(12) NACH DEIVI VERTRAG UBER DIE INTERNATIONALE ZUSAIVIMENARBEIT AUF DEM GEBIET DES
`PATENTWESENS (PCT) VEROFFENTLICHTE INTERNATIONALE ANMELDUNG
`
`(19) Weltorganisation fiir geistiges Eigentum
`Internationales Buro
`
`(43) Internationales Veroffentlichungsdatum
`26. Juli 2007 (26.07.2007)
`
` (10) Internationale Veriiffentlichungsnummer
`
`WO 2007/082760 A1
`
`(51) Internationale Patentklassifikation:
`H01L 21/225 (2006.01)
`H01L 31/0224 (2006.01)
`H01L 27/142 (2006.01)
`
`(21) Internationales Aktenzeichen:
`
`PCT/EP2007/000463
`
`(72) Erfinder; und
`(75) Erfindcr/Anmelder (nurffir US): FATH, Peter [DE/DE];
`Seestr.
`1a, 78464 Konstanz (DE). MELNYK, Ihor
`[DE/DE]; Torkelbergstr. 25, 78465 Konstanz (DE).
`
`(22) Internationalcs Anmcldedatum:
`19. Januar 2007 (19.01.2007)
`
`(74) Anwalt: NEUNERT, Peter; Westphal, Mussgnug & Part—
`ner, Am Riettor 5, 78048 Villingen—Schwennigen (DE).
`
`(25) Einreichungssprache:
`
`(26) Vertiffentlichungssprache:
`
`Deutseh
`
`Deutsch
`
`(30) Angaben zur Prioritéit:
`10 2006 003 283.7
`23. Januar 2006 (23.01.200 7)
`
`DE
`
`(71) Anmeldcr (fiir alle Bestimmungsstaaten mit Ausnahme
`van US): GP SOLAR GMBH [DE/DE]; Turmstrasse 22,
`78467 Konstanz (DE).
`
`(81) Bestimmungsstaaten (soweit nicht anders angegeben, ffir
`jade velffigbare nationale Schutzrechtsarz): AE, AG, AL,
`AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, B7,, CA, CH,
`CN, CO, CR, CU, CZ, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, F1,
`GB, GD, GE, GH, GM, GT, HN, HR, HU, ID, IL, IN, IS,
`JP, KE, KG. KM, KN, KP, KR, KZ, LA, LC, LK, LR, LS,
`LT, LU, LV, LY, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MY,
`M7,, NA, NG, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RS,
`
`[Fartsetzung auf der nijchszen Seite]
`
`(54) Title: METHOD FOR FABRICATTNG A SEMICONDUCTOR COMPONENT HAVING REGIONS WITH DIFFERENT
`LEVELS OF DOPING
`
`(54) Bezeichnung: VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES HALBLEITERBAUELEMENTS MIT UNTERSCIHEDLICH
`STARK DOTIERTEN BEREICHEN
`
`2
`
`4
`
`6
`
`8 —————
`
`58
`
`50
`
`58
`
`50
`
`66
`
`58
`
`50
`
`62
`
`m
`+++
`
`+
`
`+
`
`(57) Abstract: Method for fabricating a semiconductor com—
`ponent (74; 140), particularly a solar cell (140), having regions
`(70. 72; 120, 122) with different levels of doping, comprising
`the method steps of forming (2; 14) a layer (58; 108) which
`inhibits diffusion of a dopant and which can be penetrated by
`a dopant on at least one portion (56; 106) of the surface of a
`semiconductor component material (50; 100), of at least partial
`removal (4:16a, 16b) of the diffusion—inhibiting layer (58; 108,)
`in at least one highly doped region (62; 112a, 112b), of forma—
`tion (6; 18) of a dopant source (66; 116) on the diffusion—in—
`hibiting layer (58; 108) and in the at least one highly doped
`region (62; 112a, 112b), and of diffusion (8; 20) of the dopant
`from the dopant source (66; 116) into the semiconductor com—
`ponent material (50; 100) and also the use thereof in integrated
`Circuits, electronic circuits, solar cell modules and to produce
`solar cells (140) with a selective emitter structure.
`
`(57) Zusammenfassung: Vcrfahrcn zur Herstellung cincs
`IIalbleiterbauelements (74; 140), insbesondere einer Solarzelle
`(140), mit unterschiedlich stark dotierten Bereichen (70, 72;
`120, 122) aufweisend die Verfahrensscinitte des Ausbildens
`(2; 14) einer die Diffusion eines Dotierstoffes hemmenden
`und fiir cincn Dotierstoff durchdringbarcn Schicht (58; 108)
`auf zumindest einem Teil
`(56; 106) der Oberflache eines
`Halbleiterbauelementmateiials
`(50;
`100), des wenigstens
`teilweises Entfernens (4,16a, 16b) der diffusionhemmenden
`Schicht (58; 108) in wenigstens einem Hochdotierungsbereieh
`(62; 112a, 112b), des Ausbildcns (6; 18) einer Dotierstoff
`quelle (66; 116) auf der diffusionhemmenden Schicht (58;
`108) und in dem wenigstens einen Hoehdotiemngsbereich
`(62;112a,112b)
`
`[Fartsetzung auf der ndchszen Seite]
`
`
`
`WO2007/082760A1|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
`
`6/26/2017,
`
` EAST Version:
`
`3.3.1.2
`
`

`

`WO 2007/082760 A1
`
`|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
`
`RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, SV, SY, TJ, TM, TN,
`TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, ZA, ZM, ZW.
`
`(84) Bestimmungsstaaten (soweit nicht anders angegeben, ffir
`jede verffigbare regionale Schulzrechtsart): ARIPO (BW,
`GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG,
`ZM, ZW), eurasisches (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU,
`TJ, TM), europ'a'jsches (AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK,
`EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LT. LU, LV, MC,
`
`NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR), OAPI (BF, BJ, CF, CG,
`CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG).
`Veriif‘fentlicht:
`— mil inlernatianalem Recherchenberichl
`
`Zur Erkliimng der Zweibuchstaberz—Codes und der anderenAb-
`kiirzungen wird auf die Erkliirungen (”Guidance Notes on C0-
`des and Abbreviations ”) am Anfangjeder reguldren Ausgabe der
`PCT—Gazene verwiesen.
`
`und dcr Diffusion (8; 20) dcs Doticrstoffcs aus dcr Doticrstoff qucllc (66; 116) in das Halblcitcrbauclcmcntmatcrial (50; 100) sowic
`dessen Ver wendung in integrienen Schaltungen, elektronischen Schaltungen, Solarzellenmodulen und zur Herstellung von So—
`larzellen (140) mit selektiver Emitterstruktur.
`
`
`6/26/2017, EAST Version: 3.3.1.2
`
`

`

`WO 2007/082760
`
`PCT/EP2007/000463
`
`Beschreibung
`
`Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit un—
`
`terschiedlich stark dotierten Bereichen
`
`Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
`
`Halbleiterbauelements,
`
`insbesondere einer Solarzelle, mit un—
`
`terschiedlich stark dotierten Bereichen sowie dessen Verwen—
`
`dung in integrierten Schaltungen, elektronischen Schaltungen,
`
`Solarzellenmodulen sowie zur Herstellung von Solarzellen mit
`
`selektiver Emitterstruktur.
`
`Bei der Herstellung Vieler Halbleiterbauelemente ist es erfor-
`
`derlich, Bereiche mit unterschiedlich Starker Dotierung vorzu—
`
`sehen, wobei unter Halbleiterbauelementen im Sinne dieser Pa—
`
`tentanmeldung nicht nur kommerziell eingesetzte elektronische
`
`Bauelemente verstanden werden, sondern auch Halbfabrikate und
`
`dotierte Halbleiterstrukturen.
`
`Im Extremfall also auch ein
`
`Halbleiter, der lediglich unterschiedlich dotierte Bereiche
`
`aufweist.
`
`Beispielsweise werden bei der Herstellung von Solarzellen Be—
`
`reiche unterschiedlich Starker Dotierung vorgesehen, um auf
`
`diese Weise eine Emitterstruktur auszubilden, welche in gewis—
`
`sen Bereichen auf einer starken Dotierung,
`
`in den fibrigen Be—
`
`reichen auf einer schwachen Dotierung beruht. Mit dieser so
`
`genannten selektiven Emitterstruktur, bei welcher ublicherwei—
`
`se auf den hoch dotierten Bereichen Metallkontakte ausgebildet
`
`werden,
`
`lasst sich bekanntermafien eine effiziente Stromabfuhr
`
`bei gleichzeitig geringer Ladungstrégerrekombination in den
`
`fibrigen schwach dotierten Bereichen realisieren.
`
`BESTATIGUNGSKOPIE
`
`
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`
`

`

`WO 2007/082760
`
`PCT/EP2007/000463
`
`Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zu Grunde,
`
`ein einfaches und aufwandsgunstiges Verfahren zur Herstellung
`
`eines Halbleiterbauelements mit unterschiedlich stark dotier—
`
`ten Bereichen zur Verffigung zu stellen.
`
`Dieses Problem wird erfindungsgemafi geldst durch ein Verfahren
`
`mit den Verfahrensschritten des unabhéngigen Anspruchs 1.
`
`Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand abhéngiger Unter—
`
`ansprfiche.
`
`Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, auf zumindest
`
`einem Teil der Oberfléche eines Halbleiterbauelementmaterials
`
`eine die Diffusion eines Dotierstoffes hemmende und fur einen
`
`Dotierstoff durchdringbare Schicht auszubilden. Diese wird an-
`
`schlieBend in wenigstens einem Hochdotierungsbereich zumindest
`
`teilweise entfernt.
`
`Im Weiteren wird eine Dotierstoffquelle
`
`auf der diffusionhemmenden Schicht und in dem wenigstens einen
`
`Hochdotierungsbereich ausgebildet. Aus dieser Dotierstoffquel-
`
`le wird schliefilich Dotierstoff in das Halbleiterbauelementma-
`
`terial eindiffundiert.
`
`Bei dieser Diffusion gelangt Dotierstoff aus der in dem we-
`
`nigstens einen Hochdotierungsbereich ausgebildeten Teil der
`
`Dotierstoffquelle vergleichsweise ungehindert in das Halblei-
`
`terbauelementmaterial hinein, da hier die diffusionhemmende
`
`Schicht wenigstens teilweise entfernt wurde. Nach einer gewis—
`
`sen Diffusionsdauer ist an diesen Stellen relativ viel Dotier—
`
`stoff in das Halbleiterbauelementmaterial gelangt.
`
`In den
`
`Hochdotierungsbereichen liegt somit die erwfinschte hohe Dotie—
`
`rung vor.
`
`
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`
`

`

`WO 2007/082760
`
`PCT/EP2007/000463
`
`In denjenigen Bereichen hingegen,
`
`in welchen der Teil der 0—
`
`berflache des Halbleiterbauelementmaterials unter der diffusi—
`
`onhemmenden Schicht liegt, gelangt nur wenig Dotierstoff in
`
`das Halbleiterbauelementmaterial.
`
`In Folge wird dieses in die—
`
`sen Bereichen schwach dotiert.
`
`Auf diese Weise kénnen einfach und aufwandsgfinstig Halbleiter—
`
`bauelemente mit unterschiedlich stark dotierten Bereichen her—
`
`gestellt werden,
`
`insbesondere ohne dass hierfflr Maskierungs—
`
`schritte notwendig waren,
`
`in welchen Teile der diffundierten
`
`Bereiche des Halbleiterbauelementmaterials vor einem Abatzen
`
`mittels eines gegenuber dem Atzmedium inerten Material ge—
`
`schfitzt werden, und ohne dass mehrere Diffusionen durchzuffih-
`
`ren wahren.
`
`Ein derartig gefertigtes Halbleiterbauelement kann erfindungs—
`
`gemafi in integrierten Schaltkreisen Oder elektronischen Schal—
`
`tungen verwendet werden.
`
`Daruber hinaus ist es Bestandteil der Erfindung, das erfin-
`
`dungsgemafie Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelemen—
`
`te darstellenden Solarzellen mit selektiver Emitterstruktur zu
`
`verwenden.
`
`Uberdies sieht die Erfindung vor, wenigstens eine nach dem er-
`
`findungsgemafien Verfahren hergestellte Solarzelle zur Herstel—
`
`lung von Solarzellenmodulen zu verwenden.
`
`Als Halbleiterbauelementmaterial kann grundsatzlich jedes
`
`Halbleitermaterial Verwendung finden,
`
`insbesondere Silizium
`
`Oder Gallium oder deren Verbindungen. Auch die Verwendung von
`
`Verbindungshalbleitern ist selbstverstandlich denkbar.
`
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`WO 2007/082760
`
`PCT/EP2007/000463
`
`In den meisten Anwendungsféllen weist das Halbleiterbauele—
`
`mentmaterial eine Grunddotierung auf. So kann bspw. p-
`
`dotiertes oder n—dotiertes Silizium Verwendung finden. Hierfflr
`
`kOnnen bekannte Dotierstoffe wie Phosphor oder Bor eingesetzt
`
`werden. Die einzubringenden Dotierstoffe und die diesbezfigli-
`
`chen Dotierstoffquellen sind unter Berficksichtigung der Funk—
`
`tionsweise des Halbleiterbauelements auf die im Halbleiterbau—
`
`elementmaterial vorherrschende Grunddotierung abzustimmen. So
`
`is: beispielsweise bei der Herstellung einer Solarzelle mit
`
`selektiver Emitterstruktur bei einem p-dotierten Solarzellen-
`
`material ein n—Dotierstoff wie z.B. Phosphor zu wahlen.
`
`Eine Weiterbildung des erfindungsgemafien Verfahrens sieht vor,
`
`dass die diffusionhemmende Schicht durch Aufspinnen und an—
`
`schliefiende Trocknung, eine chemische Abscheidung aus der
`
`Dampfphase (CVD—Abscheidung) oder ein thermisches Aufwachsen
`
`in Ofenprozessen erfolgt. Solch ein thermisches Aufwachsen in
`
`einem Ofenprozess kann dabei beispielsweise in einem Ofen nach
`
`der Art eines aus der Halbleitertechnik bekannten Diffusions-
`
`ofens erfolgen. Hierbei wird ein Stoff oder ein Stoffgemenge,
`
`gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines Tragergases durch ein
`
`Rohr des beheizten Ofens geleitet, wobei es mit in dem Rohr
`
`angeordneten Halbleiterbauelementmaterial derart in Wechsel-
`
`wirkung tritt, dass eine Anlagerung oder Abscheidung oder der—
`
`gleichen der diffusionhemmenden Schicht auf dem Halbleiterbau—
`
`elementmaterial eintritt.
`
`Eine andere Ausgestaltungsvariante der Erfindung sieht vor,
`
`dass die diffusionhemmende Schicht in dem wenigstens einen
`
`Hochdotierungsbereich vollstandig entfernt wird. Auf diese
`
`Weise kann an dieser Stelle ein besonders starker Dotierstoff—
`
`eintrag erfolgen. Je nach Halbleiterbauelement und den zu des-
`
`
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`
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`WO 2007/082760
`
`5
`
`PCT/EP2007/000463
`
`sen Herstellung weiter erforderlichen Schritten kann eine
`
`vollstandige Entfernung der diffusionhemmenden Schicht jedoch
`
`auch nachteilig sein. So kOnnen beispielsweise bei mechani-
`
`schem Abtrag oder bei Abtrag mittels eines Lasers, dem so ge-
`
`nannten Ablationslaser, Schédigungen der Kristalloberfléche
`
`entstehen, welche eine erhohte Ladungstrégerrekombination an
`
`diesen Stellen zur Folge haben. Diese wiederum kann die Funk—
`
`tion von Halbleiterbauelementen, beispielsweise Solarzellen,
`
`beeintrachtigen. Vor diesem Hintergrund kann es zweckméfiig er-
`
`scheinen, die dififiisionhemmende Schicht
`
`in dem wenigstens ei—
`
`nen Hochdotierungsbereich nur teilweise zu entfernen und einen
`
`Rest stehen zu lassen. Dieser Rest vermag zwar die Diffusion
`
`zu behindern, doch fallt diese, bei entsprechender Auslegung
`
`der Schichtdicken und Diffusionszeiten,
`
`in den Hochdotierungs—
`
`bereichen dennoch deutlich starker aus als in den fibrigen, von
`
`einer diffusionhemmenden Schicht vollsténdiger Dicke bedeckten
`
`Bereichen.
`
`Durch geeignete Technologien, beispielsweise einen Ablations—
`
`laser mit ausreichend hohem Energieeintrag, kann das Entfernen
`
`der diffusionhemmenden Schicht in Hochdotierungsbereichen ge-
`
`gebenenfalls auch ohne Schadigung der Kristalloberfléche er—
`
`folgen.
`
`In diesen Fallen kann auf das Verbleiben einer restli-
`
`Chen, dUnnen diffusionhemmenden Schicht
`
`in den Hochdotierungs—
`
`bereichen verzichtet werden.
`
`Ein Ausffihrungsbeispiel der Erfindung sieht vor, dass das
`
`Halbleiterbauelement als Solarzelle ausgefuhrt wird, wobei zu-
`
`mindest ein Teil von Metallkontakten in den Hochdotierungsbe—
`
`reichen angeordnet wird, vorzugsweise Fingerkontakte. Dabei
`
`sind unter Fingerkontakten feingliedrige Kontakte zu verste—
`
`hen, die der Einsammlung des generierten Stromes bei gleich—
`
`
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`
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`WO 2007/082760
`
`PCT/EP2007/000463
`
`zeitig geringstmdglicher Abschattung der aktiven Solarzellen—
`
`fléche dienen.
`
`Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren néher er-
`
`léutert. Es zeigen:
`
`Figur 1:
`
`Schematische Darstellung eines ersten Ausffihrungs-
`
`beispiels des erfindungsgemafien Verfahrens
`
`Figur 2a: Schematische Darstellung eines Verfahrens zur Her-
`
`stellung einer Solarzelle mit selektiver Emitter—
`
`struktur als zweites Ausfuhrungsbeispiel des erfin—
`
`dungsgemafien Verfahrens (Fortsetzung in Figur 2b)
`
`Figur 2b: Fortsetzung des Verfahrens aus Figur 2a
`
`Figur 1 zeigt schematisch ein erstes Ausffihrungsbeispiel des
`
`Verfahrens geméfi der Erfindung. Hierin wird zunachst auf einer
`
`oberseitigen Oberflache 56 eines Halbleiterbauelementmaterials
`
`50 eine diffusionhemmende und ffir einen Dotierstoff durch—
`
`dringbare Schicht 58 ausgebildet 2.
`
`Im Weiteren wird die dif—
`
`fusionhemmende Schicht 58 in wenigstens einem Hochdotierungs—
`
`bereich 62 vollsténdig entfernt 4.
`
`Es folgt das Ausbilden 6 einer Dotierstoffquelle 66, aus wel—
`
`cher unter bestimmten Bedingungen ein Dotierstoff heraus dif—
`
`fundiert. Die Dotierstoffquelle 66 wird dabei auf der diffusi-
`
`onhemmenden Schicht 58 wie auch in dem Hochdotierungsbereich
`
`62 aufgebracht.
`
`Im letzteren Fall kommt sie aufgrund der voll—
`
`standigen Entfernung der diffusionhemmenden Schicht 58 in die—
`
`sem Bereich direkt auf der oberseitigen Oberfléche 56 des
`
`Halbleiterbauelementmaterials 50 zu liegen. Bei der Dotier-
`
`Stoffquelle 66 kann es sich beispielsweise um ein Phosphorglas
`
`
`6/26/2017, EAST Version: 3.3.1.2
`
`

`

`WO 2007/082760
`
`PCT/EP2007/000463
`
`handeln. Daneben ist jedoch prinzipiell jede andere Dotier—
`
`stoffquelle denkbar.
`
`Aus der Dotierstoffquelle 66 wird im Folgenden Dotierstoff
`
`aus- und in die oberseitige Oberfléche 56 des Halbleiterbau—
`
`elementmaterials 50 eindiffundiert 8. Dies erfolgt in den
`
`meisten Fallen durch thermische Energiezufuhr.
`
`Im Falle der
`
`von der diffusionhemmenden Schicht 58 bedeckten Bereichen der
`
`oberseitigen Oberfléche 56 des Halbleiterbauelementmaterials
`
`R0 bewec: Sign hierbei Dotierstoff durch die diffusionhemmende
`
`Schicht, wodurch nur ein gewisser Anteil des in der Dotier—
`
`stoffquelle 66 freigesetzten Dotierstoffes in das Halbleiter—
`
`bauelementmaterial gelangen kann.
`
`Im Hochdotierungsbereich 62 hingegen gelangt der Dotierstoff
`
`ungehindert
`
`in die oberseitige Oberflache 56 des Halberbauele—
`
`mentmaterials. Infolgedessen stellt sich in der Umgebung der
`
`Hochdotierungsbereichs 62 in der oberseitigen Oberflache 56
`
`des Halbleiterbauelementmaterials eine starke Dotierung 70
`
`ein, wogegen in den unter der diffusionhemmenden Schicht 58
`
`gelegenen Bereichen der oberseitigen Oberfléche 56 eine schwa-
`
`che Dotierung 72 resultiert.
`
`Somit ergibt sich auf einfache Weise ein Halbleiterbauelement
`
`mit unterschiedlich stark dotierten Bereichen.
`
`Die Figuren 2a und 2b zeigen ein Verfahren zur Herstellung ei-
`
`ner Solarzelle mit selektiver Emitterstruktur als weiteres
`
`Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemafien Verfahrens. Den Aus—
`gangspunkt des Verfahrens bildet das Bereitstellen 10 des Aus—
`
`gangssolarzellenmaterials, was im vorliegenden Ausfuhrungsbei—
`
`spiel durch p—dotiertes Solarzellenmaterial,
`
`insbesondere Si-
`
`lizium, gebildet wird.
`
`In analoger Weise kbnnte auch n-
`
`
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`
`

`

`WO 2007/082760
`
`8
`
`PCT/EP2007/000463
`
`dotiertes Solarzellenmaterial den Ausgangspunkt bilden. Die
`
`verwendeten Dotierstoffe und Dotierstoffquelle waren sodann
`
`entsprechend angepasst zu wéhlen.
`
`Im schematisch dargestellten Fall der Figur 2a weist das So-
`
`larzellenmaterial 100 einen Ségeschaden 102 auf, wie er ubli-
`
`cherweise bei Halbleiterscheiben vorkommt, die von einem ge—
`
`gossenen Block bzw. einem gezogenen ingot durch Ségen abge—
`
`trennt wurden. Dieser Ségeschaden wird zunachst entfernt 12,
`
`mas fiblicherweise durch Uberatzen de: Siliziumscheibe bzw. des
`
`Solarzellenmaterials 100 geschieht, und eine Textur 104 in die
`
`oberseitige Oberfléche 106 des Solarzellenmaterials 100 einge—
`
`bracht 12. Die Textur 104 kann dabei unter Ausnutzung bekann-
`
`ter Verfahren wie chemische oder mechanische Texturierung rea—
`
`lisiert werden.
`
`Im Folgenden wird die diffusionhemmende Schicht
`
`in Form einer
`
`porosen Schicht 108 aus Solarzellenmaterial 100 ausgebildet
`
`14.
`
`Im Falle von Silizium als Solarzellenmaterial kann dies
`
`beispielsweise mittels einer Atzlosung erfolgen, welche Fluss-
`
`séure (HF), Salpeterséure (HNO3) und Wasser
`
`(H20) enthélt, vor—
`
`zugsweise in einem Mischungsverhaltnis von HF : HNO3: 150 im
`
`Bereich von 100 :
`
`1 bis 2
`
`z
`
`5 bis 10. Dabei wird die porose
`
`Schicht 108 in einer Dicke von weniger als 200 nm ausgebildet,
`
`bevorzugt
`
`in einer Dicke im Bereich von 80 his 120 nm.
`
`Hernach wird Ablationslaserlicht 110 in Hochdotierungsberei—
`
`Chen 112a, 112b appliziert 16a. Unter diesem Energieeintrag
`
`verdampft
`
`in den Hochdotierungsbereichen die porose Schicht
`
`108, wobei diese jedoch im vorliegenden Ausffihrungsbeispiel
`
`jedoch nur teilweise entfernt wird 16b, so dass ein Rest 114a,
`
`114b der porosen Schicht 108 bestehen bleibt. Auf diese Weise
`
`wird ausgeschlossen, dass die Oberflache des Solarzellenmate—
`
`
`6/26/2017, EAST Version: 3.3.1.2
`
`

`

`WO 2007/082760
`
`9
`
`PCT/EP2007/000463
`
`rials 100, geschadigt wird und in den Hochdotierungsbereichen
`
`112a, 112b eine Erhohung der Ladungstragerrekombination er-
`
`folgt.
`
`Im Weiteren wird eine Dotierstoffquelle ausgebildet. Da es
`
`sich bei dem Solarzellenmaterial um p—dotiertes Material han—
`
`delt, wird vorliegend Phosphor als gangigster n—Dotierstoff
`
`verwendet. Es konnen aber auch andere Dotierstoffe verwendet
`
`werden. Die Dotierstoffquelle wird in diesem Ausfuhrungsbei-
`
`spiel als Phosphorglas 116 aLsgebildet. Dies kann beispiels-
`
`weise in einem Ofenprozess erfolgen,
`
`in welchem das Solarzel-
`
`lenmaterial einem POClg-Strom, gegebenenfalls erganzt um ein
`
`Tragergas, ausgesetzt wird. Daneben Phosphor auch in anderer
`
`Weise in einer Dotierstoffquelle zur Verffigung gestellt wer—
`
`den, beispielsweise durch Aufspinnen und anschlieBendes Trock—
`
`nen einer phosphorhaltigen Paste oder Losung oder durch chemi—
`
`sche oder physikalische Abscheidung von phosphorhaltigen Ver—
`
`bindungen.
`
`Sodann erfolgt die Diffusion 20 des Phosphors aus dem Phos—
`
`phorglas, oder gegebenenfalls anderen Dotierstoffquellen,
`
`in
`
`das Solarzellenmaterial. Dabei ist die Diffusion aus dem Phos—
`
`phorglas 116 in die oberseitige Oberflache 106 des Solarzel-
`
`lenmaterials 100 durch die porose Schicht aus Solarzellenmate-
`
`rial 108 gehemmt. Da in diesem Ausffihrungsbeispiel auch in den
`
`Hochdotierungsbereichen 112a, 112b noch poroses Siliziummate—
`
`rial vorliegt, ist auch hier die Diffusion gehemmt. Allerdings
`
`deutlich geringer als in denjenigen Bereichen,
`
`in denen die
`
`porose Schicht 108 nach wie vor in ihrer gesamten Dicke vor—
`
`liegt. Da in den Hochdotierungsbereichen 112a, 112b nur ein
`
`geringer Rest 114a,
`
`ll4b der porosen Schicht 108 vorliegt,
`
`kann somit
`
`in diesen Bereichen in gleicher Zeit deutlich mehr
`
`Dotierstoff in die oberseitige Oberflache 106 des Solarzellen-
`
`
`6/26/2017, EAST Version: 3.3.1.2
`
`

`

`WO 2007/082760
`
`10
`
`PCT/EP2007/000463
`
`materials gelangen. Infolgedessen werden hier niederohmige
`
`Emitterbereiche 120 ausgebildet.
`
`Im Ubrigen werden hochohmige
`
`Emitterbereiche 122 ausgebildet.
`
`In der Summe ergibt sich eine
`
`Emitterstruktur 118 mit hochohmigen 122 und niederohmigen 120
`
`Bereichen, die fiblicherweise als selektiver Emitter bezeichnet
`
`wird.
`
`Nach der Diffusion 20 haben die porbse Schicht 108 wie auch
`
`das als Dotierstoffquelle wirkende Phosphorglas 116 ihren
`an
`v.
`-
`_
`V
`7meck erffillt und werden aemeinsam entfernt 22. Dies erfolgt
`
`bevorzugt
`
`in einem gemeinsamen Atzschritt.
`
`Im Weiteren wird eine Antireflexionsbeschichtung 124 aufge-
`
`bracht 24. Danach folgt das Ausbilden 26 von Metallkontakten
`
`126,128, 130 auf der Vorderseite der Solarzelle 140 sowie auf
`
`deren RUckseite.
`
`Im vorliegenden Ausffihrungsbeispiel werden
`
`dabei die Metallkontakte 126 der Vorderseite auf den niederoh—
`
`migen Bereichen 120 der Emitterstruktur 118 angeordnet. Auf
`
`diese Weise kann ein geringer Kontaktwiderstand zwischen der
`
`Emitterstruktur 118 und den Metallkontakten 126 gewéhrleistet
`
`werden, wogegen in den ubrigen Bereichen ein geringe La-
`
`dungstragerrekombination aufgrund der hochohmigen Emitterbe—
`
`reiche 122 vorliegt. Typische Schichtwiderstandswerte fur nie-
`
`derohmige Emitterbereiche 120 liegen bei etwa 10 bis 30
`
`Cysquare, far hochohmige Emitterbereiche 122 bei etwa 80 bis
`
`140 Sysquare.
`
`(Au.
`_.
`__
`A”f der Rfickseite wird zur Verbesserun
`
`g d-: Konversionseffi-
`
`zienz ein an sich bekanntes back—surface—field aufgebracht,
`
`welches vorliegend aus einer fléchigen Ruckseitenmetallisie—
`
`rung aus Aluminium besteht. Dieses wird durchsetzt von wenigs—
`
`tens einem lokalen rfickseitigen Metallkontakt 130, welcher die
`
`
`6/26/2017, EAST Version: 3.3.1.2
`
`

`

`WO 2007/082760
`
`l l
`
`PCT/EP2007/000463
`
`Kontaktierung des p-dotierten Solarzellenmaterials 100 bewerk-
`
`stelligt.
`
`Das erfindungsgemaBe Verfahren lasst sich offensichtlich auch
`
`auf andere Solarzellenkonzepte als das in Verbindung mit den
`
`Figuren 2a und 2b beschriebene fibertragen.
`
`Insbesondere kann
`
`es bei Bifacialzellen, bei welchen sowohl die Vorder- als auch
`
`die Rfickseite der Solarzelle fur die Stromgeneration genutzt
`
`werden, wie auch bei vollsténdig rfickseitig kontaktierten So—
`"
`‘
`‘
`'
`.224
`larzellen Verwendun
`
`:inden.
`
`
`6/26/2017, EAST Version: 3.3.1.2
`
`

`

`WO 2007/082760
`
`l 2
`
`PCT/EP2007/000463
`
`Bezugszeichenliste
`
`Ausbilden diffusionhemmende Schicht
`
`vollstandiges Entfernen der diffusionhemmenden Schicht in
`
`Hochdotierungsbereich
`
`Ausbilden Dotierstoffquelle
`
`Diffundieren des Dotierstoffes aus Dotierstoffquelle in
`
`Halbleiterbauelementmaterial
`
`10
`
`12
`
`14
`
`16a
`
`16b
`
`18
`
`2O
`
`22
`
`24
`
`26
`
`50
`
`56
`
`58
`
`62
`
`66
`
`7O
`
`72
`
`Bereitstellen des Ausgangssolarzellenmaterials
`
`Entfernen des Ségeschadens und Texturierung der Oberfla-
`
`che des Solarzellenmaterials
`
`Ausbilden einer porésen Schicht aus Solarzellenmaterial
`
`Applizieren von Ablationslaserlicht
`
`teilweises Entfernen der porbsen Schicht
`
`in Hochdotie—
`
`rungsbereichen
`
`Ausbilden von Phosphorglas als Dotierstoffquelle
`
`Diffundieren des Phosphors aus dem Phosphorglas in das
`
`Solarzellenmaterial
`
`Gemeinsames Entfernen des Phosphorglases und der porbsen
`
`Schicht
`
`Aufbringen einer Antireflexionsbeschichtung
`
`Ausbilden von Metallkontakten auf der Vorder— und Ruck—
`
`seite
`
`Halbleiterbauelementmaterial
`
`oberseitige Oberfléche des Halbleiterbauelementmaterials
`
`diffusionhemmende Schicht
`
`Hochdotierungsbereich
`
`Dotierstoffquelle
`
`stark dotierter Bereich
`
`schwach dotierter Bereich
`
`
`6/26/2017, EAST Version: 3.3.1.2
`
`

`

`WO 2007/082760
`
`1 3
`
`PCT/EP2007/000463
`
`74 Halbleiterbauelement
`
`100' p-dotiertes Solarzellenmaterial
`
`102
`
`Ségeschaden
`
`104 Textur
`
`106 oberseitige Oberflache des Solarzellenmaterials
`
`108 porése Schicht aus Solarzellenmaterial
`
`110 Ablationslaserlicht
`
`112a Hochdotierungsbereich
`.-
`- v
`y
`_.
`_
`hcbdntierungsbereich
`
`1
`
`'._l k)
`
`b
`
`114a Rest der porbsen Schicht
`
`114b Rest der porésen Schicht
`
`116 Phosphorglas
`
`118 Selektive Emitterstruktur
`
`120
`
`niederohmiger Emitterbereich
`
`122
`
`hochohmiger Emitterbereich
`
`124 Antireflexionsbeschichtung
`
`126 Metallkontakte auf der Vorderseite
`
`128
`
`fléchige Rackseitenmetallisierung
`
`130
`
`lokaler Metallkontakt auf der Rfickseite
`
`140 Solarzelle
`
`
`6/26/2017, EAST Version: 3.3.1.2
`
`

`

`W0 2007/082760
`
`14
`
`PCT/EP2007/000463
`
`Patentanspruche
`
`1.Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelem ”-4
`
`(74;140) mit unterschiedlich stark dotierten Bereichen
`
`(70,72) aufweisend die Verfahrensschritte
`
`r des Ausbildens (2; 14) einer die Diffusion eines Do—
`
`tierstoffes hemmenden und fUI einen Dotierstoff durch—
`
`dringbaren Schicht
`
`(58; 108) auf zumindest einem Teil
`
`(56; 106) der Oberflache eines Halbleiterbauelementma-
`
`- des wenigstens teilweises Entfernens (4; 16a, 16b) der
`
`diffusionhemmenden Schicht
`
`(58; 108)
`
`in wenigstens ei—
`
`nem Hochdotierungsbereich (62; 112a, 112b);
`
`— des Ausbildens (6; 18) einer Dotierstoffquelle (66;
`
`116) auf der diffusionhemmenden Schicht
`
`(58; 108) und
`
`in dem wenigstens einen Hochdotierungsbereich (62;
`
`112a,
`
`ll2b);
`
`- der Diffusion (8; 20) des Dotierstoffes aus der Dotier—
`
`stoffquelle (66; 116)
`
`in das Halbleiterbauelementmate—
`
`rial
`
`(50; 100).
`
`2.Verfahren nach Anspruch l,
`
`d a d u r c h
`
`g e k e n n z e i c h n e t, dass
`
`die Ausbildung (2;
`
`l4) der diffusionhemmenden Schicht
`
`(58; 108) durch Aufbringen einer Siliziumnitrid—, einer
`
`Siliziumoxid-, einer Titanoxid—, einer Tantaloxidschicht
`
`oder einer Schicht aus Oxiden anderer Ubergangsmetalle
`
`erfolgt, wobei
`
`im Falle der Ubergangsmetalloxidschichten
`
`vorzugsweise solche Ubergangsmetalle verwendet werden,
`
`welche eine vergleichsweise kleine Diffusionskonstante im
`
`Halbleiterbauelementmaterial
`
`(50; 100) aufweisen.
`
`
`6/26/2017, EAST Version: 3.3.1.2
`
`

`

`WO 2007/082760
`
`1 5
`
`PCT/EP2007/000463
`
`3.Verfahren nach einem der Ansprfiche 1 bis 2,
`
`d a d u r c h
`
`g e k e n n z e i c h n e t, dass
`
`die diffusionhemmende Schicht
`
`(58; 108)
`
`in einer Dicke
`
`von wenigen Nanometern bis zu wenigen Mikrometern ausge-
`
`bildet wird, vorzugsweise im Dickenbereich von 20 nm his
`
`300 nm.
`
`108) durch Aufspinnen und anschlieBende Trocknung, eine
`
`chemische Abscheidung aus der Dampfphase (CVD—
`
`Abscheidung) oder thermisches Aufwachsen in Ofenprozessen
`
`erfolgt.
`
`5.VEIfahren nach Anspruch 1,
`
`d a d u r c h
`
`g e k e n n z e i c h n e t, dass
`
`als diffusionhemmende Schicht
`
`(108) eine porbse Schicht
`
`(108) ausgebildet wird.
`
`6.Verfahren nach Anspruch 5,
`
`d a d u r c h
`
`g e k e n n z e i c h n e t, dass die po—
`
`rdse Schicht
`
`(108) aus Halbleiterbauelementmaterial
`
`(100)
`
`ausgebildet wird.
`
`7.Verfahren nach einem der Anspruche 5 bis 6,
`
`d a d u r c h
`
`g e k e n n z e i c h n e t, dass
`
`die porése Schicht
`
`(108)
`
`in einer Dicke von weniger als
`
`200 nm ausgebildet wird, vorzugsweise in einer Dicke im
`
`Bereich von 80 his 120 nm.
`
`8.Verfahren nach einem der Ansprfiche 6 bis 7,
`
`d a d u r c h
`
`g e k e n n z e i c h n e t, dass
`
`
`6/26/2017, EAST Version: 3.3.1.2
`
`

`

`WO 2007/082760
`
`l 6
`
`PCT/EP2007/000463
`
`zur Ausbildung der porésen Schicht
`
`(108) aus Halbleiter—
`
`bauelementmaterial
`
`(100) wenigstens der Teil
`
`(106) der
`
`Oberfléche des Halbleiterbauelements einer Atzlbsung aus—
`
`gesetzt wird.
`
`9.Verfahren nach Anspruch 8,
`
`d a d u r c h
`
`g e k e n n z e i c h n e t, dass
`
`die Atzlésung Flussséure (HF), Salpetersaure (HNO3) und
`
`Wasser Uho) enthalt, vorzugsweise in einem Mischungsver-
`
`haltnis von HF : HN03; Lao im Bereich von 100 :
`
`1 bis 2
`
`10.
`
`Verfahren nach einem der Anspruche 6 bis 7,
`
`d a d u r c h
`
`g e k e n n z e i c h n e t, dass
`
`zur Ausbildung der pordsen Schicht
`
`(108) aus Halbleiter-
`
`bauelementmaterial
`
`(100) wenigstens der Teil
`
`(106) der
`
`Oberflache des Halbleiterbauelements einem étzenden Plas—
`
`ma ausgesetzt wird.
`
`ll.
`
`Verfahren nach einem der Ansprfiche 1 bis 10,
`
`d a d u r c h
`
`g e k e n n z e i c h n e t, dass
`
`das wenigstens teilweise Entfernen (4; 16a, 16b) der dif-
`
`fusionhemmenden Schicht
`
`(58; 108)
`
`in dem wenigstens einen
`
`Hochdotierungsbereich (62; 112a, 112b) mittels Ablations—
`
`laserlicht
`
`(110) erfolgt, vorzugsweise mittels Licht ei-
`
`nes frequenzverdoppelten Oder frequenzverdreifachten
`
`Ablationslasers.
`
`12.
`
`Verfahren nach einem der Ansprfiche 1 bis 10,
`
`d a d u r c h
`
`g e k e n n z e i c h n e t, dass
`
`das wenigstens teilweise Entfernen (4; 16b) der diffusi—
`
`onhemmenden Schicht
`
`(58; 108)
`
`in dem wenigstens einen
`
`Hochdotierungsbereich (62; 112a, 112b) mittels einer at-
`
`
`6/26/2017, EAST Version: 3.3.1.2
`
`

`

`WO 2007/082760
`
`l 7
`
`PCT/EP2007/000463
`
`zenden Paste, vorzugsweise einer Flussséure enthaltenden
`
`Paste erfolgt.
`
`l3.
`
`Verfahren nach Anspruch 12,
`
`d a d u r c h
`
`g e k e n n z e i c h n e t, dass
`
`die étzende Paste mittels einer Druck— Oder Spritztechnik
`
`auf den wenigstens einen Hochdotierungsbereich (62; 112a,
`
`112b) aufgebracht wird, vorzugsweise mittels einer Sieb-
`
`druck—, StempeldruCk-, Spritzendruck- Oder Rollendruck-
`
`te
`
`hnik.
`
`14.
`
`Verfahren nach einem der Ansprfiche 1 bis 13,
`
`d a d u r c h
`
`g e k e n n z e i c h n e t, dass
`
`die diffusionhemmende Schicht
`
`(58)
`
`in dem wenigstens ei—
`
`nen Hochdotierungsbereich (62) vollstandig entfernt wird
`
`(4).
`
`15.
`
`Verfahren nach einem der Ansprfiche 1 bis 14,
`
`d a d u r c h
`
`g e k e n n z e i c h n e t, dass
`
`der Schichtwiderstand in unter der nicht entfernten dif—
`
`fusionhemmenden Schicht
`
`(58; 108) gelegenen Bereichen
`
`(72; 122) des Teils (56; 106) der Oberflache des Halblei—
`
`terbauelementmaterials (50; 100) durch die Dicke der dif—
`
`fusionhemmenden Schicht
`
`(58; 108) bestimmt wird.
`
`16.
`
`Verfahren nach einem der Ansprfiche 1 bis 15,
`
`d a d u r C h
`
`g e k e n n z e i c h n e t, dass
`
`als Halbleiterbauelementmaterial
`
`(50; 100) Silizium ver—
`
`wendet wird, vorzugsweise p-dotiertes (100) oder n-
`
`dotiertes Silizium.
`
`17.
`
`Verfahren nach einem der Ansprfiche 1 bis 16,
`
`d a d u r c h
`
`g e k e n n z e i c h n e t, dass
`
`
`6/26/2017, EAST Version: 3.3.1.2
`
`

`

`W0 2007/082760
`
`1 8
`
`PCT/EP2007/000463
`
`nach der Diffusion (8; 20) des Dotierstoffes aus der Do—
`
`tierstoffquelle (66; 116)
`
`in den Teil
`
`(56; 106) der Ober-
`
`flache des Halbleiterbauelementmaterials (50; 100) die
`
`Dotierstoffquelle (66; 116)
`
`zusammen mit der diffusion-
`
`hemmenden Schicht
`
`(58; 108) entfernt wird.
`
`18.
`
`Verfahren nach einem der Ansprflche 1 bis 17,
`
`d a d u r c h
`
`g e k e n n z e i c h n e t, dass
`
`das Halbleiterbauelement als Solarzelle (140) ausgeffihrt
`
`wird wnhni 71mindest ein Teil von Metallkontakten (126),
`
`vorzugsweise Fingerkontakte,
`
`in Hochdotierungsbereichen
`
`(112a, 112b) angeordnet wird.
`
`19.
`
`Verfahren nach Anspruch 18,
`
`d a d u r c h
`
`g e k e n n z e i c h n e t, dass
`
`sowohl auf der Vorderseite der Solarzelle wie auch auf
`
`deren Ruskseite Hochdotierungsbereiche (112a, 112b) vor—
`
`gesehen werden.
`
`20.
`
`Verfahren nach einem der Ansprfiche 18 bis 19,
`
`d a d u r c h
`
`g e k e n n z e i c h n e t, dass
`
`die Solarzelle als vorder— wie rfickseitig lichtempfindli—
`
`Che Bifacialzelle ausgefuhrt wird.
`
`21.
`
`Verfahren nach einem der Ansprfiche 18 bis 20,
`
`d a d u r c h
`
`g e k e n n z e i c h n e t, dass
`
`die Dotierstoffquelle (66; 116) aus Phosphorglas (116)
`
`gebildet wird, als diffusionhemmende Schicht
`
`(58; 108)
`
`poréses Solarzellenmaterial
`
`(108) verwendet wird und das
`
`Phosphorglas (116) zusammen mit der Schicht porbsen So-
`
`larzellenmaterials (108) durch Atzen in einer Atzldsung
`
`Oder einem Plasma entfernt wird.
`
`
`6/26/2017, EAST Version: 3.3.1.2
`
`

`

`W0 2007/082760
`
`1 9
`
`PCT/EP2007/000463
`
`22. Verfahren nach einem der Ansprfiche 18 bis 21,
`
`d a d u r c h
`
`g e k e n n z e i c h n e t, dass
`
`die Hochdotierungsbereiche (62; 112a, 112b) breiter aus—
`
`geffihrt werden als die spéter in diesen Bereichen aufge—
`
`brachte Metallisierung (126).
`
`23. Verwendung eines nach einem der Ansprflche 1 bis 17 gefer-
`
`tigten Halbleiterbauelements (74)
`
`in integrierten Schalt—
`
`kreisen.
`
`24. Ver