(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池のエミッタ領域であって、前記エミッタ領域は、
前面と反対側の裏面を有する基板の一部と、
前記基板の前記一部の前記裏面上に配置され、不均一な窒素の分布を有する酸窒化シリコン誘電層（ＳｉＯｘＮｙ，０＜ｘ，ｙ）と、
前記酸窒化シリコン誘電層上に配置された半導体層と、を備え、
前記酸窒化シリコン誘電層は、２つ以上の窒素濃度最大部を有する、エミッタ領域。
【請求項２】
前記前面は、前記太陽電池の受光表面である、請求項１に記載のエミッタ領域。
【請求項３】
前記２つ以上の窒素濃度最大部のうちの１つは、前記基板の前記一部の前記裏面に近接している前記酸窒化シリコン誘電層の表面にある、請求項１または２に記載のエミッタ領域。
【請求項４】
前記２つ以上の窒素濃度最大部のうちの１つは、前記基板の前記一部の前記裏面から遠位にある前記酸窒化シリコン誘電層の表面にある、請求項１または２に記載のエミッタ領域。
【請求項５】
太陽電池のエミッタ領域であって、前記エミッタ領域は、
前面と反対側の裏面を有する基板の一部と、
前記基板の前記一部の前記裏面上に配置され、不均一な窒素の分布を有する酸窒化シリコン誘電層（ＳｉＯｘＮｙ，０＜ｘ，ｙ）と、
前記酸窒化シリコン誘電層上に配置された半導体層と、を備え、
前記酸窒化シリコン誘電層は、２つの窒素濃度最大部を有し、前記２つの窒素濃度最大部のうちの１つの最大部は、前記基板の前記一部の前記裏面から遠位にある前記酸窒化シリコン誘電層の表面にあり、及び前記２つの窒素濃度最大部のうちの他方の最大部は、前記基板の前記一部の前記裏面に近接している前記酸窒化シリコン誘電層の表面にある、エミッタ領域。
【請求項６】
前記窒素濃度最大部の間の距離は、５〜６オングストロームの範囲である、請求項１から５のいずれか一項に記載のエミッタ領域。
【請求項７】
前記酸窒化シリコン誘電層は、１０〜２０オングストロームの範囲の厚さを有する、請求項１から６のいずれか１つに記載のエミッタ領域。
【請求項８】
前記酸窒化シリコン誘電層は、４〜５オングストロームの範囲の厚さを有する第１窒素リッチ領域、前記第１窒素リッチ領域の上方に配置され、５〜６オングストロームの範囲の厚さを有する低窒素領域、及び前記低窒素領域の上方に配置され、４〜５オングストロームの範囲の厚さを有する第２窒素リッチ領域を有する、請求項７に記載のエミッタ領域。
【請求項９】
前記酸窒化シリコン誘電層は、ｘ＞ｙの組成を有する、請求項１から請求項８のいずれか１つに記載のエミッタ領域。
【請求項１０】
前記酸窒化シリコン誘電層上に配置された前記半導体層は、ホウ素ドープシリコン層である、請求項１から請求項９のいずれか１つに記載のエミッタ領域。
【請求項１１】
太陽電池のエミッタ領域であって、前記エミッタ領域は、
前面と反対側の裏面を有する基板の一部と、
前記基板の前記一部の前記裏面上に配置され、不均一な窒素の分布を有する酸窒化シリコン誘電層（ＳｉＯｘＮｙ，０＜ｘ，ｙ）と、
前記酸窒化シリコン誘電層上に配置された半導体層と、を備え、
前記酸窒化シリコン誘電層は、窒素濃度最大部を有し、前記窒素濃度最大部は、その領域における全原子濃度の２〜５％を占める窒素濃度を有し、前記窒素濃度最大部以外の領域は、その領域における全原子濃度の０〜１％を占める窒素濃度を有する、エミッタ領域。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書において記載される発明は、米国エネルギー省により与えられた契約第ＤＥ−ＦＣ３６−０７ＧＯ１７０４３号のもとで、米国政府の支援によりなされた。米国政府は、本発明において一定の権利を有し得る。
【０００２】
本発明の実施形態は、再生可能エネルギー、具体的には、酸窒化シリコン誘電層を備える、太陽電池の分野である。
【背景技術】
【０００３】
太陽電池として公知の光起電力電池は、太陽放射を電力に直接変換させるための装置として周知である。一般に、太陽電池は、半導体処理技術を使用して半導体ウェハ上又は基板上に製造され、基板の表面近くにｐ−ｎ接合が形成される。基板の表面に衝突し、これに進入する太陽放射は、基板のバルク内に電子−正孔対を生じる。電子−正孔対は、基板のＰ型にドープされた領域及びＮ型にドープされた領域内に移動し、それによってドープされた領域の間に電圧差を生じさせる。ドープ領域は、太陽電池の導電性領域に接続されて、電流を太陽電池から太陽電池と連結された外部回路へと方向付ける。
【０００４】
効率は、太陽電池が電力を生成する能力に直接関連することから、太陽電池の重要な特性である。同様に、太陽電池を生産する上での効率は、このような太陽電池のコスト有効性に直接関連する。したがって、太陽電池の効率が増加するための技術、又は太陽電池の製造における効率が増加するための技術が、概ね望ましい。本発明の幾つかの実施形態は、太陽電池構造体を製造するための新規なプロセスを提供することによって、太陽電池の製造効率の増加を可能にする。本発明の幾つかの実施形態は、新規な太陽電池構造体を提供することによって、太陽電池の効率向上を可能にしている。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の実施形態に係る、太陽電池のエミッタ領域を例示する断面図である。
【０００６】
【図２】本発明の別の実施形態に係る、太陽電池の別のエミッタ領域を例示する断面図である。
【０００７】
【図３】本発明の別の実施形態に係る、太陽電池の別のエミッタ領域を例示する断面図である。
【０００８】
【図４Ａ】本発明の別の実施形態に係る、太陽電池の製造方法における様々な処理操作の断面図を例示する。
【図４Ｂ】本発明の別の実施形態に係る、太陽電池の製造方法における様々な処理操作の断面図を例示する。
【図４Ｃ】本発明の別の実施形態に係る、太陽電池の製造方法における様々な処理操作の断面図を例示する。
【０００９】
【図５】本発明の実施形態に係る、酸窒化シリコントンネル誘電層を有するエミッタ領域に対する酸化ケイ素トンネル誘電層を有するエミッタ領域における、深さ（マイクロメートル）の関数としての、ホウ素（Ｂ）濃度（原子数／ｃｍ３）のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
酸窒化シリコン誘電層を備える太陽電池、及び太陽電池製造のために、酸窒化シリコン誘電層を形成する方法が本明細書において記載される。以下の説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するために、特定のプロセスフロー操作などの多数の特定の詳細が記載される。これらの特定の詳細なしに、本発明の実施形態を実践することができる点が、当業者には明らかとなるであろう。他の場合には、本発明の実施形態を不必要に不明瞭にしないために、リソグラフィ及びパターニング技術などの、周知の製造技術は詳細に説明されない。更には、図に示される様々な実施形態は、例示的な表示であって、必ずしも縮尺通りに描写されるものではないことを理解するべきである。
【００１１】
本明細書において太陽電池、及び具体的には太陽電池のエミッタ領域が開示される。一実施形態において、太陽電池のエミッタ領域は、受光表面と反対側の裏面を有する基板の一部を含む。酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ，０＜ｘ，ｙ）誘電層が、その基板の一部の裏面上に配置されている。酸窒化シリコン誘電層上に、半導体層が配置される。別の実施形態では、太陽電池は第１エミッタ領域を含む。第１エミッタ領域は、受光表面と反対側の裏面を有する基板の第１部分を含む。酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ，０＜ｘ，ｙ）誘電層が、基板の第１部分の裏面上に配置されている。酸窒化シリコン誘電層上に、Ｐ型半導体層が配置される。太陽電池はまた、第２エミッタ領域を含む。第２エミッタ領域は、基板の第２部分を含む。酸窒化シリコン誘電層が、基板の第２部分の裏面上に配置されている。酸窒化シリコン誘電層上に、Ｎ型半導体層が配置される。別の実施形態において、太陽電池のエミッタ領域は、受光表面と反対側の裏面を有するＮ型バルクシリコン基板の一部を含む。酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ，０＜ｘ，ｙ）誘電層が、Ｎ型バルクシリコン基板の一部の裏面上に配置されている。酸窒化シリコン誘電層は、不均一な窒素の分布を有する。酸窒化シリコン誘電層上に、ホウ素ドープ多結晶シリコン層が配置される。金属コンタクトが、Ｐ型多結晶シリコン層上に配置される。
【００１２】
本明細書において、太陽電池の製造方法、及び具体的には太陽電池のエミッタ領域を形成する方法も開示される。一実施形態において、太陽電池のエミッタ領域の製造方法は、Ｎ型シリコン基板の一部を消耗することによって、太陽電池のバルクＮ型シリコン基板の表面上に酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ，０＜ｘ，ｙ）誘電層を形成することを含む。方法はまた、半導体層を酸窒化シリコン誘電層上に形成する工程も含む。
【００１３】
本明細書において記載される１または複数の実施形態は、酸窒化シリコン誘電材料を備えるトンネル誘電体を製造するプロセスを対象とする。このような一実施形態において、酸窒化シリコントンネル誘電体は、シリコン基板とポリシリコンエミッタ層との間に使用される。このような酸窒化シリコントンネル層は、より従来的な熱二酸化ケイ素層トンネル誘電体の代わりに使用され得る。一実施形態において、本明細書において記載される酸窒化シリコン誘電層は、ホウ素がトンネル誘電体を通過する（例えば、高温処理中）のを防ぐために使用され得る。通過した場合これは、従来的な（非窒化）トンネル誘電層を有する電池内のＰ型ポリシリコン系のエミッタの表面パッシベーションを劣化させることがある）。このような一実施形態において、酸窒化シリコンの使用は、窒素を含まない酸化物材料層に対し、ホウ素拡散へのバリアの改善をもたらす。
【００１４】
一実施形態において、酸窒化シリコン層は、熱酸化と同様の方式で成長するが、生じる層への窒素の導入を可能にする、気体を使用する。窒素濃度、成長速度、層厚さ、及び均一性は、気体の組成、温度、及び圧力を用いて、様々とすることができる。一実施形態において、酸窒化シリコン層は、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）炉内でシリコン基板上に形成されるが、代わりに、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバ内で形成されてもよい。以下でより詳細に記載されるように、１または複数の実施形態が、酸化窒素（ＮＯ）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、アンモニア（ＮＨ３）、及び／又は酸素（Ｏ２）、あるいは酸素及び／又は窒素を含有する他の気体又は気体の組み合わせのうち１または複数に基づく熱処理を使用して、ポリエミッタ太陽電池のトンネル誘電体を形成することを含む。特定の実施形態は、深さと共に変化する（例えば、表面若しくは境界面の付近に窒素を取り込んだ酸化物層、又は層を通じて勾配を有する）、窒素濃度を有する、酸窒化フィルムを形成することを含む。
【００１５】
酸窒化シリコントンネル誘電層を有するエミッタ領域の例として、図１〜図３は、本発明の３つの異なる実施形態による、太陽電池内に含めるためのエミッタ領域の断面図を例示している。図１〜図３を参照し、太陽電池のエミッタ領域１００、２００、又は３００は、受光表面（図示されないが、矢印１０６により方向が示される）と反対側の裏面１０４を有する、基板１０２（例えば、Ｎ型バルク結晶シリコン基板）の一部を含む。酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ，０＜ｘ，ｙ）誘電層１０８、２０８、又は３０８はそれぞれ、その基板１０２の一部の裏面１０６上に配置されている。半導体層１１０は、酸窒化シリコン誘電層１０８、２０８、又は３０８上に配置され、その一部のみが図１〜図３に示される。
【００１６】
再び図１〜図３を参照し、一実施形態において、酸窒化シリコン誘電層１０８、２０８、及び３０８は、全体を通じて不均一な窒素の分布を有する。例えば、酸窒化シリコン誘電層は、窒素濃度の１つの領域又は最大部を有し得る。第１の特定の実施形態において、図１を参照し、酸窒化シリコン誘電層１０８は、１つの窒素濃度最大部のみを有する（領域１０８Ａとして示される）。最大部１０８Ａは、基板１０２の一部の裏面１０６に近接している、酸窒化シリコン誘電層１０８の表面にある。第２の特定の実施形態において、図２を参照し、酸窒化シリコン誘電層２０８は、１つの窒素濃度最大部のみを有する（領域２０８Ａとして示される）。しかしながら、最大部２０８Ａは、基板１０２の一部の裏面１０６から遠位にある（すなわち、層１１０の付近）、酸窒化シリコン誘電層２０８の表面にある。
【００１７】
別の例において、酸窒化シリコン誘電層は、２つ以上の、窒素濃度の領域又は最大部を有し得る。特定の実施形態において、図３を参照し、酸窒化シリコン誘電層３０８は、２つの窒素濃度最大部（領域３０８Ａ及び３０８Ｂとして示される）を有し、１つの最大部３０８Ａは基板１０２の一部の裏面１０６から遠位にある、酸窒化シリコン誘電層３０８の表面にあり、及び１つの最大部３０８Ｂは基板１０２の一部の裏面１０６に近接している、酸窒化シリコン誘電層３０８の表面にある。特定のこのような実施形態において、最大部３０８Ａと３０８Ｂとの間の距離は、およそ５〜６オングストロームの範囲である。
【００１８】
窒素最大部領域が１つのみであるか、又は最大部領域が２つ以上であるかにかかわらず、酸窒化フィルムの残りの部分は、窒素を含まないものとする必要はないことが理解される。代表的な実施形態において、窒素濃度の高い領域（例えば、最大部１０８Ａ、２０８Ａ、３０８Ａ及び３０８Ｂ）は、フィルムのこの領域における全原子濃度のおよそ２〜５％を占める窒素濃度を有する（他の成分はシリコン及び酸素を含む）。一方で、最大部以外のフィルムの領域は、フィルムのこの領域における全原子濃度のおよそ０〜１％を占める比較的低窒素濃度の領域である（やはり他の成分はシリコン及び酸素を含む）。
【００１９】
再び図１〜図３を参照し、一実施形態において、酸窒化シリコン誘電層１０８、２０８、又は３０８は、およそ１０〜２０オングストロームの範囲の全体的厚さを有する。このような一実施形態において、特に図３を参照し、酸窒化シリコン誘電層３０８は、およそ４〜５オングストロームの範囲の厚さを有する第１窒素リッチ領域（３０８Ｂ）、第１窒素リッチ領域３０８Ｂの上方に配置され、およそ５〜６オングストロームの範囲の厚さを有する低窒素領域３０８Ｃ、及び低窒素領域３０８Ｃの上方に配置され、およそ４〜５オングストロームの範囲の厚さを有する第２窒素リッチ領域３０８Ａを有する。一実施形態において、全体的なフィルム原子濃度を考慮し、酸窒化シリコン誘電層１０８、２０８、及び３０８は、窒素よりも多量の酸素から構成される（すなわち、ＳｉＯｘＮｙ，ｘ＞ｙ）。
【００２０】
上記のように、太陽電池のエミッタ領域のトンネル誘電層内の窒素の役割は、ドーパントがトンネル誘電層を通過し、下部の基板内に入ることを防ぐか、又は少なくとも抑制することであり得る。例えば、一実施形態において、再び図１〜図３を参照し、酸窒化シリコン誘電層１０８、２０８、又は３０８上に配置される半導体層１１０は、ホウ素ドープシリコン層（例えば、Ｐ型層）である。このような一実施形態において、ホウ素ドープシリコン層内へのドープ、又はそこからの拡散の結果として、酸窒化シリコン誘電層１０８、２０８、又は３０８は、少なくともいくつかのホウ素原子を含む。しかしながら、特定のこのような実施形態において、層１０８、２０８、又は３０８は最終的にはいくつかのＰ型（又は他の）ドーパントを含み得るものの、酸窒化シリコン誘電層１０８、２０８、又は３０８は、半導体層１１０から基板１０２の一部へと通過することを抑制する。
【００２１】
図１〜図３にはエミッタ領域のみが示されているが、構造１００、２００、又は３００は、図４Ｃに関連して以下に記載されるように、半導体層１００上に配置される金属コンタクトを更に含み得る。このような一実施形態において、エミッタ領域１００、２００、又は３００は、基板１０２の外側に形成されたエミッタ層（例えば、半導体層１１０）を備える裏面電極型太陽電池内に含めるためのものである。
【００２２】
別の態様において、太陽電池の製造方法は、その上の半導体層を形成する前に、基板表面上に酸窒化シリコン誘電層を形成することを含み得る。基板、誘電層、及びその上の半導体層は、最終的には、太陽電池のエミッタ領域として使用されることができる。図４Ａ〜図４Ｃは、本発明の別の実施形態による、太陽電池４５０の製造方法における様々な処理操作の断面図を例示する。
【００２３】
図４Ａを参照し、太陽電池のエミッタ領域の製造方法は、基板４０２の表面上（例えば、太陽電池のバルクＮ型シリコン基板の表面上）に、酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ，０＜ｘ，ｙ）誘電層４０２を形成することを含む。いくつかの実施形態では、酸窒化シリコン誘電層４０２の形成に先立って、シリコン基板４００を洗浄、研磨、平坦化及び／又は薄化するか、又は別の方法で処理することができる。一実施形態において、酸窒化シリコン誘電層４０２が、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）チャンバ内で形成される。一実施形態において、酸窒化シリコン誘電層４０２は、Ｎ型シリコン基板の一部を消耗することによって形成される。例えば、このような一実施形態において、酸窒化シリコン誘電層４０２は、Ｎ型シリコン基板の一部を酸化及び窒化させることによって形成される。特定のこのような実施形態において、酸化及び窒化は、図１〜図３の各層１０８、２０８、及び３０８と関連してそれぞれ記載されるように、酸窒化シリコン誘電層４０２内の不均一な窒素の分布を形成する。
【００２４】
特定の代表的な実施形態において、酸化及び窒化させることは、酸素（Ｏ２）及び酸化窒素（ＮＯ）の存在下でＮ型シリコン基板４００を、プラズマなしにおよそ６５０〜９００℃の範囲の温度まで、又はプラズマありでおよそ２００〜３５０℃の範囲の温度まで加熱し、窒素濃度最大部（Ｎ型シリコン基板４００に近接している、酸窒化シリコン誘電層４０２の表面にある最大部）を１つのみ有する酸窒化シリコン誘電層４０２を形成することを含む。これは、最初に主に酸素源を流し、その後酸化窒素（これは生じるフィルムの底部において窒化を生じる）を流すことによって行われ得る。一実施例として、この実施形態における酸窒化シリコン層は、図１の酸窒化シリコン層１０８と関連して記載され得る。
【００２５】
別の特定の例示的な実施形態において、酸化及び窒化させることは、酸素（Ｏ２）及び酸化窒素（ＮＯ）の存在下でＮ型シリコン基板を、プラズマなしにおよそ６５０〜９００℃の範囲の温度まで、又はプラズマありでおよそ２００〜３５０℃の範囲の温度まで加熱し、窒素濃度最大部（Ｎ型シリコン基板４００から遠位にある、酸窒化シリコン誘電層４０２の表面にある最大部）を１つのみ有する酸窒化シリコン誘電層４０２を形成することを含む。これは最初に酸化窒素と共に主に酸素源を流し、その後主に酸素源のみを流すことにより行われ得る。一実施例として、この実施形態における酸窒化シリコン層は、図２の酸窒化シリコン層２０８と関連して記載されるものと同様であり得る。
【００２６】
更に別の特定の例示的な実施形態において、酸化及び窒化させることは、酸素（Ｏ２）及び酸化窒素（ＮＯ）の存在下でＮ型シリコン基板を、プラズマなしにおよそ６５０〜９００℃の範囲の温度まで、又はプラズマありでおよそ２００〜３５０℃の範囲の温度まで加熱し、２つの窒素濃度最大部（Ｎ型シリコン基板４００から遠位にある、酸窒化シリコン誘電層４０２の表面にある１つの最大部、及びＮ型シリコン基板４００に近接している、酸窒化シリコン誘電層４０２の表面にある１つの最大部）を有する酸窒化シリコン誘電層４０２を形成することを含む。このような一実施形態において、窒化及び酸化は、最初に酸化窒素（ＮＯ）及び酸素（Ｏ２）を流し、次に酸素（Ｏ２）のみを流し、最後に酸化窒素（ＮＯ）及び酸素（Ｏ２）を流して酸窒化シリコン誘電層４０２を形成することを含む。一実施例として、この実施形態における酸窒化シリコン層は、図３の酸窒化シリコン層３０８と関連して記載されたものと同様であり得る。
【００２７】
再び図４Ａを参照し、太陽電池のエミッタ領域を製造する方法は、酸窒化シリコン誘電層４０２上に、半導体層４０４を形成することを更に含む。一実施形態において、半導体層はポリシリコン層であり、図４Ａに示されるように、形成後（又は形成中）に、複数のＮ型ドープポリシリコン領域４２０、及び複数のＰ型ドープポリシリコン領域４２２を形成するために使用される。加えて、トレンチ４１６は、領域４２０と領域４２２との間に形成され得る。粗面化表面４１８は、各トレンチ４１６の底部に形成され得る。トレンチ４１６及び粗面化表面４１８の両方が図４Ａに示される。
【００２８】
したがって、一実施形態において、太陽電池は、例えば、複数のＮ型ドープポリシリコン領域４２０、及び複数のＰ型ドープポリシリコン領域４２２にそれぞれ基づいて、第１エミッタ領域及び第２エミッタ領域を含むように製造される。Ｐ型ドープポリシリコン領域４２２に基づくエミッタ領域は、一実施形態において、その場で、又は半導体層４０４の形成後に含められる、ホウ素ドーパント不純物原子を含む。このような一実施形態において、酸窒化シリコン誘電層４０２に含まれる窒素は、ドーパントがＰ型半導体層４２２から基板４００へと通過することを抑制するために提供される。更に、一実施形態において、酸窒化シリコン誘電層４０２は、第１及び第２エミッタ領域のための酸窒化シリコントンネル誘電層である。
【００２９】
図４Ａを再び参照し、誘電層４２４は、複数のＮ型ドープポリシリコン領域４２０、複数のＰ型ドープポリシリコン領域４２２、及びトレンチ４１６により露出される基板４００の一部の上方に形成される。一実施形態では、図４Ａに示されるように、誘電体層４２４の下部表面は、複数のＮ型ドープポリシリコン領域４２０、複数のＰ型ドープポリシリコン領域４２２、及び基板４００の露出の部分と共形して形成されるが、一方、誘電体層４２４の上部表面は、実質的に平らである。１つの特定の実施形態では、誘電体層４２４は、抗反射コーティング（ＡＲＣ）層である。
【００３０】
図４Ｂを参照し、複数のコンタクト開口部４２６は、誘電層４２４内に形成される。複数のコンタクト開口部４２６は、複数のＮ型ドープポリシリコン領域４２０及び複数のＰ型ドープポリシリコン領域４２２を露出させる。一実施形態において、複数のコンタクト開口部４２６が、レーザーアブレーションにより形成される。一実施形態では、図４Ｂに示されるように、Ｎ型ドープポリシリコン領域４２０へのコンタクト開口部４２６は、Ｐ型ドープポリシリコン領域４２２へのコンタクト開口部と実質的に同一の高さを有する。
【００３１】
図４Ｃを参照し、導電性コンタクト４２８は、複数のコンタクト開口部４２６内に形成され、複数のＮ型ドープポリシリコン領域４２０及び複数のＰ型ドープポリシリコン領域４２２に連結されている。一実施形態では、導電性コンタクト４２８は、金属から構成され、堆積、リソグラフ法、及びエッチ手法によって形成される。したがって、一実施形態において、導電性コンタクト４２８は、バルクＮ型シリコン基板４００の受光表面４０１と反対側の、バルクＮ型シリコン基板４００の表面上又はその上方に形成される。裏面電極型太陽電池４５０はこのように製造される。
【００３２】
太陽電池中における酸窒化シリコントンネル誘電層の、ホウ素を抑制する挙動の例として、図５は、本発明の実施形態による、酸窒化シリコントンネル誘電層を有するエミッタ領域（曲線５０２）に対し、酸化ケイ素トンネル誘電層を有するエミッタ領域（曲線５０４）における、深さ（マイクロメートル）の関数としての、ホウ素（Ｂ）濃度（原子数／ｃｍ３）のプロット５００である。プロット５００を参照し、４．５％ホウ素ドープに基づく、曲線５０４及び曲線５０２の両方において、エミッタ領域から、各トンネル誘電層まで（これらを含む）の第１部分において、ホウ素の蓄積が生じた（それぞれ、突起状部分５０４Ａ及び５０２Ａ）。しかしながら、酸窒化シリコントンネル誘電層の場合（曲線５０２）、ホウ素の貫通を殆ど又は全く示さない、およそ５ｅ１６ａｔ／ｃｍ３の範囲（測定能力が失われる）までの急激／急な減少が見られた。対照的に、曲線５０４の場合、明らかな低下は生じず、実質的なホウ素貫通を示す。
【００３３】
より一般的に、一実施形態において、酸窒化シリコントンネル誘電層は、少数キャリアをブロックするために太陽電池内に含まれる。一実施形態において、酸窒化シリコントンネル誘電層の厚さは、１０〜２０オングストロームの範囲、具体的には約１５オングストロームである。しかしながら、トンネル誘電体層を形成するために通常必要とされるサーマルバジェットは、例えば裏面電極型太陽電池のバルク基板の基板のような太陽電池の他の部分における欠陥の形成を加速し得る。したがって、従来の手法を適用する場合、トンネル誘電体層を含むことによってもたらされる利点と、このような層を製造するために典型的に必要な増加したサーマルバジェットの有害な影響との、トレードオフが存在し得る。したがって、本発明の一実施形態によると、本明細書で提供される手法は、高効率太陽電池設計において使用するための酸窒化シリコントンネル誘電層の製造を可能にするが、サーマルバジェットが低減する。一実施形態では、サーマルバジェットを低減することによって、熱への暴露の増加により悪化したであろう欠陥が低減されるか又は軽減される。
【００３４】
一実施形態では、ポリシリコンコンタクトを備える構造内のトンネル誘電層を製造するための薄い酸窒化シリコンの成長が、太陽電池の製造中において改善される。例えば、改善は、以下のフィルム属性のうち１または複数を含み得る。高性能でありながら薄い酸窒化シリコントンネル誘電フィルム、制御された厚さ、制御された品質、プロセスサイクルタイムの短縮、及びプロセスサーマルバジェットの低減。一実施形態では、本明細書に記載される手法のうち１または複数を適用することによって、基板の広範囲にわたって厚さを適切に制御することにより、非常に薄い酸窒化シリコントンネル酸化物が、比較的低温（例えば低減されたサーマルバジェット）及び比較的短いサイクルタイムで得られる。
【００３５】
特定の材料が上記に具体的に記載されているが、いくつかの材料は他のものと容易に置換することができ、他のこのような実施形態も、依然として本発明の実施形態の趣旨及び範囲内である。例えば、一実施形態において、ＩＩＩ〜Ｖ族材料の基板、又は太陽電池基板全体の上に多結晶シリコン層を配置することにより形成されるものなどの薄膜基板など、異なる材料基板が、バルク結晶シリコン基板の代わりに使用されてもよい。別の実施形態において、太陽電池の上方にエミッタ領域を形成するために、ポリシリコンの代わりに高バンドギャップ材料が使用されてもよい。更に、裏面電極型太陽電池との関連において記載してきたが、表面電極型太陽電池など、他のコンタクト構成が、本発明の実施形態の趣旨及び範囲内であるものと考えられる。
【００３６】
更に、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）が、酸窒化シリコントンネル誘電層を製造するための特定の実施例として提示されているが、他の化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスが使用されてもよいことが理解される。例えば、大気圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）、プラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、熱成長、又はスパッタリングプロセスが、このようなトンネル誘電層を形成するために使用され得る。
【００３７】
このように、酸窒化シリコン誘電層を備える太陽電池、及び太陽電池製造のために、酸窒化シリコン誘電層を形成する方法が開示されてきた。本発明の実施形態により、太陽電池のエミッタ領域は、受光表面と反対側の裏面を有する基板の一部を含む。酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ，０＜ｘ，ｙ）誘電層が、その基板の一部の裏面上に配置されている。酸窒化シリコン誘電層上に、半導体層が配置される。一実施形態において、酸窒化シリコン誘電層は、窒素濃度最大部を１つだけ有し、最大部は、基板の一部の裏面に近接している、酸窒化シリコン誘電層の表面にある。一実施形態において、酸窒化シリコン誘電層は、窒素濃度最大部を１つだけ有し、最大部は、基板の一部の裏面から遠位にある、酸窒化シリコン誘電層の表面にある。一実施形態において、酸窒化シリコン誘電層は、２つの窒素濃度最大部を有し、１つの最大部は、基板の一部の裏面から遠位にある、酸窒化シリコン誘電層の表面にあり、及び１つの最大部は、基板の一部の裏面に近接している、酸窒化シリコン誘電層の表面にある。
【００３８】
一実施形態において、太陽電池のエミッタ領域は、前面と反対側の裏面を有する基板の一部を含む。酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ，０＜ｘ，ｙ）誘電層が、その基板の一部の裏面上に配置されている。酸窒化シリコン誘電層上に、半導体層が配置される。
【００３９】
一実施形態において、前面は太陽電池の受光表面である。
【００４０】
一実施形態において、酸窒化シリコン誘電層は、不均一な窒素の分布を有する。
【００４１】
一実施形態において、酸窒化シリコン誘電層は、窒素濃度最大部を１つだけ有し、最大部は、基板の一部の裏面に近接している、酸窒化シリコン誘電層の表面にある。
【００４２】
一実施形態において、酸窒化シリコン誘電層は、窒素濃度最大部を１つだけ有し、最大部は、酸窒化シリコン誘電層の表面にある、基板の一部の裏面から遠位にある。
【００４３】
一実施形態において、酸窒化シリコン誘電層は、２つの窒素濃度最大部を有し、１つの最大部は、基板の一部の裏面から遠位にある、酸窒化シリコン誘電層の表面にあり、及び１つの最大部は、基板の一部の裏面に近接している、酸窒化シリコン誘電層の表面にある。
【００４４】
一実施形態では、最大部の間の距離は、およそ５〜６オングストロームの範囲である。
【００４５】
一実施形態では、酸窒化シリコン誘電層は、およそ１０〜２０オングストロームの範囲の厚さを有する。
【００４６】
一実施形態において、酸窒化シリコン誘電層は、およそ４〜５オングストロームの範囲の厚さを有する第１窒素リッチ領域、第１窒素リッチ領域の上方に配置され、およそ５〜６オングストロームの範囲の厚さを有する低窒素領域、及び低窒素領域の上方に配置され、およそ４〜５オングストロームの範囲の厚さを有する第２窒素リッチ領域を有する。
【００４７】
一実施形態において、酸窒化シリコン誘電層は、ｘ＞ｙである組成物を有する。
【００４８】
一実施形態において、酸窒化シリコン誘電層上に配置された半導体層は、ホウ素ドープシリコン層である。
【００４９】
一実施形態において、酸窒化シリコン誘電層はホウ素原子を含む。
【００５０】
一実施形態において、酸窒化シリコン誘電層は、半導体層から基板の一部へとドーパントが貫通するのを抑制するためのものである。
【００５１】
一実施形態において、酸窒化シリコン誘電層は、エミッタ領域のための酸窒化シリコントンネル誘電層である。
【００５２】
一実施形態において、エミッタ領域は、半導体層上に配置された金属コンタクトを更に含む。
【００５３】
一実施形態において、第１エミッタ領域を含む太陽電池は、受光表面と反対側の裏面を有する基板の第１部分を含む。酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ，０＜ｘ，ｙ）誘電層が、基板の第１部分の裏面上に配置されている。酸窒化シリコン誘電層上に、Ｐ型半導体層が配置される。太陽電池はまた、基板の第２部分を含む太陽電池第２エミッタ領域を含む。酸窒化シリコン誘電層が、基板の第２部分の裏面上に配置されている。酸窒化シリコン誘電層上に、Ｎ型半導体層が配置される。
【００５４】
一実施形態において、酸窒化シリコン誘電層は、不均一な窒素の分布を有する。
【００５５】
一実施形態において、酸窒化シリコン誘電層は、Ｐ型半導体層から基板の第１部分へのドーパントの貫通を抑制するためのものであり、酸窒化シリコン誘電層は、第１及び第２エミッタ領域のための酸窒化シリコントンネル誘電層である。
【００５６】
一実施形態において、第１及び第２エミッタ領域は、基板の第１部分と第２部分との間で、基板内に形成されるトレンチにより分離される。
【００５７】
一実施形態において、太陽電池のエミッタ領域は、受光表面と反対側の裏面を有するＮ型バルクシリコン基板の一部を含む。酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ，０＜ｘ，ｙ）誘電層が、Ｎ型バルクシリコン基板の一部の裏面上に配置されている。酸窒化シリコン誘電層は、不均一な窒素の分布を有する。酸窒化シリコン誘電層上に配置された、ホウ素ドープ多結晶シリコン層が配置される。金属コンタクトが、Ｐ型多結晶シリコン層上に配置される。
【００５８】
一実施形態において、酸窒化シリコン誘電層は、ホウ素ドープ多結晶シリコン層からＮ型バルクシリコン基板の一部へのドーパントの貫通を抑制するためのものであり、酸窒化シリコン誘電層は、エミッタ領域のための酸窒化シリコントンネル誘電層である。
【００５９】
一実施形態において、太陽電池のエミッタ領域の製造方法は、Ｎ型シリコン基板の一部を消耗することによって、太陽電池のバルクＮ型シリコン基板の表面上に酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ，０＜ｘ，ｙ）誘電層を形成することを含む。方法はまた、半導体層を酸窒化シリコン誘電層上に形成する工程も含む。
【００６０】
一実施形態において、酸窒化シリコン誘電層を形成することは、Ｎ型シリコン基板の一部を酸化及び窒化させることを含む。
【００６１】
一実施形態において、酸化及び窒化は、酸窒化シリコン誘電層内に、不均一な窒素の分布を形成する。
【００６２】
一実施形態において、酸化及び窒化させることは、酸素（Ｏ２）及び酸化窒素（ＮＯ）の存在下でＮ型シリコン基板を、プラズマなしにおよそ６５０〜９００℃の範囲の温度まで、又はプラズマありでおよそ２００〜３５０℃の範囲の温度まで加熱し、窒素濃度最大部（Ｎ型シリコン基板に近接している、酸窒化シリコン誘電層の表面にある最大部）を１つのみ有する酸窒化シリコン誘電層を形成することを含む。
【００６３】
一実施形態において、酸化及び窒化させることは、酸素（Ｏ２）及び酸化窒素（ＮＯ）の存在下でＮ型シリコン基板を、プラズマなしにおよそ６５０〜９００℃の範囲の温度まで、又はプラズマありでおよそ２００〜３５０℃の範囲の温度まで加熱し、窒素濃度最大部（Ｎ型シリコン基板から遠位の、酸窒化シリコン誘電層の表面にある最大部）を１つのみ有する酸窒化シリコン誘電層を形成することを含む。
【００６４】
一実施形態において、酸化及び窒化させることは、酸素（Ｏ２）及び酸化窒素（ＮＯ）の存在下でＮ型シリコン基板を、プラズマなしにおよそ６５０〜９００℃の範囲の温度まで、又はプラズマありでおよそ２００〜３５０℃の範囲の温度まで加熱し、２つの窒素濃度最大部（Ｎ型シリコン基板から遠位にある、酸窒化シリコン誘電層の表面にある１つの最大部、及びＮ型シリコン基板に近接している、酸窒化シリコン誘電層の表面にある１つの最大部）を有する酸窒化シリコン誘電層を形成することを含む。
【００６５】
一実施形態において、窒化及び酸化は、最初に酸化窒素（ＮＯ）及び酸素（Ｏ２）を流し、次に酸素（Ｏ２）のみを流し、最後に酸化窒素（ＮＯ）及び酸素（Ｏ２）を流すことを含む。
【００６６】
一実施形態において、酸窒化シリコン誘電層が、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）チャンバ内で形成される。
［項目１］
太陽電池のエミッタ領域であって、上記エミッタ領域は、
前面と反対側の裏面を有する基板の一部と、
上記基板の上記一部の上記裏面上に配置され、不均一な窒素の分布を有する酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ，０＜ｘ，ｙ）誘電層と、
上記酸窒化シリコン誘電層上に配置された半導体層と、を備える、エミッタ領域。
［項目２］
上記前面は、上記太陽電池の受光表面である、項目１に記載のエミッタ領域。
［項目３］
上記酸窒化シリコン誘電層は、窒素濃度最大部を１つだけ有し、上記最大部は、上記基板の上記一部の上記裏面に近接している上記酸窒化シリコン誘電層の表面にある、項目１に記載のエミッタ領域。
［項目４］
上記酸窒化シリコン誘電層は、窒素濃度最大部を１つだけ有し、上記最大部は、上記基板の上記一部の上記裏面から遠位にある上記酸窒化シリコン誘電層の表面にある、項目１に記載のエミッタ領域。
［項目５］
上記酸窒化シリコン誘電層は、２つの窒素濃度最大部を有し、１つの最大部は、上記基板の上記一部の上記裏面から遠位にある上記酸窒化シリコン誘電層の表面にあり、及び１つの最大部は、上記基板の上記一部の上記裏面に近接している上記酸窒化シリコン誘電層の表面にある、項目１に記載のエミッタ領域。
［項目６］
上記最大部の間の距離は、およそ５〜６オングストロームの範囲である、項目５に記載のエミッタ領域。
［項目７］
上記酸窒化シリコン誘電層は、およそ１０〜２０オングストロームの範囲の厚さを有する、項目１に記載のエミッタ領域。
［項目８］
上記酸窒化シリコン誘電層は、およそ４〜５オングストロームの範囲の厚さを有する第１窒素リッチ領域、上記第１窒素リッチ領域の上方に配置され、およそ５〜６オングストロームの範囲の厚さを有する低窒素領域、及び上記低窒素領域の上方に配置され、およそ４〜５オングストロームの範囲の厚さを有する第２窒素リッチ領域を有する、項目７に記載のエミッタ領域。
［項目９］
上記酸窒化シリコン誘電層は、ｘ＞ｙの組成を有する、項目１に記載のエミッタ領域。
［項目１０］
上記酸窒化シリコン誘電層上に配置された上記半導体層は、ホウ素ドープシリコン層である、項目１に記載のエミッタ領域。
［項目１１］
上記酸窒化シリコン誘電層は、ホウ素原子を有する、項目１０に記載のエミッタ領域。
［項目１２］
上記酸窒化シリコン誘電層は、上記半導体層から上記基板の上記一部へとドーパントが貫通するのを抑制するためのものである、項目１に記載のエミッタ領域。
［項目１３］
上記酸窒化シリコン誘電層は、上記エミッタ領域のための酸窒化シリコントンネル誘電層である、項目１に記載のエミッタ領域。
［項目１４］
上記半導体層上に配置された金属コンタクトを更に備える、項目１に記載のエミッタ領域。
［項目１５］
太陽電池であって、
受光表面と反対側の裏面を有する基板の第１部分、
上記基板の上記第１部分の上記裏面上に配置され、不均一な窒素の分布を有する酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ，０＜ｘ，ｙ）誘電層、及び
上記酸窒化シリコン誘電層上に配置されたＰ型半導体層を、含む第１エミッタ領域と、
上記基板の第２部分、
上記基板の上記第２部分の上記裏面上に配置された上記酸窒化シリコン誘電層、及び
上記酸窒化シリコン誘電層上に配置されたＮ型半導体層を、含む第２エミッタ領域と、を含む、太陽電池。
［項目１６］
上記酸窒化シリコン誘電層は、上記Ｐ型半導体層から上記基板の上記第１部分へのドーパントの貫通を抑制するためのものであり、上記酸窒化シリコン誘電層は、上記第１エミッタ領域及び上記第２エミッタ領域のための酸窒化シリコントンネル誘電層である、項目１５に記載の太陽電池。
［項目１７］
上記第１エミッタ領域、及び上記第２エミッタ領域は、上記基板の上記第１部分と上記第２部分との間で、上記基板内に形成されるトレンチにより分離されている、項目１５に記載の太陽電池。
［項目１８］
太陽電池のエミッタ領域であって、上記エミッタ領域は、
受光表面と反対側の裏面を有するＮ型バルクシリコン基板の一部と、
上記Ｎ型バルクシリコン基板の上記一部の上記裏面上に配置され、不均一な窒素の分布を有する酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ，０＜ｘ，ｙ）誘電層と、
上記酸窒化シリコン誘電層上に配置された、ホウ素ドープ多結晶シリコン層と、
上記ホウ素ドープ多結晶シリコン層上に配置された金属コンタクトと、を備える、太陽電池のエミッタ領域。
［項目１９］
上記酸窒化シリコン誘電層は、上記ホウ素ドープ多結晶シリコン層から上記Ｎ型バルクシリコン基板の上記一部へのドーパントの貫通を抑制するためのものであり、上記酸窒化シリコン誘電層は、上記エミッタ領域のための酸窒化シリコントンネル誘電層である、項目１８に記載のエミッタ領域。
［項目２０］
上記酸窒化シリコン誘電層は、窒素濃度最大部を１つだけ有し、上記最大部は、上記Ｎ型バルクシリコン基板の上記一部の上記裏面に近接している上記酸窒化シリコン誘電層の表面にある、項目１８に記載のエミッタ領域。
【図１】
0006352939.tif 000002
【図２】
0006352939.tif 000003
【図３】
0006352939.tif 000004
【図４Ａ】
0006352939.tif 000005
【図４Ｂ】
0006352939.tif 000006
【図４Ｃ】
0006352939.tif 000007
【図５】
0006352939.tif 000008