DE4033658A1 - Processing trench edges in semiconductor substrates - using stream of particles, for simple, accurate silicon@ solar cell mfr. - Google Patents
Processing trench edges in semiconductor substrates - using stream of particles, for simple, accurate silicon@ solar cell mfr.Info
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Abstract
Description
Gräben und Löcher in der Oberfläche von Halbleitersubstraten können zur Aufnahme von elektrisch leitendem Material, zur Aufnahme von Isolationsmaterial zum Erzeugen einer Grabeniso lierung oder mit dotierten Grabenwänden und mit Dielektrikum gefüllt als Trenchzellen dienen.Trenches and holes in the surface of semiconductor substrates can be used to hold electrically conductive material Inclusion of insulation material to create a ditch iso or with doped trench walls and with dielectric serve as trench cells.
Mit zunehmender Integrationsdichte von Halbleiterbauelementen gewinnt neben der Strukturierung horizontaler Flächen auch eine vertikale Strukturierung an Bedeutung. Das Konzept der sogenannten 3-D-Integration beinhaltet das übereinander Anord nen von Einzelbauelementen und wird beispielsweise für höchst integrierte Speicherbauelemente, zum Beispiel für einen 16 M- DRAM verwendet.With increasing integration density of semiconductor components wins in addition to the structuring of horizontal surfaces a vertical structure in importance. The concept of so-called 3-D integration includes the arrangement one above the other NEN of individual components and is for example for top integrated memory components, for example for a 16 M DRAM used.
Eine andere Kategorie von Bauelementen, die Gräben und andere Vertiefungen auf ihrer Oberfläche aufweisen, stellen bestimmte Typen von Hochleistungssolarzellen aus zum Beispiel kristalli nem Silizium dar. Deren Oberfläche ist durch ein regelmäßiges Graben- oder Lochmuster "aufgerauht", um den Anteil der durch Reflexion für die photovoltaische Energieumwandlung verlorenen Sonnenstrahlung zu minimieren. Nicht um eine höhere Dichte von Strukturen zu erzeugen, sondern um Abschattungsverluste zu ver ringern und so den Wirkungsgrad dieser Solarzellen zu erhöhen, ist auch hier bei der Herstellung eine exakte Strukturierung mit maßgenauen Bearbeitungsschritten notwendig.Another category of devices, the trenches and others Have depressions on their surface represent certain Types of high-performance solar cells made of, for example, crystalline nem silicon. The surface of which is regular Trench or hole pattern "roughened" to the percentage of through Reflection lost for photovoltaic energy conversion To minimize solar radiation. Not a higher density of Generate structures, but to avoid shading losses wrestle and thus increase the efficiency of these solar cells, is also an exact structuring here during production with precise machining steps necessary.
Eine derartige Solarzellenstruktur wird beispielsweise in einem Artikel von A. Cuevas et al in IEEE Electron Device Let ters, Vol. 11, Nr. 1, 1990, Seiten 6 bis 9 beschrieben. Die aktiven Bereiche der Oberfläche dieser Zelle weisen ein Loch muster aus invertierten Pyramiden auf. Auf durchgehenden Stegen mit V-förmigem Querschnitt sind punktförmige hochdotierte Zonen angebracht, die über entlang dieser Stege verlaufende Metall streifen kontaktiert werden. Die dotierten Bereiche werden durch Eröffnung punktförmiger Fenster in einer die gesamte Oberfläche der Solarzelle bedeckenden Oxidschicht und an schließender Eindiffusion von Dotierstoffen (zum Beispiel aus phosphorhaltigem Glas) erzeugt. Diese Dotierfenster werden dabei ausschließlich im oberen Bereich der genannten Stege eröffnet.Such a solar cell structure is described, for example, in an article by A. Cuevas et al in IEEE Electron Device Let ters, Vol. 11, No. 1, 1990, pages 6 to 9. The active areas of the surface of this cell have a hole pattern of inverted pyramids. On continuous walkways with a V-shaped cross-section are punctiform highly doped zones attached, the metal running along these webs strips can be contacted. The endowed areas are by opening punctiform windows in one the whole Surface of the solar cell covering oxide layer and on closing diffusion of dopants (for example from phosphorus-containing glass). These doping windows are only in the upper area of the webs mentioned opened.
Der mit diesem Solarzellentyp erreichte hohe Wirkungsgrad von 26 Prozent unter konzentriertem Licht ist allerdings mit einem äußerst aufwendigen Herstellungsprozeß verbunden. Er erfordert auf der Lichteinfallsseite mindestens vier photolithographische Schritte und mindestens einen auf der Rückseite, wobei eine Strukturfeinheit bis herab zu 2 µm notwendig ist. Erschwerend kommt hinzu, daß ein Teil dieser Lithographieschritte über stark geneigten Flächen und einige wiederum nur in den oberen Flankenabschnitt der Gräben und Löcher durchzuführen sind.The high efficiency of achieved with this type of solar cell However, 26 percent under concentrated light is with one extremely complex manufacturing process connected. It requires on the light incidence side at least four photolithographic Steps and at least one on the back, one Structural fineness down to 2 µm is necessary. Aggravating In addition, some of these lithography steps are over strongly inclined surfaces and some only in the upper ones Flank section of the trenches and holes are to be made.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verein fachtes Verfahren anzugeben, mit dem gezielt in den oberen Flankenabschnitten von Gräben eine Bearbeitung durchgeführt werden kann, und welches auf eine aufwendige Photolacktechnik verzichtet.The object of the present invention is therefore to unite to specify a well-known procedure, with the targeted in the upper Flank sections of trenches are processed can be, and which on a complex photoresist technique waived.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Bearbeitung eines oberen Flankenabschnittes von in Halb leitersubstrate geätzten Gräben mit einem Teilchenstrom, wobei der Teilchenstrom anisotrop mit einem ausgewählten Einfallswin kel W derart auf die Substratoberfläche gerichtet wird, daß der nicht zu bearbeitende untere Flankenabschnitt durch die im Graben gegenüberliegende Kante der Substratoberfläche abge schattet wird.According to the invention, this object is achieved by a method for machining an upper flank section of in half etched trenches with a particle stream, wherein the particle flow is anisotropic with a selected angle of incidence kel W is directed onto the substrate surface such that the lower flank section not to be machined by the in Trench opposite edge of the substrate surface is shaded.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Further embodiments of the invention are the subclaims refer to.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch seine Ein fachheit aus und kann bei Verwendung ausreichend anisotroper Schritte ein aufwendiges Lithographieverfahren ersetzen. Die Abschattung wird bei geeignetem Einfallswinkel W durch die je weils in Einfallsrichtung liegende Flanken/Substratkante be wirkt, welche gewissermaßen eine Maske darstellt. Damit ist es möglich, die Bearbeitung ausschließlich in einem oberen Flan kenabschnitt durchzuführen und den unteren Flankenabschnitt von der Bearbeitung auszusparen.The method according to the invention is characterized by its on expertise and can be sufficiently anisotropic when used Steps to replace a complex lithography process. The Shading is at a suitable angle of incidence W by the because flanks / substrate edge lying in the direction of incidence acts, which in a sense represents a mask. So that's it possible to process only in an upper flange ken section and the lower flank section to be left out of processing.
Die Genauigkeit des Verfahrens bzw. die Höhe des Kontrasts an der Grenze zwischen unbearbeitetem und bearbeitetem Flankenab schnitt ist abhängig von der Anisotropie des zur Bearbeitung verwendeten Teilchenstromes, von der Beschaffenheit der Sub stratkanten, von der Struktur der Flankenoberflächen und außer dem vom Einfallswinkel W und vom Flankenwinkel FW, den die Flankenwand gegen die Substratoberfläche bildet.The accuracy of the procedure or the amount of contrast the border between unprocessed and machined edges cut depends on the anisotropy of the machining used particle stream, on the nature of the sub stratkanten, from the structure of the flank surfaces and except that of the angle of incidence W and the flank angle FW that the Flank wall forms against the substrate surface.
Das Verfahren kann bei beliebig geformten Gräben angewendet werden. Die Einstellung des Einfallswinkels ist einfach vorzu nehmen, zum Beispiel durch Neigung des Substrat gegenüber der Teilchenstromquelle bzw. der Vorzugsrichtung des Teilchen stroms. Sollen bei unterschiedlichen Gräben einzelne von der Bearbeitung ausgenommen werden, so können diese durch eine ein fache Photolacktechnik mit Hilfe eines gegenüber der Bearbei tungsart geeigneten Resists abgedeckt werden. Das Verfahren ist also insbesondere zur unterschiedlichen Bearbeitung von Flankenabschnitten, bzw. zur ausschließlichen Bearbeitung eines oberen Flankenabschnittes in entsprechenden Gräben ge eignet.The method can be used for trenches of any shape will. The setting of the angle of incidence is easy to do take, for example, by tilting the substrate towards the Particle current source or the preferred direction of the particle current. Should individual trenches be used for different trenches? Processing can be excluded, so this can be done by a fold photoresist technique with the help of a compared to the processing suitable resists are covered. The procedure is particularly useful for different processing of Flank sections, or for exclusive processing an upper flank section in corresponding trenches is suitable.
Zur Durchführung des Verfahrens geeignete Gräben können senk rechte oder geneigte Flanken aufweisen, wobei sich der Durch messer eines Grabens nach unten verengen oder auch erweitern kann, so daß im gewissen Umfang auch überhängende Grabenflan ken bearbeitet werden können. Der Flankenwinkel FW, den eine Grabenflanke gegen die Oberfläche bildet, kann über die Gra bentiefe variieren, wobei sowohl konvex als auch konkav ge wölbte Flanken geeignet sind. Auch im horizontalen Querschnitt ist die Grabenform beliebig, wobei der Begriff Graben im wei testen Sinn auszulegen ist. Geeignet sind runde bis ovale Gräben, die sich auch noch als Loch bezeichnen lassen. Bevor zugt sind jedoch Gräben mit rechteckigem Querschnitt und einem hohen Verhältnis von Grabenlänge zu Grabenbreite. Die Flanken flächen an den Schmalseiten solcher Gräben fallen dabei nicht ins Gewicht, so daß eine entsprechende Bearbeitung eine oder beide der Flanken umfaßt, welche die Längsseiten des Grabens bilden. Zum Vermeiden weiterer und ungewollter Abschattungen bei der Bearbeitung der Flanken ist es weiterhin von Vorteil, wenn diese keine weiteren Ecken und Kanten aufweisen.Trenches suitable for carrying out the method can be lowered have right or inclined flanks, the through narrow or extend the knife of a trench can, so that overhanging trench flange ken can be edited. The flank angle FW, the one Trench flank forms against the surface, can over the Gra Bending depths vary, both convex and concave curved flanks are suitable. Also in the horizontal cross section the trench shape is arbitrary, the term trench in white test meaning is to be interpreted. Round to oval are suitable Trenches that can also be called a hole. Before however, trenches with a rectangular cross section and one are added high ratio of trench length to trench width. The flanks areas on the narrow sides of such trenches do not fall weight, so that a corresponding processing one or includes both of the flanks, which cover the long sides of the trench form. To avoid further and unwanted shadowing when machining the flanks, it is still an advantage if these have no further corners and edges.
Das Aspektverhältnis von zur Bearbeitung geeigneten Gräben kann zwar beliebig hoch sein, darf aber nicht zu niedrig ge wählt werden, damit sich bei handhabbaren Einfallswinkeln noch Abschattungen durch die gegenüberliegenden Substratkanten er zeugen lassen.The aspect ratio of trenches suitable for processing can be of any height, but must not be too low be chosen so that there are still manageable angles of incidence Shadowing through the opposite substrate edges have a father.
Die Grabenbreite parallel zur Bearbeitungsrichtung darf nicht zu groß sein, um Unschärfen bei der "Abbildung" zu vermeiden. Sie entspricht dabei gewissermaßen dem Maskenabstand bei einer Photolithographie, welcher mit zunehmender Größe ebefalls Un schärfen bei der Abbildung erzeugt, weil dadurch der negative Einfluß von Streu- und Beugungseffekten sowie vom isotropen Anteil des Teilchenstroms verstärkt wird.The trench width parallel to the machining direction must not be too large to avoid blurring in the "illustration". In a way, it corresponds to the mask spacing for one Photolithography, which increases with increasing size Un sharpen the image because it creates the negative Influence of scattering and diffraction effects as well as of the isotropic Part of the particle stream is amplified.
Zur Anwendung im Verfahren sind alle anisotropen Teilchenströme geeignet, wobei als Bearbeitung ein Ätzen oder eine Material abscheidung resultiert, oder wobei sich die bearbeitete Ober fläche chemisch oder physikalisch verändert. Bearbeitungen mit einem Teilchenstrahl können sein: Ionenstrahl- oder Plasma ätzen, Plasmaabscheidung, CVD-Verfahren, Aufdampfen, Sputter ätzen, Sputterabscheiden, Implantieren, Verdichten oder Oxidie ren. Sofern diese Verfahren nicht von sich aus mit einem hoch anisotropen Teilchenstrahl arbeiten, kann die Anisotropie durch weitere Maßnahmen erhalten bzw. verstärkt werden. Durch Anlegen bzw. Verbessern des Vakuums während der Bearbeitung werden Stöße der Teilchen im Teilchenstrom vermindert. Es wird daher ein möglichst gutes Vakuum angestrebt, vorzugsweise unter 10-5 Torr. Besteht der Teilchenstrom aus geladenen Teil chen, so werden diese vorzugsweise mit geringer kinetischer Energie erzeugt und anschließend stark beschleunigt. Bei einem Teilchenstrahl aus ungeladenen Teilchen nimmt die Divergenz der auf dem Substrat auftreffenden Teilchen mit zunehmender Entfernung des Substrats von der Teilchenstromquelle ab. Zu sätzliche Vorrichtungen zur Bündelung des Teilchenstroms kön nen elektromagnetische Linsen oder für ungeladene Teilchen auch Blenden sein.All anisotropic particle streams are suitable for use in the process, the processing resulting in an etching or a material deposition, or the processed surface changing chemically or physically. Machining with a particle beam can be: ion beam or plasma etching, plasma deposition, CVD processes, vapor deposition, sputter etching, sputter deposition, implantation, compaction or oxidation. Unless these processes work with a highly anisotropic particle beam, anisotropy can occur be maintained or strengthened through further measures. By applying or improving the vacuum during processing, collisions of the particles in the particle stream are reduced. The best possible vacuum is therefore sought, preferably below 10 -5 Torr. If the particle stream consists of charged particles, these are preferably generated with low kinetic energy and then strongly accelerated. In the case of a particle beam composed of uncharged particles, the divergence of the particles striking the substrate decreases with increasing distance of the substrate from the particle current source. Additional devices for bundling the particle stream can be electromagnetic lenses or diaphragms for uncharged particles.
Zum Erzeugen einer Abschattung muß der Einfallswinkel W klei ner als 90° und bei schrägen Flanken zusätzlich kleiner als der Flankenwinkel FW gewählt werden. Eine scharfe Abbildung durch den Abschattungseffekt der in Richtung Teilchenstrom quelle gelegenen Substrat/Grabenkante wird mit steilerem und vorzugsweise 90° betragendem Auftreffwinkel des Teilchenstroms auf die Grabenflanke erhalten. Dieser Fall tritt ein, wenn sich der Einfallswinkel W und die Neigung der Grabenflanke FW zumindest im Auftreffbereich des Teilchenstroms zu 90° addie ren, bzw. nicht zu stark von diesem Wert abweichen.To generate shading, the angle of incidence W klei ner than 90 ° and with sloping flanks additionally smaller than the flank angle FW can be selected. A sharp picture due to the shadowing effect towards particle flow source / trench edge located with steeper and preferably 90 ° impact angle of the particle stream preserved on the trench flank. This happens when the angle of incidence W and the slope of the trench flank FW addie at least in the area of impact of the particle stream to 90 ° or do not deviate too much from this value.
Für verschiedene Anwendungen kann es nötig sein, einen mög lichst kleinen oberen Flankenabschnitt zu bearbeiten. In die sem Fall wird der Einfallswinkel W so klein wie möglich ge wahlt.For different applications it may be necessary to to process the smallest upper flank section. In the In this case, the angle of incidence W is as small as possible chooses.
Kompliziertere Strukturen können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Hintereinander-Ausführen mehrerer anisotroper Bearbeitungsschritte erzeugt werden, wobei für unterschiedliche Bearbeitungsschritte unterschiedliche Einfallswinkel W gewählt werden können.More complicated structures can be created with the invention Procedure by running several anisotropic ones in succession Processing steps are generated, being for different Processing steps selected different angles of incidence W. can be.
Auch eine Inversion des Arbeitsprinzips ist möglich, um so einen unteren Flankenabschnitt zu bearbeiten. Dazu wird mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ein erster Bearbeitungs schritt unter einem ersten Einfallswinkel W1 derart durchge führt, daß sich gegenüber einem zweiten Bearbeitungsschritt ein unterschiedliches Verhalten des oberen Flankenabschnitts zu dem unteren im ersten Bearbeitungsschritt abgeschatteten Flankenabschnitt ergibt. Der zweite Bearbeitungsschritt kann ebenfalls erfindungsgemäß unter Ausnützung eines Abschattungs effektes mit einem größeren Einfallswinkel W2 erfolgen. Auch ist es möglich, den zweiten Bearbeitungsschritt so durchzufüh ren, daß die gesamte Substratoberfläche mit Ausnahme der obe ren Flankenabschnitte davon erfaßt wird. Beispielsweise kann im ersten Bearbeitungsschritt im oberen Flankenabschnitt eine Maske erzeugt werden, die resistent gegen einen zweiten Bear beitungsschritt ist, beispielsweise eine Implantation oder ein Ätzschritt. Auch kann im ersten Bearbeitungsschritt eine ganz flächig erzeugte Dotierstoff enthaltende Schicht im oberen Flankenabschnitt entfernt werden, wobei im zweiten Bearbei tungsschritt durch Erhöhung der Temperatur der Dotierstoff in das Substrat eingetrieben wird.An inversion of the working principle is also possible in order to machine a lower flank section. For this purpose, with the aid of the method according to the invention, a first machining step is carried out at a first angle of incidence W 1 in such a way that, compared to a second machining step, the upper flank section behaves differently from the lower flank section shaded in the first machining step. The second processing step can also be carried out according to the invention using a shading effect with a larger angle of incidence W 2 . It is also possible to carry out the second processing step in such a way that the entire substrate surface, with the exception of the upper flank sections, is covered thereby. For example, in the first processing step, a mask can be generated in the upper flank section that is resistant to a second processing step, for example an implantation or an etching step. Also, in the first processing step, a layer containing dopant produced over the entire surface can be removed in the upper flank section, the doping agent being driven into the substrate by increasing the temperature in the second processing step.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst nur die in Bearbeitungsrichtung weisende Grabenflanke bearbeitet. In ande re Richtungen weisende Grabenflanken können durch Wiederholen des Bearbeitungsschrittes erfaßt werden, wobei das Substrat vorher um den Winkel gedreht wird, den die neu zu bearbeitende Flanke mit der zuerst bearbeiteten einschließt. Bei im wesent lichen sich in die Länge erstreckenden Gräben sind dies zum Beispiel 180°C.With the method according to the invention initially only the in Machining direction of the trench flank machined. In others Trench flanks pointing in the right direction can be repeated of the processing step are detected, the substrate is rotated beforehand by the angle that the new one to be machined Flank with the one edited first. At essentially Lichen extending in the length of these trenches Example 180 ° C.
Weist ein Graben im horizontalen Querschnitt keine geraden Be grenzungslinien auf, so daß keine einzelnen Flanken unterschie den werden können, so kann der obere Flankenabschnitt im ge samten Umfang des Grabens gleichmäßig dadurch bearbeitet wer den, daß das Substrat während der Bearbeitung um eine vertikal zu seiner Oberfläche oder parallel zum Teilchenstrom liegende Achse gedreht wird.If a trench has no straight lines in horizontal cross-section lines of demarcation so that no individual flanks differ can be, so the upper flank section in ge entire circumference of the trench evenly processed by who that the substrate during the processing by a vertical to its surface or parallel to the particle stream Axis is rotated.
Im folgenden wird das Verfahren anhand eines Ausführungsbei spiels und der dazugehörigen sechs schematischen Figuren näher erläutert. Dabei zeigen The following is an example of the method game and the associated six schematic figures explained. Show
Fig. 1 einen Siliziumwafer mit V-förmig geätzten Gräben in perspektivischer Ansicht, Fig. 1 is a silicon wafer having a V-shape etched grooves in a perspective view;
Fig. 2 diesen Wafer im schematischen Querschitt während eines ersten anisotropen Bearbeitungsschrittes, die Fig. 2 shows this wafer in a schematic cross-section during a first anisotropic processing step
Fig. 3 und 4 den Wafer während weiterer Bearbeitungs schritte und die FIGS. 3 and 4 steps of the wafer during further processing and
Fig. 5 und 6 zwei Ausführungsformen einer fertigen So larzelle im schematischen Querschnitt. Fig. 5 and 6 show two embodiments of a finished So larzelle in schematic cross section.
Herstellung einer Solarzelle mit einer V-förmige Gräben aufwei senden Oberfläche.Production of a solar cell with a V-shaped trench send surface.
Mit Hilfe einer üblichen Photolithographie wird auf einem un dotierten oder leicht n- oder p-dotierten kristallinen Silizium- Wafer eine streifenförmige Maske ausgebildet. Diese besteht bei spielsweise aus ca. 10 bis 30 µm breiten Oxidstreifen, die parallel zueinander im Abstand von ca. 1 bis 2 µm verlaufen. Im nächsten Schritt wird ein kristallorientiertes anisotropes Ätzen mit Alkali durchgeführt, oder auch wie in der genannten Schrift von Cuevas vorgeschlagen mittels Ammoniumhydroxid. Die se besondere Art der Ätzung erzeugt Gräben mit V-förmigem Quer schnitt. Die Ätzung wird dabei solange durchgeführt, bis die Grabenkanten zweier benachbarter Gräben zusammenfallen. Somit ist die gesamte ursprüngliche Substratoberfläche weggeätzt, wobei gleichzeitig die Oxidmaske abgehoben wird. Fig. 1 zeigt die Oberfläche des derart behandelten Siliziumsubstrats S mit den parallelen V-förmigen Gräben in der Substratoberfläche.Using conventional photolithography, a strip-like mask is formed on an undoped or slightly n- or p-doped crystalline silicon wafer. This consists, for example, of approx. 10 to 30 µm wide oxide strips that run parallel to each other at a distance of approx. 1 to 2 µm. In the next step, a crystal-oriented anisotropic etching with alkali is carried out, or, as suggested in the Cuevas document mentioned, using ammonium hydroxide. This special type of etching creates trenches with a V-shaped cross-section. The etching is carried out until the trench edges of two adjacent trenches coincide. The entire original substrate surface is thus etched away, the oxide mask being lifted off at the same time. Fig. 1 shows the surface of the thus-treated silicon substrate S with the parallel V-shaped grooves in the substrate surface.
Im oberen Flankenabschnitt OFA wird nun durch eine erfindungs gemäße anisotrope Schrägimplantation von Boratomen oder Bor enthaltenden Ionen eine p⁺-Dotierung erzeugt. Die Schrägimplan tation, in der Fig. 2 dargestellt durch die Pfeile TSi, er folgt unter einem Einfallswinkel W1, wobei die Substratkante SK den unteren Flankenabschnitt UFA vom Teilchenstrom abschat tet, ebenso wie die Gegenflanke GF. In the upper flank section OFA, p⁺-doping is now generated by an anisotropic oblique implantation of boron atoms or ions containing boron. The oblique implantation, shown in FIG. 2 by the arrows TS i , it follows at an angle of incidence W 1 , the substrate edge SK shading the lower flank section UFA from the particle stream, as well as the opposite flank GF.
In einer sauerstoffhaltigen feuchten Atmosphäre wird nun unter erhöhter Temperatur eine Oxidation der gesamten Substratober fläche durchgeführt. Dabei wird gleichzeitig die durch Schräg implantation erzeugte p⁺-Dotierung durch Diffusion tiefer in das Substrat eingetrieben und erzeugt dort dotierte Bereiche DB mit p⁺-Dotierung. Fig. 3 zeigt die Anordnung nach diesem Schritt. Die Oxidschicht OS wird so ausgeführt, daß sie gleich zeitig als Antireflexschicht der späteren Solarzelle dienen kann. Dazu wird Dicke und Dichte der Oxidschicht kontrolliert und beispielsweise eine Schichtdicke von 110 nm eingestellt.In an oxygen-containing, moist atmosphere, the entire substrate surface is now oxidized at elevated temperature. At the same time, the p⁺ doping generated by angled implantation is driven deeper into the substrate by diffusion and produces doped regions DB with p⁺ doping there. Fig. 3 shows the arrangement after this step. The oxide layer OS is designed so that it can simultaneously serve as an anti-reflective layer for the future solar cell. For this purpose, the thickness and density of the oxide layer is checked and, for example, a layer thickness of 110 nm is set.
Mittels eines Ionenstrahlätzprozesses wird nun im Bereich des oberen Flankenabschnitts OFA ein Kontaktfenster KF in der Oxid schicht OS geöffnet. Dazu wird für die Ionenstrahlätzung ein Einfallswinkel W2 gewählt, wobei vorzugsweise W2 kleiner W1 ist. Die von der Oxidschicht befreiten streifenförmigen Kon taktfenster KF im oberen Flankenabschnitt haben vorzugsweise eine Breite von maximal 1 bis 2 µm.By means of an ion beam etching process, a contact window KF is now opened in the oxide layer OS in the region of the upper flank section OFA. For this purpose, an incident angle is selected W 2 for the ion beam etching is preferably W 2 is less than W1. The strip-shaped contact windows KF in the upper flank section, freed from the oxide layer, preferably have a width of at most 1 to 2 μm.
Fig. 4 zeigt die Anordnung unmittelbar zu Beginn des darauf folgenden Bearbeitungsschrittes, bei dem über dem Kontaktfen ster KF ein Leiterstreifen durch anisotropes Aufdampfen von Aluminium erzeugt wird. Der dazu verwendete Teilchenstrahl TS wird mit einem Einfallswinkel W3 auf das Substrat S gerichtet, wobei W3 zumindest größer als W2 eingestellt wird. Fig. 4 shows the arrangement immediately at the beginning of the subsequent processing step in which a conductor strip is produced by anisotropic vapor deposition of aluminum over the contact window KF. The particle beam TS used for this purpose is directed onto the substrate S with an angle of incidence W 3 , W 3 being set at least greater than W 2 .
Fig. 5 zeigt die fertige Solarzelle mit den aufgedampften Aluminium-Leiterstreifen LS. Wie aus der Figur zu erkennen, überlappen die Leiterstreifen LS zu einem geringen Teil die Oxidmaske OM. Fig. 5 shows the completed solar cell with the vapor-deposited aluminum conductor stripe LS. As can be seen from the figure, the conductor strips LS slightly overlap the oxide mask OM.
Für die Strukturierung der dem Lichteinfall gegenüberliegenden Substratrückseite gibt es mehrere Möglichkeiten. In der darge stellten Ausführungsform sind die hochdotierten Bereiche HB als punktförmige Kontakte ausgebildet, entsprechend der von Cuevas vorgeschlagenen Struktur. Dazu wird die Waferrückseite ganzflächig mit einer dicken Oxidschicht O versehen. In diese werden dann punktförmige Kontaktfenster geätzt. Die dotierten Bereiche können durch Implantation von Dotierstoff und an schließendes Eintreiben erzeugt werden, wobei der Eintrei bungsprozeß in das Verfahren zur Strukturierung der Solarzel lenvorderseite integriert werden kann. Möglich ist auch das Aufbringen einer dotierstoffhaltigen Schicht, beispielsweise einer Phosphorsilikatglasschicht, die als Diffusionsquelle für den Eintreibungsprozeß dienen kann. Nach Eintreiben des Do tierstoffes und Entfernen der Glasschicht wird ganzflächig eine Rückelektrode RE erzeugt, die die hochdotierten Bereiche in den Kontaktfenstern kontaktiert.For structuring the opposite of the incidence of light There are several options for the back of the substrate. In the darge illustrated embodiment are the highly doped areas HB formed as point contacts, corresponding to that of Cueva's proposed structure. This is the back of the wafer Provide a thick oxide layer O over the entire surface. In these punctiform contact windows are then etched. The endowed Areas can be created by implanting dopant and closing driving are generated, the driving Exercise process in the process of structuring the solar cell len front can be integrated. It is also possible Application of a dopant-containing layer, for example a layer of phosphor silicate glass, which acts as a diffusion source for can serve the collection process. After collecting the Thursday animal substance and removal of the glass layer becomes full surface generates a back electrode RE, which contains the highly doped areas contacted in the contact windows.
Eine weitere Ausführungsform betrifft eine Solarzelle, deren Rückseite ähnlich wie die Vorderseite strukturiert ist. Fig. 6 zeigt diese Anordnung, bei der einschließlich Grabenätzen, Schrägimplantation, Oxidation mit Eintreiben der Dotierstoffe und Eröffnen der streifenförmigen Kontaktfenster analog der Vorderseitenstrukturierung verfahren wird. Als Dotierstoff wird ein eine n-Dotierung erzeugendes Material, zum Beispiel Phosphor verwendet. Da die Solarzellenrückseite nicht für den Lichteinfall vorgesehen ist, kann auch in diesem Ausführungs beispiel die Rückseitenelektrode ganzflächig über den Kontakt fenstern und der Oxidschicht abgeschieden werden.Another embodiment relates to a solar cell, the back of which is structured similarly to the front. FIG. 6 shows this arrangement, in which the trench etching, oblique implantation, oxidation with driving in of the dopants and opening of the strip-shaped contact windows are carried out analogously to the structuring of the front side. An n-doping material, for example phosphorus, is used as the dopant. Since the back of the solar cell is not intended for the incidence of light, the entire surface of the back electrode can also be deposited over the contact window and the oxide layer in this embodiment too.
Diese zweite Ausführungsform, bei der neben der Vorderseite auch noch die Rückseite der Solarzelle durch V-förmige Gräben strukturiert ist, benötigt zur Herstellung pro Oberfläche nur einen Lithographieschritt zur Erzeugung der streifenförmigen Oxidmaske für die Grabenätzung. Alle übrigen strukturierenden Schritte verwenden das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem in einfacher Weise durch Einstellung eines Einfallswinkels eine streifenförmige Strukturierung der hier nur aus Grabenflanken bestehenden Substratoberfläche gelingt. Durch Einsparung der Lithographieschritte wird der Gesamtherstellungsprozeß verein facht und verkürzt. Durch das Verfahren ist es möglich, die Abschattung aktiver Solarzellenoberfläche durch schmale Aus führung der Leiterstreifen äußerst gering zu halten und die Leiterstreifen außerdem an den Oberkanten der Gräben zu posi tionieren, die auch ohne Leiterstreifen ein hohes Reflexions potential aufweisen und daher wenig zum Lichteinfang und zum Wirkungsgrad der Solarzelle beitragen.This second embodiment, in addition to the front also the back of the solar cell through V-shaped trenches is structured, only needed for manufacture per surface a lithography step to produce the stripe-shaped Trench etching oxide mask. All other structuring Steps use the method according to the invention, in which in simply by setting an angle of incidence strip-like structuring of the here only from the trench flanks existing substrate surface succeed. By saving the Lithography steps will unite the overall manufacturing process folds and shortens. Through the process it is possible to Shading of active solar cell surface by narrow off keeping the conductor strips extremely low and the Conductor strips also to posi on the upper edges of the trenches tion, which has a high reflection even without conductor strips have potential and therefore little for light trapping and Contribute to the efficiency of the solar cell.
Für erfindungsgemäß hergestellte Solarzellen werden daher ähn lich hohe Wirkungsgrade erwartet, wie bei den in dem Artikel von Cuevas beschriebenen Punktkontaktsolarzellen, die unter normaler Beleuchtung 21 Prozent, unter konzentriertem Licht jedoch 26 Prozent erreichen.For solar cells manufactured according to the invention are therefore similar expected high efficiencies, as with those in the article described by Cuevas point contact solar cells, which under normal lighting 21 percent, under concentrated light however, reach 26 percent.
Claims (10)
- - das Halbleitersubstrat mehrere parallele Reihen V-förmig ge ätzter Gräben (V-Grooves) aufweist,
- - in einem ersten Bearbeitungsschritt im oberen Flankenab schnitt UFA der Gräben mittels einer Schrägimplantation un ter Einfallswinkel W1 eine Dotierung eines ersten Leitfähig keitstyps erzeugt wird,
- - in einem Temperschritt auf der gesamten Oberflächen des Substrats S eine Oxidschicht OS erzeugt wird, wobei durch Eintreiben des Dotierstoffes dotierte Bereiche DB entstehen,
- - über den dotierten Bereichen DB durch Ionenstrahlätzen in einem W1-ähnlichen Winkel W2 Kontaktfenster KF in der Oxid schicht OS geöffnet werden,
- - durch Schrägaufdampfen unter einem Einfallswinkel W3 eines elektrisch leitfähigen Metalles Leiterstreifen LS über dem Kontaktfenster KF erzeugt werden, und daß
- - auf der Rückseite des Substrats hochdotierte Bereiche eines zweiten Leitfähigkeitstyps vorgesehen werden, welche durch in einer darüber liegenden Oxidschicht angeordnete Kontakt fenster mit einer ganzflächigen Rückelektrode kontaktiert werden.
- the semiconductor substrate has a plurality of parallel rows of V-shaped etched trenches (V-grooves),
- in a first processing step in the upper flank section UFA of the trenches by means of an oblique implantation at an angle of incidence W 1 a doping of a first conductivity type is generated,
- an oxide layer OS is produced in a tempering step on the entire surface of the substrate S, doped regions DB being produced by driving in the dopant,
- over the doped regions DB by ion beam etching at a W 1 -like angle W 2 contact window KF in the oxide layer OS are opened,
- - Are generated by oblique vapor deposition at an angle of incidence W 3 of an electrically conductive metal conductor strip LS over the contact window KF, and that
- - Highly doped areas of a second conductivity type are provided on the back of the substrate, which are contacted by an overlying oxide layer contact window with an all-over back electrode.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |