(57)【要約】【課題】接触印刷方法に関連した問題を回避しドープ領域を低コストに形成可能な方法等を提供することである。【解決手段】半導体基板１０１上にデバイスを作製する方法は、半導体基板１０１の表面１０２上に第一のドーパント型の第一のドーパントを含んだ第一のドーパント含有材料を押し出して、第一のドーパント含有材料で半導体基板１０１の第一の表面領域１０２−１〜１０２−４上に第一の押出構造１２０−１〜１２０−４を形成するステップと、半導体基板１０１を加熱して第一のドーパントを第一の表面領域１０２−１〜１０２−４から半導体基板１０１内に拡散し、これにより半導体基板１０１の第一のドープ領域１０１−１〜１０１−４を形成するステップと、を含む。【選択図】図１
2008147660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にデバイスを作製する方法であって、
前記半導体基板の表面上に第一のドーパント型の第一のドーパントを含んだ第一のドーパント含有材料を押し出して、前記第一のドーパント含有材料で前記半導体基板の第一の表面領域上に第一の押出構造を形成するステップと、
前記半導体基板を加熱して前記第一のドーパントを前記第一の表面領域から前記半導体基板内に拡散し、これにより前記半導体基板の第一のドープ領域を形成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
ウェハベースの半導体デバイスを基板上に作製するシステムであって、
第一のドーパント型の第一のドーパントを含んだ第一のドーパント含有材料と第二のドーパント型の第二のドーパントを含んだ第二のドーパント含有材料とを半導体基板の表面上に押し出して、前記第一のドーパント含有材料で前記半導体基板の第一の表面領域上に第一の押出構造を形成し、前記第二のドーパント含有材料で前記半導体基板上の第二の表面領域上であって第三の表面領域によって前記第一の表面領域と分離された第二の表面領域上に第二の押出構造を形成する手段と、
前記半導体基板を加熱する手段であって、前記第一のドーパントを前記第一の表面領域から前記半導体基板内に拡散して第一のドープ領域を形成し、前記第二のドーパントを前記第二の表面領域から前記半導体基板内に拡散して第二のドープ領域を形成する手段と、
を備えることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体基板上にデバイスを作製する方法およびウェハベースの半導体デバイスを基板上に作製するシステムに係り、たとえばドーパントを含有する押出材料を使った太陽電池の作製に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な最近の太陽電池は大面積の単層ｐｎ接合ダイオードを含んでおり、該ダイオードにより太陽光から電気的エネルギーが生成される。これらのセルは典型的には、ドープされて１つ以上のｎ型ドープ領域と１つ以上のｐ型ドープ領域とを含むシリコンウェハを用いて形成される。そのような太陽電池（シリコンウェハベースの太陽電池としても知られている）は現在のところ、太陽電池の商業上の生産において有力な技術である。
【０００３】
望ましい太陽電池のジオメトリー（一般にＩＢＣ（interdigitated  back  contact）セルと呼ばれる）は、シリコン等の半導体ウェハと、ｐ型ドーピングとｎ型ドーピングとの交互のライン（交互に配置されたストライプ）とで構成される。このセル構造は、ｐ型領域およびｎ型領域への電気的コンタクトの全てをウェハの片側に形成できるという利点がある。複数のウェハが一緒にモジュールに接続される場合、配線を全て片側から行うことができる。
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／１５１０１４号明細書
【特許文献２】米国特許第６，６２３，５７９号明細書
【特許文献３】米国特許第６，５２７，９６４号明細書
【特許文献４】米国特許第６，４７９，３９５号明細書
【非特許文献１】ジャラル・サラミ（Jalal  Salami）、「低コスト高効率シリコン太陽電池のためのペースト開発（”Paste  Development  for  Low  Cost  High  Efficiency  Silicon  Solar  Cells”）」、USA  16th  Workshop  on  Crystalline  Silicon  Solar  Cells  &  Modules：Materials  and  Processes
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＩＢＣ太陽電池においてドープ領域を交互に形成する方法として、異なるドーパント型のドーパント含有ペーストをウェハ上に配置し、このウェハを適切な温度プロファイルで熱処理してドーパントをドライブインする方法が考えられる。太陽電池のドープ領域のドーピングおよびパターニングは一般に、バリアデポジション（barrier  deposition）、バリアパターニング（barrier  patterning）、レーザ加工、ダメージ除去、および気相炉拡散を含む、コストのかかる処理ステップによって行われる。スクリーン印刷技術を用いれば、望ましい交互配置のドープ領域を生成可能である。しかし、スクリーン印刷については、２つのドーパント含有材料を書くためには２つの個別の印刷動作が必要になるし、２回の印刷は非常に正確な位置合わせが必要になるという点で、明らかに不都合である。さらに、スクリーン印刷ではウェハとの接触が必要なので、ウェハのダメージ（破損）のリスクが増し、このため全体の製造コストが増大してしまう。また、最初のスクリーン印刷層が乾燥してからでないと、次のスクリーン印刷ステップを実行できない。
【０００６】
一般に、太陽電池の構造では電池セルウェハの裏面を大面積金属パッド（例えばアルミニウムで形成される）として利用してデバイスのｐ型側へのコンタクトを形成する。金属蒸着工程では、アルミニウムはシリコンと反応してｐ＋ドープ層を形成する。ウェハ裏面はボロンもドープされてｐ＋層が形成される場合もある。この層の役割は、裏面金属での光電流の再結合を低減する、いわゆるバック・サーフェイス・フィールド（back  surface  field）を形成することである。大面積の金属層は一般にスクリーン印刷またはパッド印刷で形成されるが、いずれの方法も接触印刷方法であり、このためウェハの破損のリスクは高くなる。
【０００７】
接触印刷方法に関連した問題を回避し太陽電池基板等のドープ領域を低コストに形成可能な方法およびシステムが必要とされている。特に、ＩＢＣ太陽電池の生産においてｐ型およびｎ型ドープ領域を自己整合的に形成するための方法であってより簡便で、より信頼性の高い方法が必要とされている。
【０００８】
本発明の目的は、接触印刷方法に関連した問題を回避しドープ領域を低コストに形成可能な方法およびシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る、半導体基板上にデバイスを作製する方法は、前記半導体基板の表面上に第一のドーパント型の第一のドーパントを含んだ第一のドーパント含有材料を押し出して、前記第一のドーパント含有材料で前記半導体基板の第一の表面領域上に第一の押出構造を形成するステップと、前記半導体基板を加熱して前記第一のドーパントを前記第一の表面領域から前記半導体基板内に拡散し、これにより前記半導体基板の第一のドープ領域を形成するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る、ウェハベースの半導体デバイスを基板上に作製するシステムは、第一のドーパント型の第一のドーパントを含んだ第一のドーパント含有材料と第二のドーパント型の第二のドーパントを含んだ第二のドーパント含有材料とを半導体基板の表面上に押し出して、前記第一のドーパント含有材料で前記半導体基板の第一の表面領域上に第一の押出構造を形成し、前記第二のドーパント含有材料で前記半導体基板上の第二の表面領域上であって第三の表面領域によって前記第一の表面領域と分離された第二の表面領域上に第二の押出構造を形成する手段と、前記半導体基板を加熱する手段であって、前記第一のドーパントを前記第一の表面領域から前記半導体基板内に拡散して第一のドープ領域を形成し、前記第二のドーパントを前記第二の表面領域から前記半導体基板内に拡散して第二のドープ領域を形成する手段と、を備えることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、大型（大面積）半導体デバイスの製造における改良に関する。以下の説明は、本明細書において特定用途とその要求事項に関して提案される本発明を、当業者が実施し、利用することができるようにするためのものである。本明細書において、「上側」、「上方」、「下側」、「下方」、「前方」、「後方」等、方向を表す用語は、説明のために相対的な位置を示そうとしたものであり、絶対的な基準系を指示するものではない。さらに、「一体的に接続される」や「一体的に成型される（integrally  molded）」という語句は、本明細書において、単体としての成型または機械加工された構造の２つの部分の接続関係を説明するものであり、たとえば接着剤、ファスナ、クリップまたは可動ジョイント等で別々の２つのものを繋げた構造を表す用語である「接続される」や「連結される」（「一体的に」という修飾語を伴わない）とは区別される。好ましい実施例への各種の変更は当業者にとって自明であり、本明細書で明らかにされる一般的原理は他の実施例にも応用できる。したがって、本発明は本明細書において図示され、説明される特定の実施例に限定されるものではなく、本明細書で開示される原理と新規な特徴に合致する最も広い範囲を有するものとする。
【００１２】
図１は、本発明の一般化された実施例に関して、半導体基板１０１上に集積回路（たとえば、太陽電池）を製造するためのウェハ処理装置１００を簡略に示す斜視図である。ウェハ処理装置１００は一般に、第一の期間（Ｔ１）中に基板１０１上に押出構造１２０−１〜１２０−４を形成するための押出装置１１０Ａと、第二の期間（Ｔ２）中に、ドーパントが押出構造１２０−１〜１２０−４から基板１０１の中に拡散してドープ領域１０１−１〜１０１−４をそれぞれ形成するように、基板１０１を加熱するための熱処理（加熱）装置１４０とを備える。基板１０１に対するその後の工程については後に説明する。
【００１３】
押出装置１１０Ａは、ドーパントインク１１２を収容するタンク（ドーパントインクソース）１１１に動作的に連結された押出ヘッド（ダイ）１３０を備える。押出は、さまざまな用途において利用されているが、大型半導体デバイスの製造、特に半導体基板へのドープ領域形成には使用されていないと思われる。押出は、一定した断面形状を有する比較的長く、幅の狭い物体を作るのに一般的に使用される定着した製造工程である。従来からの押出工程を同様に利用することにより、ドーパントインク１１２が周知の技術（たとえば、適当なポンプまたはオーガ（auger））を使って、押出ヘッド１３０に形成された排出用開口部（outlet  orifices）１３５−１〜１３５−４から押し出され、および／または引き出され、これにより複数のドーパントインク滴１１２−１〜１１２−４が生成される。排出用開口部１３５−１〜１３５−４は、インク滴１１２−１〜１１２−４の断面が所望の形状となるように選択された形状（たとえば、長方形）に形成される。押出工程中、適当な機構（図示せず）を使うことにより、基板１０１を排出用開口部１３５−１〜１３５−４に対して相対的に移動させて、インク滴１１２−１〜１１２−４を表面領域１０２−１〜１０２−４にそれぞれ堆積させ、これによって基板１０１上に押出構造１２０−１〜１２０−４を形成する。一実施例において、押出構造１２０−１〜１２０−４は表面１０２の開放（被覆されていない）領域によって分離される。たとえば、押出構造１２０−１と１２０−２とは、開放表面領域１０２−３１によって分離されている。
【００１４】
一実施例によれば、ドーパントインク１１２には、所望のｎ型またはｐ型ドーパントが分散されたペースト状の伝達材料（ビーイクルマテリアル：vehicle  material）が含まれる。たとえば、適当な押出可能なリンドーパントインクには、置換基を含むリンが長さの異なる炭素鎖と化合して存在する各種の有機金属リン化合物の一つまたはいくつかがある。これらの化合物は室温において液体であるか、または製剤中に存在する他の溶剤に完全に溶解していなければならない。リンドーパントインクには、リン酸の希釈溶液も含まれる。さらに、工程中に消散または蒸発するような有機媒体も使用される。これらの伝達材は一般に、高沸点溶剤（沸点１５０〜３００℃）のエチルセルロース溶液であり、たとえば、２，２，４−トリメチル１−１，３−ペンタネジオールモノイソブチレート（商品名はＴｅｘａｎｏｌ）、テルピネオール、ブチルカルビトールおよびその他当業者の間で周知の多数の材料等である。また、リンドーパントインクは、水素化キャスターオイル等のレオロジー添加剤および各種のフタレート（ジメチルフタレート、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレート他）等の可塑剤を含んでいてもよい。また、表面活性剤や湿潤剤を含めることもできる。押出に適したその他のペースト状ドーパントインクは、コロラド州デンバーで２００６年８月６日から９日に開催されたUSA  16th  Workshop  on  Crystalline  Silicon  Solar  Cells  &  Modules：Materials  and  ProcessesにおけるFERRO  Corporation，  Electronic  Material  Systemsのジャラル・サラミによる”Paste  Development  for  Low  Cost  High  Efficiency  Silicon  Solar  Cells”に開示されている（非特許文献１）。
【００１５】
その後、つまり押出構造１２０−１〜１２０−４が基板１０１上に形成された後、基板１０１は熱処理装置１４０を使って加熱される。一実施例において、熱処理装置１４０は８５０℃またはそれ以上の温度に保たれる炉や窯である。この加熱工程によって、押出構造１２０−１〜１２０−４に含まれていたドーパントが表面領域１０２−１〜１０２−４から基板１０１の中に拡散してドープ領域１０１−１〜１０１−４をそれぞれ形成する。一実施例において、押出構造１２０−１〜１２０−４は、各ドープ領域が隣接するドープ領域から、低濃度でドープされたまたは真性の（ドープされていない）シリコン領域によって分離されるように、十分な距離だけ離される。たとえば、ドープ領域１０１−１と１０１−２とは真性領域１０１−３１により分離され、ドープ領域１０１−２と１０１−３とは真性領域１０１−３２によって分離され、ドープ領域１０１−３と１０１−４とは真性領域１０１−３３によって分離されている。
【００１６】
図２は、本発明の別の実施例に係る、押出に基づくウェハ処理装置１００（図１）とその他の非接触プロセス技術を使ってウェハベースの太陽電池を作製するためのシステム２００を示している。
【００１７】
図２の上に示されているように、この作製工程はウェハ処理装置１００を利用してウェハ（基板）１０１内に一つまたは複数のドープ領域（たとえば、長いドープ領域１０１−１）を形成し、次に基板１０１がブランケットパシベーション（電気的絶縁）層２１５を備えるようにさらに処理される。一実施例において、ウェハ処理装置１００は押出装置１１０Ａ（図１参照）を利用して、図１に関して説明したものと同様のドープ領域パターンを形成する。別の実施例では、ウェハ処理装置１００は、後述の各種の具体的実施例において説明する各種の技術や構造を利用する。ウェハ処理が完了すると、パシベーション層２１５が、周知の非接触プロセス技術を使って上側表面１０２の上に形成される。本明細書では、基板１０１とパシベーション層２１５とを含む複合構造を「ウェハ」または「デバイス２０１」と呼び、処理サイクルの各段階においては、そのデバイスの現在の処理段階を示す接尾辞を付けて呼ぶ（たとえば、パシベーション層２１５の形成後で後述の切除工程前のデバイス２０１は「デバイス２０１Ｔ１」と呼び、接尾辞“Ｔ１”は処理サイクルの比較的早い時点を示す）。
【００１８】
デバイス２０１Ｔ１は次に、各種の非接触プロセスを経て利用可能な太陽電池となる。第一に、レーザ切除装置２３０を使って、パシベーション層２１５にコンタクトホール２１７を形成し、ここから基板１０１の上側表面１０２の対応する部分が露出する。コンタクトホールはドープ拡散領域上にまっすぐで平行な列になるよう配置される。適当な切除工程については、引用をもってそのすべてを本願に援用する、本願と同じ所有者による、２００６年１１月２１日出願で係属中の、”MULTIPLE STATION SCAN DISPLACEMENT INVARIANT LASER ABLATION APPRATUS”と題する米国特許出願第１１／５６２，３８３号に詳しく開示されている。コンタクトホール２１７がパシベーション層２１５に形成された後、加工途中のウェハ２０１Ｔ２は直接書き金属化装置（direct-write  metallization  apparatus）２５０へ移され、これによってコンタクト構造２１８をコンタクトホール２１７に堆積し、パシベーション層２１５の上に金属接続線２１９を形成する。これにより、各金属接続線２１９が関連するドープ拡散領域上に配置されたコンタクト構造２１８と接続される。直接書き金属化デバイス２５０に関するこのほかの詳細事項と別の実施例は、本願と同じ所有者による上述の米国特許出願第１１／３３６，７１４号において開示されている。次に、金属化されたデバイス２０１Ｔ３は直接書き金属化装置２５０からオプションである金属化後処理装置２７０へ移され、ここでその後の加工が行われて完全な太陽電池２０１Ｔ４が形成される。
【００１９】
図３は、本発明のさらに別の実施例に関して、ウェハ処理装置１００Ｂの押出部分を示す簡略図である。ウェハ処理装置１００Ｂは、押出工程中に基板１０１Ｂの上方で押出ヘッド１３０Ｂを支持する押出装置１１０Ｂを備える。ウェハ処理装置１００Ｂとウェハ処理装置１００（前述のもの）との違いは、押出ヘッド１３０Ｂが、異なる２つのドーパントインク１１２，１１５を収容する２つのドーパント含有材料供給源１１１，１１４と連通し、ドーパントインク１１２，１１５を、これらが半導体基板１０１Ｂの上に交互の配置で押出構造（ライン）１２０を形成するように押し出すことができる点である。特に、以下に詳述するように、押出ヘッド１３０Ｂは、ドーパントインク１１２が排出用開口部１３５の第一のグループ（たとえば、排出用開口部１３５−１１，１３５−１２）へ送られ、ドーパントインク１１５が第二の排出用開口部１３５のうちで第一のものとは異なる第二のグループ（たとえば、開口部１３５−２１，１３５−２２）へ送られるように形成されており、第一と第二のグループは押出ヘッド１３０Ｂに沿って交互に配置されている。このような配置では、ドーパントインク１１２は押出構造１２０−１１，１２０−１２として、またドーパントインク１１５は押出構造１２０−２１，１２０−２２として、交互に配置される（つまり、押出構造１２０−２１は押出構造１２０−１１と１２０−１２の間に配置される）。
【００２０】
実用においては、押出装置１１０Ｂは、インクジェット印刷装置と同様に動作し、押出ヘッド１３０Ｂに関して基板１０１Ｂ−Ｔ１を移動させる（つまり、押出ヘッド１３０Ｂを、静止した基板１０１Ｂの上で方向Ｙ１に移動させるか、または基板１０１Ｂを、静止した押出ヘッド１３０Ｂの下で方向Ｙ２に移動させる）。ドーパントインク１１２，１１５は、加圧されて押出ヘッド１３０Ｂへ供給される。印加される液体圧と、ヘッドとウェアの相対的運動はどちらも、自動システムによって制御され、制御された寸法のライン１２０を生成する。
【００２１】
本発明の一態様によれば、交互に配置されたドーパントインクのライン１２０のピッチは、押出ヘッド１３０Ｂに設計される隣接する排出用開口部１３５の間隔によって制御される。たとえば、押出構造１２０−１１によって被覆される第一の表面領域１０２−１１と押出構造１２０−２１によって被覆される第二の表面領域１０２−２１との間に配される露出表面領域１０２−３１の幅は、排出用開口部１３５−１１と１３５−２１との隣接する縁辺の間隔によって決定される。押出ヘッド１３０Ｂはリソグラフィックエッチングやウェハボンディング等の精密機械加工法によって作製されるので、隣接する押出構造１２０の間隔について、マイクロメートルのオーダーの非常に高い精度が実現する。異なるドーパントインクの整合されたラインを書くためのこの新規な方法は、スクリーン印刷方法のすべてに勝る。
【００２２】
図４Ａ、図４Ｂは、本発明の具体的な実施例に関して、押出ヘッド１３０Ｂ−１の一部を示す分解斜視図と組立後の斜視図である。押出ヘッド１３０Ｂ−１は、中央シート３１０と、上側および下側のフィードラインシート（供給ラインシート）３２０，３３０と、上側および下側のキャッピングシート３４０，３５０とを備える。中央シート３１０は、マイクロマシンで複数の平行なノズルチャネル（たとえば、ノズルチャネル３１５−１１，３１５−１２，３１５−２１，３１５−２２）を備えるように加工されており、各ノズルチャネルは、一端が閉鎖し、もう一端はサイドエッジ３１７で画定され開放している。同様にフィードラインシート３２０，３３０は、マイクロマシンにより、ドーパントインクを中央シート３１０の対応するノズルに輸送するよう配置された、マニホルド（プレナム（plenum））と供給チャネルとを備えるように加工されている。たとえば、フィードラインシート３２０は、ノズルチャネルに垂直な方向に延びるプレナム３２２と、プレナム３２２と連通しノズルチャネル３１５−１１，３１５−１２の閉鎖端の上にそれぞれ延びる供給チャネル３２５−１１，３２５−１２とを備える。同様に、フィードラインシート３３０は、プレナム３３２と、ノズルチャネル３１５−２１，３１５−１２の閉鎖端の上にそれぞれ延びる供給チャネル３３５−２１，３３５−２２とを備える。
【００２３】
本発明の一態様によれば、押出ヘッド１３０Ｂ−１は、不要な不純物、特にキャリア再結合を誘発する不純物を導入しない材料で製造される。ポリテトラフルオロエチリン（ＰＴＦＥ）およびその他の化学的に不活性のポリマ材料またはガラスまたはシリコンが押出ヘッドの構成にとって好ましい材料である。有害な不純物を導入せずに、トーパントインク１１２，１１５を供給することが重要である。遷移金属その他の金属不純物も特に回避すべきである。これには、金、銅、鉄等がある。これにより、鉄類をベースとする流体システムの使用は好ましくなくなる。好ましい実施例において、シート層３１０〜３５０は、マイクロマシンで加工されたシリコンによって作製される。図４Ｂに示すように、シート層３１０〜３５０は次に、周知の方法を使って積層、接合され、押出ヘッド１３０Ｂ−１が完成する。
【００２４】
図４Ｂの破線で示されるように、動作中、第一のドーパントインク１１２はプレナム３２２に沿って輸送され、供給チャネル３２２−１１，３２２−１２からノズルチャネル３１５−１１，３１５−１２へ押し出され（図４Ａ）、排出用開口部１３５−１１，１３５−１２からドーパントインク滴１１２−１，１１２−２として排出される。同様に、ドーパントインク１１５はプレナム３３２に沿って輸送され、供給チャネル３３２−２１，３３２−２２からノズルチャネル３１５−２１，３１５−２２へ押し出され（図４Ａ）、排出用開口部１３５−２１，１３５−２２からドーパントインク滴１１５−１，１１５−２として排出される。
【００２５】
図５Ａ〜図５Ｇは、システム２００（図２）と押出ヘッド１３０Ｂ−１（図４Ａ、図４Ｂ）とを使ってＩＢＣ太陽電池デバイスを作製するための各処理ステップを示している。
【００２６】
図５Ａは、それぞれドーパントインク滴１１２−１，１１５−１，１１２−２，１１５−２（図４Ｂ参照）によって形成される押出構造１２０−１１，１２０−２１，１２０−１２，１２０−２２を示す。押出構造１２０−１１，１２０−２１，１２０−１２，１２０−２２は基板１０１−Ｂ１の表面領域１０２−１１，１０２−２１，１０２−１２，１０２−２２の上にそれぞれ配置され、隣接する２つの押出構造は、対応する露出表面領域１０２−３１，１０２−３２，１０２−３３によってそれぞれ分離されるように配置される。一実施例において、押出構造１２０−１１，１２０−２１，１２０−１２，１２０−２２はそれぞれ、露出表面領域１０２−３１，１０２−３２，１０２−３３より幅が狭い。この実施例において、ドーパントインク１１２はｐ型ドーパントを含み、ドーパンインク１１５はｎ型ドーパントを含む。
【００２７】
図５Ｂは、次に行われる熱処理装置１４０を使った熱処理中の基板１０１Ｂ−Ｔ２を示し、押出構造１２０−１１，１２０−２１，１２０−１２，１２０−２２の各々からのドーパントが基板１０１Ｂ−Ｔ２の中に拡散される。具体的には、ドーパントインク１１２の中に含まれるｐ型ドーパントが表面領域１０２−１１，１０２−１２から拡散し、ｐ型（第一の）ドープ領域１０１−１１，１０１−１２を形成する。同様に、ドーパントインク１１５に含まれるｎ型ドーパントが表面領域１０２−２１，１０２−２２から拡散し、ｎ型（第二の）ドープ領域１０１−２１，１０１−２２を形成する。各ｐ型ドープ領域（たとえばドープ領域１０１−１１）は、少なくとも一つのｎ型ドープ領域（たとえば、ドープ領域１０１−２１）によって、その他全てのｐ型ドープ領域（たとえば、ドープ領域１０１−１２）と分離されている点に注意する。さらに、各ドープ領域（たとえば、ドープ領域１０１−１１）は、その隣接するドープ領域（たとえば、ドープ領域１０１−２１）から、基板１０１Ｂ−Ｔ２のドープされていない（真性の）または低濃度にドープされた領域（たとえば、領域１０１−３１）によって分離される。上述のように、このｐ型ドープ領域とｎ型ドープ領域との交互の配置は、ＩＢＣタイプの太陽電池の作製につながる。
【００２８】
図５Ｃは、加熱／拡散工程終了後の基板１０１−Ｔ３の表面領域１０２−１１，１０２−２１，１０２−１２，１０２−２２から残留ドーパントインクを除去するオプションの工程を示す。このインク除去ステップは、加熱／拡散工程中に消散する伝達材料を有するドーパントインクを利用することによって回避できる。ドープ拡散領域１０１−１１，１０１−２１，１０１−１２，１０１−２２は表面領域１０２−１１，１０２−２１，１０２−１２，１０２−２２にそれぞれ延びていることに注意する。
【００２９】
図５Ｄは、次の工程、すなわち基板１０１Ｔ−３の上側表面１０２の上にパシベーション層２１５を形成する工程を示し、この工程により形成途中のデバイス２０１−Ｔ１（図２に関して説明したとおり）が提供される。
【００３０】
図５Ｅは、その後のレーザ切除工程を示しており、この工程ではレーザパルスＬＰを使ってパシベーション層２１５が部分的に除去されて、表面１０２のドープ領域１０１−１１，１０１−２１，１０１−１２，１０１−２２の上方に配置される部分を露出させるコンタクト用開口部２１７が形成される。たとえば、コンタクト用開口部２１７−４１，２１７−４２はパシベーション層２１５を通って、表面領域１０２−２２のうちで前述のようにドープ領域１０１−２２の上方に配置された対応する部分へ延びる。同様に、パシベーション層２１５からドープ領域１０１−１１，１０１−２１，１０１−１２の上方に配置された表面領域へ延びるコンタクト用開口部２１７が形成される。レーザ切除工程は、図２に関して説明したレーザ切除装置２３０を使って行われる。
【００３１】
図５Ｆは、コンタクト材料Ｍ１を直接書き金属化装置２５０（図２）からパシベーション層２１５に形成された各開口部２１７へ連続的に堆積させて、コンタクト構造２１８を基板１０１の露出部の上に直接形成する工程を示す。たとえば、コンタクト構造２１８−４１，２１８−４２はコンタクト用開口部２１７−４１，２１７−４２にそれぞれ挿入され、表面１０２の、ドープ領域１０１−２２の上方に配置された部分と接触する。同様に、ドープ領域１０１−１１，１０１−１２，１０１−２１の上方に配置された各コンタクト用開口部２１７にコンタクト構造２１８が形成される。
【００３２】
図５Ｇは、金属材料Ｍ２を堆積する、次の工程を示し、この工程によりパシベーション層２１５の上側表面上に金属ライン構造２１９−１〜２１９−４を形成し、各金属ライン構造が、ドープ領域１０１−１１，１０１−１２，１０１−２１，１０１−２２の対応する一つの上方に配置されるコンタクト構造群と接触する。たとえば、金属ライン構造２１９−４はコンタクト構造２１８−４１，２１８−４２の上端と接触し、これによりドープ領域１０１−２２と金属ライン構造２１９−４との間にコンタクト構造２１８−４１，２１８−４２によって電気的接続が生じる。同様に、金属ライン構造２１９−１，２１９−２，２１９−３は、対応するコンタクト構造によって、ドープ領域１０１−１１，１０１−２１，１０１−１２にそれぞれ電気的に接続される。金属ライン形成工程も、図２に関してすでに説明した直接書き金属化装置２５０を使って行われる。
【００３３】
供給穴（フィードスルーホール：feed-thru  hole）を有する追加の層とオプションの追加のプレナムとを設けることにより、押出ヘッドの片側から交互に供給するための手段を提供し、またオプションとして、任意のまたは反復するパターンで３つ以上の材料を供給するための手段を提供することができるようになる。押出ヘッドの片側に入口を設けることによって、基板に対してより大きな角度で押出ヘッドを動作させることができ、たとえば、押し出された材料の流れが押出ヘッドから、基板に対してほぼ平行に出る、いわゆる「サイドシューティング」モードも可能となる。
【００３４】
図６は、本発明の例示的な実施例に係る押出ヘッド１３０Ｂ−２の一部を示す分解斜視図であり、この例では、供給穴を有する６つの層を利用して、押出ヘッド１３０Ｂ−２の片側から交互の押出構造を形成しやすくしている。押出ヘッド１３０Ｂ−２は、下側シート４１０と、第一のフィードラインシート４２０と、上側供給（フィードスルー：feed-thru）シート４３０と、第二のフィードラインシート４４０と、上側供給シート４５０と、下側キャッピングシート４６０とを備える。下側シート４１０は、図４Ａに関してすでに説明した方法で形成される、複数の平行なノズルチャネル４１５−１１，４１５−１２，４１５−２１，４１５−２２を有する。第一のフィードラインシート４２０は、第一プレナム４２２と、第一のシート４１０の対応するノズル４１５−１１，４１５−１２と整合するフィードチャネル４２５−１１，４２５−１２を備える。さらに、フィードラインシート４２０は、第一のシート４１０の対応するノズル４１５−２１，４１５−２２と整合するフィードホール４２５−２１，４２５−２２とを備える。第一の供給シート４３０は、第一のフィードラインシート４２０のフィードホール４３５−２１，４３５−２２とそれぞれ整合する第一および第二のフィードホール４３５−２１，４３５−２２と、プレナム４２２と整合する第三のフィードホール４３７とを有する。第二のフィードラインシート４４０は、第二のプレナム４４２と、第一の供給シート４３０の第一および第二のフィードホール４３５−２１，４３５−２２とそれぞれ整合するフィードチャネル４４５−２１，４４５−２２とを有する。上側供給シート４５０は、シート４４０のフィードホール４４７と整合する第一のフィードホール４５７と、シート４４０のプレナム４４２と整合する第二のフィードホール４５９とを有する。
【００３５】
図６において破線で示されているように、動作中、第一のドーパントインク１１２がフィードホール４５７，４４７，４３７からプレナム４２２に輸送され、プレナム４２２を出てフィードチャネル４２５−１１，４２５−１２からノズルチャネル４１５−１１，４１５−１２に入り、ノズルチャネル４１５−１１，４１５−１２からドーパントインク滴１１２−１，１１２−２として排出される。同様に、第二のドーパントインク１１４は、フィードホール４５９からプレナム４４２に輸送される。ドーパントインク１１４の第一の部分は、プレナム４４２を出て、フィードチャネル４４５−２１とフィードホール４３５−２１，４２５−２１を通ってノズルチャネル４１５−２１に入り、ノズルチャネル４１５−２１からドーパントインク滴１１４−１として排出される。ドーパントインク１１４の第二の部分は、プレナム４４２を出て、フィードチャネル４４５−２２とフィートホール４３５−２２，４２５−２２を通ってノズルチャネル４１５−２２に入り、その後ノズルチャネル４１５−２２からドーパントインク滴１１４−２として排出される。ドーパントインク滴１１２−１，１１２−２，１１４−１，１１４−２は、図５Ａに示されるものと同様の押出構造を形成する。
【００３６】
本発明の別の変形において、少なくとも１種類のドーパントインクが非ドーピングインクと一緒に供給される。この非ドーピングインクは、ドーパントインク構造の間のスペーサとして、および／または環境からのドーピングを防止するためのバリアとしての役割を果たす。デバイスの性能の面から、真性または低濃度でドープされた半導体によって分離される高濃度のｎ型およびｐ型ドープ材料のストライプを有することが好ましい。これは、それぞれ異なる組成のドーパントを有した３種類のインク、またはドーパントをまったく有さないインクを含んだ３種類のインクを同時に供給する多重押出ヘッドを設けることによって実現される。
【００３７】
図７は、本発明のまた別の実施例に係る多重押出ヘッド１３０Ｃ−１を示す簡略斜視図である。多重押出ヘッド１３０Ｃ−１のノズルチャネル層は、説明のために破線で示しているが、前述の方法で形成されるフィードチャネル、フィードホール、プレナムは、図を明確にするために省略している。前述の実施例と同様に、ドーパントインク１１２はノズル５１５−１１，５１５−１２から供給され、ドーパントインク１１５はノズル５１５−２１，５１５−２２から供給される。この例では、非ドーピングインク１１７が、隣接するノズルペア５１５−１１，５１５−１２，５１５−２１，５１−２２の間に配置されるノズル５１５−３１〜５１５−３５から供給される。たとえば、ノズル５１５−３２は、ノズル５１５−１１と５１５−２１の間に配置される。実用の太陽電池ドーピングデバイスにおいて、ドーパントソースのピッチは１００マイクロメートルから数ミリメートルである。一般的なウェハサイズを考えると、これはノズルの数が１００から１０００のオーダーであることを意味し、本明細書で説明する実施例により示されるものよりはるかに多い。マニホルドの構造から、図８に示されるように、押出構造１２０−３１〜１２０−３５はそれぞれ小滴１１７−１〜１１７−５によって形成され、非ドーピング材料が各ドーパント含有押出構造１２０−１１，１２０−２１，１２０−１２，１２０−２２の両側に配置される。
【００３８】
多重押出ヘッド１３０Ｃ−１の別の態様によれば、図８に示されるように、各種のノズルがインクの流れを結合し、材料が交互に配置される連続シートを生成する。つまり、非ドーピング材料から形成された押出構造は、隣接するドープ押出構造の各ペアの側方縁辺の間に延びる（たとえば、非ドーピング構造１２０−３２は、（第一の）押出構造１２０−１１と（第二の）押出構造１２０−２１の対応する側方縁辺の間に延びる）。この収束を実現するために、図７に示されるようなテーパのついたフィンガ（finger）５１２を使ってノズルが形成される。ノズルの排出用開口部のテーパは、材料が層流として押し出され、混合が最小限になるように設計されている。この実施例では、インクの流れの相対的な幅はほぼ等しい。別の実施例では、非常に狭いドープ押出構造を、比較的幅の広い非ドーピング材料のラインの間に埋め込まれた状態で生成することが好ましい。
【００３９】
図９は、本発明のまた別の実施例に係る多重押出ヘッド１３０Ｃ−２を示す簡略化された上から見た断面図である。多重押出ヘッド１３０Ｃ−２のノズルチャネル層を、説明のために断面で示している（明確にするために、他の機能は省略した）。多重押出ヘッド１３０Ｃ−２はテーパのついたノズル壁を有する収束ノズル６１５−１１，６１５−１２，６１５−２１，６１５−２２によって特徴付けられ、これらのノズルにより、圧縮された比較的狭いドーパント含有小滴１１２−１，１１２−２，１１５−１，１１５−２が、幅の広い非ドーピング材料または低濃度ドーピング材料の小滴１１７−１〜１１７−５の間に交互に配置されて埋め込まれた有益な構造が得られる。収束ノズル６１５−１１，６１５−１２，６１５−２１，６１５−２２の端部は、ヘッド端部のファセット６１９から距離Ｃだけ後退している。その結果、押出ヘッド１３０Ｃ−２の中の個々のノズルの端部とヘッド端部のファセット６１９の間にできる内部空間により、ドーパント含有材料はさらに圧縮され狭められてから、押出ヘッド１３０Ｃ−２を出て、その後基板上に堆積される。線幅は、押出ヘッドの設計と材料の相対的流速との両方によって完全に制御される。
【００４０】
押出ヘッド１３０Ｃ−２が特に有益な用途は、高濃度にドープされた半導体フィンガのラインを太陽電池の上に書くことである。このような半導体フィンガは、電池表面から電池セルのグリッドラインまでのキャリアの経路を低抵抗化する。このようなフィンガを含めることで、電池の性能がさまざまな方法で改善され、たとえば、大きな抵抗損失という不利益を出さずに低濃度ドープのエミッタ層を構成でき、電池の青光反応が改善され、コンタクト抵抗が低減し、グッドラインの間隔をさらに拡張することで、光シャドーイングを減少させることが可能となる。
【００４１】
現在、半導体フィンガを太陽電池のエミッタに組み込むには、さらに別の工程ステップが必要となり、したがってコストも増大する。通常、電池はまずリン拡散反応炉の中で処理されて従来の電池と同様に低濃度でドープされたエミッタが生成され、次に以下の３つのステップが追加される。（１）レーザ書込みによるシリコンへのトレンチ形成、（２）ダメージエッチ（damage  etch)、（３）追加のリン拡散ステップ。この工程を有利に改良するものとして、低濃度と高濃度のドーピング源を１回の押出動作で同時に付着させるものがあり、これによって３つの追加の処理ステップが不要となる。好ましい実施例に係る方法では、比較的狭いラインが高濃度のドーピングインクであり、比較的広いラインは低濃度のドーピングインクである。半導体フィンガは、半導体ウェハの片側または両側に付着させることができる。両側がパターニングされた場合、ドーパントをドライブする（drive）ための熱処理は１つのステップで行われる。
【００４２】
図１０に示す別の押出ヘッド１３０Ｄ−１は、１つのプレナム７２２を有し、これが複数のノズルチャネル７１５−１〜７１５−５に材料を供給し、ノズルチャネル７１５−１〜７１５−５は、図９に関して先に説明した方法で端部ファセット７１９の前で収束、終結することにより、ドーパントまたは金属ペーストの均一な押出シートが生成される。インクはプレナム７２２に入ってその全体に広がり、そこで分離したノズルチャネル７１５−１〜７１５−５に出会う。ノズルチャネル７１５−１〜７１５−５によって流れのインピーダンスが増大し、その結果、インクが１点からプレナムに供給されても、各チャネルからの流れは確実にほぼ均等となる。このヘッドは、たとえば、太陽電池の広い面積の上に、金属またはドーパントを接触しないように書くのに使用でき、これにより従来のスクリーン印刷技術を使った場合に発生するウェハの破損を防止することができる。また、前述のようなバスバー金属化等、中間の幅のラインを書くのにも使用可能である。別の実施例において、図１０に示されるものと同様の２つの構造がその間に分離層を有して重ねられた配置で取り付けられ、２つまたはそれ以上の材料の層（たとえば、ドーパントインクと金属ペーストライン）が同時に、２つの構造から垂直に積み重ねられた配置でそれぞれ押し出される。
【００４３】
図１１は、本発明の別の実施例に係る複合型のドーピング方法を示し、ここでは固相ソースドーピング（つまり、ドーパントインクを用いたドーピング）と気相ドーピングを組み合わせて使用する。図１１に示す例において、ドーパントインク構造１２０−１〜１２０−４は、前述のように基板１０１Ｄの上に形成され、非ドーピング構造は関連するドーピング構造１２０−１〜１２０−４のそれぞれの側に形成される（たとえば、非ドーピング構造１２０−３１，１２０−３２は、ドーピング構造１２０−１の両側に形成される）。さらに、選択された表面領域１０２−３１〜１０２−３５は、故意に押出構造の間で露出される。たとえば、非ドーピング構造１２０−３２と１２０−３３の間のギャップに、露出した上側表面領域１０２−２２が得られる。この実施例において、基板１０１Ｄの温度アニール（テンプリチャ・アニール:：temperature  anneal）がリン（ｎ型ドーピング）環境１４５で行われ、ｐ型ドーパントインク構造１２０−１〜１２０−４（たとえば、ボロン含有ペースト）が使用される。ドーピング環境１４５を用いた熱処理の結果、領域１０１−１１〜１０１−１４での固相ソースドーピングと、基板１０１Ｄの領域１０１−２１〜１０１−２５での環境ソースドーピングとの両方が実現する。さらに、ドーパントインク構造１２０−１〜１２０−４を非ドーピング材料（たとえば、非ドーピング構造１２０−３１〜１２０−３３）と一緒に同時押出（co-extrude）することも本発明の態様である。具体的な実施例において、押出工程後、基板１０１Ｄには露出領域（たとえば露出表面領域１０２−２２）と、ドーパントブロッキング領域（たとえば、非ドーピング構造１２０−３１〜１２０−３３の下の表面領域）と、ドーパントインク被覆領域（たとえば、押出構造１２０−１１〜１２０−１４の下の表面領域）とが存在している。ドーパント環境内での熱処理を行った後、処理されたウェハには、ドーピングレベルの異なる３つの個別の領域ができる。
【００４４】
固相ドーパント方法に伴う問題として知られているのは、ドーパント拡散中に、ソースから出てウェハの別の部分に拡散し、ウェハの周辺部分に好ましくないドーピング効果が発生することである。図１２に示される本発明の別の実施例によれば、キッピング層１２０Ｅを各ドーパントインク押出構造１２０−１の上に形成し、それがウェハの他の部分を汚染しないようにする。キャッピング構造１２０Ｅは、押出構造１２０−１を完全に被覆し、構造１２０−１の側面と上側表面の両方を被覆する。ドーパント構造１２０−１とキャッピング構造１２０Ｅは、一緒に押し出す工程によって必然的に相互に整列する。これは引用をもって全体を本願に援用する、本願と同じ所有者による２００５年１１月１７日出願の”Extrusion/Dispensing  Systems  and  Methods”と題する米国特許出願第１１／２８２，８８２号に記載されている。本発明の具体的な実施例において、押出ヘッドは、米国特許出願第１１／２８２，８８２号（上で引用）に記載されている垂直と水平の同時押出の組み合わせを利用して複合材料小滴を生成し、固相ソースの、ウェハと隣接しない側がキャッピング構造によってキャップされるようにする。
【００４５】
固相ドーパントソースのラインの端部をキャッピング構造でキャップすることも好ましい特徴である。本発明の一つの態様では、ドーピングソースとキャッピング構造を形成する材料の流れが変化される。流れの変化により、たとえば、ラインの端部がキャップされる同時押出ラインの生成が可能となる。
【００４６】
本発明について、特定の具体的な実施例に関して説明したが、当業者にとって、本発明の発明性のある特徴を他の実施例にも応用できることは明確であり、これらはすべて本発明の範囲内に入るものとする。たとえば、図８、図９に示される押出構造は、２つの異なるドーパントインクではなく、一つのドーパントインク（たとえば、ｎ型）だけを使用してもよい。別の例では、ドーパントペーストが、発射されたときにパシベーション層または反射防止コーティングを作ることができる。さらに別の例では、一つの直接書き印刷ステップで、誘電層のコンタクト用開口部を埋め、デバイス上の導電ラインを形成できる。別の例において、ガラスフリットファイヤスルー(glass  frit  fire  through)法を使えば、誘電層にコンタクト用開口部を開けるための別の工程ステップを実施することが不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態について、ウェハ処理装置を説明する斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態について、ウェハベースの太陽電池を作製するためのシステムを説明する模式図である。
【図３】本発明の実施の形態について、ウェハ処理装置の押出部分を説明する斜視図である。
【図４Ａ】本発明の実施の形態について、押出ヘッドを説明する斜視図である。
【図４Ｂ】本発明の実施の形態について、押出ヘッドを説明する斜視図である。
【図５Ａ】本発明の実施の形態について、太陽電池デバイスを作製するための処理ステップを説明する斜視図である。
【図５Ｂ】本発明の実施の形態について、太陽電池デバイスを作製するための処理ステップを説明する斜視図である。
【図５Ｃ】本発明の実施の形態について、太陽電池デバイスを作製するための処理ステップを説明する斜視図である。
【図５Ｄ】本発明の実施の形態について、太陽電池デバイスを作製するための処理ステップを説明する斜視図である。
【図５Ｅ】本発明の実施の形態について、太陽電池デバイスを作製するための処理ステップを説明する斜視図である。
【図５Ｆ】本発明の実施の形態について、太陽電池デバイスを作製するための処理ステップを説明する斜視図である。
【図５Ｇ】本発明の実施の形態について、太陽電池デバイスを作製するための処理ステップを説明する斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態について、押出ヘッドを説明する斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態について、押出ヘッドを説明する斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態について、押出構造を説明する断面図である。
【図９】本発明の実施の形態について、押出ヘッドを説明する断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態について、押出ヘッドを説明する断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態について、複合型ドーピング方法を説明する斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態について、キャッピング層を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１００  ウェハ処理装置、１０１  半導体基板、１０１−１〜１０１−４，１０１−１１，１０１−１２，１０１−２１，１０１−２２  ドープ領域、１０１−３２，１０１−３３  真性領域、１０２−１〜１０２−４，１０２−１１  表面領域、１０２−３１  露出領域、１１１  インクソース、１１２，１１５  ドーパントインク、１１２−１〜１１２−４，１１５−１，１１５−２，１１７−１〜１１７−５  インク滴、１１７  非ドーパントインク、１２０−１〜１２０−４，１２０−１１，１２０−１２，１２０−２１，１２０−２２，１２０−３１〜１２０−３５  押出構造、１３０  押出ヘッド、１３５−１〜１３５−４，１３５−１１，１３５−１２，１３５−２１，１３５−２２  排出用開口部、１４０  加熱装置、２０１  ウェハ、デバイス、２１５  パシベーション層、２１７  コンタクトホール、２１８  コンタクト構造、２１９  金属接続ライン、２３０  レーザ切除装置、２５０  直接書き金属化装置、２７０  金属化後処理装置，３１０  中央シート、３１５−１１，３１５−１２，３１５−２１，３１５−２２，４１５−１１，４１５−１２，４１５−２１，４１５−２２，７１５−１〜７１５−５  ノズルチャネル、３２０，３３０，４２０，４４０  フィードラインシート、３２２−１１，３２２−１２，３２２−２１，３２２−２２，４２５−１１，４２５−２１  フィードチャネル、３２２，３３２，４２２，７２２  プレナム、３４０，３５０，４６０  キャッピングシート，４３０，４５０  供給シート，４５７  フィードホール、５１５−１１，５１５−１２，５１５−２１，５１５−２１，５１５−３１〜５１５−３５，６１５−１１，６１５−１２，６１５−２１，６１５−２２  ノズル。
【図１】
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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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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