DE102010006329A1 - Use of applicator roll for structured applying of e.g. hydrofluoric acid on silicon wafer during manufacturing solar cells, using projections that exhibits outer surface, where medium is applied on silicon wafer under effect of dielectric - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Verwendung einer Auftragswalze sowie eine Auftragswalze gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.The invention relates to a use of an applicator roll and an applicator roll according to the preamble of claim 10.
Bei der Fertigung von Halbleiterbauelementen, insbesondere der Solarzellenfertigung, besteht zunehmend Bedarf daran, Ätz- oder Dotiermedien in industriellem Maßstab lokal auf Halbleitersubstrate aufzutragen. Bislang wird dies mittels aufwendiger Maskierungsverfahren realisiert, bei welchen diejenigen Bereiche, in welchen kein unmittelbarer Auftrag erfolgen soll, mit einer Schutzschicht versehen werden. Hierzu wird üblicherweise zunächst ganzflächig eine Schutzschicht aufgetragen, welche im weiteren an denjenigen Stellen, an welchen das Ätz- oder Dotiermedium mit dem Halbleitersubstrat in Kontakt kommen soll, lokal mittels aufwendiger photolithographischer Verfahren oder Laserstrahlverdampfungstechnologien geöffnet wird.In the manufacture of semiconductor devices, particularly solar cell fabrication, there is an increasing need to apply etching or doping media on an industrial scale locally to semiconductor substrates. So far, this is realized by means of complex masking processes, in which those areas in which no immediate order is to take place, are provided with a protective layer. For this purpose, a protective layer is usually first applied over the whole area, which is subsequently opened locally by means of complex photolithographic processes or laser beam evaporation technologies at those locations where the etching or doping medium should come into contact with the semiconductor substrate.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine aufwandsgünstige Möglichkeit für einen lokalen Auftrag von Prozessmedien, insbesondere von Ätz- oder Dotiermitteln, zur Verfügung zu stellen.Against this background, the object of the present invention is to provide a cost-effective option for local application of process media, in particular etching or doping agents.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Verwendung einer Auftragswalze gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved by the use of an applicator roll according to the features of
Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine für die erfindungsgemäße Verwendung geeignete Auftragswalze zur Verfügung zustellen, mit welcher in einer Fertigungslinie zuverlässig in hinreichender Qualität Prozessmedien, insbesondere Ätz- oder Dotiermedien, auf eine Vielzahl von Halbleitersubstraten aufgetragen werden können.Furthermore, the invention is based on the object to provide an application roller suitable for the use according to the invention with which process media, in particular etching or doping media, can be reliably applied to a multiplicity of semiconductor substrates in a production line in a sufficiently high quality.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Auftragswalze mit den Merkmalen des Anspruchs 10.This object is achieved by an applicator roll having the features of claim 10.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand abhängiger Unteransprüche.Advantageous developments are each the subject of dependent claims.
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung wird eine Auftragswalze mit einer Erhebungen aufweisenden Außenoberfläche, auf welche die Erhebungen in Form eines Spiegelbildes einer aufzutragenden Struktur angeordnet sind, zum strukturierten Auftragen eines Elements aus einer Gruppe bestehend aus einem Ätzmedium, einem Dotiermedium, einem Maskierungslack, einer metallhaltigen Paste und einer unter Wärmeeinwirkung ein Dielektrikum ausbildenden Substanz auf ein Halbleitersubstrat verwendet.In the use according to the invention, an applicator roll with an outer surface having elevations, on which the elevations are arranged in the form of a mirror image of a structure to be applied, for structured application of an element from a group consisting of an etching medium, a doping medium, a masking lacquer, a metal-containing paste and a heat-generating a dielectric-forming substance used on a semiconductor substrate.
Bei dem strukturierten Auftragen wird das Element von den Erhebungen auf das Halbleitersubstrat übertragen und dabei die aufzutragende Struktur aus dem eingesetzten Element ausgebildet. Der Begriff des Auftragens eines Elements auf ein Halbleitersubstrat ist dahingehend zu verstehen, dass das Element mittelbar oder unmittelbar auf das Halbleitersubstrat aufgetragen wird. So kann das Halbleitersubstrat beispielsweise mit einer dielektrischen Schicht versehen sein, auf welche das Element aufgetragen wird.In the structured application, the element is transferred from the elevations to the semiconductor substrate and thereby the structure to be applied is formed from the inserted element. The term of applying an element to a semiconductor substrate is to be understood to mean that the element is applied directly or indirectly to the semiconductor substrate. For example, the semiconductor substrate may be provided with a dielectric layer to which the element is applied.
In Folge der spiegelbildlichen Anordnung der Erhebungen auf der Auftragswalze wird in einer Aufsicht auf die Außenoberfläche der Auftragswalze eine Struktur sichtbar, welche spiegelverkehrt erscheint gegenüber einer mit der Auftragswalze auf das Halbleitersubstrat aufgetragenen Struktur. Das Spiegelbild und die aufgetragene Struktur sind dabei, abgesehen von der Spiegelverkehrtheit, jedoch nicht notwendigerweise vollständig deckungsgleich. So kann es beispielsweise dadurch zu geringfügigen Abweichungen kommen, dass ein aufgetragenes Element, beispielsweise eine aufgetragene Ätzlösung, auf dem Halbleitersubstrat leicht zerfließt oder die Erhebungen während des Auftragens eines Elements auf das Halbleitersubstrat aufgrund eines Anpressdruckes verformt werden.As a result of the mirror-image arrangement of the elevations on the applicator roll, a structure is visible in a plan view of the outer surface of the applicator roll, which appears mirror-inverted relative to a structure applied to the semiconductor substrate by the applicator roll. The mirror image and the applied structure are, however, not necessarily completely congruent apart from the mirror-invertedness. Thus, for example, slight deviations may occur because an applied element, for example an applied etching solution, readily deliquesces on the semiconductor substrate or the elevations are deformed during the application of an element to the semiconductor substrate due to a contact pressure.
Unter einem Maskierungslack ist vorliegend eine fließfähiges, aushärtbares Medium zu verstehen, welches eine Halbleiteroberfläche vor Einwirkung eines bei einer Bearbeitung oder Weiterverarbeitung des Halbleitersubstrats verwendeten Prozessmediums schützt. Der Maskierungslack kann die Halbleiteroberfläche beispielsweise vor der Einwirkung einer Ätzlösung, eines Dotiermediums oder eines Reaktivgases schützen.In the present case, a masking varnish is to be understood as meaning a flowable, curable medium which protects a semiconductor surface from the action of a process medium used during processing or further processing of the semiconductor substrate. The masking lacquer can protect the semiconductor surface, for example, from the action of an etching solution, a doping medium or a reactive gas.
Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Verwendung wird die Auftragswalze zum strukturierten Auftragen eines Maskierungslacks auf das Halbleitersubstrat verwendet und nach dem Auftragen des Maskierungslackes das Halbleitersubstrat wenigstens teilweise einem Ätzmedium ausgesetzt. In nicht durch den Maskierungslack geschützten Bereichen wird dabei die Oberfläche des Halbleitersubstrats mittels des Ätzmediums texturiert. Als Ätzmedium können beispielsweise an sich bekannte Texturätzlösungen oder ein ätzendes Plasma Verwendung finden.In a preferred embodiment of the use according to the invention, the applicator roll is used for the structured application of a masking resist to the semiconductor substrate, and after the application of the masking resist, the semiconductor substrate is at least partially exposed to an etching medium. In areas not protected by the masking lacquer, the surface of the semiconductor substrate is textured by means of the etching medium. As the etching medium, for example, known texture etching solutions or a corrosive plasma can be used.
Unter Wärmeeinwirkung ein Dielektrikum ausbildende Substanzen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind, meist organische, Substanzen, welche in einem Temperschritt durch Wärmeeinwirkung in ein Dielektrikum umgewandelt werden können.Under the action of heat, a dielectric-forming substances in the context of the present invention are, usually organic, substances which can be converted by heat into a dielectric in an annealing step.
Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäße Verwendung es erlaubt, aufwandsgünstig Ätz- oder Dotiermedien, Maskierungslacke, metallhaltige Pasten oder unter Wärmeeinwirkung ein Dielektrikum ausbildende Substanzen lokal auf Halbleitersubstrate, insbesondere auf Solarzellensubstrate wie Siliziumscheiben, aufzutragen.It has been shown that the use according to the invention allows, as an expense, etching or doping media, masking lacquers, metal-containing pastes or a dielectric under the action of heat forming substances locally on semiconductor substrates, in particular on solar cell substrates such as silicon wafers.
Die erfindungsgemäße Verwendung einer Auftragswalze zum strukturierten Auftragen einer metallhaltigen Paste kann unter anderem vorteilhaft bei der Ausbildung von Metallkontakten eingesetzt werden, insbesondere bei der Ausbildung von Metallkontakten auf Solarzellensubstraten.The use according to the invention of an applicator roll for the structured application of a metal-containing paste can, inter alia, advantageously be used in the formation of metal contacts, in particular in the formation of metal contacts on solar cell substrates.
Die erfindungsgemäße Verwendung einer Auftragswalze zum strukturierten Auftragen einer unter Wärmeeinwirkung ein Dielektrikum ausbildenden Substanz ermöglicht es, auf dem Halbleitersubstrat in komfortabler Weise lokal Dielektrika auszubilden.The use according to the invention of an applicator roll for the structured application of a substance which forms a dielectric under the action of heat makes it possible to form local dielectrics on the semiconductor substrate in a comfortable manner.
Eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Verwendung sieht vor, dass zum Zwecke einer lokalen Dotierung des Halbleitersubstrats mit der Auftragswalze ein Dotiermedium strukturiert auf das Halbleitersubstrat aufgetragen und Dotierstoff aus dem Dotiermedium in das Halbleitersubstrat eindiffundiert wird. Auf diese Weise kann aufwandsgünstig eine lokale Dotierung des Halbleitersubstrats realisiert werden. Teilweise hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das aufgetragene Dotiermedium vor Eindiffusion des Dotierstoffs zu trocknen. In vielen Fällen kann auf solch eine Trocknung jedoch verzichtet werden, ohne dass sich dies nachteilig auswirkt.One embodiment variant of the use according to the invention provides that, for the purpose of local doping of the semiconductor substrate with the application roller, a doping medium is applied in a structured manner to the semiconductor substrate and dopant is diffused from the doping medium into the semiconductor substrate. In this way, a low-cost local doping of the semiconductor substrate can be realized. In some cases, it has proved to be advantageous to dry the applied doping medium against inward diffusion of the dopant. In many cases, however, can be dispensed with such a drying, without affecting this adversely.
Eine Weiterbildung dieser Ausführungsvariante sieht vor, dass vor dem strukturierten Auftragen des Dotiermediums mittels einer weiteren Auftragswalze ein Dotiermedium flächig auf das Halbleitersubstrat aufgetragen und in das Halbleitersubstrat eindiffundiert wird. In Verbindung mit dem nachfolgenden lokalen Dotiermediumauftrag und der Eindiffusion von Dotierstoff aus diesem lokal aufgebrachten Dotiermedium kann auf diese Weise aufwandsgünstig eine zweistufige Dotierung und somit ein selektiver Emitter ausgebildet werden. Die Eindiffusion des Dotierstoffs aus dem lokal aufgebrachten Dotiermedium wird dabei in vorteilhafter Weise unter einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre durchgeführt. Dotierungen mit mehr als zwei Stufen sind durch entsprechende zusätzliche Schritte des lokalen Dotiermediumsauftrags ebenfalls aufwandsgünstig realisierbar. Die beschriebene Weiterbildung der Erfindung lässt sich vorteilhaft in eine Linienfertigung integrieren.A further development of this embodiment provides that before the structured application of the doping medium by means of a further application roller, a doping medium is applied flat to the semiconductor substrate and diffused into the semiconductor substrate. In conjunction with the subsequent local doping medium application and the diffusion of dopant from this locally applied doping medium, a two-stage doping and thus a selective emitter can be formed in this way in a cost-effective manner. The diffusion of the dopant from the locally applied doping medium is advantageously carried out under an oxygen-containing atmosphere. Doping with more than two stages can also be realized in a cost-effective manner by corresponding additional steps of the local doping medium application. The described development of the invention can be advantageously integrated into a line production.
Unter einem flächigen Auftragen wird vorliegend ein Auftragen verstanden, bei welchem im Gegensatz zu einem strukturierten Auftragen keine Struktur ausgebildet wird. Stattdessen erfolgt im Wesentlichen ein ganzflächiger Auftrag auf eine zu beschichtende Seite des Halbleitersubstrats. Schmale Randbereiche können aber beispielsweise unbeschichtet bleiben.In the present case, surface application is understood to mean application in which, in contrast to a structured application, no structure is formed. Instead, essentially a full-surface application is made to a side of the semiconductor substrate to be coated. Narrow border areas, however, can remain uncoated, for example.
Eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Verwendung sieht vor, dass mit der Auftragswalze ein Ätzmedium strukturiert auf das Halbleitersubstrat aufgetragen und durch lokales Ätzen des Halbleitersubstrates mittels des aufgetragenen Ätzmediums eine Oberflächentextur ausgebildet wird. Auf diese Weise kann beispielsweise aufwandsgünstig lokal die Lichteinkopplung in ein Solarzellensubstrat verbessert werden. Bei dieser Ausführungsvariante können zweckmäßigerweise Auftragswalzen Verwendung finden, deren Erhebungen eine Vielzahl von Strukturen bilden, welche jeweils eine Ausdehnung von wenigen Mikrometern besitzen.One embodiment variant of the use according to the invention provides that an etching medium is applied in a patterned manner to the semiconductor substrate with the application roller and a surface texture is formed by local etching of the semiconductor substrate by means of the applied etching medium. In this way, for example, low-cost locally the coupling of light into a solar cell substrate can be improved. In this embodiment, applicator rollers may suitably be used whose elevations form a plurality of structures, each of which has an extension of a few micrometers.
Eine andere Ausführungsvariante sieht vor, dass mit der Auftragswalze ein Ätzmedium strukturiert auf das Halbleitersubstrat aufgetragen wird und auf dem Halbleitersubstrat ausgebildete Schichten mittels des aufgetragenen Ätzmediums lokal geätzt werden. Beispielsweise können dotierte Halbleiterschichten auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet sein, sei es durch Eindiffusion von Dotierstoff in das Halbleitersubstrat oder durch Aufbringen einer dotierten Halbleiterschicht. Diese können mit dieser Ausführungsvariante der Erfindung lokal geätzt und damit entfernt werden, was bei Rückkontaktsolarzellen eine aufwandsgünstige lokale Trennung eines pn-Übergangs ermöglicht.Another embodiment provides that an etching medium is applied in a patterned manner to the semiconductor substrate with the application roller and layers formed on the semiconductor substrate are locally etched by means of the applied etching medium. For example, doped semiconductor layers may be formed on the semiconductor substrate, whether by diffusion of dopant into the semiconductor substrate or by applying a doped semiconductor layer. These can be locally etched with this embodiment of the invention and thus removed, which allows for back-contact solar cells a low-cost local separation of a pn junction.
Eine Weiterbildung dieser Ausführungsvariante sieht vor, dass das Ätzmedium auf ein Solarzellensubstrat aufgetragen wird, auf welchen ein Dielektrikum angeordnet ist. Bei diesem Dielektrikum handelt es sich vorzugsweise um Siliziumnitrid oder um ein thermisch oder nasschemisch erzeugtes Oxid. Das Dielektrikum wird weiterhin mittels des aufgetragenen Ätzmediums lokal entfernt und in denjenigen Bereichen, in welchen das Dielektrikum lokal entfernt wurde, wird Dotierstoff in das Solarzellensubstrat eindiffundiert. Das Dielektrikum, insbesondere Siliziumnitrid oder thermisch oder nasschemisch erzeugtes Siliziumoxid, kann dabei als Diffusionsbarriere für den Dotierstoff dienen, so dass in den von dem Dielektrikum bedeckten Bereichen kein Dotierstoff in das Solarzellensubstrat eindiffundiert. Wie diese Weiterbildung illustriert, ermöglicht die erfindungsgemäße Verwendung unter anderem auch eine aufwandsgünstige Ausgestaltung eines Maskierungsverfahrens, bei welchem ein Dielektrikum anstatt eines Maskierungslackes zur Maskierung des Halbleitersubstrats verwendet wird.A development of this embodiment provides that the etching medium is applied to a solar cell substrate, on which a dielectric is arranged. This dielectric is preferably silicon nitride or a thermally or wet-chemically generated oxide. The dielectric is further removed locally by means of the applied etching medium and in those areas in which the dielectric was locally removed, dopant is diffused into the solar cell substrate. The dielectric, in particular silicon nitride or thermally or wet-chemically produced silicon oxide, can serve as a diffusion barrier for the dopant, so that no dopant diffuses into the solar cell substrate in the regions covered by the dielectric. As illustrated by this development, the use according to the invention, inter alia, also makes possible a cost-effective configuration of a masking method in which a dielectric is used instead of a masking varnish for masking the semiconductor substrate.
Wird ein Dielektrikum verwendet, welches nicht als Diffusionsbarriere sondern lediglich eine die Eindiffusion von Dotierstoff hemmende aber nicht verhindernde Schicht wirkt, so kann nachdem lokalen Entfernen des Dielektrikums mittels des aufgetragenen Ätzmediums in einem einzigen Diffusionsschritt ein selektiver Emitter ausgebildet werden. In denjenigen Bereichen, in welchen das Dielektrikum entfernt wurde, gelangt der Dotierstoff ungehindert in Solarzellensubstrat und dotiert dieses vergleichsweise stark, während in unter dem Dielektrikum gelegenen Bereichen nur weniger Dotierstoff das Solarzellensubstrat erreichen, sodass dort eine vergleichsweise schwache Dotierung ausgebildet wird. Teilweise ist es jedoch schwierig, auf diese Weise eine hinreichend homogene schwache Dotierung zu realisieren.If a dielectric is used which does not act as a diffusion barrier but only a layer which inhibits the diffusion of dopant but does not prevent it, a local selective removal of the dielectric by means of the applied etching medium in a single diffusion step can be used to form a selective emitter. In those areas where the dielectric has been removed, the dopant passes freely into the solar cell substrate and doped comparatively strong, while located in areas located below the dielectric only a small amount of dopant reach the solar cell substrate, so that there is a comparatively weak doping is formed. However, it is sometimes difficult to realize a sufficiently homogeneous weak doping in this way.
Dieses Homogenitätsproblem lässt sich umgehen durch Verwendung eines als Diffusionsbarriere wirkenden Dielektrikums. So kann mit der beschriebenen Weiterbildung beispielsweise aufwandsgünstig eine mehrstufige Dotierung eines Solarzellensubstrats, insbesondere eine zweistufige Dotierung wie im Falle eines selektiven Emitters, ausgebildet werden. Hierzu wird vor Anordnung des Dielektrikums auf dem Solarzellensubstrat flächig Dotierstoff in das Solarzellensubstrat eindiffundiert und dabei eine vergleichsweise schwache Dotierung ausgebildet wird. Zur flächigen Eindiffusion von Dotierstoff kann beispielsweise mittels einer Auftragswalze ein Dotiermedium flächig aufgebracht werden. Nach Anordnen und lokalem Entfernen des Dielektrikums wird in denjenigen Bereichen, in welchen das Dielektrikum entfernt wurde, vergleichsweise stark Dotierstoff eindiffundiert, wobei das verbliebene Dielektrikum als Diffusionsbarriere dient. Im Ergebnis erhält man einen zweistufigen oder selektiven Emitter. Durch mehrfaches, aufeinanderfolgendes lokales Entfernen des Dielektrikums verbunden mit Eindiffusion von Dotierstoff in die geöffneten Bereiche können offensichtlich mehrstufige Dotierungen mit mehr als zwei Dotierungsstufen ausgebildet werden.This problem of homogeneity can be circumvented by using a diffusion barrier dielectric. Thus, with the described development, for example, a multistage doping of a solar cell substrate, in particular a two-stage doping as in the case of a selective emitter, can be formed, for example, with low outlay on costs. For this purpose, surface dopant is diffused into the solar cell substrate prior to the arrangement of the dielectric on the solar cell substrate, and a comparatively weak doping is thereby formed. For flat diffusion of dopant, for example, by means of an applicator roll, a doping medium can be applied in a planar manner. After arranging and locally removing the dielectric, comparatively strong dopant is diffused in those regions in which the dielectric has been removed, the remaining dielectric serving as a diffusion barrier. The result is a two-stage or selective emitter. By multiple, successive local removal of the dielectric associated with diffusion of dopant in the opened regions, multi-stage dopants with more than two doping stages can obviously be formed.
Vorteilhafterweise wird bei der beschriebenen Weiterbildung zum Zwecke der Eindiffusion von Dotierstoff in das Solarzellensubstrat mittels einer weiteren Auftragswalze ein Dotiermedium flächig auf das Dielektrikum aufgetragen und dabei Dotiermedium in Bereiche, in welchen das Dielektrikum entfernt wurde, eingebracht. In den übrigen Bereichen ist das Solarzellensubstrat durch das Dielektrikum gegen die Eindiffusion von Dotierstoff aus dem flächig aufgetragenen Dotiermedium geschützt. Die verwendete weitere Auftragswalze braucht in diesem Fall keine Struktur aufzuweisen. Eine Trocknung des mittels der weiteren Auftragswalze aufgetragenen Dotiermediums vor der Eindiffusion des Dotierstoffes kann in einzelnen Anwendungsfällen vorteilhaft sein. Aufgrund des flächigen Auftragens des Dotiermediums ist lediglich eine sehr grobe Ausrichtung des Solarzellensubstrats zur weiteren Auftragswalze erforderlich.Advantageously, in the described development for the purpose of diffusion of dopant into the solar cell substrate by means of a further application roller, a doping medium is applied to the surface of the dielectric and thereby doping medium in areas in which the dielectric was removed introduced. In the remaining regions, the solar cell substrate is protected by the dielectric against the diffusion of dopant from the dopant medium applied in a planar manner. The additional applicator roller used in this case need not have a structure. Drying of the doping medium applied by means of the further application roller before the diffusion of the dopant may be advantageous in individual applications. Due to the flat application of the doping medium, only a very coarse alignment of the solar cell substrate to the other applicator roll is required.
Alternativ kann bei der beschriebenen Weiterbildung zum Zwecke der Eindiffusion von Dotierstoff in das Solarzellensubstrat mittels einer weiteren Auftragswalze ein Dotiermedium strukturiert in denjenigen Bereichen, in welchen das Dielektrikum entfernt wurde, aufgetragen und Dotierstoff aus dem Dotiermedium in das Solarzellensubstrat eindiffundiert werden. In vorteilhafter Weise wird dabei eine weitere Auftragswalze verwendet, welche Erhebungen aufweist, die im wesentlichen die gleiche Struktur darstellen wie die Erhebungen der zuvor für den Auftrag des Ätzmediums verwendeten Auftragswalze. Das Dotiermedium kann so in einfacher Weise im Wesentlichen in denjenigen Bereichen aufgetragen werden, in welchen das Dielektrikum entfernt wurde, und ein Auftragen von Dotiermedium auf andere Bereiche kann zumindest zu einem großen Teil vermieden werden. Diese alternative Ausführungsvariante ist vorteilhaft einsetzbar in Verbindung mit Dielektrika, die gegenüber dem verwendeten Dotierstoff keine Diffusionsbarrierenwirkung aufweisen.Alternatively, in the described development for the purpose of diffusion of dopant into the solar cell substrate by means of a further applicator roll a doping medium structured in those areas in which the dielectric was removed, applied and dopant from the doping medium are diffused into the solar cell substrate. Advantageously, a further application roller is used, which has elevations that represent substantially the same structure as the elevations of the applicator roll previously used for the application of the etching medium. The doping medium can thus be applied in a simple manner substantially in those regions in which the dielectric has been removed, and application of doping medium to other regions can be avoided, at least to a large extent. This alternative embodiment variant can advantageously be used in conjunction with dielectrics which have no diffusion barrier effect with respect to the dopant used.
Vor diesem Hintergrund ist auch denkbar, dass die Erhebungen der weiteren Auftragswalze zwar im Wesentlichen dieselbe Struktur ausbilden wie die Erhebungen der für die Auftragung des Ätzmediums verwendeten Auftragswalze, sie jedoch eine verringerte Querschnittsfläche aufweisen. Dies verringert die Gefahr, dass die Erhebungen der weiteren Auftragswalze Dotiermedium auf das verbliebene Dielektrikum oder andere nicht für ein Dotiermediumsauftrag vorgesehene Bereiche abgeben. Bei der Wahl der Struktur der weiteren Auftragswalze, insbesondere der Querschnitte der die Struktur ausbildenden Erhebungen, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Eigenschaften des eingesetzten Dotiermediums zu berücksichtigen, insbesondere dessen Fließverhalten. Dies trägt dem Umstand Rechnung, dass aufgetragenes Dotiermedium beispielsweise auch durch teilweises Zerfließen der aufgetragenen Struktur in Bereiche gelangen kann, in welchen kein Dotiermediumsauftrag erwünscht ist.Against this background, it is also conceivable that, although the elevations of the further applicator roll form substantially the same structure as the elevations of the applicator roll used for the application of the etching medium, they have a reduced cross-sectional area. This reduces the risk that the elevations of the further applicator roll will release doping medium onto the remaining dielectric or other areas not intended for a dopant medium application. In the choice of the structure of the further application roller, in particular the cross sections of the structure forming surveys, it has proved to be useful to take into account the properties of the doping medium used, in particular its flow behavior. This takes into account the fact that applied doping medium can also be brought, for example, by partially flowing the applied structure into areas in which no doping medium application is desired.
Bei der beschriebenen alternativen Auführungsvariante hat es sich als vorteilhaft erwiesen, durch das lokale Entfernen des Dielektrikums linienartige Öffnungen auszubilden. In einer Fortbildung des Verfahrens wird sodann eine Siliziumnitridschicht flächig auf das Solarzellensubstrat aufgebracht, unter erfindungsgemäßer Verwendung einer Auftragswalze ein Ätzmedium strukturiert auf die Siliziumnitridschicht aufgebracht und diese durch Ätzen lokal entfernt, die darunter liegende Dielektrikumschicht jedoch zumindest teilweise belassen. Das Ätzmedium wird dabei derart auf die Siliziumnitridschicht aufgebracht, dass durch das Ätzen linienförmige Öffnungen in der Siliziumnitridschicht gebildet werden. Diese linienförmigen Öffnungen in der Siliziumnitridschicht werden dabei derart ausgerichtet, dass sie sich bei einer Projektion in die Ebene der linienartigen Öffnungen in der Dielektrikumsschicht mit diesen unter einem von Null verschiedenen Winkel schneiden, vorzugsweise unter einem Winkel von etwa 90°. Im Weiteren wird in die linienförmigen Öffnungen in der Siliziumnitridschicht eine Metallpaste ohne Glasfritte eingebracht und gesintert. Hierdurch ergeben sich in den Schnittpunkten der linienförmigen Öffnungen in der Siliziumnitridschicht mit den linienförmigen Öffnungen in der Dielektrikumschicht punktuelle Kontaktierungen des Solarzellensubstrats, welches bei einem in der oben beschriebenen Weise ausgebildeten selektiven Emitter an dieser Stelle stark dotiert ist. Ein fehleranfälliges Ausrichten von linienförmigen Öffnungen in der Dielektrikumschicht mit dem lokalen Auftragen des Dotiermediums und der metallhaltigen Paste kann auf diese Weise vermieden werden. Stattdessen brauchen nur die linienförmigen Öffnungen in der Siliziumnitridschicht mit der metallhaltigen Paste ausgerichtet zu werden. Letztere kann in einer bevorzugten Variante strukturiert mit einer Auftragswalze aufgebracht werden. Alternativ ist ein Aufbringen mittels an sich bekannter Siebdrucktechnologie denkbar.In the described alternative embodiment, it has proven advantageous to form line-like openings by the local removal of the dielectric. In a further development of the method, a silicon nitride layer is then applied to the solar cell substrate in a planar manner, using an etching medium according to the invention structuredly applied to the silicon nitride layer and locally removed by etching, but at least partially leaving the underlying dielectric layer. The etching medium is applied to the silicon nitride layer in such a way that linear openings are formed in the silicon nitride layer by the etching. These line-shaped openings in the silicon nitride layer are aligned such that they intersect with a projection in the plane of the line-like openings in the dielectric layer with these at a non-zero angle, preferably at an angle of about 90 °. Furthermore, in the linear openings in the Silicon nitride layer introduced and sintered a metal paste without glass frit. This results in the intersections of the line-shaped openings in the silicon nitride layer with the line-shaped openings in the dielectric layer selective contact of the solar cell substrate, which is heavily doped at a location formed in the manner described above selective emitter at this point. An error-prone alignment of linear openings in the dielectric layer with the local application of the doping medium and the metal-containing paste can be avoided in this way. Instead, only the line-shaped openings in the silicon nitride layer need to be aligned with the metal-containing paste. The latter can be applied structured in a preferred variant with an applicator roll. Alternatively, an application by means of known screen printing technology is conceivable.
In der Praxis hat es sich teilweise bewährt, das Dotiermedium vor der Eindiffusion des Dotierstoffs zu trocknen. Dies kann in an sich bekannten Trockenöfen, insbesondere Trockendurchlauföfen, erfolgen. Ein solches Trocknen kann jedoch grundsätzlich unterbleiben.In practice, it has proven useful in some cases to dry the doping medium before the diffusion of the dopant. This can be done in conventional drying ovens, especially dry-running ovens. However, such drying can generally be omitted.
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung hat es sich, insbesondere wenn ein Ätzmedium mittelbar oder unmittelbar auf eine Siliziumscheibe aufgebracht werden soll, als vorteilhaft erwiesen, als Ätzmedium ein Flusssäure enthaltendes Ätzmedium, vorzugsweise eine Flusssäure enthaltende Lösung, zu verwenden.In the case of the use according to the invention, in particular if an etching medium is to be applied directly or indirectly to a silicon wafer, it has proved advantageous to use as the etching medium a hydrofluoric acid-containing etching medium, preferably a solution containing hydrofluoric acid.
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung hat es sich bewährt, als Dotiermedium ein Phosphorsäure oder Borsäure enthaltendes Dotiermedium, vorzugsweise eine Phosphorsäure oder Borsäure enthaltende Lösung, zu verwenden.In the use according to the invention, it has proved useful to use a phosphoric acid or boric acid-containing doping medium, preferably a solution containing phosphoric acid or boric acid, as the doping medium.
Die erfindungsgemäße Verwendung ermöglicht es, lediglich vergleichsweise geringe Mengen eines Ätz- oder Dotiermediums aufzutragen, sodass verglichen mit einem ganzflächigen Medienauftrag oder gegenüber Ätzbädern eine geringere Menge an Chemikalien benötigt wird, was den Chemikalienverbrauch reduziert und zudem die Arbeitssicherheit erhöht. Es hat sich weiterhin gezeigt, dass in Folge des Ätz- oder Dotiermediumsauftrags ablaufende Reaktionen häufig durch die Verarmung zumindest einer beteiligten Reaktionsspezies endet. Produktionsprozesse können somit unanfälliger gegenüber einer Abweichung von vorgesehenen Prozesszeiten, beispielsweise Ätzzeiten, gestaltet werden.The use according to the invention makes it possible to apply only comparatively small amounts of an etching or doping medium, so that a smaller amount of chemicals is needed compared to a full-surface media application or etching baths, which reduces the consumption of chemicals and also increases the safety at work. It has also been found that reactions that occur as a result of the etching or doping medium application often end in the depletion of at least one reaction species involved. Production processes can thus be made less susceptible to deviations from intended process times, for example etching times.
In der industriellen Fertigung werden die Halbleitersubstrate in der Regel über an sich bekannte Fördersysteme, wie beispielsweise Rollen-, Transportbänder- oder Hubbalkensysteme, durch eine Fertigungslinie hindurch transportiert. Vor diesem Hintergrund hat es sich bewährt Auftragswalzen zu verwenden, deren Umfang an mit dem jeweiligen Halbleitersubstrat in Kontakt tretenden Bereichen derart bemessen ist, dass dieser der Längenausdehnung einer mit einem Ätz- oder Dotiermedium zu versehenden Fläche in Transportrichtung des Halbleitersubstrats entspricht. Daneben ist es denkbar, mehrere Auftrags walzen vorzusehen, deren Umfang jeweils nur einem Teil der genannten Längenausdehnung in Transportrichtung des Halbleitersubstrats entspricht.In industrial production, the semiconductor substrates are generally transported through a production line via known conveyor systems, such as roller conveyors, conveyor belts or lifting beam systems. Against this background, it has been found useful to use applicator rollers whose circumference is dimensioned at areas passing into contact with the respective semiconductor substrate in such a way that it corresponds to the longitudinal extent of an area to be provided with an etching or doping medium in the transport direction of the semiconductor substrate. In addition, it is conceivable to provide several order rollers whose circumference corresponds in each case only a part of said longitudinal extent in the transport direction of the semiconductor substrate.
Die Erhebungen der Auftragswalze sind derart auf das eingesetzte Ätz- oder Dotiermedium abzustimmen, dass die gewünschten Strukturabmessungen gewährleistet werden können. Um klare und genau abgegrenzte Strukturen, beziehungsweise eine gleichmäßige Dotierung, des Halbleitersubstrats zu erreichen, muss das Ätz- beziehungsweise Dotiermedium in gleichmäßiger Menge auf das Halbleitersubstrat aufgetragen werden. Dies bedingt eine geeignete Speisung der Auftragwalze mit dem jeweiligen Ätz- oder Dotiermedium.The elevations of the applicator roll are to be matched to the etching or doping medium used in such a way that the desired structural dimensions can be ensured. In order to achieve clear and precisely delimited structures, or a uniform doping, of the semiconductor substrate, the etching or doping medium must be applied in a uniform amount to the semiconductor substrate. This requires a suitable feeding of the application roller with the respective etching or doping medium.
Diese kann beispielsweise realisiert sein, indem die Auftragswalze mit einer zusätzlichen Spenderwalze in Kontakt gebracht wird. Die Spenderwalze kann beispielsweise von einem Düsensystem oder Ähnlichem mit dem Ätz- oder Dotiermedium benetzt werden und überträgt das Medium weiter auf die Auftragswalze.This can for example be realized by the applicator roll is brought into contact with an additional donor roll. For example, the donor roll may be wetted by a nozzle system or the like with the etching or doping medium and further transfers the medium to the applicator roll.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Auftragswalze zum Teil innerhalb des in einem Behälter vorgehaltenen Ätz- oder Dotiermediums angeordnet ist, sodass bei Rotationen der Auftragswalze zumindest deren Erhebungen durch das Ätz- oder Dotiermedium bewegt und dabei benetzt werden. Das aufgenommene Ätz- oder Dotiermedium kann dann in weiterem auf das Halbleitersubstrat aufgetragen werden.Alternatively, it may be provided that the application roller is arranged in part within the etching or doping medium held in a container, so that during rotations of the application roller at least its elevations are moved through the etching or doping medium and thereby wetted. The recorded etching or doping medium can then be further applied to the semiconductor substrate.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung einer erfindungsgemäßen Auftragswalze gemäß den Ansprüchen 10 bis 15 erwiesen.Particularly advantageous is the use of an applicator roll according to the invention has been found according to claims 10 to 15.
Die erfindungsgemäße Auftragswalze sieht eine Erhebungen aufweisende Außenoberfläche vor, auf welche die Erhebungen in Form eines Spiegelbildes einer aufzutragenden Struktur angeordnet sind, wobei den Erhebungen von einem Innenbereich der Auftragswalze aus eine Auftragsflüssigkeit zuführbar ist.The application roller according to the invention provides an outer surface having elevations on which the elevations are arranged in the form of a mirror image of a structure to be applied, wherein the elevations can be fed from an inner region of the applicator roll from a coating liquid.
Eine derartige Auftragswalze ermöglicht über vergleichsweise lange Zeit einen gleichmäßigen und damit zuverlässigen Auftrag eines Ätz- oder Dotiermediums auf eine Vielzahl von Halbleitersubstrate.Such an applicator roll allows for a comparatively long time a uniform and thus reliable application of an etching or doping medium on a variety of semiconductor substrates.
Bei einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Auftragswalze sind die Erhebungen wenigsten zum Teil aus einem Schaumstoff gebildet. In one embodiment of the applicator roll according to the invention, the elevations are at least partially formed from a foam.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich der Schaumstoff wenigstens Abschnittsweise bis in den Innenbereich der Auftragswalze hinein. Auf diese Weise kann das Ätz- oder Dotiermedium durch die Hohlräume des Schaumstoffes an die Außenoberfläche gelangen, sodass keine gesonderten Öffnungen oder Kanäle erforderlich sind. Sind die Hohlräume in dem Schaumstoff derart dimensioniert, dass Kapillareffekte den Transport des Ätz- oder Dotiermediums an die Außenoberfläche der Auftragswalze unterstützen, ist dies für einen gleichmäßigen Auftrag des Ätz- oder Dotiermediums vorteilhaft.In a further development of the invention, the foam extends at least in sections into the interior of the applicator roll. In this way, the etching or doping medium can pass through the cavities of the foam to the outer surface, so that no separate openings or channels are required. If the cavities in the foam are dimensioned such that capillary effects promote the transport of the etching or doping medium to the outer surface of the applicator roll, this is advantageous for a uniform application of the etching or doping medium.
Eine vorteilhafte Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Auftragswalze sieht vor, dass wenigstens ein Teil der Erhebungen, vorzugsweise alle Erhebungen, mit von der Auftragsflüssigkeit durchströmbaren Öffnungen versehen sind, welche mit dem Innenbereich der Auftragswalze verbunden sind. Hierdurch kann das eingesetzte Ätz- oder Dotiermedium den Erhebungen zugeführt werden. Derartige Öffnungen können insbesondere auch in Erhebungen aus Schaumstoff, welcher sich wenigstens Abschnittsweise bis in den Innenbereich der Auftragswalze erstreckt, vorgesehen sein.An advantageous embodiment variant of the applicator roll according to the invention provides that at least part of the elevations, preferably all elevations, are provided with openings through which the application liquid can flow, which openings are connected to the inner area of the applicator roll. As a result, the etching or doping medium used can be supplied to the elevations. Such openings may be provided in particular also in elevations of foam, which extends at least in sections into the inner region of the applicator roll.
Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Auftragswalze ist deren Innenbereich unter Überdruck setzbar. Hierdurch kann die Zufuhr der Auftragsflüssigkeit aus dem Innenbereich heraus zu den Erhebungen verbessert werden.In a preferred embodiment of the applicator roll according to the invention whose inner region can be placed under pressure. As a result, the supply of the application liquid from the interior to the elevations can be improved.
Eine andere Ausgestaltungsvariante sieht eine wenigstens teilweise im Innenbereich der Auftragswalze angeordnete Rakel vor, mittels welcher eine Folie an einer Wand des Innenbereichs entlang führbar ist. Diese Ausgestaltungsvariante ist insbesondere bei Verwendung einer höherviskosen Auftragsflüssigkeit von Vorteil. Another embodiment variant provides a squeegee arranged at least partially in the inner region of the application roller, by means of which a film can be guided along a wall of the inner region. This embodiment variant is particularly advantageous when using a high-viscosity coating liquid.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Soweit zweckdienlich sind hierin gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:In the following the invention will be explained in more detail with reference to figures. Insofar as appropriate, identical elements are provided with the same reference numerals herein. Show it:
Jede der Erhebungen
Die
Während die Erhebungen
Im Ausführungsbeispiel der
Zur Unterstützung der Zufuhr der Auftragsflüssigkeit aus dem Innenbereich
Es ist offensichtlich, dass die Rakeltechnologie aus
Das sich einstellende Ergebnis illustriert die schematische Darstellung der
Die
Besagte gestrichelte Linie in
Die
Die
Demnach wird im Weiteren das Siliziumoxid
Im Weiteren wird mittels einer weiteren Auftragswalze
Nach dem strukturierten Auftragen
Nachfolgend wird in einem Diffusionsdurchlaufofen
In den umliegenden Bereichen wirkte die verbliebene Siliziumoxidschicht
Grundsätzlich können offensichtlich auch p-Typ-Dotierungen oder Dotierungen verschiedenen Typs miteinander kombiniert werden. Die Dotierstoffe bzw. -medien sind dann entsprechend zu wählen.In principle, p-type dopings or dopings of different types can obviously also be combined with one another. The dopants or media should then be selected accordingly.
Abschließend wird mit einer Metallisierungsvorrichtung
Auf eine Wiedergabe der Dotierungskonzentration entsprechend der gestrichelten Linie in
Im Weiteren wird mittels der Auftragswalze
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Auftragswalzeapplicator roll
- 3a3a
- Erhebungsurvey
- 3b3b
- Erhebungsurvey
- 55
- Außenoberflächeouter surface
- 77
- Innenbereichinterior
- 9a9a
- Öffnungopening
- 9b9b
- Öffnungopening
- 9c9c
- Öffnungopening
- 9d9d
- Öffnungopening
- 9e9e
- Öffnungopening
- 9f9f
- Öffnungopening
- 9g9g
- Öffnungopening
- 9h9h
- Öffnungopening
- 1111
- Kanalchannel
- 1313
- Auftragswalzenradius abseits von ErhebungenApplicator roll radius away from elevations
- 2121
- Auftragswalzeapplicator roll
- 23a23a
- Erhebungsurvey
- 23a'23a '
- Erhebungsurvey
- 23b23b
- Erhebungsurvey
- 23c23c
- Erhebungsurvey
- 23d23d
- Erhebungsurvey
- 23e23e
- Erhebungsurvey
- 23f23f
- Erhebungsurvey
- 2525
- WalzenhohlkernRolling hollow core
- 2626
- Wandwall
- 27a27a
- Kernöffnungcore opening
- 27b27b
- Kernöffnungcore opening
- 27c27c
- Kernöffnungcore opening
- 27d27d
- Kernöffnungcore opening
- 2929
- Rakeldoctor
- 3131
- Rakelachseblade axis
- 3333
- Foliefoil
- 4141
- Auftragswalzeapplicator roll
- 43a43a
- Erhebungsurvey
- 43b43b
- Erhebungsurvey
- 43c43c
- Erhebungsurvey
- 4545
- Siliziumscheibesilicon chip
- 4747
- TexturätzlösungTexturätzlösung
- 4949
- Oberflächentextursurface texture
- 5151
- Phosphorsäurelösungphosphoric acid solution
- 5353
- TrockendurchlaufofenDry continuous furnace
- 5555
- getrocknete Phosphorsäurelösungdried phosphoric acid solution
- 5757
- DiffusionsdurchlaufofenDiffusion continuous furnace
- 57a57a
- DiffusionsdurchlaufofenDiffusion continuous furnace
- 57b57b
- DiffusionsdurchlaufofenDiffusion continuous furnace
- 5959
- stärker dotierter Bereichmore heavily doped area
- 6060
- schwächer dotierter Bereichweaker endowed area
- 6161
- Auftragswalzeapplicator roll
- 6363
- Siliziumoxidsilica
- 6565
- Transportrichtungtransport direction
- 6767
- weitere Auftragswalzefurther application roller
- 6969
- Metallisierungsvorrichtungmetallizing
- 7171
- Metallisierungmetallization
- 7373
- Flächige Bor-DotierungPlanar boron doping
- 100100
- Strukturiertes Auftragen ÄtzmediumStructured application of etching medium
- 102102
- Lokales Entfernen SiliziumoxidLocal removal of silica
- 104104
- Flächiges Auftragen PhosphorsäurelösungFlat application of phosphoric acid solution
- 106106
- Trocknen PhosphorsäurelösungDry phosphoric acid solution
- 108108
- Eindiffusion PhosphorIndiffusion Phosphorus
- 110110
- Aufbringen MetallisierungApply metallization
- 112112
- Flächiges Auftragen BorsäurelösungSurface application Boric acid solution
- 114114
- Eindiffusion BorIndiffusion boron
- 116116
- Strukturiertes Auftragen BorsäurelösungStructured application boric acid solution
- 118118
- Eindiffusion BorIndiffusion boron
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201010006329 DE102010006329A1 (en) | 2010-01-29 | 2010-01-29 | Use of applicator roll for structured applying of e.g. hydrofluoric acid on silicon wafer during manufacturing solar cells, using projections that exhibits outer surface, where medium is applied on silicon wafer under effect of dielectric |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102010006329A1 true DE102010006329A1 (en) | 2011-08-04 |
Family
ID=44315971
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE201010006329 Withdrawn DE102010006329A1 (en) | 2010-01-29 | 2010-01-29 | Use of applicator roll for structured applying of e.g. hydrofluoric acid on silicon wafer during manufacturing solar cells, using projections that exhibits outer surface, where medium is applied on silicon wafer under effect of dielectric |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102010006329A1 (en) |
Citations (4)
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-
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- 2010-01-29 DE DE201010006329 patent/DE102010006329A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R016 | Response to examination communication | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20130801 |