專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制造工藝和半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置的制造工藝和一種半導(dǎo)體裝置。本發(fā)明具體涉及的是一種太陽能電池單元的制造工藝和一種太陽能電池單元。
背景技術(shù)：
在制造半導(dǎo)體裝置時(shí)，特別是在制造太陽能電池單元時(shí)，通過在半導(dǎo)體襯底上采用摻雜或離析技術(shù)生成摻雜區(qū)，與襯底材料結(jié)合，根據(jù)使用目的不同，可以形成Pn結(jié)、pp+ 結(jié)或rm+結(jié)。在光伏元件上，例如太陽能電池單元，pn結(jié)可以起到分離光線射入時(shí)產(chǎn)生的自由載流子的作用。與此相反，PP+結(jié)或rm+結(jié)則為所謂的高低結(jié)，置于金屬觸點(diǎn)下方會提高半導(dǎo)體裝置的接觸性能，另一方面還能夠降低復(fù)合速率，從而提高半導(dǎo)體裝置的效率。半導(dǎo)體裝置的正反兩面均可生成此類結(jié)。例如可通過局部摻雜區(qū)生成，特別是通過局部重?fù)诫s區(qū)，如選擇性發(fā)射極即為此類情況。局部摻雜通常借助激光擴(kuò)散方法來實(shí)現(xiàn)。 典型范例即通過激光點(diǎn)射在置于金屬層下方的半導(dǎo)體襯底上向內(nèi)擴(kuò)散生成鋁合金。此種合金工藝同樣應(yīng)用于在鋁膜和半導(dǎo)體襯底之間通過激光燒結(jié)建立接觸，其觸點(diǎn)即被稱為激光燒結(jié)觸點(diǎn)(LFC)。其它常見的局部摻雜區(qū)生成方法有通過置于半導(dǎo)體襯底上的擴(kuò)散源進(jìn)行局部擴(kuò)散，或穿透擴(kuò)散遮層進(jìn)行局部擴(kuò)散。但是此類工藝一般復(fù)雜且昂貴，因?yàn)樗钄U(kuò)散源價(jià)格高昂或是擴(kuò)散遮層加工工藝復(fù)雜，而且此類工藝的制作過程容許度經(jīng)常很小。此外的另一個(gè)問題是，在完成摻雜步驟之后，還須在摻雜后的半導(dǎo)體襯底上另加一道功能層，例如一道鈍化層、反射層或防反射層。要想在完成后接觸摻雜區(qū)，必須在功能層上制作準(zhǔn)確朝向摻雜區(qū)的接觸開口。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種半導(dǎo)體裝置的制作工藝和一種半導(dǎo)體裝置，其摻雜區(qū)的生成方法經(jīng)濟(jì)高效，尤其針對功能層開口問題，可以盡量準(zhǔn)確對準(zhǔn)摻雜區(qū)或可以準(zhǔn)確調(diào)校。根據(jù)發(fā)明，這一目的通過符合權(quán)利要求1中所述特性的半導(dǎo)體裝置的制造工藝， 以及一個(gè)符合權(quán)利要求14中所述特性的半導(dǎo)體裝置得以實(shí)現(xiàn)。此發(fā)明的其它優(yōu)勢參見從屬權(quán)利要求內(nèi)容。完成此發(fā)明的知識基礎(chǔ)是半導(dǎo)體裝置制造過程中在襯底表面上添加的功能層， 同時(shí)可以為功能層下方的襯底摻雜工序提供摻雜材料，從而生成摻雜區(qū)。添加的這一功能層在制造過程中直到完成起到鈍化作用，并可在完成后作為半導(dǎo)體襯底表面的鈍化層。由功能層提供的摻雜材料在半導(dǎo)體表面的既定位置被壓入半導(dǎo)體襯底，以達(dá)到摻雜襯底的目的。功能層作為鈍化層僅在緊靠半導(dǎo)體表面的非摻雜區(qū)位置保持其鈍化的效果。換句話說，即半導(dǎo)體表面上功能層的一部分作為摻雜材料被壓入襯底，而剩余部分的功能層隨
3后作為鈍化層發(fā)揮作用。鈍化效果在摻雜區(qū)會由于摻雜材料的壓入工序而降低甚至破壞。 也有可能發(fā)生的情況是，摻雜區(qū)的功能層由于壓入工序在一定程度上或徹底被破壞。由功能層構(gòu)成的鈍化層在半導(dǎo)體表面通過化學(xué)和/或場效應(yīng)發(fā)揮鈍化效果。在發(fā)生化學(xué)作用時(shí)，例如自由懸掛鍵(即Dangling Bond) 一類的復(fù)合中心會被鈍化層去除，而發(fā)生場效應(yīng)鈍化作用時(shí)，復(fù)合活性會由于自由載流子被半導(dǎo)體表面排斥而降低。首選制造方式為將摻雜材料從功能層壓入半導(dǎo)體襯底的過程通過能量輸入實(shí)現(xiàn)。能量輸入最好采用局部方式，而且最好僅限于功能層下方需要生成摻雜區(qū)的位置。在適當(dāng)?shù)哪芰枯斎胂拢雽?dǎo)體表面上的半導(dǎo)體襯底會發(fā)生局部熔化，從而使摻雜材料成功擴(kuò)散至熔化的襯底中。根據(jù)需要，將摻雜材料從功能層壓入半導(dǎo)體襯底的過程通過采用激光源來實(shí)現(xiàn)。 此處使用激光點(diǎn)的尺寸或直徑大小應(yīng)大約介于IOnm至IOOnm之時(shí)，理想值介于IOnm至 50nm之間。入射激光通量或能量密度可介于0. 1至lOJ/cm2之間，理想值介于0. 2至2J/ cm2之間，最佳值約介于0. 5至1. 5J/cm2之間。此處使用的激光波長最好應(yīng)大約介于300nm 至1200nm之間，更佳范圍為大約300nm至600nm之間。從優(yōu)勢角度特別是費(fèi)用角度考慮， 可采用可見波長范圍內(nèi)或大約介于400nm至600nm之間的激光。本節(jié)所述的三類激光參數(shù)可互不關(guān)聯(lián)分別選用。理想設(shè)計(jì)是借助能量輸入在功能層上制造一個(gè)開口，在半導(dǎo)體裝置上作為鈍化層的開口使用。通過此方法制造鈍化層開口的優(yōu)點(diǎn)在于，其朝向會對準(zhǔn)或校準(zhǔn)至借助能量輸入生成的摻雜區(qū)，也就是自動完成校準(zhǔn)過程。根據(jù)需要可采用下列制造方式在功能層之上添加一個(gè)接觸層，此接觸層穿過開口在摻雜區(qū)與半導(dǎo)體襯底發(fā)生電接觸。此處的接觸層可采用金屬層，可通過分離法或其它適當(dāng)方法添加于功能層之上，并滲入開口。在摻雜區(qū)生成的同時(shí)也生成一個(gè)接觸開口。首選設(shè)計(jì)形式為摻雜材料在壓入步驟前存在于構(gòu)成功能層材料的化合物中。此化合物最好能夠在輸入能量時(shí)分解，同時(shí)通過能量輸入將分解出來的摻雜材料壓入襯底中。根據(jù)首選設(shè)計(jì)，功能層應(yīng)由金屬氧化物構(gòu)成。例如以氧化鋁(AlOx)構(gòu)成功能層， 或包含摻雜材料鋁的氧化物。在由硅制成的半導(dǎo)體襯底上，鋁擴(kuò)散會生成P型摻雜。其它構(gòu)成功能層的推薦材料例如氧化鈦(TiOx)、氧化鎂(MgOx)或氧化鋅(ZnOx)， 其中鈦、鎂、鋅分別用作摻雜材料，通過擴(kuò)散或壓入半導(dǎo)體襯底以生成摻雜區(qū)。根據(jù)首選設(shè)計(jì)，半導(dǎo)體表面上的半導(dǎo)體襯底在生成功能層之前，其摻雜度與襯底內(nèi)部基本相同。即半導(dǎo)體表面在添加功能層之前未進(jìn)行摻雜并與襯底中的整體摻雜度一致。備選方式是在半導(dǎo)體表面生成功能層之前，可生成一個(gè)或多個(gè)摻雜區(qū)，其摻雜度在從功能層向襯底中壓入摻雜材料時(shí)被局部加強(qiáng)和/或轉(zhuǎn)化。換句話說，在功能區(qū)生成之前，通過諸如對半導(dǎo)體表面的襯底進(jìn)行摻雜和/或?qū)诫s區(qū)分離至半導(dǎo)體表面等方式，在襯底中或襯底上生成摻雜區(qū)。通過摻雜或分離生成的摻雜區(qū)有可能是一個(gè)摻雜層，并最好覆蓋整個(gè)半導(dǎo)體表面。通過壓入使摻雜材料擴(kuò)散入這一個(gè)或多個(gè)摻雜區(qū)，產(chǎn)生局部加強(qiáng)和 /或轉(zhuǎn)化的效果。根據(jù)功能，半導(dǎo)體襯底從整體上是一個(gè)ρ型或η型半導(dǎo)體。其形式例如可以是一個(gè)進(jìn)行了預(yù)摻雜的半導(dǎo)體晶片。上述半導(dǎo)體襯底從整體上是一個(gè)P型或η型半導(dǎo)體的含義是，其表面可能有一層摻雜性質(zhì)相對整體有所增強(qiáng)或反轉(zhuǎn)的薄層。這種情況下，在生成功能層之前，可生成例如ρη結(jié)、ρρ+結(jié)或rm+結(jié)。上文描述的制造工藝主要針對采用半導(dǎo)體襯底制造半導(dǎo)體太陽能電池單元的方法。尤其適用于生產(chǎn)PERC太陽能電池(PERC- “鈍化發(fā)射區(qū)背面電池”)。與其它制造方式相同，這一方法也可以單面或雙面添加功能層并將摻雜材料從功能層壓入下面的半導(dǎo)體襯底中。就半導(dǎo)體太陽能電池單元來說，即光線入射面和/或背向光線入射面的反面。


下文將借規(guī)格范例同時(shí)對照示圖對本發(fā)明加以說明，根據(jù)其半成品產(chǎn)生順序，對制造工序進(jìn)行形象描述。簡要圖示如下圖1絨面半導(dǎo)體襯底；圖2圖1中所示背面帶有功能層的半導(dǎo)體襯底；圖3圖2中所示半導(dǎo)體襯底在完成從功能層局部壓入摻雜材料至襯底的工序之后；圖4由圖3所示半導(dǎo)體襯底制成的一個(gè)正反面接觸的太陽能電池單元。
具體實(shí)施例方式以下將對太陽能電池的制造工藝進(jìn)行闡述。其中工序同樣適用于其它需要進(jìn)行表面鈍化從而提高能效的半導(dǎo)體裝置。圖1中顯示一個(gè)半導(dǎo)體襯底1和一個(gè)將添加功能層的半導(dǎo)體表面11。半導(dǎo)體表面 11所處位置，在用襯底1制成的太陽能電池單元上背向入射光線的一側(cè)。襯底1面向入射光線一側(cè)的另一個(gè)半導(dǎo)體表面12，經(jīng)過絨化處理，在圖中以鋸齒圖形簡化顯示。絨化效果通常采用絨化腐蝕方法來實(shí)現(xiàn)，其目的在于更好地吸收入射光線。下一步在半導(dǎo)體表面11上添加一個(gè)功能層2，可以采用例如化學(xué)或物理分離法， 如CVD或PVD (化學(xué)或物理氣相沉積法)或等離子法(PECVD，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法)來實(shí)現(xiàn)，或者通過原子層沉積法(ALD)。圖2展示了半導(dǎo)體襯底1在背面添加功能層2 后的結(jié)果。從中可見，面向入射光線方向的另外一個(gè)半導(dǎo)體表面12上，添加了另外一個(gè)鈍化層4。同時(shí)在光線入射面的功能層中也可以選擇添加一個(gè)防反射層，以降低入射光線的反射。下一步對半導(dǎo)體表面1進(jìn)行局部激光處理，從而將摻雜材料從功能層2壓入半導(dǎo)體襯底1中。由于摻雜材料滲入襯底1，在激光照射過的區(qū)域發(fā)生半導(dǎo)體材料摻雜，使半導(dǎo)體表面11上出現(xiàn)摻雜區(qū)3。如圖3所示，激光照射的另一個(gè)結(jié)果是在功能層上生成開口 21，其位置將必然對準(zhǔn)生成的摻雜區(qū)3。根據(jù)激光照射的強(qiáng)度和其它因素，摻雜區(qū)3可能會部分延伸至存留的功能層下方。換句話說，摻雜區(qū)3在半導(dǎo)體表面11上的擴(kuò)散范圍，可能大于相對應(yīng)的開口 21。如圖4所示，太陽能電池單元在接下來的接觸步驟中進(jìn)行正反面接觸。在光線入射面的鈍化層4上，以條形金屬形式進(jìn)行正面金屬化處理5，與此同時(shí)，在太陽能電池單元背面的功能層2即鈍化層2上，整體覆蓋接觸層6作為背面金屬化處理。接觸層6侵入鈍化層2上的開口 21，從而與摻雜區(qū)3之間建立起電氣接觸。 如圖所示的制造方式，通過激光將摻雜材料壓入半導(dǎo)體襯底1中，從而生成摻雜區(qū)21，減小半導(dǎo)體襯底1和背面金屬6之間的接觸電阻。負(fù)責(zé)分離載流子的pn結(jié)，則在圖 1至4中未作顯示。通過上文闡述的工藝方法也可制造此類結(jié)，以分離入射光線制造的自由
載流子。
參.照關(guān)系表
1半導(dǎo)體襯底
11半導(dǎo)體表面
12其它半導(dǎo)體表面
2功能層(鈍化層)
21開口
3摻雜區(qū)
4其它鈍化層
5正面金屬化
6接觸層(背面金屬化)
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造工藝，包括下列工序制造半導(dǎo)體襯底(1)；在半導(dǎo)體襯底(1)的一個(gè)半導(dǎo)體表面(11)上生成一個(gè)功能層O)；并通過從功能層O)向半導(dǎo)體襯底(1)中壓入摻雜材料，在半導(dǎo)體表面(11)上生成至少一個(gè)摻雜區(qū)(3)，同時(shí)功能層(2)應(yīng)在半導(dǎo)體裝置制造完成后能夠作為鈍化層起到鈍化半導(dǎo)體表面 (11)的作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造工藝，其特征在于，將摻雜材料從功能層( 壓入半導(dǎo)體襯底(1)的過程通過能量輸入來實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造工藝，其特征在于，將摻雜材料從功能層( 壓入半導(dǎo)體襯底(1)的過程通過局部能量輸入實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造工藝，其特征在于，局部能量輸入通過使用一個(gè)激光源來實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4之一所述的制造工藝，其特征在于，借助能量輸入在功能層(2) 上制造一個(gè)開口(21)，在半導(dǎo)體裝置制造完成后作為鈍化層中的鈍化層開口使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造工藝，其特征在于，在功能層( 上添加有一個(gè)接觸層 (6)，此接觸層穿過開口在摻雜區(qū)與半導(dǎo)體襯底(1)發(fā)生電接觸。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的制造工藝，其特征在于，摻雜材料在壓入步驟前存在于構(gòu)成功能層(2)材料的化合物中。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的制造工藝，其特征在于，功能層O)由一種金屬氧化物構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造工藝，其特征在于，功能層O)中包含氧化鋁，并且摻雜材料中包含鋁。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的制造工藝，其特征在于，半導(dǎo)體表面(11)上的半導(dǎo)體襯底(1)在生成功能層( 之前其摻雜度與半導(dǎo)體襯底(1)中的整體摻雜度基本一致。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的制造工藝，其特征在于，在生成功能層( 之前，半導(dǎo)體表面(11)上生成摻雜區(qū)，其摻雜度通過所述從功能層O)向襯底(1)中壓入摻雜材料被局部強(qiáng)化和/或局部轉(zhuǎn)化。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的制造工藝，其特征在于，半導(dǎo)體襯底(1)整體上為一個(gè)P型半導(dǎo)體或η型半導(dǎo)體。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的制造工藝，其特征在于，使用半導(dǎo)體襯底(1)制造半導(dǎo)體太陽能電池單元。
14.一種半導(dǎo)體裝置，包括一個(gè)半導(dǎo)體襯底(1)和所述半導(dǎo)體襯底(1)的半導(dǎo)體表面 (11)上的鈍化層，其中半導(dǎo)體表面(11)上，至少有一個(gè)摻雜區(qū)是通過鈍化層中包含的摻雜材料之一實(shí)現(xiàn)摻雜的。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的一種制造工藝，其中包括下列工序制造半導(dǎo)體襯底(1)；在半導(dǎo)體襯底(1)的一個(gè)半導(dǎo)體表面(11)上生成一個(gè)功能層(2)；通過從功能層(2)向半導(dǎo)體襯底(1)中壓入摻雜材料，在半導(dǎo)體表面(11)上生成至少一個(gè)摻雜區(qū)(3)，同時(shí)功能層(2)應(yīng)在半導(dǎo)體裝置制造完成后能夠作為鈍化層起到鈍化半導(dǎo)體表面(11)的作用。同時(shí)本發(fā)明還涉及一個(gè)半導(dǎo)體裝置。
文檔編號H01L31/0224GK102376822SQ20111022512
公開日2012年3月14日 申請日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者伯納德·克勞德, 史蒂芬·博丁, 皮特·恩格爾哈特, 馬克西米蘭·使?fàn)柗?申請人:Q-電池公司