０１が、好ましくは、約５０℃以上に達しないことを保証するために、予熱されて、１〜２ｍｍ／分の速度で動かされる。
【００４９】
他の実施の形態において、ＡＲＣ膜３１８は、上述の説明と同様に、イオン注入ビームを用いて形成することができる。ＡＲＣ膜３１８は、均一層３０４よりも上のシリコン基板３０１の表面３０７上に形成することができる。他の実施の形態においては、ＡＲＣ膜３１８は、図３の工程３０１Ａの均一層３０４を形成する前に、形成することができる。ＡＲＣ膜３１８の品質は、均一層３０４の低濃度のドーピングによって、悪影響を受けない。例えば上述したアニーリングと同様の最終的なアニール工程を、実行することができる。例示的な実施の形態において、上述した各注入の後の複数のアニール工程の代わりに、最終的なアニール工程だけを実行する。
【００５０】
太陽電池６００のグリッド線、すなわちコンタクト３１４の谷間の光変換効率は、高い。また、太陽電池６００は、コンタクト３１４の下に、導電性が高い選択的エミッタ３０８を備え、したがって、ここに説明した選択的エミッタ３０８が無い太陽電池に比して、効率を１〜２絶対％（in the order of 1 to 2 absolute percentage points）のオーダで高める。
【００５１】
図７は、本発明の他の実施の形態に基づく太陽電池７００の構造を示す断面図である。太陽電池７００は、プリドーピング材料７０２と、均一層７０４とを備える。太陽電池７００は、上述した選択的エミッタ構造３０５Ａ（図３）と同様の選択的エミッタ構造７０５を備える。選択的エミッタ構造７０５は、選択的エミッタ７０８を含んでいる。コンタクト７１４は、適切な金属材料を用いたイオン注入によって、形成される。コンタクト７１４は、イオンビームエピタキシ（ion beam epitaxy）技術、あるいは上述したあらゆる周知の金属溶着技術を用いて、形成することができる。他の実施の形態において、太陽電池７００は、均一層７０４の露出面７０７上に形成される反射防止コーティング、すなわちＡＲＣ膜（図示せず）を備えることができる。したがって、電荷キャリアは、太陽電池７００のコンタクト７１４に効果的に供給される。
【００５２】
図７Ａは、本発明の更に他の実施の形態に基づく太陽電池７００Ａの構造を示す断面図である。選択的エミッタ７０８Ａは、図７Ａに示すコンタクト７１４よりもかなり広くすることができる。選択的エミッタ７０８Ａにより、コンタクト７１４から太陽電池７００Ａの他の領域に漏れる電流（electrical leakage）の可能性を軽減する。選択的エミッタ７０８Ａの幅は、上述したイオン注入ビームＤ（図３）の大きさを調整することによって、拡大することができる。さらに、選択的エミッタ７０８Ａの幅は、図１に示すコンタクトマスク１０６の寸法、あるいは図２に示すハードマスク２０６の寸法を調整することによって、拡大することができる。
【００５３】
図８は、図１〜図７Ａで説明した発明の実施の形態に基づいて、太陽電池６００を形成する太陽電池形成素子方法を示す処理フローチャート８００である。この太陽電池形成素子方法は、工程８１０で開始する。工程８１０において、ドーパント１０２によってプリドーピングされたシリコン基板１０１を準備する。例示的な実施の形態において、ドーパント１０２は、ｐ型ドーパントである。工程８２０において、イオン注入装置を用いて、均一層１０４を形成する。均一層１０４は、高抵抗率領域である。イオン注入ビームＡを用いて、均一層１０４を注入する。イオン注入ビームＡにより、全面方式で、プリドーピング材料１０２に均一層１０４を注入する。均一層１０４を注入する際には、シリコン基板１０１全体を完全にカバーするために、スポットビーム又は広いプラズマビームを用いる。イオン注入装置の生産能力は、毎時ウェーハ約１０００枚以上である。均一層１０４は、８０〜１６０Ω／□の抵抗率を有することができる。例示的な実施の形態においては、均一層１０４の抵抗率は、約１００Ω／□である。アニール工程を実行することができる。あるいは、アニール工程を省略することもできる。
【００５４】
工程８３０において、高濃度ドーピング領域、選択的エミッタ１０８（図１）を、低濃度にドーピングされた均一層１０４内に注入する。選択的エミッタ１０８は、シリコン基板１０１の所定の位置に注入される。例示的な実施の形態において、イオン注入ビームＡを全面方式で用いた選択的エミッタ１０８の注入を容易にするために、コンタクトマスク１０６を用いる。他の実施の形態においては、選択的エミッタ２０８（図２）は、ハードマスク２０６及び成形されたイオン注入ビームＣを用いて、注入される。更に他の実施の形態においては、選択的エミッタ３０８（図３）は、成形されたイオン注入ビームＤを目標方式で用いて、注入される。選択的エミッタ３０８の注入プロセス中に、レジストレーションマークを用いて、成形されたイオン注入ビームＤの位置合せを行うことができる。注入された選択的エミッタ３０８の幅は、約２００ミクロンとすることができる。あるいは、選択的エミッタ３０８の幅は、約５０ミクロンに形成することができる。各選択的エミッタ３０８間の距離、すなわちピッチ３１１は、約１ｍｍ〜３ｍｍとすることができる。選択的エミッタ３０８は、１０〜４０Ω／□の抵抗率を有することができる。例示的な実施の形態においては、選択的エミッタ３０８の抵抗率は、約２５Ω／□である。アニール工程を実行することができる。あるいは、アニール工程を省略することができる。
【００５５】
工程８４０において、シード層３１２（図４）を、本発明の実施の形態に基づいて、形成する。コンタクトマスク３１０は、選択的エミッタ構造３０５の表面に形成する。一実施の形態において、コンタクトマスク３１０は、リソグラフィプロセス又は密着焼付けプロセスを用いて形成することができる。イオン注入ビームＥを用いて、選択的エミッタ３０８上にシード層３１２を注入する。イオン注入ビームＥは、金属の比較的高い照射量を含むことができる。イオン注入ビームＥは、上述した説明と同様に、成形イオンビームとすることができる。シード層３１２は、シリサイド層とすることができる。シード層３１２は、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ又はＣｕのような様々な金属が注入された層とすることができる。例示的な実施の形態において、シード層３１２は、選択的エミッタ３０８の幅よりも僅かに狭い幅を有するように、注入される。シード層３１２の幅を僅かに狭くすることにより、コンタクトリークを少なくすることができ、ショットキーダイオードを形成することができる。
【００５６】
工程８５０において、コンタクト３１４（図５）を、本発明の実施の形態に基づいて、形成する。コンタクト３１４は、適切な金属材料を用いたイオン注入で、形成される。コンタクト３１４は、上述したように、イオンビーム注入で形成することができる。コンタクト３１４は、プラズマドーピングと同程度のドーパント濃度（dopant concentration）、すなわちドーパント率（dopant rate）で形成することができる。あるいは、ビームライン注入装置（beamline implantation system）を用いて、コンタクト３１４を形成することができる。更に他の実施の形態においては、コンタクト３１４は、高線量率装置（high dose rate system）、例えば分子線エピタキシ装置、分子線注入装置又はプラズマイオン注入装置を用いて、形成することができる。コンタクト３１４の注入の後、コンタクト３１４の仕事関数と同程度、すなわち一致した高注入濃度（much higher implantation concentration）の更なる注入工程を用いて、更にコンタクト３１４を形成することができる。あるいは、コンタクト３１４に対し、続けて蒸着工程を適用してもよい。更に他の実施の形態においては、コンタクト３１４を更に形成するために、続けてインクジェットスプレー工程（ink jet spray step）を用いてもよい。
【００５７】
アニール工程では、シリコン基板３０１を融解温度に近いが、融解温度より十分低い温度に加熱して、イオン注入及びコンタクト形成によって受けたシリコン基板３０１の結晶構造のあらゆる損傷を回復する。また、このようなアニーリングは、ドーパント原子の活性化を起こすことになる。このようなアニーリング及び活性化の温度及び時間は、４００〜５００℃とかなり低くすることができ、この温度は、あらゆる複空格子点（シリコン基板３０１の格子構造の欠損原子）を無くし、ドーパント原子を十分に活性化するのに十分な温度である。アニール工程は、炉アニーリングとすることができる。あるいは、炉アニーリングの代わりに、レーザアニーリング又はフラッシュランプアニールを用いてもよい。アニール工程は、以下に説明する後続の処理工程に悪影響を与えない。例示的な実施の形態においては、上述した各注入の後の複数のアニール工程の代わりに、最終的なアニール工程だけを実行してもよい。
【００５８】
フローチャート８００に基づいて、太陽電池６００（図６）が完成される。太陽電池６００は、シリコン基板３０１の露出した表面３０７上に形成された反射防止コーティング、すなわちＡＲＣ膜３１８を備える。ＡＲＣ膜３１８は、均一層３０４のパッシベーションとして用いることができる。また、ＡＲＣ膜３１８は太陽電池６００内に入射した光をより多く捕捉するための反射防止膜としても機能する。したがって、ＡＲＣ膜３１８によって、太陽電池６００の効率を向上させることができる。太陽電池６００のグリッド線、すなわちコンタクト３１４の谷間の光変換効率は、非常に高い。また、太陽電池６００は、コンタクト３１４の下に、非常に導電性が高い選択的エミッタ３０８を備え、したがって、ここに説明した選択的エミッタ３０８が無い太陽電池に比して、効率を絶対１〜２％のオーダで高める。フローチャート８００に示す処理は、工程８６０で終了する。
【００５９】
本発明を数多くの特定の詳細に関して説明したが、当業者には明らかなように、本発明は、発明の精神を逸脱しない範囲で、他の様々な形態で実施することができる。したがって、当業者には明らかなように、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって、定義される。
【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７Ａ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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