Simultanes Ätzen unterschiedlich dotierter Bereiche bei der Produktion von Solarzellen
Kurzfassung
Die selektive Rückätzung unterschiedlich polarisiert dotierter Teilbereiche, mit ggf. zusätzlich verschieden hoher Dotierungskonzentration, erfolgt bei der Herstellung von Solarzellen standardmäßig in mehreren getrennten Maskierungs- und Ätzschritten.
Ein neues Verfahren könnte es nun ermöglichen, die Rückätzung aller Dotierungsbereiche in einem einzigen ggf. maskierten Ätzschritt simultan durchzuführen. Das Verfahren ist bei verschiedensten Solarzellenkonzepten anwendbar und verringert den Zeit-, Material- und Prozessaufwand.
Hintergrund
Bei der Herstellung von Solarzellen werden durch Einbringen von Dotanden gezielt Teilbereiche mit unterschiedlicher Polarität und mit unterschiedlich hoher Dotierung ausgebildet. Da das derart entstandene Dotierkonzentrationsprofil des Halbleiters meist nachträglich optimiert werden muss, werden darauffolgend die einzelnen Dotierungsbereiche in mehreren Schritten selektiv rückgeätzt.
Ein neues Verfahren könnte es nun ermöglichen, die Rückätzung aller Dotierungsbereiche in einem einzigen ggf. maskierten Ätzschritt simultan durchzuführen.
Problemstellung
Die selektive Rückätzung unterschiedlich polarisiert dotierter Teilbereiche, mit ggf. zusätzlich verschieden hoher Dotierungskonzentration, erfolgt – nicht zuletzt aufgrund der stark unterschiedlichen Ätzbarkeit von n- und p-dotierten Bereichen – standardmäßig in mehreren getrennten Maskierungs- und Ätzschritten. Während dieser Schritte wird nur jeweils ein einzelner Dotierbereich geätzt, da die anderen Bereiche durch eine Ätzbarriere geschützt werden müssen. Für jeden abweichend dotierten Bereich muss somit eine neue Maskierung aufgebracht, der Ätzvorgang durchgeführt und die Maskierung anschließend wieder entfernt werden
Lösung
Wissenschaftler der Universität Konstanz haben nun ein neues Verfahren entwickelt, mit dem das gewünschte endgültige Dotierkonzentrationsprofil in einem einzigen ggf. maskierten Ätzschritt realisiert werden kann.
Dies erreichen sie durch die Abstimmung der unterschiedlichen Prozessparameter, die das Ergebnis des Ätzvorgangs beeinflussen. Dazu zählen neben den Eigenschaften der Dotierbereiche des Halbleiters vor dem Ätzen, die der Deckschicht über den dotierten Bereichen sowie die Parameter, die den Ätzvorgang direkt beeinflussen, wie die Zusammensetzung des Ätzmediums und die Ätzdauer.
Beispielsweise kann der Oxidanten-Anteil der Ätzlösung so gewählt werden, dass der Ätzschritt einen n-dotierten Bereich nicht mehr signifikant verändert, wenn die Konzentration der Oberflächendotierung einen gewissen Wert unterschreitet. Somit kann ein p-dotierter Bereich unabhängig davon simultan weiter geätzt werden.
Darüber hinaus kann das endgültige Profil des dotierten Bereichs dadurch gesteuert werden, dass die ggf. gezielt bei der Dotierung erzeugte Deckschicht so ausgebildet wird, dass die Ätzung der darunterliegenden, dotierten Bereiche zeitverzögert erfolgt. Die Einstellmöglichkeit, um lokal die Ätzdauer und Ätztiefe für bestimmte Bereiche zu verringern, lässt sich dabei für n- und p-dotierte Bereiche realisieren.
Simultanes, selektives Ätzen dotierter Bereiche unterschiedlicher Polarität eines Halbleiter-Substrates.
Vorteile
- Simultanes Ätzen unterschiedlich dotierter Halbleiterbereiche
- Einsparen mehrerer Maskierungs- und Ätzschritte
- Verringerter Zeit-, Material- und Prozessaufwand
- Anwendbar bei verschiedensten Solarzellenkonzepten
- Unabhängig von Lage und Polarität der Dotierungsbereiche
Anwendungsbereiche
Ätzen unterschiedlich dotierter Halbleiterbereiche bei der industriellen Fertigung von Solarzellen