專利名稱：形成硅太陽能電池的背面點接觸結構的方法
技術領域：
本發(fā)明的實施例大體上涉及一種襯底處理，具體而言，涉及一種在硅太陽能電池 上形成點接觸的方法。
背景技術：
已利用諸如絲網印刷的現有技術在太陽能電池背面上形成接觸。在絲網印刷技術 中，通過絲網將鋁膏等印刷到硅襯底的整個背面，隨后在例如700°C至800°C的高溫步驟中 形成電接觸。眾所周知，由單晶硅或微晶硅形成的效率最高的硅太陽能電池被形成為具有在電 池的背面的點接觸結構，而不是在整個表面上的覆蓋式接觸。形成點接觸的現有技術利用 了光刻。涂覆諸如二氧化硅的鈍化電介質層到襯底表面，接著利用光刻圖案化該電介質層， 以在該電介質層中提供開口。除去用于光刻處理的材料后，例如通過汽相沉積所需的金屬 來獲得背面接觸。這種光刻技術是比較昂貴的技術，并且被認為對于太陽能電池的大規(guī)模 生產不夠理想。利用光刻的另一種具體體現是，通過各種已知工藝在接觸之中的局部高摻雜水平 的應用。在摻雜之后，摻雜物質擴散，形成所需的高摻雜區(qū)。接著可例如通過汽相沉積所需 的金屬來形成金屬接觸。在現有技術中采用的再一工藝是，在硅晶片或襯底的整個背面涂覆諸如二氧化硅 的鈍化電介質涂覆層。隨后，在整個表面涂覆鋁層，發(fā)射激光以使鋁穿過電介質熔合到半導 體中。隨后加熱襯底至400°C或更高，以擴散鋁并提供與激光損傷分離的電接觸區(qū)?，F有技術中采用的又一工藝是，在硅襯底的整個背面提供諸如二氧化硅的鈍化電 介質掩模層。隨后利用激光束在二氧化硅掩模層中燒蝕開口，以圖案化二氧化硅掩模層。 在掩?；蜮g化層的圖案化之后，通過掩模層中的開口擴散接觸。大多數的電介質掩模層在 可見光范圍內是透明的，這迫使利用UV激光進行燒蝕，以在掩模層中獲得足夠的吸收。然 而，UV激光的使用是不理想的，這是因為UV激光具有相對低的功率，而強的UV光導致光學 性能的退化，還可能對下層的硅襯底造成損害。圖1示出了說明現有技術中形成到硅太陽能電池的后面或背面的點接觸所采用 的步驟的流程圖。如本領域眾所周知的，正面和背面都應涂覆有鈍化層，以提供高性能的太 陽能電池。然而，還必須形成點接觸摻雜層。因此，如步驟10所示，現有技術工藝中的第一 步驟應為在太陽能電池的背面沉積鈍化層。為了形成到太陽能電池襯底的背面的點接觸 而進行的如步驟10所示的步驟是公知的。眾所周知，為了形成到太陽能電池的背面的點接觸，必須如步驟12所示圖案化掩 模層。該圖案化提供了穿過掩模層的開口。因此，舉例來說，諸如二氧化硅的層應當是阻止 諸如硼的摻雜原子擴散至P型硅襯底的掩模，通過由圖案化形成的開口的摻雜原子的擴散 除外，該圖案化可以通過任何現有技術中公知的技術來完成，例如使用光刻膠、激光燒蝕等 等。隨后，如步驟14所示，通過層中形成的圖案化的開口擴散硼摻雜原子。硼原子的擴散在P型硅襯底中由圖案化提供了開口的區(qū)域提供摻雜的P型區(qū)。隨后，如步驟16所示，從硅晶片或襯底的背面剝離掩模層。在剝離掩模之后，如步驟18所示，沉積鈍化層。在如步驟 18所示沉積鈍化層之后，進行對齊的圖案化步驟，以在再沉積的鈍化層中再次提供開口，再 次提供的開口與如步驟14所示的硼擴散時形成的摻雜區(qū)對齊。在如步驟20所示進行對齊 的圖案化之后，如步驟22所示，給摻雜的P型區(qū)施加金屬接觸。如對于本領域普通技術人 員而言是顯而易見的，根據典型的現有技術工藝，為了提供背面的點接觸，需要多個步驟。因此，希望能夠提供一種工藝，該工藝可以省去使用絲網印刷或光刻的花費，并且 能夠利用對下層的硅不造成損害的激光燒蝕。

發(fā)明內容
一種形成到硅太陽能電池的背面的點接觸的方法，包括用掩模層和激光吸收層 涂覆背面，將激光輻射射向該表面以在該表面中形成開口，隨后通過這些開口施加適當的 摻雜物質。在一實施例中，提供了一種處理襯底的方法，包括在襯底的表面上提供鈍化層； 在鈍化層上提供吸收層；將激光能量射向吸收層的選定區(qū)域，以在吸收層和鈍化層中形成 開口 ；通過這些開口施加摻雜原子，以在硅襯底中提供摻雜區(qū)；以及形成到摻雜區(qū)的電接 觸。在另一實施例中，提供了一種處理襯底的方法，包括通過等離子體沉積工藝在襯 底的表面上沉積電介質層；提供具有預定波長的激光能量源；在電介質層上沉積材料層， 該材料層對該預定波長是不透明的；會聚激光能量到材料層的選定區(qū)域上，以在材料層和 電介質層中形成開口 ；使襯底的表面經受包含摻雜離子的等離子體，以在硅襯底的表面中 注入離子；將襯底退火以激活摻雜原子并在襯底中形成摻雜區(qū)；以及形成到這些摻雜區(qū)的 電接觸。在另一實施例中，提供了一種處理襯底的方法，包括在硅襯底的表面上提供鈍化 層；在鈍化層的預先選定的區(qū)域中形成開口 ；通過這些開口同時施加P型和η型摻雜原子， 以在硅襯底中提供摻雜區(qū)；以及形成到這些摻雜區(qū)的電接觸。


為了能夠具體地理解本發(fā)明的上述特征的方式，將參看其中的一些在附圖中示出 的實施例對上文所簡要概括的本發(fā)明進行更具體的描述。然而應當注意到，附圖僅示出了 本發(fā)明的典型實施例，由于本發(fā)明還允許其它等同效果的實施例，因此附圖并不被認為是 對發(fā)明范圍的限制。圖1是表示在現有技術中通常采用來形成到硅太陽能電池的背面的點接觸的步 驟的流程圖。圖2是用于說明本發(fā)明形成點接觸的方法的流程圖。圖3表示涂覆有鈍化掩模層和吸收層的半導體襯底。圖4表示由激光燒蝕圖案化的圖3的襯底。圖5表示通過圖案化的掩模進行擴散之后的圖4的結構。圖6是圖5結構的替代結構，示出了用于形成接觸的重摻雜區(qū)的形成以及用于形成背面場的較輕摻雜區(qū)的形成。圖7表示類似于圖3結構的結構。圖8表示用激光能量熔化結構來形成接觸區(qū)之后的圖7的結構。圖9表示摻雜區(qū)被施加有適當的金屬接觸的圖8的結構。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種對涂覆有至少一層電介質層或鈍化層的表面進行電接觸的改進 的方法。該方法以克服了現有技術中出現的缺點的方式提供接觸給太陽能電池的基層。在 滿足實現高效率的需求，同時利用當前可獲得的設備與工藝流程的生產原則下，本發(fā)明的 方法能夠制造高效率的太陽能電池。圖2是用于說明本發(fā)明形成點接觸的方法的流程圖。如步驟30所示，在硅半導體 襯底或晶片上沉積鈍化掩模層。隨后，如步驟32所示，圖案化鈍化掩模層以在層中提供開 口，通過這些開口給硅半導體晶片或襯底施加摻雜原子，以形成用于實現背面點接觸的摻 雜區(qū)。在完成了如步驟32所示的圖案化之后，將摻雜原子注入到由步驟32的圖案化所 形成的開口中。盡管下面的討論描述用硼作為摻雜原子，但是本發(fā)明設想了包括P型和N 型摻雜原子的其它摻雜原子。適合的摻雜原子包括硼、砷、磷或其組合。例如，可以用硼或 同時施加的砷與硼進行摻雜。如步驟34所示利用等離子體浸沒注入來完成摻雜。為了實現等離子體離子注入 (P3i)，將上面有圖案化的鈍化掩模層的硅襯底放置在化學汽相沉積室中，最好放置在等離 子體增強化學汽相沉積(PECVD)室中。將含硼的氣流、例如包含在氫載氣中的乙硼烷提供 到室中，給氣體施加適當電能的電場以產生該氣體的等離子體。偏壓半導體襯底，以吸引等 離子體中產生的離子撞擊半導體襯底的表面。硼離子撞擊到硅襯底的表面時，鈍化層起到 掩模的作用，而硼離子通過掩模中的開口沉積。持續(xù)等離子體直至供應了適當劑量的硼離 子時為止，接著結束等離子體。隨后，如步驟36所示，將上面包含有p3i硼離子的半導體襯 底退火，以激活離子并將離子/原子擴散至半導體襯底，從而形成用于給硅太陽能電池的 背面提供低阻點接觸的摻雜的P型區(qū)。或者，可通過開口同時施加P型和n型的摻雜原子， 以在硅襯底中形成摻雜區(qū)。根據工藝的一個實施例，將涂覆到硅襯底背面的掩模層激光燒蝕，以形成所需的 圖案。若用例如1064nm Nd: YV04激光的三次諧波的UV激光來燒蝕掩模層，則下層的硅可 能出現損傷并且還可能出現光學性能的退化。而克服了這些問題的例如532nm(Nd:YV04的 二次諧波)的傳統(tǒng)激光波長是不理想的，因為例如二氧化硅和氮化硅的傳統(tǒng)掩模層是透明 的，不吸收532nm激光。在掩模層上方涂覆吸收層。吸收層可以包含非晶硅材料，可在沉積諸如二氧化硅 層的掩模層之后，通過調整沉積氣體、例如通過關閉來自二氧化硅沉積的氧氣簡單地形成 這種非晶硅材料?；蛘?，吸收層可以包括無定形碳材料。無定形碳可以均勻地且不依賴于 圖案地吸收激光?？梢酝ㄟ^停止形成二氧化硅層的氣流而用甲烷替代該氣體來簡單地形成 無定形碳層。圖3表示涂覆有鈍化掩模層和吸收層的半導體襯底。硅半導體襯底40包括諸如二氧化硅的鈍化或掩模層42和沉積在鈍化或掩模層42上的吸收層44。由于吸收層44的使 用，可用大于360nm的可見光或紅外線波長的傳統(tǒng)激光來形成電介質掩模層42中的接觸開 口?？梢岳肞ECVD室在氧氣環(huán)境中用硅烷(SH4)的等離子體分解來沉積二氧化硅層。用 其它前驅物可以有類似的工藝，但原理是相同的。若停止氧氣的氣流，則將在整個二氧化硅 層上沉積非晶硅。因此，利用氣流的簡單變化，可以順序地沉積兩層。非晶硅對大于約0.68 微米的波長是高吸收的。因此，非晶硅層在532nm波長處將具有高吸收力。如以上所指出 的，直接通過關閉氧氣和硅烷而用甲烷(CH4)替代，將獲得碳的等離子體沉積。碳在可見光 與IR波長的寬波段范圍內具有高吸收力，再一次使具有532nm或1064nm波長的激光的利 用成為可能。圖4表示由激光燒蝕而被圖案化的圖3的襯底。由46簡要示出的激光束聚焦在 吸收層44上。由于吸收層44的緣故，激光能量燒蝕了吸收層和鈍化層42，從而在兩層中產 生開口，如48,50和52所示。隨后使具有例如開口 48、50、52和正由激光束46形成的開口的開口的層經受摻雜 原子源，以在P型襯底40中形成摻雜的P型區(qū)54、56、58和60，如圖5所示。如上所述，可 以通過擴散或利用P3i工藝來形成摻雜區(qū)54、56、58和60。如上文所指出的，如果利用P3i 工藝通過開口 48至52將硼原子離子注入到襯底40的表面，則必須將半導體襯底退火，以 將原子擴散到襯底并使它們具有電活性。隨后，施加電接觸以在半導體襯底40的背面形成 點接觸。然而，若用擴散來摻雜襯底，則會在接觸開口中形成薄膜，必須首先刻蝕該薄膜，以 阻止沉積爐中摻雜氣體和殘留氧氣之間的反應。用等離子體注入與退火則不會形成該薄 膜。根據本發(fā)明方法的一替代實施例，如參看圖6所示出的，背面場可以與摻雜區(qū)同 時形成。如圖6所示，通過如上文所述的激光燒蝕，在由P型硅形成的半導體襯底62中將 形成開口 64、66和68。通過使用P3i工藝，可利用氫載氣中的乙硼烷(5%)和砷化氫(5%) 將硼原子和砷原子兩者離子注入到該半導體襯底。在注入與退火之后，將由砷原子形成如 70所示的摻雜區(qū)，同時將由硼原子的擴散形成如72所示的背面場。由于硼原子的原子質量(11)比砷原子(75)的小，而兩者都以同樣的能量水平被 離子注入，于是硼原子運動通過掩模層并進入半導體襯底中，而砷原子被除開口之外的掩 模層阻擋，所以可以產生硼的擴散。這兩種不同的原子摻雜處理需要適當地選擇鈍化氧化 物的厚度。例如，50A的氧化物將阻擋3kv的砷原子，而不能阻擋同樣能量的硼原子。例如 SRIM 程序的建模程序可以作為提供此種計算的免費軟件而獲得。在一替代實施例中，可以在具有第二摻雜類型的背面形成額外的接觸。在此工藝 中，沉積并以第一圖案圖案化第一組掩模和吸收層，以及如此處所述的那樣用第一摻雜類 型將暴露的襯底摻雜。隨后除去第一組掩模和吸收層，接著沉積并以第二圖案圖案化第二 組掩模和吸收層，以及如此處所述的那樣用第二摻雜類型將暴露的襯底摻雜。例如，第一摻 雜類型可以是硼，第二摻雜類型可以是砷?；蛘?，第一摻雜類型可以是P型摻雜，第二摻雜 類型可以是n型摻雜。第一和第二圖案可以是相同的圖案、重疊的圖案或非重疊的圖案。在一替代實施例中，使掩模氧化物足夠厚以阻擋硼和砷兩種原子。然而，由于在 二氧化硅中砷比硼擴散得慢，在活性退火之后，硼將在半導體中形成結，而砷將留在氧化物中，砷將處于電非活性。圖7、8和9表示形成摻雜區(qū)以提供到半導體襯底的背面的點接觸的替代實施例。如圖所示，襯底80包括如上文所述設置在上面的鈍化層82，鈍化層82上面是吸收層84。 假設半導體襯底80是P型的，則如在本文中所描述的可以由等離子體形成鈍化層82，同時 鈍化層82可以包括諸如砷或硼的摻雜元素。若暴露給這樣的等離子體，則二氧化硅鈍化層 82將被摻雜至下層硅襯底80的固溶度之上。根據本發(fā)明的該實施例，提高如圖8中86所 示的激光功率，以熔化鈍化層82和襯底80表面附近的硅，如88、90、92和94所示。隨后在 熔化區(qū)中混合摻雜物質，以形成較低摻雜的結，并使結的邊緣離開熔化區(qū)的邊緣處的損傷。 這樣就形成了理想的高/低結——接觸為高摻雜而結為低摻雜。如圖9所示，隨后給摻雜區(qū)施加金屬接觸96、98、100和102，以提供到半導體襯底 80背面的低阻點接觸。金屬接觸可以包括導電材料，例如鎳等。于是公開了形成到硅半導體太陽能電池的背面的低阻點接觸的方法。盡管前文所述涉及了本發(fā)明的實施例，但是在不脫離本發(fā)明的基本范圍的情況 下，可以設計出本發(fā)明的其它或進一步的實施例，而本發(fā)明的范圍由所附的權利要求來確 定。
權利要求
一種處理襯底的方法，包括(a)在所述襯底的表面上提供鈍化層；(b)在所述鈍化層上提供吸收層；(c)將激光能量射向所述吸收層的選定區(qū)域，以在所述吸收層和鈍化層中形成開口；(d)通過所述開口施加摻雜原子，以在硅襯底中提供摻雜區(qū)；以及(e)形成到所述摻雜區(qū)的電接觸。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述吸收層對所述激光能量的波長是不透明的。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述激光波長大于360nm。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述鈍化層包括二氧化硅，所述吸收層包括非晶娃。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所述鈍化層包括二氧化硅，所述吸收層包括碳。
6.根據權利要求4所述的方法，其中所述吸收層是通過改變沉積的組成成分而作為沉 積順序的一部分來形成的。
7.根據權利要求1所述的方法，其中所述摻雜原子是從硼、砷、磷或其組合的組中選擇 的材料。
8.根據權利要求1所述的方法，其中所述摻雜原子是同時施加的砷和硼。
9.根據權利要求7所述的方法，其中所述摻雜原子是利用等離子體浸沒離子注入來施 加的。
10.根據權利要求7所述的方法，其中所述激光能量的強度足以熔化所述鈍化層、下層 硅襯底的表面、或所述兩者。
11.一種處理襯底的方法，包括(a)通過等離子體沉積工藝在所述襯底的表面上沉積電介質層；(b)提供具有預定波長的激光能量源；(c)在所述電介質層上沉積材料層，所述材料層對所述預定波長是不透明的；(d)會聚激光能量到所述材料層的選定區(qū)域上，以在所述材料層和所述電介質層中形 成開口 ；(e)使所述襯底的表面經受包含摻雜離子的等離子體，以將離子注入硅襯底的表面中；(f)將所述襯底退火以激活所述摻雜原子，并在所述襯底中形成摻雜區(qū)；以及(g)形成到所述摻雜區(qū)的電接觸。
12.根據權利要求11所述的方法，其中所述電介質層是二氧化硅，所述材料層是非晶 娃或碳。
13.根據權利要求11所述的方法，其中所述摻雜原子從硼、砷、磷或其組合的組中選擇。
14.根據權利要求11所述的方法，其中所述摻雜原子是同時施加的硼和砷。
15.一種處理襯底的方法，包括(a)在硅襯底的表面上提供鈍化層；(b)在所述鈍化層的預先選定的區(qū)域中形成開口；(c)通過所述開口同時施加P型和η型摻雜原子，以在所述硅襯底中提供摻雜區(qū)；以及(d)形成到所述摻雜區(qū)的電接觸。
全文摘要
提供了處理例如硅太陽能電池的襯底的方法。在一實施例中，提供了用于形成到硅太陽能電池的背面的點接觸的方法，該方法包括用掩模層和激光吸收層涂覆該表面，將激光輻射射向該表面以在該表面中形成開口，隨后通過這些開口施加摻雜物質以及施加接觸。所述摻雜優(yōu)選由等離子體浸沒離子注入來進行。
文檔編號H01L21/00GK101878519SQ200880118303
公開日2010年11月3日 申請日期2008年11月14日 優(yōu)先權日2007年11月16日
發(fā)明者皮特·博登 申請人:應用材料股份有限公司