KR20080091105A - 고효율 태양전지 제조 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면 접촉구조물을 형성하는 방법과 형성된 접촉구조물이 기술되어 있다. 상기 구조물은 반도체 접합의 아래층을 포함하고, 상기 반도체 접합은 반도체 재료 아래층을 포함하고 연이은 금속화 형성을 차단하기 위해 언더컷 영역을 형성함으로써 반도체 재료의 위층으로부터 떨어져 있다. 다양한 단계들이 잉크젯 프린팅 기술을 이용해 수행된다.

고효율 태양전지 제조, 잉크젯 프린팅 기술, 반도체 접촉구조물

Description

고효율 태양전지 제조{High Efficiency Solar Cell Fabrication}

본 발명은 일반적으로 태양전지 제조분야에 관한 것으로 보다 상세하게는 제조중인 장치의 표면에 공정 시약을 도포하기 위한 잉크젯 프린팅 기술을 이용한 공정처리 기술을 제공한다.

화석연료와 핵발전과 같은 발전방법을 확립하기 위한 실행가능한 대안으로 태양열 발전을 하기 위해, 태양전지의 제조비용을 낮추는 것이 필요하다. 이는 소량의 실리콘을 갖는 큰 면적의 장치의 사용에 의해 박막장치에서 어느 정도 달성되었으나, 이러한 장치들에 대해 현재 고안된 제조공정들은 여전히 복잡하고 신기술을 발견함으로써 더 간단하거나 간소화하는데 전력하고 있다.

일반적으로, 광기전장치는 각 극성 중 하나의 2개의 금속 접촉부를 갖는다. 종래 구조에서 이들 금속 접촉부 중 하나는 너무 많은 빛으로부터 반도체를 가리지 않도록 대개 격자형태로 광수용면 또는 전면에 위치되어 있다. 제 2 금속 접촉부는 후면에 위치되어 있고 극성이 반대이다. 금속/실리콘 경계면에서, 실리콘 표면은 일반적으로 1×10¹⁸원자/㎤ 이상으로 짙게 도핑되어 있어 금속과 실리콘 간에 낮은 저항접촉을 가능하게 한다.

비근한 종래 구조에서, 양 금속 접촉부는 동일면에 도포된다. 그러나, 이러한 장치구조의 문제는, 특히, 각 영역이 낮은 저항접촉부를 조성하기 위해 짙게 도포되는 경우(즉, n+ 및 p+) n 및 p 영역 간에 전기절연을 달성하는 것이다.

제 1 태양에 따르면, 제 1 도판트 극성의 반도체 재료 아래층과, 상기 아래층에 대해 반대로 도핑된 반도체 재료의 위층을 구비하는 반도체 접합의 상기 아래층에 접촉하기 위한 제 1 접촉형태를 포함하는 장치내 접촉구조물 형성방법에 있어서,

a)상기 반도체 재료의 위층 위에 마스킹층을 형성하는 단계와,

b)상기 마스크층에 상기 반도체 재료를 노출시키는 개구를 형성하는 단계와,

c)상기 마스킹층의 개구 아래에 상기 반도체 재료의 개구를 형성하는 단계와,

d)상기 반도체 재료 아래층과 접촉하도록 상기 반도체 재료의 개구에 확장되는 금속층을 형성하는 단계를 포함하고,

상기 반도체 재료의 개구는 상기 반도체 재료 아래층을 노출시키기 위해 상기 반도체 재료 위층을 통해 확장되도록 형성되고,

상기 반도체 재료의 개구는 또한 상기 마스킹층의 개구의 전체 외주부 주위로 확장된 언더컷 영역을 형성하도록 상기 마스킹층의 개구의 가장자리 아래로 확장되도록 형성되고, 이에 의해 상기 언더컷 영역은 상기 반도체 재료 위층 전체를 가로질러 확장되며, 상기 금속은 상기 반도체 접합에 걸치지 않는 접촉구조물 형성방법이 제공된다.

마스킹층은 최종 장치구조의 일부로서 보유되는 절연층이거나 공정후 제거되는 임시층일 수 있다.

금속층이 형성된 후, 상기 위쪽 반도체 영역으로부터 상기 금속층을 절연시키기 위해 언더컷 영역이 금속층과 위에 있는 반도체 재료층 사이에 틈을 정의할 수 있다. 대안으로, 상기 언더컷 영역 위의 상기 절연층은 상기 연이어 형성된 금속층으로부터 상기 위쪽 반도체 영역을 절연시키기 위해 상기 반도체 재료의 개구로 함몰되도록 야기될 수 있다. 이 경우, 상기 절연층의 언더컷 영역은 반도체 재료의 개구로 함몰을 조성하도록 상기 절연층의 나머지에 대해 변형되게, 예컨대 절연층의 나머지에 대해 얇아지게 될 수 있다. 상기 절연층의 언더컷 영역을 얇게 하는 한가지 방법은 반도체 재료의 개구로 흘러들어갈 수 있는 식각액으로 전체 절연층을 에칭하는 것이며, 이에 의해 상기 언더컷 영역이 동시에 상부면 및 하부면상에 에칭된다. 절연층은 또한 반도체 재료의 개구로 함몰을 조성하기 위해 상기 절연층의 나머지에 대해 연화되게 변경될 수 있다.

제 2 태양에 따르면, 상기 마스킹층 또는 절연층에 개구를 형성하는 방법은

a) 마스킹 재료의 층을 형성하는 단계와,

b)상기 마스킹 재료에 개구를 형성하는 단계와,

c)상기 절연층에 개구를 에칭하기 위해 상기 마스킹 재료의 개구를 지나는 식각액을 도포하는 단계를 포함한다.

상기 마스킹층 또는 절연층에 개구를 형성하는 또 다른 방법은

a)상기 절연층의 우선 에칭을 조성하고, 상기 개구가 형성되는 위치에서 상기 절연층으로 확산되는 물질을 상기 절연층에 확산하는 단계와,

b)상기 물질이 확산된 상기 절연층을 우전적으로 에칭하는 식각액을 이용해 상기 절연층을 에칭하는 단계에 의한 것이다. 상기 물질은 확산이 일어나는 상기 절연층의 표면에 확산소스를 도포하고 상기 절연층으로 상기 확산물질을 유도하도록 가열함으로써 상기 절연층에 확산될 수 있다. 상기 확산소스는 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 확산이 발생하는 개구와 함께 마스크를 형성하고 상기 마스크의 개구를 통해 상기 물질을 확산시킴으로써 도포될 수 있다.

확산소스의 확산물질은 또한

a)상기 절연층에 확산될 때 상기 절연층의 우선적인 에칭을 조성하는 물질의 소스이며, 개구가 상기 절연층에 형성되는 위치에서 상기 절연층에 증착되는 확산소소를 상기 절연층이 형성되기 전에 상기 반도체 재료의 표면에 증착하는 단계와,

b)상기 반도체 재료와 확산소스 위에 상기 절연층을 형성하는 단계와,

c)상기 확산물질이 확산된 절연재료를 우선적으로 에칭하는 식각액을 이용해 상기 절연층을 에칭하는 단계에 의해 절연층에 확산되고, 상기 물질은 상기 확산소스가 증착된 위치에서 상기 절연층에 포함된다. 상기 반도체 재료가 실리콘인 경우, 절연층은 실리콘 니트라이드 또는 실리콘 다이옥사이드와 같은 실리콘 계열의 유전체일 수 있고 상기 절연층으로 확산된 물질은 인일 수 있다. 도핑된 절연층 재료는 HF 에칭으로 제거될 수 있다. 절연층이 선택적으로 에칭된 후, 상기 절연층 에칭에 의해 노출된 반도체 재료는 필요한 경우 상기 절연층으로 확산된 물질을 포함한 표면 반도체 재료의 얇은 층을 제거하기 위해 표면 에칭될 수 있고, 이 경우 반도체 재료용 식각액은 NaOH일 수 있다.

몇몇 실시예에서, 제 2 접촉형태는 제 1 접촉형태와 장치의 동일면에 형성될 수 있고, 이 경우

a)상기 반도체 재료의 위층을 노출시키는 상기 절연층내 개구를 형성하는 단계와,

b)상기 반도체 재료의 위층과 접촉하도록 상기 절연층의 개구를 확장시키는 금속층을 형성하는 단계를 구비할 수 있다. 제 1 및 제 2 접촉형태에 대한 금속층 형성단계는 바람직하게는 동일한 단계이며, 이 경우 각 접촉형태에 대한 금속이 상기 금속층을 패턴화함으로써 연이어 떨어져 있을 수 있거나 대안으로 상기 금속은 잉크젯 증착기술과 같이 형성되는 금속으로서 패턴화를 허용하는 방법에 의해 부착될 수 있다. 잉크젯 증착은 하나 이상의 별개의 단계들로 있을 수 있다. 제 1 및 제 2 접촉형태는 상기 장치의 일측에 서로 맞물린 접촉의 2개 세트로 형성될 수 있다. 서로 맞물린 접촉부는 버스바에 의해 상호연결된 핑거형태의 접촉부 세트로서 형성될 수 있고 각 세트의 핑거들은 서로 맞물려 있다.

마스크층과 절연체 또는 유전체를 개방하는 또 다른 방법은 레이저를 이용해 층을 연마하는 것이다. 개구가 반도체층에 또한 필요한 경우, 이는 레이저를 이용해 상기 반도체 재료를 연마함으로써 수행될 수 있다. 몇몇 경우, 반도체 재료의 레이저 연마 후에 상기 마스킹층의 개구 전체 외주부 주위로 확장되는 언더컷 영역을 형성하기 위해 마스킹층의 개구 가장자리 아래에 상기 반도체 재료의 개구를 확장시키기 위한 화학적 식각이 수행될 수 있고, 이에 의해 상기 언더컷 영역이 상기 위쪽 반도체 재료층 전체에 걸쳐 확장된다.

제 3 태양에 따르면, 제 1 도판트 극성을 갖는 반도체 재료 아래층과 상기 아래층에 반대로 도핑된 반도체 재료의 위층을 구비한 반도체 접합의 위층과 접촉하는 접촉구조물에 있어서, 제 1 접촉형태는 상기 아래에 있는 반도체 재료층을 노출시키기 위해 상기 반도체 재료 위층을 통해 확장된 상기 반도체 재료의 개구와, 상기 반도체 재료 아래층과 접촉하도록 상기 반도체 재료의 상기 개구로 확장되어 있는 금속층을 구비하고, 상기 금속은 상기 반도체 접합에 걸치지 않도록 상기 위칭과 이격되어 있는 접촉구조물이 제공된다.

상기 접촉구조물은 상기 반도체 재료의 위층 위에 절연층이 형성되고, 상기 절연층의 개구 아래에 위치된 상기 반도체층의 개구를 포함할 수 있다. 상기 반도체 재료의 개구는 상기 절연층 개구의 가장자리 전체 외주부 주위로 확장되어 있는 언더컷 영역을 형성하기 위해 상기 절연층의 개구의 가장자리 아래로 확장되어 있고, 상기 언더컷 영역은 상기 개구내 반도체 재료의 위층 표면 전체에 걸쳐 확장되어 있다. 상기 언더컷 영역은 상기 위에 있는 반도체 재료의 표면으로부터 상기 금속층을 분리하는 틈을 형성하거나, 대안으로 상기 언더컷 영역 위의 상기 절연층이 상기 위쪽 반도체 영역을 위에 형성된 금속층과 절연시키기 위해 상기 반도체 재료의 개구쪽로 변형될 수 있다. 상기 절연층의 변형부는 상기 절연층이 개구로 함몰하도록 조성하기 위해 상기 절연층의 나머지보다 더 얇을 수 있다.

실시예들은 또한

a)상기 위에 있는 반도체 재료층을 노출시키는 상기 절연층의 개구와,

b)상기 위에 있는 반도체 재료층과 접촉하도록 상기 절연층의 개구로 확장된 금속층을 구비하는 제 2 접촉형태를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 접촉형태는 서로 맞물린 접촉부의 2개 세트로서 형성될 수 있다. 접촉부의 각 세트는 버스바에 의해 상호연결된 핑거형태의 접촉부 세트를 구비할 수 있고 각 세트의 핑거들은 서로 맞물릴 수 있다.

제 4 태양에 따르면, 제조공정에서 반도체 구조 가공방법은 반도체 구조를 보유하는 기판과 서로에 대한 프린트 헤드를 이동하여 공정이 필요로 하는 위치에만 가공되게 표면에 직접 공정시약을 선택적으로 배치하는 단계와, 상기 프린트 헤드가 공정이 필요한 곳에 상기 위치들 위로 위치되는 경우 상기 프린트 헤드로부터 상기 구조에 공정시약을 증착시키는 단계를 포함한다.

바람직하기로, 상기 방법은 고정된 프린트 헤드 아래에 X-Y 테이블에 기판을 놓는 단계와, 상기 프린트 헤드 아래에 공정을 필요로 하는 모든 위치들로 점진적으로 이동하도록 상기 X-Y 테이블을 작동시키는 단계를 더 포함한다.

상기 방법은 X-Y 테이블 위에 레이저가 위치되고, 가공되는 위치들이 레이저 아래에 있을 때, 각 위치에서 시약의 증착 전후로 예컨대 공정을 가속화하기 위해 가공되는 위치를 가열함으로써 공정에 영향을 끼치도록 상기 레이저를 동작시킴으로써 더 확장될 수 있다.

상기 공정은 상기 증착공정 위에 더 양호한 위치 제어를 제공하는 공정시약의 드롭을 제한함으로써 더 강화될 수 있다. 이는 예컨대 증첨제와 같이 첨가제를 공정시약에 첨가함으로써, 예를 들면 공정시약의 점성도를 조절함으로써 달성될 수 있다. 이는 잉크젯 프린팅시 소수성 표면에 대한 필요성을 완화시킬 수 있다. 이러한 기술을 이용하면 증착된 위치로부터 크게 시약 확산을 하지 않고도 점을 맞닿게 하거나 약간 중첩되게 공정시약(이 경우 식각액)의 프린팅을 가능하게 함으로써 선과 홈이 직접 형성되게 할 수 있다.

공정은 또한 활성 시약이 시간에 걸쳐 더 적은 면적으로 농축되도록 증착 후 증발되게 개시되는 휘발성 용매로 전달되는 공정시약이 사용됨으로써 면적내에 제한될 수 있다. 초기에 시약은 묽으며 빠르게 반응하지 않으나 증발에 의해 농축되기 때문에 접촉된 면적이 줄어들고 증가된 농도는 공정을 가속시킨다.

작은 홀이 에칭되는 것이 필요한 경우, 이는 소수성 표면층에 묽은 식각액을 잉크젯 프린팅하고 본래 드롭렛보다 직경이 더 작은 표면층을 통과하는 홀을 만들기 위해 드롭렛 크기를 줄이기 위해 연이은 식각액의 증발을 이용하는 한편 도잇에 식각속도를 높임으로써 달성될 수 있다.

대안으로, 소수성 표면 코팅은 공정시약을 증착하기 전에 반도체 구조에 도포될 수 있고, 이에 의해 증착시 공정시약은 표면에 퍼지지 않는 단단한 드롭렛을 형성하여 증착공정에 걸쳐 더 양호한 위치 제어를 제공한다.

소수성층은 상기 공정을 억제하지 않고도 상기 구조의 표면 특성을 변경하는 초박막층이며, 이 경우 공정은 초박막 소수성층을 통해 수행될 수 있다. 그러나, 몇몇 경우, 소수성층은 상기 공정에 배리어를 나타내고, 그런 후 마스크로서 사용되며 다른 공정이 필요한 위치에는 상기 소수성층을 제거하도록 에칭단계가 수행된다. 다른 공정 후, 소수성층은 또 다른 단계들의 구조의 일부를 포함하거나 완성된 구조에 보유될 수 있다.

소수성층이 초박막이고 공정이 상기 층을 통해 수행되는 경우의 예는 잉크젯 프린팅을 위해 표면이 충분히 소수성을 띌 정도로 충분히 두꺼우나 식각액이 활성층의 핀홀을 관통하고 이에 의해 필요한 경우 표면을 에칭할 수 있을 정도로 충분히 얇은 활성층을 추가함으로써 비소수성 표면에 작은 홀들을 에칭하는 단계를 포함한다.

일반적으로 증착공정은 증착되는 공정시약의 점들로 되며 식각액이 프린트 헤드로부터 증착되는 마스크 재료에 에칭공정의 경우, 이는 일련의 홀들이 형성되는 마스크가 된다. 몇몇 경우 홀보다는 마스크내 홈을 형성하는 것이 바람직하므로 아래에 있는 재료에서의 공정은 표면 스크립상에 수행될 수 있다. 이 경우, 마스크는 먼저 일련의 가까이 이격된 홀들을 형성하고 그런 후 마스크내 홈을 형성하기 위해 홀들 사이에 있는 재료를 제거하기 위해 상기 홀들 간에 간격을 두고 식각액을 증착함으로써 2단계로 수행될 수 있다.

한편, 마스크가 아래에 있는 재료의 표면에 홈의 형성을 제어하는데 사용되는 경우, 이는 상술한 바와 같이 상기 아래에 있는 재료를 노출시키기 위해 이 표면층을 관통하는 홀을 만들도록 소수성 표면층에 가까이 이격된 식각액의 한 줄의 드롭렛을 초기에 잉크젯 프린팅함으로써 달성될 수 있다. 이는 아래에 있는 재료들의 홀들이 홈과 결합하여 형성하게 충분히 상기 표면층을 잘라내도록 상기 아래에 있는 재료의 연이은 에칭을 가능하게 한다.

잉크젯 헤드를 이용한 국소화된 프린트 증착에 의해 가능한 많은 공정들이 에칭되는 동안, 다른 공정들도 또한 마스킹을 필요로 하지 않고도 절연체 또는 도판트 소스와 같이 패턴화된 재료층의 아래에 있을 수 있다. 실제로, 적절하게 디자인된 프린트 헤드로, 대부분의 공정 재료들이 잉크젯 프린팅을 이용해 도포될 수 있다. 도판트 소스의 경우, 액체 도판트 소스가 반도체 표면에 또는 가능하게는 도판트가 확산될 수 있는 얇은 위층의 표면에 그리고 도판트를 표면에 유도하도록 가열되는 구조에 도포될 수 있다.

도판트에서 진행하도록 도판트 소스를 가열하는 한가지 방법은 도판트 소스가 도포된 후 바로 상술한 레이저를 이용해 상기 도판트 소스가 도포되는 위치를 국소적으로 가열하는 것이다.

잉크젯 프린팅 방법은 또한 유전체층 또는 다른 절연층과 같은 비반도체 표면층을 갖는 반도체 구조의 표면에 언더컷 개구를 만드는데 사용될 수 있다. 이 방법은 소정 위치에 표면층을 개방시키기 위해 상기 표면층을 에칭하는 제 1 식각액을 도포하고 그런 후 상기 반도체 재료를 에칭하나 상기 표면층을 에칭하지 않거나 강하게 에칭하지 않는 제 2 식각액을 도포한다(즉, 상기 제 2 식각액은 표면층을 에칭하는 것보다 훨씬 더 강하게 반도체 재료를 에칭한다). 제 2 식각액은 상기 표면층의 개구 아래에 있는 반도체 재료에 홀을 개방시키고 상기 표면층을 언더컷 하기 위해 상기 표면층의 가장자리 아래 측면을 에칭한다.

상술한 언더컷팅 기술은 접합의 아래에 있는 도핑층에 접촉하기 위한 구조를 제공하는데 사용될 수 있고, 연이은 금속화 단계는 금속층과 언더컷에 의한 반도체 재료의 개구의 상부벽 간에 틈을 형성하므로, 상기 금속이 개구의 바닥에 있는 아래의 도핑영역과 접촉하나 표면층의 가장자리 아래에 형성된 틈에 의해 상기 접합의 상부의 반대로 도핑된 층과는 떨어져 있다.

제 5 태양에 따르면, 공정장치들은 피가공물을 지지하기 위한 지지수단과, 상기 지지수단에 대해 장착되는 잉크젯 프린트 헤드와, 필요시 공정시약을 공급하기 위해 상기 프린트 헤드와 소통하는 공정시약 공급수단과, 상기 가공물의 표면을 가공하기 위한 패턴으로 프로그램될 수 있는 제어유닛을 구비하고, 상기 프린트 헤드는 상기 가공물이 상기 지지수단에 장착될 때 상기 가공물과 유효하게 나란히 가져올 수 있며, 상기 프린트 헤드와 지지수단은 상기 제어유닛의 제어하에서 서로에 대해 이동될 수 있고, 상기 제어유닛은 상기 피가공물의 표면 위로 상기 프린트 헤드를 스캔하여 프로그램가능한 패턴에 의해 정해진 위치에 상기 가공물에 상기 시약을 증착하도록 상기 프린트 헤드의 동작을 제어하기 위해 상기 프린트 헤드와 지지수단의 상대 이동을 제어하게 동작될 수 있다.

제 6 태양에 따르면,

ⅰ)공정시약의 소스가 프린트 장치의 프린트 헤드에 연결된 잉크젯 프린트 장치의 캐리어에 구조를 배치하는 단계와,

ⅱ)상기 공정시약이 도포되는 위치 위로 상기 프린트 헤드가 지나도록 반도체 구조에 대해 상기 프린트 헤드를 스캔하고, 상기 공정시약이 도포되는 위치가 상기 프린트 헤드 아래에 위치될 때 상기 공정시약이 도포되도록 상기 프린트 헤드를 동작시키는 단계를 포함하는 반도체 구조의 표면에 공정시약 도포방법이 제공된다.

바람직하게는, 프린트 장치는 고정된 프린트 헤드 아래에 2차원으로 가공되는 구조를 이동시키는 X-Y 테이블을 포함한다.

구체적인, 바람직한 실시예에서, 프린트 장치는 하나 이상의 제조공정 동안 가공되는 장치에 복수의 다른 공정을 별개로 또는 조합하여 증착하도록 동작할 수 있는 다수의 프린트 헤드를 포함한다. 일실시예에서, 8개의 프린트 헤드가 제공되며, 하나는 액체 유전체층 소스에 연결되고, 하나는 액체 n형 스핀-온 확산소스에 연결되며, 하나는 p형 액체 스핀-온 확산소스에 연결되고, 하나는 실리콘 다이옥사이드를 에칭시키기 위한 산성계 식각액에 연결되고, 하나는 실리콘 등을 에칭하기 위한 알카리 식각액에 연결되며, 하나는 금속이온/입자를 갖는 액체에 연결되고 하나 이상이 다른 헤드에 있는 임의의 재료들을 희석하기 위해 용매 또는 다른 용액 소스에 연결된다.

바람직하기로 또한 상기 프린트 구조는 상기 구조가 (오프세트 위치에서) 공정시약이 프린트되는 한편 가열 또는 스크라이빙 단게를 수행하도록 사용될 수 있는 레이저를 포함한다. 바람직하기로 상기 프린트 구조는 가공되는 장치의 국소화된 영역들 또는 하나 이상의 제조공정 동안 가공되는 장치상에 증착된 재료들을 가열시키거나 연마하도록 별개로 또는 조합하여 동작될 수 있는 다수의 레이저를 포함한다. 바람직한 일실시예에서, 2개의 레이저 헤드가 제공되는데, 하나는 1.064마이크론 파장의 광으로 동작되는 한 레이저가 제공되고 0.532 마이크로 파장의 광으로 동작된다. 각 레이저는 Q 스위치 모드로 또는 연속파 동작으로 사이에서 스위치될 수 있다.

상기 레이저와 프린트 헤드는 상기 공정시약을 선택적으로 증착하고 프로그램가능한 패턴에 의해 정해진 위치에서 레이저 조사를 위해 상기 가공물을 협동적으로 노출시키기 위해 상기 제어유닛의 제어하에서 각각 동작될 수 있다.

제 7 태양에 따르면, 반도체 접합의 아래층에 접촉하기 위해 접촉 구조물이 형성되고, 상기 접합은 제 1 도판트 극성의 반도체 재료 아래층과, 상기 아래층에 대해 반대로 도핑된 반도체 재료의 위층과, 상기 반도체 재료의 위층 위에 있는 절연층과, 상기 반도체 재료를 노출시키는 상기 절연층의 개구와, 상기 반도체 재료 아래층을 노출시키기 위해 상기 반도체 재료의 위층을 통해 확장되는 상기 절연층의 개구 아래에 있는 반도체 재료의 개구와, 상기 아래의 반도체층에 접촉하기 위해 상기 반도체 재료의 개구로 확장되고 상기 언더컷 영역의 상기 위쪽 반도체 재료층과 금속층 간에 틈을 형성하여 금속이 상기 반도체 접합과 이어지지 않는 금속층을 구비하고, 상기 반도체 재료의 개구는 상기 절연층의 개구의 전체 외주변 주위로 확장되어 있는 언더컷 영역을 형성하기 위해 상기 절연츠의 개구 가장자리 아래로 확장되고, 이에 의해 언더컷이 상기 위쪽 반도체 재료층의 개구로 확장된다.

잉크젯 공정방법의 실시예가 첨부도면을 참조로 예로써 기술된다:

도 1은 잉크젯 프린팅 기술을 이용한 다수의 다른 공정들에 의해 형성될 수 있는 반도체 장치의 구성요소를 도식적으로 도시한 것이다.

도 2는 도 1의 요소를 형성하는 제 1 방법의 제 1 단계들을 도식적으로 도시 한 것이다.

도 3은 도 2의 단계들이 완료된 후 도 1의 장치를 도식적으로 도시한 것이다.

도 4는 또 다른 에칭단계가 완료된 후 도 3의 장치를 도식적으로 도시한 것이다.

도 5는 도 1의 요소를 형성하는 제 2 방법의 제 1 단계들을 도식적으로 도시한 것이다.

도 6은 또 다른 에칭단계가 완료된 후 도 5의 장치를 도식적으로 도시한 것이다.

도 7a는 도 1의 요소를 형성하는 제 3 방법의 제 1 단계들을 도식적으로 도시한 것이다.

도 7b는 또 다른 에칭단계의 부분적인 완료 후 도 7a의 장치를 도식적으로 도시한 것이다.

도 8a는 도 1의 요소를 형성하는 제 4 방법의 제 1 단계들을 개략적으로 도시한 것이다.

도 8b는 또 다른 에칭단계의 부분적인 완료 후 도 8a의 장치를 도식적으로 도시한 것이다.

도 8c는 또 다른 에칭단계의 완료 후 도 8b의 장치를 도식적으로 도시한 것이다.

도 9a는 기판에 홈을 파는 제 1 방법에서 구조의 유전체 표면에 식각액의 프 린팅 드롭렛들을 도식적으로 도시한 것이다.

도 9b는 기판의 부분적인 에칭 후 도 9a의 구조를 도식적으로 도시한 것이다.

도 9c는 기판의 에칭을 완료한 후 도 9a 및 도 9b의 구조를 도식적으로 도시한 것이다.

도 9d는 정면에서 본 도 9c의 구조를 도식적으로 도시한 것이다.

도 9e는 기판에 홈을 파는 제 2 방법에서 구조의 유전체 표면에 식각액의 프린팅 드롭렛들을 도식적으로 도시한 것이다.

도 9f는 제 1 에칭을 완료한 후 도 9e의 구조에 식각액의 다른 프린팅 드롭렛들을 도식적으로 도시한 것이다.

도 9g는 기판에 홈을 파는 제 3 방법에서 중첩패턴으로 구조의 유전체 표면에 식각액의 프린팅 드롭렛들을 도식적으로 도시한 것이다.

도 9h는 유전체층의 에칭 후 도 9g의 구조의 평면도를 도식적으로 도시한 것이다.

도 10a는 도 2 내지 도 6 뿐만 아니라 도 7a 내지 7b 및 도 8a 내지 도 8c를 참조로 기술한 방법을 이용하여 형성될 수 있는 접촉 구조물을 도식적으로 도시한 것이다.

도 10b는 금속층을 추가하기 전 또 다른 단계가 상기 접촉 구조물 아래에 짙게 도핑된 영역을 추가하도록 수행되는 도 10a의 접촉 구조물을 도식적으로 도시한 것이다.

도 10c는 도 10b의 접촉 구조물에 대한 변형을 도식적으로 도시한 것이다.

도 11a는 잉크젯 프린팅 기술을 이용한 공정에 의해 형성될 수 있는 반도체 장치의 가장자리 절연 구조의 측면도를 도식적으로 도시한 것이다.

도 11b는 도 11a의 구조물의 저면도를 도식적으로 도시한 것이다.

도 12a는 아래에 있는 반도체층이 잉크젯 프린팅 기술을 이용한 공정에 의해 형성될 수 있음을 도식적으로 도시한 것이다.

도 12b는 잉크젯 프린팅 기술을 이용한 공정에 의해 형성된 도 12a의 접촉 구조물의 변형인 접촉 구조물 형성방법의 초기단계를 도식적으로 도시한 것이다.

도 12c는 도 12b의 단계 다음을 도식적으로 도시한 것이다.

도 12d는 도 12c의 단계의 완료 후 부분적으로 완료된 접촉 구조물을 도식적으로 도시한 것이다.

도 12e는 또 다른 에칭단계의 완료 후 부분적으로 완료된 접촉 구조물을 도식적으로 도시한 것이다.

도 12f는 금속화 단계 후 도 12e의 접촉 구조물을 도식적으로 도시한 것이다.

도 13은 잉크젯 프린팅 기술을 이용한 공정에 의해 형성된 도 12a의 접촉 구조물의 변형인 접촉 구조물 형성의 또 다른 방법의 초기단계들의 영향을 도식적으로 도시한 것이다.

도 14는 잉크젯 프린팅 기술을 이용한 공정에 의해 형성된 매립형 접촉 태양전지 접촉구조물의 전구체를 도식적으로 도시한 것이다.

도 15는 잉크젯 프린팅 기술을 이용한 공정에 의해 형성된 태양전지의 유동접합구조를 도식적으로 도시한 것이다.

도 16은 잉크젯 프린팅 기술을 이용한 공정에 의해 형성된 도 14 및 도 15의 구조물에 대한 변형을 도식적으로 도시한 것이다.

도 17은 잉크젯 프린팅 기술을 이용한 공정에 의해 형성된 태양전지의 p형 및 n형 접촉 구조물을 도식적으로 도시한 것이다.

도 18은 동일한 구조물이 어느 한 기판 극성을 위해 사용될 수 있음을 도시한 도 17의 구조물을 더 상세히 도시한 것이다.

도 19는 개도국에서 제조를 간단히 하는데 사용될 수 있는 태양전지에 대한 결짜여진 전구체를 도시한 것이다.

도 20은 잉크젯 프린팅 기술을 이용한 공정에 의해 형성될 수 있는 양면 결 짜여진 구조물을 도시한 것이다.

도 21은 도 20의 구조물을 형성하기 위해 공정에 사용된 점 패턴을 도식적으로 도시한 것이다.

도 22는 도 20의 구조물에 대한 변형을 도식적으로 도시한 것이다.

도 23a는 소수성 면에 증착된 후 확산소스의 잉크젯 드롭렛을 도식적으로 도시한 것이다.

도 23b는 도 23a에 도시된 기판과 확산소스의 가열 처리 후 발생한 구조를 도식적으로 도시한 것이다.

도 24a는 반도체의 유전체 코팅면에 증착된 후 확산소스의 잉크젯 드롭렛을 도식적으로 도시한 것이다.

도 24b는 도 24a에 도시된 기판 및 확산소스를 건조한 후 발생한 구조물을 도식적으로 도시한 것이다.

도 24c는 도 23b에 도시된 기판과 건조된 확산소스의 가열 처리 후 발생한 구조물을 도식적으로 도시한 것이다.

도 24d는 도판트 소스와 짙게 도핑된 유전체 영역을 에칭한 후 도 24c의 구조물을 도식적으로 도시한 것이다.

도 24e는 금속 도금후 도 24d의 구조물을 도식적으로 도시한 것이다.

도 25는 잉크젯 프린트 헤드와 레이저 스크라이빙 도구를 갖는 X-Y 테이블을 도시한 것이다.

도 26은 다수의 잉크젯 프린트 헤드와 다수의 레이저 스크라이빙 도구를 갖는 X-Y 테이블을 도시한 것이다.

도 27은 접촉물을 붙이기 전에 후면에 p-n 접합을 갖는 실리콘 웨이퍼를 도시한 것이다.

도 28은 전후면이 패시베이션된 도 27의 웨이퍼를 도시한 것이다.

도 29는 실리콘 면을 노출시키기 위해 유전체층에 개구를 갖는 도 28의 웨이퍼를 도시한 것이다.

도 30은 형성된 홀의 가장자리에 돌출된 유전체층을 형성하는 노출된 실리콘 영역의 에칭이 잇따른 도 29의 웨이퍼를 도시한 것이다.

도 31은 가시거리 접근을 이용한 금속의 증착이 잇따른 도 30의 구조물을 도 시한 것이다.

도 32는 n형 실리콘 표면의 국소 면적을 노출시키기 위해 유전체층에 제 2 개구 세트가 형성된 도 30의 구조물의 변형을 도시한 것이다.

도 33은 금속 증착이 실리콘의 양 극성에 동시에 접촉물을 형성한 후 도 32의 구조물을 도시한 것이다.

도 34는 도 33에 도시된 p형 영역에 있는 금속 접촉물의 확대를 도시한 것이다.

도 35는 금속 및 실리콘 간의 매우 얇은 실리콘 다이옥사이드층을 구비하는 MIS 접촉물을 도시한 것이다.

도 36은 MIS 접촉물에 대한 적합한 두께의 경계면 산화물층을 이용하고 금속이 이격된 위치에 있는 상기 실리코 표면에 직접 접촉하게 하는 많은 핀홀들을 받아들수 있는 MIS/핀홀 접촉물을 도시한 것이다.

도 37은 금속 실리콘 경계에서 실리콘의 에피텍셜 성장을 도시한 p형 영역에 대한 MIS/핀홀 접촉물을 도시한 것이다.

도 38은 핀홀과 MIS 접촉물을 형성하기 위해 두꺼운 산화물층을 통해 알루미늄의 다른 관통 깊이를 도시한 것이다.

도 39는 단 하나의 산화물 성장 공정만을 이용하여 동시에 형성된 n형 및 p형 표면 모두에 대해 낮은 저항접촉을 도시한 것이다.

도 40은 알루미늄의 진공 기화를 통해 실리콘 다이옥사이드 코팅된 실리콘 웨이퍼에 형성된 MIS 접촉물을 사진으로 나타낸 것이다.

도 41은 가장 상업적인 인확산 공정에 따른 통상의 결과로서 n형 층을 형성하기 위해 확산된 전후면을 갖는 p형 웨이퍼를 도시한 것이다.

도 42는 노출된 실리콘 표면을 패시베이션하는 한편 광수용면에 대한 반사방지 코팅으로서 작용하는 유전체층으로 거의 코팅된 도 41의 웨이퍼를 도시한 것이다.

도 43은 후면이 접촉물에 대한 p형 실리콘을 노출시키기 위해 에칭된 후 도 42의 웨이퍼를 도시한 것이다.

도 44는 개구의 금속이 p형 실리콘에만 접촉하도록 가시거리 공정을 이용한 금속의 증착후 도 43의 웨이퍼를 도시한 것이다.

도 45는 전면 금속접촉물이 스크린 프린트된 후 그리고 금속 p형 접촉물이 증착되기 전에 p형 표면에 형성된 선택적 산화물을 도시한 도 44의 웨이퍼를 도시한 것이다.

도 46은 p형 접촉물이 홈보다는 홀을 통과하고 금속이 후면상의 실리콘 니트라이드에 걸쳐 증착된 알루미늄과 결합되게 홀 깊이보다 더 큰 두께로 증착되는 도 45의 배열에 대한 다른 p형 접촉 배열을 도시한 것이다.

도 47은 한 표면에 형성된 서로 맞물리게 형성된 접촉물을 도시한 것이다.

도 48은 접촉물을 도포하기 전에 4개의 p-n 접합(n-p-n-p-n)을 갖는 실리콘 웨이퍼를 도시한 것이다.

도 49는 표면 유전체를 도포하고, 4번째(매립)층을 노출시키는 개구를 형성하며, 개구 내에 유전체를 도포한 후 도 48의 접합 스택을 도시한 것이다.

도 50은 금속이 제 1 개구에 도포된 후 도 49의 구조를 도시한 것이다.

도 51은 접촉물이 4개 층에 형성된 후 도 48 내지 도 50의 구조를 도시한 것이다.

태양전지 구조물과 이들의 형성방법의 실시예에 대한 상세한 설명

반대 극성으로 도핑된 반도체 재료의 또 다른 층 또는 영역 아래에 매립된 반도체 재료의 층 또는 영역에 금속 접촉물이 도포될 수 있는 새로운 접근이 본 명세서에 기술되어 있다. 매립층에 접촉시, 반대 극성의 위에 놓인 반도체 재료로부터 전기적 절연을 달성하는 것이 특히 광기전장치에 있어서 매우 중요하다. 매립층에 접촉하기 위한 이러한 접근의 확장은 장치의 동일면으로부터 양 극성의 금속접촉물을 형성하면서 동시에 양 극성들 간에 뛰어난 전기적 절연을 제공하는 것이다. 매립층들에 접촉물을 형성하기 위한 이러한 접근은 또한 하나의 금속 증착공정을 이용해 금속 접촉물의 양 극성의 형성을 가능하게 하고, 또한 1×10¹⁶ 원자/㎤ 아래로 값을 내린 넓은 범위의 가능한 도핑 농도를 갖는 실리콘 재료에 접촉을 형성할 수 있다.

매립층에 접촉하고 장치의 일측에 2개의 극성 접촉을 형성하는 이러한 방법은 웨이퍼와 박막에 형성된 장치들에 적용될 수 있고, 상기 방법의 유사한 장래의 적용은 10 내지 120 마이크론 범위와 같이 너무 얇아서 쉽게 가공할 수 없는 실리콘의 웨이퍼 또는 층을 파손없이 얇게 하는 것이다. 이러한 얇은 웨이퍼는 연이은 장치 제조동안 기계적 지지 및 강도를 제공하기 위해 보로실리케이트(borosilicate) 유리와 같은 지지 구조물에 예컨대 정전기적으로 결합될 수 있다. 이러한 지지기판 또는 수퍼스트레이트(superstrate)에 결합된 후, 제한범위는 연속한 장치 처리 조건들에 있다. 이들은 장치의 동일면에 금속접촉물의 양 극성의 형성에 대한 필요성과 또한 실리콘의 오염을 방지하기 위한 저온공정과 또한 실리콘과 지지층 간의 열팽창계수에 있어 불일치로 인한 문제들에 제한되는 것을 포함한다. 열팽창계수 불일치는 실리콘에 도판트의 확산, 실리콘의 열산화물, 및 500도씨 이상의 금속 접촉물의 소성과 같은 종래의 많은 종래 열처리의 사용을 방해한다. 이러한 시나리오에서, 매립층에 접촉하는 본 발명은 첫째 장치의 동일면에서 실리콘의 양 극성에 접촉을 용이하게 하고, 둘째 양 극성의 옅게 도핑된 실리콘 재료에 접촉을 용이하게 하며, 셋째 화학적 산화의 이용을 통해 노출된 실리콘 표면을 동시에 패시베이션시키기고 상기 산화물층에 금속-절연체-반도체(MIS) 접촉을 형성함으로써 많은 문제들을 해결한다.

잉크젯 프린팅

다양한 공정방법들이 매립층들에 접촉하고 장치의 일면에 2개 극성의 접촉물을 형성하는 이 방법을 수행하는데 사용될 수 있으나, 잉크젯 프린팅은 일반적으로 태양전지와 특히 접촉물이 매립층에 형성되고, 장치의 일측면에 2개 극성의 접촉물을 갖는 장치들의 제조에 관련된 공정범위를 실행하는 적절한 대체방법으로 여겨진다. 이들은 패시베이션 유전체층을 통해 반도체 재료의 표면에 국소적인 금속접촉물의 형성; 매립된 접촉 태양전지의 제조를 용이하게 하기 위한 반도체 재료의 표 면에 홈의 형성; 반도체 웨이퍼의 외주부 주위로 가장자리 접합 절연의 수행; 제 1 극성의 표면 반도체층에 단락을 방지하는 한편 반대 극성의 반도체 재료 아래층에 대한 옴접촉의 형성을 용이하게 하도록 한 극성의 표면 반도체층을 통한 홀의 형성을 조성하기; 반도체 웨이퍼의 동일면에 반대 극성의 서로 맞물리게 형성된 접촉물의 형성; 광 트래핑 목적 또는 표면 반사 감소를 위한 결표면의 형성; 유전체층 또는 폴리머층 또는 금속층 또는 반도체층의 범위에 걸친 홀 또는 라인의 형성; 도판트 소스의 잉크젯 프린팅을 통한 소정 극성의 국소적인 도핑영역 형성; 등에 대한 접근들을 포함한다.

상술한 많은 공정들에서, 용액이 잉크젯 프린트되는 재료와 화학적으로 작용하거나 재료를 용해시키기 위해 잉크젯 프린터에 의해 사용되는 적절한 에칭용액 또는 용매가 사용된다. 반도체 박막에 도판트 소스의 잉크젯 프린팅과 같은 다른 논에칭(non-etching) 공정들도 또한 고려된다.

에칭되는 재료는 종종 마스킹층이며, 프린트 식각액이 연이은 공정을 위해 아래에 있는 층들 또는 반도체 재료를 노출시키기 위해 상기 마스킹층을 통해 홀 또는 라인을 만드는데 사용된다. 에칭되는 재료의 예로는 실리콘 다이옥사이드(silicon dioxide), 실리콘 니트라이드(silicon nitride), 티타늄 다이옥사이드(titanium dioxide), 징크 설파이드(zinc sulphide), 마그네슘 플루오라이드(magnesium fluoride), 실리콘 모녹사이드(silicon monoxide). 실리콘 옥사이드(silicon oxide), 알루미늄을 포함한 금속계층, 실리콘을 포함한 반도체 계층, 폴리머 계층 등을 포함한다. 일반적으로, 잉크젯 프리트되는 표면은 소수성일 필요 가 있거나, 잉크젯 프린터에 의해 증착되는 용액은 퍼지는데 내성이 있는 특성을 가져야 하며, 그 결과 상기 잉크젯 프린터에 의해 증착된 식각액이 표면에 걸쳐 스며들어 일반적으로 표면이 친수성인 경우에서와 같이 경계의 명확성을 잃기보다는 각각의 드롭렛을 형성하게 된다. 소수성 표면특성을 달성하기 위해, 실리콘과 같은 몇몇 재료들은 예컨대 화학적으로 적절한 용액으로 처리되어 표면성질을 친수성 대신 소수성으로 변환시켜야 할 필요가 있다. 예컨대, 실리콘상에 성장한 본래 산화물은 일반적으로 친수성 표면으로 변환되는 반면에, 플루오르화수소산에 노출로 실리콘 표면은 소수성으로 변환되고 이에 따라 잉크젯 프린트용으로 적합해진다.

글리세롤과 같은 첨가제가 또한 식각액 또는 프린트되는 용액에 첨가되어 형성된 드롭렛의 표면장력을 변형시켜 이에 따라 프린팅 공정과 프린트되는 재료의 표면에 드롭렛 형성을 도울 수 있다.

대안으로, 불활성 증점제(inert thickeners)가 용액의 점성도를 증가시기키게 프린트되는데 요구되는 식각액에 첨가되어 표면과 접촉시 형태/모양을 유지하도록 프린트되는 드롭렛에 대한 소수성 표면이 있는지에 더 이상 의존하지 않게 할 수 있다. 점성도는 인쇄되는 재료의 표면에 안착시 드롭렛이 표면에 걸쳐 스며들기 보다는 3차원 형태를 유지하도록 충분히 높을 필요가 있다.

소수성 성질을 가진 희생층 또는 추가층은 또한 홀 또는 홈이 형성되는 층 또는 재료의 표면에 증착될 수 있다. 그런 후 이 희생층 또는 추가층은 에칭이 필요로 하는 영역에 있는 아래의 재료 또는 층을 노출시키기 위해 적절한 식각액으로 잉크젯 프린트될 수 있다. 희생층 또는 추가층은 마스크로서 작용하는 한편, 아래 의 희생층 또는 층들 또는 재료들은 에칭되고 필요하다면 연이어 제거될 수 있다.

도 1은 개구(103)가 실리콘 다이옥사이드층(101)을 통해 아래에 있는 실리콘 재료(102)로 오픈되어 있고 하나 이상의 잉크젯 프린팅 단계들을 이용할 수 있는 공정 예를 제공한다. 도 2를 참조하면, P150과 같은 수지 희생층(104)(백색 유기 수지 또는 "페인트")가 실리콘 다이옥사이드층(101)에 증착되어 소수성 표면(105)을 만든다. 소수성 표면(105)은 소듐 하이드록사이드 기반의 식각액(106)의 드롭렛으로 잉크젯 프린트되어 P150 재료를 국소적으로 에칭한다. 이 식각액(106)은 도 3에 도시된 바와 같이 P150 재료에 개구(107)를 형성하나 실리콘 다이옥사이드층(1010은 영향받지 않게 남겨둔다.

P150에 영향을 끼치지 않는 (묽은 HF와 같은) 실리콘 다이옥사이드용 식각액은 도 4에 도시된 바와 같이 상기 실리콘 다이옥사이드층(101)을 통과하는 개구(108)를 에칭시켜 아래에 있는 실리콘(102)을 노출시킨다. 도 1의 표면을 형성하기 위해 개구(108)에 의해 노출된 실리콘 표면(109)을 에칭하면서 동시에 P150을 다 제거하는 것이 필요하다면 소듐 하이드록사이드 식각액이 재사용될 수 있다.

몇몇 경우, 프린트된 드롭렛과 에칭되는 표면 간의 접촉면적이 중요하다. 이는 종종 글리세롤과 같은 재료를 프린트되는 식각액 또는 용액에 첨가하여 드롭렛의 표면장력을 바꿈으로써 접촉각을 변경시켜 소정의 드롭렛 크기로 조정될 수 있다. 일반적으로, 글리세롤 또는 유사물의 첨가는 접촉각을 향상시키며 이에 따라 드롭렛과 표면 간의 경계면적을 줄인다.

도 5를 참조하면, 소정의 공정을 위해 소수성이 충분치 않은 표면(201)에 식 각액을 잉크젯 프린팅하기 위한 또 다른 접근은 너무 얇아서 고밀도의 핀홀들(203)이 형성되지 못하나 상기 표면이 비활성 표면보다 훨씬 더 소수성이게 할 정도로 두꺼운 충분히 얇은 활성층(202)을 증착하는 것이다. 사용되는 활성재료에 따라, 소수성을 제공하기 위해 상기 활성층(202)에 필요로 하는 두께는 단지 10 내지 1000 옹스트롬이 될 필요가 있다. 이러한 활성면(202)은 초기에 핀홀(203)을 통해 실리콘 다이옥사이드층(101)을 침범하는 식각액(204)으로 잉크젯 프린트되는 구상이 도 5에 도시되어 있으나, 도 6에 도시된 바와 같이 더 큰 개구(206)가 실리콘 다이옥사이드(101)에 형성될 때까지, 연이어 실리콘 다이옥사이드층(101)의 개구(205)는 핀홀(203)에 바로 인접한 측면을 에칭한다. 이러한 접근은 특히 실리콘 다이옥사이드층(101)에 형성될 필요가 있는 홀들이 프린트된 드롭렛의 드롭렛 직경보다 충분히 더 작은 경우 이점적일 수 있는데, 이는 활성층이 표면을 충분히 소수성이게 하여 상기 약간의 드롭렛으로도 실제로 에칭되는 표면에 접촉하게 할 수 있기 때문이다. 도 7a 및 도 7b를 비교하면, 소수성이 아니고 이에 따라 더 많은 식각액 드롭렛(304)이 상기 실리콘 다이옥사이드층(101)에 접촉할 수 있게 하여, 더 큰 면적을 갖는 홀(305)을 에칭시키는 도 7b의 불활성층(301)에 비해 도 7a에 나타난 바와 같이 활성면(202)을 추가함으로써 표면(201)이 더 소수성이게 되는 경우, 더 작은 홀들이 산화물(101)을 통해 어떻게 형성될 수 있는 지 알 수 있다.

도 8a, 도 8b 및 도 8c를 참조하면, 가장 작은 가능한 잉크젯 프린트 드롭렛(404)(도 8a 참조)의 직경보다 더 작은 에칭된 홀을 달성하기 위한 또 다른 접근은 도 8b 및 도 8c에 나타난 바와 같이 점진적으로 더 작은 드롭렛(405,406)이 되 게 에칭공정동안 부분적으로 증발될 수 있는 묽은 식각액을 사용하는 것이다. 이러한 접근을 이용하면, 에칭속도는 드롭렛(404)의 식각액이 매우 묽기 때문에 프린팅 후 바로 도 8a에 도시된 바와 같이 넓고 얕은 에칭 요부(凹部)(407)를 만들며 초기에는 느리나, 드롭렛이 부분적으로 증발되고 도 8b에 도시된 바와 같이 에칭이 더 작은 영역(208)으로 그리고 점차 도 8c에 도시된 바와 같이 층을 통과하는 홀이 완료될 때는 심지어 더 작은 영역(409)으로 식각액 농도가 집중되며 증가하기 때문에 증가한다. 도 8a 내지 도 8c에 도시된 이러한 에칭공정은 종종 증발속도와 반응속도 모두의 속도를 높이게 가열함으로써 가속화될 수 있다. 도 8c에 도시된 바와 같이, 층에 에칭된 홀의 직경("D")은 초기 드롭렛(404)의 직경보다 상당히 더 작을 수 있다.

도 9a 내지 도 9f를 참조하면, 반도체 재료에 홈을 만들기 위한 3가지 접근이 잉크젯 프린팅을 기초로 사용될 수 있다. 첫째는 도 9a에 나타난 바와 같이 에칭되는 층(101)의 표면에 가까이 떨어져 있는 한 줄의 드롭렛(450)을 만드는 것을 포함한다. 도 9b에 나타난 바와 같이, 각각의 드롭렛(450)은 실질적으로 유전체층 또는 다른 층(101)을 관통하여 그 아래에 있는 반도체 재료(102)를 노출시키는 홀(454)을 에칭한다. 반도체 재료(102)의 연이은 에칭은 도 9b에 나타난 바와 같이 산화물(101)을 언더컷하고 결국 언더컷된 영역들이 유전체층(101)의 홀(454)아래에 연결되어 도 9c 및 도 9d에 나타난 바와 같이 유전체(101) 부분 아래에 이어져 있는 반도체 재료(102)내의 연속한 홈(456)을 만든다.

두번째 접근은 도 9e에 나타낸 바와 같이 에칭되는 층(101)의 표면에 가까이 떨어져 있게 형성되는 한 줄의 드롭렛(501)을 프린트하는 것이다. 도 9f에 나타낸 바와 같이, 이들 각각의 드롭렛(501)은 실질적으로 유전체층 또는 다른층(101)을 관통해 그 아래에 있는 반도체 재료(102)를 노출시키는 홀(503)을 에칭한다. 그런 후 추가 드롭렛들이 홀들 사이의 논에칭 부분들에 프린트되어 각각의 홀들보다는 라인들이 유전체층(101)을 통해 형성되게 하는 유전체 재료의 나머지 브릿지들(104)을 에칭시킨다. 그런 후, 필요하다면, 홈이 노출된 아래의 재료(102)에 연이어 에칭될 수 있다.

세번째 접근은 상술한 바와 같이 식각용액에 증점제를 사용하여 에칭되는 재료층(102)의 표면에 연속한 프린트 라인을 만들도록 일련의 중첩 드롭렛(508)을 프린트하는 것이다. 그런 후, 이는 유전체층(101) 또는 다른 층내 (도 9h에 평면도로 나타낸 바와 같이) 에칭선 또는 홈을 만들어 반도체 재료(102)의 표면에 라인을 노출시키게 하다. 다시, 반도체 재료의 연이은 에칭은 상기 반도체 재료내 홈의 형성을 야기한다. 태양전지 제조에 필요로 하는 공정범위에 대해 에칭되는데 요구되는 재료의 범위로 인해, 에칭용액의 범위도 이에 따라 실제로 일부는 알카리성이고 일부는 산성이 요구된다. 프린트되는 표면의 성질에 따라 다른 점성도 범위가 또한 요구된다. 따라서, 많은 산성 용액용으로는 실리콘 또는 탄소 또는 스테인레스강과 같은 재료의 범위로 만들어진 잉크젯 프린팅 헤드를 이용하나, 소듐 하이드록사이드와 같이 몇몇 알카리 용액용으로는 실리카 또는 스테인레스강 또는 금도금 헤드를 이용하는 것이 또한 이점적이다. 잉크젯 프린팅 공정은 각각의 식각액 타입과 또한 용액의 각각 다른 점성도에 대해 최적화되어야 한다.

잉크젯 프린팅 공정의 상세한 실시예

1. 국소화된 금속 접촉물 형성

도 10a의 구조는 실리콘 다이옥사이드층(101)을 형성하기 위해 초기에 실리콘 웨이퍼(102)를 산화시키고(또는 실리콘 웨이퍼(102)의 표면에 실리콘 다이옥사이드층(101)을 단순히 증착시키고) 연이어 소수성이 되도록 상기 실리콘 다이옥사이드의 표면을 처리함으로써 만들어질 수 있다. 이는 표면의 화학적 처리 또는 표면을 소수성이게 변화시키는 실리콘 다이옥사이드의 표면에 매우 얇은 희생층의 증착을 통해 행해질 수 있다. 대안으로 실리콘 산화물의 표면을 소수성이게 하는 대신, 프린트되는 드롭렛의 표면장력을 변경시키기 위해 식각액에 첨가제를 첨가하거나, 또는 이러한 방법의 조합이 사용될 수 있다. 그런 후, 식각액의 드롭렛이 홀들이 필요로 하는 어느 곳에서나 표면에 잉크젯 프린트된다. 식각액은 도 10a에 도시된 바와 같이 실리콘 다이옥사이드층에 개구(601)를 형성하고, 이에 따라 스퍼터링, 증착 또는 스크린 프린팅과 같은 금속 접촉층(602)의 연이은 증착이 아래에 있는 실리콘 재료(102)에 전기적 접촉을 형성하게 한다.

소수성 표면의 이용에 의존하지 않는 다른 접근은 증점제(thickeners)를 첨가하여 그 점성도를 높임으로써 잉크젯 프린트되는 드롭렛이 실리콘 다이옥사이드층(101)의 표면과 접촉시 표면을 젖게하여 스며들게 하기보다는 3차원 형태를 보유하게 하는 것이다. 이 경우, 표면 유전체가 실리콘 다이옥사이드인 경우, 실리콘 다이옥사이드와 반응하여 제거하는 식각액이 요구된다. 이러한 식각액의 예는 몇몇 플루오르화수소산을 포함하는 식각액이다. 실리콘 다이옥사이드를 사용하는 대신, 실리콘 니트라이드 또는 티타늄 다이옥사이드 등과 같이 다른 유전체층들도 또한 사용될 수 있다. 다른 유전체층 또는 표면 패시베이션층들에 대해, 식각용액의 조성물은 종종 변할 필요가 있다. 도 10a의 구조 형성에 대한 또 다른 변형은 n형 또는 p형 도판트 중 어느 하나가 실리콘 다이옥사이드층(101)의 개구(602)아래에 짙게 도핑된 영역(603)을 형성하도록 산화물내에 개구들이 만들어지는 영역내 실리콘 재료의 표면에 확산될 수 있다는 것이다. 그런 후 이는 금속층(602)이 기판 도핑과 기판의 극성에 무관하게 이들 확산된 영역에 양호한 옴저항을 만들게 한다. 이 구조가 도 10b에 도시되어 있고 장치의 후면에 걸쳐 이 구조를 이용한 실리콘 태양전지에 대해 매우 높은 전압과 효율을 달성하는 것이 입증되었다. 이들 장치에서 국소적인 확산은 연이어 증착된 금속과 아래에 있는 도핑된 실리콘 재료 간에 연이은양호한 옴접촉을 용이하게 하도록 상기 실리콘의 표면에 증착된 임의의 산화물으 제거를 가능하게 하는 단계가 잇따르는 것이 필요하다. 몇몇 경우, 접촉금속(602)과 실리콘 간에 더 큰 경계면적을 제공하도록 웰(604)을 형성하기 위해 실리콘(102)의 일부를 에칭함으로써 도 1 및 도 10c에 도시된 바와 같이 금속/실리콘 경계면적을 증가시키거나 기하학적 형태를 변경하는 것이 이점적이다. 그런 후 금속층(602)이 실리콘(102)에 직접 접촉하게 도포되거나, 짙게 확산된 영역(603)이 금속 접촉물(602)을 도포하기 전 실리콘의 표면에 형성될 수 있다. 이들 구조는 p형 실리콘 기판에 n++ 확산영역 또는 대안으로 n형 실리콘 기판에 p++ 확산영역을 이용할 수 있다.

도 10a 및 도 10b의 구조의 또 다른 변형은 실리콘 다이옥사이드 또는 다른 유전체층을 통과하는 홀보다는 라인을 형성하는 것이다. 앞서 기술한 바와 같이, 이들 라인들은 선으로 프린트될 수 있는 더 높은 점성도의 식각액을 이용하여 형성될 수 있는데, 이는 잉크젯 프린트 재료가 3차원 형태를 유지할 수 있게 각각의 드롭렛의 표면장력과 소수성 표면에 의존하지 않기 때문이다. 대안으로, 라인들은 가까이 떨어져 있는 한 줄의 드롭렛을 프린팅하고 그런 후 연이어 접촉이 형성되는 웰(604) 대신 홀들이 연결하여 홈을 형성되게 할 필요가 있기 때문에 대부분의 반도체 재료처럼 에칭함으로써 만들어진다. n형 및 p형 도판트 중 어느 하나의 연이은 국소적인 확산은 상기 연이어 증착된 금속이 크게 도핑된 반도체 영역과의 접촉을 보장하도록 라인 또는 홈들로 이용될 수 있다.

도 10b의 구조를 달성하기 위한 다른 접근은 초기에 국소적인 n형 확산영역(603)이 아래에 형성되는 실리콘 다이옥사이드층(101)의 국소적인 영역에 인(phosphorus) 도핑된 스핀-온 확산소스를 도포하는 것이다. 인 소스는 예컨대 잉크젯 기술 또는 스크린 프린팅과 같은 방식의 범위로 적용될 수 있다. 전체 웨이퍼 또는 도판트 소스가 증착된 국소적인 영역의 (예컨대 레이저를 이용한) 연이은 가열은 실리콘 다이옥사이드(101)를 통해 실리콘 웨이퍼(102)의 표면으로 인 도판트를 전달하여 짙게 도핑된 영역(603)을 형성하도록 사용된다. 실리콘 다이옥사이드내 남아있는 높은 인 농도는 플루오르화수소산에서와 같이 에칭속도를 크게 증가시켜 이에 의해 도핑되지 않은 나머지 실리콘 다이옥사이드(101)의 에칭을 최소화하면서 개구의 형성을 가능하게 한다. 이는 상술한 바와 같이 금속층(602)의 증착을 통해 연이은 금속접촉을 용이하게 하는 도핑 영역(603)의 표면을 노출시킨다. 이 실시예에서, 도핑된 영역은 점 또는 선일 수 있고, 금속(602)은 상기 금속(602)에 사용되는 증착기술에 따라 이러한 도핑영역들 모두에 또는 영역들 중 일부와 접촉할 수 있다. 이러한 접근의 특별한 장점은 금속과 짙은 인 도핑 실리콘 간의 접촉형성의 자체정렬 성질이다. 적절한 p형 도판트를 이용해 n형 도판트 대신 산화물층을 통해 확산되게 함으로써 동등한 반대 극성 구조가 또한 형성될 수 있다.

가장자리 접합 절연

일반적으로, 실리콘 태양전지의 상단면의 확산은 또한 웨이퍼의 가장자리 아래와 반대 극성의 금속접촉물이 주로 위치되어 있는 후면의 일부를 가로질러 도판트들의 동일한 극성의 원치않는 확산을 초래한다. 이는 종종 반대 극성의 2개 금속 접촉물 사이의 단락 기회를 제공한다. 따라서 거의 모든 통상적으로 제조되는 태양전지들은 이러한 단락을 방지하거나 최소화하기 위해 가장자리 영역의 접합 중 일부를 제거하는 가외의 공정을 필요로 한다. 잉크젯 프린팅은 또한 도 11에 도시된 바와 같이 가장자리 접합 절연을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 도시된 구조에서, P150의 희생층(620) 또는 논볼락 수지(nonvalac resin)과 같은 다른 적절한 층이 실리콘 다이옥사이드 표면(101)에 증착되어 실제로 소수성이게 변환시킨다. 잉크젯 프린팅은 (15% 소듐 하이드록사이드와 같은) 식각액을 프린트하거나 P150층용으로 아세톤 또는 글리세롤과 같은 용매를 프린트한다. 이 식각액 또는 식각용액은 일반적으로 각각 직경이 50마이크론이고 대략 중심에서 60마이크론 이격되어 있는 드롭렛들로 실리콘 웨이퍼의 가장자리 주위에 똑바로 한줄로 개개의 드롭렛들처럼 증착되거나 프린트된다. P150의 에칭에 잇달아, 대략 10마이크론의 갭("E")이 P150내 홀들(621) 사이에 남아있다. 그런 후 실리콘 다이옥사이드는 P150에 있는 홀들(621)을 통해 에칭되어 상기 실리콘 다이옥사이드내 해당 홀들(622)을 형성한다. 소듐 하이드록사이드 용액내 이러한 웨이퍼의 배치는 P150의 희생층(620)의 제거를 용이하게 할 뿐만 아니라 실리콘 다이옥사이드내 홀들(622)이 만들어지는 곳 어디에서나 실리콘(102)이 에칭되게 한다. 실리콘이 에칭될 때, 언더컷이 실리콘 다이옥사이드 층(101) 아래에 형성되고, 일단 상기 실리콘내 홀들은 깊이가 5-10 마이크론으로 에칭된 후, 나란한 홀들이 서로 결합되어 웨이퍼의 외주부 주위로 연이은 홈(623)을 형성한다. 중요한 것은, 이는 n형층(624)에 갭을 형성하여 이에 따라 태양전지의 전면 및 후면 사이에 전기적 절연을 제공하는 도 11의 구조를 달성한다. 다시, 도 10의 구조의 경우에서와 같이, 도 10의 등가구조를 여전히 달성하기 위해 일련의 변형이 이용될 수 있다. 예컨대, 실리콘 다이옥사이드가 두꺼워지거나 실리콘 다이옥사이드에 직접 프린트되게 하는 변형된 표면장력을 가진 실리콘 다이옥사이드용 식각액이 사용되는 경우 P150이 모두 함께 없어질 수 있다. 이 경우, 식각액의 점성도가 또한 충분히 증가될 수 있어 실질적으로 기판재료의 에칭을 통해 결합될 필요가 있는 각각의 홀을 만들기 위해 각각의 드롭렛을 프린팅하기 보다는 식각액의 연속 라인의 프린팅을 용이하게 한다.

희생 수지층(620) 필요없이 실리콘 다이옥사이드(또는 유전체)층(101)내 개구를 형성하기 위한 다른 접근은 앞의 실시예1의 등가물을 만들어 이에 의해 인이 의도적으로 실리콘 다이옥사이드층(101)으로 확산되어 우선적으로 에칭될 수 있다. 이 경우, 실리콘으로 어떤 원하지 않는 인확산이 연이은 NaOH 에칭동안 자동적으로 제공된다.

3. 반대 극성의 또 다른 반도체층을 통해 반도체의 매립층에 접촉

현재 상업용 태양전지 제조에서 달성될 수 있는 것보다 더 큰 효율을 달성하는 것이 필요한 한가지 중요한 구조는 도 12a에 도시된 바와 같이 반대 극성의 표면층 아래에 매립된 반도체 극성에 대한 옴저항의 형성이다. 이 구조는 p형 기판과 n형 표면층을 갖는 것으로 도시되어 있으나 n형 기판과 p형 표면층에 동일하게 도포될 수 있다. 이 구조는 실리콘 태양전지에 대해 여태껏 가장 최고(1 태양 조건하에서 720mV 초과)로 기록된 회로전압 달성에 기여하기 때문에 특히 중요하다. 또한 고온 열산화(101) 또는 적절히 증착된 실리콘 니트라이드 표면층의 사용을 통해 달성될 수 있는 웰 패시베이션 표면을 갖는 것이 필요하다. 여태껏 실리콘 태양전지용으로 달성된 최고 전압의 세계 기록을 현재 보유하는 실리콘 태양전지의 후면을 가로지르는 경우에 n형층(633)은 심지어 접촉되지 않은 채 있을 수 있다(에스.알. 웬햄 등(S. R. Wenham et alia), "Rear Surface Effects in High Efficiency Silicon Solar Cells", Conference record, 1994 IEEE First World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, 1994년 12월, 페이지 1278). 이 구조는 특히 중요한데, 왜냐하면 거의 모든 상업용으로 제조된 태양전지들은 현재 태양전지의 전면에 걸쳐 이미터(emitter)를 만들고 동일 공정에서 불가피하게 후면에 걸쳐있는 n형층을 또한 만들기 위한 n형 확산을 필요로 한다. 현재, 대부분의 제조업체들은 아래에 있는 p형 기판에 대한 옴접촉 형성을 용이하게 하기 위해 후면에서 후면 n형층을 없애려고 한다. 그러나, 도 12a에 도시된 바와 같이 n형층을 통해 아래에 있는 p형 기판에 국소적인 금속 접촉물을 이용함으로써 더 양호한 후면 패시베이션이 달성될 수 있다. 이는 대부분의 후면이 n형 표면층에 형성된 유동접합(floating junction)에 의해 패시베이션 잘되게 하고, 차례로 고온의 열성장 실리콘 다이옥사이드층(101)에 의해 실리콘 표면에 패시베이션 잘되게 한다. 많은 제조업체들은 이러한 타입의 구조를 만들기 위해 시도하였으나, n형층(633)과 아래에 있는 p형 기판(102) 사이에 발생한 연이은 단락(shunting)으로 인해 성공하지 못했다.

예컨대, 공통 접근은 태양전지의 후면에 격자 패턴으로 알루미늄 페이스트를 스크린 프린트하고 그런 후 상기 표면 n형층을 통해 아래에 있는 p형 기판에 접촉을 하도록 알루미늄을 소성하였다. 불행히도, 알루미늄은 p형 도판트(원자가 3)이더라도, 이 공정을 통해 알루미늄에 도핑된 실리콘은 후면 n형층과 양호한 품질의 접합을 형성할 수 없었고, 이에 따라 장치의 후면에 p-n접합의 연이은 단락을 초래하였다. 이는 후면 패시베이션을 효과적으로 없애고 그렇지 않으면 후면 유동접합을 통해 잠정적으로 이용가능하다. 실제로, 유동접합의 단락은 후면을 효과적으로 무한한 후면 재조합속도를 가지며 이에 따라 장치 전압과 전류를 저하시키는 표면으로 바꾼다.

도 12a의 실시예에서, 비휘발성 수지 또는 P150과 같은 유기절연층(631)이 실리콘 다이옥사이드층(101) 위에 증착되고 p형층 접촉물들이 형성되는 개구들이 에칭된다. 수지내 개구들은 상술한 바와 같은 NaOH 용액을 잉크젯 프린팅함으로써 만들어질 수 있다. 수지가 개방되면, 실리콘 다이옥사이드층(101)은 또한 상술한 바와 같이 플로오르화수소산으로 에칭될 수 있다. 그런 후 실리콘 웰(632)이 질 산(nitric acid)과 불산(hydrofluoric acid) 간에 혼합물과 같이 수지 또는 P150층(631)을 침범하지 않는 식각액을 이용해 에칭된다. 그런 후, 웰(632)의 가장자리의 절연은 아세톤과 같은 수지용매 중 하나의 드롭렛을 웰의 가장자리에 상기 수지를 도포하거나 웰(632)로 흐르게 하여 아세톤과 같은 용매들 중 하나의 기화에 노출시킴으로써 수지 또는 P150층을 리플로우시켜 웰(632)의 가장자리의 절연이 달성되게 한다(이러한 공정은 웰(632)이 위쪽으로 개방되고 P150이 웰로 흐르도록 뒤집어진 기판으로 수행될 수 있음에 유의해야 한다). 마지막으로, 금속(630)이 웰(632)의 기저부에서 p형 실리콘(102)과 접촉하게 부착된다.

도 12a의 구조가 잉크젯 프린팅을 이용해 동등하게 만들어질 수 있는 또 다른 방법이 도 12b 내지 도 12f에 순차적으로 도시되어 있다. 이 경우, 실리콘 다이옥사이드 식각액(또는 실리콘 다이옥사이드와는 다른 유전체가 사용되는 경우 다른 식각액)의 드롭렛(640)이 도 12b에 도시되어 있고 p형 기판(102)으로부터 만들어진 태양전지의 n형 후면(633)을 패시베이션시키는데 사용된다(실리콘 다이옥사이드 표면은 프린트되는 식각에 대해 적절히 소수성이 되게 이미 적합하게 처리된 것으로 가정한다). 도 12c는 식각액이 표면에 걸쳐 스며들기 보다는 3차원 형태로 있는 실리콘 다이옥사이드층(101)의 표면에 도포된 식각액 드롭렛(640)을 도시한 것이다. 도 12d는 증착된 식각액(640)에 의해 에칭된 후 실리콘 다이옥사이드층에 만들어진 홀(641)을 도시한 것이다. 이는 이들 영역에 n형 실리콘층(633)의 표면을 노출시킨다. 실리콘 다이옥사이드층(101)(또는 다른 유전체층 또는 유전체층들의 조합)이 실리콘(102)의 후면에 에칭되는 홀(643)의 가장자리 위를 의도적으로 덮는 도 12e 에 도시된 타입의 구조를 만들기 위해 실리콘 에칭의 범위 또는 연속적으로 도포되는 식각액의 조합이 (염기성계 또는 산성계) 연달아 사용될 수 있다. 실리콘의 충분한 에칭은 아래의 p형 기판(102)을 노출시킬 뿐만 아니라 실리콘 다이옥사이드층(101)에 남아있는 홀(641)보다 직경이 더 큰 n형 표면층(633)을 통과하는 홀을 에칭하는 것이 요구되므로 노출된 n형 실리콘(633)이 후면에 발생한 (후면에 수직한 방향으로) "가시거리(line of sight)" 증착으로부터 완전히 가려지고 차폐된다. 이 조건은 도시된 바와 같이 실리콘 다이옥사이드층(101)에 충분한 돌출부(642)를 형성할 때까지 실리콘을 의도적으로 계속 에칭함으로써 달성된다. 이를 위한 목적이 도 12f에 도시되어 있고, 여기서 증발에 의한 공정으로 알루미늄과 같은 금속(644)의 가시거리 증착은 금속이 직접 p형 실리콘(102)에 접촉하게 하는 한편, 돌출된 실리콘 다이옥사이드층(101)은 노출된 n형 재료가 기화된 금속의 어떠한 증착도 수용하지 못하게 하여 빈틈(645)을 형성한다. 이는 p형 재료(102)에 옴접촉을 용이하게 하는 한편 n형층(633)에 어떠한 전기접촉도 방지한다. 이 공정에 의해 발생된 구조는 n형 및 p형 극성재료들 간에 큰 갈래저항(shunt resistance)을 달성하고 이에 따라 이 접합의 단락을 방지한다. 일반적으로 200-400℃ 범위의 저온 소결이 금속과 p형 실리콘 간에 옴접촉을 향상시킬 뿐만 아니라 돌출된 실리콘 다이옥사이드층 아래 영역에 노출된 p-n접합의 패시베이션을 향상시키기 위해 실제 이점으로 사용될 수 있다. 노출된 p-n접합의 패시베이션은 장치에 대한 접합 재조합을 줄이고 이에 따라 태양전지 효율을 향상시키도록 돕는다.

일반적으로. 태양전지의 후면에서 n형 영역(633)의 깊이는 1마이크로 미만이 므로, 일반적으로 깊이가 단지 수 마이크로 정도로 실리콘을 에칭하는 것을 필요로 한다. 훨씬 더 큰 직경이 성공적으로 이루어지는 것으로 나타났으나, 일반적으로 대략 1-3 마이크론의 실리콘 다이옥사이드에 돌출부를 형성하게 된다. 돌출층에 대해 더 큰 치수가 갖는 주요 문제는 훨씬 더 많은 양의 실리콘을 제거한 후 도 12f에 도시된 바와 같이 장치의 표면에 걸쳐 연이은 금속층(644)의 형성을 용이하게 하기 위해 증착량을 늘이는데 더 긴 에칭시간이 필요하다는 것이다.

식각액의 프린팅/도포 없이 실리콘 다이옥사이드(또는 다른 유전체)층(101)에서 개구를 형성하기 위한 다른 접근은 인이 의도적으로 실리콘 다이옥사이드층(10)에 확산되어 우선적으로 에칭될 수 있게 상기 실시예1의 등가물을 만드는 것이다. 이 경우, 실리콘에 임의의 원치않는 인 확산이 연이은 NaOH 에칭동안 다시 자동적으로 제거되어 진다.

인 소스가 실리콘 다이옥사이드(또는 실리콘 니트라이드) 표면의 국소적인 영역에 (잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅 또는 기타에 의해) 증착되고 그런 후 웨이퍼는 인이 이 영역내 유전체층에 확산되도록 가열된다. 일반적으로, 인은 연이은 HF 에칭이 실리콘 다이옥사이드의 나머지보다 우선적으로 고농도를 가진 실리콘 다이옥사이드를 제거하도록 실리콘에 곧바로 간다. 그리고 나서, 이는 실리콘 표면을 노출시키고, 몇몇 인을 또한 갖는 실리콘의 상단영역이 확산되게 하는 것이 바람직한 경우, 공정이 계속되거나, 용액속에 인이 있는 것이 바람직하지 않은 경우에는 NaOH와 같은 실리콘 에칭이 인을 함유한 노출된 소량의 실리콘을 제거하도록 사용된다. 이 방법에 대한 또 다른 변형은 국소적인 영역에 먼저 인 소스를 증착시키고 그런 후 (인이 자동적으로 산화물층에 들어가는 동안) 산화물층 또는 실리콘 질화물층을 증착시켜 상기 유전체층을 통해 인을 확신시키는 것이 필요한 웨이퍼를 가열시킨다.

도 12a의 등가 구조물을 달성하기 위한 또 다른 접근은 도 12e의 구조를 먼저 만드는 것이나, 언더컷 에칭후 도 12에 도시된 바와 같이 홀에 돌출부(647)가 함몰되며 충분히 얇은 경우 충분히 가요성이 있게 되는 표면 패시베이션층(646)을 이용해, 임의의 연이은 금속증착으로부터 n형층(633)을 똑같이 보호한다. 이러한 적절한 표면 패시베이션층의 예는 인 확산소스로 사용되는 폴리머와 같은 인 도핑된 폴리머일 수 있다. 이러한 층은 장치에 대한 표면 n형층을 만드는데 사용될 수 있을 뿐만 아니라 노출된 실리콘 표면의 양호한 품질의 표면 패시베이션을 달성하는 것으로 나타났다. 더욱이, 이러한 층들은 매우 가요성이 있을 정도로 충분히 얇고 이에 따라 도 12에 도시된 바와 같이 홈에 함몰될 수 있을 때까지 점차적으로 에칭될 수 있다. 그러나, 기껏해야 재료들로서 사용될 수 있는 이러한 다른 많은 표면 패시베이션층들은 충분히 얇은 치수로 에칭될 때 매우 가요성이 있게 된다. "함몰" 공정은 또한 무르게 하기 위해 돌출부를 화학적으로 처리함으로써 가능하게 조성될 수 있어, 돌출부를 더 가요성있게 하여 이에 따라 도시된 바와 같이 함몰될 수 있다. 많은 재료들의 또 다른 보조는 폴리머를 포함한 이러한 많은 돌출층들을 부드럽게 하도록 또한 작용하는 장치를 가열시키는 것일 수 있다. 가열을 통해 함몰공정을 촉진하는 것은 n형 표면과 접촉시 함몰된 재료가 노출된 n형 재료의 더 양호한 표면 패시베이션을 제공하고 더 중요하게는 상기 영역에서 노출된 p-n접합 을 제공하는 경향이 있는 것이 추가된 이점이다. 가열은 또한 함몰된 돌출층들 중 일부가 n형층에 대해 밀봉되고, 이에 따라 용액을 이용한 무전해 도금(electroless plating)을 포함한 연이은 금속화 공정의 다른 타입들을 용이하게 하기 때문에 몇몇 재료들에는 이점적일 수 있다. 함몰된 돌출층이 n형 재료가 노출되는 영역을 적절히 밀봉하면, 무전해 도금용액은 n형 재료를 도금하지 않고 이에 따라 p-n접합의 단락을 야기하지 않고도 p형 재료에 옴접촉 형성을 용이하게 한다.

앞서 언급한 함몰공정은 또한 돌출한 유전체층 또는 패시베이션층의 에칭에 의해 지원될 수 있다. 표면 패시베이션층과는 다른 재료들도 상술한 목적으로 사용될 수 있음이 또한 인식되어야 한다. 예컨대, 표면 패시베이션층은 돌출형태를 만들고 연이어 홀 또는 홈에 함몰되는 상단에 증착된 또 다른 층을 가질 수 있어 이에 따라 n형 표면을 임의의 연이은 금속화로부터 보호한다. 따라서, 하나는 표면 패시베이션을 제공하고, 다른 하나는 금속이 p형 재료와 n형 재료 모두에 전기접촉을 하지 못하게 하는 전기절연을 제공하도록 2개의 별도의 재료층을 이용할 수 있다. 또한, 돌출층의 에칭으로 돌출층이 홀에 함몰되게 하는 것이 필요한 경우, 구조의 이점적인 특징은 비돌출영역의 약 2배 비율로 돌출영역을 에칭하는 것인데, 이는 에칭이 한 면에만 발생하는 비돌출영역내 층의 나머지에 비해 상단면과 하단면 모두가 에칭되기 때문이다. 이는 또한 이러한 기술과 재현가능성의 강건함을 더한다.

상술된 모든 구조에서, 모든 극성들이 반대되는 동일한 구조들도 또한 예컨대 상기 예에 대해 잘 작동한다. 유사한 장치는 n형 웨이퍼 및 p형 확산표면으로 제조될 수 있다.

4. 매립된 접촉 태양전지에 대해 화학적으로 에칭된 홈들

도 14의 구조는 유전체층(101)을 통해 또한 n형 표면층(651)을 침투해 실리콘 기판(102)에 홈(650)을 내기 위해 레이저를 이용함으로써 이전에 기술되었다. 이러한 레이저 스크라이빙에 연이어, 화학적 에칭은 통상적으로 레이저 손상을 제거한 후 짙은 인확산을 이용해 도시된 바와 같이 홈(651)의 벽내에 n++영역(652)을 만든다. 그러나, 이러한 손상 제거 에칭의 포함에도 불구하고, 잔여 레이저 손상으로 홈벽을 통해 p형 기판 재료(12)를 침투하는 결함이 불가피하게 남아있다.

잉크젯 프린팅은 또한 레이저를 이용한 이러한 제품에 유사한 형태의 구조들을 만드나 레이저 스크라이빙 단계에 의해 야기된 손상없이 사용될 수 있다. p형 웨이퍼(102)는 처음에 인이 확산되어 n형 표면영역(652)을 만든 후, 실리콘 다이옥사이드 또는 실리콘 니트라이드 등과 같은 재료의 범위들 중 하나로 형성될 수 있는 유전체층(101)을 성장 또는 증착시킨다(또는 또 다른 재료 위에 형성되는 이러한 재료의 다수층들이 수 있다). 잉크젯 프린트를 위해, 이미 소수성이 아닌 경우, 유전체층 표면은 상기 유전체 표면을 소수성이게 하고 이에 따라 잉크젯 프린팅에 적합하도록 화학적으로 처리되거나 코팅될 수 있다. 그런 후 각 홈은 드롭렛들 간에 작은 공간에만 유전체층용 식각액의 각각의 드롭렛들로 된 한 줄을 초기에 잉크젯 프린팅함으로써 만들어진다. 일반적인 드롭렛 크기는 직경이 약 50마이크론이며, 이 따라 간격은 각 드롭렛이 도 9a 내지 도 9d를 참조로 기술된 바와 같이 서로 간섭하지 않고 유전체층에 형성하도록 약 60 마이크론 보다 약간 더 크게 선택 된다. 드롭렛 크기는 물론 크기가 더 크거나 더 작은 순서에 까지 달하나, 이들 사이의 간격은 적절하게 조절되어 유전체상의 드롭렛들이 가능한 한 가까이 이격되어 있게 하지만 서로 간섭하지 않게 한다. 유전체에서의 홀 형성에 뒤이어, 소듐 하이드록사이드와 같은 실리콘 식각액 또는 심지어 산성계열의 식각용액이 유전체에서 홀에 의해 노출되는 곳 어디에서나 실리콘 표면을 에칭시키기 위해 사용된다. 이는 초기에 실리콘에서 홀의 행들을 만드나, 홀들은 충분한 에칭 후 연이어 연결되어 개개의 홀들이 중첩될 정도로 충분히 커진 후 연이은 홈을 만든다. 이러한 화학적으로 에칭된 홈들은 일반적으로 레이저 또는 기계적 스크라이빙에 의해 만들어진 것에 비해 손상과 결함이 적다. 홈형성 후 상술한 방법들 중 하나를 이용해 홈벽 도핑 및 금속화가 수행된다.

잉크젯 프린팅을 포함한 공정을 이용한 매립 접촉 형성에 대한 또 다른 접근은 유전체층(101)을 코팅하는 것으로, 이는 일반적으로 또한 상술한 방식으로 잉크젯 프린팅에 적합한 소수성 성질을 제공하는 또 다른 층을 이용한 실리콘 표면 패시베이션층이다. 이 추가층은 나중에 제거되는 희생층이거나 아래에 있는 태양전지로 통과할 수 있는 (또는 후면에서 태양전지로 빛을 다시 반사시키기 위한 반사재료일 수 있는 경우) 빛을 흡수하지 않는 투명층일 수 있다. 도시된 유전체층 또는 잉크젯 프린팅을 위해 증착된 추가층은 또한 적절한 두께와 굴절률을 갖도록 선택되면 반사방지 코팅으로서 역할을 할 수 있다. 양호한 반사방지층을 만들 수 있는 이러한 재료는 실리콘 니트라이드, 티타늄 다이옥사이드, 세륨 옥사이드(cerium oxide), 등을 포함한다. 대안으로, 홈내 증착된 재료가 상단면에 있는 재료에 비해 두께가 감소되고 이에 따라 실리콘 홈 벽들이 연이어 반사방지 코팅 재료의 에칭을 통해 실리콘 상단면에 우선적으로 노출되는 사실에 의해 홈형성 후 반사방지 코팅이 증착될 수 있다. 이는 도시된 n++ 재료(652)와 접촉하나 태양전지의 상단면에 걸쳐 n형 재료(651)에 금속접촉을 하지 않고도 홈에 연이은 금속증착 또는 도금을 가능하게 한다.

도 14에 도시된 홈을 만드는 또 다른 접근은 소수성면이 있는가에 따르지 않고도 3차원 형태를 유지할 수 있는 고점성도의 식각액 재료를 잉크젯 프린트하는 것이다. 이 경우, 각각의 드롭렛들이 이격된 채 떨어져 있느냐에 따르기 보다는 도 9g 및 도 9h를 참조로 상술한 바와 같이 식각액의 연속선을 잉크젯 프린트하는 것이 용이하다. 이러한 식각액의 연속선은 유전체층에 연속선을 에칭하고 이에 따라 도 9h에 도시된 바와 같이 홈(509)의 형태로 실리콘 재료의 직접적인 화학적 에칭을 가능하게 한다.

홈형성을 용이하게 하기 위한 실리콘 다이옥사이드(또는 다른 유전체)층(101)에 개구를 형성하기 위한 또 다른 접근은 상기 실시예 1의 등가물을 만드는 것으로, 이에 의해 인이 의도적으로 실리콘 다이옥사이드층(101)에 확산되어, 아래에 있는 홈 또는 홀들이 필요로 하는 곳 어디에서나 우선적으로 에칭될 수 있다. 이 경우, 실리콘에 원치않는 인확산이 연이은 NaOH 에칭동안 자동적으로 제거되어 진다.

이러한 타입의 구조는 후면 접촉 금속화를 위한 홈(660)을 만들기 위해 도 15에 도시된 바와 같이 태양전지의 후면에도 동일하게 적용될 수 있다. 이 경우, 홈벽을 도판트의 반대 극성, 즉, 홈(660)의 벽에 p++영역(661)을 형성하기 위해 (p형 기판을 위한) 붕소와 같은 원자가 3의 원소로 확산시키는 것이 더 유용할 수 있다. 이는 웨이퍼 전면의 인확산 동안 후면에 통상적으로 형성된 n형 표면층(662)으로 또는 없이 행해질 수 있다. 이는 태양전지의 후면을 가로지르는 유동접합(floating junction)을 만들기 위한 또 다른 접근이며 가능하게는 상기 예 3에 기술된 구조의 모든 이점을 제공한다. 상기에서, 이 구조는 레이저 스크라이빙을 이용해 만들어졌으나, 상기 레이저 스크라이빙 공정으로 인한 손상이 홈의 입구 부근에서 p-n 접합의 연이은 단락을 야기하는 문제가 있었다. 이 유동접합의 단락 문제는 또한 상기 실시예3에서 거론하였다. 식각액의 잉크젯 프린팅과 결부하여 만들어진 화학적으로 에칭된 홈(660)은 레이저 스크라이브된 홈과 같은 문제를 야기하지 않는다. 이 경우, 실리콘에 대한 결함과 손상이 발행하지 않고 따라서 도 15에 도시된 p-n접합이 매우 높은 갈래저항(shunt resistance)을 보유하고 레이저 스크라이빙을 이용하여 만들어진 유동접합에 비해 우수한 품질의 유동접합을 만든다.

도 14 및 도 15에 도시된 구조의 다른 이점은 이 경우 홈내에 있는 실리콘 표면이 노출되는 금속이 증착되는 무전해 도금 또는 전기도금이 사용될 수 있다는 것이다. 단지 금속화에 의해, 홈 영역은 양면 태양전지를 만들기 위해 전면과 후면 모두에 금속 접촉을 하는 격자패턴을 만들 수 있다. 이는 빛이 양면에 들어가게 한다.

도 15의 구조의 후면 구현을 위한 또 다른 변형은 후면 반사기가 또한 후면으로부터 탈출할 수 있는 광의 량을 줄이는데 사용될 수 있다는 것이다. 후면 반사 기는 도 12a에 도시된 구조와 유사한 유전체층의 상단에 P150(흰색 유기수지 또는 "페인트")과 같은 층을 증착함으로써 달성될 수 있다. 대안으로, 알루미늄과 같은 금속층이 후면 반사기로서 역할을 하도록 상기 유전체층에 증착될 수 있다. 심지어 이러한 타입의 구조 형성으로도 잉크젯 프린트되고 연이어 에칭되어 이에 따라 연이어 실리콘 내 홈을 에칭하면서 마스킹을 제공하는데 사용되는 층으로서 금속층을 사용하는 것이 용이하다. 이 경우, 금속은 또한 후면금속접촉의 일부를 형성하는 것으로서 사용될 수 있고 또한 후면 반사기로서 역할을 하는데 사용될 수 있다. 각 홀(650)이 홈을 연결시키고 형성하도록 충분히 에칭되지 않는 도 14 및 도 15의 구조의 변형이 또한 형성될 수 있다. 도 16(도 14의 횡단면도)에 도시된 바와 같이, 이 경우 연속 도체가 (충분한 전기도금 또는 무전해 도금과 같이) 홀(650) 위로 충분한 금속(653)을 도포함으로써 여전히 형성될 수 있다. 이 경우, 홀벽을 형성하는 n++영역(652)이 여전히 짙게 도핑되는 반면에, 상단면(651)은 옅게 도핑된다. 동일한 구조가 또한 도 15를 참조로 상술한 후면 구조에 사용될 수 있다.

5. 반대 극성의 서로 맞물린 접촉부

상술할 예에서, 식각액의 잉크젯 프린팅이 상기 실시예 1 내지 실시예 4에 기술된 동일한 공정 및 기술을 이용하여 도 17에 도시된 구조를 만들기 위해 사용된다. 이 경우, 실리콘 내 홈 또는 홀(670)은 매립된 P형 기판(670)을 통해 옴접촉을 만드는데 사용되는 한편, 별도의 옴접촉이 표면 n형층(672)에 형성되기 쉽게하기 위해 별도의 잉크젯 프린팅 공정이 P150층(671)과 실리콘 다이옥사이드층(101)내 개구를 만들기 위해 사용된다. 그런 후, 금속화가 p형 접촉(673) 및 n형 접 촉(674)을 별도로 형성하도록 추가되거나, 금속층이 형성될 수 있고 그런 후 p형 및 n형 접촉을 나누는 개구(675)를 형성하도록 화학제로 에칭되거나, 예컨대 레이저로, 연마/용융될 수 있다. p형 및 n형 금속화가 별도로 형성되는 경우, 잉크젯 공정에 의해 이들이 형성될 수 있다. 따라서, 이들 2개의 별개의 공정은 실리콘의 양극성들에 금속접촉이 이루어지게 하며 이에 따라 반대 극성의 접촉을 나타낸다. 이들은 도시된 바와 같이 실리콘 웨이퍼의 동일면에 만들어질 수 있으므로, 어떠한 금속 접촉도 태양전지의 반대면상에 위치될 필요가 없다. 이는 기판이 (도 17에 도시된 바와 같이) 캐리어 수집을 위한 후면 접합만을 필요로 하도록 충분히 긴 소수의 확산길이(minority diffusion lengths)를 갖는 경우 이점적일 수 있다. 이 경우, 전면에 금속 접촉부의 부재는 광수용면에 메탈 쉐이딩을 방지한다. 이 전지 구조에서, 더 얇은 기판을 이용해 태양전지의 상단면 부근에 흡수된 광에 대한 향상된 캐리어 수집확률을 가능하게 하는 것이 또한 바람직하다. 업계에서 점차적으로 더 얇고 얇은 기판을 사용하고 있는 추세에 따라 더 얇은 기판이 또한 경제적 목적으로도 바람직하다. 도 18은 기판의 어느 한 극성에 대한 이 구조의 더 상세한 구현을 도시한 것이다. 후면에 사용되는 P150층(671)은 후면 반사기로서 작용을 하고 도 12a 및 도 13을 참조로 기술된 n형 기판과 표면 p형층 간의 양호한 갈래저항을 제공하는 메카니즘을 나타낸다. 도 18의 이 구조는 기판의 소수 캐리어 확산길이가 웨이퍼 두께보다 상당히 더 큰 경우 특히 고효율을 달성할 가능성이 있다. 이 구조의 고효율 특징은 제로 전면 메탈 쉐이딩 손실(0 front surface metal shading loss), 표면 재조합을 줄이고 발생된 캐리어에 대한 저수집 가능성 영역을 방지하 도록 옅게 확산된 표면들, 잘 패시베션된 전면 및 후면, n형 및 p형 극성들 간에 가장자리 접합 절연의 필요성을 방지하고 양호한 전기절연을 달성함으로 인한 우수한 갈래저항, 장치 암포화전류 기여를 최소화하기 위한 저 금속/실리콘 경계면적, 웨이퍼 두께보다 훨씬 더 큰 벌크내 소수 캐리어 확산길이의 달성, 광 트랩핑을 지원하기 위한 후면 반사기의 사용, n형 및 p형 도핑 농도를 적절히 선택함으로 인한 낮은 저항손실, 및 필요하다면 접촉저항(미도시)을 더 줄이기 위해 금속 접촉부 바로 아래에 추가 도판트를 제공하는 것을 포함한다. 광트랩핑 및 반사방지 코팅등과 결부된 전면 반사를 줄이기 위한 결표면의 사용은 간결히 하기 위해 도면에 미도시 되어 있다.

이 구조에 대한 가능성 있는 중요한 이용은 청결도가 떨어지고 기술적 전문지식이 종종 부족한 개도국과 같이 여러 곳에서 태양전지가 제조되게 하는 것이다. 이 특별한 기술은 태양전지 제조업체가 도 19에 도시된 바와 같이 이미 결짜여져 있고(680), 확산되어(672), 산화물이 된(101) 웨이퍼를 구매하게 함으로써 이들 문제들을 극복한다. 이 기술의 구현에서, 웨이퍼 표면영역(672)에 붕소 또는 등가물을 확산시키는 한편, 도시된 바와 같이, 실리콘 다이옥사이드층(101)에 양호한 표면 패시베이션을 제공하기 위해 동일한 열처리로 표면을 동시에 산화시킴으로써 p+ 표면영역을 동시에 형성하는 것을 포함한 단 하나의 고온공정만이 도 19의 웨이퍼를 제조하는데 요구된다. 이러한 열처리를 실행하기 전에, 절단 손상(saw damage)이 제거되고 필요한 경우 표면들이 결짜여진다(680). 그런 후, 이들 웨이퍼들은 태양전지들로 제조하기 위해 판매될 수 있다. 어떠한 (즉, 300도씨 이상이 아닌) 다 른 고온공정이 요구될 필요가 없고 따라서 높은 소수 캐리어 수명과 양호한 품질의 표면 패시베이션 가능성을 없애는 어떠한 방식도 도 19의 구조에서 이루어지지 않는다. 추가로, 잉크젯 프린팅의 이용을 통해, 실리콘 다이옥사이드를 통해 개구를 에칭함으로써 그리고 필요한 곳에 p+ 층을 통해, 양 극에 접촉형성이 달성될 수 있다. 잉크젯 프린팅 기반의 공정을 이용해 모든 전지 마감공정을 용이하게 함으로써, 운영과 유지를 위한 상당한 기술적 전문지식을 필요로 하는 최첨단 장비의 사용없이 이들이 수행될 수 있다. 따라서, 이러한 개도국에서 이미 발견된 대표적인 장비인 비교적 저가이며 최첨단이 아닌 장비를 필요로 하는 나머지 공정들을 수행하기가 개도국과 같은 지역에서도 실행할 수 있다. 이는 예컨대 지배적인 전지기술, 즉, 종래 스크린 프린트 태양전지와 같이 고온확산과 산화 및 고온 금속소결을 필요로 하는 현재 전세계에 사용되고 있는 상업용 전지기술들로는 가능하지 않다.

6. 화학 에칭과 결부하여 잉크젯 프린팅을 이용한 태양전지 표면의 결조직 및 침식

도 20의 구조는 포토리소그래피를 이용해 실리콘 다이옥사이드(101) 표면에 선형 개구(690,691)를 형성하여 실리콘 다이옥사이드가 제거되는 전 영역에서 실리콘의 연이은 에칭을 용이하게 하도록 한 것을 앞서 나타내었다. <100> 방향의 웨이퍼에 대해, 묽은 소듐 하이드록사이드 또는 묽은 포타슘 하이드록사이드와 같은 비등방성 에칭이 사용되는 경우, 에칭은 <111> 면이 노출될 때까지 합당하게 빠르게 계속될 것이다. 이는 전면 및 후면 모두에서 수행되며, 도시된 바와 같이 마주보는 면에 있는 홈들이 서로 수직일 수 있도록 개구(690,691)가 서로 수직하게 지향되어 있다. 이는 웨이퍼에서 강도를 보유하도록 행해지나, 또한 광이 전면 및 후면에 평행한 <111> 면이 있는 것을 방지함으로써 상기 전면 및 후면에서 반복해서 완전히 내부 반사될 수 있도록 광 트랩핑을 강화하게 행해진다. 도 21을 참조하면, 잉크젯 프린팅은 또한 도 20의 구조를 만들기 위해 사용될 수 있다. 상술한 기술과 유사한 기술이 실리콘 다이옥사이드 식각액으로 된 한 줄의 점/드롭렛이 잉크젯 프린트되게 하는데 사용될 수 있다. 특정 라인(695)내에 연이은 점들(694)은 이들과 인접한 라인들(693)에 나란한 점들(692) 사이의 간격("G") 보다 적은 간격 "F"로 서로 이격될 필요가 있다. 이는 인접한 홈들에 결합하기 전 인접한 홈(690)을 만들기 위해 결합되는 특정 라인(693,695)내 점들에 의해 형성된 홀아래의 실리콘에 형성된 홈들을 조성한다. 이는 도 21에 개략적으로 도시되어 있으며, 50 마이크론 직경의 드롭렛들이 일반적으로 줄(639,695)에 프린트되고, 중심 대 중심 간격 "F"은 일반적으로 한 줄의 드롭렛들(692,694) 사이에서 60마이크론이며, 중심 대 중심 간격 "G"은 일반적으로 드롭렛들의 인접한 줄(693,695) 사이에서 70 마이크론이다. 순 결과로서 도 20에 홈들이 형성되어 있고, 인접한 홈들의 가장자리 사이 간격은 실리콘 다이옥사이드 보호 웨이퍼면에서 대략 10 마이크론 만큼 떨어져 있다.

도 20의 구조는 또한 짧은 소수 캐리어 확산길이의 재료를 이용하는 경우에 이점적이다. 먼저, 웨이퍼는 수직한 홈구조에 의해 제공되는 강도로 인해 매우 얇게 만들어지는 경우에도 상당한 강도를 보유한다. 더욱이, 양면에서 이들 매크로홈의 형성은 많은 양의 기판 재료를 없애고, 이에 의해 장치 암포화전류에 기여할 수 있는 재료량을 줄이게 한다. 기판 재료의 제거를 통한 불이익은 종종 광흡수의 감 소이나, 이 경우 이 구조에 의해 형성된 우수한 광트랩핑이 감소된 재료량에 대해 보상하는 것보다 훨씬 흡수를 높인다. 저품질의 기판을 이용하는 것과 관련한 이 구조의 또 다른 중요한 특징은 적절하게 치수화되고 처리된 전면 및 후면 홈들이 상기 전면 및 후면을 연결하는 형성 홀을 교차하도록 형성될 수 있다는 것이다. 홈들이 약 60마이크론 떨어져 있는 경우, 따라서, 전면에서 후면까지 웨이퍼를 통한 이들 홀은 일반적으로 60마이크론 떨어져 있을 수 있다. 이는 전면에 수집된 캐리어들이 저항손실을 최소화하기 위해 충분히 가까이 이격되어 있는 이들 홀을 통해 후면으로 전달될 수 있기 때문에 상당한 손실을 일으키지 않고도 후면에 있는 모든 금속접촉부를 배치하기 용이하도록 충분히 가깝다. 또한, 이 구조에서 전면 및 후면 접합의 자연스런 형성은 특히, 낮은 수명재료가 사용되는 경우 기판내에서 발생된 캐리어에 대한 수집확률을 크게 증가시킨다. 소수 캐리어 확산길이가 웨이퍼 두께 절반 부근이라면, 도 20에 도시된 구조는 실리콘 재료의 부피 전체 걸쳐 발생된 모든 캐리어 대해 비교적 큰 수집확률을 제공한다. 웨이퍼의 극성과 확산은 또한 상술한 바에 대해 바뀔 수 있다.

도 20 구조의 또 다른 특징은 잉크제 프린팅 단계가 홈의 위치를 제어하는 것이다. 따라서, 금속 접촉부가 필요한 위치에서, 홈들은 금속 접촉의 형성을 더 용이하게 하기 위해 (에칭 후) 평평한 표면을 제공하도록 국소적으로 프린팅 패턴을 변경함으로써 위치로 이동되거나 심지어 생략될 수 있다.

7. 잉크젯 프린팅을 통한 주름진 컷 구조

도 20의 구조의 변형이 도 22에 도시되어 있고, 상기 도 22에서 전면 홈과 후면 홈(696,697)은 서로 평행하나 전면 홈과 후면 홈이 교차하는 것을 방지하기 위해 도시된 바와 같이 홈 간격 "H"의 절반인 간격 "J"만큼 서로 오프셋되어 있다. 웨이퍼 두께에 대해 이격된 홈을 적절히 선택함으로써, 전면 홈 및 후면 홈의 형성 후 나머지 실리콘 재료의 두께도 임의의 원하는 두께로 만들어질 수 있다. 잉크젯 프린팅 파라미터를 조절하여 상술한 실시예의 일부에 사용된 40마이크론 직경의 드롭렛보다 상당히 더 크게 하는 것이 용이하다. 다시, 잉크젯 프린트 패턴은 필요에 따라 금속접촉을 위한 평평면의 몇몇 영역들을 보유하도록 조절될 수 있다. 또한, 패턴은 홈을 따른 파열에 취약할 수 있는 웨이퍼를 강화하기 위해 전면 홈과 후면 홈에 수직방향으로 리브를 만들도록 변할 수 있다. 이들 리브는 전면 또는 후면 중어느 하나 또는 모두에 형성된 홈들에 브레이크(breaks)를 허용함으로써 간단히 형성될 수 있다. 이들 브레이크는 강화리브를 형성하는 논에칭 영역으로 남아있고, 각 영역은 홈에서 각 브레이크의 길이의 폭이다.

8. 액체 확산소스의 잉크젯 프린팅

기판(102)의 실리콘 맨 표면(701)은 적절하게 화학적으로 불산의 이머전(emersion)과 같이 소수성이게 만들 수 있다. 도 23a에 도시된 바와 같이 이 표면(701)상에 액체 "스핀-온" 확산소스의 드롭렛(702)를 연이어 잉크젯 프린팅하고, 그런 후 약 100-200℃에서 액체 확산소스를 건조 한 다음 상기 표면을 900℃ 부근의 온도로 가열함으로써, 도 23b의 구조가 만들어졌다. 이는 실리콘이 건조된 스핀온(인 유리) 확산소스(703)와 실리콘 표면(701) 간에 직접적인 접촉하에서 영역(706)에 인이 짙게 도포되었기 때문이다. 노출된 실리콘 표면(701)상의 나머지 영역(704)은 인이 증착된 소스(703)로부터 웨이퍼 표면의 나머지로 기체상태로 전달되기 때문에 인이 여전히 옅게 도포된다. 도시된 바와 같이 옅은 n형 표면 확산동안 얇은 실리콘 다이옥사이드층(705)이 또한 이들 영역에서 도시된 바와 같이 성장한다. 옅게 확산된 n형 표면영역을 패시베이션할 뿐만 아니라 짙게 인 도핑된 영역(706)에 노출된 n++ 재료에 직접 도금할 수 있는 무전해 도금용액으로부터 이들 영역을 가능하게 마스크하도록 작용할 수 있는 패시베이션 열성장 실리콘 다이옥사이드층(705)의 일부를 보유하면서 적절한 에칭 조건을 이용해 짙게 인 도핑된 영역(706) 위로 인 유리(703)를 제거하는 것이 용이하다.

그러나, 이러한 결과는 또한 도 24a에 도시된 구조로 시작하여 달성될 수 있다. 실리콘 다이옥사이드층(101)이 액체 확산소스(712)의 잉크젯 프린팅 이전에 기판(102)의 표면(711) 위에 형성된다. 인 유리 확산소스(713)를 형성하기 위해 액체 "스핀-온" 확산소스(712)의 건조 후, 도 24b의 구조가 만들어진다. 일반적으로 900℃를 넘는 연이은 고온처리는 인이 실리콘 다이옥사이드층을 통해 p형 웨이퍼의 표면으로 들어가게 하여 도 24c에 도시된 바와 같이 인이 짙게 도핑된 실리콘 영역(716)과 인이 짙게 도핑된 실리콘 다이옥사이드 영역(717)을 형성한다. 옅게 확산된 n형 표면영역(714)이 또한 형성될 수 있으나, 사용된 실리콘 다이옥사이드층(101)의 두께와 확산 온도 및 확산기간에 따라, 이 확산영역이 방지될 수 있다. 일반적으로, 이 구조에서 실리콘 다이옥사이드층(101)의 두께는 범위가 성장후 바로 20-2000Å이나, 이 두께는 공정동안 특히 인 유리 제거동안 그리고 또한 사용된 도금용액에 따라 n형 영역의 도금동안 상당히 감소된다.

중요한 것은, 도 24c에 도시된 구조는 인 유리(713)와 아래에 짙게 도핑된 실리콘 다이옥사이드층(717)을 우선적으로 제거할 수 있도록 하는 것이다. 이는 실리콘 다이옥사이드층의 화학적 성질이 통상의 실리콘 다이옥사이드보다 훨씬 더 빠른 속도로 우선적으로 에칭할 수 있게 고농도의 인에 의해 극적으로 변하기 때문이다. 예컨대, 묽은 불산이 인 유리(713)와 인이 짙게 도핑된 실리콘 다이옥사이드층(717)을 매우 빠르게 에칭하는 한편 실리콘 웨이퍼(102)의 표면(711)의 나머지를 덮고 있는 실리콘 다이옥사이드층(101)을 비교적 적게 에칭하는데 사용될 수 있다. 이러한 에칭에 뒤이어, 옅게 인이 확산된 표면영역(714)이 열성장 실리콘 다이옥사이드층(101)에 의해 패시베이션되고 보호된 채로 있으면서 도 24d의 구조에 노출된 n++영역(716)이 형성된다. 그런 후, 이 구조는 도 24e에 도시된 바와 같이 무전해 도금과 같이 금속화될 수 있고, 여기서 금속접촉(721)이 자동적으로 도금되고 도시된 바와 같이 인이 짙게 확산된 실리콘 영역(716)의 표면이 노출된다. 일반적인 금속 도금(721)은 무전해 증착된 니켈을 통한 니켈(719)의 초기 플래쉬(flash)와 그런 후 무전해 도금 구리(718)의 훨씬 더 두꺼운 층을 포함한다. 이 구조는 실리콘 다이옥사이드층(101)에 의해 잘 패시베이션된 옅은 인 확산 표면영역(714)과, 저금속/실로콘 경계면적, 짙은 인 도핑영역(716)의 사용을 통한 금속과 실리콘 간의 낮은 접촉저항, 및 자체정렬된 금속화 방식을 포함한 많은 이점들이 있으며, 이에 의해 금속접촉(721)이 자동적으로 설정되고, 짙은 인 도핑영역(716)(n++층)이 형성되었다.

표면 확산이 필요로 하는 특정 위치로의 액체확산의 잉크젯 프린팅의 이러한 접근은 이전에 제조하기 어려운 반도체 장치 구조의 전체 범위를 제조하기 용이하게 한다. 예컨대, 상기 도 22 및 도 23에 기술된 것 이외에, 웨이퍼의 동일면에 인접한 영역들에 있는 반대 극성의 액체 도판트 소스를 잉크젯 프린트하고 어느 한 표면과 어느 한 극성에 대해 필요로 하는 곳 어디에서나 간단하게 도핑된 영역을 제공하기가 쉽다.

도 16에 도시된 금속화 구성의 또 다른 특징은 결합할 필요가 없는 도 9a의 드롭렛(501)과 같은 한 줄의 드롭렛을 제공하기 위해 잉크젯 프린팅을 이용할 수 있다는 것이다. 실리콘 다이옥사이드층(101)에 형성된 연이은 홀들(654)의 줄은 상기 홀의 줄이 충분히 서로 가까이 이격되어 있는 경우 자동적으로 결합되는 무전해 도금된 금속영역이 형성되게 한다. 드롭렛들 (및 실리콘 다이옥사이드층(101)에서 연이은 홀들(654))사이의 일반적인 간격은 5-15 마이크론 범위이며, 실리콘 다이옥사이드층(101)의 표면을 가로질러 도 16에 도시된 배열과 유사한 형태로 인접한 도금영역에 상기 금속도금을 통해 인접한 홀들이 결합되도록 하는 도금동안 비교적 직선이다.

잉크젯 프린팅 기술을 이용하여 수행될 수 있는 공정의 예는 액체로서 도포될 수 있는 이용가능한 유전체 재료 중 하나를 이용한 패턴화된 유전체층의 적용이다. 잉크젯 프린팅에 의한 이러한 유전체 재료의 증착에 잇달아, 재료의 일부분 가열이 소정의 성질을 유전체층에 제공하기 위해 (상술한 바와 같이) 통상적으로 필요하다. 다양한 가열방법들이 적용될 수 있으나, 특히 매력적인 하나는 양 과제를 실질적으로 동시에 수행기 위해 잉크제 프린트 헤드와 동작되는 레이저의 사용이 다. 이런 식으로 적용될 수 있는 유전체층의 예로는 실리콘 다이옥사이드, 티타늄 다이옥사이드, 다양한 폴리머 등을 포함하거나, 심지어 다른 유전체로 된 여러 층들이 사용될 수 있다. 예컨대, 액체 스핀-온 실리콘 다이옥사이드와 같은 유전체층들이 n형 실리콘을 보호하도록 잉크젯 프린트될 수 있거나 대안으로, 등가의 구조가 만들어질 수 있다. 실리콘 다이옥사이드와 같은 유전체로 전체 표면을 코팅하고, 그런 후 유전체층이 제거되어야 하는 모든 곳에서 유전체층에 적절한 (묽은 HF와 같은)식각액을 잉크젯 프린팅함으로써 만들어질 수 있다.

상기 예에서 유전체와 같은 공정시약의 잉크젯 프린팅의 사용을 기초로 한 제조공정 실행시, 특히 강력한 도구는 잉크젯 프린팅 헤드(843)와 레이저 스크라이빙 헤드 또는 헤드들(844) 모두에 결합된 (기판(842)을 지지하고 태양전지가 형성되는) 이동 캐리어(845)를 갖는 도 25에 도시된 X-Y 테이블(841)이다. 이는 기판(842)이 공정시약(예컨대, 액체 유전체 재료)의ㅍ잉크젯 프린팅과 결부하여 필요로 하는 곳 어디에서나 고정 레이저(844)하에서 'X' 및 'Y' 방향으로 움직이게 하고, 고정 프린트 헤드 또는 헤드들(843)은 레이저(844)에 의해 열이 가해지게 한다. 이는 (정렬 문제를 간단히 하면서) 공정시약의 국소적인 가열을 용이하게 하고 도핑된 유전체 재료 또는 다른 도판트 소스의 경우, 공정시약로부터 레이저 도핑, 필요하다면, 공정시약의 국소적인 연마, 및 유전체에 의해 코팅되지 않은 영역내 실리콘의 열처리 또는 연마를 허용한다. 이 도구에서, 레이저(844)는 파장 범위를 가질 수 있고 소정 출력에 따라 Q-스위치되거나 연속적일 수 있다.

도 25를 참조로 상술된 잉크젯 프린팅 및 레이저 가열 시스템은 명확히 하기 위해 간략화되어 하나의 프린트 헤드와 레이저만을 나타내고 있으나, 도 26을 참조하면, 바람직한 잉크젯 프린팅 및 레이저 가열 시스템은 일반적으로 하나는 1.064마이크론 파장의 광으로 동작하고, 다른 하나는 0.532 마이크론 파장의 광으로 동작하는 2개의 레이저 헤드(844,852)를 갖는다. 양 헤드는 Q-스위치 모드의 동작과 연속파 동작들 간에 스위치될 수 있다. 또한, 시스템은 일반적으로 8개 이상의 잉크젯 프린팅 헤드(843,854,855,857,858,859,861)를 가지며, 하나는 실리콘 다이옥사이드와 같이 액체 유전체층 소스(862)에 연결되고, 하나는 (명확히 하기 위해 도시하지 않은 남아있는 소스들인) 인과 같이 n형 스핀-온 확산소스에 연결되며, 하나는 붕소와 같이 p 형 액체 스핀-온 확산소스에 연결되고, 하나는 실리콘 등을 에칭하기 위해 소듐 하이드록사이드와 같이 알카리 식각액에 연결되며, 하나는 금속 이온/입자와 함께 액체의 소스에 연결되고, 하나 이상이 다른 5개 헤드에 있는 임의의 재료들을 희석시키기 위해 용매 또는 다른 용액의 소스에 연결되어 있다. X-Y 테이블, 프린트 헤드 및 레이저는 일반적으로 적절한 인터페이스를 갖는 컴퓨터인 제어유닛(863)에 의해 제어되고, 상기 제어유닛은 처리되는 패턴을 유지하고 X-Y 테이블을 작동시켜 다양한 헤드들 아래에 상기 장치를 위치시키고 그런 후 상기 헤드들이 필요한 공정을 수행하게 한다. 도 26에서 다양한 헤드들이 표현을 쉽게 하기 위해 서로 이격되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 실제로 이들은 X-Y 테이블에 대한 크기 요건을 줄이고 가공물의 이동을 줄이기 위해 가까이 이격될 수 있다.

레이저 헤드에 의해 수행될 수 있는 일반적인 기능들로는 잉크젯 프린팅 헤드에 의해 증착된 액체 소스 중 어느 하나를 건조 또는 소성하는 단계(주로 연속 웨이브 모드); 고출력의 긴 파장의 레이저를 이용해 더 깊은 구조가 형성되는 실리콘 연마 또는 가공(q-스위치 모드); 중첩 도판트 소스로부터 실리콘의 국소적인 영역으로 도판트의 확산; 국소적인 영역에서 실리콘내 도판트의 재분포(즉, "주입driving in)"); Q-스위치 모드상에서 더 짧은 레이저 파장을 이용한 중첩 유전체층의 연마 또는 손상; 연속파 동작시 국소적인 가열에 의해 국소화된 실리콘 표면의 산화 등을 포함한다. 잉크젯 헤드는 웨이퍼 또는 유전체층에 연이은 레이저 건조 및 확산을 위해 정확한 위치에 어느 한 극성의 액체 확산소스의 국소화된 프린팅; 연이은 공정으로부터 아래에 있는 영역을 마스크하거나, 아래에 있는 재료를 패시베이션하거나, 금속 등과 같이 연이어 증착된 도전성 재료로부터 아래에 있는 재료를 전기적으로 절연시키기 위해 국소화된 영역내 유전체층의 증착; 반도체내에 자체적으로 표면 유전체층, 표면 금속층 또는 홀의 특정 위치에 개구를 만들기 위한 식각액 프린트; 예컨대 2개의 나란한 n형 및 p형 영역들의 접합영역에 프린트될 수 있고 그런 후 연이어 상기 접합영역에 금속 이온을 도출하기 위해 레이저로 가열하여 이에 따라 전기접촉을 형성하기 위해 상기 접합을 의도적으로 단락시키는 금속이온 함유 액체 프린트; 또는 심지어 웨이퍼에 이미 증착된 다른 액체 소스 중 어느 하나를 희석시키거나 없애기 위한 용매의 프린트 등을 수행할 수 있다.

중요하기로는, 상술한 시스템은 이동가능 캐리어(845)상에 가공되는 웨이퍼를 보유하고 공정용 프린트 헤드(843,854,855,857,858,859,861) 또는 레이저 헤드(844,852) 중 어느 하나 아래의 웨이퍼(842)상의 임의의 지점에 정확히 위치할 수 있는 X-Y 테이블(841)을 갖는다. 상술한 공정들 모두가 예컨대 상기 X-Y 테이 블(841)의 캐리어에 대해 고정된 위치를 보유하면서 각각의 적절한 위치로 상기 X-Y 테이블(841)에 의해 이동되는 동일한 웨이퍼면(842)상에 수행될 수 있도록 레이저와 잉크젯 프린팅 헤드 모두가 서로에 대해 정확하게 위치되어 있다. 이는 장치 구조를 형성하기 위한 공정 선택의 넓은 범위를 제공한다.

상술한 잉크젯 프린팅과 레이저 도구는 예컨대 포토리소그래피 마스크에 따르는 공정 사용시 통상적으로 직면하는 정렬문제를 방지한다.

9. 매립층에 접촉을 하는 장치의 실시예

매립층에 접촉하기 위한 공정이 첨부도면의 도 27 내지 도 40을 참조로 후술되어 있다. 도 27은 후면(907)에 대한 p-n접합(902)을 갖는 실리콘 웨이퍼(901)를 도시한 것이다. 웨이퍼(901)의 벌크(903)는 p형 및 n형 도핑될 수 있으나, 이 예에서는 p형으로 도핑되고 후면 영역(904)은 반대로 도핑된다(즉, n형 또는 p형 도핑될 수 있으나, 이 경우 n형이 된다). 도 28은 전면과 후면이 실리콘 다이옥사이드 또는 실리콘 니트라이드와 같이 하나 또는 다수의 유전체층들(905,906)로 패시베이션된 도 27의 웨이퍼(901)를 도시한 것이다. 이러한 유전체층은 종종 전면 또는 광수용면에 대한 반사방지 코팅으로서 또한 역할을 하거나 금속증착으로부터 또는 심지어 공정간 오염으로부터 실리콘 표면을 보호하기 위해 마스킹을 형성할 수 있다. 유전체층의 두께는 10nm에서 수 마이크론까지 어디로든지 변할 수 있으며 여전히 이 방법에 사용하기 적합하다.

도 29는 실리콘 표면(907)을 노출하도록 유전체층에 개구(908), 홀이나 선 또는 몇몇 다른 패턴들 중 어느 하나를 갖는 도 28의 웨이퍼를 도시한 것이다. 이 러한 개구들은 레이저 연마, 적절한 화학제의 잉크제 프린팅, 리소그래피 기반의 접근, 기계적 마모 등에 의해 형성될 수 있다. 개구들에 대한 일반적인 폭은 기술된 기술들에 대해 1마이크론에서 1mm의 범위내 어디에나 있을 수 있고, 모든 폭들은 매립된 반도체층에 대한 접촉을 형성하는데 사용하기 적합하다. 유전체층에 핀홀 개구를 이용하는 다른 기술들은 심지어 매립된 반도체층에 접촉을 형성하는데 또한 적합할 수 있는 10nm만큼 작은 개구들을 달성할 수 있다.

도 30은 도 29의 웨이퍼 다음에 노출된 실리콘 영역을 에칭함으로써 n형 실리콘(904)을 제거하여 p형 실리콘(903)을 노출시키기 위해 상기 실리콘에 개구(909)를 형성하는 한편 동시에 유전체층에 형성된 홀 또는 홈(908)의 가장자리에 유전체층(906)의 돌출부(911)를 형성한 것을 도시한 것이다. 실리콘의 에칭은 실리콘 표면을 산화시키는 질산 또는 칼륨 과망간산염과 같은 화학제 뿐만 아니라 산화된 실리콘을 에칭시키는 불산과 같은 화학제를 포함한 소듐 하이드록사이드 또는 산성 에칭과 같은 화학 에칭 및 용액의 범위를 이용해 행해질 수 있다. 다른 접근은 또한 실리콘의 플라즈마 에칭과 같은 돌출한 유전체 영역을 여전히 형성하면서 상술한 실리콘을 에칭시키는데 사용될 수 있다. 홀 또는 홈의 일반적인 치수는 0.1 내지 100 마이크론 까지 임의의 깊이를 가질 수 있고, 유전체층내 해당 돌출부도 또한 0.1 내지 100 마이크론에 이른다. 매립된 반도체 극성을 포함하는데 있어 중요한 것은, 홀 또는 홈의 깊이가 매립된 반도체 재료가 노출되는 것을 보장하도록후면으로부터 접합 깊이를 충분히 초과하게 커야한다는 것이다. 더욱이, 연이은 금속의 가시거리 증착동안 (홀 또는 웰의 기저부에 접촉되는 극성과 반대 극성의) 반 도체 재료의 표면층으로부터 노출된 실리콘 재료가 2개 극성간에 전기절연을 제공하기 위해 상기 돌출 유전체에 의해 차폐되도록 유전체층내 충분한 돌출이 달성될 필요가 있다.

도 31은 도 30의 구조 다음에 진공증착, 스퍼터링, 전자빔 증착, 플라즈마 스프레이 등과 같이 대략 가시거리인 접근을 이용한 유전체층(906)의 표면에 알루미늄과 같은 금속층(912)을 증착하여 실리콘 재료내 개구들의 p형 재료(903)에 금속접촉물(913)을 형성한 것을 도시한 것이다. 이는 돌출된 유전체가 도시된 바와 같이 홀 또는 홈내 표면 n형 영역을 가리게 할 뿐만 아니라 후면 n형 재료가 또한 금속 증착으로부터 차단되게 한다. 이는 금속이 n형 재료가 아니라 매립된 p형 재료에 접촉하게 하고, 따라서, 2개 극성들간에 전기 절연을 달성한다. 돌출 유전체에 의해 형성된 역할은 유전체층 대신 증착될 수 있는 재료(도전성 및 비도전성 모두)의 다른 많은 층들에 의해 수행될 수 있음에 유의해야 한다.

도 32는 도 30의 구조의 변형을 도시한 것으로 제 2 개구 세트(914)가 n형 실리콘 표면(907)의 국소화된 영역을 노출시키도록 유전체층(906)에 형성되어 있다. 다시 개구들은 상술한 기술들을 이용해 형성될 수 있다. 도 32의 구조는 p형 실리콘에 접촉(923)과 동시에 도 33에 도시된 바와 같이 금속증착(922)동안 n형 실리콘에 접촉(924)을 형성하는 것을 용이하게 한다. 금속 접촉의 확대가 도 34에 도시되어 있다. 이 구조에서 있을 수 있는 약점은 낮은 접촉저항을 갖는 n형 및 p형 실리콘 모두에 동시에 접촉하도록 사용된 금속의 능력으로서, 그 효과는 사용된 금속, 금속/실리콘 경계면에서 실리콘내 도핑농도, 및 수행된 임의의 연이은 열처리 를 포함한 다양한 요인들에 따른다. 종종, 도핑된 실리콘의 한 극성에 양호한 낮은 저항접촉을 형성하는 금속은 실리콘의 반대 극성에 정류 접합(rectifying junction)을 형성한다. 예컨대, 알루미늄은 3×10¹⁶ 원자/㎤ 이상으로 도핑된 p형 실리콘에 매우 양호한 옴접촉을 형성하나, 1×10¹⁶ 원자/㎤ 이하로 도핑된 p형 실리콘, 또는 n형 실리콘에 증착시 쇼트키 배리어(Shottky barrier)를 형성하는 비교적 낮은 일함수 금속이다. 알루미늄과 n형 실리콘 사이의 접촉이 일반적으로 도 35에 도시된 바와 같이 MIS 접촉을 형성하기 위해 금속(924)과 실리콘(904) 사이에 매우 얇은 실리콘 다이옥사이드층(925)의 포함을 통해 (더 작은 접촉저항으로) 향상될 수 있다. 이는 금속의 낮은 일함수가 반도체 표면의 도전대에서 휘어져 n형 도핑을 효과적으로 강화시키고, 그런 후 전자들이 양자역학적 터널링에 의해 얇은 경계면 산화물을 통해 터널링될 수 있기 때문이다. 5 내지 25 옹스트롬 범위의 산화물층이 유사한 두께의 다른 유전체 형태의 범위이기 때문에 이러한 MIS 접촉 형태에 적합하다. 금속/실리콘 경계면에서 적절한 실리콘 다이옥사이드층의 사용은 또한 실리콘 양 극성에 동시에 낮은 저항접촉을 용이하게 하는 이점이 있다. 도 36을 참조하면, 이는 MIS 장치(928)를 이용한 접촉에 적절한 두께일 뿐만 아니라 알루미늄과 같이 위에 놓이는 금속(929)이 금속의 형성핑거(927)를 통해 절연된 위치에 있는 실리콘 표면에 직접 접촉하게 하는 많은 핀홀들에 의도적으로 작용될 수 있는 경계면 산화물층(926)을 이용한 MIS/핀-홀 접촉을 의도적으로 형성함으로써 행해진다. 이러한 영향은 100 내지 500도 범위의 저온 처리를 통해 그리고 소정의 핀홀 밀도 와 각 핀홀의 바람직한 크기에 따라 30초에서 수 시간에 이루는 시간주기동안 강화될 수 있다. 금속이 실리콘에 접촉하여 이에 따라 상기 구조를 형성하는 핀홀의 밀도가 증가하듯이 각 핀홀은 시간을 늘리고 온도를 높임으로써 증가하는 경향이 있다.

MIS/핀홀 접촉형성의 상술한 접근을 이용해, 동일한 산화물층 및 금속이 동시에 n형 및 p형 실리콘 모두에 접촉할 수 있다. 예컨대, 실리콘 다이옥사이드층이 노출된 n형 및 p형 영역과 양쪽에 증착된 알루미늄 모두에 약 15옹스트롬의 두께로 80도씨에서 화학적으로 성장되면, 10분간 300도씨의 열처리로 알루미늄이 실리콘 다이옥사이드층의 국소화된 핀홀 영역을 줄여 핀홀이 없는 나머지 영역들이 MIS 구조를 보유하면서 실리콘에 직접 접촉하기 쉽게 한다. 도 37을 참조하면, p형 실리콘면(931)에 대해, 구조(933)의 MIS부는 산화물(926)의 핀홀에 있는 금속의 핑거(923)를 통해 알루미늄(934)과 실리콘(903) 간에 직접 접촉이 무시되는 정류접합을 형성한다. 따라서 이들 핀홀 영역은 알루미늄과 p형 실리콘 간에 낮은 저항접촉을 용이하게 한다. 핀홀 영역은 p형 실리콘 표면(931)에 줄어든 실리콘 다이옥사이드 재료로부터 실리콘 재료(935)의 고체상태 에피텍셜의 성장에 의해 조성된다. 이는 특히 옅게 도핑된 (1×10¹⁷원자/㎤로 도핑된) p형 표면에 대한 접촉저항을 더 낮추는데, 이는 실리콘(903)과 알루미늄 핑거(935) 사이의 경계면에서 고체상태 에피텍셜로 성장된 재료(935)가 자체적으로 p형 도판트인 알루미늄으로 도핑되기 때문이다. 동일한 구조가 n형 실리콘 표면(07)에 적용되는 경우, 경계면에서 고체상태 에피텍셜로 성장된 재료(935)(도 37 참조)가 있든 없든 알루미늄 핑거와 실리콘 간의 직접 접촉은 높은 저항접촉과 동일한 정류접합을 형성하는 경향이 있다. 이러한 높은 저항(또는 정류접합)은 도 36에서 도시된 바와 같이 나란히 있는 MIS 접촉(928)이 무시된다. 도 38을 참조하면, MIS 구조에 사용하기에는 통상적으로 너무 두꺼운 상당히 두꺼운 산화물(또는 유전체층)이 또한 이점적으로 사용될 수 있다. 이러한 이유는 금속(예컨대, 알루미늄) 핑거(937,938,939)가 산화물층을 통해 다른 깊이로 침투되기 때문이다. 도 38에 도시된 영역 중 일부는 너무 커서 옴접촉에 기여할 수 없는 산화물 두께를 보유하더라도(즉, MIS 접촉으로 적합하지 않은 채로 있더라도), 알루미늄 핑거(937)가 직접 접촉을 위해 실리콘 표면(907)에 침투되는 다른 영역들이 드러날 수 있는 한편 여전히 다른 영역들은 거의 완벽한 관통을 이룬 금속 핑거들(938)을 드러내며, 금속과 실리콘 간의 남아있는 얇은 산화물이 국소영역에서 옴(낮은 저항) MIS 접촉(914)의 형성을 용이하게 하기 위해 적절한 두께 범위내에 있다. 이 경우, 낮은 일함수 금속을 갖는 MIS 구조(914)는 상술한 n형 표면(907)에 대한 낮은 저항접촉의 형성을 용이하게 한다. n형 및 p형 표면에 낮은 저항접촉은 양 극성에 대해 단 하나의 산화물 성장과정과 하나의 금속 증착(922,934)만을 이용해 형성될 수 있다는 것을 주목하는 것이 중요하다. 이는 1×10¹⁷원자/㎤ 미만으로 옅게 도핑된 표면에도 적용된다. 이러한 방식으로 형성된 병렬 접촉이 도 39에 도시되어 있다. 도 40은 증착된 금속이 알루미늄이고 핀홀 접촉이 면적의 약 10%를 차지하고 MIS 구조가 다른 90%를 차지하는 실제 구조를 도시한 것이다. 도 40의 구조는 실리콘 웨이퍼에 코팅된 실리콘 다이옥사이드상에 알루미늄의 진공증착(백색 상단면의 상단층)을 통해 형성된 금속-절연체-반도체(MIS) 접촉이다. 실리콘 웨이퍼(901)는 하부의 어두운 면적이나, 알루미늄이 웨이퍼 표면으로 관통되는 산화물층을 통과하는 갭을 가지며 웨이퍼(910)와 알루미늄층(22) 사이에 얇은 산화물(926)이 끼워져 있다. 열처리 후, 위에 있는 Al에 의해 SiO₂의 랜덤 감소는 국소영역에서 A1와 실리콘 표면 간에 직접접촉을 가능하게 한다. 도시된 선택폭은 제곱 마이크론당 약 10-20의 핀홀 밀도를 나타내며 대략 1 마이크론이다.

10. 비접촉영역에서 유동접합을 이용한 후면 패시베이션

도 41 내지 도 47을 참조하면, p형 웨이퍼(901) 이용시 대부분의 상업용 인확산공정은 도 41에 도시된 바와 같이 전면영역(951)과 후면영역(904) 모두 뿐만 아니라 n형층을 형성하기 위해 확산되는 측면 영역(952)을 만든다. 이러한 인확산을 위한 시트 저항은 사용된 금속 접촉방식에 따라 40 내지 1000 범위내에 있다. 도 42는 노출된 실리콘 표면을 동시에 패시베이션하면서 광수용면에 대한 반사방지 코팅으로서 통상적으로 작용하는 실리콘 질화물과 같은 유전체층(953)으로 실질적으로 코팅된 웨이퍼를 도시한 것이다. 후면에 p형 금속접촉을 하기 위해, 상술한 방법들이 개구(954)를 갖는 유전체층을 패턴화하고 노출된 n형 실리콘을 에칭시켜 도 43의 구조를 형성하는 p형 웨이퍼를 노출하는 실리콘내 개구(955)를 형성하여, 도 44의 구조를 만들기 위해 대략적인 가시거리 증착공정을 통해 알루미늄과 같은 금속층(956)을 증착는데 사용될 수 있고, 금속은 접촉층(957)을 형성하기 위해 개 구(955)내 p형 실리콘에만 접촉한다. 웨이퍼의 저항에 따라, 금속(956)은 접촉저항을 줄이기 위해 소결될 수 있다. 그러나, p형 웨이퍼에서의 도핑이 너무 낮아 양호한 옴접촉을 하지 못하는 경우, 얇은 산화물층(958)이 금속층(956,957)을 형성하기 전 노출된 p형 실리콘 위에 성장될 수 있어 알루미늄 소결동안 실리콘 다이옥사이드의 감소가 금속과의 경계면에서 핀홀을 통해 노출될 때 p형 웨이퍼 면에 짙은 p형 도핑 실리콘의 고체상태 에피텍셜 성장을 용이하게 하는 알루미늄에 실리콘 소스를 제공한다(미도시 하였으나 이전 도면 및 설명을 참조). 이는 낮은 저항접촉을 용이하게 하며 쇼트키 배리어의 형성을 방지한다.

중요한 것은, 이러한 접근은 단지 알루미늄이 p형 재료와 접촉하게 한다. 사용된 전면 금속접촉(959)의 형태에 따라, 전면 금속접촉은 후면 금속접촉 전후로 적용될 수 있다. 예컨대, 전면 금속접촉이 스크린 프린트된 은인 경우, 유전체층(953)에서 적잘한 개구가 에칭에 의해 형성될 수 있고, 화학제가 p형 표면을 노출시키고 돌출한 유전체층을 형성하기 위해 에칭된 후 접촉이 프린트될 수 있다. 전면금속 접촉(959)의 소성이 도 45에 도시된 바와 같이 동시에 알루미늄이 증착된 p형 표면에 산화물을 형성한다. 연이은 가열은 금속 핑거(961)와 고체상태 에픽텍셜 성장 p형 재료(962)를 형성하기 위해 상술한 바와 같이 산화물의 감소와 p형 실리콘에 대한 접촉을 용이하게 한다. 이 시나리오에서, p형 접촉은 금속 핑거의 단부에 연결 버스바가 있는 격자 패턴으로 형성된다. 대안으로, p형 접촉은 알루미늄(957)이 후면에 있는 실리콘 니트라이드를 가로질러 증착된 알루미늄(956)과 결합할 수 있으면서 도 46에 도시된 바와 같이 후면에서 n형층에 어떠한 접촉도 방지 할 수 있도록 홀 깊이보다 더 큰 두께로 증착된 알루미늄이 있는 홈보다는 홀을 통할 수 있다. p형 접촉과 후면 n형층 간의 고저항(갈래 저항)은 후면 유동접합이 후면을 효과적으로 패시베이션하는데 필수적이다. 또한 이 구조에서, 웨이퍼의 가장자리 아래에 또한 형성된 n형층(951,952)(도 44 참조)이 선택적으로 제거될 수 있다.

11. n형 또는 p형 웨이퍼에 대한 서로 맞물린 후면접촉

이 예는 별도의 제 2 세트의 개구가 유전체층에서 이루어진 것을 제외하고는 상기 예와 유사하다. 예컨대, n형 확산표면을 갖는 p형 웨이퍼에 대해, 도 27 내지 도 39를 참조로 상술한 방법은 p형 웨이퍼 재료를 노출시키고 접촉을 하도록 제 1 세트의 개구(908)와 결합하여 사용되는 반면, 유전체내 제 2 세트의 개구(914)는 n형 실리콘 표면을 노출시키는데 사용된다. 이러한 제 2 세트의 개구는 도 47에 도시된 서로 맞물린 접촉을 만들도록 p형 접촉을 위해 형성된 유사한 패턴(972)과 인터리브된 빗형태의 패턴(971)을 후면에 형성할 수 있다. 유전체층에서 두 세트의 개구들이 형성되는 순서는 개구를 만들기 위해 사용된 접근에 의해 잘 결정될 수 있다. 그런 후 제 2 세트의 개구는 일반적으로 어떠한 에칭된 필요없이 n형 표면을 노출시키기 위해 유전체를 레이저 연마함으로써 연이어 형성된다. 다른 한편, 저항층은 화학제의 잉크젯 프린팅과 패턴화되어 아래에 있는 유전체의 패턴화를 용이하게 하는 경우, 얕은 n형 개구들이 우선 잘 형성되어 그 결과 이들이 상술한 바와 같이 p형 접촉개구의 형성을 연이어 용이하게 하는 또 다른 저항층에 의해 보호된다. 다른 경우, 개구의 2개의 극성들이 실리콘 표면의 양 극성을 노출시키도록 형 성된 후, 표면의 화학 산화 후 알루미늄 증착 및 소결이 돌출부 아래에 노출된 접합영역의 적합한 패시베이션을 제공하면서 양 극성에 옴접촉을 용이하게 한다. 다음은 실리콘 다이옥사이드 유전체를 패턴화하기 위해 보호 수지층을 이용한 이와 같은 공정순서의 예이다:

(ⅰ)웨이퍼 결표면

(ⅱ)약 2,000 옹스트롬 산화물 두께를 제공하기 위해 전면 및 후면의 인확산과 기화상태의 열처리

(ⅲ)스핀-온 또는 스프레이 공정에 의해 웨이퍼 후면에 저항코팅의 도포

(ⅳ)n형 금속접촉이 도포되는 곳 어디에나 저항층에 개구를 형성하도록 적절한 화학제의 잉크젯 프린트

(ⅴ)저항 개구들이 형성된 후 화학제가 저항을 깨끗이 제거되는 곳 어디에나 n형 표면을 노출시키게 불산에 웨이퍼를 담그어 실리콘 다이옥사이드에 있는 개구들을 에칭하기

(ⅵ)웨이퍼의 후면 위에 새로운 저항층을 도포

(ⅶ)p형 접촉이 필요한 상기와 같은 저항층을 패턴화하기

(ⅷ)유전체에 패턴을 형성하기 위해 HF 침지 후, n형 재료를 노출시키고 돌출된 유전체를 만들기 위해 산성 에칭(산화시약 및 약한 HF) 후, 약 80도씨에서 하이드로진 퍼옥사이드 또는 포타슘 퍼망가네이트(potassium permanganate)로 농축된 황산에 노출된 실리콘 표면의 화학적 산화를 포함한 화학처리

(ⅸ)예컨대 스퍼터링 또는 증착 또는 플라즈마 스프레이에 의해 후면에 알루 미늄 증착

(ⅹ)10분간 300도씨로 금속 접촉부 소결

(ⅹⅰ)니켈 및 구리와 같은 금속의 선택적 무전해 및 전기도금이 더 큰 두께로 금속을 형성하고 솔더가능하도록 사용될 수 있다. 이 경우, 화학적으로 성장된 산화물과 유전체층이 도금된 금속으로부터 표면의 나머지를 보호하면서 알루미늄 표면들이 도금된다.

12. 지지기판 또는 수퍼스트레이트(Superstrate)에 접합된 얇은 실리콘 웨이퍼에 대한 서로 맞물린 후면 접촉부

업계의 동향은 경제적 이유로 웨이퍼를 더 얇게 하고 저품질의 기판재료를 이용해 더 큰 효율의 달성을 용이하게 하는 것이다. 실리콘 웨이퍼가 약 100 마이크론 두께 이하이면, 웨이퍼 가공은 받아들일 수 없는 큰 파손율이 특히 문제가 된다. 대안은 저가, 저순도 실리콘 또는 보로실리카 글래스와 같이 열적으로 일치된 글래스 또는 실리콘에 대한 몇몇 다른 열적으로 일치되는 재료와 같이 지지기판 또는 수퍼스트레이트에 (5 내지 100 마이크론 두께 범위의) 얇은 실리콘 웨이퍼를 접합하는 것이다. 장치가 연이어 가공되게 하기 위해, 금속 접촉부의 양 극성은 웨이퍼의 동일면으로부터 도포될 수 있다. 열처리가 지지재료로부터 오염을 방지하고 열팽창계수의 불일치에 따른 문제를 방지하기 위해 저온으로 유지해야하는 것이 필요하다. 본 명세서에서 상술한 방법은 모든 금속접촉이 400도 이하에서 그리고 웨이퍼의 한면에서 잘 행해질 수 있는 상황에서 이상적이다. 초기 표면 세정, 확산 및 유전체 형성/증착은 실리콘 웨이퍼가 지지재료에 접합하기 전에 행해질 필요가 있으며, 모든 연이은 공정들이 연결된 지지층에서 발생한다. 지지재료에 두꺼운 웨이퍼를 접합시킨 후 연이어 웨이퍼를 화학적으로나 기계적으로 얇게하는 것이 또한 용이할 수 있다. 접촉부가 일면에 형성되면 도 47에 도시된 바와 같이 이들이 서로 맞물릴 수 있다.

13. 지지재료상의 박막 실리콘에 대한 접촉

이 예는 실리콘이 또한 유전체층 또는 층들로서 기화 또는 PECVD 또는 스퍼터링 등과 같이 지지기판 또는 수퍼스트레이트에 직접적인 증착에 의해 형성되는 것을 제외하고는 상기 실시예 12와 거의 동일하다. 이 경우 접합 또는 접합들은 증착공정의 일부로서 형성되고 그런 후 접촉부가 상기 실시예 3에서와 상술한 바와 같이 부착된다. 사용된 증착공정에 따라, 증착된 실리콘은 비정질일 수 있고 이에 따라 결정화 단계를 필요로 한다.

14. 스택내 임의의 매립층에 대한 접촉

상술한 접촉형성 방법들은 도 48에 도시된 바와 같이 반도체층의 스택에도 적용될 수 있고, 이에 의해 다른 모든 층들로부터 절연을 유지하면서 임의의 층에 전기접촉을 하도록 사용될 수 있다. 예컨대, 극성이 (n-p-n-p-n) 교번하는 5개 층(882,883,884,885,886)의 스택(881)에서, 상술한 방법을 사용해 도 48에 도시된 바와 같이 스택내 요부로부터 4번째층(883)에 접촉해, 유전체층(887)이 개방되고(888) 반도체내 개구(891)가 4번째층(883) 아래로 에칭되면서 유전체(887) 아래 언더컷 영역(889)을 형성하는 도 49에 도시된 구조를 만들 수 있다. 그런 후 유전체 박막(892)이 개구(891)에 형성된다. 도 50에 도시된 바와 같이, 연이은 금속 증 착(893) 공정 후, 개구(891)에 형성된 금속층(894)이 유전체(892)의 핀홀에 금속 핑거(895)를 형성하고 고체상태 에피텍셜 성장된 p형 재료(896)를 통해 p형 재료(883)와 접촉함으로써 이 4번째층(883)에 접촉하고 다른 모든 층과 전기절연을 유지할 수 있다. 도 51을 참조하면, 방법은 동일한 방법을 노출된 또 다른 층에 재도포하기 전에 (문헌에 문서화된 접근 범위에 의해 형성되거나 성장될 수 있는) 실리콘 다이옥사이드층과 같이 보호 코팅으로 형성된 각 노출된 표면을 보호함으로써 반복적으로 도포될 수 있다. 이 경우, 초기 유전체층(893)은 각 층의 노출된 표면에 도포된 보호코팅과 다를 수 있다. 접촉되는 모든 층들이 노출된 후, 보호층들이 예컨대 HF로 제거되고 새 유전체층(892a,892b,892c)이 형성되고 각각의 다른 접촉부(894a,894b,894c)를 동시에 형성하도록 금속(893)이 도포될 수 있다. 다른 층들이 다른 수준으로 도핑되는 경우, 상술한 MIS/핀홀 접촉부(895,896)가 n형 또는 p형 실리콘인지에 무관하게 낮은 저항접촉을 가지며 각각 접촉하기 위한 이상적인 방식을 제공한다. 마지막으로 도 36을 참조로 기술된 접촉부와 유사한 접촉부가 후면 n형층(886)에 접촉하도록 형성될 수 있다. 비례적으로 도시하지 않은 도 51에 도시된 구성은 서로로부터 전기절연되면서 각각에 MIS/핀홀 접촉을 이용하여 접촉된 모두 4개의 층들을 도시한 최종 구조이다.

많은 변형 및/또는 변경들이 광범위하게 기술된 본 발명의 기술사상 또는 범위로부터 벗어남이 없이 특정 실시예로 나타낸 바와 같이 본 발명에 대해 이루어질 수 있음이 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 실시예는 모든 면에서 예시적이며 제한되지 않는 것으로 인식되어야 한다.

본 발명의 상세한 설명에 포함됨.

Claims (80)

1. 제 1 도판트 극성의 반도체 재료 아래층과, 상기 아래층에 대해 반대로 도핑된 반도체 재료의 위층을 구비하는 반도체 접합의 상기 아래층에 접촉하기 위한 제 1 접촉형태를 포함하는 장치내 접촉구조물 형성방법에 있어서,

   a)상기 반도체 재료의 위층 위에 마스킹층을 형성하는 단계와,

   b)상기 마스크층에 상기 반도체 재료를 노출시키는 개구를 형성하는 단계와,

   c)상기 마스킹층의 개구 아래에 상기 반도체 재료의 개구를 형성하는 단계와,

   d)상기 반도체 재료 아래층과 접촉하도록 상기 반도체 재료의 개구에 확장되는 금속층을 형성하는 단계를 포함하고,

   상기 반도체 재료의 개구는 상기 반도체 재료 아래층을 노출시키기 위해 상기 반도체 재료 위층을 통해 확장되도록 형성되고,

   상기 반도체 재료의 개구는 또한 상기 마스킹층의 개구의 전체 외주부 주위로 확장된 언더컷 영역을 형성하도록 상기 마스킹층의 개구의 가장자리 아래로 확장되도록 형성되어 있으며, 이에 의해 상기 언더컷 영역은 상기 반도체 재료 위층 전체를 가로질러 확장되며,

   상기 금속은 상기 반도체 접합에 걸치지 않는 접촉구조물 형성방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 마스킹층은 최종 장치구조의 일부로서 보유되는 절연층인 접촉구조물 형성방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 금속층이 형성된 후, 언더컷 영역이 상기 금속층을 상기 위쪽의 반도체 영역으로부터 절연시키기 위해 상기 언더컷 영역에 상기 금속층과 상기 반도체 재료 위층 사이에 틈을 형성하는 접촉구조물 형성방법.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 언더컷 영역 위의 상기 절연층은 상기 위쪽의 반도체 영역을 연이어 형성된 금속층과 절연시키기 위해 상기 반도체 재료에 있는 개구로 함몰되는 접촉구조물 형성방법.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 절연층의 언더컷 영역은 상기 반도체 재료의 개구로 함몰을 조성하기 위해 상기 절연층의 나머지에 대해 변형되는 접촉구조물 형성방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 절연층의 언더컷 영역은 상기 반도체 재료의 개구로 함몰을 조성하기 위해 상기 절연층의 나머지에 대해 얇아지게 변형되는 접촉구조물 형성방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 반도체 재료의 개구로 흐를 수 있어 상기 언더컷 영역이 상부면과 하부면 상에서 동시에 에칭되는 식각액을 이용해 전체 절연층을 에칭함으로써 상기 절연층의 언더컷 영역을 얇게 하기가 달성되는 접촉구조물 형성방법.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 절연층의 언더컷 영역은 상기 반도체 재료의 개구로 함몰을 조성하기 위해 상기 절연층의 나머지에 대해 연화되게 변형되는 접촉구조물 형성방법.
9. 제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 개구는

   a) 마스킹 재료의 층을 형성하는 단계와,

   b)상기 마스킹 재료에 개구를 형성하는 단계와,

   c)상기 절연층에 개구를 에칭하기 위해 상기 마스킹 재료의 개구를 지나는 식각액을 도포하는 단계에 의해 상기 절연층에 형성되는 접촉구조물 형성방법.
10. 제 2 항에 있어서,

    상기 개구는

    a)상기 절연층의 우선 에칭을 조성하고, 상기 개구가 형성되는 위치에서 상 기 절연층으로 확산되는 물질을 상기 절연층에 확산하는 단계와,

    b)상기 확산물질이 확산된 상기 절연층을 우전적으로 에칭하는 식각액을 이용해 상기 절연층을 에칭하는 단계에 의해 상기 절연층에 형성되는 접촉구조물 형성방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 확산물질은 확산이 일어나는 상기 절연층의 표면에 확산소스를 도포하고 상기 절연층으로 상기 확산물질을 유도하도록 가열함으로써 상기 절연층에 확산되는 접촉구조물 형성방법.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 확산소스는 스크린 프린팅에 의해 도포되는 접촉구조물 형성방법.
13. 제 11 항에 있어서,

    상기 확산소스는 잉크젯 프린팅에 의해 도포되는 접촉구조물 형성방법.
14. 제 11 항에 있어서,

    상기 확산소스는 확산이 발생하는 개구와 함께 마스크를 형성하고 상기 마스크의 개구를 통해 상기 확산물질을 확산시킴으로써 도포되는 접촉구조물 형성방법.
15. 제 10 항에 있어서,

    상기 확산물질은

    a)상기 절연층에 확산될 때 상기 절연층의 우선적인 에칭을 조성하는 물질의 소스이며, 개구가 상기 절연층에 형성되는 위치에서 상기 절연층에 증착되는 확산소소를 상기 절연층이 형성되기 전에 상기 반도체 재료의 표면에 증착하는 단계와,

    b)상기 반도체 재료와 확산소스 위에 상기 절연층을 형성하는 단계와,

    c)상기 확산물질이 확산된 절연재료를 우선적으로 에칭하는 식각액을 이용해 상기 절연층을 에칭하는 단계에 의해 절연층에 확산되고,

    상기 확산물질은 상기 확산소스가 증착된 위치에서 상기 절연층에 포함되는 접촉구조물 형성방법.
16. 제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 반도체 재료는 실리콘인 접촉구조물 형성방법.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 절연층은 실리콘 니트라이드(silicon nitride)이고 상기 절연층에 확산된 물질은 인(phosphorous)인 접촉구조물 형성방법.
18. 제 16 항에 있어서,

    상기 절연층은 실리콘 다이옥사이드(silicon dioxide)이고 상기 절연층에 확 산된 물질은 인(phosphorous)인 접촉구조물 형성방법.
19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,

    상기 도핑된 절연층 재료는 HF 에칭으로 제거되는 접촉구조물 형성방법.
20. 제 19 항에 있어서,

    상기 절연층이 선택적으로 에칭된 후, 상기 절연층 에칭에 의해 노출된 반도체 재료는 상기 절연재료로 확산된 물질을 포함한 표면 반도체 재료의 얇은 층을 제거하기 위해 표면 에칭되는 접촉구조물 형성방법.
21. 제 20 항에 있어서,

    상기 반도체 재료의 식각액은 NaOH인 접촉구조물 형성방법.
22. 제 1 항에 있어서,

    제 2 접촉형태가 상기 제 1 접촉형태와 동일면에 형성되고,

    a)상기 반도체 재료의 위층을 노출시키는 상기 절연층내 개구를 형성하는 단계와,

    b)상기 반도체 재료의 위층과 접촉하도록 상기 절연층의 개구를 확장시키는 금속층을 형성하는 단계를 구비하는 접촉구조물 형성방법.
23. 제 22 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 접촉형태에 대한 금속층을 형성하는 단계는 동일한 단계이고, 각 접촉형태에 대한 금속은 상기 금속층을 패턴화함으로써 실질적으로 분리되는 접촉구조물 형성방법.
24. 제 22 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 접촉형태에 대한 금속층을 형성하는 단계는 잉크젯 증착 기술을 이용하여 수행되는 별도의 단계들인 접촉구조물 형성방법.
25. 제 22 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 접촉형태는 상기 장치의 일면에 서로 맞물린 접촉의 2개 세트로서 형성되는 접촉구조물 형성방법.
26. 제 22 항에 있어서,

    각각의 접촉 세트는 버스바에 의해 상호연결된 핑거형태의 접촉 세트로서 형성되고 각 세트의 핑거는 서로 맞물리는 접촉구조물 형성방법.
27. 제 1 항에 있어서,

    상기 마스킹층의 개구는 레이저를 이용해 마스킹층을 연마함으로써 형성되는 접촉구조물 형성방법.
28. 제 27 항에 있어서,

    상기 반도체 재료의 개구는 레이저를 이용해 상기 반도체 재료를 연마함으로써 형성되는 접촉구조물 형성방법.
29. 제 28 항에 있어서,

    상기 반도체 재료의 레이저 연마 후 상기 마스킹층의 개구 가장자리 아래로 상기 반도체 재료의 개구를 확장시키도록 화학적 에칭이 수행되어 상기 마스킹층의 개구의 전체 외주변 주위로 확장된 언더컷 영역을 형성하고, 상기 언더컷 영역은 상기 반도체 재료의 위층 전체를 가로질러 확장되는 접촉구조물 형성방법.
30. 제 1 도판트 극성을 갖는 반도체 재료 아래층과 상기 아래층에 대해 반대로 도핑된 반도체 재료의 위층을 구비한 반도체 접합의 위층과 접촉하는 접촉구조물에 있어서,

    제 1 접촉형태는 상기 아래의 반도체 재료층을 노출시키기 위해 상기 위의 반도체 재료층을 통해 확장된 상기 반도체 재료의 개구와, 상기 아래의 반도체 재료층과 접촉하도록 상기 반도체 재료의 상기 개구로 확장되어 있는 금속층을 구비하고, 상기 금속은 상기 반도체 접합에 걸치지 않도록 상기 위층과 이격되어 있는 접촉구조물.
31. 제 30 항에 있어서,

    상기 반도체 재료의 위층 위에 절연층이 형성되고, 상기 반도체층의 개구가 상기 절연층의 개구 아래에 위치되는 접촉구조물.
32. 제 31 항에 있어서,

    상기 반도체 재료의 개구는 상기 절연층 개구의 가장자리 전체 외주부 주위로 확장되어 있는 언더컷 영역을 형성하기 위해 상기 절연층의 개구의 가장자리 아래로 확장되어 있고, 상기 언더컷 영역은 상기 개구내 반도체 재료의 위층 표면 전체에 걸쳐 확장되어 있는 접촉구조물.
33. 제 32 항에 있어서,

    상기 언더컷 영역은 상기 위쪽의 반도체 재료의 표면으로부터 상기 금속층을 분리하는 틈을 형성하는 접촉구조물.
34. 제 32 항에 있어서,

    상기 언더컷 영역 위의 상기 절연층은 위에 형성된 금속층으로부터 상기 위쪽 반도체 영역을 절연시키기 위해 상기 반도체 재료의 개구에서 변형되는 접촉구조물.
35. 제 34 항에 있어서,

    상기 절연층의 변형부는 상기 절연층의 나머지보다 더 얇은 접촉구조물.
36. 제 31 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,

    a)상기 위쪽의 반도체 재료층을 노출시키기 위해 상기 절연층의 개구와,

    b)상기 위쪽의 반도체 재료층과 접촉하도록 상기 절연층의 개구로 확장된 금속층을 구비하는 제 2 접촉형태가 제공되는 접촉구조물.
37. 제 36 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 접촉형태는 2 세트의 서로 맞물린 접촉물로서 형성되는 접촉구조물.
38. 제 37 항에 있어서,

    각각의 접촉물 세트는 버스바에 의해 상호연결된 핑거형태의 접촉물 세트이고, 각 세트의 핑거들이 서로 맞물리는 접촉구조물.
39. 반도체 구조를 보유하는 기판과 서로에 대한 프린트 헤드를 이동하여 공정이 필요로 하는 위치에만 가공되게 표면에 직접 공정시약을 선택적으로 배치하는 단계와,

    상기 프린트 헤드가 공정이 필요한 곳의 상기 위치들 위로 위치되는 경우 상기 프린트 헤드로부터 상기 구조에 공정시약을 증착시키는 단계를 포함하는 제조공 정에서의 반도체 구조 가공방법.
40. 제 39 항에 있어서,

    상기 방법은 고정된 프린트 헤드 아래에 X-Y 테이블에 기판을 놓는 단계와, 상기 프린트 헤드 아래에 공정을 필요로 하는 모든 위치들로 점진적으로 이동하도록 상기 X-Y 테이블을 작동시키는 단계를 더 포함하는 반도체 구조 가공방법.
41. 제 39 항 또는 제 40 항에 있어서,

    상기 X-Y 테이블 위에 레이저가 위치되고, 가공되는 위치들이 레이저 아래에 있을 때, 각각의 위치에서 레이저 공정을 수행하도록 각 위치에 시약의 증착 전후로 상기 레이저가 동작되는 반도체 구조 가공방법.
42. 제 41 항에 있어서,

    상기 레이저는 가공되는 상기 위치를 가열함으로써 상기 공정에 영향을 끼치는데 사용되는 반도체 구조 가공방법.
43. 제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 공정시약의 드롭들의 이동이 더 양호한 위치 제어를 제공하기 위해 제한되는 반도체 구조 가공방법.
44. 제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 공정시약의 드롭들의 이동이 상기 공정시약의 점성도를 조절함으로써 제한되는 반도체 구조 가공방법.
45. 제 43 항에 있어서,

    상기 공정시약의 점성도는 증점제(thickener)를 추가함으로써 조절되는 반도체 구조 가공방법.
46. 제 39 항 내지 제 45 항 중 어느 한 항에 있어서,

    맞닿거나 약간 중첩되는 점들로 상기 공정시약을 프린팅 함으로써 선과 홈이 형성되는 반도체 구조 가공방법.
47. 제 39 항 내지 제 45 항 중 어느 한 항에 있어서,

    휘발성 용매로 전달되는 공정시약이 사용됨으로써 상기 공정시약이 증착 후 증발되고 활성 시약이 시간에 걸쳐 더 적은 면적으로 농축되는 반도체 구조 가공방법.
48. 제 39 항 내지 제 45 항 중 어느 한 항에 있어서,

    소수성 표면 코팅이 상기 공정시약을 증착하기 전에 반도체 표면에 도포되고, 증착시 상기 공정시약들은 가공되는 표면에 퍼지지 않는 단단한 드롭렛들을 형 성하는 반도체 구조 가공방법.
49. 제 48 항에 있어서,

    상기 소수성층은 상기 공정을 억제하지 않고도 상기 구조의 표면 특성을 변경하는 초박막층인 반도체 구조 가공방법.
50. 제 48 항에 있어서,

    상기 소수성층은 마스크로서 사용되고 다른 공정이 필요한 위치에 상기 소수성층을 제거하도록 에칭단계가 수행되는 반도체 구조 가공방법.
51. 제 39 항 내지 제 45 항 중 어느 한 항에 있어서,

    홈들이 먼저 일련의 가까이 이격된 홀들을 형성한 후 상기 홀들 사이의 재료를 제거하기 위해 상기 홀들 사이의 간격에 식각액을 증착하는 2단계로 마스크에 형성되는 반도체 구조 가공방법.
52. 제 50 항에 있어서,

    가까이 이격된 식각액으로 된 한 줄의 드롭렛들이 아래의 재료를 노출시키기 위해 소수성 표면층을 통과하는 홀을 만들도록 소수성 표면층에 증착되고 연이어 상기 아래의 재료를 에칭하여 상기 아래의 재료에 있는 홀들이 홈과 결합하여 형성하도록 충분히 상기 표면층을 언더컷하는 반도체 구조 가공방법.
53. 제 51 항에 있어서,

    표면 도핑이 필요한 위치에 있는 표면에 도판트 소스가 도포되고, 그런 후 레이저를 이용해 상기 도판트 소스가 도포된 위치를 국소적으로 가열하는 반도체 구조 가공방법.
54. 제 39 항 내지 제 53 항 중 어느 한 항에 있어서,

    비반도체 표면층을 갖는 반도체 구조의 표면에 언더컷 개구가 형성되고,

    소정 위치에 상기 표면층을 개방시키도록 상기 표면층을 에칭하기 위해 제 1 식각액을 도포하는 단계와 그런 후 상기 반도체 재료를 에칭하나 상기 표면층을 에칭하지 않거나 강하게 에칭하지 않는 제 2 식각액을 도포하는 단계를 더 포함하며, 상기 제 2 식각액은 상기 표면층의 개구 아래에 상기 반도체 재료의 홀을 개방시키고 상기 표면층을 언더컷하기 위해 상기 표면층의 가장자리 아래 측면을 에칭시키는 반도체 구조 가공방법.
55. 제 54 항에 있어서,

    상기 표면층은 유전체층 또는 절연층과 같은 절연층인 반도체 구조 가공방법.
56. 제 55 항에 있어서,

    상기 표면층은 유전체층인 반도체 구조 가공방법.
57. 제 54 항 내지 제 56 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 개구는 접합의 아래에 도핑된 층에 접촉하기 위한 구조를 제공하도록 사용되고,

    상기 아래에 도핑된 층과 접촉한 금속층과 상기 금속층 및 언더컷에 의해 상기 반도체 재료의 개구의 상부벽 사이에 틈을 형성한 금속화 단계를 더 포함하고, 상기 금속층은 상기 틈에 의해 위쪽의 반대로 도핑된 접합층으로부터 이격되어 있는 반도체 구조 가공방법.
58. 피가공물을 지지하기 위한 지지수단과, 상기 지지수단에 대해 장착되는 잉크젯 프린트 헤드와, 필요시 공정시약을 공급하기 위해 상기 프린트 헤드와 소통하는 공정시약 공급수단과, 상기 가공물의 표면을 가공하기 위한 패턴으로 프로그램될 수 있는 제어유닛을 구비하고,

    상기 프린트 헤드는 상기 가공물이 상기 지지수단에 장착될 때 상기 가공물과 유효하게 나란히 가져올 수 있며,

    상기 프린트 헤드와 지지수단은 상기 제어유닛의 제어하에서 서로에 대해 이동될 수 있고, 상기 제어유닛은 상기 피가공물의 표면 위로 상기 프린트 헤드를 스캔하여 프로그램가능한 패턴에 의해 정해진 위치에 상기 가공물에 상기 시약을 증착하도록 상기 프린트 헤드의 동작을 제어하기 위해 상기 프린트 헤드와 지지수단 의 상대 이동을 제어하게 동작될 수 있는 공정장치.
59. 제 58 항에 있어서,

    구조가 공정시약으로 프린트되면서 가열단계 또는 스크라이빙 단계를 수행하도록 레이저를 더 구비하는 공정장치.
60. 제 58 항에 있어서,

    하나 이상의 제조공정동안 가공되는 장치상에 증착된 재료 또는 공정되는 장치의 국소적인 영역을 가열 또는 마모시키기 위해 별개로 또는 조합하여 동작될 수 있는 다수의 레이저를 더 구비하는 공정장치.
61. 제 58 항 내지 제 60 항 중 어느 한 항에 있어서,

    한 레이저는 1.064마이크론 파장의 광으로 동작되고 또 다른 레이저는 0.532 마이크로 파장의 광으로 동작되는 공정장치.
62. 제 59 항 내지 제 61 항 중 어느 한 항에 있어서,

    각 레이저는 Q-스위치 모드로 또는 연속파 동작으로 사이에서 스위치될 수 있는 공정장치.
63. 제 59 항 내지 제 61 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 레이저와 프린트 헤드는 상기 공정시약을 선택적으로 증착하고 프로그램가능한 패턴에 의해 정해진 위치에서 레이저 조사를 위해 상기 가공물을 협동적으로 노출시키기 위해 상기 제어유닛의 제어하에서 각각 동작될 수 있는 공정장치.
64. ⅰ)프린트 장치의 프린트 헤드에 공정시약의 소스가 연결된 잉크젯 프린트 장치의 캐리어상에 구조를 배치하는 단계와,

    ⅱ)상기 공정시약이 도포되는 위치 위로 상기 프린트 헤드가 지나도록 반도체 구조에 대해 상기 프린트 헤드를 스캔하고, 상기 공정시약이 도포되는 위치가 상기 프린트 헤드 아래에 위치될 때 상기 공정시약이 도포되도록 상기 프린트 헤드를 동작시키는 단계를 포함하는 반도체 구조의 표면에 공정시약 도포방법.
65. 제 64 항에 있어서,

    상기 프린트 장치는 고정된 프린트 헤드 아래에 2차원으로 가공되는 구조를 이동시키는 X-Y 테이블을 포함하는 반도체 구조의 표면에 공정시약 도포방법.
66. 제 64 항 또는 제 65 항에 있어서,

    상기 프린트 장치는 하나 이상의 제조공정 동안 가공되는 장치에 복수의 다른 공정을 별개로 또는 조합하여 증착하도록 동작할 수 있는 다수의 프린트 헤드를 포함하는 반도체 구조의 표면에 공정시약 도포방법.
67. 제 64 항 내지 제 66 항 중 어느 한 항에 있어서,

    8개의 프린트 헤드가 제공되며, 하나는 액체 유전체층 소스에 연결되고, 하나는 액체 n형 스핀-온 확산소스에 연결되며, 하나는 p형 액체 스핀-온 확산소스에 연결되고, 하나는 실리콘 다이옥사이드를 에칭시키기 위한 산성계 식각액에 연결되고, 하나는 실리콘 등을 에칭하기 위한 알카리 식각액에 연결되며, 하나는 금속이온/입자를 갖는 액체에 연결되고, 하나 이상이 다른 헤드에 있는 임의의 재료들을 희석하기 위해 용매 또는 다른 용액 소스에 연결되는 반도체 구조의 표면에 공정시약 도포방법.
68. 제 67 항에 있어서,

    상기 액체 유전체층 소스는 실리콘 다이옥사이드를 형성하고, 상기 액체 n형 스핀-온 확산소스는 인을 포함하며, 상기 p형 액체 스핀-온 확산소스는 붕소를 포함하고, 상기 알카리 식각액은 소듐 하이드록사이드인 반도체 구조의 표면에 공정시약 도포방법.
69. a)절연층의 우선 에칭을 조성하고 개구가 형성되는 위치에 상기 절연층으로 확산되는 확산물질을 상기 절연층에 확산하는 단계와,

    b)상기 확산물질이 확산되는 상기 절연층을 우선적으로 에칭하는 식각액을 이용해 상기 절연층을 에칭하는 단계를 포함하는 절연층에 개구 형성방법.
70. 제 69 항에 있어서,

    상기 확산물질은 확산이 일어나는 절연층의 표면에 확산소스를 도포하고 상기 확산물질을 상기 절연층으로 유도하기 위해 가열함으로써 상기 절연층에 확산되는 절연층에 개구 형성방법.
71. 제 70 항에 있어서,

    상기 확산소스는 스크린 프린팅에 의해 도포되는 절연층에 개구 형성방법.
72. 제 70 항에 있어서,

    상기 확산소스는 잉크젯 프린팅에 의해 도포되는 절연층에 개구 형성방법.
73. 제 70 항에 있어서,

    상기 확산소스는 확산이 일어나는 개구와 함께 마스크를 형성하고 상기 마스크의 개구를 통해 상기 확산물질을 확산시킴으로써 도포되는 절연층에 개구 형성방법.
74. 제 69 항에 있어서,

    상기 확산물질은

    a)상기 절연층이 형성되기 전에 상기 반도체 재료의 표면에 확산소스를 증착하는 단계와,

    b)상기 반도체 재료와 확산소스 위에 상기 절연층을 형성하는 단계와,

    c)확산물질이 확산된 절연층을 우선적으로 에칭하는 식각액을 이용해 상기 절연층을 에칭하는 단계에 의해 상기 절연층으로 확산되고,

    상기 확산소스는 상기 절연층에 확산시 상기 절연층의 우선적인 에칭을 조성하는 물질의 소스이고, 상기 확산소스는 개구가 상기 절연층에 형성되는 위치에 상기 절연층으로 증착되는 절연층에 개구 형성방법.
75. 제 69 항 내지 제 74 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 반도체 재료는 실리콘인 절연층에 개구 형성방법.
76. 제 75 항에 있어서,

    상기 절연층은 실리콘 니트라이드이고 상기 절연층에 확산되는 물질은 인인 절연층에 개구 형성방법.
77. 제 75 항에 있어서,

    상기 절연층은 실리콘 다이옥사이드이고 상기 절연층에 확산되는 물질은 인인 절연층에 개구 형성방법.
78. 제 76 항 또는 제 77 항에 있어서,

    상기 도핑된 절연층 재료는 HF 에칭으로 제거되는 절연층에 개구 형성방법.
79. 제 78 항에 있어서,

    상기 절연층이 선택적으로 에칭된 후, 상기 절연층 에칭에 의해 노출된 반도체 재료가 상기 절연층에 확산된 물질을 포함하는 표면 반도체 재료의 얇은 층을 제거하기 위해 표면 에칭되는 절연층에 개구 형성방법.
80. 제 79 항에 있어서,

    상기 반도체 재료용 식각액은 NaOH인 절연층에 개구 형성방법.

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