シリコン基板上において１組の高濃度ドープ領域を１組の低濃度ドープ領域から識別するための方法
シリコン基板上の１組の高濃度ドープ領域を１組の低濃度ドープ領域から識別する方法が開示される。この方法は、シリコン基板を提供することを含み、このシリコン基板は、１組の低濃度ドープ領域および１組の高濃度ドープの領域で構成されている。この方法は、電磁放射源でシリコン基板を照明することをさらに含み、この電磁放射源は、約１１００ｎｍを超える波長の光を送出する。この方法は、１組の低濃度ドープ領域、および１組の高濃度ドープ領域の波長吸収をセンサーで測定することも含み、約１１００ｎｍを超えるいかなる波長に対しても、低濃度ドープ領域中の波長の吸収百分率は、高濃度ドープ領域中の波長の吸収百分率より相当に下回る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００９年８月２０日に出願された米国非仮特許出願第１２／５４４，７１３号の優先権を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、概して、シリコン基板に、より詳細には、シリコン基板上において１組の高濃度ドープ領域を１組の低濃度ドープ領域から識別するための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体は現代のエレクトロニクスの基盤となっている。半導体は、導電性と絶縁性の間で選択的に変更し制御することができる物理的特性を有しており、ほとんどの現代の電気デバイス（たとえばコンピュータ、携帯電話、光電池など）において不可欠なものである。ＩＶ族半導体とは、一般に、周期表の４番目の列の最初の４つの元素、すなわち、炭素、シリコン、ゲルマニウムおよびスズを指す。
【０００４】
印刷などの非伝統的な半導体技術を使用して、半導体材料を堆積する能力は、製造工程を簡略化し、またそれにより、太陽電池などの多くの現代の電気デバイスのコストを低減するための方法を提供し得る。塗料中の顔料のように、これらの半導体材料は、ナノ粒子などの微細粒子として一般に形成され、後で基板上に堆積できるコロイド状分散において一時的に懸濁状態とされる。
【０００５】
一般に、ナノ粒子とはその寸法の少なくとも１つが１００ｎｍ未満の粒子である。サイズにかかわらず一定の物理的特性（たとえば、融点、沸点、比重、導電率など）を有する傾向があるバルク材料（＞１００ｎｍ）と比較して、ナノ粒子は、より低い焼結温度などの、サイズに依存する物理的特性を有することがある。
【０００６】
一般に、ナノ粒子は様々な技術によって製造でき、蒸発（Ｓ．Ｉｊｉｍａ，Ｊａｐ．Ｊ Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２６，３５７（１９８７））、気相熱分解（Ｋ．Ａ Ｌｉｔｔａｕ，Ｐ．Ｊ．Ｓｚａｊｏｗｓｋｉ，Ａ．Ｊ．Ｍｕｌｌｅｒ，Ａ．Ｒ．Ｋｏｒｔａｎ，Ｌ．Ｅ．Ｂｒｕｓ，Ｊ Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．９７，１２２４（１９９３））、気相光分解（Ｊ．Ｍ．Ｊａｓｉｎｓｋｉ ａｎｄ Ｆ．Ｋ．ＬｅＧｏｕｅｓ，Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．３，９８９（１９９１））、電気化学的エッチング（Ｖ．Ｐｅｔｒｏｖａ−Ｋｏｃｈ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６１，９４３（１９９２））、シランおよびポリシランのプラズマ分解（Ｈ．Ｔａｋａｇｉ ｅｔ ａｌ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５６，２３７９（１９９０））高圧液相酸化還元反応（Ｊ．Ｒ．Ｈｅａｔｈ，Ｓｃｉｅｎｃｅ ２５８，１１３１（１９９２））などの技術がある。
【０００７】
一般に、太陽電池は太陽エネルギーを直接ＤＣ（直流）の電気エネルギーに変換する。フォトダイオードとして構成されると、太陽電池は、生成された電荷キャリア（電子または、正孔−電子の欠如）を電流として抽出できるように、光がメタルコンタクトの近傍を貫通することを可能にする。また、ほとんどの他のダイオードと同様に、フォトダイオードは接合を形成するためにｐ型とｎ型の半導体を結合させることによって形成される。安定化膜と反射防止コーティングの付加の後に、裏面電界として作用する層と、メタルコンタクト（エミッタ上のフィンガーおよび母線、ならびに吸収体の裏面のパッド）とが、生成されたキャリアを抽出するために、付加されてもよい。エミッタのドーパント濃度は、両方のキャリア収集のために、および金属電極とのコンタクトのために特に最適化されなければならない。
【０００８】
一般に、エミッタ領域内のドーパント原子の低濃度は、キャリアの低い再結合（したがって、より高い太陽電池効率、すなわち太陽パワーを電気に変換する、より高い割合）、および金属電極への不十分な電気的コンタクトの両方の結果をもたらす傾向がある。対照的に、ドーパント原子の高濃度は、反対の結果をもたらす傾向がある。それは、金属電極への電気的コンタクトは良いが、キャリアの再結合は高い（したがって太陽電池効率は低下する）という結果である。製造コストを低減するために、しばしば単一のドーパント拡散がエミッタを形成するために一般に使用され、ドーピング濃度は、再結合を減少させることとオーミックコンタクト形成を改善することとの間で妥協として選択される。その結果、最適状態に及ばない太陽電池効率しか得られないことになる。
【０００９】
１つの解決法は選択（または、２重ドープの）エミッタの使用である。選択エミッタは、低い再結合のために最適化された第１の低濃度ドープ領域、および低抵抗オーミックコンタクト形成のために最適化された第２の高濃度ドープ領域（同じドーパント型の）パターンを一般に使用する。選択エミッタは、一般に、拡散障壁層を用いる多数の拡散ステップで形成されるか、または、多数のドーパント源を用いて形成されるかのいずれかで形成される。
【００１０】
しかしながら、そのような領域間の主要な変化はドーパント原子の濃度の差であるので、高濃度ドープと低濃度ドープの領域間に可視の差異は一般にない。結果的に、形成された高濃度ドープ領域上に、メタルコンタクトパターンを確実に位置合わせする（軸的なおよび／または角度的な）ことは問題になり得る。
【００１１】
さらに、同様の位置合わせ問題が、バックコンタクト型太陽電池など代替の太陽電池構成において生じ得る。（エミッタ領域は）１組の非可視のカウンタードープした高濃度ドープのパターンで構成されており、それに対応する１組の交差指型のメタルコンタクトパターンも確実に位置合わせする必要がある。
【００１２】
しかしながら、適切な位置合わせには、太陽電池基板にメタルパターンを配置する前にメタルパターンを平行移動し回転させるために使用する、基準点と回転角の取りそろえが一般に必須である。第１の手法は、高濃度ドープ領域およびメタルコンタクトの両方が堆積される基準となる、人工の基準点または基準マークの作成を含む。しかしながら、基準マークの使用には、追加加工ステップ（およびツール）が一般に必要である。さらに、両方のパターンは基準マークに対して（互いに対してではない）別々に配置されるので、許容誤差は累積的である。すなわち、最初に、高濃度ドープパターンがある許容差内で、基準マークに対して画定され、その後、別の許容差で基準マークに対して配置した金属堆積が続く。
【００１３】
１つの代替方法は、基板エッジへの位置合わせを含み、これは（基板サイズの変化により起因する誤差を最小限にするために）後続の堆積ステップとの間で基板の方向付けが一定に保たれることを一般に必要とする。しかしながら、連続する堆積ステップのためには、各堆積ツールが、全ての計算を同じ正確なエッジ位置に基づかせる必要があろうし、それは特に高スループット生産において問題になり得る。さらに、基板エッジ形状は、理想的でなくまた不完全に画定されている傾向があるため、位置合せ精度は同じく問題になり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記に鑑みて、シリコン基板上において１組の高濃度ドープ領域を１組の低濃度ドープ領域から識別する方法を提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、１つの実施形態において、シリコン基板上において１組の高濃度ドープ領域を１組の低濃度ドープ領域から識別する方法に関し、開示される。この方法は、シリコン基板を提供することを含み、このシリコン基板は、１組の低濃度ドープ領域および１組の高濃度ドープの領域で構成されている。この方法は、電磁放射源でシリコン基板を照明することをさらに含み、電磁放射源は、約１１００ｎｍを超える波長の光を送出する。この方法は、１組の低濃度ドープ領域、および１組の高濃度ドープ領域の波長吸収をセンサーで測定することも含み、１１００ｎｍを超えるいかなる波長に対しても、低濃度ドープ領域中の波長の吸収百分率は、高濃度ドープ領域中の波長の吸収百分率より相当に下回る。
【００１６】
添付図面の各図において、本発明を例として、限定せずに、図示する。図中、同様の参照番号は同様の要素を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による、選択エミッタ型のフロントコンタクト型太陽電池の簡略図である。
【図２】本発明による、バックコンタクト型太陽電池の簡略図である。
【図３】本発明による、図１および図２に示す太陽電池のドープ領域の簡略図である。
【図４Ａ】本発明による、ドーパント濃度の深さ方向分布の、図４Ｂと１組になる図である。
【図４Ｂ】本発明による、図４Ａに対応する赤外線（ＩＲ）電磁放射の透過率の、図４Ａと１組になる図である。
【図５】シリコン基板の様々なドーパント濃度に対する、吸収係数対波長の経験的モデルである。
【図６】本発明による、結晶型太陽電池基板上の１組の高濃度ドープ領域の上に１組のメタルコンタクトを重ねるための装置の簡略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
詳細な説明
次に、本発明を、添付図面に示す本発明のいくつかの好ましい実施形態を参照して詳細に説明する。以下の説明では、本発明を完全に理解できるようにするために、いくつかの特定の詳細を記載する。しかし、本発明がこれらの特定の詳細のいくつかまたは全てを用いずに実施することができることは、当業者には明らかであろう。他の場合では、本発明を不要に曖昧にしないために、よく知られているプロセスステップおよび／または構造は、詳細には説明していない。
【００１９】
前述したように、１組の高濃度ドープ領域を１組の低濃度ドープ（または無ドープ）領域から識別するのは困難である。シリコン基板は、可視スペクトル（約３００ｎｍ〜約７００ｎｍ）において概して不透明であるので、パターン位置合わせ手法は、反射された可視光線に一般に依存しなければならない。しかしながら、太陽電池の効率を最適化するために、光の反射を減少させると、反射光に依存する視覚的なパターン位置合わせは問題になる。
【００２０】
１つの有利な手法では、シリコン基板表面上の高濃度ドープ領域および低濃度ドープ領域を識別し、したがって高濃度ドープ領域の上に１組のメタルコンタクトパターンの確実な堆積を可能にするために、約１１００ｎｍ（赤外線またはＩＲ）を超える波長の透過率スペクトルが測定されることがある。１つの構成において、広域スペクトル放射源（石英灯など）が基板の片側へ放射してもよく、一方、電磁放射測定装置（適切なＣＣＤチップを備えたビデオカメラなど）が基板の反対側に配置されるであろう。
【００２１】
一般に、無ドープのシリコンは、約１．１ｅＶのバンドギャップを有する間接ギャップの半導体であり、このバンドギャップは約１１００ｎｍ（ナノメートル）または約１．１μｍ（マイクロメートル）の波長に相当する。一般に、約１．１μｍより短い波長の電磁放射はシリコン基板に吸収される傾向があり、一方、より長い波長（より少ないエネルギー）の電磁放射は概して吸収されない。
【００２２】
ドーパントの添加には、前述したように、（バンドギャップを減少させることによって）シリコン基板の結晶格子のバンド構造を穏やかに変化させる傾向と、さらに、バンドギャップへ電子状態を加える（したがってサブバンドギャップ光子の自由キャリア吸収を増加させる）傾向との両方がある。たとえば、太陽電池生産に使用されるシリコン基板は概して強くドープされず、約０．１〜約１０Ω−ｃｍまでの範囲の比抵抗（１０14〜１０17の原子／ｃｍ3のドーパント濃度に対応する）を有している。対照的に、ドープされた、エミッタおよびコンタクト領域は、概して著しくより高いドーパント濃度（典型的に１０18〜１０20原子数／ｃｍ3の範囲）を有している。
【００２３】
結果的に、シリコン基板へのドーパントの添加は、それらのドープされた領域において、バンドギャップ（約１．１マイクロメートルより大きな波長）より小さいエネルギーを持つ光子の吸収を増加させる傾向がある。したがって、異なるドーピングレベルの吸収は、透過した赤外線を使用して、太陽電池中の高濃度ドープの領域を識別しそれに位置合わせするために使用され得る。
【００２４】
たとえば、メタルコンタクトの堆積（メタル配線）に先立って、高濃度ドープ領域を有する太陽電池を、白色光（広帯域）放射源（すなわちハロゲンタングステンランプなど）の上方に配置した、ＩＲに透明な台上に配置してもよい。そうすると、放射は透明な基板支持構造を通り抜けることができる。結果的に、光スペクトルの可視部および近接可視部は、シリコンウェハに反射、または吸収され得るが、一方、スペクトルのＩＲ部分（約１１００ｎｍより大きい）は、概して透過する。ウェハの上方にＣＣＤカメラ（たとえばＩｎＧａＡｓ検出器を備えた）などのＩＲ感度のよいカメラの配置によって、シリコン基板を透過したＩＲ光強度の２次元画像が獲得される。
【００２５】
さらに、低濃度ドープシリコン基板のバルクは、ＩＲ光の微小な一部分を吸収し得るが、より高濃度にドープしたフィールドエミッタ領域に、より多くのＩＲの光子は吸収される。最も高いＩＲ吸収の領域は、最も高いドープ密度の領域に対応する傾向があり、この最も高いドープ密度の領域はメタルパターンを配置する必要があるのと同じ領域に対応する。一般に、２次元カメラ画像において、これらの領域は、最も暗く見え、より低濃度ドープしたフィールドエミッタ領域はカメラ画像においてより明るく見える傾向があるであろう。
【００２６】
１つの代替構成において、ＩＲ放射源を広帯域光の代わりに使用してもよい。その結果として、ウェハに吸収される光の部分は全く存在しなくなる。
【００２７】
図１は、本発明による選択エミッタ型のフロントコンタクト型太陽電池の簡略図である。低濃度ドープ領域１０６および高濃度ドープ領域１０７を含む、選択エミッタ層はｐ型（たとえば、ホウ素）またはｎ型（たとえば、リンの）でもよく、様々な方法によって形成することができ、これらの方法は気相拡散（たとえばリンの源としてＰＯＣｌ3ガスを、またはホウ素の源としてＢＢｒ3を使用するなど）、固体ソース拡散、またはリン酸などの液体のドーパント源を通常使用するインラインプロセスを含むが、それらに限られるわけではない。
【００２８】
前面のメタルコンタクトは、（反射防止コーティング１０４でも通常は覆われる）エミッタ１０６の上方にあり、かつエミッタ１０６と電気的コンタクトを有し、このメタルコンタクトは１組のフィンガー（ここでは銀の約１００マイクロメートルの幅を有する）１０５および１組の母線１０３を含む。印刷された銀ペーストで通常作成される前面のメタルコンタクトは、光が吸収される場合シリコン基板において生成される電荷キャリア（ここでは電子）を抽出するために最適化される。前面のメタルコンタクトはまた、通常、減少させた水平面の面積（したがって遮光による損失を最小限にするが、この遮光は生成される電流を減少させる傾向があるものである）と、増加させた横断面の体積（したがってデバイスの直列抵抗を減少させ、この抵抗の減少はデバイスの効率を増加させる傾向があるものである）とを備え構成される。
【００２９】
一般に、未処理のシリコン基板は、しばしば入射光の３０％を超える分を反射する。そのため、この反射されるエネルギーを低減し、したがって直接的に効率を改善するため、シリコン基板は、一般に、テクスチャーを付けられ、かつ反射防止コーティング１０４（たとえば窒化ケイ素など（ＳｉＮｘ）を用いて最適化される。さらに、反射防止コーティング１０４は、エミッタ１０６の表面の安定化を助けることも行い、外部源からの基板バルクの両方の汚染を最小限にする他に、ドープした基板１０８表面のＳｉダングリングボンドまたは欠陥により引き起こされる少数キャリアの再結合も相当に低減する。
【００３０】
図２は本発明による、バックコンタクト型太陽電池の簡略図を示す。図１に示すフロントコンタクト型太陽電池と異なり、バックコンタクト型太陽電池にはエミッタとＢＳＦの両方を一般に有し、したがって、交差指型の構成でソーラー（ｓｏｌａｒ）の裏面上に、対応するメタルコンタクトを有する。結果的に、前面の遮光損失は相当に除去され、全体の太陽電池効率を改善する傾向がある。
【００３１】
１つの一般的な構成において、１組のｐ型（エミッタ）領域２１２および１組のｎ型ベースコンタクト領域２１６が、ｎ型（リンドープの）シリコン基板２０８へ拡散される。場合により、窒化ケイ素または酸化シリコンの表面安定化層２１０を裏面に堆積することができる。電荷キャリアを抽出するために、エミッタメタルコンタクト２０２をｐ型領域２１２の１組の上に堆積し、ベースメタルコンタクト２１１をｎ型領域２１３の１組の上に堆積する。さらに、ＦＳＦ（前面電界）を含む前面層２０４および、反射防止コーティング（前述）も堆積する。
【００３２】
図３は本発明による、図１および図２に示す太陽電池のドープ領域の簡略図を示す。領域３０２は一般にシリコン基板バルクの低濃度ドープ領域である。領域３０４は選択エミッタの低濃度ドープ領域である。また、領域３０６は選択エミッタの高濃度ドープ領域である。その結果、吸収、および、それによりドーパント濃度の測定をするために、電磁放射源３０８（約１１００ｎｍを超える少なくとも１つの波長の光の放射を送出するように構成されている）が、高濃度ドープ領域３０６の反対側に配置され、一方、電磁放射センサー３１０が高濃度ドープ領域３０６に面して配置される。約１１００ｎｍ未満では、送出された放射は全て、シリコン基板バルクに概して吸収されるだろう。さらに、約１７００ｎｍ以上の光の波長を測定するためにセンサーが使用されてもよいが、このコストは一般に法外に高い。さらに、発光源と検出器の位置は、この方法の性能に影響を与えることなく逆にすることができる。
【実施例】
【００３３】
実施例１
図４Ａ−Ｂを参照し、ドーパント濃度深さ方向分布と、対応する赤外線（ＩＲ）電磁放射スペクトルの、異なるドーピングの強度を有する基板上の２つの位置を通る透過率とを示す１組の図。
【００３４】
図４Ａは、本発明による、ＰＯＣｌ3拡散炉中でシリコンナノ粒子インクを部分的に用いて処理されたシリコン基板に対して、深さの関数として、ドーパント濃度の簡略図を示す。横軸４０２に沿って、シリコン基板表面からの深さをμｍで表し、縦軸４０４には、リンのドーパント濃度を原子数／ｃｍ3で示す。
【００３５】
前述したように、ナノ粒子とはその寸法の少なくとも１つが１００ｎｍ未満の微小な粒子である。用語「ＩＶ族ナノ粒子」は、約１ｎｍ〜１００ｎｍの間の平均直径を有する粒子を一般に指し、シリコン、ゲルマニウム、炭素またはそれらの組み合わせから構成される。用語「ＩＶ族ナノ粒子」は、ドープされたＩＶ族ナノ粒子も含む。
【００３６】
しかしながら、それらの小さいサイズのために、ナノ粒子は、扱うことが困難になる傾向もある。そのため、１つの有利な手法では、ナノ粒子を輸送および貯蔵するために、集められたナノ粒子を、インクなどのコロイド分散またはコロイドにおいて懸濁し得る。一般に、ＩＶ族ナノ粒子のコロイド分散は可能である。というのは溶媒と粒子表面の相互作用が、比重の差を克服するほど十分に強いからである。この比重の差は、液体中において材料が沈むか浮かぶかのいずれかに通常帰着するものである。換言すれば、より小さなナノ粒子は、より大きなナノ粒子より容易に分散する。
【００３７】
シリコンナノ粒子インクは、ＰＯＣｌ3拡散炉中で、１組の低濃度ドープ領域および１組の高濃度ドープ領域の両方が形成され得るように、あるパターンでシリコン基板表面上に堆積されてもよい。選択エミッタの場合には、約９０Ω／ｓｑ〜約１２０Ω／ｓｑの間のシート抵抗を有する低濃度ドープ領域と、約３０Ω／ｓｑ〜約６０Ω／ｓｑの間のシート抵抗を有する高濃度ドープ領域（同じドーパント型の）との両方が形成されてもよい。
【００３８】
リンドープのシリコンナノ粒子の薄膜（厚さ約２００〜４００ｎｍ）を、のこぎり損傷をエッチングした基板に、正方形のシリコンインク断片として堆積した。基板を６００℃で焼成し、続けて、３５分間７２５℃で追い込み拡散（ｄｒｉｖｅ−ｉｎ）付きのＰＯＣｌ3拡散を行い、さらに９７５℃で１５分間、酸化の工程を続けた。次いで、サンプルを酸化物緩衝エッチング液（ＢＯＥ）に５分間浸漬することによってインク断片を化学的にエッチング除去した（インク断片は非可視であった）。その結果、インク断片は人間の目では見えなくなった。
【００３９】
プロット４０６は、ウェハ表面からの距離の関数として、シリコンナノ粒子インクで被覆されていなかった基板領域に対する、深さに依存するドーパント濃度を示し、一方、プロット４０８は、シリコンナノ粒子インクで被覆されていた基板領域に対する、ドーパント濃度を示す。
【００４０】
基板表面の近くのリンの、結果として生じた表面濃度は名目上、それぞれ、インク被覆領域（４０８）で、約１０20ｃｍ-3、および非インク被覆領域（４０６）で、約１０19ｃｍ-3であった。図から分かるように、任意の深さにおけるインク被覆領域中のドーパント濃度は、インクが実質的に存在しなかった所での対応するドーパント濃度より相当に大きい。
【００４１】
図４Ｂに、図４Ａのウェハを通る赤外線（ＩＲ）電磁放射の透過率を示す。横軸４１２に、波長をｎｍで示し、一方、縦軸４１４に、約９００ｎｍを超える波長領域を走査する分光測光器を用いて測定した透過率百分率を示す。
【００４２】
プロット４１６および４１８は、太陽電池の低濃度領域と高濃度領域を透過した光の百分率を示す。予測通り、両方の場合とも、光の透過率は、約１．１μｍ（マイクロメートル）未満の波長の光に対して、シリコンウェハ自体による、光のバンドギャップ吸収に対応して、ゼロになる。約１１００ｎｍより大きな波長については、吸収と透過は、一般に表面層中のドーピングレベルによって制御されるサブバンドギャップ光吸収に依存する。
【００４３】
図４Ａのドーパント濃度プロット４０６に対応するプロット４１６は、シリコンナノ粒子インクで被覆されていなかった基板領域に対する、波長スペクトル範囲にわたる透過率百分率を示す。
【００４４】
同様に、図４Ａのドーパント濃度プロット４０８に対応するプロット４１８は、シリコンナノ粒子インクで被覆されていた基板体積に対する、波長スペクトル範囲にわたる透過率百分率を示す。
【００４５】
図から分かるように、プロット４１８のインクのスペクトルは、約１１００ｎｍを超える波長領域にわたる透過率が減少していることを示し、これは、これらの領域でのより高濃度のドーパント濃度により吸収が増加したことと整合性がある。たとえば、１８００ｎｍの波長で、入射する光子の約２５％が、高濃度ドープ面積を透過し、一方、入射する光子の３２％が、低濃度ドープ領域を透過する。２次元のＩＲ（赤外線）高感度カメラで見ると、より低濃度のドープ領域は約３０％明るく見えるであろう。
【００４６】
図５は、シリコン基板中の様々なドーパント濃度に対する吸収係数対波長の経験的モデルを示す。（Ｒ．Ａａｒｏｎ Ｆａｌｋ，Ｎｅａｒ ＩＲ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｎ Ｈｅａｖｉｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ａｎ Ｅｍｐｉｒｉｃａｌ Ａｐｐｒｏａｃｈ，ＯｐｔｏＭｅｔｒｉｘ，Ｉｎｃ．（ＩＳＴＦＡ）Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｆａｉｌｕｒｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ２０００）。単位として１／ｃｍで吸収係数αが縦軸５０４に示され、一方、μｍで波長が横軸５０２に示されている。シリコンのバンドギャップ（１．１μｍ）より大きい波長に対して、ドーピング濃度が増加すると、著しい吸収の増加があり、図４に示した結果と整合性がある。
【００４７】
図６、本発明による、結晶型太陽電池基板上の１組の高濃度ドープ領域の上に１組のメタルコンタクトを重ねるための装置の簡略図。
【００４８】
初めに、選択エミッタ型またはバックコンタクト型太陽電池などのための、１組の高濃度ドープの領域を有する太陽電池基板６０４を、基板搬入装置６０３（たとえばコンベヤーベルトなど）に配置する。
【００４９】
次いで、太陽電池基板６０４を電磁気センサー６０６の視野内に配置し、約１１００ｎｍを超える、少なくとも１つの波長を送出する電磁気源６０７によって照明する。本発明者らは、これらの波長は高濃度ドープの領域の検知に対して最適化されていると考える。
【００５０】
一般に、適切な照明源の波長に高感度であるように、センサーは選択され得る。この構成において、適切なＣＣＤチップを備えるビデオカメラが使用される。分解能は位置合わせに使用されるパターンの重要な特徴を全て解像するのに十分である必要がある。視野は、位置合わせに使用されるパターンの重要な特徴を全て映すのに十分に大きい必要がある。背景放射をフィルターで除去し、より良いコントラストを得るために、照明源の波長領域に最適化されたバンドパスフィルターを使用してもよい。
【００５１】
高濃度ドープの領域パターンが測定されるとき、パターン内の既知の目印の、軸（ｘとｙ）および角度（シータ）の位置が計算される。たとえば、１組の高濃度ドープの領域が１組の母線およびフィンガーとしてパターンを付けられる場合、１組の基準マークまたは既知の目印は、適切に画定された位置にあるフィンガーへの母線の特定の交差点であってもよい。
【００５２】
いったん測定されたならば、１組の高濃度ドープの領域の内部の目印の位置は、金属堆積装置６１０（スキージ６１２を含んでもよいスクリーン印刷機など）に伝達される。太陽電池基板６０４が金属堆積装置６１０（ここではターンテーブル６０８を介して）配置された後、金属堆積装置６１０の印刷スクリーンは、１組の高濃度ドープの領域の上に堆積されるように、１組のメタルコンタクトを位置合わせするために軸的および角度的に調節される。代替的に、印刷スクリーンの軸的および角度的な位置は固定したままで、太陽電池基板６０４それ自体が調節される。
【００５３】
スキージ６１２を用いて１組の高濃度ドープの領域の上へメタルコンタクトを堆積した後に、１組のメタルコンタクト（図示せず）を備えた太陽電池基板は、次いで、基板搬出装置６１１上に配置されるが、ここで追加の加工のために搬送されてもよい。
【００５４】
説明的に本明細書で記述された本発明は、いかなる素子または素子群、限定または限定群が欠けていても、特に本明細書で開示されていなくても、適切に実行されてもよい。したがって、たとえば、用語「備える」、「含む」、「包含している」などは、拡張的に、かつ、限定せずに読まれるものとする。さらに、本明細書で使用された用語と表現は、記述の用語として使用されたもので、限定の用語として使用されたものではなく、そのような用語および表現の使用において、示され、記述された特徴およびその特徴の部分の、いかなる同等物も除外する意図はなく、様々な変更が請求された本発明の請求の範囲内で可能であることが認識されるはずである。
【００５５】
したがって、本発明を、好ましい実施形態および随意の特徴によって具体的に開示してきたが、本明細書で開示された本発明の修正、改善および変更が当業者によって行使されてもよいこと、および、そのような修正、改善および変更は、本発明の範囲内であると見なされることは、理解すべきである。本明細書で提供される材料、方法、および実施例は、好ましい実施形態の代表的なものであり、見本になるものであり、本発明の範囲に対する限定として意図されたものではない。
【００５６】
当業者によって理解される通り、いかなる、かつ、全ての目的に対しても、特に書面による記述の提供の点で、本明細書で開示された範囲はまた、その範囲の、いかなる、かつ、全ての可能な下位の範囲およびそれらの下位の範囲の組み合わせを包含する。いかなる列挙された範囲も、その同じ範囲が少なくとも、等分、３等分、４等分、５等分、１０等分などに分割されることを、十分に記述し可能にしているものとして、容易に認めることができる。非限定例として、本明細書で説明された範囲はおのおの、下側の３分の１、中央の３分の１、上側の３分の１へ容易に分割できる。さらに当業者によって理解されるように、「まで」、「少なくとも」、「より大きい」、「より小さい」および同種のものなど、全ての言葉は詳述された数を含み、かつ、上記に説明したとおり、下位の範囲に後で分割することができる範囲を表す。さらに、用語「ドーパント、またはドープされた」および「カウンタードーパント、またはカウンタードープされた」は反対の型の１組のドーパントを表す。すなわち、ドーパントがｐ型である場合、カウンタードーパントはｎ型である。さらに、特に断らない限り、ドーパントの型は入れ替えてもよい。
【００５７】
本明細書で参照された全ての刊行物、特許出願、交付済み特許、および他の出版物は、おのおのの個別の、刊行物、特許出願、交付済み特許、および他の出版物を具体的かつ個別に引用した場合その全体を組み込むのと同程度に、参照により、本明細書に組み込む。参照によって組み込まれた文に包含されている定義は、本開示中の定義と矛盾する範囲については除外される。
【００５８】
本開示において、特に指定がない限り、「１つ」は「１つまたは複数」を意味する。本明細書に引用した全ての特許、特許出願、参考文献、および刊行物は、それらが個別に参照として組み込まれている場合と同程度に、それらの全体を参照として組み込む。さらに、単語「組」は、１つまたは複数の、品目または物の、集合を指す。
【００５９】
本発明の利点は、シリコン基板上の１組の高濃度ドープ領域を１組の低濃度ドープ領域から識別するための方法を含む。さらなる利点は、効率的な太陽電池の製造を含む。
【００６０】
例示的な実施形態および最良の形態を開示してきたが、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の主題および精神の範囲内で、開示した実施形態に修正および変更を施すことができる。
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００９年８月２０日に出願された米国非仮特許出願第１２／５４４，７１３号の優先権を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、概して、シリコン基板に、より詳細には、シリコン基板上において１組の高濃度ドープ領域を１組の低濃度ドープ領域から識別するための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体は現代のエレクトロニクスの基盤となっている。半導体は、導電性と絶縁性の間で選択的に変更し制御することができる物理的特性を有しており、ほとんどの現代の電気デバイス（たとえばコンピュータ、携帯電話、光電池など）において不可欠なものである。ＩＶ族半導体とは、一般に、周期表の４番目の列の最初の４つの元素、すなわち、炭素、シリコン、ゲルマニウムおよびスズを指す。
【０００４】
印刷などの非伝統的な半導体技術を使用して、半導体材料を堆積する能力は、製造工程を簡略化し、またそれにより、太陽電池などの多くの現代の電気デバイスのコストを低減するための方法を提供し得る。塗料中の顔料のように、これらの半導体材料は、ナノ粒子などの微細粒子として一般に形成され、後で基板上に堆積できるコロイド状分散において一時的に懸濁状態とされる。
【０００５】
一般に、ナノ粒子とはその寸法の少なくとも１つが１００ｎｍ未満の粒子である。サイズにかかわらず一定の物理的特性（たとえば、融点、沸点、比重、導電率など）を有する傾向があるバルク材料（＞１００ｎｍ）と比較して、ナノ粒子は、より低い焼結温度などの、サイズに依存する物理的特性を有することがある。
【０００６】
一般に、ナノ粒子は様々な技術によって製造でき、蒸発（Ｓ．Ｉｊｉｍａ，Ｊａｐ．Ｊ Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２６，３５７（１９８７））、気相熱分解（Ｋ．Ａ Ｌｉｔｔａｕ，Ｐ．Ｊ．Ｓｚａｊｏｗｓｋｉ，Ａ．Ｊ．Ｍｕｌｌｅｒ，Ａ．Ｒ．Ｋｏｒｔａｎ，Ｌ．Ｅ．Ｂｒｕｓ，Ｊ Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．９７，１２２４（１９９３））、気相光分解（Ｊ．Ｍ．Ｊａｓｉｎｓｋｉ ａｎｄ Ｆ．Ｋ．ＬｅＧｏｕｅｓ，Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．３，９８９（１９９１））、電気化学的エッチング（Ｖ．Ｐｅｔｒｏｖａ−Ｋｏｃｈ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６１，９４３（１９９２））、シランおよびポリシランのプラズマ分解（Ｈ．Ｔａｋａｇｉ ｅｔ ａｌ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５６，２３７９（１９９０））高圧液相酸化還元反応（Ｊ．Ｒ．Ｈｅａｔｈ，Ｓｃｉｅｎｃｅ ２５８，１１３１（１９９２））などの技術がある。
【０００７】
一般に、太陽電池は太陽エネルギーを直接ＤＣ（直流）の電気エネルギーに変換する。フォトダイオードとして構成されると、太陽電池は、生成された電荷キャリア（電子または、正孔−電子の欠如）を電流として抽出できるように、光がメタルコンタクトの近傍を貫通することを可能にする。また、ほとんどの他のダイオードと同様に、フォトダイオードは接合を形成するためにｐ型とｎ型の半導体を結合させることによって形成される。安定化膜と反射防止コーティングの付加の後に、裏面電界として作用する層と、メタルコンタクト（エミッタ上のフィンガーおよび母線、ならびに吸収体の裏面のパッド）とが、生成されたキャリアを抽出するために、付加されてもよい。エミッタのドーパント濃度は、両方のキャリア収集のために、および金属電極とのコンタクトのために特に最適化されなければならない。
【０００８】
一般に、エミッタ領域内のドーパント原子の低濃度は、キャリアの低い再結合（したがって、より高い太陽電池効率、すなわち太陽パワーを電気に変換する、より高い割合）、および金属電極への不十分な電気的コンタクトの両方の結果をもたらす傾向がある。対照的に、ドーパント原子の高濃度は、反対の結果をもたらす傾向がある。それは、金属電極への電気的コンタクトは良いが、キャリアの再結合は高い（したがって太陽電池効率は低下する）という結果である。製造コストを低減するために、しばしば単一のドーパント拡散がエミッタを形成するために一般に使用され、ドーピング濃度は、再結合を減少させることとオーミックコンタクト形成を改善することとの間で妥協として選択される。その結果、最適状態に及ばない太陽電池効率しか得られないことになる。
【０００９】
１つの解決法は選択（または、２重ドープの）エミッタの使用である。選択エミッタは、低い再結合のために最適化された第１の低濃度ドープ領域、および低抵抗オーミックコンタクト形成のために最適化された第２の高濃度ドープ領域（同じドーパント型の）パターンを一般に使用する。選択エミッタは、一般に、拡散障壁層を用いる多数の拡散ステップで形成されるか、または、多数のドーパント源を用いて形成されるかのいずれかで形成される。
【００１０】
しかしながら、そのような領域間の主要な変化はドーパント原子の濃度の差であるので、高濃度ドープと低濃度ドープの領域間に可視の差異は一般にない。結果的に、形成された高濃度ドープ領域上に、メタルコンタクトパターンを確実に位置合わせする（軸的なおよび／または角度的な）ことは問題になり得る。
【００１１】
さらに、同様の位置合わせ問題が、バックコンタクト型太陽電池など代替の太陽電池構成において生じ得る。（エミッタ領域は）１組の非可視のカウンタードープした高濃度ドープのパターンで構成されており、それに対応する１組の交差指型のメタルコンタクトパターンも確実に位置合わせする必要がある。
【００１２】
しかしながら、適切な位置合わせには、太陽電池基板にメタルパターンを配置する前にメタルパターンを平行移動し回転させるために使用する、基準点と回転角の取りそろえが一般に必須である。第１の手法は、高濃度ドープ領域およびメタルコンタクトの両方が堆積される基準となる、人工の基準点または基準マークの作成を含む。しかしながら、基準マークの使用には、追加加工ステップ（およびツール）が一般に必要である。さらに、両方のパターンは基準マークに対して（互いに対してではない）別々に配置されるので、許容誤差は累積的である。すなわち、最初に、高濃度ドープパターンがある許容差内で、基準マークに対して画定され、その後、別の許容差で基準マークに対して配置した金属堆積が続く。
【００１３】
１つの代替方法は、基板エッジへの位置合わせを含み、これは（基板サイズの変化により起因する誤差を最小限にするために）後続の堆積ステップとの間で基板の方向付けが一定に保たれることを一般に必要とする。しかしながら、連続する堆積ステップのためには、各堆積ツールが、全ての計算を同じ正確なエッジ位置に基づかせる必要があろうし、それは特に高スループット生産において問題になり得る。さらに、基板エッジ形状は、理想的でなくまた不完全に画定されている傾向があるため、位置合せ精度は同じく問題になり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記に鑑みて、シリコン基板上において１組の高濃度ドープ領域を１組の低濃度ドープ領域から識別する方法を提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、１つの実施形態において、シリコン基板上において１組の高濃度ドープ領域を１組の低濃度ドープ領域から識別する方法に関し、開示される。この方法は、シリコン基板を提供することを含み、このシリコン基板は、１組の低濃度ドープ領域および１組の高濃度ドープの領域で構成されている。この方法は、電磁放射源でシリコン基板を照明することをさらに含み、電磁放射源は、約１１００ｎｍを超える波長の光を送出する。この方法は、１組の低濃度ドープ領域、および１組の高濃度ドープ領域の波長吸収をセンサーで測定することも含み、１１００ｎｍを超えるいかなる波長に対しても、低濃度ドープ領域中の波長の吸収百分率は、高濃度ドープ領域中の波長の吸収百分率より相当に下回る。
【００１６】
添付図面の各図において、本発明を例として、限定せずに、図示する。図中、同様の参照番号は同様の要素を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による、選択エミッタ型のフロントコンタクト型太陽電池の簡略図である。
【図２】本発明による、バックコンタクト型太陽電池の簡略図である。
【図３】本発明による、図１および図２に示す太陽電池のドープ領域の簡略図である。
【図４Ａ】本発明による、ドーパント濃度の深さ方向分布の、図４Ｂと１組になる図である。
【図４Ｂ】本発明による、図４Ａに対応する赤外線（ＩＲ）電磁放射の透過率の、図４Ａと１組になる図である。
【図５】シリコン基板の様々なドーパント濃度に対する、吸収係数対波長の経験的モデルである。
【図６】本発明による、結晶型太陽電池基板上の１組の高濃度ドープ領域の上に１組のメタルコンタクトを重ねるための装置の簡略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
詳細な説明
次に、本発明を、添付図面に示す本発明のいくつかの好ましい実施形態を参照して詳細に説明する。以下の説明では、本発明を完全に理解できるようにするために、いくつかの特定の詳細を記載する。しかし、本発明がこれらの特定の詳細のいくつかまたは全てを用いずに実施することができることは、当業者には明らかであろう。他の場合では、本発明を不要に曖昧にしないために、よく知られているプロセスステップおよび／または構造は、詳細には説明していない。
【００１９】
前述したように、１組の高濃度ドープ領域を１組の低濃度ドープ（または無ドープ）領域から識別するのは困難である。シリコン基板は、可視スペクトル（約３００ｎｍ〜約７００ｎｍ）において概して不透明であるので、パターン位置合わせ手法は、反射された可視光線に一般に依存しなければならない。しかしながら、太陽電池の効率を最適化するために、光の反射を減少させると、反射光に依存する視覚的なパターン位置合わせは問題になる。
【００２０】
１つの有利な手法では、シリコン基板表面上の高濃度ドープ領域および低濃度ドープ領域を識別し、したがって高濃度ドープ領域の上に１組のメタルコンタクトパターンの確実な堆積を可能にするために、約１１００ｎｍ（赤外線またはＩＲ）を超える波長の透過率スペクトルが測定されることがある。１つの構成において、広域スペクトル放射源（石英灯など）が基板の片側へ放射してもよく、一方、電磁放射測定装置（適切なＣＣＤチップを備えたビデオカメラなど）が基板の反対側に配置されるであろう。
【００２１】
一般に、無ドープのシリコンは、約１．１ｅＶのバンドギャップを有する間接ギャップの半導体であり、このバンドギャップは約１１００ｎｍ（ナノメートル）または約１．１μｍ（マイクロメートル）の波長に相当する。一般に、約１．１μｍより短い波長の電磁放射はシリコン基板に吸収される傾向があり、一方、より長い波長（より少ないエネルギー）の電磁放射は概して吸収されない。
【００２２】
ドーパントの添加には、前述したように、（バンドギャップを減少させることによって）シリコン基板の結晶格子のバンド構造を穏やかに変化させる傾向と、さらに、バンドギャップへ電子状態を加える（したがってサブバンドギャップ光子の自由キャリア吸収を増加させる）傾向との両方がある。たとえば、太陽電池生産に使用されるシリコン基板は概して強くドープされず、約０．１〜約１０Ω−ｃｍまでの範囲の比抵抗（１０14〜１０17の原子／ｃｍ3のドーパント濃度に対応する）を有している。対照的に、ドープされた、エミッタおよびコンタクト領域は、概して著しくより高いドーパント濃度（典型的に１０18〜１０20原子数／ｃｍ3の範囲）を有している。
【００２３】
結果的に、シリコン基板へのドーパントの添加は、それらのドープされた領域において、バンドギャップ（約１．１マイクロメートルより大きな波長）より小さいエネルギーを持つ光子の吸収を増加させる傾向がある。したがって、異なるドーピングレベルの吸収は、透過した赤外線を使用して、太陽電池中の高濃度ドープの領域を識別しそれに位置合わせするために使用され得る。
【００２４】
たとえば、メタルコンタクトの堆積（メタル配線）に先立って、高濃度ドープ領域を有する太陽電池を、白色光（広帯域）放射源（すなわちハロゲンタングステンランプなど）の上方に配置した、ＩＲに透明な台上に配置してもよい。そうすると、放射は透明な基板支持構造を通り抜けることができる。結果的に、光スペクトルの可視部および近接可視部は、シリコンウェハに反射、または吸収され得るが、一方、スペクトルのＩＲ部分（約１１００ｎｍより大きい）は、概して透過する。ウェハの上方にＣＣＤカメラ（たとえばＩｎＧａＡｓ検出器を備えた）などのＩＲ感度のよいカメラの配置によって、シリコン基板を透過したＩＲ光強度の２次元画像が獲得される。
【００２５】
さらに、低濃度ドープシリコン基板のバルクは、ＩＲ光の微小な一部分を吸収し得るが、より高濃度にドープしたフィールドエミッタ領域に、より多くのＩＲの光子は吸収される。最も高いＩＲ吸収の領域は、最も高いドープ密度の領域に対応する傾向があり、この最も高いドープ密度の領域はメタルパターンを配置する必要があるのと同じ領域に対応する。一般に、２次元カメラ画像において、これらの領域は、最も暗く見え、より低濃度ドープしたフィールドエミッタ領域はカメラ画像においてより明るく見える傾向があるであろう。
【００２６】
１つの代替構成において、ＩＲ放射源を広帯域光の代わりに使用してもよい。その結果として、ウェハに吸収される光の部分は全く存在しなくなる。
【００２７】
図１は、本発明による選択エミッタ型のフロントコンタクト型太陽電池の簡略図である。低濃度ドープ領域１０６および高濃度ドープ領域１０７を含む、選択エミッタ層はｐ型（たとえば、ホウ素）またはｎ型（たとえば、リンの）でもよく、様々な方法によって形成することができ、これらの方法は気相拡散（たとえばリンの源としてＰＯＣｌ3ガスを、またはホウ素の源としてＢＢｒ3を使用するなど）、固体ソース拡散、またはリン酸などの液体のドーパント源を通常使用するインラインプロセスを含むが、それらに限られるわけではない。
【００２８】
前面のメタルコンタクトは、（反射防止コーティング１０４でも通常は覆われる）エミッタ１０６の上方にあり、かつエミッタ１０６と電気的コンタクトを有し、このメタルコンタクトは１組のフィンガー（ここでは銀の約１００マイクロメートルの幅を有する）１０５および１組の母線１０３を含む。印刷された銀ペーストで通常作成される前面のメタルコンタクトは、光が吸収される場合シリコン基板において生成される電荷キャリア（ここでは電子）を抽出するために最適化される。前面のメタルコンタクトはまた、通常、減少させた水平面の面積（したがって遮光による損失を最小限にするが、この遮光は生成される電流を減少させる傾向があるものである）と、増加させた横断面の体積（したがってデバイスの直列抵抗を減少させ、この抵抗の減少はデバイスの効率を増加させる傾向があるものである）とを備え構成される。
【００２９】
一般に、未処理のシリコン基板は、しばしば入射光の３０％を超える分を反射する。そのため、この反射されるエネルギーを低減し、したがって直接的に効率を改善するため、シリコン基板は、一般に、テクスチャーを付けられ、かつ反射防止コーティング１０４（たとえば窒化ケイ素など（ＳｉＮｘ）を用いて最適化される。さらに、反射防止コーティング１０４は、エミッタ１０６の表面の安定化を助けることも行い、外部源からの基板バルクの両方の汚染を最小限にする他に、ドープした基板１０８表面のＳｉダングリングボンドまたは欠陥により引き起こされる少数キャリアの再結合も相当に低減する。
【００３０】
図２は本発明による、バックコンタクト型太陽電池の簡略図を示す。図１に示すフロントコンタクト型太陽電池と異なり、バックコンタクト型太陽電池にはエミッタとＢＳＦの両方を一般に有し、したがって、交差指型の構成でソーラー（ｓｏｌａｒ）の裏面上に、対応するメタルコンタクトを有する。結果的に、前面の遮光損失は相当に除去され、全体の太陽電池効率を改善する傾向がある。
【００３１】
１つの一般的な構成において、１組のｐ型（エミッタ）領域２１２および１組のｎ型ベースコンタクト領域２１６が、ｎ型（リンドープの）シリコン基板２０８へ拡散される。場合により、窒化ケイ素または酸化シリコンの表面安定化層２１０を裏面に堆積することができる。電荷キャリアを抽出するために、エミッタメタルコンタクト２０２をｐ型領域２１２の１組の上に堆積し、ベースメタルコンタクト２１１をｎ型領域２１３の１組の上に堆積する。さらに、ＦＳＦ（前面電界）を含む前面層２０４および、反射防止コーティング（前述）も堆積する。
【００３２】
図３は本発明による、図１および図２に示す太陽電池のドープ領域の簡略図を示す。領域３０２は一般にシリコン基板バルクの低濃度ドープ領域である。領域３０４は選択エミッタの低濃度ドープ領域である。また、領域３０６は選択エミッタの高濃度ドープ領域である。その結果、吸収、および、それによりドーパント濃度の測定をするために、電磁放射源３０８（約１１００ｎｍを超える少なくとも１つの波長の光の放射を送出するように構成されている）が、高濃度ドープ領域３０６の反対側に配置され、一方、電磁放射センサー３１０が高濃度ドープ領域３０６に面して配置される。約１１００ｎｍ未満では、送出された放射は全て、シリコン基板バルクに概して吸収されるだろう。さらに、約１７００ｎｍ以上の光の波長を測定するためにセンサーが使用されてもよいが、このコストは一般に法外に高い。さらに、発光源と検出器の位置は、この方法の性能に影響を与えることなく逆にすることができる。
【実施例】
【００３３】
実施例１
図４Ａ−Ｂを参照し、ドーパント濃度深さ方向分布と、対応する赤外線（ＩＲ）電磁放射スペクトルの、異なるドーピングの強度を有する基板上の２つの位置を通る透過率とを示す１組の図。
【００３４】
図４Ａは、本発明による、ＰＯＣｌ3拡散炉中でシリコンナノ粒子インクを部分的に用いて処理されたシリコン基板に対して、深さの関数として、ドーパント濃度の簡略図を示す。横軸４０２に沿って、シリコン基板表面からの深さをμｍで表し、縦軸４０４には、リンのドーパント濃度を原子数／ｃｍ3で示す。
【００３５】
前述したように、ナノ粒子とはその寸法の少なくとも１つが１００ｎｍ未満の微小な粒子である。用語「ＩＶ族ナノ粒子」は、約１ｎｍ〜１００ｎｍの間の平均直径を有する粒子を一般に指し、シリコン、ゲルマニウム、炭素またはそれらの組み合わせから構成される。用語「ＩＶ族ナノ粒子」は、ドープされたＩＶ族ナノ粒子も含む。
【００３６】
しかしながら、それらの小さいサイズのために、ナノ粒子は、扱うことが困難になる傾向もある。そのため、１つの有利な手法では、ナノ粒子を輸送および貯蔵するために、集められたナノ粒子を、インクなどのコロイド分散またはコロイドにおいて懸濁し得る。一般に、ＩＶ族ナノ粒子のコロイド分散は可能である。というのは溶媒と粒子表面の相互作用が、比重の差を克服するほど十分に強いからである。この比重の差は、液体中において材料が沈むか浮かぶかのいずれかに通常帰着するものである。換言すれば、より小さなナノ粒子は、より大きなナノ粒子より容易に分散する。
【００３７】
シリコンナノ粒子インクは、ＰＯＣｌ3拡散炉中で、１組の低濃度ドープ領域および１組の高濃度ドープ領域の両方が形成され得るように、あるパターンでシリコン基板表面上に堆積されてもよい。選択エミッタの場合には、約９０Ω／ｓｑ〜約１２０Ω／ｓｑの間のシート抵抗を有する低濃度ドープ領域と、約３０Ω／ｓｑ〜約６０Ω／ｓｑの間のシート抵抗を有する高濃度ドープ領域（同じドーパント型の）との両方が形成されてもよい。
【００３８】
リンドープのシリコンナノ粒子の薄膜（厚さ約２００〜４００ｎｍ）を、のこぎり損傷をエッチングした基板に、正方形のシリコンインク断片として堆積した。基板を６００℃で焼成し、続けて、３５分間７２５℃で追い込み拡散（ｄｒｉｖｅ−ｉｎ）付きのＰＯＣｌ3拡散を行い、さらに９７５℃で１５分間、酸化の工程を続けた。次いで、サンプルを酸化物緩衝エッチング液（ＢＯＥ）に５分間浸漬することによってインク断片を化学的にエッチング除去した（インク断片は非可視であった）。その結果、インク断片は人間の目では見えなくなった。
【００３９】
プロット４０６は、ウェハ表面からの距離の関数として、シリコンナノ粒子インクで被覆されていなかった基板領域に対する、深さに依存するドーパント濃度を示し、一方、プロット４０８は、シリコンナノ粒子インクで被覆されていた基板領域に対する、ドーパント濃度を示す。
【００４０】
基板表面の近くのリンの、結果として生じた表面濃度は名目上、それぞれ、インク被覆領域（４０８）で、約１０20ｃｍ-3、および非インク被覆領域（４０６）で、約１０19ｃｍ-3であった。図から分かるように、任意の深さにおけるインク被覆領域中のドーパント濃度は、インクが実質的に存在しなかった所での対応するドーパント濃度より相当に大きい。
【００４１】
図４Ｂに、図４Ａのウェハを通る赤外線（ＩＲ）電磁放射の透過率を示す。横軸４１２に、波長をｎｍで示し、一方、縦軸４１４に、約９００ｎｍを超える波長領域を走査する分光測光器を用いて測定した透過率百分率を示す。
【００４２】
プロット４１６および４１８は、太陽電池の低濃度領域と高濃度領域を透過した光の百分率を示す。予測通り、両方の場合とも、光の透過率は、約１．１μｍ（マイクロメートル）未満の波長の光に対して、シリコンウェハ自体による、光のバンドギャップ吸収に対応して、ゼロになる。約１１００ｎｍより大きな波長については、吸収と透過は、一般に表面層中のドーピングレベルによって制御されるサブバンドギャップ光吸収に依存する。
【００４３】
図４Ａのドーパント濃度プロット４０６に対応するプロット４１６は、シリコンナノ粒子インクで被覆されていなかった基板領域に対する、波長スペクトル範囲にわたる透過率百分率を示す。
【００４４】
同様に、図４Ａのドーパント濃度プロット４０８に対応するプロット４１８は、シリコンナノ粒子インクで被覆されていた基板体積に対する、波長スペクトル範囲にわたる透過率百分率を示す。
【００４５】
図から分かるように、プロット４１８のインクのスペクトルは、約１１００ｎｍを超える波長領域にわたる透過率が減少していることを示し、これは、これらの領域でのより高濃度のドーパント濃度により吸収が増加したことと整合性がある。たとえば、１８００ｎｍの波長で、入射する光子の約２５％が、高濃度ドープ面積を透過し、一方、入射する光子の３２％が、低濃度ドープ領域を透過する。２次元のＩＲ（赤外線）高感度カメラで見ると、より低濃度のドープ領域は約３０％明るく見えるであろう。
【００４６】
図５は、シリコン基板中の様々なドーパント濃度に対する吸収係数対波長の経験的モデルを示す。（Ｒ．Ａａｒｏｎ Ｆａｌｋ，Ｎｅａｒ ＩＲ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｎ Ｈｅａｖｉｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ａｎ Ｅｍｐｉｒｉｃａｌ Ａｐｐｒｏａｃｈ，ＯｐｔｏＭｅｔｒｉｘ，Ｉｎｃ．（ＩＳＴＦＡ）Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｆａｉｌｕｒｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ２０００）。単位として１／ｃｍで吸収係数αが縦軸５０４に示され、一方、μｍで波長が横軸５０２に示されている。シリコンのバンドギャップ（１．１μｍ）より大きい波長に対して、ドーピング濃度が増加すると、著しい吸収の増加があり、図４に示した結果と整合性がある。
【００４７】
図６、本発明による、結晶型太陽電池基板上の１組の高濃度ドープ領域の上に１組のメタルコンタクトを重ねるための装置の簡略図。
【００４８】
初めに、選択エミッタ型またはバックコンタクト型太陽電池などのための、１組の高濃度ドープの領域を有する太陽電池基板６０４を、基板搬入装置６０３（たとえばコンベヤーベルトなど）に配置する。
【００４９】
次いで、太陽電池基板６０４を電磁気センサー６０６の視野内に配置し、約１１００ｎｍを超える、少なくとも１つの波長を送出する電磁気源６０７によって照明する。本発明者らは、これらの波長は高濃度ドープの領域の検知に対して最適化されていると考える。
【００５０】
一般に、適切な照明源の波長に高感度であるように、センサーは選択され得る。この構成において、適切なＣＣＤチップを備えるビデオカメラが使用される。分解能は位置合わせに使用されるパターンの重要な特徴を全て解像するのに十分である必要がある。視野は、位置合わせに使用されるパターンの重要な特徴を全て映すのに十分に大きい必要がある。背景放射をフィルターで除去し、より良いコントラストを得るために、照明源の波長領域に最適化されたバンドパスフィルターを使用してもよい。
【００５１】
高濃度ドープの領域パターンが測定されるとき、パターン内の既知の目印の、軸（ｘとｙ）および角度（シータ）の位置が計算される。たとえば、１組の高濃度ドープの領域が１組の母線およびフィンガーとしてパターンを付けられる場合、１組の基準マークまたは既知の目印は、適切に画定された位置にあるフィンガーへの母線の特定の交差点であってもよい。
【００５２】
いったん測定されたならば、１組の高濃度ドープの領域の内部の目印の位置は、金属堆積装置６１０（スキージ６１２を含んでもよいスクリーン印刷機など）に伝達される。太陽電池基板６０４が金属堆積装置６１０（ここではターンテーブル６０８を介して）配置された後、金属堆積装置６１０の印刷スクリーンは、１組の高濃度ドープの領域の上に堆積されるように、１組のメタルコンタクトを位置合わせするために軸的および角度的に調節される。代替的に、印刷スクリーンの軸的および角度的な位置は固定したままで、太陽電池基板６０４それ自体が調節される。
【００５３】
スキージ６１２を用いて１組の高濃度ドープの領域の上へメタルコンタクトを堆積した後に、１組のメタルコンタクト（図示せず）を備えた太陽電池基板は、次いで、基板搬出装置６１１上に配置されるが、ここで追加の加工のために搬送されてもよい。
【００５４】
説明的に本明細書で記述された本発明は、いかなる素子または素子群、限定または限定群が欠けていても、特に本明細書で開示されていなくても、適切に実行されてもよい。したがって、たとえば、用語「備える」、「含む」、「包含している」などは、拡張的に、かつ、限定せずに読まれるものとする。さらに、本明細書で使用された用語と表現は、記述の用語として使用されたもので、限定の用語として使用されたものではなく、そのような用語および表現の使用において、示され、記述された特徴およびその特徴の部分の、いかなる同等物も除外する意図はなく、様々な変更が請求された本発明の請求の範囲内で可能であることが認識されるはずである。
【００５５】
したがって、本発明を、好ましい実施形態および随意の特徴によって具体的に開示してきたが、本明細書で開示された本発明の修正、改善および変更が当業者によって行使されてもよいこと、および、そのような修正、改善および変更は、本発明の範囲内であると見なされることは、理解すべきである。本明細書で提供される材料、方法、および実施例は、好ましい実施形態の代表的なものであり、見本になるものであり、本発明の範囲に対する限定として意図されたものではない。
【００５６】
当業者によって理解される通り、いかなる、かつ、全ての目的に対しても、特に書面による記述の提供の点で、本明細書で開示された範囲はまた、その範囲の、いかなる、かつ、全ての可能な下位の範囲およびそれらの下位の範囲の組み合わせを包含する。いかなる列挙された範囲も、その同じ範囲が少なくとも、等分、３等分、４等分、５等分、１０等分などに分割されることを、十分に記述し可能にしているものとして、容易に認めることができる。非限定例として、本明細書で説明された範囲はおのおの、下側の３分の１、中央の３分の１、上側の３分の１へ容易に分割できる。さらに当業者によって理解されるように、「まで」、「少なくとも」、「より大きい」、「より小さい」および同種のものなど、全ての言葉は詳述された数を含み、かつ、上記に説明したとおり、下位の範囲に後で分割することができる範囲を表す。さらに、用語「ドーパント、またはドープされた」および「カウンタードーパント、またはカウンタードープされた」は反対の型の１組のドーパントを表す。すなわち、ドーパントがｐ型である場合、カウンタードーパントはｎ型である。さらに、特に断らない限り、ドーパントの型は入れ替えてもよい。
【００５７】
本明細書で参照された全ての刊行物、特許出願、交付済み特許、および他の出版物は、おのおのの個別の、刊行物、特許出願、交付済み特許、および他の出版物を具体的かつ個別に引用した場合その全体を組み込むのと同程度に、参照により、本明細書に組み込む。参照によって組み込まれた文に包含されている定義は、本開示中の定義と矛盾する範囲については除外される。
【００５８】
本開示において、特に指定がない限り、「１つ」は「１つまたは複数」を意味する。本明細書に引用した全ての特許、特許出願、参考文献、および刊行物は、それらが個別に参照として組み込まれている場合と同程度に、それらの全体を参照として組み込む。さらに、単語「組」は、１つまたは複数の、品目または物の、集合を指す。
【００５９】
本発明の利点は、シリコン基板上の１組の高濃度ドープ領域を１組の低濃度ドープ領域から識別するための方法を含む。さらなる利点は、効率的な太陽電池の製造を含む。
【００６０】
例示的な実施形態および最良の形態を開示してきたが、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の主題および精神の範囲内で、開示した実施形態に修正および変更を施すことができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上の１組の高濃度ドープ領域を１組の低濃度ドープ領域から識別する方法であって、
前記シリコン基板を提供する工程であり、前記シリコン基板は、前記１組の低濃度ドープ領域および前記１組の高濃度ドープの領域で構成されている工程と、
電磁放射源で前記シリコン基板を照明する工程であり、前記電磁放射源は、約１１００ｎｍを超える波長の光を送出する工程と、および
前記１組の低濃度ドープ領域、および前記１組の高濃度ドープ領域の吸収をセンサーで測定する工程であり、約１１００ｎｍを超えるいかなる波長に対しても、前記低濃度ドープ領域中の前記波長の吸収百分率が、前記高濃度ドープ領域中の前記波長の吸収百分率より相当に下回る工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記電磁放射源で前記シリコン基板を照明した後に、前記１組の高濃度ドープの領域の上に１組のメタルコンタクト（metal contacts）を堆積するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記１組の高濃度ドープの領域が、１０18〜１０20の原子数／ｃｍ3のドーパント濃度を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記１組の高濃度ドープの領域が、ｐ型ドーパントおよびｎ型ドーパントのうちの１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記１組の低濃度ドープ領域が、１０14〜１０17の原子数／ｃｍ3のドーパント濃度を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記１組の低濃度ドープの領域が、ｐ型ドーパントおよびｎ型ドーパントのうちの１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
約１１００ｎｍを超える前記光の波長が、白色光放射源を用いて送出される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記白色光放射源が、ハロゲンタングステンランプである、請求項７の方法。
【請求項９】
前記センサーおよび前記電磁放射源が、前記シリコン基板の両側に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記センサーが、赤外線検出器である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
シリコン基板上の１組の高濃度ドープ領域を１組の低濃度ドープ領域から識別する方法であって、
前記シリコン基板を提供する工程であり、前記シリコン基板は、前記１組の低濃度ドープ領域および前記１組の高濃度ドープの領域で構成されている工程と、
電磁放射源で前記シリコン基板を照明する工程であり、前記電磁放射源は、約１１００ｎｍと約１７００ｎｍの間の波長の光を送出する工程と、および
前記１組の低濃度ドープ領域、および前記１組の高濃度ドープ領域の吸収をセンサーで測定する工程であり、約１１００ｎｍと約１７００ｎｍの間のいかなる波長に対しても、前記低濃度ドープ領域中の前記波長の吸収百分率が、前記高濃度ドープ領域中の前記波長の吸収百分率より相当に下回る工程と
を含む方法。
【請求項１】
シリコン基板上の１組の高濃度ドープ領域を１組の低濃度ドープ領域から識別する方法であって、
前記シリコン基板を提供する工程であり、前記シリコン基板は、前記１組の低濃度ドープ領域および前記１組の高濃度ドープの領域で構成されている工程と、
電磁放射源で前記シリコン基板を照明する工程であり、前記電磁放射源は、約１１００ｎｍを超える波長の光を送出する工程と、および
前記１組の低濃度ドープ領域、および前記１組の高濃度ドープ領域の吸収をセンサーで測定する工程であり、約１１００ｎｍを超えるいかなる波長に対しても、前記低濃度ドープ領域中の前記波長の吸収百分率が、前記高濃度ドープ領域中の前記波長の吸収百分率より相当に下回る工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記電磁放射源で前記シリコン基板を照明した後に、前記１組の高濃度ドープの領域の上に１組のメタルコンタクト（metal contacts）を堆積するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記１組の高濃度ドープの領域が、１０18〜１０20の原子数／ｃｍ3のドーパント濃度を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記１組の高濃度ドープの領域が、ｐ型ドーパントおよびｎ型ドーパントのうちの１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記１組の低濃度ドープ領域が、１０14〜１０17の原子数／ｃｍ3のドーパント濃度を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記１組の低濃度ドープの領域が、ｐ型ドーパントおよびｎ型ドーパントのうちの１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
約１１００ｎｍを超える前記光の波長が、白色光放射源を用いて送出される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記白色光放射源が、ハロゲンタングステンランプである、請求項７の方法。
【請求項９】
前記センサーおよび前記電磁放射源が、前記シリコン基板の両側に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記センサーが、赤外線検出器である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
シリコン基板上の１組の高濃度ドープ領域を１組の低濃度ドープ領域から識別する方法であって、
前記シリコン基板を提供する工程であり、前記シリコン基板は、前記１組の低濃度ドープ領域および前記１組の高濃度ドープの領域で構成されている工程と、
電磁放射源で前記シリコン基板を照明する工程であり、前記電磁放射源は、約１１００ｎｍと約１７００ｎｍの間の波長の光を送出する工程と、および
前記１組の低濃度ドープ領域、および前記１組の高濃度ドープ領域の吸収をセンサーで測定する工程であり、約１１００ｎｍと約１７００ｎｍの間のいかなる波長に対しても、前記低濃度ドープ領域中の前記波長の吸収百分率が、前記高濃度ドープ領域中の前記波長の吸収百分率より相当に下回る工程と
を含む方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２０１３−５０２５８３（Ｐ２０１３−５０２５８３Ａ）
【公表日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２５６２７（Ｐ２０１２−５２５６２７）
【出願日】平成２２年８月１６日（２０１０．８．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４５６１４
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２２３２９
【国際公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（５０６４１８９２１）イノヴァライト インコーポレイテッド (11)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１６日（２０１０．８．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４５６１４
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２２３２９
【国際公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（５０６４１８９２１）イノヴァライト インコーポレイテッド (11)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]