DE4033658A1 - Verfahren zur bearbeitung von grabenflanken in halbleitersubstraten - Google Patents

Verfahren zur bearbeitung von grabenflanken in halbleitersubstraten

Info

Publication number
DE4033658A1
DE4033658A1 DE4033658A DE4033658A DE4033658A1 DE 4033658 A1 DE4033658 A1 DE 4033658A1 DE 4033658 A DE4033658 A DE 4033658A DE 4033658 A DE4033658 A DE 4033658A DE 4033658 A1 DE4033658 A1 DE 4033658A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
incidence
substrate
angle
processing step
trench
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.)
Withdrawn
Application number
DE4033658A
Other languages
English (en)
Inventor
Karl-Ulrich Dr Ing Stein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE4033658A priority Critical patent/DE4033658A1/de
Publication of DE4033658A1 publication Critical patent/DE4033658A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/03529—Shape of the potential jump barrier or surface barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
    • H01L21/26586—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation characterised by the angle between the ion beam and the crystal planes or the main crystal surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30604—Chemical etching
    • H01L21/30608—Anisotropic liquid etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105—Etching inorganic layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0236—Special surface textures
    • H01L31/02363—Special surface textures of the semiconductor body itself, e.g. textured active layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/035281—Shape of the body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • 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
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

Gräben und Löcher in der Oberfläche von Halbleitersubstraten können zur Aufnahme von elektrisch leitendem Material, zur Aufnahme von Isolationsmaterial zum Erzeugen einer Grabeniso­ lierung oder mit dotierten Grabenwänden und mit Dielektrikum gefüllt als Trenchzellen dienen.
Mit zunehmender Integrationsdichte von Halbleiterbauelementen gewinnt neben der Strukturierung horizontaler Flächen auch eine vertikale Strukturierung an Bedeutung. Das Konzept der sogenannten 3-D-Integration beinhaltet das übereinander Anord­ nen von Einzelbauelementen und wird beispielsweise für höchst­ integrierte Speicherbauelemente, zum Beispiel für einen 16 M- DRAM verwendet.
Eine andere Kategorie von Bauelementen, die Gräben und andere Vertiefungen auf ihrer Oberfläche aufweisen, stellen bestimmte Typen von Hochleistungssolarzellen aus zum Beispiel kristalli­ nem Silizium dar. Deren Oberfläche ist durch ein regelmäßiges Graben- oder Lochmuster "aufgerauht", um den Anteil der durch Reflexion für die photovoltaische Energieumwandlung verlorenen Sonnenstrahlung zu minimieren. Nicht um eine höhere Dichte von Strukturen zu erzeugen, sondern um Abschattungsverluste zu ver­ ringern und so den Wirkungsgrad dieser Solarzellen zu erhöhen, ist auch hier bei der Herstellung eine exakte Strukturierung mit maßgenauen Bearbeitungsschritten notwendig.
Eine derartige Solarzellenstruktur wird beispielsweise in einem Artikel von A. Cuevas et al in IEEE Electron Device Let­ ters, Vol. 11, Nr. 1, 1990, Seiten 6 bis 9 beschrieben. Die aktiven Bereiche der Oberfläche dieser Zelle weisen ein Loch­ muster aus invertierten Pyramiden auf. Auf durchgehenden Stegen mit V-förmigem Querschnitt sind punktförmige hochdotierte Zonen angebracht, die über entlang dieser Stege verlaufende Metall­ streifen kontaktiert werden. Die dotierten Bereiche werden durch Eröffnung punktförmiger Fenster in einer die gesamte Oberfläche der Solarzelle bedeckenden Oxidschicht und an­ schließender Eindiffusion von Dotierstoffen (zum Beispiel aus phosphorhaltigem Glas) erzeugt. Diese Dotierfenster werden dabei ausschließlich im oberen Bereich der genannten Stege eröffnet.
Der mit diesem Solarzellentyp erreichte hohe Wirkungsgrad von 26 Prozent unter konzentriertem Licht ist allerdings mit einem äußerst aufwendigen Herstellungsprozeß verbunden. Er erfordert auf der Lichteinfallsseite mindestens vier photolithographische Schritte und mindestens einen auf der Rückseite, wobei eine Strukturfeinheit bis herab zu 2 µm notwendig ist. Erschwerend kommt hinzu, daß ein Teil dieser Lithographieschritte über stark geneigten Flächen und einige wiederum nur in den oberen Flankenabschnitt der Gräben und Löcher durchzuführen sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verein­ fachtes Verfahren anzugeben, mit dem gezielt in den oberen Flankenabschnitten von Gräben eine Bearbeitung durchgeführt werden kann, und welches auf eine aufwendige Photolacktechnik verzichtet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Bearbeitung eines oberen Flankenabschnittes von in Halb­ leitersubstrate geätzten Gräben mit einem Teilchenstrom, wobei der Teilchenstrom anisotrop mit einem ausgewählten Einfallswin­ kel W derart auf die Substratoberfläche gerichtet wird, daß der nicht zu bearbeitende untere Flankenabschnitt durch die im Graben gegenüberliegende Kante der Substratoberfläche abge­ schattet wird.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch seine Ein­ fachheit aus und kann bei Verwendung ausreichend anisotroper Schritte ein aufwendiges Lithographieverfahren ersetzen. Die Abschattung wird bei geeignetem Einfallswinkel W durch die je­ weils in Einfallsrichtung liegende Flanken/Substratkante be­ wirkt, welche gewissermaßen eine Maske darstellt. Damit ist es möglich, die Bearbeitung ausschließlich in einem oberen Flan­ kenabschnitt durchzuführen und den unteren Flankenabschnitt von der Bearbeitung auszusparen.
Die Genauigkeit des Verfahrens bzw. die Höhe des Kontrasts an der Grenze zwischen unbearbeitetem und bearbeitetem Flankenab­ schnitt ist abhängig von der Anisotropie des zur Bearbeitung verwendeten Teilchenstromes, von der Beschaffenheit der Sub­ stratkanten, von der Struktur der Flankenoberflächen und außer­ dem vom Einfallswinkel W und vom Flankenwinkel FW, den die Flankenwand gegen die Substratoberfläche bildet.
Das Verfahren kann bei beliebig geformten Gräben angewendet werden. Die Einstellung des Einfallswinkels ist einfach vorzu­ nehmen, zum Beispiel durch Neigung des Substrat gegenüber der Teilchenstromquelle bzw. der Vorzugsrichtung des Teilchen­ stroms. Sollen bei unterschiedlichen Gräben einzelne von der Bearbeitung ausgenommen werden, so können diese durch eine ein­ fache Photolacktechnik mit Hilfe eines gegenüber der Bearbei­ tungsart geeigneten Resists abgedeckt werden. Das Verfahren ist also insbesondere zur unterschiedlichen Bearbeitung von Flankenabschnitten, bzw. zur ausschließlichen Bearbeitung eines oberen Flankenabschnittes in entsprechenden Gräben ge­ eignet.
Zur Durchführung des Verfahrens geeignete Gräben können senk­ rechte oder geneigte Flanken aufweisen, wobei sich der Durch­ messer eines Grabens nach unten verengen oder auch erweitern kann, so daß im gewissen Umfang auch überhängende Grabenflan­ ken bearbeitet werden können. Der Flankenwinkel FW, den eine Grabenflanke gegen die Oberfläche bildet, kann über die Gra­ bentiefe variieren, wobei sowohl konvex als auch konkav ge­ wölbte Flanken geeignet sind. Auch im horizontalen Querschnitt ist die Grabenform beliebig, wobei der Begriff Graben im wei­ testen Sinn auszulegen ist. Geeignet sind runde bis ovale Gräben, die sich auch noch als Loch bezeichnen lassen. Bevor­ zugt sind jedoch Gräben mit rechteckigem Querschnitt und einem hohen Verhältnis von Grabenlänge zu Grabenbreite. Die Flanken­ flächen an den Schmalseiten solcher Gräben fallen dabei nicht ins Gewicht, so daß eine entsprechende Bearbeitung eine oder beide der Flanken umfaßt, welche die Längsseiten des Grabens bilden. Zum Vermeiden weiterer und ungewollter Abschattungen bei der Bearbeitung der Flanken ist es weiterhin von Vorteil, wenn diese keine weiteren Ecken und Kanten aufweisen.
Das Aspektverhältnis von zur Bearbeitung geeigneten Gräben kann zwar beliebig hoch sein, darf aber nicht zu niedrig ge­ wählt werden, damit sich bei handhabbaren Einfallswinkeln noch Abschattungen durch die gegenüberliegenden Substratkanten er­ zeugen lassen.
Die Grabenbreite parallel zur Bearbeitungsrichtung darf nicht zu groß sein, um Unschärfen bei der "Abbildung" zu vermeiden. Sie entspricht dabei gewissermaßen dem Maskenabstand bei einer Photolithographie, welcher mit zunehmender Größe ebefalls Un­ schärfen bei der Abbildung erzeugt, weil dadurch der negative Einfluß von Streu- und Beugungseffekten sowie vom isotropen Anteil des Teilchenstroms verstärkt wird.
Zur Anwendung im Verfahren sind alle anisotropen Teilchenströme geeignet, wobei als Bearbeitung ein Ätzen oder eine Material­ abscheidung resultiert, oder wobei sich die bearbeitete Ober­ fläche chemisch oder physikalisch verändert. Bearbeitungen mit einem Teilchenstrahl können sein: Ionenstrahl- oder Plasma­ ätzen, Plasmaabscheidung, CVD-Verfahren, Aufdampfen, Sputter­ ätzen, Sputterabscheiden, Implantieren, Verdichten oder Oxidie­ ren. Sofern diese Verfahren nicht von sich aus mit einem hoch anisotropen Teilchenstrahl arbeiten, kann die Anisotropie durch weitere Maßnahmen erhalten bzw. verstärkt werden. Durch Anlegen bzw. Verbessern des Vakuums während der Bearbeitung werden Stöße der Teilchen im Teilchenstrom vermindert. Es wird daher ein möglichst gutes Vakuum angestrebt, vorzugsweise unter 10-5 Torr. Besteht der Teilchenstrom aus geladenen Teil­ chen, so werden diese vorzugsweise mit geringer kinetischer Energie erzeugt und anschließend stark beschleunigt. Bei einem Teilchenstrahl aus ungeladenen Teilchen nimmt die Divergenz der auf dem Substrat auftreffenden Teilchen mit zunehmender Entfernung des Substrats von der Teilchenstromquelle ab. Zu­ sätzliche Vorrichtungen zur Bündelung des Teilchenstroms kön­ nen elektromagnetische Linsen oder für ungeladene Teilchen auch Blenden sein.
Zum Erzeugen einer Abschattung muß der Einfallswinkel W klei­ ner als 90° und bei schrägen Flanken zusätzlich kleiner als der Flankenwinkel FW gewählt werden. Eine scharfe Abbildung durch den Abschattungseffekt der in Richtung Teilchenstrom­ quelle gelegenen Substrat/Grabenkante wird mit steilerem und vorzugsweise 90° betragendem Auftreffwinkel des Teilchenstroms auf die Grabenflanke erhalten. Dieser Fall tritt ein, wenn sich der Einfallswinkel W und die Neigung der Grabenflanke FW zumindest im Auftreffbereich des Teilchenstroms zu 90° addie­ ren, bzw. nicht zu stark von diesem Wert abweichen.
Für verschiedene Anwendungen kann es nötig sein, einen mög­ lichst kleinen oberen Flankenabschnitt zu bearbeiten. In die­ sem Fall wird der Einfallswinkel W so klein wie möglich ge­ wahlt.
Kompliziertere Strukturen können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Hintereinander-Ausführen mehrerer anisotroper Bearbeitungsschritte erzeugt werden, wobei für unterschiedliche Bearbeitungsschritte unterschiedliche Einfallswinkel W gewählt werden können.
Auch eine Inversion des Arbeitsprinzips ist möglich, um so einen unteren Flankenabschnitt zu bearbeiten. Dazu wird mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ein erster Bearbeitungs­ schritt unter einem ersten Einfallswinkel W1 derart durchge­ führt, daß sich gegenüber einem zweiten Bearbeitungsschritt ein unterschiedliches Verhalten des oberen Flankenabschnitts zu dem unteren im ersten Bearbeitungsschritt abgeschatteten Flankenabschnitt ergibt. Der zweite Bearbeitungsschritt kann ebenfalls erfindungsgemäß unter Ausnützung eines Abschattungs­ effektes mit einem größeren Einfallswinkel W2 erfolgen. Auch ist es möglich, den zweiten Bearbeitungsschritt so durchzufüh­ ren, daß die gesamte Substratoberfläche mit Ausnahme der obe­ ren Flankenabschnitte davon erfaßt wird. Beispielsweise kann im ersten Bearbeitungsschritt im oberen Flankenabschnitt eine Maske erzeugt werden, die resistent gegen einen zweiten Bear­ beitungsschritt ist, beispielsweise eine Implantation oder ein Ätzschritt. Auch kann im ersten Bearbeitungsschritt eine ganz­ flächig erzeugte Dotierstoff enthaltende Schicht im oberen Flankenabschnitt entfernt werden, wobei im zweiten Bearbei­ tungsschritt durch Erhöhung der Temperatur der Dotierstoff in das Substrat eingetrieben wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst nur die in Bearbeitungsrichtung weisende Grabenflanke bearbeitet. In ande­ re Richtungen weisende Grabenflanken können durch Wiederholen des Bearbeitungsschrittes erfaßt werden, wobei das Substrat vorher um den Winkel gedreht wird, den die neu zu bearbeitende Flanke mit der zuerst bearbeiteten einschließt. Bei im wesent­ lichen sich in die Länge erstreckenden Gräben sind dies zum Beispiel 180°C.
Weist ein Graben im horizontalen Querschnitt keine geraden Be­ grenzungslinien auf, so daß keine einzelnen Flanken unterschie­ den werden können, so kann der obere Flankenabschnitt im ge­ samten Umfang des Grabens gleichmäßig dadurch bearbeitet wer­ den, daß das Substrat während der Bearbeitung um eine vertikal zu seiner Oberfläche oder parallel zum Teilchenstrom liegende Achse gedreht wird.
Im folgenden wird das Verfahren anhand eines Ausführungsbei­ spiels und der dazugehörigen sechs schematischen Figuren näher erläutert. Dabei zeigen
Fig. 1 einen Siliziumwafer mit V-förmig geätzten Gräben in perspektivischer Ansicht,
Fig. 2 diesen Wafer im schematischen Querschitt während eines ersten anisotropen Bearbeitungsschrittes, die
Fig. 3 und 4 den Wafer während weiterer Bearbeitungs­ schritte und die
Fig. 5 und 6 zwei Ausführungsformen einer fertigen So­ larzelle im schematischen Querschnitt.
Herstellung einer Solarzelle mit einer V-förmige Gräben aufwei­ senden Oberfläche.
Mit Hilfe einer üblichen Photolithographie wird auf einem un­ dotierten oder leicht n- oder p-dotierten kristallinen Silizium- Wafer eine streifenförmige Maske ausgebildet. Diese besteht bei­ spielsweise aus ca. 10 bis 30 µm breiten Oxidstreifen, die parallel zueinander im Abstand von ca. 1 bis 2 µm verlaufen. Im nächsten Schritt wird ein kristallorientiertes anisotropes Ätzen mit Alkali durchgeführt, oder auch wie in der genannten Schrift von Cuevas vorgeschlagen mittels Ammoniumhydroxid. Die­ se besondere Art der Ätzung erzeugt Gräben mit V-förmigem Quer­ schnitt. Die Ätzung wird dabei solange durchgeführt, bis die Grabenkanten zweier benachbarter Gräben zusammenfallen. Somit ist die gesamte ursprüngliche Substratoberfläche weggeätzt, wobei gleichzeitig die Oxidmaske abgehoben wird. Fig. 1 zeigt die Oberfläche des derart behandelten Siliziumsubstrats S mit den parallelen V-förmigen Gräben in der Substratoberfläche.
Im oberen Flankenabschnitt OFA wird nun durch eine erfindungs­ gemäße anisotrope Schrägimplantation von Boratomen oder Bor enthaltenden Ionen eine p⁺-Dotierung erzeugt. Die Schrägimplan­ tation, in der Fig. 2 dargestellt durch die Pfeile TSi, er­ folgt unter einem Einfallswinkel W1, wobei die Substratkante SK den unteren Flankenabschnitt UFA vom Teilchenstrom abschat­ tet, ebenso wie die Gegenflanke GF.
In einer sauerstoffhaltigen feuchten Atmosphäre wird nun unter erhöhter Temperatur eine Oxidation der gesamten Substratober­ fläche durchgeführt. Dabei wird gleichzeitig die durch Schräg­ implantation erzeugte p⁺-Dotierung durch Diffusion tiefer in das Substrat eingetrieben und erzeugt dort dotierte Bereiche DB mit p⁺-Dotierung. Fig. 3 zeigt die Anordnung nach diesem Schritt. Die Oxidschicht OS wird so ausgeführt, daß sie gleich­ zeitig als Antireflexschicht der späteren Solarzelle dienen kann. Dazu wird Dicke und Dichte der Oxidschicht kontrolliert und beispielsweise eine Schichtdicke von 110 nm eingestellt.
Mittels eines Ionenstrahlätzprozesses wird nun im Bereich des oberen Flankenabschnitts OFA ein Kontaktfenster KF in der Oxid­ schicht OS geöffnet. Dazu wird für die Ionenstrahlätzung ein Einfallswinkel W2 gewählt, wobei vorzugsweise W2 kleiner W1 ist. Die von der Oxidschicht befreiten streifenförmigen Kon­ taktfenster KF im oberen Flankenabschnitt haben vorzugsweise eine Breite von maximal 1 bis 2 µm.
Fig. 4 zeigt die Anordnung unmittelbar zu Beginn des darauf folgenden Bearbeitungsschrittes, bei dem über dem Kontaktfen­ ster KF ein Leiterstreifen durch anisotropes Aufdampfen von Aluminium erzeugt wird. Der dazu verwendete Teilchenstrahl TS wird mit einem Einfallswinkel W3 auf das Substrat S gerichtet, wobei W3 zumindest größer als W2 eingestellt wird.
Fig. 5 zeigt die fertige Solarzelle mit den aufgedampften Aluminium-Leiterstreifen LS. Wie aus der Figur zu erkennen, überlappen die Leiterstreifen LS zu einem geringen Teil die Oxidmaske OM.
Für die Strukturierung der dem Lichteinfall gegenüberliegenden Substratrückseite gibt es mehrere Möglichkeiten. In der darge­ stellten Ausführungsform sind die hochdotierten Bereiche HB als punktförmige Kontakte ausgebildet, entsprechend der von Cuevas vorgeschlagenen Struktur. Dazu wird die Waferrückseite ganzflächig mit einer dicken Oxidschicht O versehen. In diese werden dann punktförmige Kontaktfenster geätzt. Die dotierten Bereiche können durch Implantation von Dotierstoff und an­ schließendes Eintreiben erzeugt werden, wobei der Eintrei­ bungsprozeß in das Verfahren zur Strukturierung der Solarzel­ lenvorderseite integriert werden kann. Möglich ist auch das Aufbringen einer dotierstoffhaltigen Schicht, beispielsweise einer Phosphorsilikatglasschicht, die als Diffusionsquelle für den Eintreibungsprozeß dienen kann. Nach Eintreiben des Do­ tierstoffes und Entfernen der Glasschicht wird ganzflächig eine Rückelektrode RE erzeugt, die die hochdotierten Bereiche in den Kontaktfenstern kontaktiert.
Eine weitere Ausführungsform betrifft eine Solarzelle, deren Rückseite ähnlich wie die Vorderseite strukturiert ist. Fig. 6 zeigt diese Anordnung, bei der einschließlich Grabenätzen, Schrägimplantation, Oxidation mit Eintreiben der Dotierstoffe und Eröffnen der streifenförmigen Kontaktfenster analog der Vorderseitenstrukturierung verfahren wird. Als Dotierstoff wird ein eine n-Dotierung erzeugendes Material, zum Beispiel Phosphor verwendet. Da die Solarzellenrückseite nicht für den Lichteinfall vorgesehen ist, kann auch in diesem Ausführungs­ beispiel die Rückseitenelektrode ganzflächig über den Kontakt­ fenstern und der Oxidschicht abgeschieden werden.
Diese zweite Ausführungsform, bei der neben der Vorderseite auch noch die Rückseite der Solarzelle durch V-förmige Gräben strukturiert ist, benötigt zur Herstellung pro Oberfläche nur einen Lithographieschritt zur Erzeugung der streifenförmigen Oxidmaske für die Grabenätzung. Alle übrigen strukturierenden Schritte verwenden das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem in einfacher Weise durch Einstellung eines Einfallswinkels eine streifenförmige Strukturierung der hier nur aus Grabenflanken bestehenden Substratoberfläche gelingt. Durch Einsparung der Lithographieschritte wird der Gesamtherstellungsprozeß verein­ facht und verkürzt. Durch das Verfahren ist es möglich, die Abschattung aktiver Solarzellenoberfläche durch schmale Aus­ führung der Leiterstreifen äußerst gering zu halten und die Leiterstreifen außerdem an den Oberkanten der Gräben zu posi­ tionieren, die auch ohne Leiterstreifen ein hohes Reflexions­ potential aufweisen und daher wenig zum Lichteinfang und zum Wirkungsgrad der Solarzelle beitragen.
Für erfindungsgemäß hergestellte Solarzellen werden daher ähn­ lich hohe Wirkungsgrade erwartet, wie bei den in dem Artikel von Cuevas beschriebenen Punktkontaktsolarzellen, die unter normaler Beleuchtung 21 Prozent, unter konzentriertem Licht jedoch 26 Prozent erreichen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Bearbeitung eines oberen Flankenabschnittes von in Halbleitersubstrate geätzten Gräben mit einem Teilchen­ strom, wobei in einem Bearbeitungschritt ein anisotroper Teil­ chenstrom in einem ausgewählten Einfallswinkel W derart auf die Substratoberfläche gerichtet wird, daß der nicht zu bear­ beitende untere Flankenabschnitt durch die im Graben gegen­ überliegende Kante der Substratoberfläche abgeschattet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Teilchenstrom ein Plasma ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Teilchenstrom ein Ionen­ strahl ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Teilchenstrom ein Metalldampf ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Bearbeitungsschritt eine Implanta­ tion zum Erzeugen einer Dotierung durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere anisotrope Bearbei­ tungsschritte hintereinander und gegebenenfalls unter verschie­ denen Einfallswinkeln durchgeführt werden.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Bearbeitungsschritt unter einem geänderten Einfallswinkel von 180° minus W wiederholt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat wäh­ rend eines oder zwischen zwei Behandlungsschritten um eine Achse senkrecht zur Oberfläche des Substrats gedreht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Flankenabschnitt des Grabens durch einen ersten Bearbeitungsschritt derart in seinen Eigenschaften verändert wird, daß er in einem zweiten darauf folgenden Bearbeitungsschritt als Maske dient, so daß im zweiten Bearbeitungsschritt ausschließlich der untere Flan­ kenabschnitt bearbeitet wird.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Her­ stellung einer Solarzelle
  • - das Halbleitersubstrat mehrere parallele Reihen V-förmig ge­ ätzter Gräben (V-Grooves) aufweist,
  • - in einem ersten Bearbeitungsschritt im oberen Flankenab­ schnitt UFA der Gräben mittels einer Schrägimplantation un­ ter Einfallswinkel W1 eine Dotierung eines ersten Leitfähig­ keitstyps erzeugt wird,
  • - in einem Temperschritt auf der gesamten Oberflächen des Substrats S eine Oxidschicht OS erzeugt wird, wobei durch Eintreiben des Dotierstoffes dotierte Bereiche DB entstehen,
  • - über den dotierten Bereichen DB durch Ionenstrahlätzen in einem W1-ähnlichen Winkel W2 Kontaktfenster KF in der Oxid­ schicht OS geöffnet werden,
  • - durch Schrägaufdampfen unter einem Einfallswinkel W3 eines elektrisch leitfähigen Metalles Leiterstreifen LS über dem Kontaktfenster KF erzeugt werden, und daß
  • - auf der Rückseite des Substrats hochdotierte Bereiche eines zweiten Leitfähigkeitstyps vorgesehen werden, welche durch in einer darüber liegenden Oxidschicht angeordnete Kontakt­ fenster mit einer ganzflächigen Rückelektrode kontaktiert werden.
DE4033658A 1990-10-23 1990-10-23 Verfahren zur bearbeitung von grabenflanken in halbleitersubstraten Withdrawn DE4033658A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4033658A DE4033658A1 (de) 1990-10-23 1990-10-23 Verfahren zur bearbeitung von grabenflanken in halbleitersubstraten

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4033658A DE4033658A1 (de) 1990-10-23 1990-10-23 Verfahren zur bearbeitung von grabenflanken in halbleitersubstraten

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE4033658A1 true DE4033658A1 (de) 1992-04-30

Family

ID=6416869

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4033658A Withdrawn DE4033658A1 (de) 1990-10-23 1990-10-23 Verfahren zur bearbeitung von grabenflanken in halbleitersubstraten

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE4033658A1 (de)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995005008A2 (de) * 1993-07-29 1995-02-16 Gerhard Willeke Flaches bauelement mit einem gitternetz von durchgangslöchern
DE19741832A1 (de) * 1997-09-23 1999-03-25 Inst Solarenergieforschung Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle und Solarzelle
DE19950378A1 (de) * 1999-10-19 2001-05-10 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Herstellung elektrischer Leiterstrukturen im Nanometerbereich sowie deren Verwendung als impedimetrischer Sensor
WO2002061851A1 (en) * 2001-01-31 2002-08-08 Shin-Etsu Handotai Co.,Ltd. Solar cell and method for producing the same
WO2002061850A1 (fr) * 2001-01-31 2002-08-08 Shin-Etsu Handotai Co.,Ltd. Procede d'obtention d'une cellule solaire et cellule solaire ainsi obtenue
WO2002061848A1 (fr) * 2001-02-01 2002-08-08 Shin-Etsu Handotai Co.,Ltd. Module de cellules solaires et son procede d'installation
WO2002075816A1 (fr) * 2001-03-19 2002-09-26 Shin-Etsu Handotai Co.,Ltd. Pile solaire et son procede de fabrication
DE10103114A1 (de) * 2001-01-24 2002-10-31 Univ Stuttgart Herstellen elektrischer Verbindungen in Substratöffnungen von Schaltungseinheiten mittels gerichteter Abscheidung leitfähiger Schichten
WO2010104890A3 (en) * 2009-03-09 2010-11-04 The University Of North Carolina At Charlotte Efficiency enhancement of solar cells using light management
WO2012006354A1 (en) * 2010-07-07 2012-01-12 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Method for manufacturing a high efficiency solar cell by directional doping
DE102017217120A1 (de) * 2017-09-26 2019-03-28 Mahle International Gmbh Verfahren zum Beschichten von Substraten mit thermoelektrisch aktivem Material
DE102017217116A1 (de) * 2017-09-26 2019-03-28 Mahle International Gmbh Verfahren zum Beschichten von Substraten mit thermoelektrisch aktivem Material

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995005008A3 (de) * 1993-07-29 1995-03-30 Gerhard Willeke Flaches bauelement mit einem gitternetz von durchgangslöchern
US5704992A (en) * 1993-07-29 1998-01-06 Willeke; Gerhard Solar cell and method for manufacturing a solar cell
WO1995005008A2 (de) * 1993-07-29 1995-02-16 Gerhard Willeke Flaches bauelement mit einem gitternetz von durchgangslöchern
JP3398385B2 (ja) 1993-07-29 2003-04-21 ヴィレケ・ゲルハルト 太陽電池の製作方法およびこの方法によって製作された太陽電池
DE19741832A1 (de) * 1997-09-23 1999-03-25 Inst Solarenergieforschung Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle und Solarzelle
US6172297B1 (en) 1997-09-23 2001-01-09 Institut Fur Solarenergieforschung Gmbh Solar cell and method for fabrication of a solar cell
DE19950378A1 (de) * 1999-10-19 2001-05-10 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Herstellung elektrischer Leiterstrukturen im Nanometerbereich sowie deren Verwendung als impedimetrischer Sensor
DE19950378B4 (de) * 1999-10-19 2005-07-21 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung eines impedimetrischen Sensors
DE10103114A1 (de) * 2001-01-24 2002-10-31 Univ Stuttgart Herstellen elektrischer Verbindungen in Substratöffnungen von Schaltungseinheiten mittels gerichteter Abscheidung leitfähiger Schichten
WO2002061851A1 (en) * 2001-01-31 2002-08-08 Shin-Etsu Handotai Co.,Ltd. Solar cell and method for producing the same
US7294779B2 (en) 2001-01-31 2007-11-13 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Solar cell and method for producing the same
WO2002061850A1 (fr) * 2001-01-31 2002-08-08 Shin-Etsu Handotai Co.,Ltd. Procede d'obtention d'une cellule solaire et cellule solaire ainsi obtenue
WO2002061848A1 (fr) * 2001-02-01 2002-08-08 Shin-Etsu Handotai Co.,Ltd. Module de cellules solaires et son procede d'installation
US6963024B2 (en) 2001-02-01 2005-11-08 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Solar cell module and its installing module
US7355114B2 (en) 2001-03-19 2008-04-08 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Solar cell and its manufacturing method
AU2002238953B2 (en) * 2001-03-19 2007-03-29 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd Solar cell and its manufacturing method
WO2002075816A1 (fr) * 2001-03-19 2002-09-26 Shin-Etsu Handotai Co.,Ltd. Pile solaire et son procede de fabrication
US7615391B2 (en) 2001-03-19 2009-11-10 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Solar cell and method of fabricating the same
WO2010104890A3 (en) * 2009-03-09 2010-11-04 The University Of North Carolina At Charlotte Efficiency enhancement of solar cells using light management
US9871158B2 (en) 2009-03-09 2018-01-16 The University Of North Carolina At Charlotte Efficiency enhancement of solar cells using light management
US10522703B2 (en) 2009-03-09 2019-12-31 The University Of North Carolina At Charlotte Efficiency enhancement of solar cells using light management
WO2012006354A1 (en) * 2010-07-07 2012-01-12 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Method for manufacturing a high efficiency solar cell by directional doping
US8664100B2 (en) 2010-07-07 2014-03-04 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Manufacturing high efficiency solar cell with directional doping
DE102017217120A1 (de) * 2017-09-26 2019-03-28 Mahle International Gmbh Verfahren zum Beschichten von Substraten mit thermoelektrisch aktivem Material
DE102017217116A1 (de) * 2017-09-26 2019-03-28 Mahle International Gmbh Verfahren zum Beschichten von Substraten mit thermoelektrisch aktivem Material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19650111B4 (de) Solarzelle mit geringer Abschattung und Verfahren zur Herstellung
EP0548863B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle sowie Solarzelle
DE19522539C2 (de) Solarzelle mit einem, eine Oberflächentextur aufweisenden Emitter sowie Verfahren zur Herstellung derselben
DE69827319T2 (de) Solarzelle und Verfahren zu deren Herstellung
EP0742959B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, sowie nach diesem verfahren hergestellte Solarzelle
DE4310206C2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle aus einer Substratscheibe
DE4202455C1 (de)
DE19741832A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle und Solarzelle
DE2755500A1 (de) Solarzelle und verfahren zu ihrer herstellung
DE19819200B4 (de) Solarzelle mit Kontaktstrukturen und Verfahren zur Herstellung der Kontaktstrukturen
EP2223344A2 (de) Rückkontaktsolarzelle mit grossflächigen rückseiten-emitterbereichen und herstellungsverfahren hierfür
DE3446885A1 (de) Mittels laser gekerbte solarzelle
DE2928923C2 (de)
DE4315959A1 (de) Elektronische Einrichtung mit mikrostrukturierten Elektroden und Verfahren zur Herstellung einer solchen Einrichtung
DE19732624A1 (de) Fotodetektor und Verfahren zu dessen Herstellung
EP0002472B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Aufbringen von dotiertem Halbleitermaterial auf die Oberfläche eines Halbleitersubstrats
DE212022000128U1 (de) Dotierte Bereichenstruktur und diese umfassende Solarzelle, Zellenanordnung und Photovoltaikanlage
DE4033658A1 (de) Verfahren zur bearbeitung von grabenflanken in halbleitersubstraten
DE68917696T2 (de) Verfahren zur herstellung eines infrarotphotodetektors.
DE3540422C2 (de) Verfahren zum Herstellen integrierter Strukturen mit nicht-flüchtigen Speicherzellen, die selbst-ausgerichtete Siliciumschichten und dazugehörige Transistoren aufweisen
EP2543076A2 (de) Verfahren zur dotierung eines halbleitersubstrats und solarzelle mit zweistufiger dotierung
EP1807871B1 (de) Verfahren zur herstellung einer beidseitig lichtempfindlichen solarzelle und beidseitig lichtempfindliche solarzelle
WO2002059981A2 (de) Herstellen elektrischer verbindungen in substratöffnungen von schaltungseinheiten mittels schräg gerichteter abscheidung leitfähiger schichten
DE102007051725B4 (de) Verfahren zur Kontaktierung von Solarzellen
DE4143084A1 (de) Verfahren zur herstellung einer solarzelle sowie solarzelle

Legal Events

Date Code Title Description
8139 Disposal/non-payment of the annual fee