Elementverteilung des Absorbers

Die Untersuchungen des unkristallisierten Siliziumabsorbers, der im PECVD-Verfahren hergestellt wurde (siehe Kapitel 6.2.2), zeigen Verunreinigungen von Chlor, Sauerstoff und Eisen im 1%-Bereich. Die Eisenverunreinigungen resultieren hierbei größtenteils aus der Anfangsphase des Prozesses und las-sen sich durch geringere PECVD-Prozesstemperaturen weiter reduzieren.

Tabelle 6.5 zeigt, dass auch nach der Kristallisation die Chlor- und Eisen-konzentration an der Oberfläche im Mittel unter der Nachweisgrenze liegt.

Tabelle 6.5.: Oberflächenverunreinigungen von PECVD-abgeschiedenem Si-lizium vor und nach der Kristallisation.

Probe Temperatur O N C Cl Fe

# ^◦C At.% At.% At.% At.% At.%

HT185e1 500 vor ERA 15,9 0,1 7,0 <0,1 <0,1 HT185a 500 nach ERA 6,1 <0,1 6,3 <0,1 <0,1

Die Elementverhältnisse wurden mittels XPS an der mit Argonionen ge-reinigten Probenoberfläche bestimmt. Da die Elementbestimmung an der Oberfläche durchgeführt wurde, ist der Sauerstoff- und Kohlenstoffanteil, bedingt durch das Ausschleusen, verhältnismäßig hoch. Es ist jedoch er-kennbar, dass dieser Anteil nach der Kristallisation merklich abnimmt. Die EDX-Analyse von kristallisierten Absorbern, die mit dem LPCVD- und PVD-Verfahren abgeschieden wurden, zeigt im Bereich der Nachweisgrenze von <0,1% keine erkennbaren Verunreinigungen. Aus den in Abbildung 6.38 gezeigten Spektren ist hauptsächlich Kohlenstoff als potenzielle Verunreini-gung zu erkennen. Es liegt jedoch nahe, dass diese Spitzen im Spektrum auf indirekte Anregungen der unter dem Silizium befindlichen Schichten zurück-zuführen sind. Die Kohlenstoffspitze der Probe HTD13 wird wahrscheinlich durch das SiC verursacht, wohingegen bei Probe X27,2b zu dem SiC ei-ne Sauerstoffspitze aus der SiO2 Schicht hinzu kommt. Etwaige metallische Verunreinigungen oder Chlor werden, prinzipbedingt durch die Abscheide-verfahren, bei den Absorbern aus dem LPCVD- und PVD-Verfahren nicht beobachtet.

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

(a) Probe HTD13: Corning1737/SiC/5µm PVD-Silizium

(b) Probe X27,2b: Corning1737/SiO2/SiC/7µm LPCVD-Silizium

Abbildung 6.38.: EDX-Spektren von der Oberfläche kristallisierter Siliziumabsorber.

Aufschluss über die Verteilung von Verunreinigungen in Abhängigkeit der Tiefe liefern die in Abbildung 6.39 dargestellten SIMS-Tiefenprofile. Der Fokus lag in diesem Fall auf Verunreinigungen, die durch den Kristallisa-tionsprozess vom Glas in den Absorber gelangen. Hierbei sind sowohl Alu-minium als auch Bor und Barium die metallischen Hauptbestandteile der Gläser, die eine Verunreinigung der LPCVD-abgeschiedenen Absorber ve-rusachen können. Das Spektrum der Probe HT228 zeigt deutlich erkennbare Verunreinigungen durch die im Glas enthaltenen Metalle Bor, Barium und Aluminium. Es kann also davon ausgegangen werden, dass die zum Zweck der Diffusionsbarriere aufgebrachte SiO2-Schicht und die Phosphoroschicht während der Kristallisation keinen ausreichenden Schutz vor den Verunrei-nigungen aus dem Glas bieten. Im Absorber von Probe X7c hingegen liegen die Verunreinigungen von Barium und Aluminium unterhalb der Nachweis-grenze des Massenspektrometers. Die zusätzlich aufgebrachte SiC-Schicht erfüllt hinsichtlich dieser Verunreinigungen ihren Zweck. Erstaunlicherweise ist das Konzentrationsniveau von Bor bei Probe X7c auf einem ähnlichen Ni-veau wie bei HT228, was auf eine Durchlässigkeit von SiC gegenüber diesem Stoff hindeutet. In Hinblick auf den bei X7c und HT228 verwendeten Do-tierstoff Phosphor, der durch die Kristallisation aus dem Phosphorofilm ge-löst wurde, bedeutet die ähnliche Konzentration an Bor eine weitestgehende Kompensation der Dotierung. Aus diesem Grund wurde im weiteren Verlauf die Absorberdotierung auf Bor umgestellt. In Darstellung (a) ist neben den Verunreinigungen durch das Glassubstrat auch das sich aus dem Phospho-rofilm und der Kristallisation einstellende Phosphor-Dotierprofil erkennbar.

Die zum Substrat hin ansteigende Dotierstoffkonzentration zeigt eine

ge-0 1 2 3 4 5

(a) Probe HT228: Schichtpaket Corning 1737/SiO2/Phosphoro/c-Si

0 1 2 3 4 5

Si Phosphoro SiC SiO2

Al

(b) Probe X7C: Schichtpaket Eagle XG/SiO²/SiC/Phosphoro/c-Si

Abbildung 6.39.: SIMS-Tiefenprofile von kristallisierten Schichtpaketen mit Siliziumabsorber aus dem LPCVD-Prozess.

eignete Implementierung eines Rückseitendriftfeldes. Das sich einstellende Dotierprofil deckt sich bezüglich Form und Konzentration im Wesentlichen mit den Überlegungen aus Kapitel 4.3.5, wobei das Rückseitendriftfeld tiefer eindiffundiert ist als erwartet. Eine möglicherweise durch die Diffusionsbar-riere begünstigte Verunreinigung ist das in (b) dargestellte Sauerstoffkon-zentrationsprofil. Hierbei ist abschließend nicht geklärt, ob der Sauerstoff aus dem Substrat stammt oder der Absorber schon vor der Kristallisation eine ähnlich hohe Konzentration besaß.

Dekorierte Korngrenzen

Aus dem XPS-Tiefenprofil des unkristallisierten, PECVD abgeschiedenen Absorbers hat sich ergeben, dass sich der hauptsächliche Anteil an Eisen-verunreinigungen in der Grenzfläche zwischen Diffusionsbarriere und Silizi-um befindet. Das Profil wurde bereits in Kapitel 6.2.2 diskutiert. Das EDX-Spektrum nach Abbildung 6.40 zeigt, dass sich auch nach der Kristallisation in den einkristallinen Körnern (Pos. A) keine nachweisbaren Eisenverunrei-nigungen befinden.

(a) REM-Aufnahme der Oberfläche mit Analyse-positionen

HT212a Bereich A

HT212a Bereich B

(b) Resultierendes Spektrum zeigt Fe-Verunreinigungen an der Korngrenze

Abbildung 6.40.: EDX-Spektrum von kristallisiertem PECVD-Silizium auf dem Kristall A und an der Korngrenze B.

Das an Pos. B bestimmte Spektrum an der Korngrenze zeigt jedoch eine nachweisliche Eisenkonzentration, was den Schluss zulässt, dass Eisen wäh-rend der Kristallisation und Erstarrung bevorzugt an den Korngrenzen aus der Tiefe an die Oberfläche transportiert wird. Die überstrahlende Helligkeit der Korngrenzen in der REM-Aufnahme deutet auf eine höhere elektrische

Leitfähigkeit hin und ist damit ein weiteres Zeichen für metallische Ver-unreinigungen. Die Auswirkungen auf die elektrischen Eigenschaften durch die mit Eisen dekorierten Korngrenzen sind neben des Herabsetzens der Lebensdauer ein paralleler Kurzschluss der einkristallinen Körner.