(57)【要約】  異なる伝導率決定タイプ元素のプロファイルを有するドーピング領域を同時に形成するための方法を提供する。ある実施形態では、方法は、第1のドーパントから半導体材料の第1の領域に、第1の伝導率決定タイプ元素を拡散するステップを有し、ドーピングされた第1の領域が形成される。第２の伝導率決定タイプ元素は、ドーピングした第２の領域を形成するために第２のドーパントから半導体材料の第２の領域に、同時に拡散される。第1の伝導率決定タイプ元素は、第２の伝導率決定タイプ元素と同じ伝導率決定タイプのものである。 ドーピングした第1の領域に、ドーピングした第２の領域のドーパントプロファイルと異なるドーパントプロファイルがある。
2012514331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスを製造する方法であって、
ドープされた第１の領域を形成するために、第１のドーパントから半導体材料の第１の領域内に第１の伝導率決定タイプ元素を拡散させるステップと、
ドープされた第２の領域を形成するために、第２のドーパントから半導体材料の第２の領域内に第２の伝導率決定タイプ元素を同時に拡散させるステップであって、前記第1の伝導率決定タイプ元素が、前記第２の伝導率決定タイプ元素と同じ伝導率決定タイプのものであることを特徴とする同時に拡散させるステップと、
を有し、
前記ドープされた第１の領域が、前記ドープされた第２の領域のドーパントプロファイルとはことなるドーパントプロファイルを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記同時に拡散させるステップが、前記第１の伝導率決定タイプ元素とは異なる第２の伝導率決定タイプ元素を同時に拡散させるステップからなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記同時に拡散させるステップが、前記第１のドーパントの前記第1の伝導率決定タイプ元素の濃度とは異なる前記第２の伝導率決定タイプ元素の濃度を有する第２のドーパントから第２の伝導率決定タイプ元素を同時に拡散させるステップからなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記拡散させるステップが、第１の伝導率決定タイプ元素の拡散プロファイルを備えたドープされた第１の領域を形成するために、前記第1の領域内に第１の伝導率決定タイプ元素を拡散させるステップからなり、
前記同時に拡散させるステップが、前記第１の伝導率決定タイプ元素の拡散プロファイルとは異なる第２の伝導率決定タイプ元素の拡散プロファイルを備えたドープされた第２の領域を形成するために、第２の領域内に第２の伝導率決定タイプ元素を同時に拡散させるステップからなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記拡散させるステップが、第１の蒸気圧を備えた第１のドーパントから第１の伝導率決定タイプ元素を拡散させるステップからなり、
前記同時に拡散させるステップが、前記第1の蒸気圧とは異なる第２の蒸気圧を備えた第２のドーパントから第２の伝導率決定タイプ元素を同時に拡散させるステップからなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記拡散させるステップが、第１の伝導率決定タイプ元素の濃度を備えたドープされた第１の領域を形成するために前記第1の領域内に第１の伝導率決定タイプ元素を拡散させるステップからなり、
前記同時に拡散させるステップが、前記第1の伝導率決定タイプ元素の濃度とは異なる第２の伝導率決定タイプ元素の濃度を有するドープされた第２の領域を形成するために第２の領域内に第２の伝導率決定タイプ元素を同時に拡散させるステップからなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記拡散させるステップが、前記第１の領域の上に横たわる第１のドーパントを堆積するステップからなり、
前記同時に拡散させるステップが、前記第２の領域の上に横たわる第２のドーパントを堆積するステップからなり、前記第２のドーパントが、前記第1のドーパントの上に横たわって堆積されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のドーパントを堆積するステップが、インクジェット印刷、エアゾールジェット印刷、スクリーン印刷、または、ローラー印刷を使用して実行されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第２のドーパントを堆積するステップが、前記第２の領域の上に横たわる第2のドーパントをスプレーし、インクジェット印刷し、エアゾールジェット印刷し、スクリーン印刷し、ローラー印刷し、または、回転させることにより実行されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記拡散させるステップが、前記第1の領域の上に横たわる第1のドーパントを堆積するステップからなり、
前記同時に拡散させるステップが、前記第２の領域の上に横たわる第2のドーパントを堆積するステップからなり、前記第2の領域が、第1の領域と実質的に排他的であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第1のドーパントを堆積するステップが、インクジェット印刷、エアゾールジェット印刷、スクリーン印刷、または、ローラー印刷を使用して実行されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２のドーパントを堆積するステップが、インクジェット印刷、エアゾールジェット印刷、スクリーン印刷、または、ローラー印刷を使用して実行されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
第１の密度を備えた半導体材料の上に前記第1のドーパントを堆積させるステップと、
前記第1の密度とは異なる第２の密度を備えた半導体材料の上に前記第２のドーパントを堆積させるステップと
を更に有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  本発明は、一般に半導体デバイスを作成する方法に関し、特に異なる伝導率決定タイプ元素プロファイルを有する半導体材料のドーピング領域を同時に形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  半導体基板の電気的特徴の変更を必要とする様々なアプリケーションで、伝導率決定タイプ元素（例えば、ｎ型およびｐ型元素）を有する半導体基板のドーピングが使われる。フォトリソグラフィは、半導体基板のこの種のドーピングを実行する周知の方法である。フォトリソグラフィは、半導体基板に形成され、パターニングされるマスクの使用を必要とする。イオン注入は、伝導率決定タイプ・イオンをマスクに対応する領域の半導体基板にインプラントするのに実行される。次いで、イオンを半導体基板に拡散させるために高温アニールが実行される。
【０００３】
[0003]  例えば、太陽電池のようないくつかのアプリケーションでは、非常に細い線または特徴を有するパターンの半導体基板に不純物をドープすることが望ましい。太陽電池の最も一般的なタイプは、シリコンから作られる広域ＰＮ接合として構成される。図１に例示されるこの種の太陽電池10のあるタイプでは、光フロントサイド14およびバックサイド16を有するシリコンウェハ12が、基本的ドーピングにより提供され、基本的ドーピングはｎ型、または、ｐ型のものであってよい。シリコン・ウェハは、基本的ドーピングとは反対の電荷のドーパントで一方の側（図1、フロントサイド14）に更にドープされ、かくして、シリコン・ウェハ内でこのようにＰＮ接合18を形成する。電荷担体（すなわち電子およびホール）が分離され、伝導の接触へ導かれ、電気を生成するＰＮ接合に、光からの光子はシリコンの受光側14により吸収される。太陽電池は、通常太陽電池により発生される電流を運ぶためにそれぞれ、バックサイド上と同じく受光フロントサイド上に金属的接触20、22を備えている。フロントサイド表面の金属カバーによって、太陽電池の有効面積の遮蔽が生じるので、受光フロントサイド上の金属コンタクトは、太陽電池の効率の程度に関して問題を呈する。遮蔽を可能な限り減らすために金属コンタクトを減らすことは、望ましいにもかかわらず、金属化が電気損失を小さく保つ仕方でなされなければならなかった時から、ほぼ5%の金属カバーは避けられないままである。加えて、金属コンタクトの容積が減少するにつれて、電気的接点に隣接したシリコンの範囲内の接触抵抗は著しく増加する。しかしながら、接触抵抗の減少は、直接基本的ドーピングとは反対の電荷のドーパントで受光フロントサイド14上の金属コンタクトと隣接している狭い領域24のシリコンにドープすることによって、可能であり、かくして、選択的なエミッタを作製する。
【０００４】
[0004]  領域24に隣接して比較的軽くドーピングした領域26および重度のドーピングした狭い領域24から成り、選択的なエミッタの製作は、伝統的にいくつかのプロセスステップを必要とする。特に、選択的なエミッタの製造、または、重度のドーピングおよび軽くドーピングした領域を必要とする構成の製造は、典型的には2つのドーピング・ステップおよび2つの拡散ステップを含む。しかし、この種の方法は、時間がかかって高価である。
【０００５】
[0005]  したがって、１つの拡散ステップだけを利用して、したがって、時間を効率的に利用する半導体材料の２つの異なるドーピング領域を形成するための方法を提供することは、望ましい。加えて、１つの拡散ステップを利用する半導体デバイスを製造することは同じ伝導率決定タイプの元素の異なるドーパントプロファイルを有する半導体材料の2つの異なる領域を成し遂げるために方法を提供することは、望ましい。さらに、他の望ましい特徴および本発明の特徴は次の発明の詳細な説明および添付の請求の範囲から明らかになり、添付の図面およびこの発明の背景と連動して必要とされる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[0006]  半導体デバイスを製造する方法が、本発明の典型的な実施形態に従って提供される。方法は、第1のドーパントから半導体材料の第1の領域内に、第1の伝導率決定タイプ元素を拡散するステップを有し、ドーピングした第1の領域を形成する。第２の伝導率決定タイプ元素は、ドーピングした第２の領域を形成するために、第２のドーパントから半導体材料の第２の領域内に、同時に拡散される。第1の伝導率決定タイプ元素は、第２の伝導率決定タイプ元素と同じ伝導率決定タイプのものである。ドーピングされた第1の領域は、ドーピングされた第２の領域のドーパントプロファイルと異なるドーパントプロファイルを有する。
【０００７】
[0007]  半導体材料のドーピング領域を形成する方法は、本発明の典型的な他の実施形態に従って提供される。方法は、半導体材料の第1の領域の上に横たわっている第1の伝導率決定タイプ元素から成る第1のドーパントを堆積させるステップと、半導体材料の第２の領域の上に横たわっている第２の伝導率決定タイプ元素から成る第２のドーパントを堆積させるステップとを有する。第1のドーパントは、第２のドーパントではなく、第２の伝導率決定タイプ元素は、第1の伝導率決定タイプ元素と同じ伝導率決定タイプのものである。少なくとも一部の第1の伝導率決定タイプ元素および少なくとも一部の第２の伝導率決定タイプ元素は、第1の領域内および第２の領域内にそれぞれ、同時に拡散される。
【０００８】
[0008]  本発明は、以下の図面とともに以下に記載されており、同じ参照番号は同じエレメントを示す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】[0009]  図１は、光側接触およびバックサイド接触を有する従来の太陽電池の概略図である。
【図２】[0010]  図２は、本発明の典型的な実施形態による、異なる伝導率決定タイプ元素プロファイルを有する2つのドーピング領域を同時に形成するための方法のフローチャートである。
【図３】[0011]  図3は、基板上にインクを分配するインクジェット式プリンタ機構の断面図である。
【図４】[0012]  図４は、基板上のインクを分配するエアゾール・ジェット・プリンタ機構の断面図である。
【図５】[0013]  図5は、本発明の典型的な実施形態による、半導体材料の上に横たわって配置されている第1のドーパントの上に横たわっている第２のドーパントの概略断面図である、
【図６】[0014]  図6は半導体材料の第1の領域の上に横たわっている第1のドーパントおよび半導体材料の第２の領域の上に横たわっている第２のドーパントの概略断面図であり、本発明の典型的な実施形態による、第1の領域および第２の領域は実質的に相互に排他的である、
【図７】[0015]  図7は、異なるリンのドーパント密度、および、異なる濃度を有するリンのドーパントを使用して印刷されるアレイの概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[0016]  以下の発明の詳細な説明は、単に典型的な例示であり、本発明またはアプリケーションを限定することを目的とするものではない。さらに、前述の発明の背景または以下の発明の詳細な説明に示されるいかなる理論によって結合される意図もない。
【００１１】
[0017]  半導体材料の2つの異なるドーピング領域を同時に形成するための方法を提供する。方法は、両方の領域を形成する1つの拡散ステップだけを利用し、それ故、効率的な時間である。同時に形成されると共に、ドーピング領域に異なる伝導率決定タイプ元素プロファイルがある。ある典型的な実施形態では、ドーピング領域は、同じ伝導率決定タイプ元素の濃度によって異なる。典型的な他の実施形態では、伝導率決定タイプ元素が広まる深さによって、ドーピング領域は異なる。更なる典型的な実施形態では、元素は同じ伝導率決定タイプのものであるけれども、ドーピング領域は、異なる伝導率決定タイプ元素でドーピングされる。
【００１２】
[0018]  図２は、半導体材料に２つの異なるドーピング領域を同時に形成することよって、半導体デバイスを製造する方法100を例示する。ここで使用しているように、「半導体デバイス」は、ドーピング領域が形成される半導体材料から成るいかなる電子デバイスをも含む。ここで使用しているように、用語「半導体材料」は、半導体産業において典型的に使用される比較的純粋であるか又は軽く不純物ドープされた単結晶シリコン材料を含む、単結晶シリコン材料、同様に、多結晶シリコン材料、および、ゲルマニウム、カーボンなどのような他の元素と混じったシリコン材料を包含するように用いられる。加えて、「半導体材料」は、比較的純粋で不純物ドープされたゲルマニウム、ガリウム砒素、酸化亜鉛などのような他の半導体材料を含む。半導体材料は、半導体基板またはウェハであってもよく、または、半導体基板またはウェハの上に横たわっているいかなる半導体材料層からも成ることができる。この点に関して、方法100は、マイクロエレクトロニクス、太陽電池及びその他の光電子デバイス、ディスプレイ、RFIDコンポーネント、微小電気機械システム（MEMS）デバイス、マイクロレンズのような光デバイス、医療機器などを含むがこれに限定されない種々の半導体デバイスを製造するのに用いることができる。
【００１３】
[0019]  方法100は、第1の伝導率決定タイプ元素から成る第1のドーパントを提供するステップ（ステップ102）を含む。本発明の典型的な実施形態によれば、第1のドーパントは、ドーピングのために必要である適切な伝導率決定タイプ不純物元素から成る。例えば、ｎ型ドーピング領域を形成するために、第1のドーパントは、化合物の一部として、または、それらの組合せとして、イオンの状態で、リン、ヒ素、アンチモンまたはそれの組合せを含む元素を含む。ｐ型ドーピング領域を形成するために、第1のドーパントは、化合物の一部として、または、双方の組合せとして、イオンの状態で、ホウ素から成る。第1のドーパントは、伝導率決定タイプ元素から成るいかなる適切な液体ドーパントから成ってもよい。第１のドーパントの実施形態は、ケイ酸塩キャリアと結合される伝導率決定タイプ元素から成る液体ドーパントを含む。用語「ケイ酸塩」および「ケイ酸塩キャリア」は、本願明細書において、有機ケイ酸塩（organosilicates）、シロキサン、silsesquioxanesなどを含むケイ酸塩を含むシリコンおよび酸素化合物を包含するように用いられるが、それらに限定されない。ある典型的な実施形態では、適切なケイ酸塩キャリアは、ニュージャージー州モリスタウンのHoneywell Internationalから全て入手可能な市販のケイ酸塩キャリア（例えばUSG-50、103AS、203AS、T30およびT111）を含む。典型的な他の実施形態では、ケイ酸塩キャリアは、ケイ酸塩キャリアを形成するためにゾル・ゲル反応の重縮合と加水分解に耐えるように少なくとも一つの水素イオン・コントリビュータと少なくとも一つの加水分解可能（hydrolysable）なシランを結合することにより形成されることができる。第1のドーパントの他の実施形態は、燐酸、または、リン酸アンモニウム、リン酸テトラメチルアンモニウム、リン酸テトラブチルアンモニウム（tetrabutylammonium）、二塩基(性)リン酸アンモニウム、二水素リン酸アンモニウムなど、およびそれらの組み合わせのようなリン酸性でリンを含む酸を含む。第1のドーパントも他の構成元素から成ることができ、または、例えば、液体媒体、pH条件剤、溶媒、粘性条件剤、分散剤、界面活性剤、重合抑制剤、湿潤剤、消泡剤、洗剤および他の表面張力条件剤、難燃剤、顔料、可塑剤、増粘剤、流動学条件剤およびそれらの組み合わせのような添加物からなる。
【００１４】
[0020] 方法100は、更に、第２の伝導率決定タイプ元素から成る第２のドーパントを提供するステップを更に含み（ステップ104）、かかるステップは、第1のドーパントを提供するステップの前、その間、または、その後に実行される。第２の伝導率決定タイプ不純物元素は、第1の伝導率決定不純物元素と同じ伝導率決定タイプのものである。換言すれば、第１および第２の伝導率決定タイプ元素はnタイプの双方、または、pタイプの双方であってよい。この点に関して、他の観点では異なってもよいが、同じ伝導率決定タイプの半導体材料の2つの異なる領域を形成できる。第２のドーパントは、伝導率決定タイプ元素から成るいかなる適切な液体ドーパントからも成ることができる。第２のドーパントの1つの実施形態は、ケイ酸塩キャリアと結合される不純物元素から成る液体ドーパントを含む。第２のドーパントの他の実施形態は、燐酸、または、リン酸アンモニウム、リン酸テトラメチルアンモニウム、リン酸テトラブチルアンモニウム、二塩基(性)リン酸アンモニウム、二水素リン酸アンモニウムなど、およびそれらの組み合わせのようなリン酸性でリンを含む酸を含む。第２のドーパントも他の構成元素から成ることができ、または、例えば、液体媒体、pH条件剤、溶媒、粘性条件剤、分散剤、界面活性剤、重合抑制剤、湿潤剤、消泡剤、洗剤および他の表面張力条件剤、難燃剤、顔料、可塑剤、増粘剤、流動学条件剤およびそれらの組み合わせのような添加物からなる。
【００１５】
[0021]  第１および第２のドーパントが、同じ伝導率決定タイプの伝導率決定タイプ元素から成る一方で、異なるドーパントプロファイルを有する半導体材料の2つの異なるドーピング領域が熱処理で形成されるように、それらは組成物において、異なる。ある典型的な実施形態では、第1のドーパントおよび第２のドーパントは、同じ伝導率決定タイプ元素から成るが、元素の異なる濃度を有する。この点に関して、第1の濃度の元素を有する第1の領域、および、より高いかより低い元素の濃度を有する第2の領域を形成できる。典型的な他の実施形態では、第1のドーパントおよび第２のドーパントは、同じ伝導率決定タイプの伝導率決定タイプ元素から成るが、異なる元素から成る。例えば、ｎ型ドーピングした第１および第２の領域を形成するために、第1のドーパントは、リンからなっていてもよく、一方、第２のドーパントは、アンチモン、ヒ素またはそれらの組合せから成ることができる。この点に関して、同じアニール条件に曝されたとき、異なる元素が半導体材料の異なる拡散率を有するので、領域への元素の拡散は同時に、生じるけれども、第1の領域に第２の領域のそれと異なる拡散深さプロファイルがあることができる。更なる典型的な実施形態では、同じアニール条件に曝されたとき、それらが異なる蒸気圧を有するように、第１および第２のドーパントは、異なる伝導率決定タイプ元素、液体媒体、溶媒および／または他のドープ物から成る。この点に関して、アニーリングされると、例えば、第1のドーパントが第２のドーパントより速いレートで蒸発し、その結果、第２のドーパントからの第２の領域への拡散のための利用できるものより、第1のドーパントの伝導率決定タイプ元素のより少ないものが第1の領域に拡散に利用できる。このように、第1の領域および第２の領域のドーパントプロファイルは、伝導率決定タイプ元素、元素の濃度および／または拡散深さプロファイルにおいて、異なる。第１および第２のドーパントの構成もまた、互いに異なるドーパントプロファイルを有するドーピングされた第1の領域およびドーピングされた第２の領域を生じる他の適当な方法において、異なると理解される。例えば、ドーパントは燐酸シリケート（phosphosilicate）からなり、および、第２のドーパントはリン酸アンモニウムから成り、アニーリングされると、異なる濃度および／または深さを有するドーパントプロファイルに結果としてなる。別の実施形態では、異なるドーパントプロファイルは、第２のドーパントが半導体材料に堆積される密度より大きいまたは小さい密度で、第1のドーパントを堆積させることによって、半導体材料に得られることが可能である。
【００１６】
[0022]  方法100は、半導体材料の第1の領域の上に横たわっている第1のドーパントの堆積を有する本発明の典型的な実施形態に従って続く（ステップ106）。第１のドーパントは、局所化されたドーピングを成し遂げることができるいかなる適切な非接触の印刷プロセス、または、接触方式の印刷プロセスを使用して第1の領域の上に横たわって堆積することができる。ここで使用しているように、用語「上に横たわる（overlying）」は、用語「上（on）」および「わたって（over）」を包含する。したがって、一つ以上の他の材料がドーパントと半導体材料との間に配置されるように、第1のドーパントは半導体材料上へ直接適用され、または、半導体材料にわたって堆積できる。第1のドーパントと半導体材料との間に配置されることができる例示の材料は、アニーリング中、半導体材料にドーパントの拡散を妨げないそれらの材料である。かかる材料は、Pウェル領域またはNウェル領域の形成中、シリコン材料に形成するシリコン酸化物、または、窒化ケイ素、または燐酸シリケート（phosphosilicate）ガラス、またはホウケイ酸ガラスを含む。一般的に、ドーパントがシリコン材料に堆積される前に、かかる材料は、除釉する（deglazing）ことにより除去されるが、さまざまな実施形態では、除釉プロセスを省略してもよく、それによって、材料が半導体材料上に残ることができる。
【００１７】
[0023]  ここで使用しているように、用語「非接触の印刷プロセス」は、マスク、スクリーンまたはかかるデバイスを用いずに予めパターン化された半導体材料に選択的に液体伝導率決定タイプ・ドーパントを堆積するプロセスを意味する。非接触の印刷プロセスの実施形態は、「インクジェット印刷」および「エアゾール・ジェット印刷」を含むが、これらに限定されるものではない。典型的には、用語「インクジェット印刷」、「インクジェット印刷プロセス」、「エアゾール・ジェット印刷」および「エアゾール・ジェット印刷プロセス」は、液体が所望のパターンを形成するために基板上に直接ノズルから発射されるそれによって、非接触の印刷プロセスと称する。インクジェット式プリンタのインクジェット式印刷機構50では、図3にて図示したように、プリントヘッド52は、ジェットと呼ばれる、小さいいくつかのノズル54を備える。基板58がプリントヘッド52を通り越して移動し、または、プリントヘッド52が基板を通り越して移動するとき、基板上にノズル・スプレーまたは「ジェット」インク56は、小さい液滴で、所望のパターンのイメージを形成する。図4において、例示されるエアゾール・ジェット印刷機構60では、ミスト生成器またはネビュライザ62は、液体64を原子化する。原子化された流体66は、原子化された流体66を視準するために、矢印72によって示した、鞘ガスの環状流れを引き起こすフローガイダンス堆積ヘッド68を使用して、空力学的にフォーカスされる。共同軸フローは、基板74に差し向けられたノズル70を介してフローガイダンスヘッド６８を出て、ノズルオリフィスのサイズの10分の1（典型的には100μm）と同じまで原子化された材料の流れ76をフォーカスする。基板位置を固定したまま、パターニングは、コンピュータ制御のプラテンに基板を取り付けることにより、または、フローガイダンスヘッドを平行移動することによって達成される。
【００１８】
[0024]  この種の非接触の印刷プロセスは、様々な理由のために半導体材料のドーピング領域を作る特に魅力的な方法である。第一に、スクリーン印刷またはフォトリソグラフィとは異なり、ドーピング領域を形成するために用いるドーパントだけは、ドーパントが適用される半導体材料の表面をタッチするかまたはコンタクトする。このように、半導体材料の破壊が他の周知の方法と比較して最小化されることができたので、非接触の方法は、堅くて且つ可撓性の半導体材料を含む様々な半導体材料に適している。加えて、この種の非接触の方法は、ドーパントが所望のパターンの半導体材料に適用されることを意味する、添加プロセスである。このように、印刷プロセス（例えば、それはフォトリソグラフィにおいて、必要である）の後、材料を除去するためのステップは、除去される。更に、この種の非接触の方法が、添加物プロセスであるので、それらはなめらかであるか、凸凹であるかきめのある表層を有する半導体材料に適している。非接触の方法はまた、半導体材料の非常に細かい特徴の形成ができる。ある実施形態では、約200ミクロン未満（μm）の少なくとも一つの寸法を有する特徴（例えば線、点、長方形、円または他の幾何学的な形状）を、形成できる。典型的な他の実施形態では、約100μm未満の少なくとも一次元の特徴を、形成できる。好ましい実施形態では、約20μm未満の少なくとも一次元の特徴を、形成できる。加えて、非接触の方法が、半導体材料の上に形成される選択されたパターンによって、プログラムされることができ、または、ホストコンピュータからパターンを提供されることができるディジタル・コンピュータ・プリンタを含むので、パターンの変化が要求されるときに、新規なマスクまたはスクリーンが生じる必要がない。上記の全ての理由は、非接触の印刷プロセスに半導体材料のドーピング領域を作る経済的方法、スクリーン印刷およびフォトリソグラフィと比較して増加するスループットを考慮に入れる。
【００１９】
[0025]  しかし、非接触の印刷プロセスが、本発明の特定の典型的な実施形態に従って、半導体材料のドーピング領域を形成する好適な方法である一方、本発明はそれに限定されず、他の典型的な実施形態で、第1のドーパントは局所化されたドーピングを成し遂げることができる他のアプリケーションプロセス（例えばスクリーン印刷およびローラー印刷）を使用して堆積できる。スクリーン印刷は、パターン化されたスクリーンの使用または半導体材料を通じて配置されているステンシルを含む。液体ドーパントは、スクリーンの上に配置され、スクリーンのパターンと一致するパターンの半導体材料に堆積されるようにスクリーンの中を押し分けて進まれる。ローラー印刷は、パターンを彫ったローラーを含む。液体ドーパントは、半導体材料に対して押圧されて、半導体材料全体にロールされたローラーの彫られたパターンに適用され、それによって、液体ドーパントをローラー上のパターンによる半導体材料へ転送する。
【００２０】
[0026]  再び図2を参照すると、第1のドーパントは格納されるパターンによる半導体材料の第1の領域の上に横たわるように堆積され、またはさもなければ、インクジェット式プリンタまたはエアゾール・ジェットプリンタに供給され、または、それは含まれるかまたはスクリーン、ローラーまたは他のテンプレートに反射される。使用に適しているインクジェット式プリンタの実施形態は、サンタクララ（カリフォルニア州）のFujifilm Dimatix社から入手可能なDimatix Inkjet Printer Model DMP 2811を含むが、これに限定されるものではない。使用に適しているエアゾール・ジェットプリンタの実施形態は、アルバカーキ（ニューメキシコ州）のOptomec社から入手可能なM3D Aerosol Jet Deposition Systemを含むが、これに限定されるものではない。
好ましくは、第1のドーパントが、約20乃至約80%湿度で約15°C乃至約80°Cの範囲の温度で、半導体材料に適用される。
【００２１】
[0027]  第1のドーパントの堆積の後、第２のドーパントは、半導体材料の第２の領域の上に横たわって堆積する（ステップ108）。ある典型的な実施形態では、図5にて図示したように、第２のドーパント204は、半導体材料200の第２の領域208の上に横たわって、少なくとも部分的に半導体材料204の第1の領域206の上に横たわっている第1のドーパント202の上に横たわるように堆積する。この点に関して、所望の流体圧で回転半導体材料の上に第２のドーパントを吹き付けると共に、第２のドーパントは、最高毎分1200回転の回転速度で、半導体材料を回転させることにより半導体材料上へ回転できるかまたはより高い。半導体材料の回転により、第２のドーパントを半導体材料全体に実質的に均一に外部に向かって広げさせる。変形実施形態では、第２のドーパントは、実質的に材料の中央の位置で所望の流体圧で不動の半導体材料上へ吹き付けられることが可能である。流体圧により、第２のドーパントに放射状に、そして、実質的に均一に半導体材料中に広がらせる。第２ドーパントはまた、インクジェット印刷またはエアゾールジェット印刷によるような、非接触の印刷プロセスによって堆積される。したがって、異なるノズル・サイズは、要求される線幅に従い、第１および第２のドーパントを印刷するために使うことができる。別の実施形態では、第１および第２のドーパントが異なる密度によって、堆積するように、第1のドーパントを堆積させるために用いるドロップ間隔と異なるドロップ間隔はまた、第２のドーパントを堆積させるのに用いることができる。第２のドーパントも、スクリーン印刷またはローラー印刷により適用されることができる。
【００２２】
[0028]  本発明の典型的な他の実施形態では、第1のドーパント202が、半導体材料200の第1の領域206上の印刷プロセスによって堆積され、次いで、第２のドーパントが、図６に例示したように、半導体材料の第２の領域208に、印刷プロセスによって堆積される。ある典型的な実施形態では、第２の領域は、第1の領域を実質的に除いている。しかし、本発明がそれに限定されず、第1のドーパント上で第２のドーパントに部分的または完全に重なることは、本願明細書において企図される。ある典型的な実施形態では、例えば太陽電池の選択的なエミッタ製造中に、第２のドーパントが、第1のドーパントのすぐ近くで、隣接して堆積され、その結果、重度ドーピングした狭い領域は、比較的軽くドーピングした領域のすぐ近くまたは隣接して形成される。別の実施形態では、第１および第２のドーパントが異なる密度で堆積するように、第1のドーパントを堆積させるように用いられるドロップ間隔と異なるドロップ間隔が、第２のドーパントを堆積させるのに用いることができる。第1のドーパントおよび第２のドーパントもまた、所望のデバイスアプリケーションのための作られたドーピング領域に、上記のアプリケーション技術または他の適切な技術のいずれかを使用しているいかなる適切なオーダーで、第1の領域および第２の領域にそれぞれ適用されることができると理解される。
【００２３】
[0029]  図2に戻ると、一旦第1のドーパントおよび第２のドーパントが、半導体材料の上に横たわって堆積するならば、方法および堆積の順序に関係なく、伝導率決定タイプ元素は、半導体材料のそれぞれ第1の領域および第２の領域内へドーパントから拡散させる（ステップ110）。拡散は、イオンの状態またはドーパントの伝導率決定タイプ元素を半導体材料内に拡散させるために、例えば、半導体材料を高度熱処理または「アニーリング」に曝すことによって効果的になされ、かくして、異なるドーパントプロファイルを有する半導体材料の範囲内で、このように2つの領域を形成する。時間継続期間、および、アニール温度は、第1のドーパントおよび／または第２のドーパントの最初のドーパント濃度、ドーパント堆積物の厚み、結果として生じる第1のおよび／または第２の領域の所望の濃度、および、伝導率決定タイプ元素が拡散する深さのような要因によって決定する。アニールは、例えば、加熱アニーリング、赤外線加熱、レーザー加熱、マイクロ波加熱、それらの組合せのような適切な熱生成方法を使用して実行できる。本発明のある典型的な実施形態では、半導体材料は、オーブン内部に配置され、そこでは、温度が約850℃乃至約1100℃のレンジで温度勾配がつけられ、基板は約2分乃至約90分までこの温度のままにされる。また、アニーリングは、スループットを増やすためにインライン炉において、実行されることができる。アニーリング環境は、酸素、酸素/窒素、または、酸素/アルゴン混合の０乃至100%の酸素を包含する。好ましい実施形態では、基板は、酸素のない環境で約30分間の約850℃乃至約950℃のレンジのアニール温度に曝される。
【００２４】
[0030]  上記したように、アニーリングされると、半導体材料の第1の領域および第２の領域は同じ伝導率決定タイプの伝導率決定タイプ元素で不純物をドープされ、その結果、領域は、異なるドーパントプロファイルを有する。ある実施形態では、領域は、同じ伝導率決定タイプ元素で不純物をドープされるが、一方の領域が、他の領域より高い伝導率決定タイプ元素の濃度を有する。別の実施形態では、領域は、同じ元素で不純物をドープされるが、拡散した元素の深さは異なる。さらに別の態様では、領域は、実質的に同じであるか異なる濃度を有し、および／または、同じであるか異なる拡散深さプロファイルを有する異なる伝導率決定タイプ元素で不純物をドープされる。
【００２５】
[0031]  以下は、本発明の典型的な実施形態による、半導体基板のドーピング領域を作る方法の実施形態である。例示は、本発明の種々の実施形態を制限するものではなく、単なる具体例の提示である。
【００２６】
実施形態
[0032]  第1のリンドーパントの合成
[0033]  500ミリリットル（ml）フラスコにおいて、12.81グラム（gm）の高純度85%のリン酸が、107.73gmの2-プロパノールに加えられた。23.89gmのテトラエトキシシラン（tetraethoxysilane（TEOS））は、フラスコに加えられ、そして、19.42gmの無水酢酸および1.44gmの脱イオン水（D.I.）が続く。溶液は、約5分の間の磁気撹拌棒で撹拌された。溶液は、撹拌とともに加熱マントルで還流するように加熱された。３時間の還流の後、熱は溶液から取り除かれ、室温まで冷やされた。
【００２７】
[0034]  約25.59gmの溶液は、2.91gmのアセトキシトリメチルシラン（acetoxytrimethylsilane）と混合された。混合は、5分間撹拌され、それから室温で、18時間おかれた。この溶液に対して、1.38gmの99+% テトラブチルアンモニウム（tetrabutylammonium）酢酸塩（TBAA）が、加えられた。固体TBAAが溶かされるまで、溶液は磁気棒によって、かきまぜられた。0.12gmの20% L19330界面活性剤溶液は、次いで、第1のリンドーパントを形成するために加えられた。L19330界面活性剤は、ミネソタ州セントポールの株式会社３Ｍから入手可能である。次いで、溶液は、0.2ミクロン・テフロン・フィルタを使用して濾過された。第1のリンドーパントは、約1.78wt %リンから成った。
【００２８】
[0035]  第1のリンドーパントを使用した印刷
[0036] 21ミクロン（μm）（10ピコリットル（pLI))ノズルを有するFujifilm Dimatixインクジェット式プリンタ・モデルDMP 2811が、2枚の4インチのシリコン・ウェハ上の第1のリンドーパントのパターンを印刷するために使われた。プリンタの段階温度は、室温（すなわちほぼ21°C）であり、ジェット周波数は2キロヘルツ（kHz）であった。図7にて図示したように、30μmの印刷ドロップ間隔を使用して、すなわち、隣接したドロップの中心の間の30μmの間隔を使用して、幅約0.6mmおよび長さ60mmの寸法を備えた１１本の平行水平線308、ならびに、両頭矢印３０４によって示された水平方向に幅6.0mm、及び、両頭矢印３０６によって示された垂直方向に長さ66.6mmの寸法を有する1つの垂直長方形302のアレイ300は、両方のウェハに印刷される。垂直長方形の頂部が、第1の水平線から始まって、第11の水平線で終わるように、垂直長方形302は、水平線308の中央に印刷された。垂直長方形302の左側は、アレイの左側から27mmであり、垂直長方形の右側は、アレイの左側から33mmであった。したがって、長さ27mmおよび幅6mmの寸法を有する20の水平非プリント領域310は、水平線308の間に配置された。次いで、50μmの印刷ドロップ間隔で、20の非プリント領域の上半分312は、同じドーパントにより印刷された。
【００２９】
[0037]  ベーキングせずに、第1のウェハは、950°Cまで加熱され、10%の酸素および90%の窒素の環境で約30分の間のその温度で保持した。第２のウェハは、3分の間の250℃で焼かれ、次いで、950℃まで加熱され、100%窒素の環境で約30分の間のその温度で保持された。
【００３０】
[0038]  30μmのドロップ間隔で印刷された垂直長方形302の平均シート抵抗Rs（Ω/□）、非印刷領域310、および、両方のウェハに関して50μmのドロップ間隔で印刷された領域312を4点プローブを使用して測定した。結果を、表1に提供する：
[0039] 
【００３１】
【表１】
2012514331.tif 000003
【００３２】
[0040]  したがって、結果は、第1のリンドーパントのより高い密度が堆積した（すなわち、30μmのドロップ間隔堆積）シリコン領域の平均シート抵抗が、第1のリンドーパントの低いの密度が堆積したそれらのシリコン領域のシート抵抗より少ないことを示す。非印刷領域のシート抵抗は、印刷領域上のドーパントから外方拡散されたリンによる領域のドーピングの結果である。
【００３３】
[0041]  第２のリンドーパントの合成
[0042]  5.05gmの第1のリンドーパントは、10.2gmのイソプロピルアルコールと混ぜ合わせられた。次いで、溶液は、第２のリンドーパントを形成するために0.45μmテフロン・フィルタを使用して濾過された。第２のリンドーパントは、約0.59wt %のリンから成った。
【００３４】
[0043]  第２のリンドーパントを使用した印刷
[0044] プリンタおよび上記の印刷手順は、第3の4インチのシリコン・ウェハ上の図7にて図示したように、同じアレイ構成を印刷するのに用いた。上で使用される第1のリンドーパントは、横幅6mmおよび垂直長さ66.6mmを有する垂直長方形302を形成するために30μmのドロップ間隔を使用して第3のウェハに堆積された。同じドロップ間隔を使用して、第２のリンドーパントは、非印刷領域310の上半分312に堆積された。ベーキングすることなく、第3のウェハは、950℃まで加熱され、10%酸素および90%窒素の雰囲気で約30分間のその温度で保持した。
【００３５】
[0045]  第１のリンドーパントで印刷された垂直長方形302の平均シート抵抗Rs（Ω/□）、非印刷領域310、および、第２のリンドーパントで印刷された領域312を4点プローブを使用して測定した。結果を表２に提供する。
【００３６】
[0046]
【００３７】
【表２】
2012514331.tif 000004
【００３８】
[0047]  表2にて図示したように、第1のリンドーパントおよび第２のリンドーパントが同じドーパント密度（すなわち、30μｍドロップ間隔）を使用してそれぞれの領域に堆積されたにもかかわらず、第２のリンドーパントが堆積したシリコン領域の高いシート抵抗は、第２のリンドーパントにおいて、リンの低い濃度のためである。
【００３９】
[0048]  したがって、半導体材料の同時に形をなしている2つの異なるドーピング領域のための方法が、提供される。方法は、両方の領域を形成する1つの拡散ステップだけを利用し、したがって、時間が効率的である。更に、さまざまな実施形態で、方法は、組成物において変化する2つの異なるドーパントを利用し、結果として生じるドーピング領域が、濃度、異なる伝導率決定タイプ元素、拡散深さなどが異なる伝導率決定タイプ元素プロファイルを有する。更に、他の実施形態では、方法は、異なる密度を有する半導体材料に堆積され、または、印刷されたドーパントを利用し、その結果、結果として生じるドーピング領域に異なる伝導率決定タイプ元素プロファイルを有する。少なくとも一つの典型的な実施形態が前述の発明の詳細な説明に示されると共に、非常に多くのバリエーションが存在すると認められなければならない。典型的な実施形態は例示だけであって、いかなる形であれ範囲、適用性または本発明の構成を限定することを目的としないことはまた、認められなければならない。 むしろ、前述の詳細な説明は、技術を示す従来技術において本発明の典型的な実施形態を実行することの便利なロードマップを有し、それによく理解されている非常にさまざまな変化であることを提供する機能および請求項に記載したように本発明の範囲内において、典型的な実施形態およびそれらの均等の範囲に記載されている元素を配置することができる。
【図１】
2012514331.tif 000005
【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】
2012514331.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成23年8月30日(2011.8.30)
【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】
半導体デバイスを製造する方法であって、
ドープされた第１の領域を形成するために、第１の液体ドーパントから半導体材料の第１の領域内に第１の伝導率決定タイプ元素を拡散させるステップと、
ドープされた第２の領域を形成するために、第２の液体ドーパントから半導体材料の第２の領域内に第２の伝導率決定タイプ元素を同時に拡散させるステップであって、前記第1の伝導率決定タイプ元素が、前記第２の伝導率決定タイプ元素と同じ伝導率決定タイプのものであることを特徴とする同時に拡散させるステップと、
を有し、
前記ドープされた第１の領域が、前記ドープされた第２の領域のドーパントプロファイルとはことなるドーパントプロファイルを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記同時に拡散させるステップが、前記第１の伝導率決定タイプ元素とは異なる第２の伝導率決定タイプ元素を同時に拡散させるステップからなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記同時に拡散させるステップが、前記第１の液体ドーパントの前記第1の伝導率決定タイプ元素の濃度とは異なる前記第２の伝導率決定タイプ元素の濃度を有する第２の液体ドーパントから第２の伝導率決定タイプ元素を同時に拡散させるステップからなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記拡散させるステップが、第１の伝導率決定タイプ元素の拡散プロファイルを備えたドープされた第１の領域を形成するために、前記第1の領域内に第１の伝導率決定タイプ元素を拡散させるステップからなり、
前記同時に拡散させるステップが、前記第１の伝導率決定タイプ元素の拡散プロファイルとは異なる第２の伝導率決定タイプ元素の拡散プロファイルを備えたドープされた第２の領域を形成するために、第２の領域内に第２の伝導率決定タイプ元素を同時に拡散させるステップからなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記拡散させるステップが、第１の伝導率決定タイプ元素の濃度を備えたドープされた第１の領域を形成するために前記第1の領域内に第１の伝導率決定タイプ元素を拡散させるステップからなり、
前記同時に拡散させるステップが、前記第1の伝導率決定タイプ元素の濃度とは異なる第２の伝導率決定タイプ元素の濃度を有するドープされた第２の領域を形成するために第２の領域内に第２の伝導率決定タイプ元素を同時に拡散させるステップからなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【国際調査報告】
2012514331.tif 000012
2012514331.tif 000013