專利名稱：半導體元件的制程方法
技術領域：
本發(fā)明關于一種制程方法，特別關于一種半導體元件的制程方法。
背景技術：
由于目前全球的石油化燃料逐漸枯竭，因此人們積極尋找及開發(fā)替代的能源，如 太陽能發(fā)電、風力發(fā)電及水力發(fā)電…等，而其中以太陽能的利用為最主要的技術發(fā)展方向， 其因在于太陽光可照射在全球各個地區(qū)，且太陽能在進行轉換的過程不會對環(huán)境造成污 染，舉例來說，在太陽光能轉換是電能的過程中，無須通過消耗其它能源而導致溫室效應的 問題。然而，太陽能轉換是電能的轉換效率卻容易受限在整個太陽能電池系統(tǒng)的機構設計。太陽能電池最基本的結構可分為基板、p-n 二極管、抗反射層及金屬電極四個主要 部份。基板是太陽能電池的主體；P-n 二極管是光伏特效應的來源；抗反射層乃用在減少入 射光的反射以增強電流；金屬電極則是連接元件和外部負載。其各個構件都具有繁復的制 程，其制程方法的成效都可能影響太陽能光電轉換的效率，因此，業(yè)界注入龐大的資金以及 人力去研究太陽能電池的制程方法，以獲得較高的效能。
現(xiàn)今晶硅太陽能電池的效率理論值最高達27%，研發(fā)階段約是24%，到產(chǎn)品商品 化約只有16 18%。因此，如何提供半導體元件的制程方法，提高太陽能電池的光電轉換 效率，已成為重要課題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種半導體元件的制程方法，在半導體元件制程后，提供一 可改變氣體或混合氣體的環(huán)境，致使氣體原子或離子可與半導體元件的表面和內(nèi)部起反 應，以提高半導體元件的光電轉換效率。本發(fā)明可采用以下技術方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明提供一種半導體元件的制程方法，包括下列步驟提供一半導體基板；清 洗半導體基板；將半導體基板的第一表面進行結構化處理；將半導體基板的第一表面進行 擴散；涂布一抗反射層于半導體基板的第一表面上；形成至少一電極層于半導體基板的第 一表面上并構成一半導體元件；以及提供一可改變的氣體環(huán)境，致使氣體原子或離子可與 半導體元件的表面和內(nèi)部起反應，以提升光電轉換效率。借由上述技術方案，本發(fā)明的半導體元件的制程方法至少具有下列優(yōu)點承上所述，本發(fā)明的半導體元件的制程方法可應用于太陽能電池的半導體元件， 于一可改變氣體的環(huán)境下，所述氣體可包括各式各樣氣體分子，如氮氣、氫氣、氧氣、氨氣、 硅甲烷(SiH4)、甲烷(CH4)、惰性氣體或其組合等，而改變氣體環(huán)境的因素可包括熱能、電磁 波、電場和磁場等，上列因素可以是單一或數(shù)種同時改變，如此可導致所述氣體原子或離子 與半導體元件反應后可有下列功能可使已氧化的金屬還原，致使半導體元件的電極電阻 降低，同時所述氣體原子可與半導體元件內(nèi)部的缺陷結合，致使減少復合中心，此外也能在 半導體元件表面形成凹凸不平形狀，而產(chǎn)生將入射光補捉的效果，因此而達到較高的光電轉換效率。


圖1是本發(fā)明的半導體元件的制程方法的一流程步驟圖。主要元件符號說明Sl S7:步驟
具體實施例方式以下將參照相關圖式，說明依本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種半導體元件的制程方法，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。請參照圖1所示，本發(fā)明的半導體元件的制程方法的流程步驟圖。其制程方法包 括步驟Sl至步驟S7。步驟Sl提供一半導體基板。其半導體基板是一硅基板，其硅基板此外分為單晶硅 基板、多晶硅基板、非晶硅基板或微晶硅基板。另外，本實施例中以多晶硅基板舉例說明，但 不是用以限制本發(fā)明。步驟S2清洗半導體基板。半導體基板的清洗制程以超純水與化學溶劑，去除晶圓 表面各種微小顆粒(例如但不限于納米微粒)，并反復進行清洗制程，直到半導體基板表面 已完全清潔。本實施例的半導體基板具有一第一表面。步驟S3將半導體基板的第一表面進行 結構化處理。以HCl、KOH等溶液做非等向性蝕刻(anisotropic etching)，而粗化半導體 基板的第一表面，去除表面的金屬雜質(zhì)及有機物等的附著，同時也對表面產(chǎn)生粗化的結構， 降低光線的反射，進而提高太陽能電池光轉換效率。步驟S4將半導體基板的第一表面進行擴散。半導體基板是N型半導體基板或P 型半導體基板。當半導體基板是N型半導體基板，則將P型半導體材料擴散至N型半導體 基板上；當半導體基板是P型半導體基板，則將N型半導體材料擴散至P型半導體基板上。 本實施例中半導體基板以P型半導體基板為例。在P-N接面附近，因電子-電洞的再結合 形成一個載子空乏區(qū)，而P型及N型半導體層中也因分別帶有負、正電荷，因此形成一個內(nèi) 建電場。當太陽光照射到這P-N結構時，P型和N型半導體層因吸收太陽光而產(chǎn)生電子-電 洞對。由于空乏區(qū)所提供的內(nèi)建電場，會使電子和電洞分別往N型區(qū)域及P型區(qū)域移動，進 行產(chǎn)生光電流。步驟S5涂布一抗反射層于半導體基板的第一表面上。由于空氣與硅的折射系數(shù) 差異甚大，光線通過空氣與硅的接口時會有明顯光線反射情形，因此以氮化硅(SiNx)材質(zhì) 的抗反射層涂布于半導體基板，以減少入射光的反射，而且氮化硅對硅晶太陽能電池表面 還有鈍化(passivation)的作用，進而提升整體的效能。另外，也可以成長其它對硅晶太陽 能電池表面具有抗反射及鈍化效果的材質(zhì)。步驟S6形成至少一電極層于半導體基板的第一表面上并構成一半導體元件。于 第一表面形成的電極層具有多個匯流電極(bus barelectrode)及多個指狀電極(finger electrode)。所述指狀電極及所述匯流電極設置于第一表面上，而所述指狀電極與至少一 匯流電極電性連接，當半導體基板將吸收到的光線轉變?yōu)殡娮訒r，其所述指狀電極用于將半導體基板所產(chǎn)生的電子匯集至相電性連接的匯流電極。最后，通過匯流電極與外部負載 的連結，以將經(jīng)過光、電轉換反應所產(chǎn)生的電子傳遞至外界。本實例中的半導體元件可以是 一光電轉換模塊。另外，本實施例的半導體基板還包括一第二表面，其與第一表面相對設置，分別于 半導體基板的正反面設置，本實施例以第一表面是正面，而第二表面是反面為例，本實施例 還包括于第二表面形成一電極層，使增加多數(shù)載子的吸收，并反彈少數(shù)載子。其中，第一表 面的電極層是負極，第二表面的電極層是正極。步驟S7提供一可改變氣體的環(huán)境，并同時提供可改變氣體環(huán)境的因素，所述因素 包括熱能、電磁波、電場、磁場、或是上述因素的各種組合，致使氣體原子或離子可與半導體 元件的表面和內(nèi)部起反應，以提升光電轉換效率，是氣體原子或離子與半導體元件的反應 制程。本實施例將氣體提供至一電漿產(chǎn)生器，以產(chǎn)生具有所述氣體的電漿，并提供熱能 至半導體元件，致使電漿與半導體元件內(nèi)部反應，以提升光電轉換效率。
本實施例中，其提供能量給半導體元件的反應溫度是25 800°C，而熱能的來源 可以是電阻源、熱風、遠紅外線烘烤機(IR lamp)、微波或雷射等。反應時間大約幾分鐘或 者更久的時間，其依據(jù)所設定溫度及其升溫/降溫速率而定。其中，氣體環(huán)境的氣體可以 是單一氣體或混合氣體。另外，氣體環(huán)境可包括氫氣、氧氣、氮氣、氨氣、惰性氣體、硅甲烷 (SiH4)、甲烷(CH4)或其組合等，其中，惰性氣體可以是氦、氖、氬、氪、氙、氡，而氫氣的濃度 介于2%至95%之間。由于反應溫度范圍內(nèi)，半導體元件內(nèi)的缺陷易與反應氣體原子結合，以降低復合 中心(recombination center)，進而提升光電轉換效率。因光電轉換效能(gain)的定義是 每吸收一個光子能在電極處得到幾對電子電洞對，若于能階中含有復合中心，則復合中心 會再結合(recombine)照光所形成的部份載子(電子及電洞)，因此減少到達輸出電極的載 子數(shù)量，造成光電轉換效應下降。另外，混合氣體的原子可使得半導體元件的金屬氧化物還原，提升導電性，進而提 升光電轉換模塊的整體效能。同時所述混合氣體可以在半導體元件表面形成凹凸不平結 構，捕捉入射光，增加光電轉換效率。另外，也可對硅晶太陽能電池產(chǎn)生鈍化的效果，減少復 合中心，提升光電流及操作電壓。經(jīng)實驗驗證效能可以增加0. 0. 5%。最后，在提供能量予半導體元件后，以冷卻水、壓縮空氣、液態(tài)氮或其它冷卻裝置 冷卻半導體元件，直到半導體元件降至室溫的溫度。綜上所述，本發(fā)明的半導體元件的制程方法可應用于太陽能電池的半導體元件， 于一可改變氣體的環(huán)境下，使半導體元件的缺陷與氣體的原子或離子相結合，此能降低復 合中心，其中，氣體可包括各式各樣氣體分子，如氮氣、氫氣、氧氣、氨氣、硅甲烷(SiH4)、甲 烷(CH4)、惰性氣體或其組合等，而改變氣體環(huán)境的因素可包括熱能、電磁波、電場和磁場 等，上列因素可以是單一或數(shù)種同時改變；同時，本發(fā)明的制造方法也可還原半導體元件的 金屬氧化物及其它化合物，致使半導體元件的電極電阻降低，進而提升半導體元件的導電 性，此外所述混合氣體也可在半導體元件產(chǎn)生凹凸不平結構，捕捉入射光，因此達到較高的 光電轉換效率。以上所述僅為舉例性，而非為限制性。任何未脫離本發(fā)明的精神與范疇，而對其進行的等效修改或變更，均應包括在權利要求所限定的范圍內(nèi).
權利要求
一種半導體元件的制程方法，其特征在于，包括下列步驟提供一個半導體基板；清洗所述半導體基板；將所述半導體基板的一個第一表面進行結構化處理；將所述半導體基板的所述第一表面進行擴散；涂布一個抗反射層在所述半導體基板的所述第一表面上；形成至少一個電極層在所述半導體基板的所述第一表面上并構成一個半導體元件；以及提供一種可改變氣體的環(huán)境，致使氣體原子或離子可與所述半導體元件的表面和內(nèi)部起反應，以提升光電轉換效率。
2.根據(jù)權利要求1所述的制程方法，其特征在于，所述半導體基板是單晶硅基板、多晶 硅基板、非晶硅基板或微晶硅基板。
3.根據(jù)權利要求1所述的制程方法，其特征在于，將所述半導體基板的所述第一表面 進行結構化處理是粗化所述半導體基板的所述第一表面。
4.根據(jù)權利要求1所述的制程方法，其特征在于，所述抗反射層的材質(zhì)是氮化硅或其 它可對硅表面進行鈍化的材質(zhì)。
5.根據(jù)權利要求1所述的制程方法，其特征在于，所述電極層具有多個匯流電極及多 個指狀電極。
6.根據(jù)權利要求1所述的制程方法，其特征在于，所述氣體環(huán)境是硅甲烷、甲烷、氮氣、 氫氣、氨氣、氧氣、惰性氣體或其組合。
7.根據(jù)權利要求1所述的制程方法，其特征在于，提供一可改變氣體的環(huán)境，并同時提 供可改變所述氣體環(huán)境的因素，所述因素包括熱能、電磁波、電場、磁場、或是上述因素的各 種組合，致使氣體原子或離子可與半導體元件的表面和內(nèi)部起反應，以提升光電轉換效率。
8.根據(jù)權利要求1所述的制程方法，其特征在于，提供一可改變氣體的環(huán)境，所提供的 改變所述半導體元件的反應溫度是25 800°C。
9.根據(jù)權利要求1所述的制程方法，其特征在于，所述半導體基板還包括一個第二表 面，與所述第一表面相對設置。
10.根據(jù)權利要求9所述的制程方法，其特征在于，還包括形成一電極層在所述第二表 面上。
全文摘要
一種半導體元件的制程方法，包括下列步驟提供一半導體基板；清洗半導體基板；將半導體基板的第一表面進行結構化處理；將半導體基板的第一表面進行擴散；涂布一抗反射層在半導體基板的第一表面上；形成至少一電極層在半導體基板的第一表面上并構成一半導體元件；以及提供可改變氣體的環(huán)境，致使氣體原子或離子可與半導體元件表面和內(nèi)部起反應，而提升光電轉換效率。
文檔編號H01L31/20GK101834222SQ20101013056
公開日2010年9月15日 申請日期2010年3月11日 優(yōu)先權日2010年3月11日
發(fā)明者吳孟修, 戴煜暐, 林思佑, 王嘉慶, 陳永芳 申請人:新日光能源科技股份有限公司