Elektronika 2011-06 II.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych ...

I. Chemiczne trawienie i teksturyzacja powierzchniPłytki krzemu mc-Si i Cz-Si otrzymane od producenta posiadajązdefektowaną warstwę powierzchniową do głębokości ~5 µm, powstałą wskutek cięcia piłą diamentową lub drutową.Obustronne usunięcie warstwy zdefektowanej jest wykonywanew procesie trawienia chemicznego w roztworze KOH.W celu redukcji współczynnika odbicia R refna powierzchnipłytki wytwarzana jest tekstura. W przypadku Cz-Si teksturyzacjapowierzchni wykonywana jest w procesie chemicznymw temperaturze 80 o C w czasie 30 min. w roztworze KOH:IPA:H 2O, natomiast procesy teksturyzacji płytek mc-Si są wykonywanena bazie roztworów kwasowych HF:HNO 3:H 2O. W następnymetapie, mającym na celu usunięcie zanieczyszczeńorganicznych, metalicznych i tlenków naturalnych płytki Si sąumieszczane w kąpielach, odpowiednio w roztworach H 2SO 4,HCl i HF. Pomiędzy każdym z kolejnych etapów następujeich płukanie w wodzie dejonizowanej o rezystywności nie niższejjak 5 MΩcm. Odczynniki używane do procesów musząbyć klasy czystości chemicznej cz.d.a. Z racji na stosowanew procesach rodzaje roztworów chemicznych płytki umieszczasię w kasetach teflonowych.Procesy chemiczne wykonywane przed procesem wytwarzaniazłącza p-n mają na celu usunięcie warstwy zdefektowanej,wytworzenie tekstury powierzchniowej, redukującejwspółczynnik odbicia od powierzchni krzemu, a także oczyszczeniepowierzchni z wszelkich zanieczyszczeń i tlenków. Takprzygotowana płytka Si jest umieszczana w reaktorze piecadyfuzyjnego.Rys. 12. Przygotowane do procesów chemicznych płytki krzemu ułożone w kasetachteflonowych (a) i proces chemicznego trawienia (b)Rys. 13. Płytka krzemu mc-Si o powierzchni 25 cm 2 po procesie teksturyzacji w roztworzeKOH (a), mikrofotografia obszaru pomiędzy ziarnami (b), mikrofotografia mc-Si poprocesie teksturyzacji w roztworze HF:HNO 3:H 2O (c), płytka Cz-Si o orientacji krystalograficznejpowierzchni (100) otrzymana od producenta z fragmentem powierzchni poprocesie teksturyzacji w roztworze KOH (d), mikrofotografia tekstury (e)II. Dyfuzja domieszki fosforowej i wytworzenie złączatypu p-nZłącze półprzewodnikowe w krzemie bazowym o przewodnictwietypu p wytwarzane jest w wyniku dyfuzji do płytki Siatomów fosforu, pochodzących z tlenochlorku fosforu POCl 3.Jest to jeden z najważniejszych etapów wytwarzania ogniwa,od którego zależy profil koncentracji domieszki, co bezpośredniowpływa na proces generacji i rekombinacji nośników prąduoraz na rezystancję szeregową kontaktu elektrody przedniejdo krzemu. Płytki Si w kasecie kwarcowej umieszcza sięw grzanym reaktorze kwarcowym do którego dostarcza sięgaz ochronny N 2i gazy reakcyjne POCl 3, O 2.W temperaturzepowyżej 800 o C, w obecności tlenu, następuje rozkład POCl 3i na powierzchni Si tworzy się jednocześnie szkliwo krzemowo-fosforowexSiO 2∙yP 2O 5(PSG), które stanowi dalej miejscoweźródło fosforu, dyfundującego do krzemu. Proces tenzachodzi zgodnie z zależnościami [55]:4POCl 3+ 3O 2→ 2P 2O 5+ 6Cl 2(18)2P 2O 5+ 5Si → 5SiO 2+ 4P (19)Podczas dyfuzji atmosfera domieszkująca musi być uzupełnianatlenem, aby ciśnienie cząsteczkowe P 2O 5byłodostateczne do wysycenia PSG atomami fosforu. W wynikuprocesu dyfuzji część atomów domieszki nie zajmujew strukturze krystalicznej krzemu położeń podstawienio-wych, natomiast zajmuje położeniamiędzywęzłowe, tworząc tym samymwarstwę nieaktywną elektrycznietzw. warstwę martwą [56, 57].Wpływ na koncentrację i profil domieszkiw procesie dyfuzji ma temperatura,czas i koncentracja gazówreakcyjnych. Jak wynika z rozkładówdomieszki typu n, przedstawionychna rys. 15, położenie złączadla R ρ= 40 Ω/□ jest na głębokościok. 0,6 µm od powierzchni płytki,w którym to miejscu następuje zmianatypu przewodnictwa. Pomiar rezystancjiwarstwowej, wykonywanymetodą sondy czteroostrzowej, jestpomiarem kontrolnym po każdymprocesie dyfuzji i dostarcza nie tylkoinformacji o wartości R ρ,ale takżeo jednorodności rozkładu domieszkina całej powierzchni płytki Si.Większość producentów wykonujeobecnie domieszkowanie obszarutypu n o wartości R ρna poziomie40…50 Ω/□, przy czym szybki rozwójtechnologii wytwarzania past i realizacjiprocesów metalizacji kontaktówelektrody przedniej pozwala już nawytworzenie ogniwa w technologiigrubowarstwowej dla R ρ~ 80 Ω/□.Domieszkowanie w procesie dyfuzjizachodzi ze wszystkich stron płytki.Eliminację zwarcia na krawędziachw technologii grubowarstwowej ogniwwykonuje się w procesie chemicznegotrawienia krawędzi, odcinaniemkrawędzi za pomocą laseralub trawieniem w plazmie.Elektronika 6/2011 81