專利名稱：供太陽能電池用的半導(dǎo)體基板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體基板，特別是涉及一種供太陽能電池用的半導(dǎo)體基板。
技術(shù)背景太陽能電池因?yàn)槠鋵l(fā)自一光源(例如，太陽光)的能量轉(zhuǎn)換成電力以供電給例 如=，計(jì)算機(jī)、電腦、加熱器等電子裝置，所以太陽能電池已被廣泛地使用。到目前為止，硅晶太陽能電池雖為市場(chǎng)主流，但硅源料短缺的問題卻日益嚴(yán)重。 因此，為了節(jié)省材料及成本，薄型太陽能電池(例如，以薄型硅晶圓為基板的太陽 能電池)的發(fā)展已成為一種趨勢(shì)。同時(shí)，為因應(yīng)薄型太陽能電池的發(fā)展，薄型硅晶 圓已被制造出并應(yīng)用在太陽能電池上。太陽能電池的原理是光子進(jìn)入硅基材并且由該硅基材吸收，以轉(zhuǎn)移光子的能量 給原為鍵結(jié)狀態(tài)(共價(jià)鍵)的電子，并且藉此釋放原為鍵結(jié)狀態(tài)的電子成游離的電 子。此種可移動(dòng)的電子，以及其所遺留下原在共價(jià)鍵處的電洞(此種電洞也是可移 動(dòng)的)可以造成電流從該太陽能電池流出。為了貢獻(xiàn)該電流，上述的電子以及電洞 不可以重新結(jié)合，反而是由與硅基材內(nèi)的p-n接合相關(guān)的電場(chǎng)所分離。眾所周知，于太陽能電池上形成表面鈍化層可以使由光產(chǎn)生的載子(即電子與 電洞)發(fā)生表面重合的機(jī)率減低。請(qǐng)參閱圖1A及圖1B，傳統(tǒng)的表面鈍化層(例如，二氧化硅)12可以通過將硅晶 圓IO置入熱氧化制程而形成。然而，薄型硅晶圓14在熱氧化制程中會(huì)出現(xiàn)因溫度 過高而發(fā)生翹曲的現(xiàn)象，因此不利于后續(xù)制程的進(jìn)行。請(qǐng)參閱圖1B，圖1B顯示了 薄型硅晶圓14在形成表面鈍化層12的過程中因溫度過高而發(fā)生翹曲的示意圖。因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種供太陽能電池用的半導(dǎo)體基板，以解決 上述問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一目的在于提供一種供太陽能電池用的半導(dǎo)體基板及其制造方法。 根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例，該半導(dǎo)體基板包含一基板(substrate)以及一表 面鈍化層(surface passivation layer)。該基板具有一上表面。該表面鈍化層是通過一原子層沉積(atomic layer d印osition, ALD)制程、 一電漿增強(qiáng)原子層沉積 (plasma-enhanced ALD)制程或一電漿輔助原子層沉積(plasma-assisted ALD)制程 形成于該基板的該上表面上，該鈍化層還可通過一原子層沉積制程和一電槳增強(qiáng)原 子層沉積制程或一原子層沉積制程和一電漿輔助原子層沉積制程的組合制程形成。根據(jù)本發(fā)明的另一具體實(shí)施例為一種制造供一太陽能電池用的半導(dǎo)體基板的 方法。該方法首先制備一基板。之后，該方法通過一原子層沉積制程、 一電漿增強(qiáng) 原子層沉積制程或一電漿輔助原子層沉積制程或形成一表面鈍化層于該基板的一 上表面上，該鈍化層還可通過一原子層沉積制程和一電漿增強(qiáng)原子層沉積制程或一 原子層沉積制程和一電漿輔助原子層沉積制程的組合制程形成?，F(xiàn)比現(xiàn)有技術(shù)，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體基板能夠通過原子層沉積制程形成該表面 鈍化層于該基板上。與現(xiàn)有的熱氧化制程相比較，原子層沉積制程能夠在較低溫的 環(huán)境中進(jìn)行，因此基板不會(huì)有因溫度過高而發(fā)生翹曲的現(xiàn)象。關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進(jìn)一步的 了解。


圖1A顯示了熱氧化制程形成表面鈍化層于硅晶圓上的示意圖。 圖IB顯示了薄型硅晶圓于形成表面鈍化層的過程中因溫度過高而發(fā)生翹曲的 示意圖。圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例的一半導(dǎo)體基板。 圖3A及圖3B分別顯示了以熱氧化制程形成表面鈍化層的硅晶圓及根據(jù)本發(fā)明 的半導(dǎo)體基板。圖4A及圖4B顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一具體實(shí)施例的制造一半導(dǎo)體基板的方法 的截面視圖。 '具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖2，圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例的一半導(dǎo)體基板2。該半 導(dǎo)體基板2可以供太陽能電池之用。如圖2所示，該半導(dǎo)體基板2包含一基板20以及一表面鈍化層22。該基板20 具有一上表面200。于一具體實(shí)施例中，該基板20可以由硅制成并且該基板20的厚度大致上等于 或小于300um。換句話說，該基板20可以是一薄型基板20。該表面鈍化層22可以通過一原子層沉積制程、 一電漿增強(qiáng)原子層沉積制程或 一電漿輔助原子層沉積制程形成于該基板20的該上表面200上，該鈍化層還可通過一原子層沉積制程和一電漿增強(qiáng)原子層沉積制程或一原子層沉積制程和一電漿 輔助原子層沉積制程的組合制程形成。
請(qǐng)參閱表一，表一列出該表面鈍化層22的組成及其原料的對(duì)照表。如表一所 示，于實(shí)際應(yīng)用中，該表面鈍化層22可以是AW)3、 A1N、 Hf02、 Hf3N4、 Si3N4、 Si02、 TaA、 Ti02、 TiN、 ZnO、 Zr02、 Zr3N4或其他類似化合物，或?yàn)樯鲜龌衔锏幕旌衔?(mixture),但不以此為限。
表一
組成原料
A1203A1C13+H20; A舊r3+H20; AlCl3+02; AlCl3+03; AlCl3+ROH; A1(CH3)3+H20; A1(CH3)3+H202; A1(CH3)3+N20; A1(CH3)3+N02; Al(CH3)3+Orplasma; A1(C2H5)3+H20; Al(OC2H5)3+H20/ROH; Al(OCH2CH2CH3)3+H20/ROH; A1C13+ Al(OC2H5)3; AlCl3+Al(OCH(CH3)2)3;Al(CH3)3+Al(OCH(CH3)2)3; A1(CH3)2C1+H20; A1(CH3)2H+H20; Al[OCH(CH3)C2H5]3+H20; A1(N(C2H5)2)3+H20; A1(NCH3(C2H5))3+H20
A1NA1C13 +NH3; A1(CH3)3+NH3; A1(CH3)2C1+NH3; A1(C2H5)3+NH3; ((CH3)3N)A1H3+NH3; ((CH3)2(C2H5)N)A1H3+NH3
Hf。2HfCl4+H20; HfIOC(CH3)3]4+H20; [(CH3)C2H5)N]4Hf+H20; 『(CH3)2N]4Hf+H20; KCH2CH3)2Nl4Hf+H20
Hf3N4HfCl4+NH3; Hf[OC(CH3)3]4+NH3; [(CH3)C2H5)N]4Hf+NH3; [(CH3)2N]4Hf+NH3; [(CH2CH3)2N]4Hf+NH3
Si3N4SiCl4+NH3; Si2Cl6+N2H4; SiCl2H2+NH3-plasma
Si02SiCl4+H20; Si(NCO)4+H20; Si(NCO)4+N(C2H5)3; Si(C2H50)4+H20; CH3OSi(NCO)3+H202; SiH4+02; (Bu'0)3SiOH+Al(CH3)3
Ta205TaCl5+H20; TaCl5+Ta(OC2H5)5; Tal5+H202; Ta(OC2H5)5+H20; Ta(N(CH3)2)5+H20; (CH3)3CNTa(N(C2H5)2)3+H20
Ti02TiCl4 +H20; TiCl4 +H202; Ti(OC2H5)4+H20; Ti(OCH(CH3)2)4+H20; [(CH3C2H5)N]4Ti+H20; Ti(N(CH3)2)2(N(CH2CH3)2)2+H20; [(C2H5)2N]4Ti+H20; [(CH3)2N]4Ti+H20; ((CH3)3CO)4Ti+H20
TiNTiCl4+NH3; TiCl4+(CH3)2NNH2; TiI4+NH3; Ti(N(CH3)2)4+NH3; Ti(N(C2H5)(CH3))4+NH3; [(CH3C2H5)N]4Ti+NH3
ZnO(C2H5)2Zn+H20; (C2H5)2Zn+03; (C2H5)2Zn+02-plasma; ZnCl2+H20; Zn(CH3)2+H20
Zr02ZrCl4+H20; Zrl4+H202; Zr(OC(CH3)3)4+H20; Zr(C5H5)2Cl2+03; r(C2H5)2Nl4Zr+H20; [(CH3)2Nl4Zr+H20; Zr(NCH3C2H5)4+H20
Zr3N4ZrCl4+NH3; Zr(OC(CH3)3)4+NH3; Zr(C5H5)2Cl2+NH3; [(C2H5)2N]4Zr+ NH3; [(CH3)2N]4Zr+NH3; Zr(NCH3C2H5)4+NH3在一具體實(shí)施例中，若該表面鈍化層22是Zn0原子層，該ZnO原子層的原料 可以采用一 DEZn(Diethylzinc， Zn(C晶)2)先驅(qū)物(precursor)與一 H20先驅(qū)物或一 03先驅(qū)物所形成，其中DEZn即為Zn的來源，仏0或03為0的來源。
以沉積Zn0原子層為例，在一個(gè)原子層沉積的周期內(nèi)的反應(yīng)步驟可分成四個(gè)部
分
1. 利用載送氣體將H20分子導(dǎo)入反應(yīng)腔體，H20分子在進(jìn)入腔體后會(huì)吸附于基 材表面，在基材表面形成單一層OH基，其曝氣時(shí)間為O. l秒。
2. 通入載送氣體將多余未吸附于基材的H20分子抽走，其吹氣時(shí)間為5秒。
3. 利用載送氣體將DEZn分子導(dǎo)入反應(yīng)腔體中，與原本吸附在基材表面的單一 層0H基，在基材上反應(yīng)形成單一層的Zn0，副產(chǎn)物為有機(jī)分子，其曝氣時(shí)間為O. 1 秒。
4. 通入載送氣體，帶走多余的DEZn分子以及反應(yīng)產(chǎn)生的有機(jī)分子副產(chǎn)物，其 吹氣時(shí)間為5秒。
其中載送氣體可以采用高純度的氬氣或氮?dú)狻Ｒ陨纤膫€(gè)步驟稱為一個(gè)原子層沉 積的周期。一個(gè)原子層沉積的周期可以在基材的全部表面上成長(zhǎng)單一原子層厚度的 薄膜，此特性稱為『自限成膜』(self-limiting),此特性使得原子層沉積在控制 薄膜厚度上，精準(zhǔn)度可達(dá)一個(gè)原子層。利用控制原子層沉積的周期次數(shù)即可精準(zhǔn)地 控制ZnO薄膜的厚度。
總結(jié)來說，本發(fā)明所采用的原子層沉積制程具有以下優(yōu)點(diǎn)(l)可在原子等級(jí) 控制材料的形成；(2)可更精準(zhǔn)地控制薄膜的厚度；(3)可大面積量產(chǎn)；(4)有優(yōu)異 的均勻度(uniformity); (5)有優(yōu)異的三維包覆性(conformality); (6)無孔洞結(jié)構(gòu)； (7)缺陷密度小；以及(8)沉積溫度低等制程優(yōu)點(diǎn)。
與傳統(tǒng)的熱氧化制程相較之下，原子層沉積制程可以在較低的制程溫度下形成 該表面鈍化層22。于一具體實(shí)施例中，該表面鈍化層22的沉積可以在一介于室溫 至60(TC之間的制程溫度下執(zhí)行。
隨后，為了進(jìn)一步降低缺陷密度及提升表面形態(tài)，于該表面鈍化層22形成之 后，該表面鈍化層22還可在一介于IO(TC至60(TC之間的退火溫度下執(zhí)行退火。
請(qǐng)參閱圖3A及圖3B。圖3A及圖3B分別為以熱氧化制程形成表面鈍化層12 的硅晶圓10以及根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體基板2。如圖3A所示，相比圖3B，圖3A中 的硅晶圓10在支撐物上產(chǎn)生的陰影(如虛線部份)較多，證明圖3A中的硅晶圓10 翹曲的程度比根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體基板2較明顯。換句話說，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體 基板2，其表面鈍化層22可以通過原子層沉積制程在低溫下形成，故較不會(huì)使半 導(dǎo)體基板2發(fā)生翹曲的現(xiàn)象。
請(qǐng)參閱圖4A及圖4B并配合參閱圖2，圖4A及圖4B顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一具體實(shí)施例的制造一半導(dǎo)體基板2的方法的截面視圖。該半導(dǎo)體基板2可以供太陽
能電池的用。
首先，如圖4A所示，該方法制備一基板20，該基板20具有一上表面200。
接著，如圖4B所示，通過一原子層沉積制程、 一電漿增強(qiáng)原子層沉積制程或一電漿輔助原子層沉積制程形成一表面鈍化層22于該基板20的該上表面200上，該鈍化層還可通過一原子層沉積制程和一電漿增強(qiáng)原子層沉積制程或一原子層沉積制程和一電漿輔助原子層沉積制程的組合制程形成。
現(xiàn)比現(xiàn)有的技術(shù)，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體基板能夠通過原子層沉積制程形成該表面鈍化層于該基板上。與傳統(tǒng)的熱氧化制程相比較，原子層沉積制程能夠在較低溫的環(huán)境中進(jìn)行，因此基板不會(huì)有因溫度過高而發(fā)生翹曲的現(xiàn)象。
通過以上優(yōu)選實(shí)施例的詳述，是希望能更加清楚描述本發(fā)明的特征與精神，而并非以上述所公開的優(yōu)選實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明的范疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排于本發(fā)明所欲申請(qǐng)的專利范圍的范疇內(nèi)。因此，本發(fā)明所申請(qǐng)的專利范圍的范疇?wèi)?yīng)該根據(jù)上述的說明作最寬廣的解釋，以致使
其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。
權(quán)利要求
1.一種供一太陽能電池(solar cell)用的半導(dǎo)體基板(semiconductorsubstrate)，該半導(dǎo)體基板包含一基板(substrate)，該基板具有一上表面；以及一表面鈍化層(surface passivation layer)，該表面鈍化層由一原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)制程、一電漿增強(qiáng)原子層沉積(plasma-enhancedALD)制程或一電漿輔助原子層沉積(plasma-assisted ALD)制程)形成于該基板的該上表面上，該鈍化層還可通過一原子層沉積制程和一電漿增強(qiáng)原子層沉積制程或一原子層沉積制程和一電漿輔助原子層沉積制程的組合制程形成。
2. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，該表面鈍化層由Al203、 A1N、 Hf02、 Hf美、Si美、Si02、 Ta205、 Ti02、 TiN、 Zn0、 Zr02及Zr3N4中的其中一種制成。
3. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，該表面鈍化層的沉積是在一 介于室溫至60(TC之間的制程溫度下執(zhí)行。
4. 如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，該表面鈍化層是在一介于 10(TC至60(TC之間的退火溫度下執(zhí)行退火。
5. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，該基板的厚度等于或小于300& m。
6. 如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，該基板由硅制成。
7. —種制造供一太陽能電池(solar cell)用的半導(dǎo)體基板(semiconductor substrate)的方法，該方法包含下列步驟制備一基板(substrate),該基板具有一上表面；以及通過一原子層沉積(atomic layer d印osition， ALD)制程、 一電漿增強(qiáng)原子層 沉積(plasma-enhanced ALD)制程或一電漿輔助原子層沉積(plasma-assisted ALD) 制程在該基板的該上表面上形成一表面鈍化層(surface passivation layer),該 鈍化層還可通過一原子層沉積制程和一電漿增強(qiáng)原子層沉積制程或一原子層沉積 制程和一電漿輔助原子層沉積制程的組合制程形成。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該表面鈍化層由Al203、 A1N、 Hf02、 Hf3N4、 Si3N" Si02、 Ta205、 Ti02、 TiN、 ZnO、 Zr02及Zr3N4中的其中一種制成。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該表面鈍化層的沉積是在一介于室 溫至60(TC之間的制程溫度下執(zhí)行。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，該表面鈍化層是在一介于1(XTC至 60(TC之間的退火溫度下執(zhí)行退火。
11. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該基板的厚度等于或小于300nm。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，該基板由硅制成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種供太陽能電池用的半導(dǎo)體基板及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體基板包含一基板以及一表面鈍化層。該基板具有一上表面。該表面鈍化層藉由一原子層沉積制程及/或一電漿輔助原子層沉積制程形成于該基板的該上表面上。
文檔編號(hào)H01L31/02GK101651154SQ20081014701
公開日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2008年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月12日
發(fā)明者何思樺, 徐文慶, 陳敏璋 申請(qǐng)人:昆山中辰硅晶有限公司