Procedimiento para la fabricación de un elemento de construcción semiconductor con una zona superficial dopada selectivamente empleando difusión por fuera y correspondiente elemento de construcción semiconductor.
Procedimiento para fabricar un elemento de construcción semiconductor con una zona superficial (4) dopada selectivamente,
que presenta:
Preparar un substrato portador semiconductor dopado (1);
Producir una capa de separación (2) en una superficie del substrato portador semiconductor;
Precipitar una capa semiconductora dopada (3) sobre la capa de separación;
Disolver la capa semiconductora dopada del substrato portador semiconductor;
en el cual los parámetros de proceso, que comprenden al menos un parámetro del grupo temperatura de proceso, desarrollo de la temperatura de proceso y duración del proceso, se eligen de manera que mediante difusión de cuerpo sólido dopantes de la capa de separación se difunden en la capa semiconductora precipitada, para formar la zona superficial dopada selectivamente, presentando la zona superficial dopada selectivamente un dopado relativamente fuerte en comparación con la capa semiconductora restante, de manera que la zona superficial presenta una resistencia de capa de menos de 500 Ohmios/cuadrado.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2007/002468.
Solicitante: INSTITUT FUR SOLARENERGIEFORSCHUNG GMBH.
Nacionalidad solicitante: Alemania.
Dirección: AM OHRBERG 1 31860 EMMERTHAL ALEMANIA.
Inventor/es: WOLF, ANDREAS, BRENDEL,ROLF, TERHEIDEN,BARBARA.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- H01L21/00 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 eléctricas 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). › 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.
- H01L31/18 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). › Procesos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas.
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Fragmento de la descripción:
Procedimiento para la fabricación de un elemento de construcción semiconductor con una zona superficial dopada selectivamente empleando difusión por fuera y correspondiente elemento de construcción semiconductor
CAMPO DEL INVENTO
El presente invento se refiere a un procedimiento para la fabricación de un elemento de construcción semiconductor con una zona superficial dopada selectivamente y un correspondiente elemento de construcción semiconductor. En particular el presente invento se refiere a la fabricación de un elemento de construcción semiconductor como por ejemplo una célula solar de capa delgada empleando un procedimiento de transferencia de capa.
BASE DEL INVENTO
La introducción de sustancias dopantes en materiales semiconductores es una parte integrante esencial de la producción de elementos de construcción semiconductores. Para fabricar una zona dopada selectivamente en un elemento de construcción semiconductor como por ejemplo un emisor para una célula solar es normalmente necesario un proceso independiente de la otra secuencia para la fabricación del elemento de construcción semiconductor. Por ejemplo puede producirse una capa dopada con fósforo que sirve como emisor en un substrato semiconductor dopado con boro por difusión de POCl3.
Para reducir la necesidad de caro material semiconductor, se producen elementos de construcción semiconductores frecuentemente empleando tecnologías de capa delgada. En ello capas semiconductoras delgadas son precipitadas sobre un substrato portador, por ejemplo por precipitación en fase gaseosa (CVD) . Aquí existe la posibilidad de durante el crecimiento de una capa variar el tipo y concentración del dopado, y así fabricar un elemento de construcción semiconductor compuesto de varias capas diferentemente dopadas. Para ello para cada capa individual es necesario en cada una un paso de proceso con parámetros específicos por ejemplo para la composición de la fase gaseosa en la precipitación por CVD. Adicionalmente pueden ser necesarios pasos intermedios por ejemplo para el barrido del reactor de CVD y la variación de los flujos de gas y/o un cambio del reactor. Los documentos US 6, 326, 280 B1 y US 5, 854, 123 describen procedimientos de fabricación para células solares.
RESUMEN DEL INVENTO
Puede existir una necesidad para proporcionar un procedimiento de fabricación simplificado para un elemento de construcción semiconductor, en el cual sean necesarios los menos posibles pasos de procesado y/o pueda evitarse una variación de parámetros de proceso durante la precipitación de una capa semiconductora delgada, que se emplea para el elemento de construcción semiconductor.
Esta necesidad puede ser satisfecha por el objeto de las reivindicaciones independientes. En las reivindicaciones dependientes están descritas formas de realización ventajosas del presente invento.
Según un primer aspecto del presente invento se propone un procedimiento para fabricar un elemento de construcción semiconductor con una zona superficial dopada selectivamente, presentando el procedimiento los siguientes pasos: preparación de un substrato portador semiconductor dopado; producción de una capa de separación en una superficie del substrato portador semiconductor; precipitación de una capa semiconductora dopada sobre la capa de separación; y disolución de la capa semiconductora dopada del substrato portador semiconductor. Una secuencia de proceso semejante puede denominarse proceso de transferencia de capa. Los parámetros de proceso empleados durante el procedimiento de fabricación están elegidos aquí de manera que difunden dopantes desde la capa de separación en la capa semiconductora precipitada, para formar la zona superficial dopada selectivamente.
A continuación son explicadas características, particularidades y posibles ventajas del procedimiento de fabricación según el invento.
Bajo un elemento de construcción semiconductor puede entenderse un elemento de construcción electrónico, que está basado en un substrato semiconductor, en cuya superficie son introducidas zonas dopadas selectivamente. El substrato semiconductor puede estar configurado aquí en forma de una capa semiconductora delgada por ejemplo con un espesor de menos de 50 µm, preferentemente menos de 10 µm y más preferido entre 1 y 5 µm. Por ejemplo el elemento de construcción semiconductor a fabricar puede ser una célula solar de capa delgada.
Para la fabricación del elemento de construcción semiconductor en primer lugar se prepara un substrato portador semiconductor dopado. El substrato portador semiconductor puede ser un substrato preferentemente plano preferentemente de silicio, en particular de preferencia de silicio monocristalino. Por ejemplo como substrato portador semiconductor puede emplearse una oblea de silicio monocristalina fuertemente dopada.
En una superficie del substrato portador semiconductor puede ser producida una capa de separación, que puede representar una zona de rotura controlada para el posterior desprendimiento de la capa semiconductora del substrato portador semiconductor. La capa de separación puede producirse por ejemplo como una capa porosa o como un sistema de capas de varias capas porosas superpuestas por ejemplo mediante mordentado anódico. Aquí son corroídos pequeños espacios huecos en la superficie del substrato portador semiconductor, de manera que se forma una capa esponjosa, porosa y relativamente inestable, que a continuación puede servir como zona de rotura controlada entre el substrato portador semiconductor y una capa semiconductora a precipitar sobre él. Un posible proceso de mordentado para producir una capa porosa de silicio en una oblea de silicio está descrito en el documento DE 197 30 975 A1.
Alternativamente la capa de separación también puede ser producida por ejemplo porque mediante implantación de iones una capa es debilitada selectivamente a una cierta distancia por debajo de la superficie del substrato portador semiconductor, de manera que más tarde puede servir como zona de rotura controlada.
Sobre la capa de separación es precipitada luego una capa semiconductora dopada. La capa semiconductora puede estar directamente contigua a la capa de separación. Alternativamente también una capa intermedia, por ejemplo de un dieléctrico, puede estar depositada entre la capa de separación y la capa semiconductora. La capa semiconductora puede por ejemplo ser precipitada por medio de epitaxia en fase gaseosa (CVD, chemical vapour deposition) , epitaxia en fase líquida (LPE, liquid phase epitaxy) o precipitación asistida por iones (IAD, ion assisted deposition) . Al material semiconductor a precipitar pueden además estar agregadas durante la precipitación sustancias dopantes, de manera que en la precipitación se puede conseguir una capa semiconductora dopada con una concentración de dopantes predeterminada.
Parámetros de proceso como por ejemplo una temperatura de proceso durante la precipitación de la capa semiconductora dopada o durante un paso opcional ulterior de tratamiento a temperatura tras la precipitación de la capa semiconductora dopada y las duraciones de proceso correspondientes a esto se eligen según el invento de manera que los dopantes, que originalmente provienen del substrato portador semiconductor o de la capa de separación, se difunden en la capa semiconductora precipitada. Esto puede efectuarse directamente durante la precipitación de la capa semiconductora dopada o en un paso opcional subsiguiente de tratamiento a temperatura. Los parámetros de proceso adecuados como la temperatura de proceso o un desarrollo de la temperatura y la duración del proceso para obtener una zona superficial dopada selectivamente con una concentración de dopantes deseada y un perfil de dopantes deseado, pueden ser determinados por ejemplo mediante series de ensayos apropiadas, como son evidentes para el experto, o también mediante simulaciones por ordenador del proceso de difusión.
Cuando por medio del procedimiento de fabricación según el invento debe ser producida por ejemplo una célula solar de silicio de capa delgada, los parámetros del proceso pueden elegirse de manera que en la zona superficial dotada selectivamente se forme una capa emisora con una resistencia de capa de menos de 500 Ohmios/cuadrado, preferentemente de menos de 350 Ohmios/cuadrado y más preferida de menos de 200 Ohmios/cuadrado. Con un emisor semejante, relativamente muy dopado en comparación a la restante capa semiconductora, pueden minimizarse para la célula solar las resistencias en serie dentro del emisor y las pérdidas de potencia asociadas con ellas.
Sirve de base al procedimiento según el invento la idea de para el dopado superficial de un elemento de construcción... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Procedimiento para fabricar un elemento de construcción semiconductor con una zona superficial (4) dopada selectivamente, que presenta:
Preparar un substrato portador semiconductor dopado (1) ;
Producir una capa de separación (2) en una superficie del substrato portador semiconductor;
Precipitar una capa semiconductora dopada (3) sobre la capa de separación;
Disolver la capa semiconductora dopada del substrato portador semiconductor;
en el cual los parámetros de proceso, que comprenden al menos un parámetro del grupo temperatura de proceso, desarrollo de la temperatura de proceso y duración del proceso, se eligen de manera que mediante difusión de cuerpo sólido dopantes de la capa de separación se difunden en la capa semiconductora precipitada, para formar la zona superficial dopada selectivamente, presentando la zona superficial dopada selectivamente un dopado relativamente fuerte en comparación con la capa semiconductora restante, de manera que la zona superficial presenta una resistencia de capa de menos de 500 Ohmios/cuadrado.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el cual como capa de separación se produce una capa porosa en el substrato portador semiconductor.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, que presenta además un ulterior tratamiento a temperatura a continuación de la precipitación de la capa semiconductora dopada.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el cual el substrato portador semiconductor durante el tratamiento a temperatura junto con la capa semiconductora precipitada sobre él es mantenido a una temperatura de más de 800 ºC.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual la precipitación de la capa semiconductora se efectúa a una temperatura de más de 800 ºC.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual el substrato portador semiconductor presenta en una zona próxima a la superficie una concentración de dopado de al menos 1•1018 cm-3.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual el substrato portador semiconductor presenta un dopado de base en esencia homogéneo para una conductividad de menos de 50 MiliOhmios-centímetro.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual el dopado en una superficie del substrato portador semiconductor y el dopado de la capa semiconductora precipitada son de tipo de conducción contrario.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes 1 a 7, en el cual el dopado en una superficie del substrato portador semiconductor y el dopado de la capa semiconductora precipitada son del mismo tipo de conducción.
10. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual como procedimiento de transferencia de capa se emplea un proceso PSI.
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual la capa semiconductora es precipitada por medio de epitaxia en fase gaseosa, epitaxia en fase líquida o precipitación asistida por iones.
12. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, que presenta además una formación de contactos eléctricamente conductores en superficies de la capa semiconductora para formar una célula solar.
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