KR20140022012A - 산화 알루미늄에 기초한 금속화물 배리어 - Google Patents
산화 알루미늄에 기초한 금속화물 배리어 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20140022012A KR20140022012A KR1020137026493A KR20137026493A KR20140022012A KR 20140022012 A KR20140022012 A KR 20140022012A KR 1020137026493 A KR1020137026493 A KR 1020137026493A KR 20137026493 A KR20137026493 A KR 20137026493A KR 20140022012 A KR20140022012 A KR 20140022012A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- aluminum oxide
- aluminum
- silicon
- sol
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 title claims abstract description 30
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 title description 14
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 62
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 20
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 42
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 42
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 239000000976 ink Substances 0.000 claims description 41
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 32
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 28
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 28
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 20
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 18
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 9
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 claims description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 5
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims description 4
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 4
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 4
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011135 tin Substances 0.000 claims description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 4
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 4
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims description 3
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 24
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 41
- 230000008569 process Effects 0.000 description 30
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 22
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 21
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 13
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 10
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000009471 action Effects 0.000 description 9
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 9
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 7
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 6
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 description 6
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 6
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 6
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical class [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 5
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- 238000012421 spiking Methods 0.000 description 5
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 4
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N dimethylselenoniopropionate Natural products CCC(O)=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- YGSDEFSMJLZEOE-UHFFFAOYSA-N salicylic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1O YGSDEFSMJLZEOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- -1 silicon nitrides Chemical class 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 239000011877 solvent mixture Substances 0.000 description 4
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce] ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002738 chelating agent Substances 0.000 description 3
- 239000008139 complexing agent Substances 0.000 description 3
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 3
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 3
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 3
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229940120146 EDTMP Drugs 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QPCDCPDFJACHGM-UHFFFAOYSA-N N,N-bis{2-[bis(carboxymethyl)amino]ethyl}glycine Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(=O)O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O QPCDCPDFJACHGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 2
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical class [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000006059 cover glass Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- XXJWXESWEXIICW-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol monoethyl ether Chemical compound CCOCCOCCO XXJWXESWEXIICW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229940075557 diethylene glycol monoethyl ether Drugs 0.000 description 2
- 229940090960 diethylenetriamine pentamethylene phosphonic acid Drugs 0.000 description 2
- DUYCTCQXNHFCSJ-UHFFFAOYSA-N dtpmp Chemical compound OP(=O)(O)CN(CP(O)(O)=O)CCN(CP(O)(=O)O)CCN(CP(O)(O)=O)CP(O)(O)=O DUYCTCQXNHFCSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NFDRPXJGHKJRLJ-UHFFFAOYSA-N edtmp Chemical compound OP(O)(=O)CN(CP(O)(O)=O)CCN(CP(O)(O)=O)CP(O)(O)=O NFDRPXJGHKJRLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000008204 material by function Substances 0.000 description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- FJKROLUGYXJWQN-UHFFFAOYSA-N papa-hydroxy-benzoic acid Natural products OC(=O)C1=CC=C(O)C=C1 FJKROLUGYXJWQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229960003330 pentetic acid Drugs 0.000 description 2
- 239000003880 polar aprotic solvent Substances 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000019260 propionic acid Nutrition 0.000 description 2
- 239000003586 protic polar solvent Substances 0.000 description 2
- IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N quinbolone Chemical compound O([C@H]1CC[C@H]2[C@H]3[C@@H]([C@]4(C=CC(=O)C=C4CC3)C)CC[C@@]21C)C1=CCCC1 IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000013074 reference sample Substances 0.000 description 2
- 229960004889 salicylic acid Drugs 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- WOZZOSDBXABUFO-UHFFFAOYSA-N tri(butan-2-yloxy)alumane Chemical compound [Al+3].CCC(C)[O-].CCC(C)[O-].CCC(C)[O-] WOZZOSDBXABUFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 2
- BRRSNXCXLSVPFC-UHFFFAOYSA-N 2,3,4-Trihydroxybenzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(O)C(O)=C1O BRRSNXCXLSVPFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WXTMDXOMEHJXQO-UHFFFAOYSA-N 2,5-dihydroxybenzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC(O)=CC=C1O WXTMDXOMEHJXQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- POAOYUHQDCAZBD-UHFFFAOYSA-N 2-butoxyethanol Chemical compound CCCCOCCO POAOYUHQDCAZBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FIPWRIJSWJWJAI-UHFFFAOYSA-N Butyl carbitol 6-propylpiperonyl ether Chemical compound C1=C(CCC)C(COCCOCCOCCCC)=CC2=C1OCO2 FIPWRIJSWJWJAI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SMZOGRDCAXLAAR-UHFFFAOYSA-N aluminium isopropoxide Chemical compound [Al+3].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-] SMZOGRDCAXLAAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JPUHCPXFQIXLMW-UHFFFAOYSA-N aluminium triethoxide Chemical compound CCO[Al](OCC)OCC JPUHCPXFQIXLMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000000536 complexating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007766 curtain coating Methods 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 229940028356 diethylene glycol monobutyl ether Drugs 0.000 description 1
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N ethylene glycol Natural products OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N hydridophosphorus(.) (triplet) Chemical compound [PH] BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000000813 microcontact printing Methods 0.000 description 1
- MGFYIUFZLHCRTH-UHFFFAOYSA-N nitrilotriacetic acid Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CC(O)=O MGFYIUFZLHCRTH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012454 non-polar solvent Substances 0.000 description 1
- 238000007645 offset printing Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- JCGNDDUYTRNOFT-UHFFFAOYSA-N oxolane-2,4-dione Chemical compound O=C1COC(=O)C1 JCGNDDUYTRNOFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007649 pad printing Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229960005235 piperonyl butoxide Drugs 0.000 description 1
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000007761 roller coating Methods 0.000 description 1
- 238000010022 rotary screen printing Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007764 slot die coating Methods 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N sulfolane Chemical compound O=S1(=O)CCCC1 HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009997 thermal pre-treatment Methods 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
- 238000010023 transfer printing Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/30—Coatings
- H10F77/306—Coatings for devices having potential barriers
- H10F77/311—Coatings for devices having potential barriers for photovoltaic cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
- C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
- C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
- C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
- C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
- C23C18/1204—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material inorganic material, e.g. non-oxide and non-metallic such as sulfides, nitrides based compounds
- C23C18/1208—Oxides, e.g. ceramics
- C23C18/1216—Metal oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
- C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
- C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
- C23C18/125—Process of deposition of the inorganic material
- C23C18/1254—Sol or sol-gel processing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
- C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
- C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
- C23C18/125—Process of deposition of the inorganic material
- C23C18/1295—Process of deposition of the inorganic material with after-treatment of the deposited inorganic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
- C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
- C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
- C23C24/082—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat without intermediate formation of a liquid in the layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/20—Electrodes
- H10F77/206—Electrodes for devices having potential barriers
- H10F77/211—Electrodes for devices having potential barriers for photovoltaic cells
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/20—Electrodes
- H10F77/206—Electrodes for devices having potential barriers
- H10F77/211—Electrodes for devices having potential barriers for photovoltaic cells
- H10F77/219—Arrangements for electrodes of back-contact photovoltaic cells
- H10F77/223—Arrangements for electrodes of back-contact photovoltaic cells for metallisation wrap-through [MWT] photovoltaic cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
Abstract
본 발명은 산화 알루미늄에 기초한 패시베이션 층들에 관한 것이며, 상기 층들은 아래에 놓이는 웨이퍼 층들에 관련하여 알루미늄 및 다른 금속들에 대한 확산 배리어들로서 동시에 작용한다. 본 발명은 또한 상기 층들을 제조하기 위한 방법 및 적합한 조성물들에 관한 것이다.
Description
본 발명은, 알루미늄 및 다른 금속들에 대하여 하부 웨이퍼층들에 대한 확산 배리어로서 동시에 작용하는 산화 알루미늄계 패시베이션층들에 관한 것이다. 또한, 이들 층들의 제조를 위한 공정 및 적합한 조성물들이 기재된다.
점점 박형화되는 솔라 웨이퍼들 (solar wafers) (현재 두께 200 ~ 180 ㎛ 는 160 ㎛ 쪽으로 나아가는 추세가 강하다) 은 후방 상의 종래 풀-에어리어 (full-area) 금속화물에 있어서의 더욱더 긴급한 문제를 야기하고 있다. 한편, 강하게 알루미늄 도핑된 층에 있어서의 표면 재조합 속도는 매우 높으며 (통상 500 ~ 1000 cm/s), 기존의 종래 기술에 의해서는 원하는 대로 더욱 감소될 수 없다. 결론적으로 보다 진보된 것에 비해서 더 낮은 파워 출력을 갖지만 또한 더욱 값비싼 개념들이 되며, 이것은 더 낮은 단락회로 전류들 및 감소된 개방 단자 전압으로부터 주로 분명하다. 다른 한편, 800 ℃ 와 950 ℃ 사이의 피크 온도에서 일어나는, 이 목적을 위한 풀-에어리어 금속화물 및 필요한 소성 공정은, 상이한 열팽창 계수로 인해, 후방 전극과 실리콘 기판 사이의 계면에서 상당한 스트레스들, 그 안에서 때때로 전파하는 이른바 "보우 (bow)" 를 초래한다. 이것은 통상적으로 완성된 태양 전지들에 있어서 6 mm 에까지 이를 수 있다. 이 "보우" 는, 제조 동안 상당히 증가된 파손 (breakage) 레이트와 연관되기 때문에 태양 전지들의 후속 모듈 어셈블리 동안 극히 불리한 효과를 갖는다.
신규한 태양 전지 개념들은 태양 전지들 및 모듈들의 종래의 제조에 비해서 상당히 개질되어 왔다. 이는 유리하고 원대한 효과를 갖는다. 한편, 대부분의 개념들은, 개별 전지들 및 모듈들에 의해 달성되는 평균 효율을 상당히 증가시킨다. 다른 한편, 대부분의 개념들은 실리콘에 대한 더 낮은 재료 요건 (웨이퍼들의 형성시에, 태양 전지들의 제조 비용의 70 % 에까지 이를 수 있음) 을 초래한다.
후방 상에 사실상 풀-에어리어 금속화물을 갖는 종래의 태양 전지와는 대조적으로, 신규한 전지 개념들의 일부는, 이른바 국부적인 후방 표면 필드 (LBSF; Local Back Surface Field) 를 의미하는 것으로 일반적으로 취해지는, 후방의 국부적인 금속화에 기초한다. LBSF 는 태양 전지의 후방 상에서 획득되는 효율 분율들의 최적화를 위한 코어 기술이다. 그리하여, 그것은 단락회로 전류 및/또는 개방 단자 전압의 파라미터들과 같은 기본적 태양 전지 파라미터들의 최대화를 위한 핵심이다. 동시에 이것은 태양 전지들의 산업적 대량 생산의 관점에서 어쩌면 더 중요하고, 예를 들어, 도입부에서 이미 진술된 "보우", 즉, 태양 전지의 굽힘과 같은 부정적인 현상을 회피하거나 또는 면할 가능성을 연다. 이들은 대개 기술적 제조 및 기술적으로 유도된 문제들이다.
LBSF 의 개념은 도 1 에 나타나 있다. 도 1 은 PERC 개념 (텍스트 참조) 에 따라 매우 유효한 태양 전지, 보다 자세하게는 후방 상에 패시베이션된 (선택적) 에미터 (emitter) 및 국부적인 (포인트) 콘택트들 (LBSF) 을 갖는 태양 전지의 아키텍처의 도면을 나타낸다 [1].
LBSF 의 생성은, "패시베이션된 에미터 및 배면 전지 (PERC; Passivated Emitter and Rear Cell)" 개념에서 발견되거나 또는 그 개념에 기초하는 모든 기술들의 기본 원리를 나타낸다.
이 선택적 구조화를 달성하기 위해서 또는 LBSF 구조를 생성하기 위해서, 다양한 기술적 접근법들이 현재 나오고 있다. 모든 접근법들은, 실리콘 웨이퍼의 표면, 이 경우에는 후방이, 예를 들어 포인트-콘택트 홀들의 임의의 반복 배열을 정의하고 생성하기 위해 국부적으로 구조화되어야 한다는 공통 특징을 갖는다. 이를 위해서, 방법들은, 한편으로는 제조 동안 고유하게 또는 다른 한편으로는 후속하여 기판들의 구조화를 허용할 필요가 있으며; 이 경우에, "후속하여" 는 마스크 자체의 정의 또는 국부적인 콘택트들의 정의를 위해 사용되는 마스크 기술의 구조화를 지칭한다.
특히 태양 전지들의 제조시에, 문제시되는 표면들에 물리적 및/또는 화학 기상 증착 (PVD 및 CVD) 방법들에 의해 통상 도포 (apply) 될 수 있는, 유전체 층들, 마스크들 및/또는 층 스택들이 몹시 자주 사용되고 있다. 여기서 적합한 유전체 층들은 일반적으로 실리콘 산화물들 및 실리콘 질화물들이거나 또는 이 2개의 재료들을 포함하는 층 스택들이다. 보다 고전적이라고 지칭될 수 있는 상기 언급된 유전체들은 최근에 다른 것들에 의해 보완되었다. 이들은 예를 들어 산화 알루미늄들일 수도 있고 또한 실리콘 산질화물들일 수 있다. 게다가, 실리콘 탄화물, 실리콘 탄화질화물 (SiCxNy) 및 비정질 실리콘 (a-Si) 과 실리콘 질화물을 포함하는 층 스택들이 솔라 웨이퍼의 후방의 코팅에 대한 그들의 적합성에 대해 현재 연구되고 있다. 상기 재료들 및 재료 시스템들 (층 스택들) 모두는 그들이 사용될 때에 2개의 기능들, 즉, 한편으로는 (확산) 마스크로서 작용하는 동시에 다른 한편으로는 (전자적) 패시베이션 층으로서 작용하는 것을 충족해야 한다. 후방 상의 패시베이션 층에 대한 필요성은 LBSF 태양 전지의 아키텍처에서 일어난다. 후방 상의 풀-에어리어 금속화물을 갖는 종래의 표준 태양 전지에 비해서 LBSF 태양 전지의 잠재적 효율은, 도입부에서 언급된 표준 Al BSF 태양 전지에 대한 값과 비교해서, 웨이퍼 표면에서, 이 경우에는 후방 상에서, 광 흡수의 결과로서 생성되는 과잉 전하-캐리어 밀도의 표면 재조합 속도에 있어서의 상당한 감소의 가능성에 본질적으로 기초한다. 표면 재조합 속도의 이 체제와 비교해서, 적합한 패시베이션 층들 및 층 시스템들은, 100 배만큼의 감소에 대략 대응하는, 한 자릿수 또는 낮은 두 자릿수 표면 재조합 속도의 영역으로 내려간 값들을 달성할 수 있다.
그리하여, LBSF 접근법들 중 하나는, 후방 상에 인쇄되고 유전체가 제공되고 그리고 후속하여 농축된 플루오루화 수소산을 사용하여 구조화되는, 왁스를 포함하는 레지스트 층의 사용에 기초한다. 왁스 층의 제거 이후에, 금속 페이스트가 전체 표면 상에 인쇄된다. 이것은 소성 공정 동안 유전체를 침투할 수 없지만, 구조화 단계로 인해 실리콘이 노출되는 포인트들에서 관통할 수 있다 [2].
LBSF 전지는 원칙적으로 적어도 3개의 기술들에 의해 구현될 수 있다 (상기 예를 제외함).
이들 기술들은 하기 2개의 조건들을 만족해야 한다:
a) 그들은 실리콘에서의 국부적인 오믹 콘택트들을 생성할 수 있어야 하고
b) 이들 오믹 콘택트들은, 전자적 미러의 타입으로서 기능하는, 후방 표면 필드의 형성을 통해, 베이스로부터의 다수의 전하 캐리어들의 수송을 보장해야 하지만 이들 콘택트들로의 소수의 전하 캐리어들의 수송을 억제해야 한다.
후자는 후방 표면 필드, 즉 전자적 미러에 의해 용이하게 된다. 오믹 콘택트들 아래에 위치되는 이 전자적 "미러" 를 생성하기 위해, p-도핑된 베이스 재료로부터 시작된다면 3 종류의 구현이 고려가능하며, 이하 간단히 개략될 것이다:
1. 첫 번째 방법은, 금속화 이전에 붕소를 이용한 나중 콘택트 포인트들의 영역들의 국부적인 증가된 후속-도핑에 의해, 또는 대안적으로 알루미늄 페이스트에 의해 국부적인 콘택트 및 LBSF 형성에 의해 실시된다.
이 첫 번째 구현 가능성은, 이 경우에 붕소를 이용한 전방의 풀-에어리어 도핑 및 또한 후방의 풀-에어리어 도핑을 억제하는, 이 경우에 확산 마스크의 마스크 기술의 사용을 요구한다. 마스크에서의 국부적인 홀들은 후방 상의 실리콘에서의 붕소-도핑된 후방 표면 필드의 생성을 가능하게 한다. 그러나, 이 붕소-산재된 확산 마스크 자체가 패시베이션 작용을 할 수 없고, 그리고 표면에 대한 패시베이션 작용을 갖는 층의 생성 및 필요할 경우 그것의 캡슐화를 가질 수 없기 때문에, 이 기술은 또한 확산 마스크의 제조, 확산 마스크의 국부적인 구조화의 제조 및 그것의 제거를 요구한다. 일반적 성질의 기술적 문제들: 시간, 산업적 스루풋 및 그에 따른 궁극적으로 구현 비용 이외에, 이 간단한 개략조차도 통상 이 접근법의 기초를 이루는 어려움들을 나타낸다.
2. 두 번째 가능성은 이른바 "레이저 소성된 콘택트들 (LFCs; Laser Fired Contacts)" 의 제조에 있다. 이 경우에, 패시베이션 층, 통상 실리콘 산화물 층이 실리콘 웨이퍼의 후방 상에 생성된다. 이 산화물 층은 기상 증착 방법들에 의해 알루미늄의 박층 (층 두께 2 ㎛ 이상) 으로 커버된다. 레이저를 사용하여 웨이퍼의 후방 상에 도트 패턴이 후속하여 새겨진다. 그 충격 동안, 알루미늄이 국부적으로 용융되고, 패시베이션 층을 침투하고, 후속하여 실리콘에서의 합금을 형성한다. 실리콘에서의 Al 의 합금 형성 동안, LBSF 가 동시에 형성된다. LFC 공정에 의한 LBSF 태양 전지의 제조를 위한 기술은 기상-증착된 알루미늄 층들의 성막을 위한 높은 공정 비용에 의해 구별되며, 이 개념의 산업적 구현의 가능성이 아직 명확하게 답변되지 않았음을 의미한다.
3. 세 번째 가능성은 알루미늄 페이스트의 독점 사용에서 일어나며, 이것에 의해 LBSF 형성 및 콘택트 형성 둘다가 풀-에어리어 Al BSF 구조들의 형성과 유사한 방식으로 소성 단계에서 달성될 수 있다. 이 원리는 문헌에서 용어 "i-PERC" 로 자주 발견될 수 있고: 이것은, 산업에서 확립되어 있고, 상기 요건들에 용이하게 매칭되고, 그리고 후방 상의 풀-에어리어 금속화에 대해 이용되는, 종래의 알루미늄 페이스트에 의해 독점적으로 LBSF 구조가 형성되고 IMEC 연구 기관에 의해 개발된 스크린-인쇄된 PERC 태양 전지와 관련된다. 이것에 대한 전제 조건은, 알루미늄 페이스트의 소성에 대해 충분히 확산 내성이 있거나 또는 안정하고 페이스트가 박리 없이 충분히 접착될 수 있는 층의 후방 상의 국부적인 콘택트들에 대한 홀의 생성이다. 또한, 남아 있는 후방은 전자적으로 패시베이션되어야 한다.
확산-배리어 층은 이상적으로 둘다의 기능들을 충족한다. 그러나, 모든 상기 언급된 재료들 및 층 시스템들은 이러한 종류의 확산 배리어 층들로서 적합하지 않다. 실리콘 산화물은 알루미늄 페이스트에 의한 침투에 내성이 없다. 기술적 용어로, 이 공정은 "스파이킹 스루 (spiking through)" 라 불린다. 소성 동안 실리콘 산화물 층의 내성의 이러한 부족은 고온에서의 알루모써멀 (alumothermal) 공정에 의해 야기되며; 자세하게 말하면, 실리콘 산화물은 산화 알루미늄보다 열역학적으로 덜 안정하다. 이것은, 소성 동안 확산하는 알루미늄이 실리콘 산화물과의 반응에 의해 산화 알루미늄으로 환원될 수 있고, 동시에 실리콘 산화물이 실리콘으로 환원되는 것을 의미한다. 후속하여 형성된 실리콘은 알루미늄 페이스트의 스트림에 용해한다. 대조적으로, 실리콘 질화물은 알루미늄 페이스트의 "스파이킹 스루" 에 대한 적절한 내성에 의해 구별된다. 실리콘 질화물은 패시베이션 재료로서 적합하긴 하지만, "기생 션팅 (parasitic shunting)" 의 문제가 국부적인 콘택트들에서 자주 관찰되기 때문에 패시베이션 재료 및 확산 배리어 층으로서 기능할 수 없다. "기생 션팅" 은 일반적으로, 실리콘 질화물과 p-도핑된 베이스 사이의 계면에 직접 위치된 얇은 반전 채널 또는 얇은 반전 층의 형성을 의미하는 것으로 취해진다. 이 영역의 극성은 n-도전성 구역을 제공하도록 반전되며, n-도전성 구역은, 후방 상의 국부적인 콘택트들과 접촉하는 경우, 다수의 전하 캐리어들 (전자들) 을 포인트 콘택트들 (홀들) 의 다수의 전하-캐리어 스트림 내로 주입한다. 결과적으로 전하 캐리어들의 재조합이 일어나며, 그리하여 단락회로 전류 및 개방 단자 전압의 감소가 일어난다. 이러한 이유 때문에, 100 nm 까지 이르는 실리콘 질화물로 커버된 몇 나노미터의 실리콘 산화물을 포함하는 층 시스템들이 LBSF 태양 전지들에 대해 자주 사용된다. 대안적인 층 시스템들은 하기 층 스택들로 구성될 수 있다: SiOx/SiNx/SiNx, SiOx/SiOxNx/SiNx, SiOxNy/SiNx/SiNx, SiOx/AlOx, AlOx/SiNx 등. 이들 층 스택들은 PVD 및/또는 CVD 방법들에 의해 종래의 방식으로 웨이퍼 표면에 도포되고, 그리하여 시스템 고유하게 값비싸며, 몇몇 경우에는 산업적 제조에 적합하지 않다 [예를 들어, "원자층 증착 (ALD; Atomic Layer Deposition)" 에 의해 산화 알루미늄으로 코팅되는 것을 참조).
i-PERC 의 산업적 구현이라기 보다는 스크린-인쇄된 LBSF 개념은 산업적 구현의 요건들에 매우 근접하게 나타난다. 이 개념의 구현에 유리한 다른 인자들은, 후방 상의 절대적으로 필요한 패시베이션의 값싼 공정 성능 및 또한 알루미늄 페이스트의 "스파이킹 스루" 에 대하여 확산 배리어 층의 단순한 성막 둘다일 것이다. 이상적으로, 그것은 오직 하나의 공정 단계로 두 개념들을, 바람직하게는 충분한 두께의 단지 하나의 개별 층으로부터 구현하는 것을 가능하게 할 것이다. 이와 관련하여, 복합 PVD 및 CVD 기술들을 휠씬 더 단순한 공정 기법들로 대체할 수 있는 것이 또한 바람직할 것이다. 특히, 대응하는 시작 조성물들의 단순한 인쇄에 의해 이러한 층들을 제조할 수 있는 것이 바람직할 것이며, 이것은 LBSF 개념의 산업적 구현에서의 상당한 단순화를 나타내고 비용을 상당히 감소시킬 것이기 때문이다.
PERC 전지의 원리에 기초하여, 이 문헌은 제조 동안 전지 파손 레이트를 감소시키고 효율을 증가시키는 몇몇 매우 유망한 개념들을 포함한다. 예를 들어, PASHA (Passivated on All Sides H-Patterned) 개념이 여기에 언급될 수도 있다 ([3] 참조). 이 개념에서, 강하게 n-도핑된 재료 및 약하게 n-도핑된 재료 둘다에 대해 우수한 패시베이션 특성들을 갖는 수소-풍부 실리콘 질화물이 솔라 웨이퍼들의 양측에 도포된다. 그 후에 금속 페이스트가 후방 상의 콘택트들의 에어리어들에서 국부적으로 인쇄되고 후속 소성 공정에서 실리콘 질화물을 침투한다. 이 공정에서의 문제점은 금속 페이스트에 대해 침투 포인트들이 미리 특정되지 않는다는 것이다. 따라서 페이스트는 질화물과 접촉하는 모든 포인트들에서 침투한다. 다른 문제점은 질화물 코팅으로 생기는 비용이다. 질화물 층들의 도포를 위한 표준 공정은 "플라즈마 강화 물리 기상 증착 (PEPVD; Plasma Enhanced Physical Vapour Deposition)" 이다. 이 기법에서, 반응이 완료될 때 실리콘 기판 상에 실리콘 질화물의 형태의 기체상 (gas phase) 으로 암모니아 및 실란이 성막된다. 이 공정은, 특히 작업 안전성 관점에서 임계적인 고순도 가스들 (NH3 및 SiH4) 의 사용에 의해 비용이 영향을 받는 경우에, 시간 소모적이며 따라서 값비싸다.
추가적으로, 지금까지 제조 라인들은 풀-에어리어 인쇄에 대해 디자인되어 있기 때문에, PASHA 개념을 확립하기 위해서 새로운 선택적 인쇄 기법이 필요하다.
외부에 대면하는 모든 콘택트들이 후방 상에 존재하여, 더 많은 태양광이 전방 상의 전지 내로 침투하는 것을 가능하게 하는, "침투" 금속화물 (MWT (Metal Wrap Through)) 의 이점과 PERC 의 기술적 이점들을 조합하는 다른 예는, "모든 측들이 패시베이션되고 배면에서 상호접속된 (ASPIRe; All Sides Passivated and Interconnected at the REar)" 태양 전지의 개념이다 ([4] 참조). 이 전지 원리 역시, 후방은, 상기 이미 언급된 이점들 및 문제점들이 동반되는 실리콘 질화물에 의해 패시베이션된다.
모든 측들이 패시베이션되고 배면에서 상호접속된 {(ASPIRe) [5]} 집적 MWT 아키텍처를 갖는 태양 전지의 구조가 예시를 위해 도 2 에 나타나 있다. 후방 상의 콘택트들은 이 도면에서 검은 엘리먼트들로서 나타나 있다. 각각의 경우에 이들 콘택트들은 LBSF 에어리어들을 포함한다.
[1] A. Goetzgerger, V. U. Hoffmann, Photovoltaic Energy Generation, Springer, 2005
[2] F.S. Grasso, L. Gautero, J. Rentsch, R. Preu, R. Lanzafame, Presented at the25th European PV Solar Energy Conference and Exhibition, 2010, Valencia, Spain
[3] I. Romijn, I. Cesar, M. Koppes, E. Kossen, A. Weeber, Presented at the IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 2008, San Diego, USA
[4] M.N. van den Donker, P.A.M. Wijnen, S. Krantz, V. Siarheyeva, L. , n, M. Fleuster, I.G. Romijn, A.A. Mewe, M.W.P.E. Lamers, A.F. Stassen, E.E. Bende, A.W. Weeber, P. van Eijk, H. Kerp, K. Albertsen, Proceedings of the 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference, 2008, Valencia, Spain
[5] I.G. Romijn, A.A. Mewe, E. Kossen, I. Cesar, E.E. Bende, M. N. van den Donker, P. van Eijk, E. Granneman, P. Vermont, A.W. Weeber, 2010, Valencia, Spain
목적
따라서, 본 발명의 목적은 소성 공정 동안 알루미늄의 "스파이킹 스루"에 대한 배리어 층 및 또한 패시베이션 층 둘다가 제조될 수 있는 유전체 층이, 졸-겔 공정에 기초하여 실리콘 웨이퍼에 단순한 방식으로 그리고 값싸게 도포될 수 있는 공정 및 여기에 이용될 수 있는 조성물을 제공하는 것이다. 이 목적을 위해 필요한 조성물의 단순한 선택적 인쇄에 의한 단일 공정 단계로 이 층이 도포되는 것을 바람직하게 가능하게 해야 한다.
본 발명의 간략한 설명
이 목적은 특히 알루미늄 및/또는 다른 관련 금속들과 금속 페이스트들에 대하여 확산 배리어 및 패시베이션 층으로서 작용하는 유전체 층의 제조 공정에 의해 달성되며, 잉크 또는 페이스트의 형태의 산화 알루미늄 졸 (sol) 또는 산화 알루미늄 하이브리드 졸이 전체 표면에 걸쳐 또는 구조화된 방식으로 도포되고, 상승된 온도에서 가온함으로써 압축되고 건조되어, 비정질 Al2O3 및/또는 산화 알루미늄 하이브리드 층들을 형성한다. 이렇게 하여, 두께가 100 nm 미만인 비정질 Al2O3 및/또는 산화 알루미늄 하이브리드 층들이 형성된다. 이 공정에 의해 적어도 150 nm 의 비정질 Al2O3 및/또는 산화 알루미늄 하이브리드의 더 큰 층 두께를 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 공정의 특정한 실시형태에 있어서 산화 알루미늄 졸 또는 산화 알루미늄 하이브리드 졸이 여러 번 도포되고 건조된다. 졸의 도포 이후에, 건조는 300 ℃ 와 1000 ℃ 사이의 온도에서, 바람직하게는 350 ℃ 와 450 ℃ 사이 범위의 온도에서 실시된다. 이러한 건조가 2 내지 5 분의 시간 이내에 실시된다면 양호한 층 특성들이 획득된다. 본 발명에 따라 도포되고 건조된 층(들)이 질소 및/또는 형성 가스 분위기에서 400 ℃ 내지 500 ℃ 에서 후속 어닐링에 의해 패시베이션된다면 특히 양호한 배리어 층 특성들이 발생한다.
도핑된 산화 알루미늄 또는 산화 알루미늄 하이브리드 층들은, 붕소, 갈륨, 실리콘, 게르마늄, 아연, 주석, 인, 티탄, 지르코늄, 이트륨, 니켈, 코발트, 철, 세륨, 니오브, 비소 또는 납의 산화물의 형성을 위한, 도핑에 이용되는, 적어도 하나의 전구체를 포함하는 산화 알루미늄 잉크들 또는 산화 알루미늄 페이스트들이 졸-겔 공정에 기초하여 도포됨으로써, 본 발명에 따른 공정에 의해 처리된 기판 층들에 유리하게 도포될 수 있다. 본 발명에 따른 공정의 특정한 실시형태에 있어서, 붕소-함유 산화 알루미늄 잉크 또는 페이스트의 도포된 층을 상승된 온도에서 건조시킴으로써 하부 실리콘 기판 층의 붕소 도핑이 실시되고, 추가적인 실시형태에 있어서 붕소 도핑은 실리콘에서의 에미터 형성에 대해 실시된다. 공정의 다른 실시형태에 있어서, 인-함유 산화 알루미늄 잉크 또는 페이스트의 도포된 층을 상승된 온도에서 건조시킴으로써 하부 실리콘 기판 층의 인 도핑이 실시된다.
특히, 본 발명의 목적은, 본 발명에 따른 공정에 의해 간단한 방식으로 제조될 수 있는, p-도핑된 베이스 층들, 바람직하게는 실리콘 베이스 층들에 대한 패시베이션 특성들을 갖는 유전체 산화 알루미늄 층의 도포에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 공정의 특정한 실시형태는, 알루미늄 및 다른 관련 금속들에 대하여 확산 배리어로서 작용하는 유전체 층의 제조를 가능하게 한다.
도 1 은 PERC 개념 (텍스트 참조) 에 따라 매우 효율적인 태양 전지의 아키텍처를 나타낸다. 이 도면은 후방 상의 패시베이션된 (선택적) 에미터 및 국부적인 (포인트) 콘택트들 (LBSF) 을 갖는 태양 전지를 나타낸다 [1].
도 2 는 모든 측들이 패시베이션되고 배면에서 상호접속된 (ASPIRe) 집적 MWT 아키텍처를 갖는 태양 전지의 아키텍처를 나타낸다 [5]. 이 도면에서의 검은 엘리먼트들은, 각각이 LBSF 영역들을 포함하는 후방 상의 콘택트들을 나타낸다.
도 3 은 금속화 이전의 웨이퍼 피스들의 사진들을 나타낸다 (실시예 2).
도 4 는 실시예 2 에 따른 에칭 처리 이후의 표면의 현미경 사진들을 나타내며; 이 사진들은 알루미늄 페이스트의 소성 및 후속 에칭-오프 이후의 SiO2-코팅된 웨이퍼들의 표면들을 나타낸다 (a) 258 nm 의 SiO2; b) 386 nm 의 SiO2; c) 508 nm 의 SiO2; d) 639 nm 의 SiO2; e) 배리어 없음; f) 금속 페이스트를 갖지 않는 참조).
도 5 는 금속화 이전의 실시예 3 으로부터 웨이퍼 피스들의 사진들을 나타낸다.
도 6 은 실시예 3 에서 에칭 처리 이후의 표면의 현미경 사진들을 나타낸다. 이 현미경 사진들은 알루미늄 페이스트의 소성 및 후속 에칭-오프 이후의 Al2O3-코팅된 웨이퍼들의 표면들을 나타낸다 (a) 113 nm 의 Al2O3; b) 168 nm 의 Al2O3; c) 222 nm 의 Al2O3; d) 금속 페이스트를 갖지 않는 참조 웨이퍼).
도 7 은 실시예 3 에서의 다양한 층 두께로 코팅된 샘플들, 코팅되지 않은 참조 샘플 및 동시에 프로세싱되지만 알루미늄으로 금속화되지 않은 참조의 ECV 측정들을 나타낸다.
본 기재는 당업자가 본 발명을 완전하게 사용할 수 있도록 한다. 그리하여, 추가적인 코멘트들 없이도, 당업자가 최광의 범위에서 상기 기재를 이용할 수 있을 것임이 추정된다.
불명료한 경우에는, 인용된 공보들 및 특허 문헌이 참고되어야 함은 말할 필요도 없다. 따라서, 이들 문서들은 본 기재의 개시 내용의 일부로서 간주된다.
도 2 는 모든 측들이 패시베이션되고 배면에서 상호접속된 (ASPIRe) 집적 MWT 아키텍처를 갖는 태양 전지의 아키텍처를 나타낸다 [5]. 이 도면에서의 검은 엘리먼트들은, 각각이 LBSF 영역들을 포함하는 후방 상의 콘택트들을 나타낸다.
도 3 은 금속화 이전의 웨이퍼 피스들의 사진들을 나타낸다 (실시예 2).
도 4 는 실시예 2 에 따른 에칭 처리 이후의 표면의 현미경 사진들을 나타내며; 이 사진들은 알루미늄 페이스트의 소성 및 후속 에칭-오프 이후의 SiO2-코팅된 웨이퍼들의 표면들을 나타낸다 (a) 258 nm 의 SiO2; b) 386 nm 의 SiO2; c) 508 nm 의 SiO2; d) 639 nm 의 SiO2; e) 배리어 없음; f) 금속 페이스트를 갖지 않는 참조).
도 5 는 금속화 이전의 실시예 3 으로부터 웨이퍼 피스들의 사진들을 나타낸다.
도 6 은 실시예 3 에서 에칭 처리 이후의 표면의 현미경 사진들을 나타낸다. 이 현미경 사진들은 알루미늄 페이스트의 소성 및 후속 에칭-오프 이후의 Al2O3-코팅된 웨이퍼들의 표면들을 나타낸다 (a) 113 nm 의 Al2O3; b) 168 nm 의 Al2O3; c) 222 nm 의 Al2O3; d) 금속 페이스트를 갖지 않는 참조 웨이퍼).
도 7 은 실시예 3 에서의 다양한 층 두께로 코팅된 샘플들, 코팅되지 않은 참조 샘플 및 동시에 프로세싱되지만 알루미늄으로 금속화되지 않은 참조의 ECV 측정들을 나타낸다.
본 기재는 당업자가 본 발명을 완전하게 사용할 수 있도록 한다. 그리하여, 추가적인 코멘트들 없이도, 당업자가 최광의 범위에서 상기 기재를 이용할 수 있을 것임이 추정된다.
불명료한 경우에는, 인용된 공보들 및 특허 문헌이 참고되어야 함은 말할 필요도 없다. 따라서, 이들 문서들은 본 기재의 개시 내용의 일부로서 간주된다.
발명의 상세한 설명
졸-겔 공정에서 실리콘 웨이퍼들 상에 대응하는 유전체가 제조될 수 있는 실험들이 나타나 있으며, 여기서 순수 산화 알루미늄 졸 또는 산화 알루미늄 하이브리드 졸이 이 목적을 위해 사용될 수 있다. 이 공정에 의해 적절한 층 두께로 제조된 유전체는, 적합한 열적 전처리 이후에, 결정질 실리콘 태양 전지들 상의 콘택트들의 제조에 대해 통상 사용되는 종래의 스크린-인쇄 가능한 알루미늄-함유 금속 페이스트들에 비교해서 알루미늄에 의한 "스파이킹 스루" 에 대한 확산 내성을 유리하게 나타낸다.
유전체 층의 제조에 사용되는 조성물들이 인쇄 가능하기 때문에, 그들은 전체 웨이퍼 표면에 걸쳐 도포될 수 있을 뿐만 아니라, 구조화된 방식으로 인쇄될 수도 있어서, 예를 들어, 국부적인 콘택트 홀들을 생성하기 위해서 통상 필요한 유전체 에칭에 의한 후속 구조화를 불필요하게 한다. 또한, 본 발명에 따라 제조된 유전체는 p-도핑된 실리콘 웨이퍼 표면들의 패시베이션에 대한 우수한 역량에 의해 구별된다.
실리콘 웨이퍼들의 후방에 대한 요건들에 따라 구조화되는 산화 알루미늄의 박층의 도포는, 국부적으로 개방된, 즉 마스킹되지 않은, 에어리어들이 금속화되고 그리고 콘택트들이 제공되는 것을 가능하게 하고, 반면에 마스킹된, 즉 코팅된, 표면은 금속화에 의한 원치 않는 콘택트 형성에 대항하여 보호된다. 산화 알루미늄 층은 값싼 인쇄 기술에 의해 안정한 졸의 도포를 용이하게 하는 졸-겔 공정에 의해 제조된다. 이러한 방식으로 인쇄된 졸은 예를 들어, 가온과 같은 적합한 방법들에 의해 겔 상태로 변환되고, 그 공정에서 압축된다. 졸-겔 공정에 의한 알루미늄 층의 제조는 유럽 특허 출원 번호 11001921.3 및 11001920.5 에 기재된 공정들에 의해 실시될 수 있다. 이들 2개의 출원들의 개시 내용은 본 명세서에 이로써 통합된다.
산화 알루미늄 층은 배리어 층으로서 작용할 뿐만 아니라, 추가적으로 p-도핑된 베이스에 대한 우수한 패시베이션 특성들을 나타내며, 이것은 소성 공정 이후에 추가적인 세정 및 제조 단계들이 필요하지 않음을 의미한다.
본 발명에 따른 공정은, 실리콘과의 저-융점 (1300 ℃ 미만) 합금을 형성할 수 있는 금속 알루미늄 및/또는 다른 비교가능한 금속들과 금속 페이스트들의 확산이 방지될 수 있는, 배리어 작용을 갖는 유전체 산화 알루미늄 또는 산화 알루미늄 하이브리드 층들의 형성을 가능하게 하는, 졸-겔계 잉크들 및/또는 페이스트들을 사용하여 바람직하게 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 공정에서 형성되는 유전체 산화 알루미늄 또는 산화 알루미늄 하이브리드 층들은 확산 배리어로서 작용한다.
상기 언급된 특허 출원들에 기재되고 특징화되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 공정에서 Al2O3 코팅들 및 혼합 Al2O3 하이브리드 층들의 형성에 대해, 입체적으로 안정된 잉크들 및/또는 페이스트들의 사용이 특히 바람직하다.
특히, 이러한 사용을 위한 적합한 하이브리드 재료들은, 붕소, 갈륨, 실리콘, 게르마늄, 아연, 주석, 인, 티탄, 지르코늄, 이트륨, 니켈, 코발트, 철, 세륨, 니오브, 비소 및 납의 산화물들과 Al2O3 의 혼합물들이며, 여기서 잉크들 및/또는 페이스트들은 시스템 내에 대응하는 전구체들의 도입에 의해 획득된다.
본 발명에 따른 잉크들 및/또는 페이스트들이 원하는 방식으로 웨이퍼 표면들에 도포된 후에, 그들은 배리어 층들을 형성하기 위해서 상승된 온도에서 건조된다. 이러한 건조는 300 ℃ 와 1000 ℃ 사이의 온도에서 실시되어, 비정질 Al2O3 및/또는 산화 알루미늄 하이브리드 층들이 형성된다. 이들 온도에서, 원하는 층들의 형성에 대해 잔류물 없는 건조는 층 두께 100 nm 미만에서 5 분 미만의 시간 이내에 발생된다. 건조 단계는 350 ℃ 내지 450℃ 범위 온도에서 실시되는 것이 바람직하다. 더 두꺼운 층들의 경우에, 건조 조건들은 대응적으로 채택되어야 한다. 하지만, 여기서 경질 (hard) 의 결정질 층들 (커런덤 참조) 은 1000 ℃ 로부터의 가열에서 형성되는 것에 유의해야 한다.
온도 500 ℃ 미만에서의 건조에 의해 획득되는 건조 Al2O3 (하이브리드) 층들은 후속하여 대부분의 무기 광산들 (inorganic mineral acids) 을 사용하여, 바람직하게는 HF 및 H3PO4 에 의해, 그리고 아세트산, 프로피온산 등과 같은 많은 유기산들에 의해 에칭될 수 있다. 그리하여 획득된 층의 간단한 후속-구조화가 가능하다.
단결정질 또는 다결정질 실리콘 웨이퍼들 (HF- 또는 RCA-세정), 사파이어 웨이퍼들, 박막 솔라 모듈들, 기능성 재료들 (예를 들어 ITO, FTO, AZO, IZO 등) 로 코팅된 유리들과 코팅되지 않은 유리들, 강철 엘리먼트들 및 이들의 합금 유도체들, 그리고 마이크로전자공학에 사용되는 다른 재료들이 여기에 기재된 본 발명에 따른 이들 잉크들 및/또는 페이스트들로 간단한 방식으로 코팅될 수 있다.
본 발명에 따르면, 졸-겔계 제제들, 잉크들 및/또는 페이스트들이 인쇄 가능하다. 다양한 응용을 위해서, 당업자는 제제들의 특성들, 특히 레올로지 특성들을 개질하는 것이 가능하고 그리고 사용될 인쇄 방법의 각각의 필요 요건들에 대한 광범위한 제한 내에서 그들을 매칭시키는 것이 가능하고, 그리하여 페이스트 제제들이 nm 범위의 극히 미세한 구조들 및 라인들의 형태로 선택적으로 그리고 또한 전체 표면에 걸쳐서 둘다에서 도포될 수 있다. 적합한 인쇄 방법들로는: 스핀 또는 딥 코팅, 드롭 캐스팅, 커튼 또는 슬롯-다이 코팅, 스크린 또는 플렉소 인쇄, 그라비어 또는 잉크젯 또는 에어로졸-젯 인쇄, 오프셋 인쇄, 마이크로 콘택트 인쇄, 전기수력학 (electrohydrodynamic) 디스펜싱, 롤러 또는 스프레이 코팅, 초음파 스프레이 코팅, 파이프 제팅, 레이저 전사 인쇄, 패드 인쇄, 회전 스크린 인쇄 등이 있다.
졸-겔 공정에 기초한 산화 알루미늄 잉크들 및/또는 산화 알루미늄 페이스트들의 도포는 실리콘 웨이퍼들 (특히 p-형 웨이퍼들) 의 우수한 표면 패시베이션 달성을 가능하게 한다. 전하-캐리어 수명은 여기서 Al2O3 의 박층의 도포와 후속 건조에 의해 이미 증가된다. 층의 표면 패시베이션은 질소 및/또는 형성 가스 분위기에서 400 ℃ 내지 500 ℃ 에서 후속 어닐링에 의해 상당히 증가될 수 있다.
상승된 온도에서의 건조와 동시에 붕소-함유 산화 알루미늄 잉크 및/또는 페이스트의 사용은 하부 실리콘의 붕소 도핑 달성을 가능하게 한다. 이 도핑은 태양 전지의 후방 상의 "전자적 미러" 를 초래하고, 이는 전지의 효율에 대한 긍정적인 효과를 가질 수 있다. 여기서 산화 알루미늄은 (강하게) p-도핑된 실리콘 층에 대한 매우 양호한 표면-패시베이션 작용을 동시에 갖는다.
붕소-함유 산화 알루미늄 잉크 및/또는 페이스트의 사용은 마찬가지로 실리콘에서의 에미터 형성에 대해 도핑에 이용될 수 있고; 보다 자세하게는, 도핑은 n-형 실리콘 상의 p-도핑을 초래한다. 동시에, 여기서 산화 알루미늄은 p-도핑된 에미터 층에 대한 매우 양호한 표면-패시베이션 작용을 갖는다.
이미 상기 언급된 바와 같이, 유럽 특허 출원 번호 11001920.5 에 기재된 바와 같은, 적합한 졸-겔 잉크들이 본 발명에 따른 산화 알루미늄 층들의 제조를 위해 사용될 수 있다. 이러한 잉크들의 사용은, 졸-겔 공정에서 안정하고 그리고 바람직하게 400 ℃ 미만 온도에서의 조합된 건조 및 열 처리에서의 건조 및 열 처리 이후에 유기 오염물질이 없는 평활한 층들의 형성을 가능하게 한다.
잉크들은 산성 pH 범위 4 ~ 5, 바람직하게는 4.5 미만을 갖는 입체적으로 안정된 Al2O3 잉크들이며, 그 잉크들은 알코올성 및/또는 폴리옥실레이트 용매들을 포함한다. 이러한 종류의 조성물들은 SiO2- 및 실란-종결된 실리콘 웨이퍼 표면들에 대한 매우 양호한 습윤 및 접착 특성들을 갖는다.
이들 잉크 형태의 알루미늄 졸들은, 알루미늄의 대응하는 알콕시드들, 이를테면 알루미늄 트리에톡시드, 알루미늄 트리이소프로폭시드 및 알루미늄 트리-세크-부톡시드, 또는 알루미늄의 쉽게 가용성인 수산화물들 및 산화물들을 사용하여 조제될 수 있다. 이들 알루미늄 화합물들은 용매 혼합물들에 용해된다. 여기서 용매는 극성 양성자성 용매들 및 극성 비양성자성 용매들일 수 있는데, 거기에 이번에는 코팅들의 원하는 조건들 및 특성들에 습윤 거동을 매칭시키기 위해 비극성 용매들이 첨가될 수도 있다. 상기 언급된 출원의 기재에는 대응하는 용매들의 매우 다양한 예들이 나열되어 있다.
잉크들 내에 존재할 수도 있는 용매들은 적어도 하나의 저비점 알코올 (바람직하게는 에탄올 또는 이소프로판올) 과 고비점 글리콜 에테르 (바람직하게는 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 또는 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르) 의 혼합물들이다. 그러나, 아세톤, DMSO, 술포란 또는 에틸 아세테이트 등과 같은 다른 극성 용매들도 또한 사용될 수도 있다. 코팅 특성은 그들의 혼합비를 통해 원하는 기판에 매칭될 수 있다. 또한, 졸 형성을 위해 알루미늄 알콕시드들이 이용되었다면 이용 가능한 잉크들은 물을 포함한다. 물은 알루미늄 핵들의 가수분해 및 그것의 사전응축을 달성하기 위해서 그리고 원하는 불투과성 균질 층을 형성하기 위해서 필요한데, 여기서 전구체에 대한 물의 몰비는 1 : 1 과 1 : 9 사이에 있어야 하고, 바람직하게는 1 : 1.5 와 1 : 2.5 사이에 있어야 한다.
또한, 유리된 (liberated) 알콕시드들이 대응하는 알코올들로 변환되도록 하는, 유기산, 바람직하게는 아세트산의 첨가가 필요하다. 동시에, 첨가된 산은, 이 용액에 가수분해된 알루미늄 핵들의, 함께 시작하는, 사전응축 및 가교를 위한 촉매 작용을 한다. 상기 언급된 출원에는 여러 적합한 산들이 나열되어 있다.
적합한 산들 또는 산 혼합물들의 첨가는 동시에 잉크 졸의 안정화를 가능하게 한다. 그러나, 착화 및/또는 킬레이트화 첨가제들이 또한 이 목적을 위해 졸에 의도적으로 첨가될 수도 있다. 대응하는 착화제들이 상기 언급된 출원에 나타나 있다.
잉크들의 입체적 안정화는 여기서, 소수성 성분들, 이를테면 1,3-시클로헥사디온, 살리실산 및 그것의 구조적 관련물들, 및 알맞게 친수성 성분들, 이를테면 아세틸아세톤, 디히드록시벤조산, 트리히드록시벤조산 및 그것의 구조적 관련물들과 혼합함으로써, 또는 킬레이트화제들, 이를테면 에틸렌디아민테트라아세트산 (EDTA), 디에틸렌트리아민펜타아세트산 (DETPA), 니트릴로트리아세트산 (NTA), 에틸렌-디아민테트라메틸렌-포스폰산 (EDTPA), 디에틸렌트리아민펜타메틸렌포스폰산 (DETPPA) 및 구조적 관련 착화제들 또는 킬레이트제들과 혼합함으로써 영향받는다.
게다가, 표면 장력, 점도, 습윤 거동, 건조 거동 및 접착 능력을 조절하기 위한 추가적인 첨가제들이 알루미늄 졸에 첨가될 수 있다. 그 중에서도, 레올로지 특성들 및 건조 거동에 영향을 주는 특정한 첨가제들, 예를 들어 수산화 알루미늄들, 산화 알루미늄들, 실리콘 이산화물, 또는 하이브리드 졸들의 조제를 위한, 그 중에서도 원소들 붕소, 갈륨, 실리콘, 게르마늄, 아연, 주석, 인, 티탄, 지르코늄, 이트륨, 니켈, 코발트, 철, 세륨, 니오브, 비소, 납의 산화물들, 수산화물들, 알콕시드들을 첨가하는 것이 또한 가능하며, 여기서 붕소 및 인의 산화물들, 수산화물들 및 알콕시드들은 반도체들, 특히 실리콘 층들에 대한 도핑 효과를 갖는다.
층-형성 성분들은 적합한 잉크 조성물들 내에서, 잉크들의 고형분이 0.5 중량% 와 10 중량% 사이, 바람직하게는 1 중량% 와 5 중량% 사이에 있는 비율로 이용되는 것이 바람직하다.
표면들의 코팅 이후에 잉크들의 잔류물 없이 건조는 비정질 Al2O3 층들을 초래하며, 여기서 건조는 300 ℃ 와 1000 ℃ 사이의 온도, 바람직하게는 약 350 ℃ 에서 실시된다. 적합한 코팅의 경우, 건조는 5 분 미만의 시간 이내에 실시되어, 100 nm 미만의 층 두께를 제공한다. 보다 두꺼운 층들이 원해지는 경우에, 건조 조건들은 그에 대응하여 변경되어야 한다. 500 ℃ 미만의 온도에서 건조된 Al2O3 (하이브리드) 층들은, 대부분의 무기 광산들의 사용을 통해, 하지만 바람직하게는 HF 및 H3PO4 에 의해, 그리고 아세트산, 프로피온산 등과 같은 많은 유기산들에 의해 에칭되고 구조화될 수 있다. 대응하는 잉크들을 이용한 코팅에 대한 적합한 기판들은, (HF 또는 RCA 로 세정된) 단결정질 또는 다결정질 실리콘 웨이퍼들, 사파이어 웨이퍼들, 박막 솔라 모듈들, 기능성 재료들 (예를 들어 ITO, FTO, AZO, IZO 등) 로 코팅된 유리들, 코팅되지 않은 유리들, 그리고 마이크로전자공학에 사용되는 다른 재료들이다. 사용되는 기판들에 따라, 잉크들의 사용을 통해 형성되는 층들이 확산 배리어, 인쇄 가능한 유전체, 전자적 및 전기적 패시베이션 또는 반사방지 코팅으로서 기능할 수 있다.
단순 및 중합성 붕소와 인의 산화물들 및 알콕시드들을 포함하는 하이브리드 재료들의 형태로 배리어 층들의 제조에 사용되는 잉크들은, 반도체들, 바람직하게는 실리콘의 값싼 풀-에어리어 및 국부적인 도핑에 대해 동시에 사용될 수 있다.
이미 상기 언급된 바와 같이, 유럽 특허 출원 번호 11001921.3 에 기재된 바와 같이, 배리어 층들의 제조를 위한 현재 조건들에 따라, 대응적으로 개질된 페이스트들이 추가적으로 또한 기재된 잉크들 대신에 사용될 수 있다.
알루미늄의 동일 시작 화합물들 및 동일한 용매들과 첨가제들이 졸-겔 페이스트들의 제작을 위해 사용될 수 있지만, 페이스트 특성들을 조절하기 위해서, 적합한 증점제들이 존재할 수도 있고 및/또는 대응하여 더 높은 고형분들이 존재할 수도 있다. 대응하는 페이스트들의 상세사항들에 대해서는 그 대응하는 특허 출원에 상세하게 기재되어 있다.
알루미늄의 동일 화합물들이 알루미늄 졸들의 조제를 위한 전구체들로서 이용될 수 있고; 특히, pH 약 4 ~ 5 범위의 산성 조건 하에서 물의 존재시에 Al2O3 의 형성에 적합한 모든 유기 알루미늄 화합물들이 페이스트 제제들에서의 전구체들로서 적합하다.
대응하는 알콕시드들이 또한 여기서 적합한 용매 혼합물에 용해되는 것이 바람직하다. 이 용매 혼합물은 극성 양성자성 용매들과 또한 극성 비양성자성 용매들 둘다, 및 그들의 혼합물들로 구성될 수 있다. 대응하는 용매 혼합물들이 상기 언급된 특허 출원에 기재되어 있다. 상기 기재된 대응하는 잉크들과 마찬가지로, 페이스트 제제들은 적합한 산들 및/또는 킬레이트화제 또는 착화제들의 첨가에 의해 안정화된다. 적합한 폴리머들의 첨가에 의해 레올로지 특성들이 영향받을 수 있고, 구조적 점도, 틱소트로피, 유동점 등과 같은 적합한 페이스트 특성들이 조절될 수 있다. 또한, 레올로지 특성들에 영향을 주기 위해서 특정한 첨가제들이 첨가될 수 있다. 적합한 특정한 첨가제들은, 예를 들어 수산화 알루미늄들과 산화 알루미늄들, 실리콘 이산화물이며, 이 첨가제들에 의해 건조 이후에 얻어지는 건조-막 두께들 및 그것의 모폴로지가 동시에 영향받을 수 있다. 특히, 본 발명에 따라 이용될 수 있는 페이스트들의 제작을 위해, 층-형성 성분들은 페이스트들의 고형분이 9 중량% 와 10 중량% 사이에 있는 비율로 이용된다.
상기 기재된 잉크들의 사용의 경우에 대해, 페이스트들은, 적합한 온도에서 건조되고 그리고 적합한 방법들에 의해 nm 영역에까지 이르는 높은 분해능을 갖는 구조화된 방식으로 또는 처리될 기판들의 전체 표면에 도포될 수 있다. 이들 페이스트들은 플렉소그래픽 및/또는 스크린 인쇄에 의해 도포되는 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 스크린 인쇄에 의해 도포된다.
졸-겔 페이스트 제제들은 상기 기재된 잉크들과 동일 목적을 위해 사용될 수 있다.
이들 페이스트들의 사용은 LCD 기술에 있어서 나트륨 및 칼륨 확산 배리어로서 기능할 수 있는 Al2O3 층들의 획득을 가능하게 한다. 디스플레이의 커버 유리 상의 Al2O3 의 박층은 커버 유리로부터의 이온들이 액정상 내로 확산하는 것을 방지하여, LCD들의 수명이 상당히 증가되도록 할 수 있다.
실시예들
더 양호한 이해를 위해 그리고 본 발명을 예시하기 위해서, 본 발명의 보호 범위 내에 있는 실시예들이 이하에 주어진다. 이들 실시예들은 또한 가능한 변형예들을 예시하기 위해 기능한다. 그러나, 기재된 발명의 원리의 일반적 타당성으로 인해, 본 출원의 보호 범위를 이들로만 감소시키는 실시예들은 적합하지 않다.
또한, 주어진 실시예들에서 및 또한 설명의 나머지에서, 조성물들 내에 존재하는 성분 양들은 전체 조성물에 대하여 항상 100 중량% 또는 100 몰%까지 첨가되고, 나타낸 퍼센트 범위에서 더 높은 값들이 나타날 수 있더라도, 100 중량% 또는 100 몰% 를 초과할 수 없음이 당업자에게 당연하다. 다르게 나타내지 않는 한, 체적 데이터에서 주어지는 비율들 이외에, % 데이터는 중량% 또는 몰% 로서 간주된다.
실시예들과 설명에서 그리고 청구항들에서 주어지는 온도들은 항상 ℃ 단위이다.
실시예
1:
유럽 특허 출원 번호 11 001 920.5 로부터의 실시예 4 에 따르면: 이소프로판올 25 ml 및 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 25 ml 중의 살리실산 3 g 및 아세틸아세톤 1 g 을 초기에 100 ml 둥근 바닥 플라스크에 도입한다. 그 용액에 알루미늄 트리-세크-부톡시드 4.9 g 을 첨가하고, 혼합물을 추가 10 분간 교반한다. 부톡시드를 중화하고 잉크의 pH 를 조절하기 위해서 아세트산 5 g 을 첨가하고, 혼합물을 다시 10 분간 교반한다. 부분적으로 보호된 알루미늄 알콕시드를 가수분해하기 위해 물 1.7 g 을 첨가하고, 그 약간 노랑색 용액을 10 분간 교반하고 숙성시키기 위해 방치한다. 고형분을 6 중량% 로 증가시킬 수 있다. 잉크는 이상적인 코팅 특성들 및 효율적 건조에 대해 3 개월 초과의 안정성을 나타낸다 (상기 언급된 특허 출원 11 001 920.5 에서의 도 1 및 도 2 참조).
금속 배리어 작용을 평가하기 위해서, 개별 코팅 당 약 40 nm 의 코팅 두께를 각각 갖는 다중 코팅들이 선택된다. 각각의 코팅 사이에, 대기 조건들 하에서 400 ℃ 핫플레이트 상에서 2 분간 건조가 실시된다. 다중 코팅들은 상기 기재된 바와 같이 450 ℃ 에서 15 분간 다시 열처리된다. 알루미늄에 의한 침투가 4개의 개별 코팅들 (전체 층 두께 170 nm) 로부터 방지될 수 있음이 여기서 발견된다. 최종 층 두께 165 nm 를 갖는 단일 코팅이 또한 400 ℃ 에서 2 분간 건조 이후에 효과적 금속 배리어를 나타내는 것은, 더 높은 중량 농도 (약 6% w/w) 를 갖는 잉크를 이용한 참조 실험에서 나타날 수 있다.
실시예
2:
SiO2 의 가능한 배리어 작용을 연구하기 위해서, 4개의 웨이퍼 피스들 (Cz, p-형, 일 측 상에 폴리싱됨, 10 Ω*cm) 은 졸-겔 공정에서 스핀 코팅 (필요에 따라, 선택적으로 다중 코팅을 가짐, 여기서 각각의 층은 앞서 실시예 1 에 기재된 바와 같이 열적 압축된다) 에 의해 다양한 층 두께들로 SiO2 로 코팅되고, 도포된 졸은 열적 압축된다 (실시예 1 에 기재된 바와 같이, 450 ℃ 에서 30 분). 각각의 웨이퍼의 절반은 HF 딥에 의해 자유롭게 에칭된다.
도 3 은 금속화 이전에 웨이퍼 피스들의 사진들을 나타낸다.
후속하여 알루미늄 금속 페이스트를 핸드 코터에 의해 층 두께 20 ㎛ 로 웨이퍼의 전체 표면에 도포하고, 이 방식으로 처리된 웨이퍼를, 4개의 구역들을 갖는 벨트 퍼니스 (belt furnace) 내에서 100 초간 소성한다 (T 설정점: 850/800/800/800 ℃). 그 후 알루미늄 페이스트를, 인산 (85%) / 질산 (69%) / 아세트산 (100%) 혼합물 (v/v 단위: 80/5/5, 나머지 물) 로 에칭함으로써 제거한다. 그 후 SiO2 층을 희석 HF 로 에칭오프한다.
표면 상의 코팅의 영향을 배제하기 위해서, 인쇄된 금속 페이스트 없이 코팅된 참조를 각각의 경우에 동시에 프로세싱한다.
실리콘 표면의 노출 이후에, 샘플들은 SiO2 에 의해 커버되지 않은 에어리어에서의 표면 모폴로지들을 나타내며, 표면 모폴로지들은 대표적으로 실리콘 중의 알루미늄 페이스트의 합금 형성이다. 이미 존재하는 SiO2 층 두께에 상관없이, SiO2 에 의해 커버된 에어리어들은 정사각형 및/또는 직사각형 특징을 갖는 구조들 및 에칭 도형들을 나타낸다. 동시에 프로세싱된 참조 샘플들은 2개의 특징들 중 어느 것도 관찰되지 않았다. SiO2 층들에 대한 금속 페이스트의 영향과 비교하면, 배리어 작용이 관찰되지 않는다.
따라서, 제조된 SiO2 층 두께에 상관없이, 금속 페이스트의 영향에 대하여 SiO2 의 배리어 작용은 관찰되지 않는다.
도 4 는 에칭 처리 이후의 표면의 현미경 사진들을 나타낸다. 이 사진들은 알루미늄 페이스트의 소성 및 후속 에칭-오프 이후의 SiO2-코팅된 웨이퍼들의 표면들을 나타낸다 (a) 258 nm 의 SiO2; b) 386 nm 의 SiO2; c) 508 nm 의 SiO2; d) 639 nm 의 SiO2; e) 배리어 없음; f) 금속 페이스트를 갖지 않는 참조).
실시예
3:
3개의 웨이퍼 피스들 (Cz, p-형, 일 측 상에 폴리싱됨, 10 Ω*cm) 은 다양한 층 두께를 제공하도록 스핀 코팅에 의해 졸-겔계 Al2O3 층으로 코팅된다 (필요에 따라, 선택적으로 다중 코팅을 가짐, 여기서 각각의 층은 앞서 실시예 1 에 기재된 바와 같이 열적 압축된다). 졸 층은 열적 압축되고 (실시예 1 에 기재된 바와 같이, 450 ℃ 에서 30 분), Al2O3 층의 절반은 후속하여 희석 HF 용액을 이용한 에칭에 의해 제거된다.
도 5 는 금속화 이전의 웨이퍼 피스들의 사진들을 나타낸다.
후속하여 알루미늄 금속 페이스트를 핸드 코터에 의해 층 두께 20 ㎛ 로 웨이퍼의 전체 표면에 도포하고, 웨이퍼를, 4개의 구역들을 갖는 벨트 퍼니스 내에서 100 초간 소성한다 (T 설정점: 850/800/800/800℃). 소정 공정 이후에, 알루미늄 페이스트를, 인산 (85%) / 질산 (69%) / 아세트산 (100%) 혼합물 (v/v 단위: 80/5/5, 나머지 물) 로 에칭함으로써 제거한다. 그 후 Al2O3 층 및 임의의 기생적으로 형성된 SiO2 를 희석 HF 로 에칭오프한다.
도 6 은 에칭 처리 이후의 표면의 현미경 사진들을 나타낸다. 이 현미경 사진들은 알루미늄 페이스트의 소성 및 후속 에칭-오프 이후의 Al2O3-코팅된 웨이퍼들의 표면들을 나타낸다 (a) 113 nm 의 Al2O3; b) 168 nm 의 Al2O3; c) 222 nm 의 Al2O3; d) 금속 페이스트를 갖지 않는 참조 웨이퍼).
표면 상의 코팅의 영향을 배제하기 위해서, 인쇄된 금속 페이스트 없이 코팅된 참조를 각각의 경우에 동시에 프로세싱한다.
층 두께 113 nm 의 Al2O3 로 커버된 샘플은, 알루미늄 페이스트에 의한 어택 (attack) 에 기인할 수 있는 표면 구조를 나타낸다. 정사각형 내지 직사각형 구조들, 피트들 (pits) 및 에칭 트렌치들이 실리콘 표면에서 발견될 수 있다. 알루미늄 페이스트는 Al2O3 층을 "스파이킹" 스루하였다. Al2O3 의 층 두께가 170 nm 를 초과하자마자, 실리콘 웨이퍼의 베이스 도핑은 전기화학적 용량/전압 측정들 (ECV) 에 의해 독점적으로 결정된다. 이것은 1*1016 붕소 원자들/㎤ 이다 (도 7 참조).
170 nm 까지의 산화물 두께로부터, 분명한 배리어 작용을 검출할 수 있다. 이것은 도 7 에서의 전기용량 측정들 (ECV) 에 의해 예시된다.
도 7 은 다양한 층 두께로 코팅된 샘플들, 코팅되지 않은 참조 샘플 및 동시에 프로세싱되지만 알루미늄으로 금속화되지 않은 참조의 ECV 측정들을 나타낸다. 170 nm 및 220 nm 의 Al2O3 로 패시베이션된 포인트에서, 베이스 도핑 (1*1016 원자들/cm3 까지의 붕소) 만이 검출될 수 있다.
참조 실험 (실시예 2c 에 따른 코팅 조건들) 에서, 코팅이 배리어 작용 (350 ℃ 에서 건조 2 분 후에 배리어 작용) 을 달성하기 위해 반드시 완전히 압축되어야 할 필요는 없음을 나타낼 수 있다.
Claims (12)
- 알루미늄 및/또는 다른 관련 금속들과 금속 페이스트들에 대하여 확산 배리어 및 패시베이션 층으로서 작용하는 유전체 층의 제조 방법으로서,
잉크 또는 페이스트의 형태의 산화 알루미늄 졸 (sol) 또는 산화 알루미늄 하이브리드 졸이 전체 표면에 걸쳐 또는 구조화된 방식으로 도포되고 (applied), 상승된 온도에서 가온함으로써 압축되고 건조되어, 비정질 Al2O3 및/또는 산화 알루미늄 하이브리드 층들을 형성하는 것을 특징으로 하는 유전체 층의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
두께가 100 nm 미만인 비정질 Al2O3 및/또는 산화 알루미늄 하이브리드 층들이 형성되는 것을 특징으로 하는 유전체 층의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
두께가 적어도 150 nm 인 비정질 Al2O3 및/또는 산화 알루미늄 하이브리드 층을 형성하기 위해 상기 산화 알루미늄 졸 또는 산화 알루미늄 하이브리드 졸이 여러 번 도포되고 건조되는 것을 특징으로 하는 유전체 층의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 건조는 300 ℃ 와 1000 ℃ 사이의 온도에서, 바람직하게는 350 ℃ 와 450 ℃ 사이 범위의 온도에서 실시되는 것을 특징으로 하는 유전체 층의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
도포된 층의 상기 건조는 2 내지 5 분의 시간 이내에 실시되는 것을 특징으로 하는 유전체 층의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도포되고 건조된 층(들)은, 질소 및/또는 형성 가스 분위기에서 400 ℃ 내지 500 ℃ 에서 후속 어닐링에 의해 패시베이션되는 것을 특징으로 하는 유전체 층의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
붕소, 갈륨, 실리콘, 게르마늄, 아연, 주석, 인, 티탄, 지르코늄, 이트륨, 니켈, 코발트, 철, 세륨, 니오브, 비소 또는 납의 산화물의 형성을 위한, 도핑에 이용되는, 적어도 하나의 전구체를 포함하는 졸-겔 공정에 기초한 산화 알루미늄 잉크들 또는 산화 알루미늄 페이스트들이 도포되는 것을 특징으로 하는 유전체 층의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
붕소-함유 산화 알루미늄 잉크 또는 페이스트의 도포된 층을 상승된 온도에서 건조시킴으로써 실리콘 층의 붕소 도핑이 실시되는 것을 특징으로 하는 유전체 층의 제조 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 붕소 도핑은 실리콘에서의 에미터 형성에 대해 실시되는 것을 특징으로 하는 유전체 층의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
인-함유 산화 알루미늄 잉크 또는 페이스트의 도포된 층을 상승된 온도에서 건조시킴으로써 실리콘 층의 인 도핑이 실시되는 것을 특징으로 하는 유전체 층의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 유전체 층의 제조 방법에 의해 획득 가능한, p-도핑된 베이스 층들에 대한 패시베이션 특성들을 갖는, 유전체 산화 알루미늄 층.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 유전체 층의 제조 방법에 의해 획득 가능한, 알루미늄 및 다른 관련 금속들에 대하여 확산 배리어로서 작용하는, 유전체 층.
Applications Claiming Priority (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP11001921 | 2011-03-08 | ||
| EP11001920 | 2011-03-08 | ||
| EP11001921.3 | 2011-03-08 | ||
| EP11001920.5 | 2011-03-08 | ||
| EP11006971 | 2011-08-26 | ||
| EP11006971.3 | 2011-08-26 | ||
| EP11007205.5 | 2011-09-06 | ||
| EP11007207 | 2011-09-06 | ||
| EP11007205 | 2011-09-06 | ||
| EP11007207.1 | 2011-09-06 | ||
| PCT/EP2012/000590 WO2012119684A2 (de) | 2011-03-08 | 2012-02-09 | Aluminiumoxid basierte metallisierungsbarriere |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20140022012A true KR20140022012A (ko) | 2014-02-21 |
Family
ID=45688416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020137026493A Ceased KR20140022012A (ko) | 2011-03-08 | 2012-02-09 | 산화 알루미늄에 기초한 금속화물 배리어 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20130341769A1 (ko) |
| EP (1) | EP2683777A2 (ko) |
| JP (1) | JP6185845B2 (ko) |
| KR (1) | KR20140022012A (ko) |
| CN (1) | CN103403885A (ko) |
| AU (1) | AU2012224973B2 (ko) |
| CA (1) | CA2829269A1 (ko) |
| SG (1) | SG193304A1 (ko) |
| TW (1) | TW201241924A (ko) |
| WO (1) | WO2012119684A2 (ko) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011077526A1 (de) * | 2011-06-15 | 2012-12-20 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung |
| KR20140117400A (ko) * | 2012-01-06 | 2014-10-07 | 히타치가세이가부시끼가이샤 | 패시베이션막이 있는 반도체 기판과 그 제조 방법, 및 태양전지 소자와 그 제조 방법 |
| JP6107033B2 (ja) * | 2012-09-28 | 2017-04-05 | 日立化成株式会社 | 半導体基板パッシベーション膜形成用組成物、パッシベーション膜付半導体基板及びその製造方法、並びに太陽電池素子及びその製造方法 |
| JP6285095B2 (ja) * | 2012-09-28 | 2018-02-28 | 日立化成株式会社 | 半導体基板パッシベーション膜形成用組成物、パッシベーション膜付半導体基板及びその製造方法、並びに太陽電池素子及びその製造方法 |
| JP2014157871A (ja) * | 2013-02-14 | 2014-08-28 | Hitachi Chemical Co Ltd | パッシベーション膜形成用組成物、パッシベーション膜付半導体基板及びその製造方法、並びに太陽電池素子及びその製造方法 |
| US20150162486A1 (en) * | 2013-09-16 | 2015-06-11 | Solexel, Inc. | Laser processing for solar cell base and emitter regions |
| JP6795877B2 (ja) * | 2013-12-25 | 2020-12-02 | 東京応化工業株式会社 | 表面被覆膜の形成方法及び表面被覆膜を有する太陽電池 |
| WO2016150549A2 (de) * | 2015-03-23 | 2016-09-29 | Merck Patent Gmbh | Druckbare tinte zur verwendung als diffusions- und legierungsbarriere zur herstellung von hocheffizienten kristallinen siliziumsolarzellen |
| US20180122640A1 (en) | 2015-04-15 | 2018-05-03 | Merck Patent Gmbh | Screen-printable boron doping paste with simultaneous inhibition of phosphorus diffusion in co-diffusion processes |
| WO2016165810A1 (de) | 2015-04-15 | 2016-10-20 | Merck Patent Gmbh | Sol-gel-basierte druckbare und parasitär-diffusionshemmende dotiermedien zur lokalen dotierung von siliziumwafern |
| US20180053873A1 (en) * | 2015-04-15 | 2018-02-22 | Merck Patent Gmbh | Process for the production of solar cells using printable doping media which inhibit the diffusion of phosphorus |
| MY190562A (en) | 2016-12-20 | 2022-04-27 | Zhejiang Kaiying New Mat Co Ltd | Interdigitated back contact metal-insulator-semiconductor solar cell with printed oxide tunnel junctions |
| MY189222A (en) | 2016-12-20 | 2022-01-31 | Zhejiang Kaiying New Mat Co Ltd | Siloxane-containing solar cell metallization pastes |
| CN106611799B (zh) * | 2017-01-12 | 2018-02-02 | 合肥海润光伏科技有限公司 | 一种喷墨打印双面晶体硅太阳能电池及其制备方法 |
| JP2017195377A (ja) * | 2017-05-19 | 2017-10-26 | 日立化成株式会社 | 半導体基板パッシベーション膜形成用組成物、パッシベーション膜付半導体基板及びその製造方法、並びに太陽電池素子及びその製造方法 |
| US10622502B1 (en) | 2019-05-23 | 2020-04-14 | Zhejiang Kaiying New Materials Co., Ltd. | Solar cell edge interconnects |
| US10749045B1 (en) | 2019-05-23 | 2020-08-18 | Zhejiang Kaiying New Materials Co., Ltd. | Solar cell side surface interconnects |
| CN111834492A (zh) * | 2020-07-22 | 2020-10-27 | 常州时创能源股份有限公司 | TOPCon电池的制备方法 |
Family Cites Families (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2449474A1 (fr) * | 1979-02-26 | 1980-09-19 | Rhone Poulenc Ind | Billes d'alumine a double porosite, leur procede de preparation et leurs applications comme supports de catalyseurs |
| JPS62122133A (ja) * | 1985-11-21 | 1987-06-03 | Nec Corp | 溶液塗布による薄膜の形成方法 |
| US4997482A (en) * | 1987-01-02 | 1991-03-05 | Dow Corning Corporation | Coating composition containing hydrolyzed silicate esters and other metal oxide precursors |
| US5104636A (en) * | 1988-03-11 | 1992-04-14 | Kaiser Aerospace And Electronics Corporation | Method of making aluminum oxide precursors |
| JPH01272183A (ja) * | 1988-04-25 | 1989-10-31 | Toshiba Corp | セラミックス回路基板 |
| US5100764A (en) * | 1989-12-26 | 1992-03-31 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Method of making patterned metal oxide films comprising a sol-gel of metal oxide and a photoactive compound |
| US5283369A (en) * | 1992-03-24 | 1994-02-01 | Elf Atochem North America, Inc. | Selective synthesis of mercaptans and catalyst therefor |
| DE19621413A1 (de) * | 1996-05-28 | 1997-12-04 | Max Planck Gesellschaft | Flüssigkeitsphasensinterprozess für Aluminat-Keramiken |
| JPH1112507A (ja) * | 1997-06-24 | 1999-01-19 | Oji Yuka Synthetic Paper Co Ltd | 塗被剤及びそれを用いた被記録材の製造方法 |
| US5942376A (en) * | 1997-08-14 | 1999-08-24 | Symetrix Corporation | Shelf-stable liquid metal arylketone alcoholate solutions and use thereof in photoinitiated patterning of thin films |
| JPH11261090A (ja) * | 1998-03-09 | 1999-09-24 | Nisshin Steel Co Ltd | 太陽電池用基板及びその製造方法 |
| JP3053018B1 (ja) * | 1999-04-28 | 2000-06-19 | サンケン電気株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| JP2001307547A (ja) * | 2000-04-25 | 2001-11-02 | Murata Mfg Co Ltd | 導電性組成物およびそれを用いた印刷回路板 |
| US7175911B2 (en) * | 2002-09-18 | 2007-02-13 | Toshiba Ceramics Co., Ltd. | Titanium dioxide fine particles and method for producing the same, and method for producing visible light activatable photocatalyst |
| JP2004193350A (ja) * | 2002-12-11 | 2004-07-08 | Sharp Corp | 太陽電池セルおよびその製造方法 |
| US7026267B2 (en) * | 2002-12-20 | 2006-04-11 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | Molecular sieve catalyst composition, its production and use in conversion processes |
| FR2865219B1 (fr) * | 2004-01-20 | 2006-03-31 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Procede de depot d'un revetement d'oxyde metallique sur un substrat |
| US7250367B2 (en) * | 2004-09-01 | 2007-07-31 | Micron Technology, Inc. | Deposition methods using heteroleptic precursors |
| US7381633B2 (en) * | 2005-01-27 | 2008-06-03 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Method of making a patterned metal oxide film |
| EP1763086A1 (en) * | 2005-09-09 | 2007-03-14 | Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum | Photovoltaic cell with thick silicon oxide and silicon nitride passivation and fabrication method |
| GB2425976A (en) * | 2005-05-11 | 2006-11-15 | Univ Sheffield Hallam | Sol-gel derived coating |
| US7517718B2 (en) * | 2006-01-12 | 2009-04-14 | International Business Machines Corporation | Method for fabricating an inorganic nanocomposite |
| US7879395B2 (en) * | 2006-10-17 | 2011-02-01 | Qimonda Ag | Method of preparing a coating solution and a corresponding use of the coating solution for coating a substrate |
| US20100275982A1 (en) * | 2007-09-04 | 2010-11-04 | Malcolm Abbott | Group iv nanoparticle junctions and devices therefrom |
-
2012
- 2012-02-09 WO PCT/EP2012/000590 patent/WO2012119684A2/de not_active Ceased
- 2012-02-09 US US14/004,074 patent/US20130341769A1/en not_active Abandoned
- 2012-02-09 AU AU2012224973A patent/AU2012224973B2/en not_active Ceased
- 2012-02-09 EP EP12704685.2A patent/EP2683777A2/de not_active Withdrawn
- 2012-02-09 KR KR1020137026493A patent/KR20140022012A/ko not_active Ceased
- 2012-02-09 JP JP2013556984A patent/JP6185845B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2012-02-09 SG SG2013066592A patent/SG193304A1/en unknown
- 2012-02-09 CA CA2829269A patent/CA2829269A1/en not_active Abandoned
- 2012-02-09 CN CN2012800119575A patent/CN103403885A/zh active Pending
- 2012-03-07 TW TW101107736A patent/TW201241924A/zh unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20130341769A1 (en) | 2013-12-26 |
| AU2012224973B2 (en) | 2016-01-07 |
| EP2683777A2 (de) | 2014-01-15 |
| WO2012119684A2 (de) | 2012-09-13 |
| AU2012224973A1 (en) | 2013-10-24 |
| WO2012119684A3 (de) | 2013-01-31 |
| JP2014516467A (ja) | 2014-07-10 |
| CA2829269A1 (en) | 2012-09-13 |
| TW201241924A (en) | 2012-10-16 |
| JP6185845B2 (ja) | 2017-08-23 |
| CN103403885A (zh) | 2013-11-20 |
| SG193304A1 (en) | 2013-10-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2012224973B2 (en) | Metallisation barrier based on aluminium oxide | |
| JP4837252B2 (ja) | エッチングおよびドーピング複合物質 | |
| US10134942B2 (en) | Doping media for the local doping of silicon wafers | |
| WO2007020833A1 (ja) | マスキングペースト、その製造方法およびマスキングペーストを用いた太陽電池の製造方法 | |
| TWI629372B (zh) | 利用抑制磷擴散之可印刷摻雜介質製造太陽能電池之方法 | |
| TW201635349A (zh) | 半導體之雷射掺雜 | |
| CN107484432A (zh) | 可同时抑制在共扩散方法中的磷扩散的可丝网印刷的硼掺杂糊料 | |
| CN104903497A (zh) | 用于硅晶片的可印刷的扩散阻挡层 | |
| TWI619259B (zh) | ｐ型選擇射極形成方法 | |
| JP2007049079A (ja) | マスキングペースト、その製造方法およびマスキングペーストを用いた太陽電池の製造方法 | |
| JP4684056B2 (ja) | 太陽電池の製造方法 | |
| US8338275B2 (en) | Methods of forming a metal contact on a silicon substrate | |
| US20150053256A1 (en) | Solar cells and methods of making thereof | |
| TWI680979B (zh) | 鈍化層形成用組成物、帶鈍化層的半導體基板及其製造方法、太陽電池元件及其製造方法以及太陽電池 | |
| JP2004056057A (ja) | 太陽電池の製造方法 | |
| CN104884684A (zh) | 用于从硅晶片吸除杂质的氧化物介质 | |
| EP3702048B1 (en) | Method for drying polyimide paste and method for producing solar cells capable of highly-efficient photoelectric conversion | |
| TW201718783A (zh) | 用於高效結晶矽太陽能電池製造中作為擴散及合金化阻障物之可印刷油墨 | |
| US20180062022A1 (en) | Sol-gel-based printable doping media which inhibit parasitic diffusion for the local doping of silicon wafers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0105 | International application |
Patent event date: 20131007 Patent event code: PA01051R01D Comment text: International Patent Application |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| A201 | Request for examination | ||
| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20170208 Comment text: Request for Examination of Application |
|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20170811 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20171025 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20170811 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |