KR101161210B1 - Method for forming emitter of solar cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지의 에미터 형성방법에 관한 것이다. 본 발명은 먼저 텍스처링된 p-타입 실리콘 기판에 대해 p-타입 도펀트인 붕소의 확산 계수를 증가시키기 위해 수증기(H2O) 등이 포함된 분위기에서 장시간 습식 산화시킨다. 그러면, 'POCl3' 분위기에서 에미터를 형성하는 기존 공정에 비해 상대적으로 두꺼운 산화물층이 형성됨과 아울러 붕소의 디플리션(depletion) 현상으로 에미터층을 형성할 수 있다. 따라서 상기 텍스처링된 p-타입 실리콘 기판 표면에서의 전체적인 불순물 양을 감소시킬 수 있다. 이는 불순물 함유량이 많이 포함된 저급의 실리콘 기판을 사용하여 에미터층을 형성하더라도 그 에미터 부근에서 불순물의 양이 감소하기 때문에, 상용화가 가능한 특성 효율을 가지는 태양전지를 제조할 수 있는 이점이 있다. 또 본 발명은 상기 수증기(H2O) 등이 포함된 분위기에서 다소 순도가 높은 p-타입 실리콘 기판에 에미터를 형성할 경우에는 p-타입 실리콘 기판의 면 저항이 높아지게 되는데, 이때에는 상기한 수증기(H2O) 등이 포함된 분위기와 인의 확산을 동시에 실시하여 면 저항을 감소시키도록 한다. 그리고 수증기(H2O) 등이 포함된 분위기와 인의 확산을 동시에 수행하여 에미터층을 형성할 경우 붕소의 디플리션(depletion) 현상이 과도하게 발생하더라도 에미터층 형성 이후에 수소 분위기가 제거된 열처리 공정을 통해 해결한다.The present invention relates to a method of forming an emitter of a solar cell. The present invention first wet-oxidizes a long time in an atmosphere containing water vapor (H 2 O) or the like to increase the diffusion coefficient of boron, which is a p-type dopant, on a textured p-type silicon substrate. Then, the oxide layer is formed relatively thicker than the conventional process of forming the emitter in the 'POCl 3 ' atmosphere, and the emitter layer may be formed by a depletion phenomenon of boron. Thus, it is possible to reduce the overall amount of impurities on the textured p-type silicon substrate surface. This reduces the amount of impurities in the vicinity of the emitter even when the emitter layer is formed by using a low-grade silicon substrate containing a large amount of impurity, so that there is an advantage in that a solar cell having a commercially available characteristic efficiency can be manufactured. In addition, in the present invention, when the emitter is formed on a somewhat high purity p-type silicon substrate in an atmosphere including water vapor (H 2 O), the sheet resistance of the p-type silicon substrate is increased. At the same time, diffusion of phosphorus and atmosphere containing water vapor (H 2 O) may be performed to reduce surface resistance. When the emitter layer is formed by simultaneously performing diffusion of phosphorus with an atmosphere including water vapor (H 2 O), even if boron depletion occurs excessively, a heat treatment in which the hydrogen atmosphere is removed after the emitter layer is formed Solve it through the process.
태양전지, 실리콘 기판, 습식 산화, 인, 붕소 디플리션, 게터링 Solar Cells, Silicon Substrates, Wet Oxidation, Phosphorus, Boron Depletion, Gettering
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 특히 붕소(boron)/인(phosphorous) 등의 불순물 함유량이 많은 저급의 실리콘 기판을 이용하더라도 에미터층 근처의 불순물 양을 감소시켜 에미터를 형성하는 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
일반적으로, 실리콘 태양전지의 기판은, 실리콘 표면의 빛의 흡수를 증가시키기 위하여 표면의 빛 포획(Light Trapping) 구조를 가지는 p-형 실리콘 기판이 주로 많이 사용된다. 상기 p-형 실리콘 기판은 붕소 및 인 등의 불순물 등이 함유되어 있다. In general, a substrate of a silicon solar cell is mainly used a p-type silicon substrate having a light trapping structure of the surface in order to increase the absorption of light on the silicon surface. The p-type silicon substrate contains impurities such as boron and phosphorus.
상기 p-형 실리콘 기판을 이용하여 태양전지를 제조하기 위해서는 p형(또는 n형) 기판에 n형(또는 p형) 불순물을 도핑(emitter)하여 p-n 접합을 형성해야 한다. 즉 p-형 실리콘 기판을 이용한 태양전지의 제조방법에 있어서는 먼저 실리콘 기판의 표면에 에미터 접합을 해야하는데, 이때 n-형 도펀트인 인을 주입하는 방법을 주로 사용하였다. In order to manufacture a solar cell using the p-type silicon substrate, a p-n junction should be formed by doping n-type (or p-type) impurities to a p-type (or n-type) substrate. That is, in the method of manufacturing a solar cell using a p-type silicon substrate, first, an emitter junction should be applied to the surface of the silicon substrate. At this time, a method of injecting phosphorus, which is an n-type dopant, was mainly used.
도 1에는 일반적인 인 주입방식에 의해 에미터(emitter) 층을 형성하는 공정이 도시되어 있다. 1 shows a process of forming an emitter layer by a general phosphorus injection method.
도 1을 보면, 일단 p-타입 실리콘 기판을 도핑원소인 'POCl3(옥시염화인)' 분위기에 공급한 후 온도를 높이고(①), 온도가 안정화되게 한다(②). 이때의 온도는 대략 900℃의 고온이다. Referring to Figure 1, once the p-type silicon substrate is supplied to the doping element 'POCl 3 (phosphorus oxychloride)' atmosphere to increase the temperature (①), the temperature is stabilized (②). The temperature at this time is a high temperature of approximately 900 ° C.
그리고 상기 'POCl3'분위기에 상기 p-타입 실리콘 기판이 노출되면, 실리콘 기판의 실리콘과 ''POCl3'이 반응하여 상기 실리콘 기판 표면에는 PSG(Phosphor-Silicate Glass)층이 형성된다(③). 이후 열처리 공정이 진행되면 상기 PSG층의 인 불순물이 상기 실리콘 기판내로 확산되면서 p-n 접합하여 에미터층을 형성하게 된다(④). 이후 온도가 낮춰지고(⑤), 다음 공정을 위해 이송되게 된다(⑥). 이 방법은 에미터층을 형성함과 동시에 상기 p-타입 실리콘 기판 내부에 존재하는 불순물을 제거하는 PDG(phosphorous diffusion gettering) 까지 같이 수행할 수 있는 이점이 있다. When the p-type silicon substrate is exposed to the 'POCl 3 ' atmosphere, silicon and '' POCl 3 'of the silicon substrate react to form a PSG (Phosphor-Silicate Glass) layer on the surface of the silicon substrate (③). . Subsequently, when the heat treatment process is performed, phosphorus impurities of the PSG layer are diffused into the silicon substrate, thereby forming an emitter layer by pn bonding (④). The temperature is then lowered (⑤) and transferred for the next process (⑥). This method has the advantage that it can be performed together with phosphorus diffusion gettering (PDG) to remove impurities present in the p-type silicon substrate while forming an emitter layer.
하지만, 'POCl3' 분위기에서 에미터를 형성하는 방법에는 다음과 같은 문제점이 있다. However, the method of forming the emitter in the 'POCl 3 ' atmosphere has the following problems.
즉, 붕소/인 불순물 함유량이 많은 p-타입 실리콘 기판을 사용하여 에미터 층을 형성할 경우, 상기 형성된 에미터 층 근처에서 불순물 농도가 과도하게 증가하는 문제가 있다. That is, when the emitter layer is formed using a p-type silicon substrate having a high boron / phosphorus impurity content, the impurity concentration is excessively increased near the formed emitter layer.
즉 도 2는 일반적인 P 디퓨전 공정 적용시 실리콘 기판 단면의 불순물 농도를 보인 그래프로서, '1'은 붕소 농도분포, '2'는 인 농도분포, '3'은 순 도핑(Net doping) 농도분포, 'Xj'는 접합깊이이다. 2 is a graph showing the impurity concentration in the cross section of the silicon substrate when the P diffusion process is applied, '1' is the boron concentration distribution, '2' is the phosphorus concentration distribution, '3' is the net doping concentration distribution, 'X j ' is the junction depth.
그래프를 보면, 'POCl3' 분위기에 의해서 인의 농도는 높아지는 반면, 붕소는 실리콘 기판에서 산화막으로 빠져나가긴 하지만 확산계수가 느리기 때문에, 빠져나가는 붕소의 양이 많지 않다. 이는 인 확산공정으로 확산된 n-타입이 에미터층에서 p-타입 불순물인 붕소는 전도도에 기여하지 못하는 단지 결함으로 작용하게 되어 재결합 속도를 빠르게 하는 요인이 된다. 따라서 실리콘 기판의 내부영역, 즉 벌크(bulk) 영역에서 소수 캐리어의 수명이 감소하는 문제를 초래한다.The graph shows that while the concentration of phosphorus is increased by the 'POCl 3 ' atmosphere, boron escapes from the silicon substrate to the oxide film, but the diffusion coefficient is slow, so the amount of boron that escapes is not high. This is because the n-type diffused by the phosphorus diffusion process, boron, which is a p-type impurity in the emitter layer, acts as a defect that does not contribute to conductivity, thereby causing a high recombination rate. This causes a problem in that the lifetime of minority carriers is reduced in the inner region of the silicon substrate, that is, the bulk region.
또한, 상기 p-타입 실리콘 기판 표면에 PSG 층이 형성되지만, 상기 형성되는 PSG층의 두께는 일반적으로 약 50㎚ 정도로 매우 얇게 형성되고 있는 실정이다. 이에 따라 실리콘 기판 내부에 존재하는 불순물이 상기 PSG 층으로 빠져나가는 게터링(gettering) 효과가 충분하게 나타나지 않게 된다. In addition, although the PSG layer is formed on the surface of the p-type silicon substrate, the thickness of the PSG layer formed is generally about 50 nm. As a result, a gettering effect in which impurities existing in the silicon substrate escape to the PSG layer does not appear sufficiently.
따라서 본 발명의 목적은 불순물 함유량이 상대적으로 많은 실리콘 원료로 만들어진 실리콘 기판을 이용하더라도 에미터층 근처의 불순물을 줄일 수 있도록 하는 것이며, 편석 계수가 작아 제거하기가 어려운 불순물들을 제거하지 않고 제작한 저급의 실리콘 기판으로 상용화가 가능한 태양전지의 효율 특성을 제공하기 위한 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to reduce impurities near the emitter layer even when using a silicon substrate made of a silicon raw material having a relatively high impurity content. It is to provide efficiency characteristics of a solar cell that can be commercialized as a silicon substrate.
본 발명의 다른 목적은 실리콘의 습식 산화에 의해 비교적 두꺼운 PSG 층을 형성하여 실리콘 기판 내부에 존재하는 금속 불순물들이 PSG 층으로 빠져나가는 게터링(gettering) 효과를 보다 증가시키기 위한 것이다. Another object of the present invention is to form a relatively thick PSG layer by wet oxidation of silicon to further increase the gettering effect in which metal impurities present in the silicon substrate escape to the PSG layer.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 수증기(H2O) 등이 포함된 분위기에서 텍스처링된 p-타입 실리콘 기판을 습식 산화시키는 습식 산화단계; 상기 습식 산화에 의해 상기 p-타입 도펀트인 붕소의 농도가 상기 p-타입 실리콘 기판에 포함된 인의 농도 이하가 되도록 하면서 산화물층과 에미터층을 형성하는 산화물층/에미터층 형성단계; 상기 산화물층/에미터층이 형성되면, 수소 분위기에서 상기 습식 산화시의 온도보다 낮은 온도로 열처리를 수행하는 열처리 수행단계; 그리고, 상기 산화물층을 제거하는 산화물층 제거단계;를 포함하여 구성된다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, a wet oxidation step of wet oxidizing a textured p-type silicon substrate in an atmosphere containing water vapor (H 2 O) and the like; An oxide layer / emitter layer forming step of forming an oxide layer and an emitter layer while causing the concentration of boron, the p-type dopant, to be less than the concentration of phosphorus included in the p-type silicon substrate by the wet oxidation; A heat treatment step of performing heat treatment at a temperature lower than that of the wet oxidation in a hydrogen atmosphere when the oxide layer / emitter layer is formed; And an oxide layer removing step of removing the oxide layer.
여기서, 상기 습식 산화단계는, 상기 p-타입 도펀트인 붕소의 확산 계수를 크게 하여 상기 붕소의 디플리션 현상이 가속화되도록 하는 것이다.Here, the wet oxidation step is to increase the diffusion coefficient of the boron that is the p-type dopant to accelerate the deflation phenomenon of the boron.
또, 상기 수증기(H2O) 등이 포함된 분위기에 의해 에미터 형성 공정시, 상기 인의 농도가 낮게 되어 면저항이 크게 되면, 상기 수증기(H2O)에 'POCl3'분위기를 추가하여 면저항을 조절하도록 한다.In addition, when the emitter is formed by an atmosphere containing water vapor (H 2 O) or the like, when the phosphorus concentration is low and the sheet resistance is increased, the surface resistance is added by adding a 'POCl 3 ' atmosphere to the water vapor (H 2 O). To adjust.
또, 상기 수증기(H2O)에 'POCl3'분위기를 추가하여 에미터 형성시, 상기 p-타입 실리콘 기판의 표면에서 p-타입 도펀트인 붕소의 디플리션 현상이 과도하게 발생하면, 상기 에미터가 형성된 다음의 열처리 공정에서 수소 분위기는 제거하고 열처리만을 수행하도록 한다.In addition, when an emitter is formed by adding a 'POCl 3 ' atmosphere to the water vapor (H 2 O), if excessive depletion of boron, a p-type dopant, occurs on the surface of the p-type silicon substrate, In the heat treatment process after the emitter is formed, the hydrogen atmosphere is removed and only the heat treatment is performed.
본 발명에서는, 불순물 함유량이 많은 실리콘 원료로 만들어진 p-타입 실리콘에 에미터층을 형성하는 경우 텍스처링된 p-타입 실리콘 기판을 수증기(H2O) 등이 포함된 분위기에서 장시간 습식 산화시킴으로써, 종래 'POCl3' 분위기에서 에미터를 형성하는 공정보다 산화물층이 더 두껍게 형성되면서 p-타입 도펀트인 붕소의 디플리션 현상을 가속화시키고 있다. 또 습식 산화공정으로 에미터를 형성할 때 에미터의 면 저항이 높은 경우에는 수증기(H2O)에 'POCl3' 분위기를 추가하여 PSG 층을 형성한 후 면 저항을 감소시키고, 만약 이때 붕소 디플리션이 과도하게 발생하면, 에미터층이 형성된 다음에 열처리 공정만을 수행하여 붕소 디플리션 현상을 억제함으로써, 전체적으로 에미터층 근처의 불순물 양을 감소시키고 있다. 따라서, 기존의 'POCl3' 분위기에서 에미터를 형성하는 공정보다 보다 적은 양으로 도핑을 할 수 있고, 두꺼운 산화물층으로 인해 게터링 효과가 향상되게 된다. According to the present invention, when the emitter layer is formed on p-type silicon made of a silicon raw material having a large amount of impurities, the textured p-type silicon substrate is wet-oxidized for a long time in an atmosphere containing water vapor (H 2 O). The oxide layer is formed thicker than the process of forming an emitter in POCl 3 'atmosphere, accelerating the depletion of boron, a p-type dopant. When the emitter is formed with a wet oxidation process, if the emitter has a high surface resistance, the surface resistance is reduced after adding a 'POCl 3 ' atmosphere to the water vapor (H 2 O) to form a PSG layer. If excessive depletion occurs, the boron depletion phenomenon is suppressed by performing only the heat treatment process after the emitter layer is formed, thereby reducing the amount of impurities near the emitter layer as a whole. Therefore, the doping may be performed in a smaller amount than the process of forming an emitter in the existing 'POCl 3 ' atmosphere, and the gettering effect is improved due to the thick oxide layer.
이러한 효과로 인하여 본 발명에서는 불순물 함유량이 많은 저급의 실리콘 기판으로도 충분히 상용화가 가능한 효율 특성을 보이는 태양전지를 제조할 수 있는 장점이 있다.Due to this effect, the present invention has an advantage of manufacturing a solar cell exhibiting efficiency characteristics that can be sufficiently commercialized even on a low-grade silicon substrate having a large amount of impurities.
이하 본 발명의 태양전지의 에미터 형성방법의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예에서는 붕소 도핑된 p-타입 실리콘 기판을 예를 들어 설명한다. Hereinafter, a preferred embodiment of the emitter forming method of the solar cell of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In an embodiment of the present invention, a boron doped p-type silicon substrate is described as an example.
도 3에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에미터 형성방법의 흐름도가 도시되어 있다. 도 3은 인 농도가 높은 p-타입 실리콘 기판의 표면에 n-타입 에미터 접합을 형성할 경우, 습식 산화공정만을 통해 에미터를 형성하는 것이다.3 is a flowchart of a method of forming an emitter according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 3 illustrates that when an n-type emitter junction is formed on a surface of a p-type silicon substrate having a high phosphorus concentration, the emitter is formed only through a wet oxidation process.
도 3을 보면, 우선 태양전지용 실리콘 기판을 세척 및 텍스처링하는 공정이 수행된다(s10). 여기에서 사용되는 실리콘 기판은 6N(99.9999%)급의 순도를 갖는 솔라 그레이드(solar grade) 실리콘 및 4N(99.99%)급의 순도를 갖는 UMG(upgraded metallurgical grade) 실리콘과 같이 붕소/인 등의 불순물 함유량이 많은 실리콘 원료로 만들어진 웨이퍼가 사용된 실리콘 기판이다. 즉 본 발명은 이러한 저급 실리콘 기판을 사용하여 상용화가 가능한 태양전지의 효율 특성이 가능함을 설명하고자 하는 것이다. 하지만 반드시 상기에서 언급하고 있는 실리콘 기판 이외에, 상대 적으로 현재 태양전지의 특성 효율을 제공하도록 사용되고 있는 실리콘 기판보다 불순물 함유량이 많은 실리콘 원료로 만들어진 실리콘 기판이 적용될 수 있다.Referring to FIG. 3, first, a process of washing and texturing a silicon substrate for a solar cell is performed (S10). The silicon substrate used here is an impurity such as boron / phosphorus, such as solar grade silicon having a purity of 6N (99.9999%) and upgraded metallurgical grade (UMG) silicon having a purity of 4N (99.99%). It is a silicon substrate using a wafer made of a high content of silicon raw material. That is, the present invention is intended to explain the efficiency characteristics of a solar cell that can be commercialized using such a lower silicon substrate. However, in addition to the silicon substrate mentioned above, a silicon substrate made of a silicon raw material having a higher impurity content than that of the silicon substrate currently being used to provide the relative efficiency of solar cells can be applied.
상기와 같이 텍스처링된 p-타입 실리콘 기판을 수증기(H2O) 등이 포함된 분위기에서 장시간 습식 산화(Wet oxidation)시킨다(s12). 이와 같이 하는 이유는 p-타입 도펀트인 붕소의 디플리션 현상을 가속화시킴으로써, 결국 p-타입 실리콘 기판에서의 붕소 이탈로서 에미터를 형성하기 위함이다. 참고로, 상기 수증기(H2O) 등이 포함된 분위기는 인(phosphorous)은 포함하지 않은 상태의 분위기를 말한다.The p-type silicon substrate textured as described above is wet-oxidized for a long time in an atmosphere including water vapor (H 2 O) (S12). The reason for doing this is to accelerate the depletion phenomenon of boron, which is a p-type dopant, and eventually form an emitter as boron release from the p-type silicon substrate. For reference, the atmosphere containing the water vapor (H 2 O) and the like refers to the atmosphere of a state that does not contain phosphorus (phosphorous).
상기 p-타입 실리콘 기판이 습식 산화되면, 상기 실리콘 기판의 표면에는 종래 'POCl3' 분위기에서 에미터를 형성하는 기존 공정에 비해 상대적으로 두꺼운 산화물층이 형성된다. 이와 동시에, p-타입 도펀트인 붕소의 디플리션 현상에 따라서 n- 타입 에미터층이 형성된다(s14). When the p-type silicon substrate is wet oxidized, a thicker oxide layer is formed on the surface of the silicon substrate than in the conventional process of forming an emitter in a conventional 'POCl 3 ' atmosphere. At the same time, an n-type emitter layer is formed according to the depletion phenomenon of boron, which is a p-type dopant (s14).
상기 에미터층이 형성되면 상기 습식 산화공정시의 온도보다 낮은 온도의 수소분위기에서 열처리 공정이 수행된다(s16). 상기 열처리 공정은 상기 실리콘 기판의 금속 불순물들(metallic impurities)을 상기 산화물층으로 빠져나가게 하는 게터링 현상을 유도하는 것이다. 이때 상기 열처리 시간은 길수록 불순물이 산화물층으로 외방확산(out- diffusion)되는 현상에 의하여 실리콘 기판 내부의 깊숙한 곳에 위치한 불순물들까지 산화물층으로 빠져나가는 장점이 있다.When the emitter layer is formed, a heat treatment process is performed in a hydrogen atmosphere at a temperature lower than that of the wet oxidation process (s16). The heat treatment process induces a gettering phenomenon that allows the metallic impurities of the silicon substrate to escape to the oxide layer. At this time, the longer the heat treatment time has the advantage that the impurities out into the oxide layer by the phenomenon that the impurities out-diffusion to the oxide layer (out-diffusion) to the deep inside the silicon substrate.
상기 산화물층은 습식 식각법에 의해 제거된다(s20). 이는 후속 공정, 즉 실리콘 질화막을 적층하기 위한 것과, 아울러 상기 산화물층에는 상기 불순물이 함유 되어 있기 때문에, 후속 공정에서의 고온 열처리시 상기 불순물이 다시 실리콘 기판으로 이동할 수 있기 때문이다. The oxide layer is removed by a wet etching method (s20). This is because the impurity may move back to the silicon substrate during the high temperature heat treatment in the subsequent process, that is, for laminating a silicon nitride film, that is, in addition to the oxide layer.
이와 같이 본 실시 예는 불순물 함유량이 많이 포함된 저급의 실리콘 기판을 사용하여 에미터층을 형성하더라도 수증기(H2O) 등이 포함된 분위기에서의 습식 산화에 의해 산화물층이 두껍게 형성되고, p-타입 도펀트인 붕소의 디플리션 현상으로 인하여 에미터 부근에서의 불순물 양이 감소하기 때문에, 상용화가 가능한 특성 효율을 가지는 태양전지를 제조할 수 있다. As described above, in the present embodiment, even when the emitter layer is formed using a lower silicon substrate containing a large amount of impurities, the oxide layer is thickly formed by wet oxidation in an atmosphere containing water vapor (H 2 O), and the like. Since the amount of impurities in the vicinity of the emitter is reduced due to the depletion phenomenon of boron, which is a type dopant, it is possible to manufacture a solar cell having a commercially available characteristic efficiency.
상기 도 3의 습식산화 공정에 의해 에미터층이 형성된 경우, 실리콘 기판 단면에서의 불순물 농도 분포도를 도 4에 도시하고 있다. 도 4에서 '11'은 붕소 농도분포, '12'은 인 농도분포, '13'은 순 도핑(Net doping) 농도분포이고, 'Xj'는 접합깊이이다. 이를 보면, 붕소 도핑된 p-형 실리콘 기판의 표면에서 습식 산화 공정에 따라 붕소의 확산계수가 증가되기 때문에, 'POCl3'분위기에서의 붕소 농도보다 많이 감소됨을 알 수 있다. 즉, p-형 실리콘 기판의 표면에서 불순물 양이 그만큼 줄어들기 때문에, 재결합 속도가 늦춰지게 된다. When the emitter layer is formed by the wet oxidation process of FIG. 3, the impurity concentration distribution in the cross section of the silicon substrate is shown in FIG. In Figure 4 '11' is the boron concentration distribution, '12' is the phosphorus concentration distribution, '13' is the net doping concentration distribution, 'X j ' is the junction depth. This shows that since the diffusion coefficient of boron is increased by the wet oxidation process on the surface of the boron-doped p-type silicon substrate, the concentration of boron in the 'POCl 3 ' atmosphere is significantly reduced. That is, since the amount of impurities on the surface of the p-type silicon substrate is reduced by that amount, the recombination rate is slowed down.
한편, 앞서 설명한 p-타입 실리콘 기판보다 비교적 순도가 높은 p-타입 실리콘 기판의 경우, 상기 수증기(H2O) 등이 포함된 분위기에서 장시간 습식 산화시켜 에미터층을 형성하면, 상기 에미터층의 면저항이 과도하게 크게 될 수 있다. 즉 실리콘 기판에 포함되어 있는 인의 농도가 낮을 경우, 에미터층은 원하는 면저항을 가질 수 없게 된다. 이는 곧 태양전지의 직렬저항을 증가시키게 되어 태양전지의 효율을 저감시키게 된다. On the other hand, in the case of a p-type silicon substrate having a relatively higher purity than the p-type silicon substrate described above, when the emitter layer is formed by wet oxidation for a long time in an atmosphere containing the water vapor (H 2 O) or the like, the sheet resistance of the emitter layer This can be excessively large. In other words, when the concentration of phosphorus contained in the silicon substrate is low, the emitter layer may not have the desired sheet resistance. This will increase the series resistance of the solar cell will reduce the efficiency of the solar cell.
따라서, 이 경우에는 면저항을 낮추기 위해 앞서 설명한 습식 산화공정에 이용된 수증기(H2O)에 'POCl3' 분위기를 추가하여, 인의 농도를 높여야 한다. Therefore, in this case, in order to lower the sheet resistance, the concentration of phosphorus should be increased by adding 'POCl 3 ' atmosphere to the water vapor (H 2 O) used in the above-described wet oxidation process.
이는 도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 에미터 형성방법을 보인 흐름도를 참조하기로 한다. This will be referred to a flowchart showing a method of forming an emitter according to another embodiment of the present invention shown in FIG. 5.
도 5를 살펴보면, 우선 p-타입 실리콘 기판 세척 및 텍스처링한다(s30).Referring to FIG. 5, first, the p-type silicon substrate is cleaned and textured (s30).
그런 다음, 상기 텍스처링된 p-타입 실리콘 기판에 인을 추가로 주입하기 위해 고온의 수증기(H2O)와 'POCl3' 분위기에 상기 텍스처링된 p-타입 실리콘 기판을 노출시킨다(s32). Then, in order to further inject phosphorus into the textured p-type silicon substrate, the textured p-type silicon substrate is exposed to high temperature steam (H 2 O) and 'POCl 3 ' atmosphere (S32).
그러면 상기 p-타입 실리콘 기판의 표면에서 인이 확산하면서 실리콘과 반응하게 되어 산화물층(즉, PSG층)이 형성되고(s34), p-타입 도펀트인 붕소의 디플리션 현상이 가속화되어 에미터층이 형성된다(s36).Then, the phosphor is diffused on the surface of the p-type silicon substrate and reacts with silicon to form an oxide layer (ie, PSG layer) (s34), and the depletion phenomenon of boron, a p-type dopant, is accelerated to emitter layer. Is formed (s36).
상기 에미터층이 형성된 다음에는 상기 습식 산화공정시의 온도보다 낮은 수소분위기에서 열처리 공정이 수행된다(s38).After the emitter layer is formed, a heat treatment process is performed in a hydrogen atmosphere lower than the temperature of the wet oxidation process (s38).
상기 열처리가 수행되면 상기 p-타입 실리콘 기판 표면의 불순물들은 상기 산화물층으로 빠져나가게 된다. When the heat treatment is performed, impurities on the surface of the p-type silicon substrate are released to the oxide layer.
상기 산화물층은 습식 식각법에 의해 제거된다(s40). 상기 산화물층의 제거 이유는 상기 실시 예에서의 제 20 단계와 동일하다.The oxide layer is removed by a wet etching method (s40). The reason for removing the oxide layer is the same as in the twentieth step in the above embodiment.
그와 같이 하면, 인의 농도가 보충되기 때문에 p-타입 실리콘 기판에 형성된 에미터의 면 저항을 감소시킬 수가 있고, 이에 적절한 면 저항을 가지는 에미터층을 형성할 수 있다.By doing so, since the concentration of phosphorus is replenished, the sheet resistance of the emitter formed on the p-type silicon substrate can be reduced, whereby an emitter layer having an appropriate sheet resistance can be formed.
도 6은 도 5와 같이 수증기에 'POCl3' 분위기를 추가하여 에미터층을 형성한 경우 실리콘 기판 단면의 불순물 농도 분포도를 보인 그래프이다. 도 6과 도 4의 그래프를 비교하면, 붕소 농도, 인 농도, 순 도핑농도의 세로축에 변화가 있음을 알 수 있다. FIG. 6 is a graph showing an impurity concentration distribution of a cross section of a silicon substrate when an emitter layer is formed by adding 'POCl 3 ' atmosphere to water vapor as shown in FIG. 5. Comparing the graph of Figure 6 and Figure 4, it can be seen that there is a change in the longitudinal axis of the boron concentration, phosphorus concentration, the net doping concentration.
이와 같이 도 5는 p-타입 실리콘 기판의 인 농도가 낮을 경우, 습식 산화공정에서 수증기(H2O)와 인 확산을 동시에 실시하는 것이다.As shown in FIG. 5, when the phosphorus concentration of the p-type silicon substrate is low, water vapor (H 2 O) and phosphorus diffusion are simultaneously performed in a wet oxidation process.
한편, 상기한 바와 같이 습식 산화공정에서 수증기(H2O)와 인을 첨가하여 에미터를 형성할 때, 붕소 디플리션 현상이 과도하게 발생할 수 있다. 이 경우에는 상기한 열처리 공정에서 단지 수소 분위기는 제거하고 열처리만을 함으로써 해결 가능하다. 이러한 공정 단계가 도 7에 도시되어 있다. Meanwhile, as described above, when the emitter is formed by adding water vapor (H 2 O) and phosphorus in the wet oxidation process, boron depletion may occur excessively. In this case, it can be solved by only removing the hydrogen atmosphere in the above heat treatment step and only heat treatment. This process step is shown in FIG. 7.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 에미터 형성방법을 보인 흐름도이다. 도 7의 실시 예는 도 5의 방법으로 에미터를 형성할 때 붕소 디플리션 현상이 과도하게 발생할 경우 이를 방지하기 위한 방법이다.7 is a flowchart illustrating a method of forming an emitter according to another embodiment of the present invention. 7 illustrates a method for preventing excessive boron depletion when the emitter is formed by the method of FIG. 5.
도 7의 에미터 형성방법도 도 5에서 설명한 에미터 형성방법과 거의 유사하다. 우선 p-타입 실리콘 기판 세척 및 텍스처링한다(s60).The emitter forming method of FIG. 7 is also similar to the emitter forming method described with reference to FIG. 5. First, the p-type silicon substrate is cleaned and textured (s60).
그런 다음, 상기 텍스처링된 p-타입 실리콘 기판에 인을 추가로 주입하기 위해 고온의 수증기(H2O)와 'POCl3' 분위기에 상기 텍스처링된 p-타입 실리콘 기판을 노출시킨다(s62). Then, in order to further inject phosphorus into the textured p-type silicon substrate, the textured p-type silicon substrate is exposed to high temperature steam (H 2 O) and 'POCl 3 ' atmosphere (S62).
그러면 상기 p-타입 실리콘 기판의 표면에서 인이 확산하면서 실리콘과 반응하게 되어 산화물층(즉, PSG층)이 형성되고(s64), p-타입 도펀트인 붕소의 디플리션 현상이 가속화되어 에미터층이 형성된다(s66).Then, phosphorus diffuses on the surface of the p-type silicon substrate and reacts with silicon to form an oxide layer (ie, a PSG layer) (s64), and a depletion phenomenon of boron, a p-type dopant, is accelerated to emitter layer. Is formed (s66).
상기 에미터층이 형성된 다음에는 상기 습식 산화공정시의 온도보다 낮은 수소분위기에서 열처리 공정이 수행된다(s68). 이때 붕소의 디플리션 현상이 과도하게 발생하면, 상기 붕소의 디플리션의 정도를 줄이기 위해 수소분위기는 제거하고 열처리만을 수행한다. 이는 수소 분위기에서는 붕소의 확산 계수가 증가하기 때문에 이를 억제하기 위함이다. After the emitter layer is formed, a heat treatment process is performed in a hydrogen atmosphere lower than the temperature of the wet oxidation process (s68). At this time, if the depletion of boron occurs excessively, in order to reduce the degree of depletion of the boron, the hydrogen atmosphere is removed and heat treatment is performed only. This is to suppress the diffusion coefficient of boron in the hydrogen atmosphere.
이에 따라, 상기 붕소의 디플리션 현상이 완화되기 때문에, 도 7에 도시된 바와 같이 접합깊이 'Xj'는 다소 줄어들게 되어 에미터층의 두께에 변화가 발생한다. Accordingly, since the depletion phenomenon of the boron is alleviated, as shown in FIG. 7, the junction depth 'X j ' is somewhat reduced, resulting in a change in the thickness of the emitter layer.
이후, 산화물층은 습식 식각에 의해 제거된다(s70).Thereafter, the oxide layer is removed by wet etching (s70).
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 실리콘 기판에서의 에미터 접합시, 기본적으로 'POCl3' 분위기에서 습식산화공정을 통해 실리콘 기판 표면에서 p-타입 불순물인 붕소의 디플리션 현상을 유도하여 불순물 양을 감소시킬 수 있고,또 습식산화공정에 따라 산화물이 기존 공정보다 더 두껍게 형성되고 있어 실리콘 기판 내의 불순물을 효과적으로 게터링하게 됨을 알 수 있다. As described above, the present invention induces a depletion phenomenon of boron, a p-type impurity, on the surface of the silicon substrate through a wet oxidation process in the 'POCl 3 ' atmosphere when the emitter is bonded to the silicon substrate. In addition, since the oxide is formed thicker than the conventional process by the wet oxidation process, it can be seen that effectively gettering impurities in the silicon substrate.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다. The scope of the present invention is not limited to the embodiments described above, but is defined by the claims, and various changes and modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the claims. It is self evident.
도 1은 일반적인 에미터 형성방법의 흐름도1 is a flow chart of a general method of forming an emitter
도 2는 도 1의 방법에 의해 에미터 형성시 실리콘 기판 단면의 불순물 농도분포를 보인 그래프FIG. 2 is a graph showing an impurity concentration distribution of a cross section of a silicon substrate when forming an emitter by the method of FIG.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에미터 형성방법의 흐름도3 is a flowchart of a method of forming an emitter according to a preferred embodiment of the present invention.
도 4는 도 3의 방법에 의한 에미터 형성시 실리콘 기판 단면의 불순물 농도 분포를 보인 그래프4 is a graph showing an impurity concentration distribution of a cross section of a silicon substrate when forming an emitter by the method of FIG.
도 5는 도 3의 방법에 인을 추가하여 에미터를 형성하는 방법을 보인 흐름도5 is a flow chart illustrating a method of forming an emitter by adding phosphorus to the method of FIG.
도 6은 도 5의 방법에 의한 에미터 형성시 실리콘 기판 단면의 불순물 농도 분포를 보인 그래프FIG. 6 is a graph showing an impurity concentration distribution of a cross section of a silicon substrate when forming an emitter by the method of FIG.
도 7은 도 5의 방법에서 수소분위기를 제거하고 열처리만을 하여 에미터를 형성하는 방법을 보인 흐름도FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of forming an emitter by removing a hydrogen atmosphere and performing heat treatment only in the method of FIG. 5.
도 8은 도 7의 방법에 의한 에미터 형성시 실리콘 기판 단면의 불순물 농도 분포를 보인 그래프FIG. 8 is a graph showing an impurity concentration distribution of a cross section of a silicon substrate when forming an emitter by the method of FIG.
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