JP7645138B2 - Method for manufacturing hard mask and method for manufacturing solar cell - Google Patents
Method for manufacturing hard mask and method for manufacturing solar cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP7645138B2 JP7645138B2 JP2021100918A JP2021100918A JP7645138B2 JP 7645138 B2 JP7645138 B2 JP 7645138B2 JP 2021100918 A JP2021100918 A JP 2021100918A JP 2021100918 A JP2021100918 A JP 2021100918A JP 7645138 B2 JP7645138 B2 JP 7645138B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hard mask
- main surface
- region
- manufacturing
- solar cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
本発明は、ハードマスクの製造方法、太陽電池の製造方法、及びイオン注入装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a hard mask, a method for manufacturing a solar cell, and an ion implantation device.
近年、結晶系シリコンを基板とする太陽電池(以下、結晶系太陽電池とも呼ぶ)の中で、最も発電効率が改善し注目がされている構造は、パッシベーション層(passivation layer)に酸化シリコン(SiOx)とアモルファスシリコン(a-Si)層を用いるTOPCon(Tunnel Oxide Passivating Contacts)構造である。 In recent years, among solar cells using crystalline silicon as a substrate (hereinafter also referred to as crystalline solar cells), the structure that has been attracting attention for its improved power generation efficiency is the TOPCon (Tunnel Oxide Passivating Contacts) structure, which uses silicon oxide (SiO x ) and amorphous silicon (a-Si) layers as a passivation layer.
EUPVSEC2018では、TOPCon-IBC(Tunnel Oxide Passivating Contact-Interdigitated Back Contact)構造と同様の構造であるPOLO(polycrystalline silicon on oxide)-IBCにより発電効率26.1%(EU内記録)が、ドイツ・ISFHから報告された(非特許文献1)。また、TOPCon構造においても発電効率26.0%がドイツ・FraunhoferISEから報告された(非特許文献2)。TOPCon構造を採用した結晶系太陽電池に関する量産化が、中国など各国において今後、検討されている状況にある。 At EUPVSEC 2018, ISFH in Germany reported a power generation efficiency of 26.1% (an EU record) using POLO (polycrystalline silicon on oxide)-IBC, which has a similar structure to the TOPCon-IBC (Tunnel Oxide Passivating Contact-Interdigitated Back Contact) structure (Non-Patent Document 1). Fraunhofer ISE in Germany also reported a power generation efficiency of 26.0% using the TOPCon structure (Non-Patent Document 2). Mass production of crystalline solar cells using the TOPCon structure is currently being considered in China and other countries.
TOPCon-IBC型太陽電池では、シリコン基板の裏面(受光面の反対側に位置する面)に、n型シリコン領域とp型シリコン領域とが離間するように配置されている。同じシリコン層にn型領域とp型領域とが配置される構成を得るため、TOPCon-IBC型結晶系太陽電池では、成膜工程、フォトリソグラフィを用いたマスキング工程及びエッチング工程が複数回、繰り返される。また、TOPCon構造においても受光面側の電極下部のみ選択的に高濃度にp層またはn層が形成されるため、上記同様のプロセスが用いられる。 In a TOPCon-IBC solar cell, an n-type silicon region and a p-type silicon region are arranged so as to be spaced apart on the back surface of the silicon substrate (the surface opposite the light-receiving surface). To obtain a configuration in which an n-type region and a p-type region are arranged in the same silicon layer, a film-forming process, a masking process using photolithography, and an etching process are repeated multiple times in a TOPCon-IBC crystalline solar cell. Also, in the TOPCon structure, a p-layer or n-layer is selectively formed in high concentration only on the lower part of the electrode on the light-receiving surface side, so a similar process as above is used.
しかしながら、上記の局所的にp、n層を形成する場合、若しくは局所的に高濃度にpまたはn層を製造する工程では、製造工程数が増え、製造ラインのコスト上昇を招く虞がある。また、TOPCon-IBCでは裏面p、n層の間隔をアライメント精度±30μm以内に位置合わせを行わなければならない。 However, when forming p and n layers locally as described above, or when manufacturing p or n layers with high concentration locally, the number of manufacturing steps increases, which may lead to increased costs for the manufacturing line. In addition, with TOPCon-IBC, the distance between the backside p and n layers must be aligned to within an alignment accuracy of ±30 μm.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、太陽電池の製造ラインにつきコスト上昇を抑えるハードマスクの製造方法、太陽電池の製造方法、及びイオン注入装置を提供することにある。 In view of the above circumstances, the object of the present invention is to provide a method for manufacturing a hard mask, a method for manufacturing a solar cell, and an ion implantation device that suppresses cost increases in solar cell manufacturing lines.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るハードマスクの製造方法では、
第1主面と、上記第1主面とは反対側の第2主面とを有する板状の基体の上記第1主面に凹部が形成され、
上記凹部に接着層を介して補強板が収容され、
上記凹部とは反対側の上記第2主面に上記凹部にまで貫通する開口を有するパターン領域部が形成され、
上記凹部から上記補強板及び上記接着層が取り除かれる。
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a hard mask according to one embodiment of the present invention includes the steps of:
a plate-like substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, the first main surface being provided with a recess;
A reinforcing plate is accommodated in the recess via an adhesive layer,
a pattern area portion having an opening penetrating to the recess is formed in the second main surface opposite to the recess,
The reinforcing plate and the adhesive layer are removed from the recess.
このようなハードマスクの製造方法によれば、太陽電池の製造ラインにつきコスト上昇を抑え、太陽電池におけるイオン注入領域を精度よく制御できる。 This method of manufacturing a hard mask can reduce the cost increase of a solar cell manufacturing line and can precisely control the ion implantation region in the solar cell.
上記のハードマスクの製造方法においては、上記基体として、シリコン基体が用いられてもよい。 In the above-mentioned method for manufacturing a hard mask, a silicon substrate may be used as the substrate.
上記のハードマスクの製造方法においては、上記第2主面に上記パターン領域部を形成する前に、上記補助版と上記第1主面との面揃え加工を行ってもよい。 In the method for manufacturing the hard mask, a surface alignment process between the auxiliary plate and the first main surface may be performed before the pattern area portion is formed on the second main surface.
このようなハードマスクの製造方法によれば、割れ、欠けのないハードマスクを製造できる。 This method of manufacturing a hard mask makes it possible to produce a hard mask that is free of cracks and chips.
上記のハードマスクの製造方法においては、上記パターン領域部をダイシングブレードによって形成してもよい。 In the above-mentioned method for manufacturing a hard mask, the pattern area may be formed using a dicing blade.
このようなハードマスクの製造方法によれば、ハードマスクを低コストで製造できる。 This method of manufacturing a hard mask allows hard masks to be manufactured at low cost.
上記のハードマスクの製造方法においては、上記シリコン基体として、結晶系シリコン基板を用いてもよい。 In the above-mentioned method for manufacturing a hard mask, a crystalline silicon substrate may be used as the silicon substrate.
このようなハードマスクの製造方法によれば、開口パターンの幅のバラツキが小さいハードマスクを製造できる。 This method of manufacturing a hard mask makes it possible to produce a hard mask with little variation in the width of the opening pattern.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る太陽電池の製造方法では、
第1主面と、前記第1主面とは反対側の第2主面とを有し、前記第1主面には凹部が設けられ、前記凹部とは反対側の前記第2主面に前記凹部にまで貫通する開口を有するパターン領域部が設けられたハードマスクが準備され、
結晶系シリコン基板の主面の側にハードマスクを用いイオン注入法によって上記主面に形成されたシリコン層に第1導電型の不純物元素または第2導電型の不純物元素が選択的に注入される。
In order to achieve the above object, a method for producing a solar cell according to one embodiment of the present invention includes the steps of:
a hard mask is prepared, the hard mask having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, the first main surface being provided with a recess, and the second main surface opposite to the recess being provided with a pattern region having an opening penetrating to the recess;
Using a hard mask on the main surface side of the crystalline silicon substrate, an impurity element of a first conductivity type or an impurity element of a second conductivity type is selectively implanted into a silicon layer formed on the main surface by ion implantation.
このような太陽電池の製造方法によれば、p、n層を選択的に注入する、もしくは1種のドーパント濃度を選択的に上げることができる。また、太陽電池の製造ラインにつきコスト上昇を抑え、太陽電池におけるイオン注入領域を精度よく制御できる。 This method of manufacturing solar cells makes it possible to selectively implant p- and n-layers, or selectively increase the concentration of one type of dopant. It also makes it possible to suppress cost increases in solar cell manufacturing lines and to precisely control the ion implantation regions in solar cells.
上記の太陽電池の製造方法においては、上記ハードマスクがシリコンで構成されてよい。 In the above solar cell manufacturing method, the hard mask may be made of silicon.
上記の太陽電池の製造方法においては、上記ハードマスクを少なくとも2個準備し、
一方のハードマスクを用いて上記シリコン層に第1導電型の不純物元素を選択的に注入して、上記シリコン層に第1導電型の第1領域を形成し、他方のハードマスクを用いて、上記第1領域が形成されていない上記シリコン層に第2導電型の不純物元素を選択的に注入して、上記シリコン層に第2導電型の第2領域を形成してもよい。
In the method for manufacturing a solar cell, at least two of the hard masks are prepared,
One hard mask may be used to selectively inject an impurity element of a first conductivity type into the silicon layer to form a first region of the first conductivity type in the silicon layer, and the other hard mask may be used to selectively inject an impurity element of a second conductivity type into the silicon layer in which the first region is not formed, to form a second region of the second conductivity type in the silicon layer.
このような太陽電池の製造方法によれば、第1領域及び第2領域のそれぞれの幅を独立して変更可能になる。 This method of manufacturing a solar cell makes it possible to change the width of each of the first and second regions independently.
上記の太陽電池の製造方法においては、上記第2領域は、上記第1領域に並設され、上記第1領域と上記第2領域との間隔が5μm以上100μmに設定されてもよい。 In the above-mentioned method for manufacturing a solar cell, the second region may be arranged in parallel with the first region, and the distance between the first region and the second region may be set to 5 μm or more and 100 μm or less.
このような太陽電池の製造方法によれば、第1領域と第2領域との間隔の制御を精度よく制御できる。 This method of manufacturing a solar cell allows for precise control of the distance between the first and second regions.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るイオン注入装置は、
基板を支持することが可能な支持台と、
上記ハードマスクと、
上記ハードマスクを介して上記基板にイオンを注入するイオン注入源と
を具備する。
In order to achieve the above object, an ion implantation apparatus according to one aspect of the present invention comprises:
A support table capable of supporting a substrate;
The hard mask;
an ion implantation source for implanting ions into the substrate through the hard mask.
このようなイオン注入装置によれば、太陽電池の製造ラインにつきコスト上昇を抑え、太陽電池におけるイオン注入領域を精度よく制御できる。 This type of ion implantation device can reduce cost increases in solar cell manufacturing lines and accurately control the ion implantation area in solar cells.
上記のイオン注入装置においては、上記ハードマスクがシリコンで構成されてよい。 In the above ion implantation apparatus, the hard mask may be made of silicon.
以上述べたように、本発明によれば、太陽電池の製造ラインにつきコスト上昇を抑えるハードマスクの製造方法、太陽電池の製造方法、及びイオン注入装置が提供される。 As described above, the present invention provides a hard mask manufacturing method, a solar cell manufacturing method, and an ion implantation device that suppresses cost increases in solar cell manufacturing lines.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、XYZ軸座標が導入される場合がある。また、同一の部材または同一の機能を有する部材には同一の符号を付す場合があり、その部材を説明した後には適宜説明を省略する場合がある。また、以下に示す数値は例示であり、この例に限らない。 Below, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. XYZ axis coordinates may be introduced in each drawing. In addition, the same reference numerals may be used for identical components or components having the same functions, and after the components have been described, the description may be omitted as appropriate. In addition, the numerical values shown below are examples and are not limited to these examples.
[太陽電池] [Solar cells]
図1は、本実施形態に係る太陽電池の製造方法により製造される太陽電池の概略構成図である。 Figure 1 is a schematic diagram of a solar cell manufactured by the solar cell manufacturing method according to this embodiment.
図1に示す太陽電池100は、TOPCon-IBC型結晶系太陽電池である。太陽電池100は、n型(第1導電型)の結晶系シリコン基板110と、シリコン層111と、n型領域(第1領域)111nと、p型領域(第2領域)111pと、保護層112と、保護層120と、n側電極130nと、p側電極130pとを具備する。 The solar cell 100 shown in FIG. 1 is a TOPCon-IBC type crystalline solar cell. The solar cell 100 comprises an n-type (first conductivity type) crystalline silicon substrate 110, a silicon layer 111, an n-type region (first region) 111n, a p-type region (second region) 111p, a protective layer 112, a protective layer 120, an n-side electrode 130n, and a p-side electrode 130p.
n型領域111nには、n側電極130nが接続されている。p型領域111pには、p側電極130pが接続されている。n側電極130nまたはp側電極130pは、例えば、銀(Ag),アルミニウム(Al)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)等、または前記メタルの混合材の少なくともいずれかを含む。 An n-side electrode 130n is connected to the n-type region 111n. A p-side electrode 130p is connected to the p-type region 111p. The n-side electrode 130n or the p-side electrode 130p contains, for example, at least one of silver (Ag), aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), titanium (Ti), etc., or a mixture of the above metals.
太陽電池100では、受光面が結晶系シリコン基板110の裏面110aとは反対側に位置している。例えば、結晶系シリコン基板110の表面110bは、太陽光を効率よく取り込むために凹凸構造(テクスチャ構造)を有する。表面110bには、表面110bの凹凸表面に沿って、太陽光の反射による光量損失を抑制するための反射防止膜としても機能する保護層112,120が設けられている。 In the solar cell 100, the light receiving surface is located on the opposite side to the back surface 110a of the crystalline silicon substrate 110. For example, the front surface 110b of the crystalline silicon substrate 110 has an uneven structure (textured structure) to efficiently capture sunlight. On the front surface 110b, protective layers 112, 120 are provided along the uneven surface of the front surface 110b, which also function as anti-reflection films to suppress light loss due to reflection of sunlight.
太陽電池100では、結晶系シリコン基板110の表面110bから太陽光を受光し、表面110bとは反対側に電極構造(裏面電極構造)が設けられている。これにより、太陽電池100では、電極が受光面にない構造となり、電極による太陽光のシャドウロスが抑制される。 The solar cell 100 receives sunlight from the surface 110b of the crystalline silicon substrate 110, and an electrode structure (back electrode structure) is provided on the opposite side to the surface 110b. As a result, the solar cell 100 has a structure in which the electrodes are not on the light-receiving surface, and shadow loss of sunlight due to the electrodes is suppressed.
結晶系シリコン基板110の裏面110aは、シリコン層111が設けられる。シリコン層111の厚さd1は、例えば、5nm以上200nm以下である。また、本実施形態では、シリコン層111に、n型領域111nとp型領域111pとを形成するために非質量分離型のイオン注入法(プラズマドーピング法)が用いられる。非質量分離型のイオン注入法は、大面積に渡り不純物元素を注入することができるので、太陽電池製造におけるスループットが向上する。 A silicon layer 111 is provided on the back surface 110a of the crystalline silicon substrate 110. The thickness d1 of the silicon layer 111 is, for example, 5 nm or more and 200 nm or less. In this embodiment, a non-mass-separated ion implantation method (plasma doping method) is used to form an n-type region 111n and a p-type region 111p in the silicon layer 111. The non-mass-separated ion implantation method can implant impurity elements over a large area, improving the throughput in solar cell manufacturing.
シリコン層111に不純物元素をイオンの状態で導入するものであれば、手法は非質量分離型のイオン注入法には限らず、質量分離型のイオン注入法などでも可能である。以下の説明では、不純物導入法の代表例として非質量分離型のイオン注入法を用いて詳述する。簡便のため、非質量分離型のイオン注入を「イオン注入」と表現することとする。次に、イオン注入を行う装置を説明する。 As long as the impurity element is introduced into the silicon layer 111 in an ion state, the method is not limited to the non-mass-separated ion implantation method, and a mass-separated ion implantation method is also possible. In the following explanation, the non-mass-separated ion implantation method is used as a representative example of an impurity introduction method and will be described in detail. For simplicity, the non-mass-separated ion implantation will be referred to as "ion implantation". Next, an apparatus for performing ion implantation will be described.
[イオン注入装置] [Ion implantation device]
図2は、本実施形態に係る太陽電池の製造方法に適用されるイオン注入装置の概略構成図である。 Figure 2 is a schematic diagram of an ion implantation device that is used in the solar cell manufacturing method according to this embodiment.
イオン注入装置1000は、真空槽1001(下側真空槽)と、真空槽1002(上側真空槽)と、絶縁部材1003と、支持台1004と、ガス供給源1005と、ハードマスク10とを具備する。さらに、イオン注入装置1000は、RF導入コイル1100と、永久磁石1101と、RF導入窓(石英窓)1102と、電極1200と、電極1201と、直流電源1300と、交流電源1301とを具備する。 The ion implantation device 1000 includes a vacuum chamber 1001 (lower vacuum chamber), a vacuum chamber 1002 (upper vacuum chamber), an insulating member 1003, a support stand 1004, a gas supply source 1005, and a hard mask 10. The ion implantation device 1000 further includes an RF introduction coil 1100, a permanent magnet 1101, an RF introduction window (quartz window) 1102, an electrode 1200, an electrode 1201, a DC power supply 1300, and an AC power supply 1301.
真空槽1002は、真空槽1001よりも小径で、絶縁部材1003を介して真空槽1001上に設けられている。真空槽1002は、ハードマスク10を介して基板S1にイオンを注入するイオン注入源である。真空槽1001及び真空槽1002は、ターボ分子ポンプ等の真空排気手段により減圧状態を維持することができる。支持台1004は、真空槽1001内に設けられている。支持台1004は、基板S1を支持することができる。支持台1004内には、基板S1を加熱する加熱機構が設けられてもよい。基板S1は、太陽電池100の製造用の半導体ウェーハ、ガラス基板等である。また、真空槽1002内にはガス供給源1005によってイオン注入用のガスが導入される。 The vacuum chamber 1002 has a smaller diameter than the vacuum chamber 1001 and is provided on the vacuum chamber 1001 via an insulating member 1003. The vacuum chamber 1002 is an ion implantation source that implants ions into the substrate S1 through the hard mask 10. The vacuum chambers 1001 and 1002 can be maintained in a reduced pressure state by a vacuum exhaust means such as a turbo molecular pump. The support table 1004 is provided in the vacuum chamber 1001. The support table 1004 can support the substrate S1. A heating mechanism for heating the substrate S1 may be provided in the support table 1004. The substrate S1 is a semiconductor wafer, a glass substrate, or the like for manufacturing the solar cell 100. In addition, a gas for ion implantation is introduced into the vacuum chamber 1002 by a gas supply source 1005.
支持台1004は、基板S1を支持することができる。基板S1は、図1に示す裏面110aの側が真空槽1002に向けて支持台1004に配置される。基板S1と真空槽1002との間には、ハードマスク10が配置される。イオン注入装置1000には、ハードマスク10を他のハードマスクに取り換えたり、ハードマスク10と基板S1との距離を変えるマスク移動機構(不図示)が設けられてもよい。例えば、ハードマスク10と基板S1との距離は、0mm~5mmに設定できる。 The support table 1004 can support the substrate S1. The substrate S1 is placed on the support table 1004 with the back surface 110a shown in FIG. 1 facing the vacuum chamber 1002. A hard mask 10 is placed between the substrate S1 and the vacuum chamber 1002. The ion implantation device 1000 may be provided with a mask movement mechanism (not shown) for replacing the hard mask 10 with another hard mask or for changing the distance between the hard mask 10 and the substrate S1. For example, the distance between the hard mask 10 and the substrate S1 can be set to 0 mm to 5 mm.
RF導入コイル1100は、RF導入窓1102上に永久磁石1101を囲むように配置される。永久磁石1101の形状は、リング状である。RF導入コイル1100の形状は、コイル状である。RF導入コイル1100の直径は、基板S1のサイズに応じて適宜設定できる。真空槽1002内にイオン注入用のガスが導入されて、RF導入コイル1100に交流電源1301から所定の電力が供給されると、ICP(Inductively Coupled Plasma)放電により真空槽1002内にプラズマ1010が発生する。 The RF introduction coil 1100 is arranged on the RF introduction window 1102 so as to surround the permanent magnet 1101. The permanent magnet 1101 is shaped like a ring. The RF introduction coil 1100 is shaped like a coil. The diameter of the RF introduction coil 1100 can be set appropriately according to the size of the substrate S1. When gas for ion implantation is introduced into the vacuum chamber 1002 and a predetermined power is supplied to the RF introduction coil 1100 from the AC power source 1301, plasma 1010 is generated in the vacuum chamber 1002 by ICP (Inductively Coupled Plasma) discharge.
電極1200は、複数の開口を有する電極(例えば、メッシュ電極)であり、絶縁部材1003に支持されている。電極1200の電位は、浮遊電位である。これにより、真空槽1002と電極1200とによって囲まれた空間に、安定したプラズマ1010が発生する。 The electrode 1200 is an electrode (e.g., a mesh electrode) having multiple openings, and is supported by the insulating member 1003. The potential of the electrode 1200 is a floating potential. This generates a stable plasma 1010 in the space surrounded by the vacuum chamber 1002 and the electrode 1200.
電極1200の下には、複数の開口を有する別の電極(例えば、メッシュ電極)1201が配置されている。電極1201は、基板S1に対向している。電極1201とRF導入コイル1100との間には直流電源1300が接続され、電極1201には負の電位(加速電圧)が印加される。これにより、プラズマ1010中の正イオンが電極1201によってプラズマ1010から引き出される。 Under the electrode 1200, another electrode (e.g., a mesh electrode) 1201 having a number of openings is disposed. The electrode 1201 faces the substrate S1. A DC power supply 1300 is connected between the electrode 1201 and the RF induction coil 1100, and a negative potential (acceleration voltage) is applied to the electrode 1201. As a result, positive ions in the plasma 1010 are extracted from the plasma 1010 by the electrode 1201.
引き出された正イオンは、メッシュ状の電極1200、1201を通過して基板S1(シリコン層111)にまで到達することができる。イオン注入装置1000において、正イオンの加速電圧は、例えば、1kV以上30kV以下の範囲で設定することができる。また、支持台1004には、加速電圧を調整できるバイアス電源を接続してもよい。 The extracted positive ions can pass through the mesh electrodes 1200 and 1201 and reach the substrate S1 (silicon layer 111). In the ion implantation device 1000, the acceleration voltage of the positive ions can be set, for example, in the range of 1 kV to 30 kV. In addition, a bias power supply capable of adjusting the acceleration voltage may be connected to the support table 1004.
真空槽1002には、基板S1に注入する不純物元素(n型不純物元素またはp型不純物元素)を含むガスが導入される。このガスによって真空槽1002内にプラズマ1010が形成されて、プラズマ1010中のn型不純物イオンまたはp型不純物イオンが基板S1に注入される。n型不純物イオンは、例えば、P、PX+、PX2 +、PX3 +等の少なくも1つである。ここで、「X」は、水素、ハロゲン(F、Cl)のいずれかである。p型不純物イオンは、例えば、B+、BY+、BY2 +、BY3 +、B2Y2 +、B3Y2 +、B4Y2 +等の少なくも1つである。ここで、「Y」は、水素、ハロゲン(F、Cl)のいずれかである。 A gas containing an impurity element (n-type impurity element or p-type impurity element) to be implanted into the substrate S1 is introduced into the vacuum chamber 1002. A plasma 1010 is formed in the vacuum chamber 1002 by this gas, and n-type impurity ions or p-type impurity ions in the plasma 1010 are implanted into the substrate S1. The n-type impurity ions are, for example, at least one of P, PX + , PX 2 + , PX 3 + , etc. Here, "X" is either hydrogen or halogen (F, Cl). The p-type impurity ions are, for example, at least one of B + , BY + , BY 2 + , BY 3 + , B 2 Y 2 + , B 3 Y 2 + , B 4 Y 2 + , etc. Here, "Y" is either hydrogen or halogen (F, Cl).
n型領域111nの不純物元素及びp型領域111pの不純物元素の濃度は、n型領域111n及びp型領域111pの導電率が最適になるように調整される。但し、n型領域111nに注入される不純物元素の濃度は、結晶系シリコン基板110におけるn型不純物元素の濃度より高く設定される。 The concentrations of the impurity elements in the n-type region 111n and the p-type region 111p are adjusted so that the conductivity of the n-type region 111n and the p-type region 111p is optimized. However, the concentration of the impurity element implanted in the n-type region 111n is set to be higher than the concentration of the n-type impurity element in the crystalline silicon substrate 110.
本実施形態では、プラズマ1010を形成する手段として、ICP方式に限らず、電子サイクロトン共鳴プラズマ(Electron Cyclotron resonance Plasma)方式、ヘリコン波励起プラズマ(Helicon Wave Plasma)方式等でもよい。 In this embodiment, the means for forming the plasma 1010 is not limited to the ICP method, but may also be an electron cyclotron resonance plasma method, a helicon wave plasma method, or the like.
また、本実施形態では、不純物元素のシリコン層111への注入を行う際に、イオン注入用のガスに水素を含むガス(例えば、PH3、BH2等)を添加してもよい。これにより、シリコン層111に水素が注入されて、シリコン層111の構造欠陥が修復される。これにより、キャリアの構造欠陥における再結合が抑制され、n型領域111n及びp型領域111pに到達するキャリアの総量が増加する。これにより、光電変換効率が向上し、開放電圧(Voc)が上昇する。 In addition, in this embodiment, when an impurity element is implanted into the silicon layer 111, a gas containing hydrogen (e.g., PH3 , BH2 , etc.) may be added to the gas for ion implantation. This allows hydrogen to be implanted into the silicon layer 111, and structural defects in the silicon layer 111 are repaired. This suppresses recombination of carriers in the structural defects, and increases the total amount of carriers that reach the n-type region 111n and the p-type region 111p. This improves the photoelectric conversion efficiency and increases the open circuit voltage ( Voc ).
[ハードマスク] [Hard Mask]
図3(a)は、本実施形態に係るハードマスクの模式的平面図である。図3(b)、(c)は、本実施形態に係るハードマスクの模式的断面図である。図3(b)には、図3(a)のA1-A2線に沿った断面が示されている。図3(c)には、図3(a)のA3-A4線に沿った断面が示されている。 FIG. 3(a) is a schematic plan view of a hard mask according to this embodiment. FIGS. 3(b) and 3(c) are schematic cross-sectional views of a hard mask according to this embodiment. FIG. 3(b) shows a cross section taken along line A1-A2 in FIG. 3(a). FIG. 3(c) shows a cross section taken along line A3-A4 in FIG. 3(a).
ハードマスク10は、結晶系シリコンで構成される。ハードマスク10は、結晶系シリコンに限らず、グラファイトで構成されてもよい。以下、結晶系シリコンを例にハードマスク10を説明する。 The hard mask 10 is made of crystalline silicon. The hard mask 10 is not limited to crystalline silicon, and may be made of graphite. Below, the hard mask 10 will be described using crystalline silicon as an example.
ハードマスク10の平面形状は、例えば、8角形で構成される。平面形状は、8角形に限らず、4角形、6角形等の多角形でもよい。ハードマスク10は、主面11(第1主面)と、主面11とは反対側の主面12(第2主面)と、主面11に設けられた凹部(ザグリ)13と、主面12に設けられたパターン領域部15と、パターン領域部15及び凹部13を囲み肉厚の周辺部14とを有する。 The planar shape of the hard mask 10 is, for example, an octagon. The planar shape is not limited to an octagon, and may be a polygon such as a rectangle or a hexagon. The hard mask 10 has a main surface 11 (first main surface), a main surface 12 (second main surface) opposite the main surface 11, a recess (countersink) 13 provided in the main surface 11, a pattern area 15 provided in the main surface 12, and a thick peripheral portion 14 surrounding the pattern area 15 and the recess 13.
凹部13は、主面11から掘り下げられ、例えば、ハードマスク10の中央部に位置する。凹部13の平面形状は、対向する一対の長辺13La、13Lbと、対向する一対の短辺13Sa、13Sbとによって囲まれた矩形状となっている。凹部13の深さは、ハードマスク10の厚みよりも浅い。ここで、長辺13La、13Lbが延在する方向を第1方向、短辺13Sa、13Sbが延在する方向を第2方向とする。第1方向と第2方向とは略直交する。 The recess 13 is dug down from the main surface 11 and is located, for example, in the center of the hard mask 10. The planar shape of the recess 13 is a rectangle surrounded by a pair of opposing long sides 13La, 13Lb and a pair of opposing short sides 13Sa, 13Sb. The depth of the recess 13 is shallower than the thickness of the hard mask 10. Here, the direction in which the long sides 13La, 13Lb extend is the first direction, and the direction in which the short sides 13Sa, 13Sb extend is the second direction. The first direction and the second direction are approximately perpendicular to each other.
凹部13とは反対側の主面12には、凹部13にまで貫通する開口15hを有したパターン領域部15が設けられる。開口15hは、パターン領域部15において複数設けられる。複数の開口15hのそれぞれの線幅は、実質的に同じである。複数の開口15hは、第1方向に並設される。例えば、複数の開口15hのそれぞれは、第1方向に周期的に並設される。また、複数の開口15hのそれぞれは、第2方向に沿って直線状に延在する。ハードマスク10においては、複数の開口15hによってライン・アンド・スペースの開口パターンが形成される。 A pattern area 15 having an opening 15h penetrating to the recess 13 is provided on the main surface 12 opposite the recess 13. A plurality of openings 15h are provided in the pattern area 15. The line width of each of the plurality of openings 15h is substantially the same. The plurality of openings 15h are arranged side by side in the first direction. For example, each of the plurality of openings 15h is arranged side by side periodically in the first direction. Also, each of the plurality of openings 15h extends linearly along the second direction. In the hard mask 10, a line-and-space opening pattern is formed by the plurality of openings 15h.
複数の開口15hは、パターン領域部15に、10本~1700本、配置される。開口15hの線幅は、例えば、10μm~600μmに設定される。複数の開口15hのそれぞれが第1方向に周期的に並設された場合、開口15hのピッチは、例えば、300μm~4000μmに設定される。また、パターン領域部15の厚み(または、開口15hの深さ)は、例えば、0.2mm~10.0mmに設定され、例えば、0.4mmである。 The multiple openings 15h are arranged in the pattern area 15 in a number of 10 to 1700. The line width of the openings 15h is set to, for example, 10 μm to 600 μm. When the multiple openings 15h are arranged periodically in the first direction, the pitch of the openings 15h is set to, for example, 300 μm to 4000 μm. The thickness of the pattern area 15 (or the depth of the openings 15h) is set to, for example, 0.2 mm to 10.0 mm, e.g., 0.4 mm.
また、複数の開口15hのそれぞれは、パターン領域部15を囲む周辺部14に設けられた溝15ta、15tbに連通する。複数の開口15hのそれぞれは、第2方向において、溝15taと溝15tbとの間に設けられる。溝15ta、15tbのそれぞれは、第2方向に延在する。溝15taは、パターン領域部15から、長辺13Laに対向するハードマスク10の端部10eaにまで延在する。溝15tbは、パターン領域部15から、長辺13Lbに対向するハードマスク10の端部10ebにまで延在する。 Each of the multiple openings 15h is connected to grooves 15ta and 15tb provided in the peripheral portion 14 surrounding the pattern region portion 15. Each of the multiple openings 15h is provided between grooves 15ta and 15tb in the second direction. Each of grooves 15ta and 15tb extends in the second direction. Groove 15ta extends from the pattern region portion 15 to end 10ea of the hard mask 10 facing the long side 13La. Groove 15tb extends from the pattern region portion 15 to end 10eb of the hard mask 10 facing the long side 13Lb.
溝15ta、15tbは、ハードマスク10の主面12から主面11にまで貫通せず、周辺部14において有底の溝となっている。開口15h及び溝15ta、15tbの深さ、線幅は、実質的に同じである。すなわち、パターン領域部15から任意の開口15hを選択した場合、その開口15hと、その開口15hの両端に連通した一対の溝15ta、15tbとによって、1本の直線状のスペース溝15sが形成される。また、スペース溝15sは、ハードマスク10において第1方向に複数並設される。 The grooves 15ta and 15tb do not penetrate from the main surface 12 to the main surface 11 of the hard mask 10, but are bottomed grooves in the peripheral portion 14. The depth and line width of the opening 15h and the grooves 15ta and 15tb are substantially the same. That is, when an arbitrary opening 15h is selected from the pattern area portion 15, a single linear space groove 15s is formed by the opening 15h and a pair of grooves 15ta and 15tb that communicate with both ends of the opening 15h. In addition, multiple space grooves 15s are arranged side by side in the first direction in the hard mask 10.
図4(a)~図5(c)は、本実施形態に係るハードマスクの製造過程を説明する模式的断面図であり、図6は、本実施形態に係るハードマスクの製造過程を説明する模式的平面図である。 FIGS. 4(a) to 5(c) are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the hard mask according to this embodiment, and FIG. 6 is a schematic plan view illustrating the manufacturing process of the hard mask according to this embodiment.
図4(a)に示すように、主面11と、主面11とは反対側の主面12とを有する板状の基体、例えば、シリコン基体10sが準備された後、シリコン基体10sの主面11に凹部13が形成される。凹部13が形成されたシリコン基体10sの原板としては、シリコンウェーハ等の結晶系シリコン基板が用いられる。なお、シリコン基体10sの平面形状は、図3(a)に示されたハードマスク10の平面形状と同じである。なお、板状の基体としては、グラファイト基体を用いてもよい。 As shown in FIG. 4(a), a plate-shaped substrate having a main surface 11 and a main surface 12 opposite to the main surface 11, for example, a silicon substrate 10s, is prepared, and then a recess 13 is formed in the main surface 11 of the silicon substrate 10s. A crystalline silicon substrate such as a silicon wafer is used as the original substrate of the silicon substrate 10s in which the recess 13 is formed. The planar shape of the silicon substrate 10s is the same as the planar shape of the hard mask 10 shown in FIG. 3(a). A graphite substrate may also be used as the plate-shaped substrate.
凹部13は、グラインド研磨、ドライエッチング、ウェットエッチング等の手法によって形成される。シリコン基体10s(結晶系シリコン基板)の厚みは、例えば、0.5mm~20mmである。凹部13の深さは、0.2mm~10mmである。シリコン基体10sに凹部13が形成されることで、シリコン基体10sには、凹部13を囲む周辺部14と、周辺部14よりも肉厚が薄い領域部15aが形成される。領域部15aの厚みは、例えば、パターン領域部15の厚みに相当する。領域部15aは、後述する加工によってパターン領域部15に置き換えられる。 The recess 13 is formed by a method such as grind polishing, dry etching, or wet etching. The thickness of the silicon substrate 10s (crystalline silicon substrate) is, for example, 0.5 mm to 20 mm. The depth of the recess 13 is 0.2 mm to 10 mm. By forming the recess 13 in the silicon substrate 10s, a peripheral portion 14 surrounding the recess 13 and a region 15a having a smaller thickness than the peripheral portion 14 are formed in the silicon substrate 10s. The thickness of the region 15a corresponds to, for example, the thickness of the pattern region 15. The region 15a is replaced with the pattern region 15 by processing described below.
次に、図4(b)に示すように、凹部13に接着層20が配置されて、接着層20を介して補強板30が凹部13に収容される。補強板30の材料は、シリコン基体10sの材料と同じである。 Next, as shown in FIG. 4(b), an adhesive layer 20 is placed in the recess 13, and the reinforcing plate 30 is placed in the recess 13 via the adhesive layer 20. The material of the reinforcing plate 30 is the same as the material of the silicon substrate 10s.
ここで、周辺部14の厚みd2と、主面12から補強板30の非接着面(露出面)30sまでの厚みd3とが異なり、主面11の側において周辺部14と補強板30との段差がある場合には、主面12にパターン領域部を形成する前に、主面11または非接着面30sに対して研磨処理を行って、主面11及び非接着面30sの面揃え加工が行われる。 Here, if the thickness d2 of the peripheral portion 14 is different from the thickness d3 from the main surface 12 to the non-adhesive surface (exposed surface) 30s of the reinforcing plate 30, and there is a step between the peripheral portion 14 and the reinforcing plate 30 on the main surface 11 side, a polishing process is performed on the main surface 11 or the non-adhesive surface 30s before forming the pattern area portion on the main surface 12, and the main surface 11 and the non-adhesive surface 30s are aligned.
例えば、図4(b)の状態で、d2>d3の場合には、図4(c)に示されるように、主面11の側のグラインド研磨を行って、d2とd3とが略同じになるように主面11及び非接着面30sの面揃え加工が行われる。この際、補強板30の材料と、シリコン基体10sの材料とが同じであれば、どちらか一方が優先的に研磨されることがない。さらに、補強板30の材料と、シリコン基体10sの材料とが同じであれば、同じ研磨治具を使用でき、また、補強板30の研磨材料と、シリコン基体10sの研磨材料とを個別に用意する必要もない。 For example, in the state of FIG. 4(b), if d2>d3, as shown in FIG. 4(c), grind polishing is performed on the main surface 11 side, and the main surface 11 and the non-bonding surface 30s are surface-aligned so that d2 and d3 are approximately the same. In this case, if the material of the reinforcing plate 30 and the material of the silicon base 10s are the same, one will not be preferentially polished. Furthermore, if the material of the reinforcing plate 30 and the material of the silicon base 10s are the same, the same polishing tool can be used, and there is no need to prepare separate polishing materials for the reinforcing plate 30 and the silicon base 10s.
次に、図4(d)に示すように、補強板30が付設されたシリコン基体10sが粘着性を有した下地(ダイシングシート)40に載置される。下地40には、主面11と、補強板30とが接触する。 Next, as shown in FIG. 4(d), the silicon substrate 10s with the reinforcing plate 30 attached thereto is placed on an adhesive base (dicing sheet) 40. The main surface 11 and the reinforcing plate 30 come into contact with the base 40.
次に、ダイシングブレード50によって、図3(a)に示されたスペース溝15sがシリコン基体10sの主面12の側に形成される。スペース溝15sの深さは、少なくともパターン領域部15の厚み分を有する。また、スペース溝15sを形成する際、凹部13には補強板30が収容されていることから、肉薄の領域部15aにダイシングブレード50が当接したとしても、領域部15aの機械的強度が確保される。これにより、シリコン基体10sに割れ、欠けが発生することなく、シリコン基体10sの主面12の側にスペース溝15sが形成される。また、周辺部14の厚みと、主面12から補強板30の非接着面30sまでの厚みとが略同じになっていることから、ダイシングブレード50が主面12に押し当てられても、周辺部14と領域部15aとの間の部分に不要な応力がかからず、シリコン基体10sに割れ、欠けが発生しにくくなる。 Next, the space groove 15s shown in FIG. 3(a) is formed on the main surface 12 side of the silicon substrate 10s by the dicing blade 50. The depth of the space groove 15s is at least the thickness of the pattern region 15. In addition, since the reinforcing plate 30 is accommodated in the recess 13 when the space groove 15s is formed, even if the dicing blade 50 abuts against the thin region 15a, the mechanical strength of the region 15a is ensured. As a result, the space groove 15s is formed on the main surface 12 side of the silicon substrate 10s without cracking or chipping the silicon substrate 10s. In addition, since the thickness of the peripheral portion 14 and the thickness from the main surface 12 to the non-adhesive surface 30s of the reinforcing plate 30 are approximately the same, even if the dicing blade 50 is pressed against the main surface 12, unnecessary stress is not applied to the portion between the peripheral portion 14 and the region 15a, and the silicon substrate 10s is less likely to crack or chip.
この結果、図5(a)に示すように、凹部13とは反対側の主面12に凹部13にまで貫通する開口15hが安定して形成される。なお、スペース溝15sは、複数形成され、例えば、図5(a)の左から右に複数形成されてもよく、右から左に複数形成されてもよい。あるいは、凹部13の中央から先に形成し、この後、中央を始点としてその両側に対称的に形成されてもよい。 As a result, as shown in FIG. 5(a), an opening 15h penetrating all the way to the recess 13 is stably formed in the main surface 12 on the side opposite the recess 13. Note that a plurality of space grooves 15s may be formed, for example, from left to right in FIG. 5(a) or from right to left. Alternatively, they may be formed first from the center of the recess 13, and then formed symmetrically on both sides starting from the center.
これにより、図5(b)に示すように、ダイシングブレード50によって、パターン領域部15が形成されたシリコン基体10sが形成される。この後、図5(c)に示すように、シリコン基体10sがダイシングブレード50から離され、シリコン基体10sが薬液に浸漬されることによって、凹部13から補強板30及び接着層20が取り除かれる。これにより、ハードマスク10が形成される。 As a result, as shown in FIG. 5(b), the dicing blade 50 forms a silicon substrate 10s on which the pattern area 15 is formed. Thereafter, as shown in FIG. 5(c), the silicon substrate 10s is separated from the dicing blade 50, and the silicon substrate 10s is immersed in a chemical solution, thereby removing the reinforcing plate 30 and the adhesive layer 20 from the recess 13. As a result, the hard mask 10 is formed.
なお、スペース溝15sを形成する際、スペース溝15sと同じ線幅の厚みを持ったダイシングブレード50でスペース溝15sを形成してもよい。この場合、1回のダイシングブレード50の通過ごとに1本のスペース溝15sが形成される。あるいは、図6に示すように、スペース溝15sの線幅よりも薄いダイシングブレードを用いて、1本のスペース溝15sに対し、ダイシングブレードを複数回往復させてスペース溝15sを形成してもよい。 When forming the space grooves 15s, the space grooves 15s may be formed using a dicing blade 50 having the same thickness and line width as the space grooves 15s. In this case, one space groove 15s is formed with each pass of the dicing blade 50. Alternatively, as shown in FIG. 6, a dicing blade thinner than the line width of the space grooves 15s may be used to move the dicing blade back and forth multiple times over one space groove 15s to form the space grooves 15s.
例えば、図6に示すように、スペース溝15sの線幅の3分の1程度の幅を持ったダイシングブレードを使用し、1本のスペース溝15sを形成する際、スペース溝15sの両側部に相当する溝部15-1及び溝部15-2を予め研削し、最後にスペース溝15sの中央部に相当する溝部15-3を研削してもよい。このような手法によれば、ダイシングブレードによってシリコン基体10sにかかる負荷(応力)が緩和されて、割れ、欠けのないスペース溝15sが形成される。このように、最終的に、目的の線幅を有したスペース溝15sを形成すればよい。 For example, as shown in FIG. 6, when forming one space groove 15s using a dicing blade having a width of about one-third the line width of the space groove 15s, groove portion 15-1 and groove portion 15-2 corresponding to both sides of the space groove 15s may be ground in advance, and groove portion 15-3 corresponding to the center of the space groove 15s may be ground last. With this method, the load (stress) applied to the silicon substrate 10s by the dicing blade is alleviated, and a space groove 15s without cracks or chips is formed. In this way, a space groove 15s having the desired line width may be finally formed.
[太陽電池の製造方法] [How solar cells are manufactured]
図7(a)~図8(b)は、本実施形態の太陽電池の製造方法を説明する模式的断面図である。 Figures 7(a) to 8(b) are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing method of the solar cell of this embodiment.
まず、ハードマスク10が準備され、図7(a)に示すように、シリコン層111の主面111aにハードマスク10を対向させる。ここで、ハードマスク10の凹部13と反対側の主面12を主面111aに対向させる。なお、結晶系シリコン基板110の表面110bには、公知のテクスチャ形成技術が採用されてよい。 First, a hard mask 10 is prepared, and as shown in FIG. 7(a), the hard mask 10 is placed opposite the main surface 111a of the silicon layer 111. Here, the main surface 12 opposite the recess 13 of the hard mask 10 is placed opposite the main surface 111a. Note that a known texture forming technique may be used for the surface 110b of the crystalline silicon substrate 110.
次に、ハードマスク10を用いて、イオン注入法によってシリコン層111にn型の不純物元素またはp型の不純物元素が選択的に注入される。 Next, using the hard mask 10, n-type impurity elements or p-type impurity elements are selectively implanted into the silicon layer 111 by ion implantation.
例えば、図7(b)に示すように、開口15hから露出されたシリコン層111の主面111aにn型不純物イオン200nが選択的に注入される。n型不純物イオン200nは、例えば、リン(P)イオン等である。例えば、n型不純物を含むガスが真空槽1002内に導入されて、このガスによるプラズマを発生させる。そして、イオン注入法によって、ハードマスク10を介してシリコン層111の主面111aにn型不純物イオン200nを照射すると、n型不純物イオン200nの一部がハードマスク10の開口15hを通過する。開口15hを通過したn型不純物イオン200nは、シリコン層111の所定領域に選択的に注入される。 For example, as shown in FIG. 7B, n-type impurity ions 200n are selectively implanted into the main surface 111a of the silicon layer 111 exposed from the opening 15h. The n-type impurity ions 200n are, for example, phosphorus (P) ions. For example, a gas containing an n-type impurity is introduced into the vacuum chamber 1002, and plasma is generated by this gas. Then, when the n-type impurity ions 200n are irradiated onto the main surface 111a of the silicon layer 111 through the hard mask 10 by the ion implantation method, some of the n-type impurity ions 200n pass through the opening 15h of the hard mask 10. The n-type impurity ions 200n that have passed through the opening 15h are selectively implanted into a predetermined region of the silicon layer 111.
次に、図8(a)に示すように、ハードマスク10を横に移動させて、開口15hの位置をp型領域111pが形成される位置に位置させる。続いて、n型不純物を含むガスがp型不純物を含むガスに切り換えられ、真空槽1002内に、p型不純物を含むガスによるプラズマを発生させる。そして、イオン注入法によって、ハードマスク10を介してシリコン層111の主面111aに、p型不純物イオン200pを照射すると、p型不純物イオン200pの一部が開口15hから露出したシリコン層111に選択的に注入される。p型不純物イオン200pは、例えば、ボロン(B)イオン等である。p型領域111pは、Y軸方向において、シリコン層111のn型領域111nが形成されていない領域にn型領域111nと離間して並設される。なお、n型不純物を注入するイオン注入装置と、p型不純物を注入するイオン注入装置とは別に準備されてよい。この場合、n型不純物の注入と、p型不純物の注入とが異なるイオン注入装置で実行される。 8(a), the hard mask 10 is moved laterally to position the opening 15h at the position where the p-type region 111p is to be formed. Next, the gas containing n-type impurities is switched to gas containing p-type impurities, and plasma is generated by the gas containing p-type impurities in the vacuum chamber 1002. Then, when p-type impurity ions 200p are irradiated to the main surface 111a of the silicon layer 111 through the hard mask 10 by the ion implantation method, a part of the p-type impurity ions 200p is selectively implanted into the silicon layer 111 exposed from the opening 15h. The p-type impurity ions 200p are, for example, boron (B) ions. The p-type region 111p is arranged in parallel with the n-type region 111n in the Y-axis direction in a region where the n-type region 111n of the silicon layer 111 is not formed. Note that an ion implantation device for implanting n-type impurities and an ion implantation device for implanting p-type impurities may be prepared separately. In this case, the implantation of n-type impurities and the implantation of p-type impurities are carried out using different ion implantation devices.
n型領域111nとp型領域111pとの間隔は、5μm以上100μm以下に設定される。これにより、n型領域111nとp型領域111pとの間隔を上記範囲に設定できることから、p側電極130pまたはn側電極130nの増設を図ることができる。 The distance between the n-type region 111n and the p-type region 111p is set to 5 μm or more and 100 μm or less. This allows the distance between the n-type region 111n and the p-type region 111p to be set within the above range, making it possible to add a p-side electrode 130p or an n-side electrode 130n.
次に、図8(b)に示すように、結晶系シリコン基板110上に、保護層112と保護層120とがCVD法、スパッタリング法等によって形成される。この後、図1に示されたように、n型領域111nには、n型領域111nに接続されたn側電極130nが形成される。また、p型領域111pには、p型領域111pに接続されたp側電極130pが形成される。 Next, as shown in FIG. 8(b), protective layer 112 and protective layer 120 are formed on crystalline silicon substrate 110 by CVD, sputtering, or the like. After that, as shown in FIG. 1, n-side electrode 130n connected to n-type region 111n is formed in n-type region 111n. Also, p-side electrode 130p connected to p-type region 111p is formed in p-type region 111p.
なお、ハードマスク10においては、開口15hの線幅が異なるハードマスク10を少なくとも2個準備してもよい。この場合、一方のハードマスク10を用いてシリコン層111にn型の不純物元素を選択的に注入して、シリコン層111にn型領域111nが形成される。また、他方のハードマスク10を用いて、n型領域111nが形成されていないシリコン層111にp型の不純物元素を選択的に注入して、シリコン層111にp型領域111pを形成する。このような手法によれば、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を複数回繰り返すことなく、Y軸方向において、幅が異なるn型領域111nとp型領域111pとをシリコン層111に形成することができる。 At least two hard masks 10 with different line widths of the openings 15h may be prepared. In this case, one hard mask 10 is used to selectively inject an n-type impurity element into the silicon layer 111 to form an n-type region 111n in the silicon layer 111. The other hard mask 10 is used to selectively inject a p-type impurity element into the silicon layer 111 in which the n-type region 111n is not formed, to form a p-type region 111p in the silicon layer 111. With this method, the n-type region 111n and the p-type region 111p with different widths in the Y-axis direction can be formed in the silicon layer 111 without repeating the photolithography process and the etching process multiple times.
このような製造方法によれば、裏面電極構造を形成するために、n型領域111n及びp型領域111pを形成するために、成膜工程、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程のそれぞれを複数回繰り返す必要がなくなり、太陽電池を製造する製造工程数がより削減する。 According to this manufacturing method, it is no longer necessary to repeat the film formation process, photolithography process, and etching process multiple times to form the n-type region 111n and the p-type region 111p in order to form the back electrode structure, thereby further reducing the number of manufacturing processes required to manufacture a solar cell.
また、ハードマスク10は、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程のそれぞれを複数回繰り返すプロセス処理によって形成されるのでなく、ダイシングブレード50による機械的加工で簡便に形成される。これにより、ハードマスク10は、低コストで形成される。また、スペース溝15sをレーザ加工で形成すると、スペース溝15sの一部が局所的に溶解してしまう現象が起き得る。本実施形態では、ダイシングブレード50による機械的加工を採用するため、このような現象が起きない。 The hard mask 10 is not formed by a process in which the photolithography step and the etching step are each repeated multiple times, but is simply formed by mechanical processing using a dicing blade 50. This allows the hard mask 10 to be formed at low cost. Furthermore, if the space groove 15s is formed by laser processing, a phenomenon may occur in which a portion of the space groove 15s is locally dissolved. In this embodiment, mechanical processing using a dicing blade 50 is used, so this phenomenon does not occur.
なお、太陽電池は、TOPCon-IBC型に限らず、TOPCon構造においても本実施形態の製造方法が適用される。この場合、TOPCon構造では、受光面側の電極下部に選択的に高濃度のp層またはn層が形成されるため、TOPCon-IBC型を用いて説明された裏面110a側のウェーハプロセスが表面110b側のウェーハプロセスに適用される。本実施形態では、太陽電池の裏面110a及び表面110bを総括的に主面とする。 The manufacturing method of this embodiment is applicable not only to solar cells of the TOPCon-IBC type, but also to TOPCon structures. In this case, in the TOPCon structure, a high-concentration p-layer or n-layer is selectively formed under the electrode on the light-receiving surface side, so the wafer process for the back surface 110a side described using the TOPCon-IBC type is applied to the wafer process for the front surface 110b side. In this embodiment, the back surface 110a and front surface 110b of the solar cell are collectively referred to as the main surface.
ハードマスク10として、材料がグラファイトで構成されたマスク(実施例1)と、結晶系シリコンで構成されたマスク(実施例2)とを用いた場合の開口15hの線幅の加工精度と、イオン注入結果を以下に示す。 The processing accuracy of the line width of the opening 15h and the ion implantation results when a mask made of graphite (Example 1) and a mask made of crystalline silicon (Example 2) are used as the hard mask 10 are shown below.
表1には、ハードマスクとして、材料がグラファイトで構成された結果が示され、表2には、ハードマスクとして、材料が結晶系シリコンで構成された結果が示されている。表1、2において、開口15hは、ともにダイシングブレードで形成している。これらのハードマスクを用いて結晶系シリコン基板に注入したイオンは、リン(P)である(10Kev、1×1016ions/cm2)。 Table 1 shows the results when the material of the hard mask is graphite, and Table 2 shows the results when the material of the hard mask is crystalline silicon. In both Tables 1 and 2, the opening 15h is formed with a dicing blade. The ions implanted into the crystalline silicon substrate using these hard masks are phosphorus (P) (10 Kev, 1×10 16 ions/cm 2 ).
また、表1に示すグラファイトマスクの開口の線幅の狙い値は、200μmであり、開口の本数は、98本であり、ピッチは、1.6mmである。表2に示すシリコンマスクの開口の線幅の狙い値は、260μmであり、開口の本数は、161本であり、ピッチは、0.96mmである。また、表1、2におけるバラツキ値は、((max値-min値)/(max値+min値))×100(%)で表される。 The target line width of the openings of the graphite mask shown in Table 1 is 200 μm, the number of openings is 98, and the pitch is 1.6 mm. The target line width of the openings of the silicon mask shown in Table 2 is 260 μm, the number of openings is 161, and the pitch is 0.96 mm. The variation values in Tables 1 and 2 are expressed as ((max value - min value) / (max value + min value)) x 100 (%).
表1に示すグラファイトマスクでは、開口の線幅のバラツキ値が7.7%となっている。また、このバラツキ値を有したマスクを用いて、リンを注入した領域の注入領域幅のバラツキ値は、9.7%になっている。このようなバラツキが生じる一因として、グラファイトマスクがグラファイトの多結晶で構成され、その粒子径が比較的大きいことが考えられる。 In the graphite mask shown in Table 1, the variation in the line width of the openings is 7.7%. Furthermore, using a mask with this variation, the variation in the implantation region width of the region implanted with phosphorus is 9.7%. One reason for this variation is thought to be that the graphite mask is made of polycrystalline graphite, and the particle size is relatively large.
これに対し、表2に示す結晶系シリコンマスクでは、開口の線幅のバラツキ値が0.4%となり、大幅に改善されている。また、このマスクを用いて、リンを注入した領域の注入領域幅のバラツキ値は、0.5%になっている。結晶系シリコンマスクは、シリコンの単結晶で構成されていることから、グラファイトマスクに比べ、開口の線幅のバラツキ値が極めて小さくなり、また、結晶系シリコンマスクを用いることによって、注入領域幅のバラツキ値が極めて小さい太陽電池が製造できる。 In contrast, with the crystalline silicon mask shown in Table 2, the variation in the line width of the opening is 0.4%, a significant improvement. Furthermore, using this mask, the variation in the implantation region width of the region implanted with phosphorus is 0.5%. Because the crystalline silicon mask is made of single crystal silicon, the variation in the line width of the opening is extremely small compared to the graphite mask, and by using a crystalline silicon mask, solar cells with extremely small variation in the implantation region width can be manufactured.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。例えば本実施例ではTOPCon-IBC構造について説明したが、受光面側電極下部にn型領域及びp型領域を形成するTOPCon構造においても本発明を採用することができる。各実施形態は、独立の形態とは限らず、技術的に可能な限り複合することができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various modifications can be made. For example, the TOPCon-IBC structure has been described in this embodiment, but the present invention can also be adopted in a TOPCon structure in which an n-type region and a p-type region are formed under the light-receiving surface electrode. Each embodiment is not limited to being an independent form, and can be combined as far as technically possible.
10…ハードマスク
10s…シリコン基体
10ea、10eb…端部
11、12…主面
13…凹部
13La、13Lb…長辺
13Sa、13Sb…短辺
14…周辺部
15…パターン領域部
15a…領域部
15h…開口
15t…溝
15s…スペース溝
15-1、15-2、15-3…溝部
20…接着層
30…補強板
30s…非接着面
40…下地
50…ダイシングブレード
100…太陽電池
110…結晶系シリコン基板
110a…裏面
110b…表面
111…シリコン層
111a、111b…主面
111n…n型領域
111p…p型領域
112、120…保護層
130p…p側電極
130n…n側電極
200n…n型不純物イオン
200p…p型不純物イオン
1000…イオン注入装置
1001、1002…真空槽
1003…絶縁部材
1004…支持台
1005…ガス供給源
1010…プラズマ
1100…RF導入コイル
1101…永久磁石
1102…RF導入窓
1200、1201…電極
1300…直流電源
1301…交流電源
S1…基板
10...Hard mask 10s...Silicon substrate 10ea, 10eb...End 11, 12...Main surface 13...Concave 13La, 13Lb...Long side 13Sa, 13Sb...Short side 14...Periphery 15...Pattern area 15a...Area 15h...Opening 15t...Groove 15s...Space groove 15-1, 15-2, 15-3...Groove 20...Adhesive layer 30...Reinforcing plate 30s...Non-adhesive surface 40...Base 50...Dicing blade 100...Solar cell 110...Crystalline silicon substrate 110a...Back surface 110b...Front surface 111...Silicon layer 111a, 111b...Main surface 111n...n-type region 111p...p-type region 112, 120...Protective layer 130p...p-side electrode 130n...n-side electrode 200n...n-type impurity ion 200p...p-type impurity ion 1000...ion implantation apparatus 1001, 1002...vacuum chamber 1003...insulating member 1004...support stand 1005...gas supply source 1010...plasma 1100...RF introduction coil 1101...permanent magnet 1102...RF introduction window 1200, 1201...electrode 1300...DC power supply 1301...AC power supply S1...substrate
Claims (9)
前記凹部に接着層を介して補強板を収容し、
前記凹部とは反対側の前記第2主面に前記凹部にまで貫通する開口を有するパターン領域部を形成し、
前記凹部から前記補強板及び前記接着層を取り除く
ハードマスクの製造方法。 a plate-like substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, the first main surface being provided with a recess;
A reinforcing plate is placed in the recess via an adhesive layer,
forming a pattern area portion having an opening penetrating to the recess on the second main surface opposite to the recess;
removing the reinforcing plate and the adhesive layer from the recess.
前記基体として、シリコン基体を用いる
ハードマスクの製造方法。 2. A method for manufacturing a hard mask according to claim 1, comprising the steps of:
The method for producing a hard mask, wherein the substrate is a silicon substrate.
前記第2主面に前記パターン領域部を形成する前に、前記補強板と前記第1主面との面揃え加工を行う
ハードマスクの製造方法。 A method for producing the hard mask according to claim 1 or 2, comprising the steps of:
a surface alignment process for aligning the reinforcing plate with the first main surface before forming the pattern area on the second main surface.
前記パターン領域部をダイシングブレードによって形成する
ハードマスクの製造方法。 A method for producing a hard mask according to any one of claims 1 to 3, comprising the steps of:
The method for manufacturing a hard mask, wherein the pattern area is formed by using a dicing blade.
前記シリコン基体として、結晶系シリコン基板を用いる
ハードマスクの製造方法。 A method for manufacturing a hard mask according to claim 2, comprising the steps of:
The method for producing a hard mask, wherein a crystalline silicon substrate is used as the silicon substrate.
結晶系シリコン基板の主面の側に前記ハードマスクを用いイオン注入法によって前記主面に形成されたシリコン層に第1導電型の不純物元素または第2導電型の不純物元素を選択的に注入する
太陽電池の製造方法。 A hard mask formed by the method for producing a hard mask according to any one of claims 1 to 5 is prepared;
a hard mask is used on a main surface side of a crystalline silicon substrate, and an impurity element of a first conductivity type or an impurity element of a second conductivity type is selectively implanted into a silicon layer formed on the main surface by an ion implantation method.
前記ハードマスクはシリコンで構成される
太陽電池の製造方法。 A method for producing a solar cell according to claim 6, comprising the steps of:
The method for manufacturing a solar cell, wherein the hard mask is made of silicon.
前記ハードマスクを少なくとも2個準備し、
一方のハードマスクを用いて前記シリコン層に第1導電型の不純物元素を選択的に注入して、前記シリコン層に第1導電型の第1領域を形成し、
他方のハードマスクを用いて、前記第1領域が形成されていない前記シリコン層に第2導電型の不純物元素を選択的に注入して、前記シリコン層に第2導電型の第2領域を形成する
太陽電池の製造方法。 A method for producing a solar cell according to claim 6 or 7, comprising the steps of:
Preparing at least two of the hard masks;
selectively injecting an impurity element of a first conductivity type into the silicon layer using one of the hard masks to form a first region of the first conductivity type in the silicon layer;
using the other hard mask, selectively injecting an impurity element of a second conductivity type into the silicon layer in which the first region is not formed, to form a second region of the second conductivity type in the silicon layer.
前記第2領域は、前記第1領域に並設され、前記第1領域と前記第2領域との間隔が5μm以上100μm以下に設定される
太陽電池の製造方法。 A method for producing a solar cell according to claim 8, comprising the steps of:
the second region is provided in parallel with the first region, and a distance between the first region and the second region is set to 5 μm or more and 100 μm or less.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021100918A JP7645138B2 (en) | 2021-06-17 | 2021-06-17 | Method for manufacturing hard mask and method for manufacturing solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021100918A JP7645138B2 (en) | 2021-06-17 | 2021-06-17 | Method for manufacturing hard mask and method for manufacturing solar cell |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023000223A JP2023000223A (en) | 2023-01-04 |
JP7645138B2 true JP7645138B2 (en) | 2025-03-13 |
Family
ID=84687010
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021100918A Active JP7645138B2 (en) | 2021-06-17 | 2021-06-17 | Method for manufacturing hard mask and method for manufacturing solar cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7645138B2 (en) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002203806A (en) | 2000-10-31 | 2002-07-19 | Toshiba Corp | Method for manufacturing semiconductor device, stencil mask and its manufacturing method |
JP2006245462A (en) | 2005-03-07 | 2006-09-14 | Toppan Printing Co Ltd | Method for manufacturing transfer mask |
US20060201708A1 (en) | 2005-02-23 | 2006-09-14 | Chain-Hau Hsu | Optoelectronic package with wire-protection lid |
KR100665427B1 (en) | 2001-06-13 | 2007-01-04 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | Silicon devices |
JP2011524639A (en) | 2008-06-11 | 2011-09-01 | インテバック・インコーポレイテッド | SOLAR CELL DEVICE AND SOLAR CELL ELEMENT FORMING METHOD |
JP2011249519A (en) | 2010-05-26 | 2011-12-08 | Toyota Motor Corp | Method for manufacturing semiconductor device |
JP2014072530A (en) | 2012-09-27 | 2014-04-21 | Lg Electronics Inc | Solar cell and method of manufacturing the same |
JP2016541106A (en) | 2013-12-09 | 2016-12-28 | サンパワー コーポレイション | Fabrication of solar cell emitter regions using self-aligned injection and capping. |
JP2017014620A (en) | 2015-07-03 | 2017-01-19 | 大日本印刷株式会社 | Vapor deposition mask manufacturing method, vapor deposition mask preparation, organic semiconductor element manufacturing method, and vapor deposition mask |
-
2021
- 2021-06-17 JP JP2021100918A patent/JP7645138B2/en active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002203806A (en) | 2000-10-31 | 2002-07-19 | Toshiba Corp | Method for manufacturing semiconductor device, stencil mask and its manufacturing method |
KR100665427B1 (en) | 2001-06-13 | 2007-01-04 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | Silicon devices |
US20060201708A1 (en) | 2005-02-23 | 2006-09-14 | Chain-Hau Hsu | Optoelectronic package with wire-protection lid |
JP2006245462A (en) | 2005-03-07 | 2006-09-14 | Toppan Printing Co Ltd | Method for manufacturing transfer mask |
JP2011524639A (en) | 2008-06-11 | 2011-09-01 | インテバック・インコーポレイテッド | SOLAR CELL DEVICE AND SOLAR CELL ELEMENT FORMING METHOD |
JP2011249519A (en) | 2010-05-26 | 2011-12-08 | Toyota Motor Corp | Method for manufacturing semiconductor device |
JP2014072530A (en) | 2012-09-27 | 2014-04-21 | Lg Electronics Inc | Solar cell and method of manufacturing the same |
JP2016541106A (en) | 2013-12-09 | 2016-12-28 | サンパワー コーポレイション | Fabrication of solar cell emitter regions using self-aligned injection and capping. |
JP2017014620A (en) | 2015-07-03 | 2017-01-19 | 大日本印刷株式会社 | Vapor deposition mask manufacturing method, vapor deposition mask preparation, organic semiconductor element manufacturing method, and vapor deposition mask |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2023000223A (en) | 2023-01-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN1031968C (en) | A kind of manufacturing method of solar cell and solar cell thereof | |
JP6552011B2 (en) | Fabrication of the emitter region of solar cells using ion implantation. | |
US8193075B2 (en) | Remote hydrogen plasma with ion filter for terminating silicon dangling bonds | |
TWI555220B (en) | Solar cell and method of manufacturing same | |
KR20050113177A (en) | Improved photovoltaic cell and production thereof | |
TW200931678A (en) | A patterned assembly for manufacturing a solar cell and a method thereof | |
TW200949913A (en) | Method of manufacturing solar cell using substrate | |
JP2019110185A (en) | Manufacturing method of solar battery | |
US9397239B2 (en) | Insitu epitaxial deposition of front and back junctions in single crystal silicon solar cells | |
CN102637767A (en) | Solar cell manufacturing method and solar cell | |
US8153496B1 (en) | Self-aligned process and method for fabrication of high efficiency solar cells | |
KR20090062152A (en) | Manufacturing method of solar cell using plasma surface treatment | |
JP7645138B2 (en) | Method for manufacturing hard mask and method for manufacturing solar cell | |
CN101312219A (en) | Solar cell | |
CN102683504B (en) | The method of crystal silicon solar energy battery manufacture craft is improved by ion implantation arsenic | |
CN102569495B (en) | Method for doping solar wafer and doped wafer | |
US20120258561A1 (en) | Low-Temperature Method for Forming Amorphous Semiconductor Layers | |
KR101437162B1 (en) | Method for manufacturing solar cell using plasma surface treatment | |
KR20140075026A (en) | Texturing method of solar cell wafer | |
CN113597682A (en) | Method for manufacturing back contact type solar cell unit | |
CN118099198B (en) | A three-dimensional semiconductor substrate wafer and method suitable for BJT and VDMOS chip manufacturing | |
TW201445755A (en) | Solar cell manufacturing method | |
CN101312222A (en) | Method for manufacturing solar cell | |
JP5933198B2 (en) | Method for manufacturing crystalline solar cell | |
JP2018073969A (en) | Method for manufacturing solar battery |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240424 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20240424 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20240424 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20241030 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20241105 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20241217 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20250121 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20250205 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20250225 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250303 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7645138 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |