專利名稱：用于對(duì)硅進(jìn)行選擇性摻雜的方法以及使用該方法處理的硅襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)硅襯底的硅進(jìn)行選擇性摻雜以便在硅中產(chǎn)生pn結(jié)的方法。例如在 制造太陽能電池時(shí)需要該方法。
背景技術(shù)：
使用對(duì)硅的發(fā)射體的選擇性摻雜以在硅中產(chǎn)生pn結(jié)來改善太陽能技術(shù)中的接觸 和傳導(dǎo)特性。利用該過程可以提升太陽能電池的效率。為了制造選擇性發(fā)射體，到目前為 止使用激光技術(shù)，其中通過高能量激光束將摻雜介質(zhì)擴(kuò)散到硅中。其它方法基于對(duì)高度摻 雜的發(fā)射體的等離子體蝕刻。預(yù)先對(duì)應(yīng)保留高摻雜的區(qū)域進(jìn)行遮掩。其它方法的示例是US 5，871，591，其中原則上在蝕刻后應(yīng)保留最初高摻雜的區(qū)域 在大多數(shù)情況下被以石板印刷的方式遮掩。因此，這些方法移除大多數(shù)情況下為100-200nm 厚的具有接近表面的高摻雜的薄層，以獲得選擇性的發(fā)射體分布。但是，該方法的缺點(diǎn)是， 對(duì)表面的蝕刻必須非常精確地進(jìn)行，以便不會(huì)在太陽能電池的效率方面造成顯著損失。在 激光輔助技術(shù)的情況下，同樣存在對(duì)太陽能電池表面的嚴(yán)重?fù)p害的風(fēng)險(xiǎn)，因此該技術(shù)也僅 非常偶然地使用于太陽能技術(shù)中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所基于的任務(wù)是，提供開頭所述的方法以及利用該方法處理的硅襯底，利 用所述方法和所述硅襯底可以排除現(xiàn)有技術(shù)的問題并且尤其是可以實(shí)現(xiàn)用于對(duì)硅襯底進(jìn) 行選擇性摻雜的有效且易于執(zhí)行的方法。該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的方法以及具有權(quán)利要求7的特征的硅襯底來 解決。本發(fā)明的有利以及優(yōu)選擴(kuò)展方案在其它權(quán)利要求中給出并且在下文中更詳細(xì)地解 釋。在此，有些特征僅針對(duì)所述方法或所述硅襯底被提出，但將獨(dú)立于此地適用于本發(fā)明的 所有方面。權(quán)利要求書的文字通過明確參照被并入說明書的內(nèi)容中。此外，由同一申請(qǐng)人 于2008年4月14日提出的優(yōu)先權(quán)申請(qǐng)DE 102008019402. 6的文字通過明確參照被并入到 本說明書的內(nèi)容中。根據(jù)本發(fā)明，所述方法具有下列步驟。在步驟a)中，硅或硅襯底的表面被以摻雜 劑涂覆，該摻雜劑基于磷或含有磷。例如，這是由磷酸所構(gòu)成的溶液。然后，在步驟b)中， 將硅襯底以及摻雜劑加熱，以在表面上從該摻雜劑中產(chǎn)生磷硅酸鹽玻璃。在此，磷同時(shí)被擴(kuò) 散到硅中，作為硅襯底的第一次摻雜。該摻雜的程度可通過加熱的持續(xù)時(shí)間和溫度來調(diào)節(jié)。在下一步驟C)中，將掩膜施加到硅襯底表面上的磷硅酸鹽玻璃上。在此，掩膜被 施加為使得該掩膜覆蓋硅襯底的稍后高摻雜的區(qū)域。在下一步驟d)中，移除未被遮掩的區(qū) 域中的磷硅酸鹽玻璃。然后又在步驟e)中，將掩膜從表面或磷硅酸鹽玻璃移除。在下一步 驟f)中，將硅襯底重新加熱，以便使磷從剩余的磷硅酸鹽玻璃進(jìn)一步地?cái)U(kuò)散到硅中。這是 對(duì)硅襯底的第二次摻雜，以產(chǎn)生高摻雜的區(qū)域。在不含磷硅酸鹽玻璃的區(qū)域中，只有比較少的接近表面的磷摻雜充當(dāng)磷更深地?cái)U(kuò)散到基質(zhì)材料中的二次摻雜源。在另一步驟g)中，其 余的磷硅酸鹽玻璃和弱摻雜區(qū)域上的氧化物也被完全從硅襯底移除。通過這種方式，不僅 一般性地以具有可形成太陽能電池的發(fā)射體的高摻雜區(qū)域的方式提供硅襯底的選擇性摻 雜。尤其是也可以提供一種方法，該方法大規(guī)模地提供硅襯底的適當(dāng)生產(chǎn)或處理。尤其是 可以在連續(xù)通過設(shè)備中執(zhí)行所述方法?？扇∠缂せ罨虻入x子體蝕刻源之類的復(fù)雜技術(shù)。在根據(jù)本發(fā)明方法的另一擴(kuò)展方案中，基于磷的摻雜劑可以是含有磷酸的溶液。
可以使用印刷技術(shù)來將掩膜施加到硅襯底或在硅襯底上形成的磷硅酸鹽玻璃上。 這可以通過絲網(wǎng)印刷或者通過所述的噴墨印刷技術(shù)來進(jìn)行。在此，例如由蠟或漆形成的掩 膜以液體或糊狀形式利用對(duì)應(yīng)于在所謂的噴墨打印機(jī)中所使用的方法來施加。由此可以非 常精確以及快速和大面積地產(chǎn)生所期望的掩膜。利用該方法，例如可以將接觸網(wǎng)格制成高 摻雜的或傳導(dǎo)性的發(fā)射體，其中太陽能電池由該硅襯底形成。高摻雜的區(qū)域形成于硅的雙 重?fù)诫s。尤其是可以在第二次摻雜的步驟f)中通過更長的作用持續(xù)時(shí)間或更長的加熱再 一次程度更大地進(jìn)行摻雜。因此，在高摻雜的區(qū)域中，摻雜可以比在其它較輕微地?fù)诫s的區(qū) 域中高許多倍。為根據(jù)步驟C)移除未被遮掩區(qū)域中的磷硅酸鹽玻璃，可使用蝕刻過程。在這里例 如提供基于HF的蝕刻溶液，但其它蝕刻介質(zhì)也是可行的。這可以在一個(gè)處理步驟中以及在 多個(gè)步驟中使用不同化學(xué)品來進(jìn)行。用于執(zhí)行所述方法的連續(xù)通過設(shè)備可以由若干模塊構(gòu)成。在此，多個(gè)步驟也可以 在一個(gè)模塊中來執(zhí)行。特別優(yōu)選水平連續(xù)通過設(shè)備，在該水平連續(xù)通過設(shè)備上，硅襯底被以 水平地輸送和處理。這些和其它特征除了從權(quán)利要求書中得出之外，還從說明書及附圖中得出，其中 在本發(fā)明的實(shí)施例中和在其它領(lǐng)域，各個(gè)特征可以單獨(dú)地或者以多個(gè)相互組合的形式被實(shí) 現(xiàn)，并且可以構(gòu)成有利的以及對(duì)其本身有保護(hù)性的實(shí)施方式，在這里對(duì)于這些實(shí)施方式要 求保護(hù)。本申請(qǐng)?jiān)谥虚g標(biāo)題和各個(gè)段落中的子部分不限制以下所作陳述的一般性。


本發(fā)明的實(shí)施例在附圖中示意性地示出并且在下文中更詳細(xì)地解釋。在附圖中， 圖1至6示出在硅襯底上用于制造太陽能電池的方法步驟a)至g)。
具體實(shí)施例方式圖1示出硅襯底1，已經(jīng)根據(jù)步驟a)和步驟b)將摻雜劑大面積地施加到該硅襯底 1上。該摻雜劑2含有磷或基于磷，并且例如為由磷酸構(gòu)成的溶液。此外，通過以未進(jìn)一步 示出的方式加熱一例如通過散熱器一使磷從摻雜劑2擴(kuò)散到硅襯底1或其頂側(cè)中。由此產(chǎn) 生低摻雜的區(qū)域3，這通過網(wǎng)線陰影表明。在圖2中示出，如何根據(jù)步驟c)將掩膜4施加到摻雜劑2的頂側(cè)上。該掩膜4以 上述方式通過噴墨印刷技術(shù)施加，并且有利地大部分在所示的狹窄路徑中延伸，但是其中 其它掩膜圖樣也是可行的。掩膜4的路徑對(duì)應(yīng)于所期望的高摻雜區(qū)域，這些高摻雜區(qū)域在 下文中更詳細(xì)地討論。圖3示出，如何根據(jù)步驟d)移除未被掩膜4覆蓋的摻雜劑2，該摻雜級(jí)2已在根據(jù)圖1和步驟b)的加熱后被轉(zhuǎn)化為磷硅酸鹽玻璃。因此，硅襯底1的低摻雜區(qū)域3的表面基 本上為暴露的。掩膜4下方仍然存在磷硅酸鹽玻璃2的相應(yīng)形成的區(qū)域。如圖4中所示，掩膜4隨后根據(jù)步驟e)被移除?？梢栽诟鶕?jù)圖3的步驟d)中通 過HF蝕刻來移除磷硅酸鹽玻璃，而遠(yuǎn)較不強(qiáng)效的溶液足以移除掩膜4。圖5示出，如何根據(jù)步驟f)通過重新加熱將磷從具有相應(yīng)地被施加并且又被移除 的掩膜4的形式的磷硅酸鹽玻璃2重新擴(kuò)散到硅襯底1中。來自磷硅酸鹽玻璃2的磷形成 狹窄的區(qū)域，該區(qū)域具有對(duì)應(yīng)于根據(jù)圖4的磷硅酸鹽玻璃2或根據(jù)圖2的掩膜4的形式。此 外，在硅襯底1的低摻雜區(qū)域3中、即基本上為整個(gè)平面的低摻雜區(qū)域3中，磷從接近表面 的區(qū)域比在第一擴(kuò)散步驟之后的情況又更深地?cái)U(kuò)散到硅襯底1中。在低摻雜區(qū)域3中和在 高摻雜區(qū)域5中，磷濃度在從表面向進(jìn)入基質(zhì)材料的方向上降低，其中摻雜深度可完全不 同。根據(jù)步驟g)，如圖6中所示，其余的磷硅酸鹽玻璃2也被有利地再次通過HF蝕刻 而移除。在該步驟中，同樣移除弱摻雜區(qū)域中的具有氧化物的薄層。然后，根據(jù)圖6的硅襯 底1在具有整個(gè)平面低摻雜的區(qū)域3的情況下存在。高摻雜的區(qū)域5在該低摻雜的區(qū)域3 中延伸，并且在太陽能電池中形成低歐姆的發(fā)射體或所謂的接觸網(wǎng)格。通過本發(fā)明可以利用在技術(shù)上可良好控制的方法對(duì)硅襯底進(jìn)行選擇性摻雜，其中 所述方法可全部連續(xù)地執(zhí)行。因此，例如可以如所述的那樣產(chǎn)生用于太陽能電池的接觸網(wǎng) 格。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)硅襯底(1)的硅進(jìn)行選擇性摻雜以在硅中產(chǎn)生pn結(jié)的方法，具有下列步驟a)以基于磷的摻雜劑(2)涂覆硅襯底⑴的表面，b)然后加熱硅襯底(1)以在硅的表面上產(chǎn)生磷硅酸鹽玻璃(2)，其中磷同時(shí)擴(kuò)散到硅 中作為第一次摻雜(3)，c)將掩膜(4)施加到磷硅酸鹽玻璃(2)上，使得掩膜(4)覆蓋稍后高摻雜的區(qū)域(5)，d)移除未被遮掩區(qū)域中的磷硅酸鹽玻璃(2)，e)從磷硅酸鹽玻璃(2)移除掩膜(4)，f)重新加熱以進(jìn)一步將磷從磷硅酸鹽玻璃(2)擴(kuò)散到硅中作為第二次摻雜，以產(chǎn)生高 摻雜的區(qū)域(5)，g)從硅襯底(1)完全移除磷硅酸鹽玻璃(2)以及氧化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，基于磷的摻雜劑(2)是具有磷酸的溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，利用印刷技術(shù)、優(yōu)選所謂的噴墨印刷技術(shù) 來施加掩膜(4)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，利用所述方法制造太陽能電池的接觸 網(wǎng)格，其中硅襯底(1)形成太陽能電池，其中硅的兩次摻雜區(qū)域(5)是高摻雜的并且因此是 低歐姆的并且構(gòu)成太陽能電池的接觸區(qū)域。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，根據(jù)步驟d)通過蝕刻、優(yōu)選HF蝕刻來 移除未被遮掩區(qū)域中的磷硅酸鹽玻璃(2)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，在連續(xù)通過設(shè)備中、優(yōu)選在水平連續(xù)通 過設(shè)備中執(zhí)行所述方法。
7.一種用于太陽能電池的硅襯底(1)，其特征在于，所述硅襯底(1)被利用根據(jù)前述權(quán) 利要求之一的方法處理。
全文摘要
一種用于對(duì)硅襯底(1)的硅進(jìn)行選擇性摻雜以在硅中產(chǎn)生pn結(jié)的方法，具有下列步驟a)以基于磷的摻雜劑(2)涂覆硅襯底(1)的表面；b)然后加熱硅襯底(1)以在硅的表面上產(chǎn)生磷硅酸鹽玻璃(2)，其中磷同時(shí)擴(kuò)散到硅中作為第一次摻雜(3)；c)將掩膜(4)施加到磷硅酸鹽玻璃(2)上，使得掩膜(4)覆蓋稍后高摻雜的區(qū)域(5)；d)移除未被遮掩區(qū)域中的磷硅酸鹽玻璃(2)；e)從磷硅酸鹽玻璃(2)移除掩膜(4)；f)重新加熱以進(jìn)一步將磷從磷硅酸鹽玻璃(2)擴(kuò)散到硅中作為第二次摻雜以產(chǎn)生高摻雜的區(qū)域(5)；g)從硅襯底(1)完全移除磷硅酸鹽玻璃(2)以及氧化物。
文檔編號(hào)H01L21/225GK102007599SQ200980113193
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2009年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月14日
發(fā)明者D·哈貝爾曼 申請(qǐng)人:吉布爾.施密德有限責(zé)任公司