(57)【要約】  第１の導電型のドーパントでドープされている被膜のブランケット層を使用して、太陽電池の拡散領域が形成される（２３１）。この被膜のブランケット層の選択領域内に、第２の導電型のドーパントを注入することにより、第２の導電型のドーパント源領域が形成される（２３２）。太陽電池の拡散領域は、この被膜のブランケット層から、下層のシリコン材料内に、第１の導電型のドーパント及び第２の導電型のドーパントを拡散させることによって形成される（２３３）。被膜のブランケット層は、ホウ素でドープされたＰ型ドーパント源層とすることができ、このＰ型ドーパント源層の選択領域内にリンが注入されることにより、Ｐ型ドーパント源層内にＮ型ドーパント源領域が形成される。
2016506627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の拡散領域を形成する方法であって、
Ｐ型ドーパントを含むＰ型ドーパント源層を、シリコン材料上に形成する工程と、
前記Ｐ型ドーパント源層の選択領域内にイオン注入によってＮ型ドーパントを注入して、前記Ｐ型ドーパント源層内に、Ｎ型ドーパント源領域を形成する工程と、
前記Ｐ型ドーパント源層の前記Ｎ型ドーパント源領域から、前記シリコン材料内にＮ型ドーパントを拡散させることによって、前記シリコン材料内に、前記太陽電池のＮ型拡散領域を形成する工程と、
Ｎ型ドーパントが注入されていない前記Ｐ型ドーパント源層の領域である、前記Ｐ型ドーパント源層の他の領域から、前記シリコン材料内にＰ型ドーパントを拡散させることによって、前記シリコン材料内に、前記太陽電池のＰ型拡散領域を形成する工程と、
を含む、方法。
【請求項２】
前記Ｐ型ドーパント源層の前記他の領域はホウ素を含み、前記Ｐ型ドーパント源の前記Ｎ型ドーパント源領域はホウ素及びリンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記Ｐ型ドーパント源層の前記選択領域内に注入される前記Ｎ型ドーパントは、リンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記シリコン材料は、多結晶シリコンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記シリコン材料は、Ｎ型単結晶シリコン基板を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記Ｐ型ドーパント源層の前記他の領域は、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記Ｐ型ドーパント源層の前記Ｎ型ドーパント源領域は、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記シリコン材料は、多結晶シリコンを含み、前記方法は、
Ｎ型単結晶シリコン基板上に、薄い酸化物を形成する工程と、
前記薄い酸化物上に、前記多結晶シリコンを形成する工程と、
を更に含み、前記Ｐ型ドーパント源層は、前記多結晶シリコン上に形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記シリコン材料は、多結晶シリコンを含み、前記方法は、
単結晶シリコンのキャリアウェハ上に、Ｎ型単結晶シリコン基板を成長させる工程と、
前記Ｎ型単結晶シリコン基板上に、薄い酸化物を成長させる工程と、
前記薄い酸化物上に、前記多結晶シリコンを成長させる工程と、
前記多結晶シリコン上に、Ｐ型多結晶シリコンの層を成長させる工程と、
前記Ｐ型多結晶シリコンの層を酸化させることにより、前記Ｐ型多結晶シリコンをＰ型ドープ酸化物に変換する工程と、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記Ｐ型ドープ酸化物は、ホウ素ドープ酸化物を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ホウ素ドープ酸化物は、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１の前記方法を使用して製造される太陽電池。
【請求項１３】
太陽電池の拡散領域を形成する方法であって、
第１の導電型のドーパントを含む被膜のブランケット層を形成する工程と、
前記被膜のブランケット層の選択領域内に、前記第１の導電型とは逆の、第２の導電型のドーパントのイオンを注入することにより、前記被膜のブランケット層内に、前記第２の導電型のドーパントのドーパント源領域を形成する工程と、
前記被膜のブランケット層から下層のシリコン材料内に、前記第１の導電型のドーパントを拡散させることにより、前記シリコン材料内に、前記太陽電池の前記第１の導電型の拡散領域を形成する工程と、
前記被膜のブランケット層から前記シリコン材料内に、前記第２の導電型のドーパントを拡散させることにより、前記シリコン材料内に、前記太陽電池の前記第２の導電型の拡散領域を形成する工程と、
を含む、方法。
【請求項１４】
前記第１の導電型はＰ型を含み、前記第２の導電型はＮ型を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記被膜のブランケット層内の、前記第２の導電型のドーパントの前記ドーパント源領域は、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記シリコン材料は、多結晶シリコンを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記シリコン材料は、単結晶シリコン基板を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
太陽電池であって、
Ｐ型ドーパントを含む第１の領域のセット、並びにＮ型ドーパント及びＰ型ドーパントを含む第２の領域のセットを含む、ブランケット被膜層と、
前記ブランケット被覆層の前記第１の領域のセットの直下の、複数のＰ型拡散領域と、
前記ブランケット被覆層の前記第２の領域のセットの直下の、複数のＮ型拡散領域と、
を備える、太陽電池。
【請求項１９】
前記第１の領域のセットは、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）を含み、前記第２の領域のセットは、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）を含む、請求項１８に記載の太陽電池。
【請求項２０】
前記複数のＰ型拡散領域及び前記複数のＮ型拡散領域は、多結晶シリコンの層内に存在する、請求項１８に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で説明される主題の実施形態は、全般的には、太陽電池に関する。より詳細には、本主題の実施形態は、太陽電池の製造プロセス及び構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、太陽放射を電気エネルギーに変換するための周知のデバイスである。太陽電池は、通常動作中は太陽に向けられて太陽放射を集光する前面と、その前面の反対側の裏面とを有する。太陽電池に衝突する太陽放射は、負荷回路などの外部電気回路に電力供給するために利用することが可能な、電荷を作り出す。
【０００３】
太陽電池の製造プロセスは、典型的には、マスキング、エッチング、堆積、拡散、及び他の工程を伴う、数多くの工程を含む。本発明の実施形態は、低減された製造コスト及びより高いスループットのための、低減された数の工程を伴う太陽電池プロセスを提供する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態では、第１の導電型のドーパントでドープされている被膜のブランケット層を使用して、太陽電池の拡散領域が形成される。この被膜のブランケット層の選択領域内に、第２の導電型のドーパントを注入することにより、第２の導電型のドーパント源領域を形成する。太陽電池の拡散領域は、この被膜のブランケット層から、シリコンなどの下層の半導体材料内に、第１の導電型のドーパント及び第２の導電型のドーパントを拡散させることによって形成される。被膜のブランケット層は、ホウ素でドープされたＰ型ドーパント源層とすることができ、このＰ型ドーパント源層の選択領域内にリンが注入されることにより、Ｐ型ドーパント源層内にＮ型ドーパント源領域が形成される。シリコン材料は、例えば、多結晶シリコン又は単結晶シリコン基板を含み得る。
【０００５】
本発明のこれらの特徴及び他の特徴は、添付の図面及び特許請求の範囲を含む本開示の全体を読むことで、当業者には容易に明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本主題のより完全な理解は、発明を実施するための形態、及び特許請求の範囲を、以下の図と併せて考察し、参照することによって導き出すことができ、これらの図の全体を通して、同様の参照番号は同様の要素を指す。図は、一定の縮尺で描かれてはいない。
【０００７】
【図１】本発明の実施形態による、太陽電池の製造を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態による、太陽電池の製造を概略的に示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態による、太陽電池の製造を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態による、太陽電池の製造を概略的に示す断面図である。
【０００８】
【図５】本発明の別の実施形態による、太陽電池の製造を概略的に示す断面図である。
【図６】本発明の別の実施形態による、太陽電池の製造を概略的に示す断面図である。
【図７】本発明の別の実施形態による、太陽電池の製造を概略的に示す断面図である。
【図８】本発明の別の実施形態による、太陽電池の製造を概略的に示す断面図である。
【０００９】
【図９】本発明の実施形態による、多結晶シリコン及び単結晶シリコン基板の積層体の形成を概略的に示す断面図である。
【図１０】本発明の実施形態による、多結晶シリコン及び単結晶シリコン基板の積層体の形成を概略的に示す断面図である。
【図１１】本発明の実施形態による、多結晶シリコン及び単結晶シリコン基板の積層体の形成を概略的に示す断面図である。
【００１０】
【図１２】本発明の実施形態による、太陽電池の拡散領域を形成する方法のフローチャートを示す。
【００１１】
【図１３】本発明の実施形態による、多結晶シリコン及び単結晶シリコン基板の積層体を形成する方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示では、本発明の実施形態を十分に理解するために、装置、構造、材料、及び方法の実施例などの、数多くの具体的な詳細が提供される。しかしながら、当業者であれば、本発明が、それらの具体的な詳細のうちの１又は複数を欠いても実践することができる点が理解されるであろう。他の場合には、本発明の態様を不明瞭にすることを避けるために、周知の詳細は図示又は説明されない。
【００１３】
全裏面電極型太陽電池では、Ｐ型拡散領域及びＮ型拡散領域、並びに全ての対応する金属コンタクトは、太陽電池の裏面上に存在する。それらの拡散領域は、ドーパント源からドーパントを拡散させることによって形成することができる。プロセス要件を満たすために、ドーパント源は、典型的には、互いから１００μｍ未満の範囲内に配置する必要があり、また後続の処理工程の位置合わせを可能にするべく、ウェハの中心又は縁部に位置合わせする必要がある。これらのドーパント源の位置合わせの困難性は、トレンチによるＰ型拡散領域とＮ型拡散領域との分離などの、他の工程の位置精度要件によって混乱化される。
【００１４】
太陽電池の拡散領域を空間的に配置する１つの技術は、ドーパント源のブランケット層を堆積させる工程と、そのドーパント源の上面上にリソグラフィペーストを適用する工程と、エッチングプロセスを使用してペーストをパターニングする工程と、ドーパント源から下位層内にドーパントを打ち込んで拡散領域を形成する工程とを伴い得る。堆積、パターニング、及びエッチングを伴うこの技術は、多くの工程を必要とするばかりではなく、実施するためにはコストもかかる。
【００１５】
拡散領域を空間的に配置する別の技術は、リソグラフィペーストを、ドーパント含有インクで置き換えることを伴い得る。この技術は、ドーパント源を必要とする表面の上面上に、例えばスクリーンプリンタ又は代替的タイプのプリンタを使用して、所望のパターンでドーパントインクを適用する工程と、そのインクから、逆の型のドーパントのブランケット層内に、熱処理工程でドーパントを打ち込む工程とを含み得る。この技術の問題点は、ドーパントインクに対して、幾つかの困難な機能的要件が求められる点である。より詳細には、このインクは、印刷可能でなければならず、ドーパント源であることが可能でなければならず、ガス放出の結果として、インクによって覆われていない区域をドープしてはならない。それゆえ、インク自体にコストがかかることになり、インクが使用される方式に応じて、正味の製造コストの削減が生じない可能性がある。
【００１６】
図１〜図４は、本発明の実施形態による、太陽電池の製造を概略的に示す断面図である。製造されている太陽電池は、以下でより明らかとなるように、そのＰ型拡散領域及びＮ型拡散領域、並びに対応する金属コンタクトが、太陽電池の裏面上に存在するため、全裏面電極型太陽電池である。
【００１７】
図１では、二酸化シリコンの形態の薄い誘電体層１０２が、主基板の裏側表面上に形成され、この主基板は、図１の実施例では、Ｎ型単結晶シリコン基板１０１である。一実施形態では、二酸化シリコン１０２は、４０オングストローム以下（例えば、５〜４０オングストローム、好ましくは２０オングストローム）の厚さまで、単結晶シリコン基板１０１の裏側表面上に直接熱成長される。二酸化シリコン１０２は、トンネル効果の機能を提供し、例えば、トンネル酸化物としての役割を果たし得る。
【００１８】
（「ポリシリコン」とも称される）多結晶シリコンの層１０３が、二酸化シリコン１０２上に形成される。その後、Ｐ型ドーパント源層１０４が、多結晶シリコン１０３上に形成される。その名称が示すように、Ｐ型ドーパント源層１０４は、Ｐ型ドーパントの供給源としての役割を果たす。一実施形態では、Ｐ型ドーパント源層１０４は、化学気相成長法又は気相エピタキシなどの堆積によって形成された、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）のブランケット層を含む。より詳細には、ドーパント源層１０４は、堆積チャンバ内にＰ型ドーパントを導入しつつ、多結晶シリコン１０３上に成長させることができる。Ｐ型ドーパント源層１０４からのドーパント（この実施例では、ホウ素）が、その後、下層の多結晶シリコン１０３に拡散することにより、その中にＰ型拡散領域が形成される。一般に、Ｐ型ドーパント源層１０４（及び、以下で紹介される他のＰ型ドーパント源層）は、ホウ素ドープ酸化物を含み得る。
【００１９】
多結晶シリコンの層１０３及びＰ型ドーパント源層１０４は、別個の堆積工程によって形成することができる。後に説明する図９〜図１１におけるような他の実施形態では、これらの層は、気相エピタキシによって、同じ工具内で相次いで、その場で（すなわち、真空破壊することなく）成長させることができる。
【００２０】
図２では、図１の太陽電池構造体が、「イオン注入装置」とも称される、イオン注入工具内に定置される。半導体産業は、長年にわたって、イオン注入を採用してきた。しかしながら、空間的配置を達成するためには、注入される区域を画定するハードマスク（例えば、フォトレジスト、酸化物、窒化物）を、典型的には、ウェハの表面上に形成する必要がある。太陽電池の製造における拡散配置に必要とされる空間的精度は、半導体デバイスの製造におけるものよりも、厳密性が数桁低く、例えば、半導体デバイスの製造に関しては１０ｎｍ未満であるのに対して、太陽電池の製造に関しては２００μｍ未満である。したがって、ウェハの表面上に形成されるマスクではなく、工具内に存在する取り外し可能かつ使い捨てのマスクを使用する、イオン注入工具を使用して、太陽電池内にドーパントを注入することができる。
【００２１】
依然として、イオン注入は、全裏面電極型太陽電池の製造の際に、固有の課題を提示するが、これは、Ｐ型拡散領域及びＮ型拡散領域を、互いに対して適切に、空間的に配置しなければならず、またウェハの中心又は縁部に、パターンを位置合わせしなければならないためである。この空間的配置を達成するために、イオン注入を使用する工程は、一方がＰ型ドーパントに関し、もう一方がＮ型ドーパントに関する、別個の注入工程が必要とされ、それぞれの工程が、その別個の注入マスクを使用する。高効率の太陽電池の製造の際には、このことは、拡散領域が互いに重なり合わず、空間電荷再結合の広い領域を作り出さないことを確実にするために、１０μｍよりも良好な精度のパターン配置を必要とし得るが、これは、高スループットの（例えば、１時間当たりの生産数（ＵＰＨ）が２１００を超える）注入工具に関しては、極めて困難である。
【００２２】
図２の実施例では、注入マスク１１２は、イオン注入工具の一部であり、太陽電池基板上には形成されない。例えば、注入マスク１１２は、太陽電池基板から独立した、注入工具内に挿入又は抜去することができる、取り外し可能なマスクとすることができる。パターン配置精度の懸念に対処するために、１つのみのドーパント導電型が、イオン注入で注入される。図２の実施例では、Ｎ型ドーパントのみが、イオン注入によって注入され、Ｐ型ドーパントは、Ｐ型ドーパント源層としての役割を果たす、被膜のブランケット層で形成される。一実施形態では、リンイオンが、注入マスク１１２を介して、Ｐ型ドーパント源層１０４の特定領域内に選択的に注入される。リンは、注入マスク１１２によって覆われた、Ｐ型ドーパント源層１０４の領域内には注入されず、これらの領域は、Ｐ型ドーパント源として残される。
【００２３】
マスク１１２によって露出される、Ｐ型ドーパント源層１０４の領域は、Ｎ型ドーパント源領域１１３となる。図２の実施例では、Ｐ型ドーパント源層１０４は、ＢＳＧを含み、リンが注入されるため、リンが注入された層１０４の領域１１３は、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）を含む。すなわち、このイオン注入工程は、Ｐ型ドーパント源層１０４内に、Ｎ型ドーパント源領域１１３を形成する。Ｎ型ドーパント源領域１１３が、そのように名付けられる理由は、それらの領域が、後にポリシリコンの層１０３内に拡散してＮ型拡散領域を形成する、Ｎ型ドーパント（この実施例では、リン）を提供するためである。
【００２４】
領域１１３のＢＰＳＧでは、リンが、下層のシリコン内に良好に拡散する。このことが生じる理由は、ホウ素酸化物被膜内のリンの拡散が促進されるためであり、また、そのリンが、シリコン境界面内へのホウ素の拡散を遅延させるためである。したがって、領域１１３内のリン濃度とホウ素濃度とが好適な比率を有する場合には、領域１１３は、実質的に殆どがリンの（ホウ素ではなく）拡散を、効果的に可能にし、領域１１３がＮ型ドーパント源としての役割を果たすことを可能にする。一実施形態では、リンは、注入のピークがシリコン表面付近で生じるように、ＢＳＧ内に注入されることにより、リンがシリコン内に拡散する前に、そのシリコン内に拡散するホウ素の量は、最小限に抑えられる。注入のエネルギーは、ＢＳＧ層の厚さに基づいて選択される。６０００Ａ（オングストローム）の厚さのＢＳＧ層は、比較的高いエネルギーである、２００ＫｅＶの注入エネルギーを必要とし得る。より低いエネルギーの注入が好ましいため、約２０００ＡのＢＳＧ厚さが好ましいが、最少１０００Ａまでである。リンの好ましい投与量は、リン投与量がＢＰＳＧの総重量の４％〜１０％となるようなものであり、ホウ素の拡散を遅延させるために、十分なリンがシリコン表面に到達するようなものである。
【００２５】
Ｐ型ドーパント源層１０４内へのＮ型ドーパントの選択的注入は、Ｐ型ドーパント源層１０４内のＮ型ドーパント源領域１１３の形成をもたらすと同時に、Ｐ型ドーパント源層１０４の残部を、Ｐ型ドーパント源として保つ。理解され得るように、このことにより、更なる堆積工程、パターニング工程、及びエッチング工程の実行を必要とすることなく、２つの異なる極性のドーパント源を形成することが可能となり、太陽電池の製造工程の削減がもたらされる。注入マスクの配置精度の懸念は、この実施例ではＮ型ドーパントである、２つのドーパントの型のうちの一方のみを、拡散領域を形成するために注入することによって対処される。すなわち、得られるＮ型拡散領域が適切に配置されることを確実にするために、１つのみの重要な位置合わせ工程が必要とされる。他方のドーパントは、イオン注入によって導入される代わりに、この実施例ではＰ型ドーパント源層１０４である、ブランケット被膜層内に提供される。
【００２６】
図３では、拡散工程が実行され、Ｐ型ドーパント源層１０４から、多結晶シリコン１０３内にＰ型ドーパントを拡散させることにより、Ｐ型拡散領域１１４が形成される。Ｐ型拡散領域１１４を形成するように拡散したＰ型ドーパントは、Ｎ型ドーパントが注入されていない、Ｐ型ドーパント源層１０４の領域からのものである。この拡散工程はまた、Ｎ型ドーパント源領域１１３から、多結晶シリコン１０３内にＮ型ドーパントを拡散させることにより、Ｎ型拡散領域１１５も形成した。対応するＰ型拡散領域及びＮ型拡散領域を多結晶シリコン１０３内に形成するための、Ｐ型ドーパント及びＮ型ドーパントの拡散は、同じ熱処理工程で実施することができ、この工程は、イオン注入工程の直後に、又はイオン注入工程の後に続く任意の工程で実行することができる。
【００２７】
更なる工程を実行することにより、太陽電池の製造を完了することができる。図４では、これらの更なる工程には、太陽電池の裏面上に、電気絶縁、パッシベーション、及び／又は他の目的のための、誘電体層１１６並びに他の層を形成する工程が含まれる。次いで、金属コンタクト１１７及び金属コンタクト１１８が、それぞれ、対応するＮ型拡散領域１１５及びＰ型拡散領域１１４に電気的に結合するように、コンタクトホール内に形成される。金属コンタクト１１７及び金属コンタクト１１８は、互いに噛み合わせることができる。この太陽電池は、全裏面電極型太陽電池であり、金属コンタクト１１７、金属コンタクト１１８、Ｐ型拡散領域１１４、及びＮ型拡散領域１１５は全て、太陽電池の裏面（矢印１２０を参照）上に存在する。この太陽電池の前面（矢印１２１を参照）は、裏面の反対側にあり、通常動作中は太陽に向けられる。
【００２８】
図１〜図４の実施例では、Ｐ型拡散領域１１４及びＮ型拡散領域１１５は、単結晶シリコン基板１０１の外部に存在する、多結晶シリコンの層１０３内に形成される。他の実施形態では、Ｐ型拡散領域及びＮ型拡散領域は、外部の材料の層ではなく、単結晶シリコン基板内部に形成される。ここで図５〜図８を参照して、特定の実施例を説明する。
【００２９】
図５〜図８は、本発明の実施形態による、太陽電池の製造を概略的に示す断面図である。図５では、Ｐ型ドーパント源層２０２が、Ｎ型単結晶基板２０１の裏面上に形成される。一実施形態では、このＰ型ドーパント源層は、ＢＳＧのブランケット層を含む。前述のように、Ｐ型ドーパント源層２０２は、この実施例ではホウ素を含む、Ｐ型ドーパントの供給源としての役割を果たす。
【００３０】
図６では、図５の太陽電池構造体が、注入マスク１１２を有するイオン注入工具内に定置される。注入マスク１１２は、イオン注入工具の一部であり、太陽電池基板上には形成されない。一実施形態では、Ｎ型ドーパントのみが、イオン注入によって注入される。具体的には、一実施形態では、注入マスク１１２を使用して、Ｐ型ドーパント源層２０２の特定領域内に、リンイオンが選択的に注入される。リンは、注入マスク１１２によって覆われた、Ｐ型ドーパント源層２０２の領域内には注入されず、これらの領域は、Ｐ型ドーパント源として残される。
【００３１】
注入マスク１１２によって露出される、Ｐ型ドーパント源層２０２の領域は、この実施例ではＢＰＳＧを含む、Ｎ型ドーパント源領域２０３となる。Ｎ型ドーパント源領域２０３は、後に単結晶シリコン基板２０１内に拡散して、その中にＮ型拡散領域を形成する、Ｎ型ドーパントを提供する。
【００３２】
図７では、拡散工程が実行され、Ｐ型ドーパント源層２０２から、単結晶シリコン基板２０１内にＰ型ドーパントを拡散させることにより、単結晶シリコン基板２０１内に、Ｐ型拡散領域２０４が形成される。Ｐ型拡散領域２０４を形成するように拡散したＰ型ドーパントは、Ｎ型ドーパントが注入されていない、Ｐ型ドーパント源層２０２の領域からのものである。この拡散工程はまた、Ｎ型ドーパント源領域２０３から、単結晶シリコン基板２０１内にＮ型ドーパントを拡散させることにより、単結晶シリコン基板２０１内に、Ｎ型拡散領域２０５も形成した。対応するＰ型拡散領域及びＮ型拡散領域を単結晶シリコン基板２０１内に形成するための、Ｐ型ドーパント及びＮ型ドーパントの拡散は、同じ熱処理工程で実施することができ、この工程は、イオン注入工程の直後に、又はイオン注入工程の後に続く任意の工程で実行することができる。
【００３３】
更なる工程を実行することにより、太陽電池の製造を完了することができる。図８では、これらの更なる工程には、太陽電池の裏面上に、電気絶縁、パッシベーション、及び／又は他の目的のための、誘電体層２０８並びに他の層を形成する工程が含まれる。次いで、金属コンタクト２１０及び金属コンタクト２１１が、それぞれ、対応するＮ型拡散領域２０５及びＰ型拡散領域２０４に電気的に結合するように、コンタクトホール内に形成される。金属コンタクト２１０及び金属コンタクト２１１は、互いに噛み合わせることができる。この太陽電池は、全裏面電極型太陽電池であり、金属コンタクト２１０、金属コンタクト２１１、Ｐ型拡散領域２０４、及びＮ型拡散領域２０５は全て、太陽電池の裏面（矢印１２２を参照）上に存在する。この太陽電池の前面（矢印１２３を参照）は、裏面の反対側にあり、通常動作中は太陽に向けられる。
【００３４】
上述の太陽電池の製造工程は、ドープ単結晶シリコン基板及びＰ型ドーパント源層を備える、太陽電池構造体に対して実行される。拡散領域が単結晶シリコン基板の外部に存在する実施形態では、図１におけるように、Ｐ型ドーパント源層と単結晶シリコン基板との間に、多結晶シリコンの層を形成することができる。拡散領域が主シリコン基板内部に形成される実施形態では、図５におけるように、多結晶シリコンの層を省略することができる。
【００３５】
図９〜図１１は、本発明の実施形態による、多結晶シリコン及び単結晶シリコン基板の積層体の形成を概略的に示す断面図である。図９〜図１１の実施例では、これらの層は、この実施例ではエピタキシャル反応器を含む、同じ工具の同じチャンバ内で、真空破壊することなく、その場で相次いで成長される。
【００３６】
図９では、気相エピタキシによって、多孔質単結晶シリコンのキャリアウェハ２２０から、Ｎ型単結晶シリコン基板２２１の形態の主基板を成長させる。リンなどのＮ型ドーパントをチャンバ内に流し込み、基板２２１をＮ型としてドープする。その後、チャンバ内に酸素を流し込み、Ｎ型単結晶シリコン基板２２１の裏側表面上に、薄い酸化物層２２２を成長させる。次いで、酸化物層２２２の表面上に、多結晶シリコンの層２２３を成長させる。
【００３７】
図１０では、ホウ素などのＰ型ドーパントをチャンバ内に流しつつ、多結晶シリコン２２３上に、多結晶シリコンの層を成長させる。得られる層は、多結晶シリコン２２３上に存在する、Ｐ型多結晶シリコン２２５である。
【００３８】
図１１では、チャンバ内に酸素を流し込むことによって、Ｐ型多結晶シリコン２２５を酸化させることにより、Ｐ型ドーパント源層２２４として採用することが可能なホウ素ドープ酸化物（例えば、ＢＳＧ）へと、Ｐ型多結晶シリコン２２５を変換する。得られた材料積層体を、前述のようなイオン注入によって処理することにより、Ｐ型ドーパント源層２２４内に、Ｎ型ドーパント源領域を形成することができる。
【００３９】
図１２は、本発明の実施形態による、太陽電池の拡散領域を形成する方法のフローチャートを示す。図１２の実施例では、第１の導電型のドーパントを含む被膜のブランケット層を、シリコン材料の上に形成する（工程２３１）。一実施形態では、この被膜のブランケット層は、シリコン材料の上に形成される、ＢＳＧなどのホウ素ドープ酸化物を含む、Ｐ型ドーパント源層である。シリコン材料は、太陽電池の拡散領域が、主太陽電池基板の外部に形成される実施形態では、多結晶シリコンとすることができる。シリコン材料は、太陽電池の拡散領域が、主太陽電池基板としての役割を果たすＮ型単結晶シリコン基板の内部に形成される実施形態では、Ｎ型単結晶シリコン基板とすることができる。
【００４０】
次いで、第１の導電型（この実施例では、Ｐ型）とは逆の第２の導電型（この実施例では、Ｎ型）のドーパントのイオンを、被膜のブランケット層内に注入する。図１２の実施例では、ホウ素などのＮ型ドーパントが、イオン注入によって、Ｐ型ドーパント源層の選択領域内に注入されることにより、Ｐ型ドーパント源層内に、Ｎ型ドーパント源領域が形成される（２３２）。このイオン注入工程により、Ｎ型ドーパントが注入されていない領域内のＰ型ドーパント源領域と、Ｎ型ドーパントが注入されている領域内のＮ型ドーパント源領域とを有する、Ｐ型ドーパント源層がもたらされる。この注入工程は、Ｐ型ドーパント源層の、Ｎ型ドーパント源領域の区域を露出させ、かつＰ型ドーパント源領域の区域を覆う、注入マスクを使用して実行することができる。
【００４１】
拡散工程が実行され、Ｐ型ドーパント源層から、Ｐ型ドーパント及びＮ型ドーパントを拡散させることにより、シリコン材料内に、対応するＰ型拡散領域及びＮ型拡散領域が形成される（工程２３３）。このシリコン材料は、実施形態に応じて、多結晶シリコンの層、又は単結晶シリコン基板とすることができる。この拡散工程は、Ｐ型ドーパント源層のＰ型ドーパント源領域から、シリコン材料内に、Ｐ型ドーパントを拡散させることにより、シリコン材料内にＰ型拡散領域を形成する。この同じ拡散工程はまた、Ｐ型ドーパント源層のＮ型ドーパント源領域から、Ｎ型ドーパントを拡散させることにより、シリコン材料内にＮ型拡散領域も形成する。この実施形態では、製造されている太陽電池は、全裏面電極型太陽電池であり、Ｐ型拡散領域及びＮ型拡散領域は、太陽電池の裏面上に形成される。得られる太陽電池は、Ｐ型ドーパント源層のＰ型ドーパント源領域（例えば、ＢＳＧ領域）の直下のＰ型拡散領域と、Ｐ型ドーパント源層のＮ型ドーパント源領域（例えば、ＢＰＳＧ領域）の直下のＮ型拡散領域とを有する。
【００４２】
図１３は、本発明の実施形態による、多結晶シリコン及び単結晶シリコン基板の積層体を形成する方法のフローチャートを示す。図１３の方法の工程は、一実施形態ではエピタキシャル反応器である、同じ工具の同じチャンバ内で、その場で実行することができる。
【００４３】
図１３の実施例では、多孔質単結晶シリコンのキャリアウェハ上に、主Ｎ型単結晶シリコン基板を成長させる（工程２４１）。リンなどのＮ型ドーパントをチャンバ内に流し込み、この単結晶シリコン基板をＮ型としてドープする。その後、チャンバ内に酸素を流し込み、Ｎ型単結晶シリコン基板の裏側表面上に、薄い酸化物層を成長させる（工程２４２）。次いで、その酸化物層の表面上に、第１の多結晶シリコンの層を成長させる（工程２４３）。ホウ素などのＰ型ドーパントをチャンバ内に流しつつ、第１の多結晶シリコンの層上に、第２の多結晶シリコンの層を成長させる。得られる第２の多結晶シリコンの層は、第１の多結晶シリコンの層上に存在する、Ｐ型多結晶シリコンである（工程２４４）。その後、チャンバ内に酸素を流し込むことによって、Ｐ型多結晶シリコンを酸化させることにより、ホウ素ドープ酸化物へと、Ｐ型多結晶シリコンを変換する（工程２４５）。得られた材料積層体を、前述のようなイオン注入によって処理することにより、ホウ素ドープ酸化物内に、Ｎ型ドーパント源領域を形成することができる。
【００４４】
太陽電池の拡散領域及び関連する構造体を形成するための技術が開示されている。本発明の具体的な実施形態が提供されているが、これらの実施形態は、説明を目的とするものであり、限定するものではないことが理解されよう。多くの更なる実施形態が、本開示を読む当業者には明らかとなるであろう。
【図１】
2016506627.tif 000003
【図２】
2016506627.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2016506627.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年8月19日(2015.8.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の拡散領域を形成する方法であって、
Ｐ型ドーパントを含むＰ型ドーパント源層を、シリコン材料上に形成する工程と、
前記Ｐ型ドーパント源層の選択領域内にイオン注入によってＮ型ドーパントを注入して、前記Ｐ型ドーパント源層内に、Ｎ型ドーパント源領域を形成する工程と、
前記Ｐ型ドーパント源層の前記Ｎ型ドーパント源領域から、前記シリコン材料内にＮ型ドーパントを拡散させることによって、前記シリコン材料内に、前記太陽電池のＮ型拡散領域を形成する工程と、
Ｎ型ドーパントが注入されていない前記Ｐ型ドーパント源層の領域である、前記Ｐ型ドーパント源層の他の領域から、前記シリコン材料内にＰ型ドーパントを拡散させることによって、前記シリコン材料内に、前記太陽電池のＰ型拡散領域を形成する工程と、
を含む、方法。
【請求項２】
前記Ｐ型ドーパント源層の前記他の領域はホウ素を含み、前記Ｐ型ドーパント源の前記Ｎ型ドーパント源領域はホウ素及びリンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記Ｐ型ドーパント源層の前記選択領域内に注入される前記Ｎ型ドーパントは、リンを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記シリコン材料は、多結晶シリコンを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記シリコン材料は、Ｎ型単結晶シリコン基板を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記Ｐ型ドーパント源層の前記他の領域は、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記Ｐ型ドーパント源層の前記Ｎ型ドーパント源領域は、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記シリコン材料は、多結晶シリコンを含み、前記方法は、
Ｎ型単結晶シリコン基板上に、薄い酸化物を形成する工程と、
前記薄い酸化物上に、前記多結晶シリコンを形成する工程と、
を更に含み、前記Ｐ型ドーパント源層は、前記多結晶シリコン上に形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記シリコン材料は、多結晶シリコンを含み、前記方法は、
単結晶シリコンのキャリアウェハ上に、Ｎ型単結晶シリコン基板を成長させる工程と、
前記Ｎ型単結晶シリコン基板上に、薄い酸化物を成長させる工程と、
前記薄い酸化物上に、前記多結晶シリコンを成長させる工程と、
前記多結晶シリコン上に、Ｐ型多結晶シリコンの層を成長させる工程と、
前記Ｐ型多結晶シリコンの層を酸化させることにより、前記Ｐ型多結晶シリコンをＰ型ドープ酸化物に変換する工程と、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記Ｐ型ドープ酸化物は、ホウ素ドープ酸化物を含む、請求項９に記載の方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
太陽電池の拡散領域及び関連する構造体を形成するための技術が開示されている。本発明の具体的な実施形態が提供されているが、これらの実施形態は、説明を目的とするものであり、限定するものではないことが理解されよう。多くの更なる実施形態が、本開示を読む当業者には明らかとなるであろう。本明細書に記載の発明は、以下の項目に記載の形態によっても実施され得る。
［項目１］
太陽電池の拡散領域を形成する方法であって、
Ｐ型ドーパントを含むＰ型ドーパント源層を、シリコン材料上に形成する工程と、
前記Ｐ型ドーパント源層の選択領域内にイオン注入によってＮ型ドーパントを注入して、前記Ｐ型ドーパント源層内に、Ｎ型ドーパント源領域を形成する工程と、
前記Ｐ型ドーパント源層の前記Ｎ型ドーパント源領域から、前記シリコン材料内にＮ型ドーパントを拡散させることによって、前記シリコン材料内に、前記太陽電池のＮ型拡散領域を形成する工程と、
Ｎ型ドーパントが注入されていない前記Ｐ型ドーパント源層の領域である、前記Ｐ型ドーパント源層の他の領域から、前記シリコン材料内にＰ型ドーパントを拡散させることによって、前記シリコン材料内に、前記太陽電池のＰ型拡散領域を形成する工程と、
を含む、方法。
［項目２］
前記Ｐ型ドーパント源層の前記他の領域はホウ素を含み、前記Ｐ型ドーパント源の前記Ｎ型ドーパント源領域はホウ素及びリンを含む、項目１に記載の方法。
［項目３］
前記Ｐ型ドーパント源層の前記選択領域内に注入される前記Ｎ型ドーパントは、リンを含む、項目１に記載の方法。
［項目４］
前記シリコン材料は、多結晶シリコンを含む、項目１に記載の方法。
［項目５］
前記シリコン材料は、Ｎ型単結晶シリコン基板を含む、項目１に記載の方法。
［項目６］
前記Ｐ型ドーパント源層の前記他の領域は、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）を含む、項目１に記載の方法。
［項目７］
前記Ｐ型ドーパント源層の前記Ｎ型ドーパント源領域は、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）を含む、項目１に記載の方法。
［項目８］
前記シリコン材料は、多結晶シリコンを含み、前記方法は、
Ｎ型単結晶シリコン基板上に、薄い酸化物を形成する工程と、
前記薄い酸化物上に、前記多結晶シリコンを形成する工程と、
を更に含み、前記Ｐ型ドーパント源層は、前記多結晶シリコン上に形成される、項目１に記載の方法。
［項目９］
前記シリコン材料は、多結晶シリコンを含み、前記方法は、
単結晶シリコンのキャリアウェハ上に、Ｎ型単結晶シリコン基板を成長させる工程と、
前記Ｎ型単結晶シリコン基板上に、薄い酸化物を成長させる工程と、
前記薄い酸化物上に、前記多結晶シリコンを成長させる工程と、
前記多結晶シリコン上に、Ｐ型多結晶シリコンの層を成長させる工程と、
前記Ｐ型多結晶シリコンの層を酸化させることにより、前記Ｐ型多結晶シリコンをＰ型ドープ酸化物に変換する工程と、
を更に含む、項目１に記載の方法。
［項目１０］
前記Ｐ型ドープ酸化物は、ホウ素ドープ酸化物を含む、項目９に記載の方法。
［項目１１］
前記ホウ素ドープ酸化物は、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）を含む、項目９に記載の方法。
［項目１２］
項目１の前記方法を使用して製造される太陽電池。
［項目１３］
太陽電池の拡散領域を形成する方法であって、
第１の導電型のドーパントを含む被膜のブランケット層を形成する工程と、
前記被膜のブランケット層の選択領域内に、前記第１の導電型とは逆の、第２の導電型のドーパントのイオンを注入することにより、前記被膜のブランケット層内に、前記第２の導電型のドーパントのドーパント源領域を形成する工程と、
前記被膜のブランケット層から下層のシリコン材料内に、前記第１の導電型のドーパントを拡散させることにより、前記シリコン材料内に、前記太陽電池の前記第１の導電型の拡散領域を形成する工程と、
前記被膜のブランケット層から前記シリコン材料内に、前記第２の導電型のドーパントを拡散させることにより、前記シリコン材料内に、前記太陽電池の前記第２の導電型の拡散領域を形成する工程と、
を含む、方法。
［項目１４］
前記第１の導電型はＰ型を含み、前記第２の導電型はＮ型を含む、項目１３に記載の方法。
［項目１５］
前記被膜のブランケット層内の、前記第２の導電型のドーパントの前記ドーパント源領域は、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）を含む、項目１４に記載の方法。
［項目１６］
前記シリコン材料は、多結晶シリコンを含む、項目１３に記載の方法。
［項目１７］
前記シリコン材料は、単結晶シリコン基板を含む、項目１３に記載の方法。
［項目１８］
太陽電池であって、
Ｐ型ドーパントを含む第１の領域のセット、並びにＮ型ドーパント及びＰ型ドーパントを含む第２の領域のセットを含む、ブランケット被膜層と、
前記ブランケット被覆層の前記第１の領域のセットの直下の、複数のＰ型拡散領域と、
前記ブランケット被覆層の前記第２の領域のセットの直下の、複数のＮ型拡散領域と、
を備える、太陽電池。
［項目１９］
前記第１の領域のセットは、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）を含み、前記第２の領域のセットは、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）を含む、項目１８に記載の太陽電池。
［項目２０］
前記複数のＰ型拡散領域及び前記複数のＮ型拡散領域は、多結晶シリコンの層内に存在する、項目１８に記載の太陽電池。
【国際調査報告】
2016506627.tif 000016