DE2944180A1

DE2944180A1 - Verfahren zum herstellen einer einen halbleiterkoerper einseitig bedeckenden isolierschicht

Info

Publication number: DE2944180A1
Application number: DE19792944180
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Willi 7129 Ilsfeld Pschunder
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1979-11-02
Filing date: 1979-11-02
Publication date: 1981-05-07
Also published as: JPS5693333A; FR2468996A1; GB2062962A

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-G.κι.b.H. Theodor-Stern-Kai 1, 6000 Frankfurt 70

Heilbronn, den 19.10.79 SE2-HN-Ma-pf - HN 79/50

Verfahren zum Herstellen einer einen Halbleiterkörper einseitig bedeckenden Isolierschicht

Bei der Herstellung von großflächigen pn-Ubergängen in Halbleiterkörpern, wie sie für Gleichrichter und Solarzellen benötigt werden, strebt man eine weitgehend automatisierte Fertigung mit möglichst wenigen Fertigungsschritten an. Zur Herstellung von Solarzellen ging man bisher so vor, daß zunächst in eine Halbleiterscheibe allseitig unter Bildung eines nahe der Halbleiteroberfläche liegenden pn-Uberganges Störstellen eindiffundiert wurden. Die meist hoch dotierte Diffusionsschicht muß auf der Solarzellenrückseite durch Ätzen wieder entfernt werden. Hierzu muß die Vorderseite der Halbleiterscheibe mit einer gegen die Ätzlösung beständigen Maske bedeckt werden. Nach der Abätzung d^r eindiffundierten Zone auf der Rückseite des Halbleiterkörpers muß in einem weiteren aufwendigen Arbeitsschritt die Abdeckmaske auf der Solarzellenvorderseite wieder entfernt

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werden. Erst danach kann die Solarzelle mit den erforderlichen Anschlußkontakten versehen werden.

Andererseits läßt sich eine Solarzelle auch mit Hilfe der bekannten Planartechnologie herstellen. Hierbei werden die den pn-übergang erzeugenden Dotierungsstoffe nur von einer Oberflächenseite aus in den Halbleiterkörper eindiffundiert. Dies bedeutet jedoch, daß die übrigen Teile des Halbleiterkörpers, insbesondere die Rückseite, mit einer Diffusionsmaskierungsschicht bedeckt werden muß. Die Diffusionsmaskierungsschicht besteht bei Siliziumhalbleiterscheiben aus einer thermisch erzeugten Siliziumdioxydschicht. Zu ihrer Herstellung wird zunächst die Halbleiterscheibe allseitig mit dem thermisch erzeugten Oxyd bedeckt. Danach muß diese Oxidschicht von der Vorderseite der Halbleiterscheibe wieder ent^rnt werden. Hierzu ist notwendig, daß die nicht zu entfernenden Bereiche der Oxydschicht mit einer Ätzmaske abgedeckt werden. Nach der Abätzung des Oxyds auf der Solarzellenvorderseite muß in einem weiteren Arbeitsschritt die Ätzmaske, die in den übrigen Bereichen die Oxydschicht bedeckt, wieder entfernt

Die Zahl der Arbeitsschritte ist bei beiden geschilderten Verfahren gleich groß und nahezu auch gleich aufwendig. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Isolierschicht anzugeben, bei dem Arbeitsgänge eingespart werden können und das eine Automatisierung der Fertigung zuläßt. Dieses Verfahren soll insbesondere zur Herstellung einer Diffusionsmaskierungsschicht oder zur Herstellung einer reflexionsmindernden Schicht für Solarzellen geeignet sein. Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Isolierschicht aus einer undotierten Lösung auf den rotierenden Halbleiterkörper aufgeschleudert wird.

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Die Lösung wird dabei vorzugsweise so gewählt, daß nach dem Schleudern und Tempern auf der Halbleiteroberfläche reines, undotiertes Siliziumdioxyd zurückbleibt. Es soll insbesondere darauf hingewiesen werden, daß die erfindungsgemäß hergestellte Isolierschicht nicht als Diffusionsquelle dienen soll und daher undotiert sein muß.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß auf die Halbleiterscheibe einseitig eine Isolierschicht aufgebracht werden kann und diesem Arbeitsschritt sofort die Eindiffusion des pn-Überganges folgen kann. Zwischengeschaltete Ätz- und Maskierungsschritte entfallen damit.

Die Dicke der Oxydschicht wird durch die Zusammensetzung der Lösung und die Schleuderdrehzahl bestimmt. Der der Schichtaufbringung nachfolgende Temperprozeß hat außerdem eine Verdichtung der Schicht und damit eine Abnahme der Schichtdicke zur Folge. Bei Halbleiterscheiben mit einer relativ großen Oberflächenrauhigkeit empfiehlt es sich, nacheinander zwei oder mehr Schichten auf die Halbleiterscheiben aufzuschleudern, wobei dann jeweils der Herstellung einer Schicht ein Temperschritt folgt. Die Lösung, die zur Herstellung des sogenannten Silicafilms verwendet wird,' besteht beispielsweise aus Tetraäthoxysilan, Methanol und 0,1 molarer Salpetersäure. Eine andere Lösung setzt sich beispielsweise aus Orthoäthylkieselsaureester, Methanol und 0,1 molarer Salpetersäure zusammen.

Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll noch anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

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In der Fig. 1 ist eine Halbleiterscheibe 1, wie sie als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Solarzellen benötigt wird, dargestellt. Diese zumeist rechteckige Halbleiterscheibe besteht entweder aus einkristallinem SiIizium oder aber aus einem nicht einkristallinen Material, beispielsweise aus dem im Handel erhältlichen sogenannten Silso-Material. Diese Halbleiterscheibe, deren Kantenlänge beispielsweise 5 - 12 cm beträgt, wird auf dem Rotor einer Schleuder durch Ansaugen festgehalten. Auf die rotierende Halbleiterscheibe wird dann eine kleine Menge der Lösung aufgebracht. Hierbei rotiert die Halbleiterscheibe beispielsweise mit einer Drehzahl von ca. 5000 Umdr./min. Die Lösung setzt sich beispielsweise aus 1. Vol.-Teil Tetraäthoxysilan, 1. Vol.-Teil Methanol und 0,44 Vol.-Teilen 0,1 molarer SaI]. tersäure zusammen. Durch die Drehbewegung der Halbleiterscheibe wird die überschüssige Lösung abgeschleudert, und wenn nach ca. 15 see. der Schleuderprozeß beendet wird, bleibt auf der Halbleiterscheibe gemäß der Fig. 2 eine dünne SiIiziumdioxydschicht 2 zurück, die durch die einwirkende Fliehkraft bereits verdichtet wurde. Wie man der Fig. 2 entnimmt, überlappt die Siliziumdioxydsr^icht die Oberfläche der Halbleiterscheibe an den Räni n, wodurch sichergestellt ist, daß die einzudiffundierende Zone nicht bis zur Solarze-llenrückseite reicht.

Die aufgeschleuderte Siliziumdioxydschicht hat eine Dicke von ca. 0,2 - 0,3 um. Wenn Solarzellen aus gesägten Kalbleiterscheiben hergestellt werden, ist die Oberflächenrauhigkeit jedoch relativ groß. Sie reicht bis zu 10 μΐη Rauhtiefe. Bedingt durch diese sehr rauhe Oberfläche der gesägten Siliziumscheiben besteht die Gefahr, daß eine einschichtig aufgebrachte Siliziumdioxdschicht lokal zu dünn ist und in Teilbereichen damit ihre Maskierungsfähigkeit verliert. Aus diesem Grund kann es von Vorteil

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sein, zwei über,einanderliegende Siliziumdioxydschichten durch Aufschleudern herzustellen. In diesem Fall wird nach dem Aufschleudern einer ersten Schicht getempert. Die Temperatur liegt dabei bei ca. 600 - 700 ⁰C und wirkt auf die aufgeschleuderte Oxydschicht ca. 15 min. lang ein. Auch nach der Herstellung der zweiten Oxydschicht ist eine Temperung von Vorteil. Wenn die Halbleiterscheibe jedoch im Anschluß an die Herstellung der Oxydschicht einem Diffusionsprozeß ausgesetzt wird, ergibt sich der zweite Temperprozeß durch die Diffusionstemperaturen von selbst. Bei der Herstellung mehrerer übereinanderliegender Oxyd- : chichten ist es von Vorteil, wenn nach der Herstellung jeder Schicht die Drehrichtung des Rotors, auf dem die Halbleiterscheibe befestigt ist, umgekehrt wird. In diesem Fall ergeben sich besonders gleichmäßige Schichten.

Entsprechend der Fig. 2 wird nunmehr in die Halbleiterscheibe 1 unter Verwendung der Oxydschicht 2 als Maskierungsschicht eine dünne Oberflächenzone 4 eindiffundiert, die den zum Halbleitergrundkörper entgegengesetzten Leitungstyp aufweist. Der somit entstandene pn-übergang trennt die beiden Zonen 4 und 5 voneinander. Die Eindiffusion des pn-Uberganges erfolgt in der herkömmlichen Weise im offenen Rohrsystem, wobei in den p-dotierten Grundkörper beispielsweise eine 0,5 μπι dicke n-dotierte Schicht unter Verwendung von Phosphor-Störstellenatomen eindiffundiert wird. Danach wird die Diffusionsmaskierungsschicht 2 in einem geeigneten Lösungsmittel wieder entfernt.

Gemäß der Fig. 3 kann dann an der Solarzellenrückseite, die zuvor mit der Maskierungsschicht 2 bedeckt war, der Rückseitenkontakt 6, beispielsweise aus Aluminium, angebracht werden. Auf der Solarzellenvorderseite wird eine Kontakt-Kammstruktur angeordnet. Sie besteht aus

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parallel zueinander verlaufenden schmalen Stegen 7 b, die in einer senkrecht dazu verlaufenden Sammelschiene 7 a münden. Diese Sammelschiene 7 a ist beispielsweise in ihrem zentralen Bereich zu einer größerflächigen Kontaktanschlußstelle 8 erweitert. Die gesamte Solarzellenvorderseite wird vorzugsweise noch mit einer reflexionsmindernden Schicht bedeckt. Diese reflexionsmindernde Schicht kann gleichfalls aus Siliziumdioxyd bestehen und durch Aufschleudern hergestellt werden.

Die Schichtdicke ist dabei so zu wählen, daß das Mini mum der Reflexion bei ca. 600 nm auftritt. Die reflexionsmindernde Schicht 9 ist daher beispielsweise nur 0,065 μΐη dick. Diese relativ geringe Schichtdicke erhält man durch eine hohe Schleuderdrehzahl beim Aufbringen des Lösungsmittels.

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ORIGINAL INSPECTED

L e e r s e i t e

Claims

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Licentia Patent-Verwaltungs-G.m.b.H. Theodor-Stern-Kai 1, 6000 Frankfurt 70

Heilbronn, den 19.10.79 SE2-HN-Ma-pf - HN 79/50

Patentansprüche

Verfahren zum Herstellen einer einen Halbleiterkörper einseitig bedeckenden Isolierschicht (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht aus einer undotierten Lösung auf den rotierenden Halbleiterkörper (1) aufgeschleudert wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lösung verwendet wird, bei der nach dem Schleudern und Tempern auf der Halbleiteroberfläche reine& undotiertes Siliziumdioxyd zurückbleibt.
3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Öxydschicht durch.Zusammensetzung der Lösung und Wahl der Schleuderdrehzahl bestimmt wird.
4) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche eines HaIb-

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leiterkörpers aus einer Lösung nacheinander zwei oder mehr Schichten aufgeschleudert werden, wobei vor der Herstellung einer zweiten Schicht die erste Schicht durch Tempern verfestigt wird.
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5) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperung bei ca. 600 - 7OO ⁰C während einer Dauer von ca. 15 min. durchgeführt wird.
6) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung aus Tetraäthoxysilan, Methanol und 0,1 molarer Salpetersäure besteht.
7) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung aus 1 Vol.-Teil Tetraäthoxysilan

1 Vol.-Teil Methanol ca. 0,4 Vol.-Teil, 0,1 molaren Salpetersäure

besteht. \ ■
8) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung bei ca. 5000 Umdr./ min. während einer Dauer von ca. 15 see. zuc uildung einer ca. 0,2 - 0,3 μπι dicken Siliziumdioxydschicht aufgeschleudert wird.
9) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufschleudern mehrerer übereinanderliegender Schichten von Schicht zu Schicht die Rotationsrichtung des Halbleiterkörpers geändert wird.
10) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Verwendung zur Herstellung von Solarzellen.

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11) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Verwendung zur Herstellung von Solarzellen aus einkristallinem oder aus nicht
einkristallinem Silizium.
12) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Verwendung zur Herstellung einer Diffusionsmaske zur Eindiffusion des großflächigen pn-Ubergangs einer Solarzelle.
13) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Verwendung zur Herstellung der reflexionsmindernden Schicht auf der für den Lichteinfall vorgesehenen Oberflächenseite von Solarzellen.

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