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JP4239134B2 - Method for manufacturing dielectric isolation wafer for solar cell - Google Patents
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JP4239134B2 - Method for manufacturing dielectric isolation wafer for solar cell - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は太陽電池用の誘電体分離ウェーハの製造方法、詳しくは誘電体分離シリコン島の底面に衝突した光を乱反射させ、PN接合の発電領域部を通過する光子の数を増加して発電効率を高める太陽電池用の誘電体分離ウェーハの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、誘電体分離シリコン島(活性層)の内部に、PN接合からなる発電領域部を形成した太陽電池の機能を有する誘電体分離ウェーハが開発されている。これらの誘電体分離シリコン島を複数個有する半導体チップは、通常、ダイシング工程により1個ずつ切断・分離され、それぞれが小型の太陽電池アレイとして利用される。
誘電体分離ウェーハの一種として、張り合わせ誘電体分離ウェーハが知られている。これは、表面に誘電体分離シリコン島が形成された活性層用ウェーハと、これを裏面側から支持する支持基板用ウェーハとを張り合わせたものである。
従来、活性層用ウェーハの材料のシリコンウェーハは、表面が鏡面仕上げされた鏡面ウェーハであった。張り合わせ後、このシリコンウェーハの表面は、誘電体分離シリコン島の底面となる。そのため、誘電体分離シリコン島の底面が鏡面仕上げされている。
【0003】
この鏡面ウェーハは、通常、CZ法により引き上げられたシリコンインゴットに対して、スライス、面取り、ラップ、エッチング、研磨、洗浄の各工程を施すことで作製されていた。
こうして得られた鏡面ウェーハは、その後、シリコンウェーハの鏡面仕上げされた表面に誘電体分離用溝を形成し、この誘電体分離用溝を含むシリコンウェーハの表面に誘電体分離酸化膜を形成し、さらに誘電体分離酸化膜の表面に例えばCVD法により高温ポリシリコン層を積層し、次いでこのシリコンウェーハを裏面側から研削・研磨し、その研磨面に誘電体分離酸化膜で分離した複数の誘電体分離シリコン島を現出し、このシリコンウェーハの誘電体分離シリコン島の形成領域内に、PN接合からなる発電領域部を形成して活性層用ウェーハとしていた。
【0004】
このうち、前記誘電体分離用溝の形成工程は、まずシリコンウェーハの表裏両面をマスク酸化膜で覆い、そのマスク酸化膜の表面に窓付きの厚さ1.0〜2.0μmのポジレジスト膜またはネガレジスト膜を設け、次にこのレジスト膜をマスクとしてマスク酸化膜に所定パターンの窓を形成し、この窓から露出したシリコンウェーハの一部分を異方性エッチングして誘電体分離用溝を形成していた。
また、従来技術の太陽電池の機能を有する誘電体分離ウェーハによれば、この発電領域部が形成される誘電体分離シリコン島の深さ、言い換えれば誘電体分離シリコン島の表面から誘電体分離酸化膜までの深さ(厚さ)は、通常、30〜60μm程度であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の誘電体分離ウェーハにあっては、誘電体分離シリコン島の底面が鏡面化されていた。そのため、外方から入射した光は、この誘電体分離シリコン島の内部を通過して誘電体分離酸化膜に衝突した際に正反射するだけであった。これにより、光電変換部を通過する光子の数は少なく、低い発電効率しか得られずにいた。
また、従来の誘電体分離ウェーハの製造にあっては、活性層用ウェーハとして鏡面ウェーハが使用されていた。そのため、エッチング後に加工時間が長くなる研磨工程が必要であった。これにより、誘電体分離ウェーハの製造時間、ひいては太陽電池の製造時間が長大化し、コスト高となっていた。
そして、誘電体分離シリコン島の表面から誘電体分離酸化膜までの深さは、従来、30〜60μm程度と深かった。その結果、入射した光はこの島の内部を進行している間に著しく減衰し、発電領域部を通過する光子数が大きく減少していた。
【0006】
そこで、発明者は、誘電体分離シリコン島の底面をエッチング面とすれば、この誘電体分離シリコン島の底面に光が衝突して乱反射し、発電領域部を通過する光子の数が増えて、太陽電池の発電効率が高まることを知見し、この発明を完成させた。
また、発明者は、誘電体分離シリコン島の表面から誘電体分離酸化膜までの深さを30μm以下とすれば、誘電体分離シリコン島の深さに起因した発電効率の低下が抑えられ、またこの島の底面をエッチング面とすることで、誘電体分離ウェーハの製造工程を簡素化することができることを知見し、この発明を完成させた。
さらに、発明者は、この発明の誘電体分離ウェーハの製造に適応した、エッチング面へのホトリソ工程による新たなパターンニング手法を開発し、このエッチング面に、誘電体分離用溝を良好に異方性エッチングできるようにした。
【0007】
【発明の目的】
この発明は、誘電体分離シリコン島の底面に衝突した光を乱反射させ、発電効率を高めることができる太陽電池用の誘電体分離ウェーハの製造方法を提供することを、その目的としている。
また、この発明は、既存の製造設備を使用して太陽電池用の誘電体分離ウェーハを製造することができ、さらに製造工程数の削減が図れて太陽電池の製造時間の短縮化および低コスト化が図れる太陽電池用の誘電体分離ウェーハの製造方法を提供することを、その目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項に記載の発明は、エッチングが施されたシリコンウェーハの表側のエッチング面に誘電体分離用溝を形成する工程と、該誘電体分離用溝を含むシリコンウェーハの表面に誘電体分離酸化膜を形成する工程と、該誘電体分離酸化膜の表面にポリシリコン層を積層する工程と、前記シリコンウェーハを裏面側から研削・研磨し、この研磨面に前記誘電体分離酸化膜で分離した複数の誘電体分離シリコン島を現出する工程と、前記シリコンウェーハの誘電体分離シリコン島の形成領域内に、PN接合からなる発電領域部を形成する工程とを備えた太陽電池用の誘電体分離ウェーハの製造方法である。
エッチングされたシリコンウェーハ(以下、エッチドウェーハ)は、最終的に露出面がエッチングされたシリコンウェーハであれば、途中段階の加工プロセスは限定されない。例えば、CZ法で引き上げたシリコンインゴットを、スライスし、ラッピングした後、エッチングしたものでもよい。さらには、ラッピング工程を省略し、スライス後のシリコンウェーハをエッチング処理したものでもよい。
なお、太陽電池の材料は、発電領域部が形成された誘電体分離シリコン島を有する各種の誘電体分離ウェーハである。
誘電体分離ウェーハの種類は限定されない。例えば、1枚の単結晶シリコンウェーハの表面に、誘電体分離シリコン島が形成されたものでもよい。または、誘電体分離シリコン島付きの活性層用ウェーハの裏面に、これを支持する支持基板用ウェーハを張り合わせた張り合わせ誘電体分離ウェーハでもよい。
誘電体分離シリコン島の内部構造は限定されない。要は、その表層部に少なくとも1つの発電領域部が形成され、この誘電体分離シリコン島の発電領域部よりも裏面側のシリコン部分に、外方から入射した光を反射する誘電体分離酸化膜が形成されていればよい。誘電体分離シリコン島の厚さは限定されない。
誘電体分離シリコン島の表面から誘電体分離酸化膜までの深さ、すなわち活性層の深さは限定されない。例えば、30μm以上でも、それより小さくてもよい。
PN接合の構造は限定されない。P型層およびN型層の各厚さは、例えば1〜5μmであるが、作製するデバイスによって適宜決定される。
好ましい誘電体分離シリコン島の底面の光沢度は30〜150%である。20%未満でも良好な発電効率を得られるが、アルカリエッチング時に光沢度20%未満を実現することはむずかしい。また、200%を超えると、この誘電体分離シリコン島の底面が鏡面に近づきすぎてしまい、発電領域部を通過する光子数がそれほど増えない。日本電飾社製の光沢度測定器によれば、鏡面の光沢度330%を基準としている。この数値より小さくなるほど、被測定面が粗くなる。
前記誘電体分離シリコン島の表面から誘電体分離酸化膜までの深さが30μm以下であることが好ましい。
この深さが30μmを超えると、誘電体分離シリコン島のシリコン部分が厚くなりすぎて、島内を進行する光の減衰の度合いが大きくなる。その結果、発電領域部に達する光子数が減ってしまい、発電効率が低下する。
【0009】
エッチドウェーハは酸エッチされたウェーハでもよいし、アルカリエッチされたウェーハでもよい。このうち、シリコンウェーハの酸エッチ時には、例えばフッ酸と硝酸とを混合した混酸液などを使用することができる。その際、例えばエッチング槽に貯液された混酸液(常温〜50℃)に半導体ウェーハを浸漬し、ラップによるウェーハ表裏両面の歪み、面取りによるウェーハ外周部の歪みなどを除去する。通常は片面で10〜20μm、両面で20〜40μm程度のエッチングとなる。酸エッチウェーハを実施すると、ウェーハ露出面に気泡が生じ、ウェーハ表裏両面に周期0.05〜0.20mm程度、高さ100nm程度の微小凹凸を伴ったうねりが生じる(光沢度60〜180%)。
一方、シリコンウェーハのアルカリエッチ時には、例えばNaOH,KOH,アンモニアなどのアルカリエッチング液などを使用してエッチングする。エッチング温度は、通常、60〜90℃である。このアルカリエッチの場合でもウェーハ露出面に気泡が生じ、その跡がPeak to valleyで1.0〜2.0μm程度の微小凹凸として残る(光沢度20〜100%)。
【0010】
誘電体分離用溝をエッチドウェーハの表面に形成する際には、通常、異方性エッチング技術が採用される。異方性エッチング液には、KOH(IPA/KOH/H2 O),KOH(KOH/H2 O),KOH(ヒドラジン/KOH/H2 O)といったアルカリ性エッチング液などを採用することができる。異方性エッチングの条件は、通常の条件を適用することができる。
また、エッチドウェーハの表面側のレジスト膜に、異方性エッチング用の窓部を形成するための各工程の条件には、一般的な条件などを採用することができる。
ポリシリコン層の成長方法としては、高温CVD法を採用することができる。
これは、シリコンを含んだ原料ガスをキャリアガス(H2 ガスなど)とともに反応炉内へ導入し、高温に熱せられたシリコンウェーハ上に原料ガスの熱分解または還元によって生成されたシリコンを析出させる方法である。シリコンを含む化合物としては、通常、SiCl4 ,SiHCl3 などが挙げられる。
反応炉には、ドーム形の石英ベルジャー内で、シリコンウェーハを載せたサセプタを回転しながらガス導入し、高周波誘導により加熱する縦(パンケーキ)型炉もある。その他にも、石英容器内に収められた六角柱状のサセプタの各面にシリコンウェーハを張り付け、その後、このサセプタを、ガス導入および赤外線ランプにより加熱しながら回転するシリンダ(バレル)型炉なども採用することができる。
【0011】
ポリシリコンの成長温度は炉の加熱方式で異なる。この用途に用いる最も一般的な縦型炉では、1200〜1290℃、特に1230〜1280℃が好ましい。1200℃未満ではシリコンウェーハが割れやすいという不都合が生じる。また、1290℃を超えるとスリップが発生し、シリコンウェーハが割れに至りやすいという不都合が生じる。
ポリシリコン層の厚さは、異方性エッチングを行った深さの2〜3倍の厚さに対して、残したいポリシリコン層の厚さを付加した厚さとする。ポリシリコン層厚が異方性エッチングを施した深さの2倍以下では、異方性エッチングの溝が十分に埋まらないことがある。一方で、3倍以上では、不要に厚く堆積させることとなり、不経済である。
【0012】
誘電体分離シリコン島の内部に、PN接合からなる発電領域部を形成する方法は限定されない。例えば、特定された導電型(N型またはP型)のドーパントをエッチドウェーハに熱拡散する方法などが挙げられる。この場合、周知の熱拡散法を採用することができる。すなわち、熱拡散炉を用いて、例えばPH3 ,Sb23 、または、BBr3 ガスなどを送り込みながら、炉温を600〜1250℃の内の適宜範囲に制御する。具体的には、例えばウェーハ全体に所定濃度のドーパントを含むエッチドウェーハの表面に、これと異なる導電型のリンなどのN型ドーパントまたはホウ素などのP型ドーパントを熱拡散する。これにより、シリコン島形成領域内にPN接合が積層形成される。
また、イオン注入法も採用が可能である。すなわち、イオン注入装置を用い、一導電型のドーパント(不純物)をガス状にしてイオン化し、それぞれを電界により加速して、シリコンウェーハ表面から打ち込む方法である。
ドーパントのシリコンウェーハへのドーピング時期(PN接合の形成時期)は限定されない。例えば、誘電体分離シリコン島の形成後、この島の表面にP型またはN型のドーパントを熱拡散またはイオン注入する。
【0013】
請求項に記載の発明は、前記シリコンウェーハのエッチング面が、酸性エッチング液による酸エッチング面またはアルカリ性エッチング液によるアルカリエッチング面である請求項に記載の太陽電池用の誘電体分離ウェーハの製造方法である。
【0014】
請求項に記載の発明は、前記誘電体分離用溝の形成工程が、前記シリコンウェーハの表裏両面をマスク酸化膜または窒化膜で覆い、該マスク酸化膜または窒化膜の表面に窓付きのレジスト膜を設け、該レジスト膜をマスクとしてマスク酸化膜または窒化膜に所定パターンの窓を形成することで該窓からシリコンウェーハの一部を露出させ、該露出した一部分を異方性エッチングする工程で、前記レジスト膜が、厚さ0.3〜1.0μmのポジレジストからなる請求項または請求項に記載の太陽電池用の誘電体分離ウェーハの製造方法である。
マスク用膜は、マスク酸化膜でもよいし、窒化膜でもよい。
ポジレジスト膜の好ましい厚さは0.6〜0.7μmである。0.3μm未満では、その後のマスク酸化膜11のエッチング時に剥離するおそれがある。1.0μmを超えると、窓を形成するパターンニングの露光時、エッチング面の微小凹凸に当たって乱反射した光が、窓付けのパターンニングの解像度に悪影響をおよぼし、この窓を精度良く形成することができないおそれがある。
【0015】
請求項に記載の発明は、前記誘電体分離用溝の形成工程が、前記シリコンウェーハの表裏両面をマスク酸化膜または窒化膜で覆い、該マスク酸化膜または窒化膜の表面に窓付きのレジスト膜を設け、該レジスト膜をマスクとしてマスク酸化膜または窒化膜に所定パターンの窓を形成することで該窓からシリコンウェーハの一部を露出させ、該露出した一部分を異方性エッチングする工程で、前記レジスト膜が、厚さ0.3〜1.0μmのネガレジストからなる請求項または請求項に記載の太陽電池用の誘電体分離ウェーハの製造方法である。
ネガレジスト膜の好ましい厚さは0.6〜0.7μmである。0.3μm未満では、ネガレジストの光反応が進行しにくくなる。1.0μmを超えると、エッチング面の微小凹凸による解像度の劣化を無視できなくなる。
【0016】
【作用】
請求項1,2に記載の発明によれば、シリコンウェーハの表側のエッチング面にシリコンウェーハの誘電体分離用溝を形成する。この場合、例えばこのエッチング面は光沢度が20〜200%となる。この後、該誘電体分離用溝を含むシリコンウェーハの表面に誘電体分離酸化膜を形成する。その後、該誘電体分離酸化膜の表面にポリシリコン層を積層し、前記シリコンウェーハを裏面側から研削・研磨する。その後、この研磨面に前記誘電体分離酸化膜で分離した複数の誘電体分離シリコン島を現出させる。この工程を経ることにより、シリコン島は例えば光沢度20〜200%の底面が得られ、この低い光沢度により発電領域部を通過する光子の数が増え、太陽電池としての発電効率が高められる。
これにより、既存の誘電体分離ウェーハの製造設備を使用し、しかも従来より少ない製造工程数で太陽電池用の誘電体分離ウェーハを製造することができる。その結果、太陽電池の製造時間の短縮化が図れ、また製造コストを低下させることができる。
【0017】
請求項および請求項の発明によれば、ポジレジストまたはネガレジストからなるレジスト膜の厚さを0.3〜1.0μmとしたので、このレジスト膜の露光時、エッチング面の微小凹凸に当たって乱反射した光が、窓付けのパターンニングに悪影響をおよぼすおそれが少ない。その結果、この窓を精度良く形成することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例に係る太陽電池および該電池用の誘電体分離ウェーハの製造方法を説明する。
図1(a),(b)はこの発明の一実施例に係る太陽電池の拡大断面図である。図2はこの発明の一実施例に係る誘電体分離ウェーハに用いられる活性層用ウェーハの製造工程を示すフローシートである。図3および図4はこの発明の一実施例に係る誘電体分離ウェーハの製造工程を説明するための断面図である。
【0019】
まず、活性層用ウェーハとなる表面をエッチング加工したシリコンウェーハ10を作製、準備する(図3(A))。
このシリコンウェーハ10の製造方法を具体的に説明する。図2において、CZ法により引き上げられたシリコンインゴットは、スライス工程(S101)で、厚さ700μm程度の5インチのシリコンウェーハにスライスされる。
次に、スライスドウェーハにはラッピングが施される(S102)。この工程では、シリコンウェーハを互いに平行なラップ定盤間に配置し、アルミナ砥粒と分散剤と水の混合物であるラップ液を流しながら、加圧下で回転・すり合わせを行う。これにより、シリコンウェーハの表裏両面が機械的にラッピングされる。ラップ時間は10〜40分である。ラップ量はウェーハの表裏両面を合わせて40〜100μm程度である。なお、この発明ではこのラッピング工程を省略してもよい。
その後、ラップドウェーハは、面取り工程(S103)で、その外周部が#600のメタル面取り用砥石により、所定の形状に面取りされる。その結果、シリコンウェーハの外周部は、所定の丸みを帯びた形状(例えばMOS型の面取り形状)に成形される。
【0020】
続いて、面取り後のシリコンウェーハをエッチングする(S104)。具体的には、フッ酸と硝酸とを混合した混酸液(常温〜50℃)の中に、シリコンウェーハを所定時間だけ浸漬する。エッチング直後のシリコンウェーハの表裏両面の光沢度は、日本電飾社製の光沢度測定器による測定で20〜120%とする。
エッチドウェーハには、必要によってドナーキラー熱処理を施してもよい(S105)。これにより酸素ドナーの発生が防止される。この拡散炉を用いる熱処理時には、多数枚のシリコンウェーハを石英製の熱処理用ボートに挿填し、不活性ガス中、650〜700℃で15分程度加熱される。
その後、エッチドウェーハの外周部にPCR加工を施してもよい(S106)。ここでは、周知のPCR加工装置が用いられる。すなわち、円筒形状のウェーハをモータ回転し、回転中のバフ外周面にシリコンウェーハの外周面を押しつける。これにより、ウェーハ表裏両面は粗いものの、ウェーハ外周面は鏡面に仕上げられた活性層用ウェーハ用のシリコンウェーハ10が作製される(図3(A))。
【0021】
次に、このシリコンウェーハ10を熱拡散炉に挿入し、シリコンウェーハ10の表面に、例えば厚さ1μmのマスク酸化膜11を形成する(図3(B))。マスク酸化膜11に代えて、CVD法によりチッ化膜(SiNx )を成長させてもよい。
それから、このマスク酸化膜11上にポジレジストまたはネガレジストを厚さ0.3〜1.0μmで塗布し、その後、公知のプレベーク、露光、ポストベークを経てパターンニングしてホトレジスト膜12を形成する。このとき、ホトレジスト膜12の厚さが0.3μm未満では、ネガレジストの光反応が進行しにくくなる。また、ポジレジストの場合でも、のちのマスク酸化膜11のエッチング時に剥離するおそれがある。さらに、ホトレジスト膜12の厚さが1.0μmを超えると、エッチング面の微小凹凸による解像度の劣化を無視できなくなる。そして、ホトレジスト膜12に所定パターンの窓12Aを形成する(図3(C))。
【0022】
続いて、この窓12Aを介して酸化膜11に同じパターンの窓11Aを形成し、シリコンウェーハ10表面の一部を露出させる(図3(D))。
次に、ホトレジスト膜12を除去し、このウェーハ表面の洗浄後、この酸化膜11をマスクとしてシリコンウェーハ10を異方性エッチング液(IPA/KOH/H2 O)に所定時間だけ浸漬する。これにより、シリコンウェーハ表面には所定パターンでの凹部(窪み)が形成される。すなわち、ウェーハ表面に異方性エッチングが施され、断面V字形状の誘電体分離用溝13が形成される(図3(E))。この誘電体分離用溝13によって、シリコンウェーハ10の表面層が多数に分割される。なお、必要によってこれらの分割部分(誘電体分離シリコン島の形成領域)に所定のドーパントを拡散し、拡散層を形成してもよい。
【0023】
次に、このウェーハ表面(裏面も)に、熱酸化処理によって誘電体分離酸化膜14を形成する(図3(F))。このとき、誘電体分離用溝13の表面にも誘電体分離酸化膜14が形成される。そして、このウェーハ表面を洗浄する。
次に、約1200〜1290℃の高温CVD法で、誘電体分離酸化膜14の表面に高温ポリシリコン層16を厚めに成長させる(図4(A))。なお、高温ポリシリコン層16の成長に先駆けて、誘電体分離酸化膜14の表面に種ポリシリコン層を被着させた方が好ましい。高温ポリシリコンを誘電体分離酸化膜14の表面にムラなく成長させるためである。その後、ウェーハ外周部を面取りし、必要に応じてウェーハ裏面を平坦化する。
次いで、ウェーハ表面の高温ポリシリコン層16を厚さ約10〜80μmまで研削・研磨する。また、この後、ウェーハ表面に550〜700℃の低温CVD法で厚さ1〜5μmの低温ポリシリコン層17を形成し、さらには、張り合わせ面の鏡面化を図る目的で、低温ポリシリコン層17の表面をポリッシングする(図4(B))。
【0024】
一方、支持基板用ウェーハとなる、鏡面のシリコンウェーハ20を準備する(図4(C))。なお、このシリコンウェーハ20はシリコン酸化膜によって覆われたものでもよい。次に、シリコンウェーハ20上に、活性層用ウェーハ用のシリコンウェーハ10を、鏡面同士を接触させて張り合わせる(図4(D))。それからこれを熱処理して、張り合わせウェーハの張り合わせ強度を高める。
次に、図4(E)に示すように、この活性層用ウェーハの外周部を面取りし、活性層用ウェーハ表面を研削・研磨する。なお、この活性層用ウェーハの研削量は、誘電体分離酸化膜14が外部に露出し、高温ポリシリコン層16の表面上に、誘電体分離酸化膜14で区画された誘電体分離シリコン島30が完全に現出するまでとする。このとき、誘電体分離シリコン島30の表面から誘電体分離酸化膜14までの深さは30μm以下とする。
【0025】
次に、周知の熱拡散法によって、誘電体分離シリコン島30の表面の中央部に、活性層の導電型と反対になるドーパントを拡散することでN型層30a(図1(a))またはP型層30b(図1(b))を形成する。これにより、太陽電池の発電領域部が形成される。すなわち、N型層30aを形成する場合(活性層;低濃度のP型)には、熱拡散炉を用いて、誘電体分離シリコン島30の表面にシリコン酸化膜を形成し、次いでホトレジスト膜12によってマスク酸化膜11に埋め込み領域パターンを形成する。それから、ホトレジスト膜12をマスクにマスク酸化膜11の一部をエッチングして開孔し、その後、このホトレジスト膜12を洗浄・除去する。続いて、誘電体分離ウェーハを熱拡散炉に入れ、PH3 ガスを送り込みながら、炉温を800〜1200℃程度の適宜範囲に制御する。その結果、誘電体分離シリコン島30の表面の中央部に、高濃度のリン(N型ドーパント)が熱拡散され、N型層30aが形成される。一方、P型層30bを形成する場合(活性層;低濃度のN型)には、前記PH3 ガスに代わるBBr3 ガスを炉内に流し込み、所定の位置にホウ素が熱拡散され、P型層30bが形成される。こうして、シリコン島形成領域内にPN接合が形成され、高濃度拡散層の直下に発電領域が形成された太陽電池用の誘電体分離ウェーハが製造される(図1参照)。
なお、得られた誘電体分離ウェーハは、N型層30aおよびP型層30bにそれぞれ直接または間接的に電極を作製した後、ダイシング装置によって、複数個の誘電体分離シリコン(活性層)を含む半導体チップごとに切断・分離し、多数個の小型の太陽電池群を製造する。
【0026】
こうして得られた太陽電池によれば、誘電体分離シリコン島30の深さが30μm以下の場合、その底面が従来の鏡面仕上げのものと異なり、微小凹凸化したエッチング面となる。よって、この従来品に比べて、この誘電体分離シリコン島30の底面に当たった光の乱反射が発生し、発電領域部を通過する光子の数が増加し、太陽電池としての発電効率を高めることができる。
しかも、このように誘電体分離シリコン島30の深さを30μm以下と浅くしたので、この島30の内部を進行中の光の減衰が、従来の深いものに比べて小さくなる。その結果、この島30の深さに起因した発電効率の低下を抑えることができる。
また、シリコンウェーハ10の誘電体分離用溝14の形成側の面をエッチング面とするだけで、光沢度20〜200%の誘電体分離シリコン島の底面が得られる。そのため、既存の誘電体分離ウェーハの製造設備を使用し、かつ従来よりも少ない製造工程数で太陽電池を製造することができる。これにより、太陽電池の製造時間の短縮化および低コスト化を図ることができる。
この太陽電池を使用し、主に発光ダイオードと太陽電池とからなるMOS型半導体リレーを作製した際には、電池面積が小さくなり、チップの高集積化も可能となる。
【0027】
ここで、各誘電体分離シリコン島の深さ(活性層深さ)が30μm以下の太陽電池を試作し、実際に、誘電体分離シリコン島の底面が鏡面処理された一般的な太陽電池の発電効率と、この島の底面をエッチング処理(酸エッチ、アルカリエッチ)したこの発明の太陽電池の発電効率との比較試験の結果を報告する。
太陽電池は、誘電体分離シリコン島の導電型をN型とし、拡散領域の導電型はP型とした。N型層の抵抗率は20〜30Ω・cm、誘電体分離シリコン島の表面から光反射層までの深さは25μmである。試験用の光源として、AM−1のソーラー・シミュレータを用いて100mW/cmの光を照射した。光沢度の測定には、日本電飾社製の光沢度測定器「VG2000」を採用している。
一般的な鏡面処理された誘電体分離シリコン島の場合、その島の底面の光沢度は300%、発電効率は8%であった。これに対して、この発明の底面が酸エッチされた誘電体分離シリコン島の場合の光沢度は平均93%だった。このときの発電効率は約10.3%だった。また、この発明の底面がアルカリエッチされた誘電体分離シリコン島の場合の光沢度は平均43%、発電効率は10.8%であった。
【0028】
【発明の効果】
請求項1,2に記載の発明によれば、最終的に誘電体分離シリコン島の底面となるシリコンウェーハの表側の面を例えば光沢度20〜200%のエッチング面として誘電体分離ウェーハを製造するので、既存の誘電体分離ウェーハの製造設備を使用し、かつ従来に比べて少ない製造工程数で発電効率の高い太陽電池を製造することができる。これにより、太陽電池の製造時間の短縮およびコスト低減を図ることができる。
【0029】
さらに、請求項および請求項の発明によれば、誘電体分離用溝の形成時、ポジレジスト膜またはネガレジスト膜を厚さ0.3〜1.0μmとしたので、このレジスト膜の露光時、エッチング面の微小凹凸に当たって乱反射した光により、窓付けのパターンニングに悪影響をおよぼすおそれが少ない。その結果、この窓を精度良く形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (a),(b)はこの発明の一実施例に係る太陽電池の拡大断面図である。
【図2】 この発明の一実施例に係る誘電体分離ウェーハに用いられる活性層用ウェーハの製造工程を示すフローシートである。
【図3】 この発明の一実施例に係る誘電体分離ウェーハの製造工程を説明するための断面図である。
【図4】 この発明の一実施例に係る誘電体分離ウェーハの製造工程を説明するための断面図である。
【符号の説明】
10 シリコンウェーハ、
11 マスク酸化膜、
12 レジスト膜、
12A 窓、
13 誘電体分離用溝、
14 誘電体分離酸化膜、
16 高温ポリシリコン層(ポリシリコン層)、
30 誘電体分離シリコン島、
30a N型層(発電領域部)、
30b P型層(発電領域部)。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  This inventionFor solar cellsThe method of manufacturing a dielectric isolation wafer of the present invention, more specifically, diffuses light colliding with the bottom surface of the dielectric isolation silicon island, and increases the number of photons that pass through the power generation region of the PN junction to increase power generation efficiency.For solar cellsThe present invention relates to a method for manufacturing a dielectric isolation wafer.
[0002]
[Prior art]
  In recent years, the PN inside the dielectric isolation silicon island (active layer)JoiningA dielectric isolation wafer having a function of a solar cell in which a power generation region portion made of the above is formed has been developed. These semiconductor chips having a plurality of dielectric isolation silicon islands are usually cut and separated one by one by a dicing process, and each is used as a small solar cell array.
  A bonded dielectric isolation wafer is known as a kind of dielectric isolation wafer. This is a laminate of an active layer wafer having a dielectric-isolated silicon island formed on the surface and a support substrate wafer that supports the wafer from the back side.
  Conventionally, the silicon wafer as the material of the active layer wafer has been a mirror-finished wafer having a mirror-finished surface. After bonding, the surface of the silicon wafer becomes the bottom surface of the dielectric isolation silicon island. Therefore, the bottom surface of the dielectric isolation silicon island is mirror finished.
[0003]
  This mirror-finished wafer is usually produced by subjecting a silicon ingot pulled up by the CZ method to the steps of slicing, chamfering, lapping, etching, polishing, and cleaning.
  The mirror surface wafer thus obtained then forms a dielectric separation groove on the mirror-finished surface of the silicon wafer, and forms a dielectric isolation oxide film on the surface of the silicon wafer including the dielectric separation groove, Further, a plurality of dielectrics obtained by laminating a high-temperature polysilicon layer on the surface of the dielectric isolation oxide film by, for example, the CVD method, then grinding and polishing the silicon wafer from the back side, and separating the polished surface with the dielectric isolation oxide film An isolated silicon island appeared, and a power generation region portion formed of a PN junction was formed in the formation region of the dielectric isolated silicon island of this silicon wafer to form an active layer wafer.
[0004]
  Among these, the dielectric separation groove forming step is performed by first covering both front and back surfaces of a silicon wafer with a mask oxide film, and a positive resist film having a thickness of 1.0 to 2.0 μm with a window on the surface of the mask oxide film. Alternatively, a negative resist film is provided, then a window with a predetermined pattern is formed in the mask oxide film using this resist film as a mask, and a portion of the silicon wafer exposed from this window is anisotropically etched to form a dielectric separation groove. Was.
  In addition, according to the dielectric isolation wafer having the function of the solar cell of the prior art, the dielectric isolation oxidation from the depth of the dielectric isolation silicon island where the power generation region portion is formed, in other words, from the surface of the dielectric isolation silicon island. The depth (thickness) to the film was usually about 30 to 60 μm.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
  Thus, in the conventional dielectric isolation wafer, the bottom surface of the dielectric isolation silicon island is mirror-finished. For this reason, the light incident from the outside is only regularly reflected when it passes through the inside of the dielectric isolation silicon island and collides with the dielectric isolation oxide film. As a result, the number of photons passing through the photoelectric conversion unit is small, and only low power generation efficiency can be obtained.
  Further, in the production of a conventional dielectric separation wafer, a mirror surface wafer has been used as an active layer wafer. Therefore, a polishing process that requires a long processing time after etching is required. As a result, the manufacturing time of the dielectric isolation wafer, and thus the manufacturing time of the solar cell, is prolonged and the cost is high.
  Conventionally, the depth from the surface of the dielectric isolation silicon island to the dielectric isolation oxide film has been as deep as about 30 to 60 μm. As a result, the incident light was significantly attenuated while traveling through the island, and the number of photons passing through the power generation region was greatly reduced.
[0006]
  Therefore, the inventor, if the bottom surface of the dielectric isolation silicon island is an etching surface, the light collides with the bottom surface of the dielectric isolation silicon island and diffusely reflects, and the number of photons passing through the power generation region increases. The present invention was completed by discovering that the power generation efficiency of the solar cell is increased.
  In addition, the inventor can suppress a decrease in power generation efficiency due to the depth of the dielectric isolation silicon island if the depth from the surface of the dielectric isolation silicon island to the dielectric isolation oxide film is 30 μm or less. It has been found that the manufacturing process of the dielectric isolation wafer can be simplified by using the bottom surface of the island as an etching surface, and the present invention has been completed.
  In addition, the inventor has developed a new patterning technique using a photolithographic process on the etched surface, which is suitable for the production of the dielectric isolation wafer of the present invention. Enabled etching.
[0007]
OBJECT OF THE INVENTION
  According to the present invention, light colliding with the bottom surface of the dielectric isolation silicon island can be diffusely reflected to improve power generation efficiency.For solar cellsAn object of the present invention is to provide a method for manufacturing a dielectric isolation wafer.
  In addition, the present invention can manufacture a dielectric isolation wafer for solar cells using existing manufacturing equipment, and further reduce the number of manufacturing steps, thereby reducing the manufacturing time and cost of solar cells. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a dielectric isolation wafer for a solar cell that can achieve the above.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  Claim1According to the invention described in the above, the step of forming a dielectric separation groove on the etched surface on the front side of the etched silicon wafer, and the formation of a dielectric separation oxide film on the surface of the silicon wafer including the dielectric separation groove A step of laminating a polysilicon layer on the surface of the dielectric isolation oxide film, and grinding and polishing the silicon wafer from the back side, and a plurality of dielectrics separated on the polished surface by the dielectric isolation oxide film A step of exposing a body-isolated silicon island, and a step of forming a power generation region portion made of a PN junction in a region where the dielectric-isolated silicon island of the silicon wafer is formed.For solar cellsIt is a manufacturing method of a dielectric isolation wafer.
  As long as the etched silicon wafer (hereinafter, etched wafer) is a silicon wafer whose exposed surface is finally etched, a processing process at an intermediate stage is not limited. For example, a silicon ingot pulled up by the CZ method may be sliced, lapped, and etched. Furthermore, the lapping process may be omitted and the sliced silicon wafer may be etched.
In addition, the material of a solar cell is various dielectric isolation wafers having a dielectric isolation silicon island in which a power generation region portion is formed.
The type of dielectric isolation wafer is not limited. For example, a dielectric single silicon island may be formed on the surface of one single crystal silicon wafer. Alternatively, a bonded dielectric isolation wafer in which a support substrate wafer that supports the active layer wafer with a dielectric isolation silicon island is bonded to the back surface of the active layer wafer may be used.
The internal structure of the dielectric isolation silicon island is not limited. In short, at least one power generation region portion is formed on the surface layer portion, and the dielectric isolation oxide film that reflects light incident from the outside to the silicon portion on the back side of the power generation region portion of this dielectric isolation silicon island Should just be formed. The thickness of the dielectric isolation silicon island is not limited.
The depth from the surface of the dielectric isolation silicon island to the dielectric isolation oxide film, that is, the depth of the active layer is not limited. For example, it may be 30 μm or more or smaller.
The structure of the PN junction is not limited. Each thickness of the P-type layer and the N-type layer is, for example, 1 to 5 μm, and is appropriately determined depending on the device to be manufactured.
The glossiness of the bottom surface of a preferable dielectric isolation silicon island is 30 to 150%. Even if it is less than 20%, good power generation efficiency can be obtained, but it is difficult to achieve a glossiness of less than 20% during alkali etching. On the other hand, if it exceeds 200%, the bottom surface of the dielectric-isolated silicon island becomes too close to the mirror surface, and the number of photons passing through the power generation region does not increase so much. According to a gloss measuring instrument manufactured by Nippon Denshoku Co., Ltd., the glossiness of the mirror surface is 330%. The smaller the value, the rougher the measured surface.
The depth from the surface of the dielectric isolation silicon island to the dielectric isolation oxide film is preferably 30 μm or less.
When this depth exceeds 30 μm, the silicon portion of the dielectric-isolated silicon island becomes too thick, and the degree of attenuation of light traveling through the island increases. As a result, the number of photons reaching the power generation area decreases, and power generation efficiency decreases.
[0009]
  The etched wafer may be an acid-etched wafer or an alkali-etched wafer. Among these, at the time of acid etching of the silicon wafer, for example, a mixed acid solution in which hydrofluoric acid and nitric acid are mixed can be used. At that time, for example, the semiconductor wafer is immersed in a mixed acid solution (room temperature to 50 ° C.) stored in an etching tank to remove distortion on both the front and back surfaces of the wafer due to wrapping and distortion on the outer periphery of the wafer due to chamfering. Usually, etching is 10 to 20 μm on one side and 20 to 40 μm on both sides. When an acid-etched wafer is carried out, bubbles are generated on the exposed surface of the wafer, and undulations with minute irregularities having a period of about 0.05 to 0.20 mm and a height of about 100 nm are generated on both surfaces of the wafer (glossiness 60 to 180%). .
  On the other hand, at the time of alkali etching of the silicon wafer, etching is performed using an alkali etching solution such as NaOH, KOH, ammonia, or the like. The etching temperature is usually 60 to 90 ° C. Even in the case of this alkali etching, bubbles are generated on the exposed surface of the wafer, and the traces remain as fine irregularities of about 1.0 to 2.0 μm in terms of peak to valley (glossiness of 20 to 100%).
[0010]
  When forming the dielectric separation groove on the surface of the etched wafer, an anisotropic etching technique is usually employed. For anisotropic etchant, KOH (IPA / KOH / H2O), KOH (KOH / H2 O), KOH (hydrazine / KOH / H2 An alkaline etching solution such as O) can be employed. Normal conditions can be applied to the anisotropic etching conditions.
  Moreover, general conditions etc. can be employ | adopted as the conditions of each process for forming the window part for anisotropic etching in the resist film of the surface side of an etched wafer.
  As a method for growing the polysilicon layer, a high temperature CVD method can be employed.
This is because the source gas containing silicon is converted into a carrier gas (H2 This is a method in which silicon produced by thermal decomposition or reduction of a raw material gas is deposited on a silicon wafer heated to a high temperature together with gas etc.). As a compound containing silicon, usually SiClFour , SiHClThreeEtc.
  As a reaction furnace, there is also a vertical (pancake) furnace in which a gas is introduced while rotating a susceptor on which a silicon wafer is placed in a dome-shaped quartz bell jar and heated by high frequency induction. In addition, a cylinder (barrel) furnace that rotates a silicon wafer on each side of a hexagonal column-shaped susceptor housed in a quartz container and then rotates the susceptor with gas introduction and an infrared lamp is also used. can do.
[0011]
  The growth temperature of polysilicon differs depending on the furnace heating method. In the most common vertical furnace used for this purpose, 1200 to 1290 ° C, particularly 1320 to 1280 ° C is preferable. If it is less than 1200 degreeC, the problem that a silicon wafer tends to break will arise. Moreover, when it exceeds 1290 degreeC, a slip generate | occur | produces and the problem that a silicon wafer tends to crack will arise.
  The thickness of the polysilicon layer is set to a thickness obtained by adding the thickness of the polysilicon layer to be left to the thickness of 2 to 3 times the depth of the anisotropic etching. If the thickness of the polysilicon layer is less than twice the depth of the anisotropic etching, the anisotropic etching groove may not be sufficiently filled. On the other hand, if it is 3 times or more, it will be deposited unnecessarily thick, which is uneconomical.
[0012]
  PN inside the dielectric silicon islandJoiningThe method of forming the power generation region portion made of is not limited. For example, there is a method of thermally diffusing a specified conductivity type (N-type or P-type) dopant into an etched wafer. In this case, a well-known thermal diffusion method can be employed. That is, using a thermal diffusion furnace, for example, PHThree, Sb2 OThreeOr BBrThreeThe furnace temperature is controlled within an appropriate range of 600 to 1250 ° C. while feeding gas or the like. Specifically, for example, an N-type dopant such as phosphorus having a different conductivity type or a P-type dopant such as boron is thermally diffused on the surface of an etched wafer containing a predetermined concentration of dopant throughout the wafer. As a result, the PN in the silicon island formation regionJoiningAre stacked.
  An ion implantation method can also be employed. That is, this is a method in which an ion implantation apparatus is used to ionize a dopant (impurity) of one conductivity type in a gaseous state, and each is accelerated by an electric field and implanted from the surface of the silicon wafer.
  Doping time of dopant to silicon wafer (PNJoiningThe formation time) is not limited. For example, after forming a dielectric isolation silicon island, a P-type or N-type dopant is thermally diffused or ion-implanted into the surface of the island.
[0013]
  Claim2The invention according to claim 2, wherein the etching surface of the silicon wafer is an acid etching surface with an acidic etching solution or an alkali etching surface with an alkaline etching solution.1Described inFor solar cellsIt is a manufacturing method of a dielectric isolation wafer.
[0014]
  Claim3In the invention described in (2), in the step of forming the dielectric separating groove, the front and back surfaces of the silicon wafer are covered with a mask oxide film or a nitride film, and a resist film with a window is provided on the surface of the mask oxide film or the nitride film. Forming a window of a predetermined pattern in the mask oxide film or nitride film using the resist film as a mask, exposing a part of the silicon wafer from the window, and anisotropically etching the exposed part, The film is made of a positive resist having a thickness of 0.3 to 1.0 μm.1Or claims2Described inFor solar cellsIt is a manufacturing method of a dielectric isolation wafer.
  The mask film may be a mask oxide film or a nitride film.
  The preferred thickness of the positive resist film is 0.6 to 0.7 μm. If it is less than 0.3 μm, the mask oxide film 11 may be peeled off during the subsequent etching. If the thickness exceeds 1.0 μm, the light irregularly reflected by the minute irregularities on the etched surface during patterning exposure that forms a window adversely affects the patterning resolution of the window, and the window cannot be accurately formed. There is a fear.
[0015]
  Claim4In the invention described in (2), in the step of forming the dielectric separating groove, the front and back surfaces of the silicon wafer are covered with a mask oxide film or a nitride film, and a resist film with a window is provided on the surface of the mask oxide film or nitride film Forming a window of a predetermined pattern in the mask oxide film or nitride film using the resist film as a mask, exposing a part of the silicon wafer from the window, and anisotropically etching the exposed part, The film comprises a negative resist having a thickness of 0.3 to 1.0 μm.1Or claims2Described inFor solar cellsIt is a manufacturing method of a dielectric isolation wafer.
  The preferred thickness of the negative resist film is 0.6 to 0.7 μm. When the thickness is less than 0.3 μm, the photoreaction of the negative resist hardly proceeds. If the thickness exceeds 1.0 μm, resolution deterioration due to minute irregularities on the etched surface cannot be ignored.
[0016]
[Action]
  ClaimDescribed in 1 and 2According to the invention ofA dielectric separation groove of the silicon wafer is formed on the etching surface on the front side of the silicon wafer. In this case, for example, the etched surface has a glossiness of 20 to 200%. Thereafter, a dielectric isolation oxide film is formed on the surface of the silicon wafer including the dielectric isolation trench. Thereafter, a polysilicon layer is laminated on the surface of the dielectric isolation oxide film, and the silicon wafer is ground and polished from the back side. Thereafter, a plurality of dielectric isolation silicon islands separated by the dielectric isolation oxide film are exposed on the polished surface. By passing through this step, the silicon island has a bottom surface with a glossiness of 20 to 200%, for example, and this low glossiness increases the number of photons that pass through the power generation region, thereby increasing the power generation efficiency as a solar cell.
  As a result, it is possible to manufacture a dielectric isolation wafer for solar cells using existing dielectric isolation wafer manufacturing equipment and a smaller number of manufacturing steps than before. As a result, the manufacturing time of the solar cell can be shortened and the manufacturing cost can be reduced.
[0017]
  Claim3And claims4According to the invention, since the thickness of the resist film made of a positive resist or a negative resist is set to 0.3 to 1.0 μm, when the resist film is exposed, the light irregularly reflected by the minute irregularities on the etching surface is attached to the window. There is little risk of adversely affecting patterning. As a result, this window can be formed with high accuracy.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, a method of manufacturing a solar cell and a dielectric isolation wafer for the cell according to an embodiment of the present invention will be described.
  FIGS. 1A and 1B are enlarged sectional views of a solar cell according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a flow sheet showing a manufacturing process of an active layer wafer used for a dielectric isolation wafer according to an embodiment of the present invention. 3 and 4 are cross-sectional views for explaining a process for manufacturing a dielectric isolation wafer according to one embodiment of the present invention.
[0019]
  First, a silicon wafer 10 whose surface to be an active layer wafer is etched is prepared and prepared (FIG. 3A).
  A method for manufacturing the silicon wafer 10 will be specifically described. In FIG. 2, the silicon ingot pulled up by the CZ method is sliced into a 5-inch silicon wafer having a thickness of about 700 μm in the slicing step (S101).
  Next, lapping is performed on the sliced wafer (S102). In this process, silicon wafers are placed between parallel lapping plates, and rotated and ground under pressure while flowing a lapping liquid that is a mixture of alumina abrasive grains, a dispersant, and water. Thereby, both front and back surfaces of the silicon wafer are mechanically wrapped. The lap time is 10-40 minutes. The amount of wrapping is about 40 to 100 μm, including both the front and back surfaces of the wafer. In the present invention, this wrapping step may be omitted.
  Thereafter, in the chamfering step (S103), the outer peripheral portion of the wrapped wafer is chamfered into a predetermined shape by a # 600 metal chamfering grindstone. As a result, the outer peripheral portion of the silicon wafer is formed into a predetermined rounded shape (for example, a MOS type chamfered shape).
[0020]
  Subsequently, the silicon wafer after chamfering is etched (S104). Specifically, the silicon wafer is immersed for a predetermined time in a mixed acid solution (room temperature to 50 ° C.) in which hydrofluoric acid and nitric acid are mixed. The glossiness of both front and back surfaces of the silicon wafer immediately after etching is 20 to 120% as measured by a glossiness measuring instrument manufactured by Nippon Denshoku.
  If necessary, the etched wafer may be subjected to donor killer heat treatment (S105). This prevents the generation of oxygen donors. At the time of heat treatment using this diffusion furnace, a large number of silicon wafers are inserted into a quartz heat treatment boat and heated in an inert gas at 650 to 700 ° C. for about 15 minutes.
  Thereafter, PCR processing may be performed on the outer peripheral portion of the etched wafer (S106). Here, a well-known PCR processing apparatus is used. That is, the cylindrical wafer is rotated by a motor and the outer peripheral surface of the silicon wafer is pressed against the rotating buff outer peripheral surface. Thereby, although the wafer front and back both surfaces are rough, the silicon wafer 10 for the wafer for active layers by which the wafer outer peripheral surface was finished by the mirror surface is produced (FIG. 3 (A)).
[0021]
  Next, the silicon wafer 10 is inserted into a thermal diffusion furnace, and a mask oxide film 11 having a thickness of 1 μm, for example, is formed on the surface of the silicon wafer 10 (FIG. 3B). Instead of the mask oxide film 11, a nitride film (SiNx) may be grown by CVD.
  Then, a positive resist or a negative resist is applied on the mask oxide film 11 to a thickness of 0.3 to 1.0 μm, and then patterned through known pre-baking, exposure, and post-baking to form a photoresist film 12. . At this time, if the thickness of the photoresist film 12 is less than 0.3 μm, the photoreaction of the negative resist hardly proceeds. Even in the case of a positive resist, the mask oxide film 11 may be peeled off later. Furthermore, if the thickness of the photoresist film 12 exceeds 1.0 μm, resolution degradation due to minute irregularities on the etched surface cannot be ignored. Then, a window 12A having a predetermined pattern is formed in the photoresist film 12 (FIG. 3C).
[0022]
  Subsequently, a window 11A having the same pattern is formed in the oxide film 11 through the window 12A, and a part of the surface of the silicon wafer 10 is exposed (FIG. 3D).
  Next, the photoresist film 12 is removed, and after cleaning the wafer surface, the silicon wafer 10 is treated with an anisotropic etching solution (IPA / KOH / H) using the oxide film 11 as a mask.2 Soak in O) for a predetermined time. As a result, concave portions (dents) having a predetermined pattern are formed on the surface of the silicon wafer. That is, anisotropic etching is performed on the wafer surface to form a dielectric separating groove 13 having a V-shaped cross section (FIG. 3E). The surface layer of the silicon wafer 10 is divided into a large number by the dielectric separating grooves 13. If necessary, a predetermined dopant may be diffused into these divided portions (regions where the dielectric isolation silicon island is formed) to form a diffusion layer.
[0023]
  Next, a dielectric isolation oxide film 14 is formed on the front surface (also the back surface) of the wafer by thermal oxidation (FIG. 3F). At this time, the dielectric isolation oxide film 14 is also formed on the surface of the dielectric isolation groove 13. Then, the wafer surface is cleaned.
  Next, a high-temperature polysilicon layer 16 is grown thickly on the surface of the dielectric isolation oxide film 14 by a high-temperature CVD method at about 1200 to 1290 ° C. (FIG. 4A). Prior to the growth of the high temperature polysilicon layer 16, it is preferable to deposit a seed polysilicon layer on the surface of the dielectric isolation oxide film. This is because high-temperature polysilicon is grown evenly on the surface of the dielectric isolation oxide film 14. Thereafter, the wafer outer peripheral portion is chamfered, and the wafer back surface is flattened as necessary.
  Next, the high-temperature polysilicon layer 16 on the wafer surface is ground and polished to a thickness of about 10 to 80 μm. Thereafter, a low-temperature polysilicon layer 17 having a thickness of 1 to 5 μm is formed on the wafer surface by a low-temperature CVD method at 550 to 700 ° C. Further, the low-temperature polysilicon layer 17 is formed for the purpose of mirroring the bonded surface. The surface is polished (FIG. 4B).
[0024]
  On the other hand, a mirror-finished silicon wafer 20 to be a support substrate wafer is prepared (FIG. 4C). The silicon wafer 20 may be covered with a silicon oxide film. Next, the silicon wafer 10 for the active layer wafer is bonded to the silicon wafer 20 with the mirror surfaces in contact with each other (FIG. 4D). Then, this is heat-treated to increase the bonding strength of the bonded wafer.
  Next, as shown in FIG. 4E, the outer peripheral portion of the active layer wafer is chamfered, and the surface of the active layer wafer is ground and polished. The amount of grinding of this active layer wafer is such that the dielectric isolation oxide film 14 is exposed to the outside, and the dielectric isolation silicon island 30 partitioned by the dielectric isolation oxide film 14 is formed on the surface of the high temperature polysilicon layer 16. Until it appears completely. At this time, the depth from the surface of the dielectric isolation silicon island 30 to the dielectric isolation oxide film 14 is set to 30 μm or less.
[0025]
  Next, an N-type layer 30a (FIG. 1A) or a dopant opposite to the conductivity type of the active layer is diffused into the central portion of the surface of the dielectric isolation silicon island 30 by a known thermal diffusion method. A P-type layer 30b (FIG. 1B) is formed. Thereby, the electric power generation area | region part of a solar cell is formed. That is, when forming the N-type layer 30a (active layer; low-concentration P-type), a silicon oxide film is formed on the surface of the dielectric isolation silicon island 30 using a thermal diffusion furnace, and then the photoresist film 12 is formed. As a result, a buried region pattern is formed in the mask oxide film 11. Then, a part of the mask oxide film 11 is etched and opened using the photoresist film 12 as a mask, and then the photoresist film 12 is cleaned and removed. Subsequently, the dielectric separated wafer is put into a thermal diffusion furnace, and PHThree While feeding the gas, the furnace temperature is controlled to an appropriate range of about 800 to 1200 ° C. As a result, high concentration phosphorus (N-type dopant) is thermally diffused at the center of the surface of the dielectric isolation silicon island 30 to form the N-type layer 30a. On the other hand, when the P-type layer 30b is formed (active layer; low-concentration N-type), the PHThreeBBr instead of gasThreeA gas is poured into the furnace, and boron is thermally diffused at a predetermined position to form a P-type layer 30b. Thus, a dielectric isolation wafer for a solar cell in which a PN junction is formed in the silicon island formation region and a power generation region is formed immediately below the high concentration diffusion layer is manufactured (see FIG. 1).
  The obtained dielectric isolation wafer includes a plurality of dielectric isolation silicon (active layers) by a dicing apparatus after electrodes are directly or indirectly formed on the N-type layer 30a and the P-type layer 30b, respectively. Each semiconductor chip is cut and separated to produce a large number of small solar cells.
[0026]
  According to the solar cell obtained in this way, when the depth of the dielectric isolation silicon island 30 is 30 μm or less, the bottom surface thereof is an etched surface with minute irregularities unlike the conventional mirror-finished one. Therefore, compared to this conventional product, irregular reflection of light hitting the bottom surface of this dielectric isolation silicon island 30 occurs, and the number of photons passing through the power generation region increases, thereby improving the power generation efficiency as a solar cell. Can do.
  In addition, since the depth of the dielectric isolation silicon island 30 is made as shallow as 30 μm or less in this manner, the attenuation of light traveling inside the island 30 becomes smaller than that of the conventional deep island. As a result, a decrease in power generation efficiency due to the depth of the island 30 can be suppressed.
  Further, the bottom surface of the dielectric-isolated silicon island having a gloss level of 20 to 200% can be obtained simply by using the surface on the side where the dielectric isolation groove 14 of the silicon wafer 10 is formed as an etching surface. Therefore, it is possible to manufacture a solar cell using existing dielectric isolation wafer manufacturing equipment and with fewer manufacturing steps than in the past. Thereby, shortening of the manufacturing time of a solar cell and cost reduction can be achieved.
  When this solar cell is used to fabricate a MOS type semiconductor relay mainly composed of a light emitting diode and a solar cell, the battery area is reduced and the chip can be highly integrated.
[0027]
  Here, a solar cell having a depth of each dielectric-isolated silicon island (active layer depth) of 30 μm or less was prototyped, and power generation of a general solar cell in which the bottom surface of the dielectric-isolated silicon island was actually mirror-finished The result of a comparative test between the efficiency and the power generation efficiency of the solar cell of the present invention in which the bottom surface of the island is etched (acid etching, alkali etching) is reported.
  In the solar cell, the conductivity type of the dielectric isolation silicon island was N-type, and the conductivity type of the diffusion region was P-type. The resistivity of the N-type layer is 20 to 30 Ω · cm, and the depth from the surface of the dielectric isolation silicon island to the light reflecting layer is 25 μm. 100mW / cm using AM-1 solar simulator as light source for testing2The light was irradiated. For the measurement of glossiness, a gloss measuring device “VG2000” manufactured by Nippon Denka Co., Ltd. is adopted.
  In the case of a general mirror-treated dielectric-isolated silicon island, the glossiness of the bottom surface of the island was 300%, and the power generation efficiency was 8%. In contrast, the average glossiness of the dielectric-isolated silicon island having an acid-etched bottom surface according to the present invention was 93%. The power generation efficiency at this time was about 10.3%. Further, in the case of the dielectric-isolated silicon island where the bottom surface of the present invention was alkali-etched, the glossiness averaged 43% and the power generation efficiency was 10.8%.
[0028]
【The invention's effect】
Claims 1 and 2According to this invention, the surface on the front side of the silicon wafer that will eventually become the bottom surface of the dielectric-isolated silicon island isFor example, as an etched surface with a glossiness of 20-200%Since the dielectric isolation wafer is manufactured, the existing dielectric isolation wafer manufacturing equipment is used and the number of manufacturing processes is smaller than before.Solar cell with high power generation efficiencyCan be manufactured. Thereby, shortening of the manufacturing time and cost reduction of a solar cell can be aimed at.
[0029]
  And claims3And claims4According to the invention, the thickness of the positive resist film or the negative resist film is set to 0.3 to 1.0 μm at the time of forming the dielectric separation groove. There is little risk of adverse effects on window patterning due to the light. As a result, this window can be formed with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are enlarged sectional views of a solar cell according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flow sheet showing a manufacturing process of an active layer wafer used for a dielectric isolation wafer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a process for manufacturing a dielectric separated wafer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a process for manufacturing a dielectric separated wafer according to one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
  10 Silicon wafer,
  11 Mask oxide film,
  12 resist film,
  12A window,
  13 Dielectric separation groove,
  14 Dielectric isolation oxide film,
  16 High temperature polysilicon layer (polysilicon layer),
  30 dielectric isolation silicon island,
  30a N-type layer (power generation area),
  30b P-type layer (power generation region part).

Claims (4)

エッチングが施されたシリコンウェーハの表側のエッチング面に誘電体分離用溝を形成する工程と、
該誘電体分離用溝を含むシリコンウェーハの表面に誘電体分離酸化膜を形成する工程と、
該誘電体分離酸化膜の表面にポリシリコン層を積層する工程と、
前記シリコンウェーハを裏面側から研削・研磨し、この研磨面に前記誘電体分離酸化膜で分離した複数の誘電体分離シリコン島を現出する工程と、
前記シリコンウェーハの誘電体分離シリコン島の形成領域内に、PN接合からなる発電領域部を形成する工程とを備えた太陽電池用の誘電体分離ウェーハの製造方法。
Forming a dielectric separation groove on the etched surface on the front side of the etched silicon wafer;
Forming a dielectric isolation oxide film on the surface of the silicon wafer including the dielectric isolation trench;
Laminating a polysilicon layer on the surface of the dielectric isolation oxide film;
Grinding and polishing the silicon wafer from the back side, and revealing a plurality of dielectric isolation silicon islands separated by the dielectric isolation oxide film on the polishing surface;
A method for producing a dielectric isolation wafer for solar cells, comprising the step of forming a power generation area portion comprising a PN junction in a formation area of a dielectric isolation silicon island of the silicon wafer.
前記シリコンウェーハのエッチング面が、酸性エッチング液による酸エッチング面またはアルカリ性エッチング液によるアルカリエッチング面である請求項に記載の太陽電池用の誘電体分離ウェーハの製造方法。The method for producing a dielectric-isolated wafer for a solar cell according to claim 1 , wherein the etching surface of the silicon wafer is an acid etching surface by an acidic etching solution or an alkali etching surface by an alkaline etching solution. 前記誘電体分離用溝の形成工程が、
前記シリコンウェーハの表裏両面をマスク酸化膜または窒化膜で覆い、該マスク酸化膜または窒化膜の表面に窓付きのレジスト膜を設け、該レジスト膜をマスクとしてマスク酸化膜または窒化膜に所定パターンの窓を形成することで該窓からシリコンウェーハの一部を露出させ、該露出した一部分を異方性エッチングする工程で、
前記レジスト膜が、厚さ0.3〜1.0μmのポジレジストからなる請求項または請求項に記載の太陽電池用の誘電体分離ウェーハの製造方法。
Forming the dielectric separation groove,
The front and back surfaces of the silicon wafer are covered with a mask oxide film or nitride film, a resist film with a window is provided on the surface of the mask oxide film or nitride film, and the mask oxide film or nitride film having a predetermined pattern is formed using the resist film as a mask. A step of exposing a portion of the silicon wafer from the window by forming a window and anisotropically etching the exposed portion;
The resist film, method for manufacturing a dielectric separation wafer for solar cell according to claim 1 or claim 2 consisting of positive resist having a thickness of 0.3 to 1.0 [mu] m.
前記誘電体分離用溝の形成工程が、
前記シリコンウェーハの表裏両面をマスク酸化膜または窒化膜で覆い、該マスク酸化膜または窒化膜の表面に窓付きのレジスト膜を設け、該レジスト膜をマスクとしてマスク酸化膜または窒化膜に所定パターンの窓を形成することで該窓からシリコンウェーハの一部を露出させ、該露出した一部分を異方性エッチングする工程で、
前記レジスト膜が、厚さ0.3〜1.0μmのネガレジストからなる請求項または請求項に記載の太陽電池用の誘電体分離ウェーハの製造方法。
Forming the dielectric separation groove,
The front and back surfaces of the silicon wafer are covered with a mask oxide film or nitride film, a resist film with a window is provided on the surface of the mask oxide film or nitride film, and the mask oxide film or nitride film having a predetermined pattern is formed using the resist film as a mask. A step of exposing a portion of the silicon wafer from the window by forming a window and anisotropically etching the exposed portion;
The resist film, method for manufacturing a dielectric separation wafer for solar cell according to claim 1 or claim 2 made of a negative resist having a thickness of 0.3 to 1.0 [mu] m.
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