KR101113486B1 - Method for manufacturing a Back junction solar cells - Google Patents
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Abstract
본 발명은 후면접합 태양전지의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 n형 실리콘 웨이퍼(100)의 후면에 p+층(102)을 플라즈마 도핑한다. 상기 p+층(102) 위에 확산 방지막(104)을 패턴 형성한다. 그런 상태에서 동일한 챔버내에서 서로 다른 가스를 공급하여 상기 확산 방지막(104)이 미형성된 부분을 식각하고, 식각된 실리콘 웨이퍼(100)의 표면에 n+층(106)을 형성하고, 남아있는 확산 방지막(104)을 제거한다. 이후에 고온공정을 수행한다. 그러면, 상기 p+층(102)과 n+층(106)에 포함된 도펀트가 활성화되어 p+형 및 n+형 접합이 이루어져서 활성화된 p+층(108) 및 n+층(110)이 형성되고, 동시에 열 산화막(112)이 형성된다. 그와 같은 본 발명에 따르면, 후면접합 태양전지의 제조공정을 단축하고 작업 조건이 개선되는 이점이 있다. The present invention relates to a method of manufacturing a back junction solar cell. The present invention plasma-dopes the p + layer 102 on the back surface of the n-type silicon wafer 100. The diffusion barrier layer 104 is patterned on the p + layer 102. In such a state, different gases are supplied in the same chamber to etch an unformed portion of the diffusion barrier film 104, form an n + layer 106 on the surface of the etched silicon wafer 100, and the remaining diffusion barrier film Remove 104. Thereafter, a high temperature process is performed. Then, the dopants included in the p + layer 102 and the n + layer 106 are activated to form p + and n + junctions, thereby forming an activated p + layer 108 and an n + layer 110, and simultaneously forming a thermal oxide film ( 112 is formed. According to the present invention, there is an advantage that the manufacturing process of the back-junction solar cell is shortened and the working conditions are improved.
후면접합, 태양전지, 진공챔버, 가스, 건식식각 Back Junction, Solar Cell, Vacuum Chamber, Gas, Dry Etching
Description
본 발명은 후면접합 태양전지에 관한 것으로, 특히 1번의 고온 공정으로 태양전지 후면의 도핑공정을 수행하고, 베이스 도핑영역을 형성하기 위한 사전 공정을 동일한 진공 챔버에서 수행하도록 하여 후면접합 태양전지를 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a back junction solar cell, and in particular, to perform a doping step of the back of the solar cell in one high-temperature process, and to perform a pre-process to form a base doping region in the same vacuum chamber to manufacture a back junction solar cell It is about how to.
태양전지의 전극은 태양전지의 전면과 후면에 각각 형성되지만, 상기 전면에 형성되는 전극은 태양 광에 대한 흡수율을 감소(shadowing loss)시키고 있다. The electrodes of the solar cell are formed on the front and rear surfaces of the solar cell, respectively, but the electrodes formed on the front face reduce the shadowing loss to sunlight.
그렇기 때문에 태양전지의 효율 향상을 위하여 전면에 형성되는 전극의 면적은 최대한 미세패턴으로 하여 좁게 하는 것이 일반적인 추세이다. 하지만 이 경우에도 전면에 형성된 전극 면적만큼 태양 광을 흡수하지 못하고 있다.Therefore, in order to improve the efficiency of solar cells, the general trend is to narrow the area of the electrode formed on the front surface to have a fine pattern as much as possible. However, even in this case, sunlight does not absorb as much as the electrode area formed on the front surface.
따라서, 태양전지 전면에서 전극에 의한 흡수율 감소를 원천적으로 없애기 위하여, 전극 모두를 후면에 설치하는 후면접합(Back Junction) 구조의 태양전지가 개발되었다. 즉 후면접합 태양전지는, p형(또는 n형) 실리콘 기판에서 빛이 입사하는 전면의 반대쪽인 후면에 p형(또는 n형)의 전하를 수집하는 베이스 접합과 n형( 또는 p형)의 전하를 수집하는 에미터 접합이 모두 위치하는 구조를 말한다. Therefore, in order to fundamentally eliminate the reduction of absorption by the electrode at the front of the solar cell, a solar cell having a back junction structure has been developed in which both electrodes are installed at the rear side. That is, the back junction solar cell has a base junction and an n-type (or p-type) that collects p-type (or n-type) charges on the back surface opposite to the front surface where light is incident on the p-type (or n-type) silicon substrate. It refers to the structure where all the emitter junctions that collect charges are located.
하지만 상기 후면접합 태양전지는 태양 광의 흡수율을 향상시켜 효율 향상은 예상되나, 제조공정이 복잡하고 비용이 많이 소요되는 단점이 있었다. 이는 후면접합 구조의 태양전지가 상업화되는 것을 제한하는 원인이라 할 수 있다. However, the back junction solar cell is expected to improve efficiency by improving the absorption rate of the solar light, but the manufacturing process was complicated and costly disadvantages. This can be said to be the cause that limits the commercialization of the solar cell of the back junction structure.
그래서 공정을 단순화하고 제조비용을 감소시킬 수 있는 후면접합 태양전지가 제안된 바 있다. 그 예가 미국등록특허 'US 07339110'호(태양전지 및 그 제조방법, 이하 '선행특허'라고 칭함)에 개시되어 있다. Therefore, back junction solar cells have been proposed that can simplify the process and reduce manufacturing costs. An example thereof is disclosed in US Patent No. US 07339110 (a solar cell and its manufacturing method, hereinafter referred to as a prior patent).
여기서, 상기 선행특허의 제조 공정 중, p형 실리콘 웨이퍼의 후면에 베이스 영역과 에미터 영역을 형성하는 공정에 대해서 살펴본다. Here, the process of forming the base region and the emitter region on the back surface of the p-type silicon wafer in the manufacturing process of the prior patent will be described.
일단, 에칭(saw damage etching) 공정이 완료된 p형 실리콘 웨이퍼의 한 면(즉, 태양 광이 입사되는 반대면)에 p+층을 형성하고, 그 위에 열 산화막을 형성한다.First, a p + layer is formed on one side (i.e., the opposite side to which sunlight is incident) of the p-type silicon wafer on which the saw damage etching process is completed, and a thermal oxide film is formed thereon.
그리고, 상기 열 산화막 중 일부 영역, 즉 n+층이 형성될 부분을 제외한 영역에 에치 레지스트(etch resist)를 인쇄한다. An etch resist is printed on a portion of the thermal oxide film, that is, a region except for a portion where an n + layer is to be formed.
이후, 상기 열 산화막을 식각한 다음, 상기 n+ 층이 형성될 영역을 소정 깊이로 식각하여 n+층을 형성한다. 이때 식각 깊이는 상기 p+ 층의 접합깊이보다 크면 된다. 상기 선행특허에서는 3㎛로 예시되어 있다. Thereafter, the thermal oxide layer is etched, and then, the region where the n + layer is to be formed is etched to a predetermined depth to form an n + layer. In this case, the etching depth may be larger than the junction depth of the p + layer. In the above patent, it is illustrated as 3㎛.
상기 식각 공정이 완료되면, 상기 실리콘 웨이퍼의 후면을 세정액으로 세정한다. When the etching process is completed, the back surface of the silicon wafer is cleaned with a cleaning liquid.
그런 다음, 상기 식각된 실리콘 웨이퍼의 표면에 p-타입 실리콘 웨이퍼의 도 핑원소인 'POCl3(옥시염화인)'과 같은 액체 도펀트 소스를 원료로 하여 n+층을 형성한다. 물론 n형 실리콘 웨이퍼이고 p+층을 형성할 경우는 'BBr3'와 같은 액체 도펀트 소스가 사용된다. Then, an n + layer is formed on the surface of the etched silicon wafer using a liquid dopant source such as 'POCl 3 (phosphorus oxychloride)', which is a doping element of the p-type silicon wafer. Of course, when the n-type silicon wafer and p + layer to form a liquid dopant source such as 'BB r3 ' is used.
그와 같이, 상기 선행특허에서는 실리콘 웨이퍼의 후면 표면에 상기 실리콘 웨이퍼와 같은 도전형의 전하를 수집하는 베이스 영역 및 다른 도전형의 전하를 수집하는 에미터 영역을 접합 형성하는 공정이 복잡하게 이루어지고 있다. As such, in the prior patent, a process of jointly forming a base region for collecting charges of the same conductivity type as the silicon wafer and an emitter region for collecting charges of another conductivity type is complicated on the rear surface of the silicon wafer. have.
또한, 상기 선행특허에서 p형 및 n형 불순물을 도핑하는 공정과 열 산화막을 형성하는 공정은 고온 확산로에서 이루어지며, 대략 900℃ 내외의 고온에서 수행된다. 즉, 고온에서 두 번의 확산 공정 및 한 번의 열 산화막 형성공정이 반드시 필요하였다. In addition, the process of doping the p-type and n-type impurities in the prior patent and the process of forming a thermal oxide film is carried out in a high temperature diffusion furnace, it is carried out at a high temperature of about 900 ℃. In other words, two diffusion processes and one thermal oxide film formation step were necessary at high temperatures.
일반적으로 태양전지 공정에서 효율은 유지하면서 공정 온도를 낮출 수 있다면 이는 원가 절감에 도움을 주고, 공정도 보다 간소화시킬 수 있다. In general, if the process temperature can be lowered while maintaining the efficiency in the solar cell process, this can help to reduce costs and simplify the process.
하지만, 앞서 설명한 바와 같이 상기 선행특허는 실리콘 웨이퍼의 후면에 베이스 영역과 에미터 영역을 형성할 경우, 900℃ 이상의 고온에서 공정이 수행되고 있고, 그 이하의 공정 온도로는 낮추지 못하고 있는 실정이다. 아울러 900℃ 이상의 고온에서 공정이 이루어지기 때문에 현재의 공정 수를 줄이기가 어려웠다. However, as described above, when the base region and the emitter region are formed on the back surface of the silicon wafer, the process is performed at a high temperature of 900 ° C. or higher, and the situation is not lowered to a process temperature below that. In addition, since the process is performed at a high temperature of more than 900 ℃ it was difficult to reduce the current number of processes.
그리고, 상기 선행특허에서는 상기 에치 레지스터를 이용하여 n+층이 형성될 부분을 식각하는 공정이 반드시 필요하여 공정이 복잡하였다. In the prior patent, the process of etching the portion where the n + layer is to be formed using the etch register is necessary, which is complicated.
결국, 상기 선행특허는 후면접합 태양전지를 제조할 경우 에너지 투입량이 많아질 뿐만 아니라 공정시간이 길어져서, 태양전지의 제조원가를 충분히 낮추기가 어려운 실질적인 문제를 안고 있다. As a result, the prior patent has a substantial problem that it is difficult to sufficiently reduce the manufacturing cost of the solar cell because the energy input amount is increased and the process time is long when the back junction solar cell is manufactured.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제조 공정수를 줄이고 공정 온도를 낮추어서 제조 원가를 절감하기 위한 후면접합 태양전지의 제조방법을 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems, to provide a method of manufacturing a back-junction solar cell for reducing the number of manufacturing process and lowering the process temperature to reduce the manufacturing cost.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 제 1 도전형의 반도체 기판 후면에 제 2 도전형의 도핑영역을 형성하는 제 1 단계; 상기 제 2 도전형의 도핑영역에 확산 방지막을 패턴 형성하는 제 2 단계; 상기 확산 방지막이 미 형성된 부분을 식각하는 제 3 단계; 상기 식각된 반도체 기판 표면에 상기 제 1 도전형의 도핑영역을 형성하는 제 4 단계; 상기 제 2 도전형의 도핑영역에 남아있는 확산 방지막을 제거하는 제 5 단계; 그리고 상기 확산 방지막이 제거된 상태의 반도체 기판을 일정 온도에서 열 산화시켜, 상기 반도체 기판의 후면에 제 1 및 제 2 도핑영역의 접합형성과 열 산화막을 형성하는 제 6 단계를 포함하여 구성된다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, a first step of forming a doped region of the second conductivity type on the back surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type; Forming a diffusion barrier layer in the doped region of the second conductivity type; A third step of etching the portion where the diffusion barrier layer is not formed; Forming a doped region of the first conductivity type on a surface of the etched semiconductor substrate; A fifth step of removing the diffusion barrier remaining in the doped region of the second conductivity type; And a sixth step of thermally oxidizing the semiconductor substrate in which the diffusion barrier is removed at a predetermined temperature to form a junction of the first and second doped regions and a thermal oxide film on the rear surface of the semiconductor substrate.
상기 제 1 단계 및 제 3 단계는 플라즈마 도핑방식으로 상기 반도체 기판에 도펀트 이온을 주입하여 형성하되, 상기 플라즈마 도핑방식은 이온 샤워 도핑(ion shower doping)', '플라즈마 이온 주입(PIII:Plasma Immersion Ion Implantation)'법 또는 이온 주입(Ion Implantation)법이 이용된다.The first and third steps are formed by implanting dopant ions into the semiconductor substrate by plasma doping, wherein the plasma doping is ion shower doping, and plasma ion implantation (PIII). Implantation 'method or ion implantation method is used.
상기 제 3 단계 내지 제 5 단계는 동일한 진공챔버에서 수행한다. The third to fifth steps are performed in the same vacuum chamber.
상기 제 3 단계는 건식식각에 의해 수행하고, 상기 건식식각에 사용되는 가 스는 상기 확산 방지막은 미 식각되는 식각 선택비를 가지는 가스를 사용한다.The third step is performed by dry etching, and the gas used for the dry etching uses a gas having an etching selectivity in which the diffusion barrier is not etched.
상기 제 5 단계는 건식식각에 의해 수행하고, 상기 건식식각에 사용되는 가스는 상기 확산 방지막만 식각되는 식각 선택비를 가지는 가스를 사용한다.The fifth step is performed by dry etching, and the gas used for the dry etching uses a gas having an etching selectivity in which only the diffusion barrier is etched.
본 발명에서는, 후면접합 태양전지 제조시, p+층 및 n+층을 플라즈마 도핑으로 형성한 후, 한 번의 고온 공정으로 접합 및 열 산화막을 형성하고, 아울러 식각, 도핑, 확산방지막 제거공정을 동일한 진공챔버 내에서 수행하고 있다.In the present invention, in fabricating a back junction solar cell, the p + layer and the n + layer are formed by plasma doping, and the junction and thermal oxide layers are formed in one high temperature process, and the etching, doping, and diffusion barrier removal processes are performed in the same vacuum chamber. I'm doing it within.
이에 따라, 종래 후면접합 태양전지에서 필요한 고온 공정을 감소할 수 있어 에너지 투입량을 줄일 수 있다. 또한 고온 공정 감소로 인해 공정 시간이 단축될 뿐만 아니라 고온 공정으로 인해 실리콘 웨이퍼의 수명이 단축되는 것을 최소화할 수 있다. 또, 플라즈마 도핑으로 에미터 영역의 접합 깊이를 얕게 할 수 있어 실리콘의 식각 깊이도 줄일 수 있다. Accordingly, the high temperature process required in the conventional back junction solar cell can be reduced, thereby reducing the energy input amount. In addition, processing time is reduced due to the reduction of the high temperature process, and the life of the silicon wafer can be minimized due to the high temperature process. In addition, plasma doping can make the junction depth of the emitter region shallow, thereby reducing the etching depth of silicon.
즉, 후면접합 태양전지의 공정 시간과 비용을 절감할 수 있다. That is, the process time and cost of the back junction solar cell can be reduced.
무엇보다, 종래 식각 - 도핑 - 확산방지막 제거 공정이 서로 다른 설비에서 수행되었지만, 본 발명은 상기 3가지의 공정이 동일한 챔버내에서 수행되기 때문에, 실리콘 웨이퍼를 이동시키지 않은 상태에서 작업이 가능함으로 제조 작업의 조건이 편리해진다.First of all, although the conventional etching-doping-diffusion barrier removal processes have been performed in different facilities, the present invention can be made without moving the silicon wafer since the three processes are performed in the same chamber. Conditions of work become convenient.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 후면접합 태양전지의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a back junction solar cell according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명 실시 예에서는 설명의 편의를 위해 n형 실리콘 웨이퍼를 사용하여 후면접합 태양전지를 제조함을 설명한다. 아울러 실리콘 웨이퍼의 비저항은 1Ω㎝ 정도이고, 또 두께는 150 ~ 200㎛ 정도이다. 하지만 상기 비저항과 두께는 한정되지 않는다.In the embodiment of the present invention, for convenience of description, a back junction solar cell is manufactured using an n-type silicon wafer. In addition, the specific resistance of a silicon wafer is about 1 micrometer cm, and the thickness is about 150-200 micrometers. However, the specific resistance and thickness are not limited.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 후면접합 태양전지의 제조방법을 보인 흐름도이다.1 is a flow chart illustrating a method of manufacturing a back junction solar cell according to a preferred embodiment of the present invention.
먼저, 실리콘 웨이퍼의 절단과정에서 손상을 입은 실리콘 표면의 절단 손상(saw damage)을 제거하여 실리콘 웨이퍼의 기계적 강도를 개선하기 위한 에칭 공정이 수행된다(s100). 상기 에칭 공정은 불산 및 질산을 포함하는 산 용액 또는 수산화 칼륨이나 수산화 나트륨 등을 포함하는 알칼리 용액으로 상기 실리콘 웨이퍼의 표면을 10㎛ 이상 식각하여 절단 손상을 제거하는 것이다. 상기 에칭 공정이 완료되면 실리콘 웨이퍼의 표면에 묻어 있을 수 있는 금속 또는 유기물질을 염산 등을 사용하여 세정한다. First, an etching process for improving the mechanical strength of the silicon wafer is performed by removing saw damage of the silicon surface damaged during the cutting of the silicon wafer (S100). The etching process is to remove the cutting damage by etching the surface of the silicon wafer 10㎛ or more with an acid solution containing hydrofluoric acid and nitric acid or an alkaline solution containing potassium hydroxide, sodium hydroxide and the like. When the etching process is completed, the metal or organic material that may be on the surface of the silicon wafer is cleaned using hydrochloric acid or the like.
상기 에칭 공정이 완료되면, 상기 실리콘 웨이퍼의 후면(즉, 태양광이 입사되는 반대면)에 플라즈마 도핑기술을 이용하여 p+층을 형성한다(s102). 이때의 p+층은 불순물 이온이 활성화되기 이전 상태를 가진다. 상기 플라즈마 도핑기술은 예를 들어 '이온 샤워 도핑(ion shower doping)', '플라즈마 이온 주입(PIII:Plasma Immersion Ion Implantation)'법 또는 '이온 주입(Ion Implantation)법' 등이 있다. 상기 플라즈마 도핑방법은 상기 실리콘 웨이퍼를 불순물 이온을 포함하는 플라즈마(plasma)에 노출시켜서 상기 실리콘 웨이퍼의 한 면에 불순물 이온이 주입되 도록 하는 원리로서, 이 방법들은 불순물 이온의 운동에너지를 이용하고 있다. 그렇기 때문에 종래 실리콘 웨이퍼에 불순물을 도핑할 경우 수행하였던 고온공정이 필요하지 않고, 이에 상기 실리콘 웨이퍼를 가열하지 않고서도 p+층을 형성할 수 있는 것이다. 특히 상기 방법을 사용하면 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 접합을 얇게(shallow junction) 형성할 수 있다. 상기 접합 두께는 종래 고온에서 불순물을 도핑하여 형성할 경우 형성된 p+층 두께보다 더 얇게 형성된다. 따라서 이어지는 식각 공정에 식각 깊이를 보다 더 줄일 수 있어 공정시간 및 비용을 줄일 수 있다. When the etching process is completed, a p + layer is formed on the back surface of the silicon wafer (ie, the opposite surface to which sunlight is incident) by using a plasma doping technique (S102). The p + layer at this time has a state before the impurity ions are activated. The plasma doping technique is, for example, 'ion shower doping', 'plasma ion implantation (PIII)' or 'ion implantation'. In the plasma doping method, the silicon wafer is exposed to a plasma containing impurity ions so that impurity ions are implanted into one surface of the silicon wafer. These methods utilize kinetic energy of impurity ions. . Therefore, the high temperature process, which is conventionally performed when doping impurities into a silicon wafer, is not necessary, and thus a p + layer can be formed without heating the silicon wafer. In particular, by using the method, a thin junction can be formed on the surface of the silicon wafer. The junction thickness is formed to be thinner than the p + layer thickness formed when conventionally formed by doping with impurities at high temperature. Therefore, the etching depth can be further reduced in the subsequent etching process, thereby reducing the process time and cost.
상기 p+층이 형성된 다음에는 상기 p+층의 일부, 즉 n+ 층이 미 형성될 부분에 확산 방지막(Diffusion Barrier)을 패턴 형성한다(s104). 상기 확산 방지막은 화학기상증착(CVD), 증착(Evaporation), 스퍼터(Sputter) 등으로 상기 실리콘 웨이퍼의 전면에 확산 방지막을 형성한 후, 상기 p+ 층 영역의 확산 방지막을 에치 페이스트를 이용한 스크린 프린트, 잉크젯, 에어로졸 젯 등의 방법으로 제거하거나, 상용화된 확산 방지막용 페이스트를 스크린 프린트로 형성한다.After the p + layer is formed, a diffusion barrier layer is patterned on a portion of the p + layer, that is, the portion where the n + layer is not formed (s104). The diffusion barrier layer is formed by chemical vapor deposition (CVD), deposition (Evaporation), sputter (sputter) to form a diffusion barrier on the entire surface of the silicon wafer, screen printing using an etch paste as the diffusion barrier layer of the p + layer, An inkjet, aerosol jet, or the like is removed, or a commercially available diffusion barrier film paste is formed by screen printing.
다음에는 동일한 진공 챔버에서 가스 종류 및 유량 등을 적정하게 조절하여 식각공정, n+층 형성공정, 상기 확산 방지막 제거공정이 수행된다. 상기 공정은 순서대로 수행되며, 공정 수행시에 상기 진공 챔버에 공급되는 가스의 종류, 유량 등의 조건은 각각 다르다. 이를 설명한다.Next, in the same vacuum chamber, the gas type, the flow rate, and the like are appropriately adjusted to perform an etching process, an n + layer forming process, and the diffusion barrier film removing process. The processes are performed in sequence, and conditions such as the type, flow rate, and the like of the gas supplied to the vacuum chamber during the process are different. Explain this.
우선, 상기 확산 방지막까지 형성된 실리콘 웨이퍼를 진공 챔버내에 안착시킨다. 안착된 상태는 상기 확산 방지막을 제거하는 공정까지 고정된 상태이다. First, the silicon wafer formed up to the diffusion barrier is placed in a vacuum chamber. The seated state is a fixed state until the process of removing the diffusion barrier.
그 상태에서, 상기 확산 방지막이 미 형성된 부분에 있는 p+층과 실리콘 웨 이퍼를 소정 깊이만큼 식각한다(s106). 상기 식각은 플라즈마에 의한 건식식각이 사용된다. 이때 사용되는 가스를 제 1가스라고 하기로 한다. 그리고 상기 식각 깊이는 상기 p+ 층의 접합깊이보다 크면 된다. 일반적으로 상기 p+층의 접합깊이는 5㎛을 넘지 않는다. In this state, the p + layer and the silicon wafer in the portion where the diffusion barrier film is not formed are etched by a predetermined depth (s106). The etching is dry etching by plasma. The gas used at this time is called a first gas. The etching depth may be larger than the junction depth of the p + layer. In general, the junction depth of the p + layer does not exceed 5 μm.
상기 식각공정이 완료되면, 상기 제 1가스를 상기 진공챔버에서 완전히 배출시킨 다음, 제 2가스를 공급하여 상기 식각된 실리콘 웨이퍼의 면에 n+층을 형성한다. 상기 n+층은 인(Phosphorus)을 플라즈마 이온 주입(PIII) 방식에 의해 형성된다(s108). 이때, 플라즈마 이온 주입(PIII) 방식에 사용되는 도펀트 가스는 PH3, PF3 등과 같이 인이 함유된 가스이다. 이때 상기 n+층도 활성화되기 이전 상태이다. When the etching process is completed, the first gas is completely discharged from the vacuum chamber, and then a second gas is supplied to form an n + layer on the surface of the etched silicon wafer. The n + layer is formed by phosphor ion (Phosphorus) by the plasma ion implantation (PIII) method (s108). At this time, the dopant gas used in the plasma ion implantation (PIII) method is a gas containing phosphorus such as PH 3 , PF 3, and the like. At this time, the n + layer is also in a state before being activated.
상기 n+층이 형성되면, 상기 제 2가스를 상기 진공챔버에서 완전히 배출시킨 다음, 제 3가스를 공급하여 상기 p+층 위에 형성되어 있는 확산 방지막을 제거한다(s110). When the n + layer is formed, the second gas is completely discharged from the vacuum chamber, and then a third gas is supplied to remove the diffusion barrier layer formed on the p + layer (S110).
그와 같이 식각공정, n+층 형성공정, 상기 확산 방지막 제거공정이 동일한 진공챔버에서 완료된 다음에는 900℃ 내외의 고온에서 열 산화공정이 수행된다(s112). 상기 열 산화공정을 수행하면, 상기 플라즈마 도핑에 의해 형성된 p+층 및 n+층에 포함된 도펀트가 활성화되면서 확산이 이루어진다. 그래서 상기 실리콘 웨이퍼의 후면에 n+형 및 p+형의 접합이 형성되고 열 산화막이 형성된다. As such, after the etching process, the n + layer forming process, and the diffusion barrier film removing process are completed in the same vacuum chamber, a thermal oxidation process is performed at a high temperature of about 900 ° C. (s112). When the thermal oxidation process is performed, diffusion is performed while the dopants included in the p + and n + layers formed by the plasma doping are activated. Thus, n + type and p + type junctions are formed on the back surface of the silicon wafer, and a thermal oxide film is formed.
상기한 공정을 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다. 도 2는 도 1의 제조공정을 보인 단면도이다.The above process will be described in detail with reference to FIG. 2. 2 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of FIG.
도 2(a)는 에칭(saw damage etching) 공정 및 표면이 세정액으로 세정 완료된 상태의 n형 실리콘 웨이퍼(100)이다.FIG. 2A illustrates an n-
도 2(b)는 상기 실리콘 웨이퍼(100)의 후면에 플라즈마 도핑인 '이온 샤워 도핑(ion shower doping)', '플라즈마 이온 주입(PIII:Plasma Immersion Ion Implantation)'법 또는 '이온 주입(Ion Implantation)법'으로 보론 도핑을 하여 p+층(102)을 형성한 것이다.FIG. 2 (b) shows a plasma doping ion shower doping, plasma ion implantation (PIII) method or ion implantation on the back surface of the
상기 p+층(102)이 형성되면, 확산 방지막(diffusion mask)(104)을 패턴 형성한다. 상기 확산 방지막(104)은 n+층이 형성될 부분은 형성되지 않는다. 이 상태는 도 2(c)에 도시하고 있다. When the p +
다음, 도 2(d) 내지 도 2(f)는 동일한 진공챔버에서 수행된다.Next, Figs. 2 (d) to 2 (f) are performed in the same vacuum chamber.
도 2(d)는 n+층이 형성될 영역(A)을 건식식각 방법에 이용되는 식각용 제 1 가스를 공급하여 소정 깊이만큼 식각한 상태를 나타낸다. 상기 제 1 가스는 F계열, CI계열 등의 반응가스이다. 하지만, 이에 국한되지는 않고 상기 확산 방지막(104)은 식각되지 않고 상기 실리콘 웨이퍼(100)의 표면만 식각되는 식각 선택비(Etching Selectivity)를 가지는 가스이면 된다.FIG. 2 (d) shows a state in which the n + layer is to be etched by a predetermined depth by supplying a first gas for etching used in a dry etching method. The first gas is a reaction gas such as F series or CI series. However, the present invention is not limited thereto, and the
상기 제 1 가스를 완전히 배출시킨 다음, 인(Phosphorus)을 함유한 제 2 가스를 공급하여, 상기 식각된 면에 n+층(106)을 형성한다. 이는 도 2(e)와 같다. n+층(106)은 앞선 공정에서 형성된 상기 p+층(102)과는 비접촉상태이다. After completely discharging the first gas, a second gas containing phosphorus (Phosphorus) is supplied to form an n +
상기 제 2 가스를 완전히 배출시킨 다음, 제 3 가스를 공급하여 현재 남아있는 확산 방지막(104)을 건식식각 방법으로 제거한다. 상기 제 3 가스는 F계열, CI 계열 등의 반응가스이다. 하지만, 이에 국한되지는 않고 상기 확산 방지막(104)만 식각되고 상기 실리콘 웨이퍼(100)의 표면은 식각되지 않는 식각 선택비(Etching Selectivity)를 가지는 가스이면 된다.After the second gas is completely discharged, the third gas is supplied to remove the remaining
다음에는 상기 실리콘 웨이퍼를 상기 진공챔버에서 꺼낸 후, 900℃ 정도의 온도로 열 산화공정을 수행한다. 열 산화공정을 수행하면, 상기 이전 공정에서 형성되어 있는 p+층(102) 및 n+층(106)에 포함된 도펀트가 확산되어, 활성화된 p+층(108) 및 n+층(110)과 열 산화막(112)이 형성된다. 도 2(g)는 활성화된 상태이고, 도 2(h)는 열 산화막(112)까지 형성된 상태이다. Next, after removing the silicon wafer from the vacuum chamber, a thermal oxidation process is performed at a temperature of about 900 ℃. When the thermal oxidation process is performed, the dopants included in the p +
한편, 상술한 공정에 의하여 형성된 상기 실리콘 웨이퍼(100)의 후면의 베이스 영역과 에미터 영역에 베이스전극 및 에미터전극을 형성하는 일련의 전극 형성공정과 반사방지막 형성공정 등을 수행하면 후면접합 태양전지를 간단하게 제조할 수 있다. On the other hand, if a series of electrode forming process and anti-reflective film forming process to form a base electrode and an emitter electrode in the base region and the emitter region of the back surface of the
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 p+층 및 n+층을 플라즈마 도핑으로 형성한 후, 한 번의 고온 공정으로 접합 및 열 산화막이 형성되고, 아울러 식각, 도핑, 확산방지막 제거공정을 동일한 진공챔버 내에서 수행하고 있음을 알 수 있다. As described above, in the present invention, after forming the p + layer and the n + layer by plasma doping, the bonding and thermal oxide films are formed in one high-temperature process, and the etching, doping, and diffusion barrier removal processes are performed in the same vacuum chamber. It can be seen that.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.The rights of the present invention are not limited to the embodiments described above, but are defined by the claims, and those skilled in the art can make various modifications and adaptations within the scope of the claims. It is self-evident.
즉 본 실시 예에서는 n형 실리콘 웨이퍼를 예를 들어 설명하고 있지만, p형 실리콘 웨이퍼에도 본 발명이 적용될 수 있다. In other words, in the present embodiment, an n-type silicon wafer is described as an example, but the present invention can be applied to a p-type silicon wafer.
또한, 본 실시 예에서는 제 1 도전형의 반도체 기판 후면에 제 2 도전형의 도핑영역을 먼저 형성하고 제 1 도전형의 도핑영역을 형성하고 있으나, 그 반대인 경우에도 본 발명에 적용할 수 있다. In addition, in the present exemplary embodiment, a doping region of the second conductivity type is formed first and a doping region of the first conductivity type is formed on the back surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type, but the present invention can also be applied to the present invention. .
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 후면접합 구조의 태양전지를 제조방법의 흐름도 1 is a flowchart of a method of manufacturing a solar cell having a back junction structure according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 태양전지 제조공정을 보인 단면도2 is a cross-sectional view showing a solar cell manufacturing process of FIG.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : n형 실리콘 웨이퍼 102 : p+ 층100: n-type silicon wafer 102: p + layer
104 : 확산방지막 106 : n+ 층104: diffusion barrier 106: n + layer
108 : 활성화된 p+ 층 110 : 활성화된 n+ 층108: activated p + layer 110: activated n + layer
112 : 열 산화막112: thermal oxide film
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