專利名稱：形成低電阻硅金屬觸點(diǎn)的方法
形成低電阻硅金屬觸點(diǎn)的方法相關(guān)串請的交叉引用本專利申請要求于2010年3月I日提交的美國專利12/714,941的權(quán)益，其全部公開內(nèi)容以引用方式并入。公開領(lǐng)域本公開一般涉及光伏電池，具體地講，涉及形成低電阻硅金屬觸點(diǎn)的方法。發(fā)明背景 太陽能電池將太陽能直接轉(zhuǎn)化為直流電能。一般來講，被構(gòu)造成光電二極管的太陽能電池允許光透入金屬觸點(diǎn)附近，使得生成的載流子(例如電子或空穴(不含電子))可以電流形式被提取。大多數(shù)太陽能電池一般在摻入有第一摻雜劑(通常為硼)從而形成吸收體區(qū)域的硅基板上形成，第二反摻雜劑(通常為磷)則散布在其上面而形成發(fā)射極區(qū)域，以便完成Ρ-Π結(jié)。在添加鈍化和減反射涂層后，可添加金屬觸點(diǎn)(發(fā)射極上的細(xì)柵和主柵以及吸收體背部的墊片)以提取生成的電荷。一般來講，發(fā)射極區(qū)域內(nèi)的低摻雜劑原子濃度將有利地導(dǎo)致低復(fù)合(并因此導(dǎo)致較高的太陽能電池效率)，但將不利地導(dǎo)致與金屬電極的電接觸不良(高電阻)。相反，高摻雜劑原子濃度將不利地導(dǎo)致高復(fù)合，但將有利地導(dǎo)致與金屬電極的低電阻歐姆接觸。當(dāng)使用絲網(wǎng)印刷銀漿形成正面金屬電極時尤其如此。通常，為了降低制造成本，使用單一均勻摻雜劑擴(kuò)散來形成發(fā)射極。然而，摻雜濃度一般為介于低復(fù)合和良好金屬觸點(diǎn)之間的一種折中。也就是說，一般能在較低摻雜下實(shí)現(xiàn)低復(fù)合，然而需要較高摻雜來形成觸點(diǎn)。因此，由于這樣一種折中，所得太陽能電池效率(轉(zhuǎn)化為電力的日光百分比)通常降低?，F(xiàn)在參見

圖1，其示出了傳統(tǒng)正面接觸太陽能電池的簡圖。在通用構(gòu)型中，η型擴(kuò)散區(qū)域108首先在P型(輕摻雜)硅基板110上形成。在將氮化硅(SiNx)層104沉積在基板的正面上之前，通常通過使硅基板暴露于氫氟酸(HF)而基本上移除在磷沉積過程(即POCl3)中形成于基板表面上的殘余PSG。然后包括正面金屬觸點(diǎn)102和背表面場(BSF)/背面金屬觸點(diǎn)116的一組金屬觸點(diǎn)按順序在娃基板110上形成并隨后焙燒到娃基板110內(nèi)。正面金屬觸點(diǎn)102通常通過沉積Ag (銀)漿料而形成，該漿料包含銀粉(約70至約80重量％ (重量百分比)、硼硅酸鉛玻璃(玻璃料)Pb0-B203-Si02 (約I至約10重量％)和有機(jī)組分(約15至約30重量％)。沉積之后，在低溫下干燥漿料以移除有機(jī)溶劑，然后在高溫下焙燒以形成導(dǎo)電性金屬層以及啟用硅金屬觸點(diǎn)。在焙燒過程中，隨著溫度增加至至高約400°C，玻璃料軟化并形成熔融玻璃，其會在放熱的氧化還原反應(yīng)中潤濕和溶解下面的減反射涂層(如，氮化硅)阻擋層106 2Pb0玻璃+Si — 2Pb+Si02_ [公式 I]根據(jù)前述內(nèi)容，需要提供在低摻雜發(fā)射極上形成低電阻硅金屬觸點(diǎn)的方法。發(fā)明概述在一個實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及在基板上形成歐姆接觸的方法。該方法包括將一組硅顆粒沉積在基板表面上。該方法還包括將基板在烘焙環(huán)境中加熱至烘焙溫度并持續(xù)一段烘焙時間段以便形成致密膜油墨圖案。該方法還包括在沉積溫度下，將基板暴露于具有沉積環(huán)境的擴(kuò)散爐中的摻雜劑源并持續(xù)一段沉積時間段，所述沉積環(huán)境包含P0C13、N2載氣、主要N2氣體和反應(yīng)性O(shè)2氣體，其中在基板表面上形成PSG層。該方法還包括將基板在驅(qū)入環(huán)境中加熱至驅(qū)入溫度并持續(xù)一段驅(qū)入時間段；以及沉積氮化硅層。該方法還包括將一組金屬觸點(diǎn)沉積在一組硅顆粒上；以及將所述基板加熱至焙燒溫度并持續(xù)一段焙燒時間段。附圖簡述以舉例的方式而非限制性方式在附圖中對本發(fā)明進(jìn)行說明，并且在附圖中，相似的附圖標(biāo)號表示相似的部件，其中圖I示出傳統(tǒng)正面接觸太陽能電池的簡圖；圖2A-C示出根據(jù)本發(fā)明燒透在太陽能電池上的磷摻雜的顆粒層之后正面金屬觸 點(diǎn)太陽能電池的一組簡圖； 圖3A-C示出根據(jù)本發(fā)明在三種不同觸點(diǎn)焙燒溫度和時間條件下以及利用兩種不同PSG移除工序而處理的兩組基板的填充因數(shù)(FF)、串聯(lián)電阻和效率；圖4A-B示出根據(jù)本發(fā)明對硅片表面和硅顆粒膜兩者進(jìn)行能量色散X射線光譜(EDX)測量；圖5示出根據(jù)本發(fā)明形成低電阻硅金屬觸點(diǎn)的簡化方法，其中顆粒在磷擴(kuò)散之前沉積；圖6示出根據(jù)本發(fā)明形成低電阻硅金屬觸點(diǎn)的簡化方法，其中硅顆粒在磷擴(kuò)散之后沉積；并且圖7示出根據(jù)本發(fā)明形成低電阻硅金屬觸點(diǎn)的方法，其中硅顆粒在氮化物沉積之后沉積。發(fā)明詳述現(xiàn)將結(jié)合如附圖所示的本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施方案來詳細(xì)描述本發(fā)明。為了能夠全面理解本發(fā)明，在以下說明中闡述了許多具體細(xì)節(jié)。然而對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將顯而易見的是，沒有部分或所有這些具體細(xì)節(jié)也能實(shí)踐本發(fā)明。在其它情況下，為了不給本發(fā)明增加不必要的理解難度，未詳細(xì)示出熟知的工序和/或結(jié)構(gòu)。一般來講，對于通過絲網(wǎng)印刷金屬觸點(diǎn)制備的晶體太陽能電池而言，經(jīng)常使用單一摻雜劑擴(kuò)散以形成發(fā)射極區(qū)域，使所得的摻雜劑濃度被選擇為介于低載流子復(fù)合和良好硅金屬連接性之間的一種折中。具體地講，有必要具有高表面濃度的磷以有利于在金屬焙燒過程中銀微晶的形成。這些微晶在介于金屬和硅之間的接觸面處形成并且對于實(shí)現(xiàn)良好的接觸電阻至關(guān)重要。參見 G. Schubert、J. Horzel、R. Kopecek、F. Huster 和 P. Fath 的“Silver thick film contact formation on lowly doped phosphorous emitters，，，見于2005年6月西班牙巴塞羅那的“Proceedings of the 20th European Photovoltaic SolarEnergy Conference (EU PVSECJ 05)” 第 934 頁。以有利的方式，可使用在基板表面上形成的磷摻雜的硅顆粒膜來催化介于金屬和硅表面之間的銀微晶的形成，從而使得能夠形成低電阻歐姆接觸。使用包含硅和磷的顆粒膜促進(jìn)微晶的形成允許發(fā)射極的摻雜分布得以最優(yōu)化以用于低載流子復(fù)合，從而獲得改善的電池轉(zhuǎn)換效率。層可在擴(kuò)散步驟之前、擴(kuò)散步驟之后、磷硅酸鹽玻璃(PSG)移除之后和/或氮化物步驟之后沉積。例如，在一種構(gòu)型中，在顆粒膜中的磷在沉積之后的POCl3擴(kuò)散過程中被吸收。在其它構(gòu)型中，磷可在印刷之后立即存在于納米顆粒膜中?？赏ㄟ^多種技術(shù)來制備顆粒，諸如蒸發(fā)(S. Ijimaj Jap. J Appl.Phys. 26，357 (1987))、氣相熱解(K. A Littauj P. J. Szajowskij A. J. Muller, A.Kortanj L. E. Brusj J Phys. Chem. 97，1224 (1993))、氣相光解(J. M. Jasinski 和F. K. LeGouesj Chem. Mater. 3，989 (1991))、電化學(xué)蝕刻(V. Petrova-Koch 等人，Appl.Phys. Lett. 61，943(1992))、娃焼和聚娃焼的等離子體分解(H. Takagi等人，Appl. Phys.Lett. 56，2379 (1990))、高壓液相氧化還原反應(yīng)(J. R. Heath, Science 258，1131 (1992))
坐寸O此外，還可使用如2008年5月I日提交的題目為“Methods And Apparatus ForThe Production of Group IV Nanoparticles in a Flow-Through Plasma Reactor，，的美國專利申請12/113,451以及2007年8月21日提交的題目為“In Situ Doping of GroupIV Semiconductor Nanoparticles and Thin Films Formed Therefrom，，的美國專利申請11/842,466中所述的技術(shù)來摻雜顆粒，這兩篇專利申請均以引用方式并入。硅顆粒的直徑優(yōu)選地介于約2nm和約IOOnm之間，更優(yōu)選介于約3nm和約50nm之間，并且最優(yōu)選介于約5nm和約20nm之間。一種沉積顆粒的方法是利用膠態(tài)分散體。一般來講，膠態(tài)分散體是一種由以下兩個單獨(dú)的相組成的均勻混合物連續(xù)相(例如溶劑)和分散相(一般為顆粒)。顆粒可以懸浮在硅顆粒流體(膠態(tài)分散體)中，該流體可包含溶劑(如醇、醛、酮、羧酸、酯、胺、有機(jī)基硅氧烷、鹵代烴、其它烴等)和顆粒封端基團(tuán)(如醇、醛、酮、羧酸、酯、胺、有機(jī)基硅氧烷等)。這些溶劑和封端基團(tuán)隨后可在燒結(jié)過程中被移除，或就在燒結(jié)過程之前的較低溫預(yù)熱中被移除。此外，可通過在包含無摻雜納米顆粒的分散體中摻入摻雜的添加劑(例如磷酸)來實(shí)現(xiàn)納米顆粒膜中的摻雜。現(xiàn)在參見圖2A-C，這組簡圖示出了根據(jù)本發(fā)明燒透太陽能電池上的磷摻雜顆粒層之后的正面金屬觸點(diǎn)太陽能電池。圖2A示出具有磷摻雜硅顆粒層的正面接觸太陽能電池的簡圖。一般來講，η型擴(kuò)散區(qū)208首先在P型(輕摻雜)硅基板210上形成。在基板的正面沉積氮化硅(SiNx)層204之前,通常通過使娃基板暴露于氫氟酸(HF)而基本上移除在磷沉積過程中形成于基板表面上的殘余PSG (即P0C13)。包括正面金屬觸點(diǎn)202 (如先前所述通常為銀漿)和背表面場(BSF)/背面金屬觸點(diǎn)216的一組金屬觸點(diǎn)然后按順序形成于并隨后焙燒到硅基板210內(nèi)。包含磷的硅顆粒層212的存在促進(jìn)在介于正面金屬觸點(diǎn)金屬和硅基板之間的接觸面處形成微晶。參見圖2B，即根據(jù)本發(fā)明燒透正面金屬觸點(diǎn)之前的圖2A太陽能電池的簡化示意圖。其示出了印刷在所沉積的納米顆粒層212上方的氮化硅層204上的含銀顆粒207的金屬漿料層。隨著焙燒過程中溫度的增加，漿料中包含的玻璃料開始蝕透氮化硅層204。同時，銀顆粒207趨于形成Si-Ag-M合金,該合金繼而穿透氮化娃層并隨后形成連續(xù)金屬觸點(diǎn)。參見圖2C，當(dāng)圖2B的Si-Ag-M合金固化時，導(dǎo)電性微晶214趨于在硅基板中形成，從而透過非導(dǎo)電玻璃層213將正面金屬觸點(diǎn)與發(fā)射極208電耦合。這些微晶的形成取決于表面的特性，尤其是含磷的硅顆粒層212的存在。作者相信，通過在接觸區(qū)域中包括一層含、磷的硅顆粒，可以促進(jìn)這些微晶的形成，從而形成更多晶體并導(dǎo)致較低的接觸電阻。含磷的硅顆粒層的存在促進(jìn)介于金屬和硅之間的接觸面處微晶的形成。一般來講，使用標(biāo)準(zhǔn)正面銀漿形成良好觸點(diǎn)所需的薄層電阻為約60 Ω/sq或更低，其部分地由磷表面高濃度的要求所決定。通過添加硅顆粒膜，發(fā)明人相信可以形成具有較高薄層電阻(>60Q/Sq)的發(fā)射極良好歐姆接觸，從而使得由于發(fā)射極中減少的復(fù)合而能夠?qū)崿F(xiàn)較高的太陽能電池效率。所述方法有利的原因有多種(a)可在輕摻雜發(fā)射極上形成低電阻觸點(diǎn)，而無需在接觸區(qū)域中形成重擴(kuò)散，這簡化了擴(kuò)散過程；(b)油墨印刷發(fā)生于高溫擴(kuò)散步驟之后，這趨于降低由與印刷和干燥步驟相關(guān)聯(lián)的附加基板處理而造成污染的可能性；和(C)印刷的油墨線可為金屬圖案對齊提供高度可見的圖案，從而確保過程的穩(wěn)健性。實(shí)駘I現(xiàn)在參見圖3A-C，其示出了根據(jù)本發(fā)明在三種不同觸點(diǎn)焙燒溫度和時間條件下以及利用兩種不同PSG移除工序而處理的兩組基板的填充因數(shù)(FF)、串聯(lián)電阻和效率。就所 述兩組基板而言，圖3A對FF (填充因數(shù))進(jìn)行比較，圖3B對串聯(lián)電阻進(jìn)行比較，而圖3C對效率進(jìn)行比較。以有利的方式，通過在觸點(diǎn)形成過程中利用不同顆粒層對太陽能電池中的觸點(diǎn)形成進(jìn)行研究而實(shí)驗(yàn)性地展示了硅顆粒層能夠促進(jìn)觸點(diǎn)的形成。一般來講，填充因數(shù)、串聯(lián)電阻和效率是觸點(diǎn)形成的質(zhì)量指標(biāo)。FF (填充因數(shù))被定義為太陽能電池的最大功率與V。。(開路電壓)和Is。(短路電流)乘積的比率。串聯(lián)電阻表示電流的歐姆電阻，并由來自基板(包括發(fā)射極)、介于基板和金屬觸點(diǎn)之間以及跨越金屬觸點(diǎn)的電阻組成。效率是在操作點(diǎn)遞送的電能與入射光能的比率。在本實(shí)驗(yàn)中，所有基板組均由鋸齒狀損傷蝕刻的P型硅基板構(gòu)成，各自具有約180um的厚度和約2 Ω-cm的體電阻率。首先將基板用piranha (硫酸(H2SO4)和過氧化氫(H2O2)的混合物)清洗。該清洗之后為去離子水沖洗步驟，然后浸入后續(xù)緩沖氧化物蝕刻液(BOE)，接著用最終去離子水沖洗。然后在硅納米顆粒流體沉積在基板的一側(cè)上之前用N2干燥基板(其中納米顆粒流體在一組有機(jī)溶劑中包含約4at% (原子％)的硅納米顆粒)。然后在600°C的溫度下將基板在烘焙環(huán)境中用快速熱處理(RTP)工具烘焙約3分鐘的一段時間，以便蒸發(fā)溶劑分子并形成致密膜。在第一方法(方法I)中,在約800°C的沉積溫度下將第一組基板暴露于具有P0C13、N2和O2的沉積環(huán)境的擴(kuò)散爐中的摻雜劑源并持續(xù)約20分鐘的沉積時間段，接著在相同溫度下執(zhí)行附加氧化步驟持續(xù)約10分鐘，接著在約900°C驅(qū)入溫度下的驅(qū)入環(huán)境中執(zhí)行附加驅(qū)入熱步驟持續(xù)約30分鐘的時間段。隨后通過浸在緩沖氧化物蝕刻液(BOE)中約5分鐘而移除在基板表面和致密膜表面上的殘余PSG玻璃層。在第二方法(方法2)中，將第二組基板按第一組基板處理，但增加了在H2SO4IH2O2(2 I)中的額外的清洗約5分鐘并在BOE中再清洗5分鐘，以便移除附加的磷摻雜顆粒，而使下面的薄層電阻保持不變。用常規(guī)的銀漿將電池絲網(wǎng)印刷在正面、Al-Ag背面母線以及后表面之上的Al漿料上以形成背表面場。印刷金屬之后，將電池焙燒至約745°C、765°C和773°C的峰值溫度，具有的溫度特征圖使得超過700°C的時間(焙燒時間段)為約4秒。能夠看出，用方法I處理的基板(其具有在移除PSG后余留的更加顯著的硅顆粒膜)產(chǎn)生了超過77%的顯著有益的填充因數(shù)以及相應(yīng)的低串聯(lián)電阻。通過附加的Piranha/BOE清洗(方法2)而制造的電池顯示出大大減小的填充因數(shù)，這起因于增加的串聯(lián)電阻。將這兩種情況下的電池隨后在HF稀釋溶液中蝕刻以移除Ag觸點(diǎn)并暴露接觸區(qū)域。與方法I相比，對于方法2而言，隨后的SEM成像表明Ag微晶數(shù)顯著減少。因此，發(fā)明人相信，用硅顆粒膜改變硅片表面(而不改變摻雜分布)會強(qiáng)烈影響觸點(diǎn)的形成?，F(xiàn)在參見圖4A-B，示出了根據(jù)本發(fā)明的能量色散X射線光譜圖(EDX)，其在高效率發(fā)射極(圖4A)和硅顆粒膜(圖4B)兩者上測得。在本實(shí)驗(yàn)中，所有基板組均由鋸齒狀損傷蝕刻的P型硅基板構(gòu)成，各自具有約180um的厚度和約2Ω-αιι的體電阻率。首先用piranha (硫酸(H2SO4)與過氧化氫(H2O2)的混合物)來清洗基板。該清洗之后為去離子水沖洗步驟，然后浸入后續(xù)緩沖氧化物蝕刻液 (BOE)，接著用最終去離子水沖洗。然后將硅納米顆粒流體沉積在基板的一側(cè)上之前用N2干燥基板。然后在200°C的溫度下將基板在石英管式爐內(nèi)的氮環(huán)境中烘焙約10分鐘，以便蒸發(fā)溶劑分子并形成致密膜。隨后在氫氟酸(HF)和鹽酸(HCl)的稀釋水溶液中清洗基板。清洗之后，將硅片加載到擴(kuò)散管式爐中，其中在約800°C的沉積溫度下將基板暴露于沉積環(huán)境為P0C13、N2和O2的摻雜劑源并持續(xù)約20分鐘的沉積時間段，接著在相同溫度下執(zhí)行附加氧化步驟約10分鐘，接著在約900°C驅(qū)入溫度下的驅(qū)入環(huán)境中執(zhí)行驅(qū)入熱步驟約25分鐘的驅(qū)入時間段。隨后通過將基板浸在緩沖氧化物蝕刻液(BOE)中約5分鐘而移除在基板表面和致密膜表面上的殘余PSG玻璃層。EDX測量清楚地示出，在硅顆粒層中的表面處存在顯著量的磷，與高效率發(fā)射極(參見圖4A)相比超過20at% (如圖4B中所見)。同樣，與早前的爭論一致，據(jù)信在發(fā)射極表面附近存在這樣顯著量的磷原子對觸點(diǎn)燒透過程中的觸點(diǎn)形成是有益的?，F(xiàn)在參見圖5，示出了根據(jù)本發(fā)明形成低電阻硅金屬觸點(diǎn)的簡化方法，其中顆粒在磷擴(kuò)散之前沉積。一般來講，硅納米顆?？蓳饺胗辛谆驘o摻雜。最初，在步驟502，將硅顆粒流體沉積在每塊基板的第一表面(正面或背面)上以形成娃顆粒膜。任選地在步驟504，烘焙基板以便從硅顆粒膜中移除一組溶劑，以及進(jìn)一步使沉積的硅顆粒膜致密到介于約IOOnm至約IOOOnm之間的最終厚度。這可在介于約150°C和約600°C之間的第一溫度下進(jìn)行，時間為介于約30秒和約10分鐘之間的第一時間段。任選地在步驟506，將每塊基板在化學(xué)浴中清洗以移除硅膜的不需要的雜質(zhì)和氧化部分。在該步驟所用的化學(xué)品的實(shí)例包括但不限于氫氟酸(HF)，緩沖氧化物蝕刻液(BOE)，過氧化氫與硫酸的混合物，過氧化氫、氫氧化銨與水的混合物中的至少一者。在步驟508，將基板放置于擴(kuò)散設(shè)備中，例如管式爐或聯(lián)機(jī)爐。接著在步驟510，將所述一組基板在磷環(huán)境如在管式爐中的POCl3或在聯(lián)機(jī)爐中的H3PO4中加熱。例如，在管式擴(kuò)散爐構(gòu)造中，將基板暴露于具有沉積環(huán)境的擴(kuò)散爐中的摻雜劑源，所述沉積環(huán)境包含P0C13、N2載氣、主要N2氣體和反應(yīng)性O(shè)2氣體，其中N2載氣與反應(yīng)性O(shè)2氣體的比率介于約1:1至約I. 5:1之間，其中在基板表面上形成PSG層。優(yōu)選地，管式擴(kuò)散溫度介于約700°C和約1000°C之間，并且管式擴(kuò)散時間段為約5分鐘至約35分鐘。更優(yōu)選地，管式擴(kuò)散溫度介于約800°C和約900°C之間，并且管式擴(kuò)散時間段為約10分鐘至約30分鐘。最優(yōu)選地，管式擴(kuò)散溫度介于約800°C和約850°C之間，并且管式擴(kuò)散時間段為約20分鐘。任選地，沉積步驟之后可為氧化步驟和驅(qū)入步驟，其也可在介于約800°C和約1000°C之間的較高溫度下進(jìn)行。任選地在512，通過將基板置于化學(xué)浴中而移除在爐擴(kuò)散過程中沉積的PSG，所述化學(xué)浴包含將移除玻璃層的化學(xué)品。該步驟所用的化學(xué)品的實(shí)例包括但不限于氫氟酸(HF)和緩沖氧化物蝕刻液(BOE)中的至少一者。任選地，可在PSG移除步驟512之前執(zhí)行邊緣絕緣處理步驟(如通過干法等離子蝕刻或濕法蝕刻)。在514，將氮化硅沉積在基板的正面上
以減少正面復(fù)合以及減少從太陽能電池正面反射的量。在步驟516，將Ag (銀)漿料沉積在硅顆粒膜上。最后，在步驟518，在優(yōu)選介于約700°C和約800°C之間、更優(yōu)選介于約750°C和約780°C之間，并且最優(yōu)選約765°C的溫度下將Ag (銀)漿料焙燒到基板內(nèi)。在焙燒過程中，溫度應(yīng)優(yōu)選保持在高于700°C的時間介于約I秒和約5秒之間，更優(yōu)選介于約3秒和約4秒之間，并且最優(yōu)選為4秒。現(xiàn)在參見圖6，示出了根據(jù)本發(fā)明形成低電阻硅金屬觸點(diǎn)的簡化方法，其中硅顆粒在磷擴(kuò)散之后沉積。在步驟602，將每塊基板在化學(xué)浴中清洗以移除可存在于基板表面上的不需要的雜質(zhì)和氧化物層。該步驟所用的化學(xué)品的實(shí)例包括但不限于氫氟酸(HF)，緩沖氧化物蝕刻液(BOE)，過氧化氫與硫酸的混合物，過氧化氫、氫氧化銨與水的混合物中的至少一者。在步驟604，將基板放置于擴(kuò)散設(shè)備中，例如管式爐或聯(lián)機(jī)爐。接著在步驟606，將所述一組基板在磷環(huán)境如管式爐中的POCl3或聯(lián)機(jī)爐中的H3PO4中加熱。例如，在管式擴(kuò)散爐構(gòu)造中，將基板暴露于具有沉積環(huán)境的擴(kuò)散爐中的摻雜劑源，所述沉積環(huán)境包含P0C13、N2載氣、主要N2氣體和反應(yīng)性O(shè)2氣體，其中N2載氣與反應(yīng)性O(shè)2氣體的比率介于約I: I至約I. 5:1之間，其中在基板表面上形成PSG層。優(yōu)選地，管式擴(kuò)散溫度介于約700°C和約1000°C之間，并且管式擴(kuò)散時間段為約5分鐘至約35分鐘。更優(yōu)選地，管式擴(kuò)散溫度介于約800°C和約900°C之間，并且管式擴(kuò)散時間段為約10分鐘至約30分鐘。最優(yōu)選地，管式擴(kuò)散溫度介于約800°C和約850°C之間，并且擴(kuò)散時間段為約20分鐘。任選地，沉積步驟之后可為氧化步驟和驅(qū)入步驟，其也可在介于約800°C和約1000°C之間的較高溫度下進(jìn)行。任選地在607，通過將基板放置于化學(xué)浴中而移除在爐擴(kuò)散過程中沉積的PSG，所述化學(xué)浴包含將移除玻璃層的化學(xué)品。該步驟所用的化學(xué)品的實(shí)例包括但不限于氫氟酸(HF)和緩沖氧化物蝕刻液(BOE)中的至少一者。任選地，可在PSG移除步驟607之前執(zhí)行邊緣絕緣處理步驟(如通過干法等離子蝕刻或濕法蝕刻)。在步驟608，將硅顆粒流體沉積在每塊基板的第一表面(正面或背面)上以形成硅顆粒膜。在一種構(gòu)造中，磷濃度大于lat%。在步驟610，烘焙基板以便從硅顆粒膜中移除一組溶劑，以及進(jìn)一步使沉積的硅顆粒膜致密到介于約IOOnm至約IOOOnm之間的最終厚度。這可在介于約150°C和約600°C之間的第一溫度下進(jìn)行，并且持續(xù)介于約30秒和約10分鐘之間的第一時間段。任選地在步驟612，將每塊基板在化學(xué)浴中清洗以移除硅膜的不需要的雜質(zhì)和氧化部分。該步驟所用的化學(xué)品的實(shí)例包括但不限于氫氟酸(HF)，緩沖氧化物蝕刻液(BOE)，過氧化氫與硫酸的混合物，過氧化氫、氫氧化銨與水的混合物中的至少一者。在614，將氮化硅沉積在基板的正面上以減少正面復(fù)合以及減少從太陽能電池正面反射的量。在步驟616，將Ag (銀)漿料沉積在硅顆粒膜上。最后，在步驟618，在優(yōu)選介于約700°C和約800°C之間、更優(yōu)選介于約750°C和約780°C之間，并且最優(yōu)選為約765°C的溫度 下將Ag (銀)漿料焙燒到基板內(nèi)。在焙燒過程中，溫度應(yīng)優(yōu)選地保持在高于700°C的時間介于約I秒和約5秒之間，更優(yōu)選介于約3秒和約4秒之間，并且最優(yōu)選為約4秒?，F(xiàn)在參見圖7，示出了根據(jù)本發(fā)明形成低電阻硅金屬觸點(diǎn)的簡化方法，其中硅顆粒在氮化物沉積之后沉積。在步驟702，將每塊基板在化學(xué)浴中清洗以移除可存在于基板表面上的不需要的雜質(zhì)和氧化物層。該步驟所用的化學(xué)品的實(shí)例包括但不限于氫氟酸(HF)，緩沖氧化物蝕刻液(BOE)，過氧化氫與硫酸的混合物，過氧化氫、氫氧化銨與水的混合物中的至少一者。在步驟704，將基板放置于擴(kuò)散設(shè)備中，例如管式爐或聯(lián)機(jī)爐中。接著在步驟706，將所述一組基板在磷環(huán)境如管式爐中的POCl3或聯(lián)機(jī)爐中的H3PO4中加熱。例如，在管式擴(kuò)散爐構(gòu)造中，將基板暴露于具有沉積環(huán)境的擴(kuò)散爐中的摻雜劑源，所述沉積環(huán)境包含P0C13、N2載氣、主要N2氣體和反應(yīng)性O(shè)2氣體，其中N2載氣與反應(yīng)性O(shè)2氣體的比率介于約I: I至約I. 5:1之間，其中在基板表面上形成PSG層。優(yōu)選地，管式擴(kuò)散溫度介于約700°C和約1000°C之間，并且管式擴(kuò)散時間段為約5分鐘至約35分鐘。更優(yōu)選地，管式擴(kuò)散溫度介于約800°C和約900°C之間，并且管式擴(kuò)散時間段為約10分鐘至約30分鐘。最優(yōu)選地，管式擴(kuò)散溫度介于約800°C和約850°C之間，并且擴(kuò)散時間段為約20分鐘。任選地，沉積步驟之后可為氧化步驟和驅(qū)入步驟，其也可在介于約800°C和約1000°C之間的較高溫度下進(jìn)行。任選地在712，通過將基板置于化學(xué)浴中而移除在爐擴(kuò)散過程中沉積的PSG，所述化學(xué)浴包含將移除玻璃層的化學(xué)品。該步驟所用的化學(xué)品的實(shí)例包括但不限于氫氟酸(HF)和緩沖氧化物蝕刻液(BOE)中的至少一者。任選地，可在PSG移除步驟712之前執(zhí)行邊緣絕緣處理步驟(如通過干法等離子蝕刻或濕法蝕刻)。在714，將氮化硅沉積在基板的正面以減少正面復(fù)合以及減少太陽能電池正面的反射量。在步驟715，將硅顆粒流體沉積在每塊基板的第一表面(正面或背面)上以便形成硅顆粒膜。在一種構(gòu)造中，磷濃度大于lat%。在步驟716，烘焙基板以便從硅顆粒膜中移除一組溶劑，以及進(jìn)一步使沉積的硅顆粒膜致密到介于約IOOnm至約IOOOnm之間的厚度。這可在介于約150°C和約600°C之間的第一溫度下進(jìn)行，并持續(xù)介于約30秒和約10分鐘之間的第一時間段。任選地在步驟717，將每塊基板在化學(xué)浴中清洗以移除硅膜的不需要的雜質(zhì)和氧化部分。該步驟所用的化學(xué)品的實(shí)例包括但不限于氫氟酸(HF)，緩沖氧化物蝕刻液(BOE)，過氧化氫與硫酸的混合物，過氧化氫、氫氧化銨與水的混合物中的至少一者。在步驟718，將Ag (銀)漿料沉積在硅顆粒膜上。
最后，在步驟720，在優(yōu)選介于約700°C和約800°C之間、更優(yōu)選介于約750°C和約780 0C之間并且最優(yōu)選約765 0C的溫度下將Ag (銀)漿料焙燒到基板內(nèi)。在焙燒期間，溫度應(yīng)優(yōu)選地保持在高于700°C的時間介于約I秒和約5秒之間，更優(yōu)選介于約3秒和約4秒之間，并且最優(yōu)選為約4秒。可在不存在本文未具體描述的一種或多種任何元件或者一項(xiàng)或多項(xiàng)限制的情況下，適當(dāng)?shù)貙?shí)施本文示例性描述的發(fā)明。因此，可以廣義地理解例如術(shù)語“包括/包含(comprising、including、containing)”等,沒有任何限制。此外,本文所用的術(shù)語和表述可用于描述而并非進(jìn)行限制，使用此類術(shù)語和表述并無意排除所示出和描述的特征或其部分的任何等同形式，但公認(rèn)的是在受權(quán)利要求書保護(hù)的本發(fā)明的范圍內(nèi)可以使用各種修改形式。因此，應(yīng)當(dāng)理解，雖然通過優(yōu)選實(shí)施例和任選特征對本發(fā)明進(jìn)行了具體描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以借助于本文所公開的發(fā)明的修改形式、改善形式和變型形式，并且應(yīng)當(dāng)理解此類修改形式、改善形式和變型形式在本發(fā)明的范圍內(nèi)。此處提供的材料、方法和實(shí)例代表優(yōu)選的實(shí)施方案，它們是示例性的，并不旨在限制本發(fā)明的范圍。 如本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所理解的那樣，就任何和所有目的而言，尤其是從提供書面描述來講，本文公開的所有范圍還包含任何以及所有可能的子范圍以及它們的子范圍的組合。列出的任何范圍均可容易地被識別為充分描述和允許分為至少相等的兩份、三份、四份、五份、十份等的相同范圍。作為非限制性實(shí)例，本文所述的每個范圍均可輕易地劃分為下面三分之一、中間三分之一、以及上面三分之一等。如本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員也將理解，“至多”、“至少”、“大于”、“小于”等等之類的所有語言均包括列舉的數(shù)值，并且是指可如上所述隨后分為子范圍的范圍。此外，術(shù)語“摻雜劑或摻雜”和“反向摻雜劑或反向摻雜”是指一組類型相反的摻雜劑。即，如果摻雜劑為P型，則反向摻雜劑為η型。此外，除非另外指明，摻雜劑類型可互換。此外，術(shù)語“基板”可包括單晶和多晶基板。所有出版物、專利申請、公布的專利以及本說明書中提及的其它文檔均以引用方式并入本文，如同已具體并單獨(dú)地指示各個單獨(dú)的出版物、專利申請、公布的專利或其它文檔的全文以引用方式并入本文。如果以引用方式并入本文的文字中包含的定義與本公開中的定義矛盾，則將所引用內(nèi)容中的定義排除在外。就本公開的目的而言，除非另外指明，“一個/ 一種(a/an)”是指一個或多個/ 一種或多種?！?。本文引用的所有專利、專利申請、參考文獻(xiàn)和出版物全文以引用方式并入本文，該引用的范圍就如同單獨(dú)將它們以引用方式并入一樣。此外，詞匯“組”是指一個或多個項(xiàng)目或?qū)ο蟮募?。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括形成低電阻硅金屬觸點(diǎn)的方法。附加優(yōu)點(diǎn)包括生產(chǎn)高效太陽能電池。雖然已公開了示例性實(shí)施方案和最佳模式，但在保留以下權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的主題和實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)的同時，可對公開的實(shí)施方案作出多種修改和變型。
權(quán)利要求
1.在基板上形成歐姆接觸的方法，包括 將ー組硅顆粒沉積在所述基板表面上； 將所述基板在烘焙環(huán)境中加熱至烘焙溫度并持續(xù)一段烘焙時間段以便形成致密膜油墨圖案； 在沉積溫度下將所述基板暴露于具有沉積環(huán)境的擴(kuò)散爐中的摻雜劑源并持續(xù)一段沉積時間段，所述沉積環(huán)境包含P0C13、N2載氣、主要N2氣體和反應(yīng)性O(shè)2氣體，其中在所述基板表面上形成PSG層； 將所述基板在驅(qū)入環(huán)境中加熱至驅(qū)入溫度并持續(xù)一段驅(qū)入時間段； 沉積氮化硅層； 將ー組金屬觸點(diǎn)沉積在所述ー組硅顆粒上； 將所述基板加熱至焙燒溫度并持續(xù)一段焙燒時間段。
2.權(quán)利要求I的方法,其中所述ー組硅顆粒包含磷摻雜的硅顆粒和固有硅顆粒中的一者。
3.權(quán)利要求I的方法，其中所述烘焙溫度介于約150°C和約600°C之間，并且所述烘焙時間段介于約30秒和約10分鐘之間。
4.權(quán)利要求I的方法，其中所述N2載氣與所述反應(yīng)性O(shè)2氣體的比率介于約1:1至約1.5:1之間，所述沉積溫度介于約725°C和約875°C之間，并且所述沉積時間段介于約5分鐘和約35分鐘之間。
5.權(quán)利要求I的方法，其中所述驅(qū)入溫度介于約800°C和約1000°C之間。
6.權(quán)利要求I的方法，其中所述烘焙溫度介于約200°C和約400°C之間，并且所述烘焙時間段介于約30秒和約2分鐘之間。
7.權(quán)利要求I的方法，其中所述沉積溫度介于約750°C和約850°C之間，并且所述沉積時間段介于約10分鐘和約30分鐘之間。
8.權(quán)利要求I的方法，其中所述驅(qū)入溫度介于約850°C和約1000°C之間。
9.權(quán)利要求I的方法，其中所述驅(qū)入溫度介于約850°C和約900°C之間。
10.權(quán)利要求I的方法，其中所述驅(qū)入時間段介于約15分鐘和約40分鐘之間。
11.權(quán)利要求I的方法，其中所述最大焙燒溫度介于約700°C和約800°C之間，并且所述焙燒時間段介于約I秒和約5秒之間。
12.權(quán)利要求I的方法，其中所述焙燒溫度介于約750°C和約780°C之間，并且所述焙燒時間段介于約3秒和約4秒之間。
13.權(quán)利要求I的方法，其中在將所述基板在驅(qū)入環(huán)境中加熱至驅(qū)入溫度并持續(xù)一段驅(qū)入時間段后移除所述PSG。
14.權(quán)利要求I的方法，其中在將所述基板在烘焙環(huán)境中加熱至烘焙溫度并持續(xù)一段烘焙時間段后清洗所述基板。
15.在基板上形成歐姆接觸的方法，包括 在沉積溫度下將所述基板暴露于具有沉積環(huán)境的擴(kuò)散爐中的摻雜劑源并持續(xù)一段沉積時間段，所述沉積環(huán)境包含P0C13、N2載氣、主要N2氣體和反應(yīng)性O(shè)2氣體，其中在所述基板表面上形成PSG層； 將所述基板在驅(qū)入環(huán)境中加熱至驅(qū)入溫度并持續(xù)一段驅(qū)入時間段；將ー組硅顆粒沉積在所述基板表面上； 將所述基板在烘焙環(huán)境中加熱至烘焙溫度并持續(xù)一段烘焙時間段以便形成致密膜油墨圖案； 沉積氮化硅層； 將ー組金屬觸點(diǎn)沉積在所述ー組硅顆粒上； 將所述基板加熱至焙燒溫度并持續(xù)一段焙燒時間段。
16.權(quán)利要求15的方法，其中所述ー組硅顆粒包含大于lat%的磷。
17.權(quán)利要求15的方法，其中所述烘焙溫度介于約150°C和約600°C之間，并且所述烘焙時間段介于約30秒和約10分鐘之間。
18.權(quán)利要求15的方法，其中所述烘焙溫度介于約200°C和約400°C之間，并且所述烘焙時間段介于約30秒和約2分鐘之間。
19.權(quán)利要求15的方法，其中在將所述基板在驅(qū)入環(huán)境中加熱至驅(qū)入溫度并持續(xù)一段驅(qū)入時間段后移除所述PSG。
20.權(quán)利要求15的方法，其中在將所述基板在烘焙環(huán)境中加熱至烘焙溫度并持續(xù)一段烘焙時間段后清洗所述基板。
21.在基板上形成歐姆接觸的方法，包括 在沉積溫度下將所述基板暴露于具有沉積環(huán)境的擴(kuò)散爐中的摻雜劑源并持續(xù)一段沉積時間段，所述沉積環(huán)境包含P0C13、N2載氣、主要N2氣體和反應(yīng)性O(shè)2氣體，其中在所述基板表面上形成PSG層； 將所述基板在驅(qū)入環(huán)境中加熱至驅(qū)入溫度并持續(xù)一段驅(qū)入時間段； 沉積氮化硅層； 將ー組硅顆粒沉積在所述基板表面上； 將所述基板在烘焙環(huán)境中加熱至烘焙溫度并持續(xù)一段烘焙時間段以便形成致密膜油墨圖案； 將ー組金屬觸點(diǎn)沉積在所述ー組硅顆粒上； 將所述基板加熱至焙燒溫度并持續(xù)一段焙燒時間段。
22.權(quán)利要求21的方法，其中所述ー組硅顆粒包含大于lat%的磷。
23.權(quán)利要求21的方法，其中所述烘焙溫度介于約150°C和約600°C之間，并且所述烘焙時間段介于約30秒和約10分鐘之間。
24.權(quán)利要求21的方法，其中所述烘焙溫度介于約200°C和約400°C之間，并且所述烘焙時間段介于約30秒和約2分鐘之間。
25.權(quán)利要求21的方法，其中在將所述基板在烘焙環(huán)境中加熱至烘焙溫度并持續(xù)一段烘焙時間段后清洗所述基板。
全文摘要
本發(fā)明描述了在基板上形成歐姆接觸的方法。所述方法包括將一組硅顆粒沉積在基板表面上。然后，將所述基板加熱至烘焙溫度持續(xù)一段烘焙時間段以便形成致密膜油墨圖案。所述方法還包括在一定溫度下將所述基板暴露于具有沉積環(huán)境的擴(kuò)散爐中的摻雜劑源持續(xù)一定的時間段，所述沉積環(huán)境包含POCl3、N2載氣、主要N2氣體和反應(yīng)性O(shè)2氣體，其中在所述基板表面上形成PSG層。所述方法還包括將所述基板加熱至驅(qū)入溫度并持續(xù)一定的時間段；以及沉積氮化硅層。所述方法還包括將一組金屬觸點(diǎn)沉積在所述一組硅顆粒上；以及將所述基板加熱至焙燒溫度并持續(xù)一定的時間段。
文檔編號H01L21/22GK102782810SQ201180010257
公開日2012年11月14日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月1日
發(fā)明者D·波普拉夫斯基, M·阿博特 申請人:英諾瓦萊特公司