(57)【要約】  本発明は、ドーピング技術を用いた半導体素子の製造方法に関する。この場合、互いに精確に位置決めすべき複数の層から成る列がプロセス中に形成される。本発明によれば、半導体基板に形成される選択的にドーピングされた構造が、赤外線感応形カメラ装置によって基板中のそのポジションに関して求められ、そのようにして見つけられたポジションが、以降のプロセスステップにおける調整のために直接または間接的に用いられる。
2012519385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドーピング技術を用いた半導体素子の製造方法において、
プロセス中、互いに精確に位置決めすべき複数の層から成る列が形成され、
半導体基板に形成される選択的にドーピングされた構造またはドーピング勾配が、赤外線感応形カメラ装置によって前記半導体基板におけるポジションと関連づけられて求められ、
求められた該ポジションが、後続のプロセスステップの調整のために直接または間接的に用いられることを特徴とする、
半導体素子の製造方法。
【請求項２】
選択エミッタを備えた半導体ソーラーセルの製造に用いられる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
背面コンタクト型半導体ソーラーセルの製造に用いられる、請求項１記載の方法。
【請求項４】
選択エミッタおよびコンタクトフィンガ形成用の金属化部を備えたシリコンソーラーセルの製造方法において、
エミッタ領域は前記コンタクトフィンガの下方において局所的に高いドーピング濃度を有しており、
コンタクトフィンガ形成用の金属化部を調整するために、選択的にドーピングされた構造が赤外線感応形カメラ装置によってウェハにおけるポジションに関して求められ、視覚化されたポジションを利用して金属化ステップが整合されることを特徴とする、
シリコンソーラーセルの製造方法。
【請求項５】
選択的にドーピングされた構造の位置を求めるためウェハに対し短期間、熱処理が施される、請求項４記載の方法。
【請求項６】
ウェハに対し赤外線透過光照射または赤外線入射光照射が行われ、透過した赤外線放射または放出された赤外線放射が、選択的にドーピングされた構造の視覚化に用いられ、金属化ステップの調整がダイレクトに実施される、請求項４または５記載の方法。
【請求項７】
選択的にドーピングされた前記構造は低減された寸法を有しており、ドーピングされた面は、取り付けるべき金属化部の領域に合わせて精確に制限された状態を保持している、請求項４から６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記金属化部はスクリーン印刷、ステンシル印刷またはエアロゾル印刷によって実行される、請求項４から７のいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１もしくは４の上位概念に記載のドーピング技術を用いた半導体素子の製造方法に関する。この場合、プロセス中、互いに精確に位置決めすべき複数の層から成る列が形成される。本発明は殊に、選択エミッタとコンタクトフィンガ形成用の金属化部を備えたシリコンソーラーセルの製造方法に関する。この場合、エミッタ領域はコンタクトフィンガの下方において局所的に高いドーピング濃度を有している。
【０００２】
DE 10 2007 035 068 A1によれば、選択エミッタを備えたシリコンソーラーセルの製造方法が公知である。この方法には、フラットなエミッタをソーラーセル基板のエミッタ表面に形成するステップと、エミッタ表面の第１の部分領域にエッチングバリアを取り付けるステップと、エミッタ表面のうちエッチングバリアによって覆われていない第２の部分領域においてエミッタ表面をエッチングするステップと、エッチングバリアを取り除くステップと、第１の部分領域に金属コンタクトを形成するステップとが設けられている。
【０００３】
この方法によれば最初に、スクリーン印刷法による接触接続に適した十分に高い均一なドーピング濃度で、ソーラーセル基板の少なくとも１つの表面にエミッタが形成される。しかしながらここで問題となるのは、上述の第１の部分領域に合わせて金属コンタクトを精確に位置決めすることである。
【０００４】
公知のように、ウェハは個々の製造設備における様々なプロセスステップにおいてアライメントされ、そのようにすることで個々のプロセスステップにおいて製造される構造を互いに整列させることができる。その際、ストッパによってウェハを機械的に整列させることもできるし、視覚領域で動作するカメラシステムを用い、特別な参照点によって設備内でポジションを定め、そのポジションに合わせてプロセスを整えることもできる。
【０００５】
この場合、参照点として一般にウェハのエッジが用いられ、あるいは特別に取り付けられたマークが用いられる。
【０００６】
高効率のソーラーセルを製造する場合、精確な位置決めは重要である。なぜならば、ソーラーセルにおいて要求される機能と高い効率を実現するためには、特定のプロセスステップにおいて僅か数μｍの幅でしかない構造を互いに精確に位置決めしなければならないからである。
【０００７】
アライメントの問題の解決に関してDE 699 15 317 T2によれば、ソーラーセルにおける選択エミッタおよび金属化部のセルフアライメント式製造方法が提案されている。この方法によれば、いわゆる焼結接点が形成される。詳しくは、鋸挽きによる損傷個所を取り除くためのエッチングと異方性のテクスチャリングが最初に行われる。ついで、ｎ型ドーパントを含む誘電体が取り付けられ、これはウェハ背面において行われる。次のステップにおいて、ｐ型ドーパントがウェハ背面に取り込まれて熱処理が行われる。この目的は、ｎ型のエミッタとｐ型の背面領域を容易に拡散させるためである。必要であれば、金属化部の溶解に対する十分な耐性を得る目的で、熱処理プロセスにあたりたとえば酸化などによる誘電体の処理が実施される。さらに次のステップでは、前方の誘電体においてレーザ処理およびパターンの形成が行われ、さらに後方の誘電体においてレーザ処理が実施され、これと同時に前方と後方の金属コンタクトが無電界の金属化により取り付けられる。つまり、金属化部を取り付けるべき素子表面にレーザビームを案内することによって、局所的に２回目の加熱が実現される。加熱ステップ中の過度なアブレーションを回避するために、レーザのデフォーカシングが必要とされる。
【０００８】
DE 10 2006 055 862 A1に記載されている基板における電気的なソーラーセルコンタクト構造の製造方法および製造装置の場合、基板領域に金属蒸気を発生させることによりコンタクト構造が実現される。この場合、金属蒸気に対し基板を部分的に遮蔽するマスクが設けられ、このマスクはコンタクト構造すなわち対応する開口部を有している。ついでこのマスクは部分的に金属蒸気中を動かされ、その際、金属蒸気中のマスクの移動は基板に対し相対的に行われる。この方法の場合にも基板とマスクとの位置決め精度には限界があるので、接触接続可能なエミッタを最終的に達成するためにはエミッタの幅が十分に広くなければならないし、局所的に高濃度のドーピングを行わなければならない。
【０００９】
つまり前面のコンタクト構造を形成するために金属化部を位置決めするのが難しいことから、高濃度のドーピング領域の幅を、本来の金属化部の幅からすれば広めに選定することになり、あるいは広めに選定しなければならない。基本的にこのことは、製造されたソーラーセルの達成可能な効率に悪影響を及ぼすが、ただし金属化部は実際にもっぱら高濃度領域だけに位置するようにはなる。
【００１０】
これらの点に鑑み本発明の課題は、ドーピング技術を利用した半導体素子の発展的な製造方法を提供することにあり、この方法によれば、プロセス中、互いに精確に位置決めすべき複数の層から成る列が製造される。殊に、選択エミッタとコンタクトフィンガ形成用の金属化部を備えたシリコンソーラーセルを製造するための発展的な製造方法を提供するものであって、その際、エミッタ領域はコンタクトフィンガ下方において局所的に高いドーピング濃度を有しており、このようにして製造されたソーラーセルの効率が高められるようになる。
【００１１】
本発明によればこの課題は、請求項１もしくは請求項４記載の方法により解決される。従属請求項には有利な実施形態が記載されている。
【００１２】
本発明の核となる着想は、半導体基板に形成される選択的にドーピングされた構造またはドーピング勾配が赤外線感応形カメラ装置によってそのポジションについて求められ、そのようにして見つけ出されたポジションが以降のプロセスステップの調整のために直接または間接的に利用されることである。
【００１３】
請求項４記載の本発明による方法によれば、それ自体公知のやり方で形成される選択的にドーピングされたエミッタ構造自体が、たとえばスクリーン印刷マスクもしくは金属グリッドなどの位置決めのために用いられる。つまり従来技術による方法とは異なり、ダイレクトな調整が行われる。選択的にドーピングされた構造を目に見えるようにする目的で、この構造が加熱され、もしくは赤外線放射殊に近赤外線放射に晒される。このようにすることによって、可視光領域では検出できない選択的にドーピングされた構造を、赤外線感応形カメラ装置によって視覚化することができる。したがってエミッタ領域において識別され視覚化された構造をじかに参照することができる。従来技術のように、常に公差の連鎖を引き起こすようなたとえばウェハエッジや配向マスクなど第３の特徴に合わせた間接的な調整は、本発明による解決手段によれば行う必要がない。ここで述べておくと、アライメントの問題は金属化部に限られたものではなく、他の製造ステップにおいても発生するものであり、たとえば背面コンタクトセルの背面における高濃度領域の処理などにおいても発生する。この場合、すでに設けられたｐ型高濃度ドーピングに合わせたｎ型ドーピングのアライメントあるいはこれとは逆のアライメントにも用いることができる。
【００１４】
ウェハに対し赤外線透過光照射または赤外線入射光照射を行うことができ、透過した赤外線放射または放出された赤外線放射を選択的にドーピングされた構造の視覚化に利用することができ、これによってたとえばスクリーン印刷マスクのアライメント調整を行うことができる。
【００１５】
本発明による原理を利用すれば、選択的にドーピングされた構造のサイズを小さくすることができ、つまりドーピングされる面をあとで金属化部が取り付けられる領域に正確に制限しておくことができ、これによってこのようにして製造されるソーラーセルの性能および効率が高められる。
【００１６】
次に、図面を参照しながら実施例に基づき本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】シリコンソーラーセルの製造方法を実現するための基本構成図であって、コンタクトフィンガ形成のためのスクリーン印刷マスクをアライメントするために選択的にドーピングされるエミッタ領域が視覚化される様子を示す図
【図２】視覚化されたウェハのドーピング構造の実際の記録を示す図であって、高濃度でドーピングされた領域はいっそう多くの赤外線放射成分を吸収している様子を示す図
【００１８】
本発明の１つの実施例の場合、選択エミッタを備えたスクリーン印刷によるソーラーセルを前提とする。
【００１９】
ここで扱われるセル構造の場合、コンタクト金属化部の下方における面が高濃度でドーピングされており、残りの領域は低濃度でドーピングされている。
【００２０】
このドーピングは最初、管状炉内の気相拡散による均質の低濃度のドーピングとして行われる。ついで次のステップにおいて、低濃度でドーピングされた状態を維持すべき領域がマスクで覆われる。その後、別の気相拡散により、マスクで覆われていない領域に対し高濃度のドーピングが行われる。
【００２１】
マスクが取り除かれた後、面全体にわたり反射防止層が形成される。次に、この層の上にスクリーン印刷により金属化部が取り付けられ、焼結によりその下方に位置するエミッタとの電気的な接続が形成される。この場合、コンタクトフィンガの印刷を高い精度で行うことができるよう、スクリーン印刷マスクは高濃度でドーピングされた領域に合わせて精確に配向させなければならない。
【００２２】
コンタクトフィンガ形成用のスクリーン印刷マスクを調節するために、選択的にドーピングされた構造が赤外線感応形カメラ装置によりウェハにおけるそのポジションについて求められ、ついでスクリーン印刷マスクが視覚化されたポジションを利用しながらダイレクトに配向される。
【００２３】
従来技術よりも著しく精確な調節が行われることから、高濃度のドーピングをいっそう僅かな面に対し行えばよく、このことによりソーラーセルの効率が改善される。
【００２４】
選択的にドーピングされた構造におけるポジションの視覚化は、図１に示した構成によって行われる。
【００２５】
このためにたとえば、ドーピングされたシリコンウェハ１の下方に、赤外線放射を送出する放射源２が配置される。
【００２６】
シリコンにおける吸収係数は波長とドーピング濃度に依存するので、赤外線感応形カメラ３は選択エミッタ構造を視覚化することができ、したがって金属コンタクトフィンガ形成ステップのためのスクリーン印刷マスクの位置決めを高い精度で行うことができる。
【００２７】
図２には、エミッタ領域において高い濃度でドーピングされた部分に関して赤外線感応形カメラ３により記録された画像が示されている。この図に示されているように、高い濃度でドーピングされたエミッタ領域はいっそう多く赤外線放射を吸収し、このことは赤外線感応形カメラ３および適切な表示装置によって視覚化可能である。
【００２８】
金属のグリッドをドーピング構造そのものに合わせてダイレクトに調整することにより、選択的なドーピングを行う際にさもなければ発生する位置決めの不精確さを回避することができる。これにより、高濃度でドーピングされた面を金属化部下方の領域にいっそう精確に制限することができ、このことによってソーラーセルの効率に関して望ましい好適な効果がもたらされる。本発明の基本的着想を逸脱することなく、コンタクトの金属化のために公知のスクリーン印刷技術だけでなく、ステンシル印刷または相応のプレーティングを伴ういわゆるエアロゾル印刷を利用することもできる。
【００２９】
公知のエッジ調整とは異なり、場合によってはエッジが粗くまたは斜めに延在することによって不精確さが余分に加わることもない。
【００３０】
レーザマーキングとも異なりさらに別の利点も得られる。それというのも、ダイレクトな調整を行う本発明による技術によれば、レーザマーキングによる基板中の損傷が最初から排除されるからである。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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