Procedimiento para la dotación selectiva de silicio.

Procedimiento para la dotación selectiva de silicio de un sustrato de silicio (1) para la producción de una transición-pn en el silicio con las siguientes etapas:



a) provisión de la superficie del sustrato de silicio (1) con un agente de dotación (2) basado en fósforo,

b) calentamiento siguiente del sustrato de silicio (1) para la generación de un cristal de silicato de fósforo (2) sobre la superficie del silicio, en el que se difunde al mismo tiempo fósforo en el interior del silicio como primera dotación (3),

c) aplicación de una máscara (4) sobre el cristal de silicato de fósforo (2), de tal manera que la máscara (4) cubre las regiones (5) que son altamente dotadas posteriormente,

d) retirada del cristal de silicato de fósforo (2) en las regiones no enmascaradas,

e) retirada de la máscara (4) fuera del cristal de silicato de fósforo (2),

f) calentamiento de nuevo para la difusión posterior de fósforo desde el cristal de silicato de fósforo (2) en el silicio como segunda dotación para la generación de las regiones (5) altamente dotadas,

g) retirada completa del cristal de silicato de fósforo (2) o bien del óxido desde el sustrato de silicio (1).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/002671.

Solicitante: Gebr. Schmid GmbH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: ROBERT-BOSCH-STRASSE 32-34 72250 FREUDENSTADT ALEMANIA.

Inventor/es: HABERMANN,DIRK.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01L21/225 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctrica en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 21/00 Procedimientos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de dispositivos semiconductores o de dispositivos de estado sólido, o bien de sus partes constitutivas. › utilizando la difusión en o fuera de un sólido a partir de o en una fase sólida, p. ej. una capa de óxido dopada.
  • H01L31/0216 H01L […] › H01L 31/00 Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación infrarroja, a la luz, a la radiación electromagnética de ondas más cortas, o a la radiación corpuscular, y adaptados bien para la conversión de la energía de tales radiaciones en energía eléctrica, o bien para el control de la energía eléctrica por dicha radiación; Procesos o aparatos especialmente adaptados a la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas; Sus detalles (H01L 51/42 tiene prioridad; dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común, diferentes a las combinaciones de componentes sensibles a la radiación con una o varias fuentes de luz eléctrica H01L 27/00). › Revestimientos (H01L 31/041  tiene prioridad).
  • H01L31/0224 H01L 31/00 […] › Electrodos.
  • H01L31/068 H01L 31/00 […] › siendo las barreras de potencial únicamente del tipo PN a homounión, p.ej. células solares PN a homounión de sílice homogéneo o de láminas de sílice policristalino.
  • H01L31/18 H01L 31/00 […] › Procesos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas.

PDF original: ES-2383648_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Procedimiento para la dotación selectiva de silicio Campos de aplicación y estado de la técnica [0001] La invención se refiere a un procedimiento para la dotación selectiva de silicio de un sustrato de silicio, para producir una transición-pn en el silicio. Este procedimiento se necesita, por ejemplo, en la producción de células solares.

La dotación selectiva del emisor de silicio para la producción de una transición-pn en silicio se emplea para la mejora del contacto y de las propiedades de conducción en la tecnología solar. Con este proceso se puede incrementar la eficiencia de células solares. Para la producción de emisores selectivos se emplean hasta ahora tecnologías láser, en las que el agente de dotación es difundido a través de un rayo láser altamente energético en el silicio. Otros procedimientos se basan en el decapado con plasma de emisores altamente dotados. Las regiones, en las que debe mantenerse la dotación alta, son previamente enmascaradas.

Un ejemplo de otros procedimientos es el documento US 5.871.591, en los que, en principio, se enmascaran, la mayoría de las veces litográficamente, las regiones en las que la dotación alta inicial debe mantenerse después del decapado. Estos procedimientos retiran, por lo tanto, una capa fina, la mayoría de las veces de 100 a 200 nm de espesor con dotación alta cerca de la superficie, para obtener una distribución selectiva de los emisores. No obstante, un inconveniente de estos procedimientos es que el decapado de la superficie debe realizarse con mucha precisión, para no provocar una pérdida clara en la eficiencia de las células solares. En tecnologías asistidas por láser, existe igualmente el peligro de un daño fuerte de la superficie de las células solares, por lo que también esta tecnología se emplea sólo muy individualmente en la tecnología solar.

El documento JP 2004-281569 A describe un procedimiento para la dotación selectiva de silicio de un sustrato de silicio, siendo aplicada una segunda dotación de forma selectiva y teniendo lugar una difusión.

El documento describe un procedimiento en el que mediante dotación selectiva son cubiertas determinadas áreas mediante una máscara.

Cometido y solución

La invención tiene el cometido de crear un procedimiento mencionado al principio así como un sustrato de silicio tratado con él, con los que se pueden solucionar problemas del estado de la técnica y en particular se puede conseguir un procedimiento eficiente y bien realizable para la dotación selectiva de un sustrato de silicio.

Este cometido se soluciona por medio de un procedimiento con las características de la reivindicación 1. Las configuraciones ventajosas así como preferidas de la invención se indican en las otras reivindicaciones y se explican en detalle a continuación. La redacción de las reivindicaciones se realiza a través de referencia expresa al contenido de la descripción. Por lo demás, la redacción de la solicitud de prioridad DE 102008019402.6 del 14 de Abril de 2008 de la misma Solicitante se realiza a través de referencia expresa al contenido de la presente descripción.

El procedimiento presenta, según la invención, las siguientes etapas. En una primera etapa a) se provee la superficie del silicio o bien del sustrato de silicio con un agente de dotación, que se basa en fósforo o bien contiene fósforo. Por ejemplo, éste es una solución de ácido fosfórico. En una etapa b) siguiente, se calienta el sustrato de silicio o bien el agente de dotación, para generar cristal de silicato de fósforo sobre la superficie del agente de dotación. En este caso, se difunde al mismo tiempo fósforo en el interior del silicio, como primera dotación del sustrato de silicio. El espesor de esta dotación se puede ajustar a través de la duración y la temperatura del calentamiento.

En una etapa c) siguiente se aplica una máscara sobre el cristal de silicato de fósforo sobre la superficie del sustrato de silicio. La máscara se aplica en este caso de tal forma que cubre las regiones que son altamente dotadas posteriormente del sustrato de silicio. En una etapa d) siguiente, se retira el cristal de silicato de fósforo en las regiones no enmascaradas. A continuación de nuevo, en una etapa e) se retira la máscara desde la superficie o bien el cristal de silicato de fósforo. En una etapa f) siguiente se calienta de nuevo el sustrato de silicio para realizar otradifusión de fósforo desde el cristal de silicato de fósforo remanente en el silicio. Ésta es la segunda dotación del sustrato de silicio, para generar las regiones altamente dotadas. En las regiones, que están libres de cristal de silicato de fósforo, solamente la dotación de fósforo próxima a la superficie, comparativamente reducida, sirve como fuente secundaria de dotación para la difusión más profunda de fósforo en el material de base. En otra etapa g) , se retiran también el cristal de silicato de fósforo restante y el óxido sobre las regiones débilmente dotadas completamente fuera del sustrato de silicio. De esta manera, no sólo se crea, en general, una dotación selectiva de un sustrato de silicio con regiones altamente dotadas, que pueden formar emisores de una célula solar. Sobre todo se puede crear también un procedimiento, que crea a gran escala una producción o bien mecanización adecuadas de sustratos de silicio. Sobre todo, el procedimiento se puede realizar en una instalación de circulación. Se pueden suprimir tecnologías costosas como láser o fuentes de decapado de plasma.

En otra configuración del procedimiento de acuerdo con la invención, el agente de dotación basado en fósforo puede ser una solución, que contiene ácido fosfórico.

Para la aplicación de la máscara sobre el sustrato de silicio o bien el cristal de silicato de fósforo formado encima se puede utilizar una tecnología de impresión. Esto se puede realizar o bien a través de impresión con tamiz de seda o, en cambio, a través de la llamada tecnología de impresión con chorro de tinta. En este caso, la máscara, que está constituida, por ejemplo, por una cera o laca, se aplica en forma líquida o pastosa con un procedimiento, que corresponde al utilizado en las llamadas impresiones con chorro de tinta. De esta manera, se puede generar una máscara deseada muy exactamente, como también rápidamente y con una superficie grande. Con este procedimiento se puede producir, por ejemplo, una rejilla de contacto como emisor altamente dotado o bien conductor, en el que la célula sola se forma por el sustrato de silicio. A través de la dotación doble del silicio resultan las regiones altamente dotadas. Sobre todo en la etapa f) de la segunda dotación, a través de una duración más prolongada de la actuación o bien a través de un calentamiento más prolongado, se puede realizar la dotación de nuevo con mayor intensidad. De esta manera, en la región altamente dotada, la dotación puede ser muchas veces más alta que en las restantes regiones menos dotadas.

Para retirar el cristal de silicato de fósforo en las regiones no enmascaradas según la etapa c) , se puede utilizar un proceso de decapado. Aquí se ofrecen, por ejemplo, soluciones de decapado basadas en HF, pero también son posibles otros agentes de decapado. Esto se puede realizar tanto en una etapa del proceso como también en varias etapas con diferentes productos químicos.

Una instalación de circulación para la realización del procedimiento puede estar constituida por varios módulos. En este caso, en un módulo se pueden realizar eventualmente también varias etapas. Se prefiere especialmente una instalación de circulación horizontal, en la que los sustratos de silicio son transportados y tratados en posición horizontal.

Éstas y otras características se deducen, además de las reivindicaciones, también de la descripción y de los dibujos, de manera que las características individuales pueden estar realizadas, respectivamente, por sí solas o agrupadas en forma de sub-combinaciones en una forma de realización de la invención y en otros campos y pueden representar formas de realización ventajosas así como dignas de protección por sí, para las que se reivindica aquí protección. La subdivisión de la solicitud en encabezamientos intermedios y secciones individuales no limita las manifestaciones realizadas en ellos en su validez general.

Breve descripción de los dibujos [0015] Un ejemplo de realización de la invención se representa de forma esquemática en los dibujos y se explica en detalle a continuación. En los dibujos, las figuras 1 a 6 muestran... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la dotación selectiva de silicio de un sustrato de silicio (1) para la producción de una transición-pn en el silicio con las siguientes etapas:

a) provisión de la superficie del sustrato de silicio (1) con un agente de dotación (2) basado en fósforo, b) calentamiento siguiente del sustrato de silicio (1) para la generación de un cristal de silicato de fósforo (2) sobre la superficie del silicio, en el que se difunde al mismo tiempo fósforo en el interior del silicio como primera dotación (3) , c) aplicación de una máscara (4) sobre el cristal de silicato de fósforo (2) , de tal manera que la máscara (4) cubre las regiones (5) que son altamente dotadas posteriormente, d) retirada del cristal de silicato de fósforo (2) en las regiones no enmascaradas, e) retirada de la máscara (4) fuera del cristal de silicato de fósforo (2) , f) calentamiento de nuevo para la difusión posterior de fósforo desde el cristal de silicato de fósforo (2) en el silicio como segunda dotación para la generación de las regiones (5) altamente dotadas, g) retirada completa del cristal de silicato de fósforo (2) o bien del óxido desde el sustrato de silicio (1) .

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el agente de dotación (2) a base de fósforo es una solución con ácido fosfórico.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que la máscara (4) se aplica con una tecnología de impresión, con preferencia con una llamada tecnología de impresión de chorro de tinta.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que de esta manera se produce una rejilla de contacto de una célula solar, en el que el sustrato de silicio (1) forma la célula solar, en el que las regiones (5) dotadas dos veces del silicio están altamente dotadas y, por lo tanto, son de baja impedancia y representan una zona de contacto de la célula solar.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la retirada del cristal de silicato de fósforo (2) se realiza en las regiones no enmascaradas según la etapa d) por medio de decapado, con preferencia decapado HF.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se realiza en una instalación de circulación, con preferencia en una instalación de circulación horizontal.

 

Patentes similares o relacionadas:

Método para fabricar una célula solar y dispositivo de fabricación de película, del 8 de Mayo de 2019, de SHIN-ETSU CHEMICAL CO., LTD.: Un método para fabricar una célula solar que tiene una superficie receptora de luz, que comprende las etapas de: formar una capa de difusión de tipo […]

Procedimiento de síntesis de material de carbono a base de LixM1-yM''y(XO4)n, del 16 de Abril de 2019, de HYDRO-QUEBEC: Procedimiento de síntesis de compuestos de fórmula Lix M1-y M'y (XO4)n en la que x, y y n son números tales que 0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 0,6 y 1 […]

Pasta para una película gruesa, conductora para contactos de células solares, del 13 de Marzo de 2019, de Heraeus Precious Metals North America Conshohocken LLC: Una composición para una pasta electroconductora que comprende lo siguiente: partículas metálicas; un sistema de reacción inorgánico y un vehículo orgánico; […]

Tratamiento superficial de silicio, del 12 de Marzo de 2019, de MacDermid Acumen, Inc: Un método de formación de un patrón de conductor sobre un sustrato semiconductor de silicio que tiene una capa anti-reflectante de nitruro […]

Pasta conductora para electrodos superficiales de elemento de celda solar y método para fabricar elemento de celda solar, del 27 de Febrero de 2019, de Shoei Chemical Inc: Una pasta conductora para un electrodo superficial anterior de elemento de celda solar que se usa para formar un electrodo superficial anterior de un elemento de celda […]

Procedimiento de fabricación de un sistema de contacto posterior para una célula solar de capa fina de silicio, del 20 de Febrero de 2019, de HELMHOLTZ-ZENTRUM BERLIN FUR MATERIALIEN UND ENERGIE GMBH: Procedimiento para la fabricación de un sistema de contacto posterior para una célula solar de capa fina de silicio, con una unión pn formada por una capa […]

Módulo de batería solar, del 31 de Enero de 2019, de Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd: Un módulo de células solares en el que una pluralidad de células solares está dispuesta entre un elemento de protección de la superficie frontal y un elemento de protección […]

Un vidrio que comprende wolframio y plomo en una pasta de célula solar, del 18 de Diciembre de 2018, de Heraeus Precious Metals North America Conshohocken LLC: Un precursor que comprende al menos como partes precursoras: i) una oblea; ii) una pasta electro-conductiva que al menos comprende como constituyentes de pasta: a) […]

Otras patentes de Gebr. Schmid GmbH

 

Otras patentes de la CIP H01L31/18