專利名稱：改進襯底上的膜的鈍化效果的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改進具有膜的襯底的鈍化效果，且更具體地，在硅襯底上的氧化硅薄膜。
背景技術(shù)：
盡管受到其他低成本但低效率產(chǎn)品(例如薄膜太陽能電池)的挑戰(zhàn)，晶體硅太陽能電池仍是光伏工業(yè)中最受歡迎的產(chǎn)品。尋求較薄晶片的趨勢要求應(yīng)用先進的太陽能電池設(shè)計。二十世紀80年代開發(fā)的PERC(鈍化發(fā)射極和背面電池)結(jié)構(gòu)是用于低成本高效率太陽能電池生產(chǎn)最受歡迎的方法之一,其已被Suntech放大成Pluto太陽能電池。對于PERC設(shè)計，表面鈍化是極其重要的問題。表面鈍化可描述為減小在半導(dǎo)體的表面處存在的可得電子態(tài)密度的過程，從而限制空穴和電子的復(fù)合可能性。電子和空穴的高的表面復(fù)合速度減少通過太陽能電池獲取的電流所產(chǎn)生的光，因此降低電池效率。在不完整表面中的所謂的“懸空鍵”通常充當(dāng)在表面處或從內(nèi)部到達表面所產(chǎn)生的空穴和電子的復(fù)合中心。表面鈍化嘗試消除這些復(fù)合中心或使這些復(fù)合中心失效。存在幾種方式來實現(xiàn)表面鈍化，包括在表面上涂布介電膜以消除懸空鍵，使用電場從表面排除掉少數(shù)載流子或其組合。鈍化硅(Si)表面的 另一種方法是在高溫( 1000°C )下的熱氧化。對于通過“alneal”工藝的背面鈍 化(一種由鋁膜涂布的熱氧化物的退火工藝)，熱氧化物是優(yōu)選的。然而，在熱氧化物生長期間，高溫以及長時間的處理會嚴重降低體載流子壽命，并且從生產(chǎn)成本和生產(chǎn)量來考慮是不期望的。因此，近些年投入了大量努力來開發(fā)低溫(< 500°C )表面鈍化方案，作為硅的高溫氧化的替代方案。一種成功的方法是氮化硅(SiNx)的等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)。PECVD生長的SiNx由于提供抗反射和電池的表面鈍化的能力而在當(dāng)前Si太陽能電池制造工藝中是流行的。介電材料的其他可選擇物包括原子層沉積(ALD)生長的A1A、無定形Si及類似物。液相沉積(LPD)氧化硅由于阻止使用高溫爐或大真空沉積室而代表一種用于在接近室溫下在硅上沉積氧化硅的低成本工藝。然而，沉積態(tài)硅樣品通常表現(xiàn)弱的表面鈍化效果，例如，低的少數(shù)載流子壽命。下面說明書描述了增強具有弱的表面鈍化的襯底的表面鈍化。發(fā)明概述在說明性的實施方式中，沉積在襯底上的膜可初始地具有高的表面復(fù)合速度(SRV)。通過在含有O2或02_的氣體環(huán)境中在高溫退火下退火和/或在氮氫混合氣體(FG)中在溫和溫度下退火，SRV被高度抑制并且少數(shù)載流子壽命表現(xiàn)出數(shù)量級的增加。另外，鈍化可通過使用與通常應(yīng)用于太陽能電池以產(chǎn)生其頂部和底部金屬觸點相同的生產(chǎn)步驟來實現(xiàn)，并且不再需要另外的加熱周期?，F(xiàn)有電池制造步驟的這種技術(shù)的協(xié)同本質(zhì)將極大地簡化標準娃太陽能電池制造工藝。前述已概述了本公開內(nèi)容的相當(dāng)寬的多種特征，以便更好地理解下面的詳述。將在下文描述本公開內(nèi)容的另外的特征和優(yōu)點。附圖簡述為了更完整地理解本公開內(nèi)容及其優(yōu)點，現(xiàn)將結(jié)合附圖參考下面的描述來描述本公開內(nèi)容的具體實施方式
，其中:

圖1a和Ib不出在對于P型晶片和η型晶片的沉積態(tài)樣品、O2退火后和O2+FG退火后的樣品之間的少數(shù)載流子有效壽命比較；圖2a和2b不出在潔凈室環(huán)境中儲存P型晶片和η型晶片TK周后所測量的樣品的有效壽命。圖3不出后退火樣品的有效壽命；以及圖4示出在O2中退火前、后和在02+FG中退火后，在Si襯底上的LPD SiOx的二次離子質(zhì)譜(SIMS)測量。詳述現(xiàn)參考附圖，其中描述的元件不一定按比例示出，且其中在若干視圖中，相同或相似的元件用相同的參考數(shù)字表示。參考附圖，大體地，將理解圖示用于描述本公開內(nèi)容的具體實施方式
的目的，且不意圖限制本公開內(nèi)容。雖然本領(lǐng)域技術(shù)人員可識別本文使用的大多數(shù)術(shù)語，應(yīng)理解，當(dāng)未明確定義時，術(shù)語應(yīng)解釋 為采用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員目前接受的意思。諸如通過LPD方法在接近室溫下沉積在襯底上的薄膜可能具有高的表面復(fù)合速度(SRV)。薄膜的非限制性實例可以包括具有MxOy或LxMyOz (其中L和M是金屬元素，O是氧元素)組成的金屬氧化物；具有MxSy (其中M是金屬元素，S是硫元素)組成的金屬硫化物；具有MxSey(其中M是金屬元素，Se是硒元素)組成的金屬硒化物。例如，薄膜，如氧化硅(SiOx)、Si02、Ti02、ZrO2, ln203、SnO2, BaTiO3' ZnS、Bi2Se3 和 / 或類似物，可置于太陽能電池的硅襯底上。通過O2高溫退火和/或溫和溫度氮氫混合氣體(FG)退火的處理，SRV被高度抑制并且少數(shù)載流子壽命表現(xiàn)出數(shù)量級的增加。在其他實施中，O2可被含有O2或02_的任何氣體環(huán)境代替，例如，但不限于凈化空氣、純化氧氣、N2和O2混合物、純化去離子水蒸汽或類似物。在其他實施方式中，F(xiàn)G可被含有H2或H+的任何氣體環(huán)境代替，例如，但不限于純化H2、純化去離子水蒸汽或類似物。在O2環(huán)境中在700-1050°C下的第一退火步驟可持續(xù)30-120秒的持續(xù)時間。在氮氫混合氣體中在500°C下的第二退火步驟可持續(xù)300秒或更多的持續(xù)時間。將認識到，退火持續(xù)時間高度依賴于溫度。在一些實施方式中，第二退火步驟的退火持續(xù)時間可為60秒或更多。在一些實施方式中，退火溫度可在約200-600°C的范圍內(nèi)。這種鈍化通過使用與通常應(yīng)用于太陽能電池以產(chǎn)生其頂部和底部金屬觸點相同的生產(chǎn)步驟來實現(xiàn)，且不需要另外的加熱周期?，F(xiàn)有電池制造步驟的這種技術(shù)的協(xié)同本質(zhì)將極大地簡化標準硅太陽能電池制造工藝。O2退火過程可優(yōu)選在設(shè)計用于金屬觸點的Si太陽能電池生產(chǎn)線中的快速燃燒爐中進行，使得不需要另外的加熱周期?？紤]到最佳溫度/停留時間對于當(dāng)前廣泛使用的通過SiNx工作的絲網(wǎng)印刷金屬膏可能苛刻，那么可以期望可選擇的電極材料，例如金屬膏材料、適當(dāng)沉積的金屬膜或在O2退火工藝期間合理工作的類似物?？尚械淖兓问娇砂ǖ幌抻?在第一退火步驟中，O2環(huán)境可被含有O2或02_的任何氣體環(huán)境代替，例如凈化空氣、純化氧氣、N2和O2混合物、純化去離子水蒸汽或類似物。在第二退火步驟中，氮氫混合氣體可被含有H2或H+的任何氣體環(huán)境代替，例如，但不限于純化H2、純化去離子水蒸汽或類似物。下面的實驗實施例僅為了說明性的目的而被提供。在實施例中描述的各個方面僅表示示例性的實施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，可對所描述的實施方式作出多種改變，而不偏離本公開內(nèi)容的精神和范圍。樣品制備:通過在室溫下用60g 0.007 μ m火成二氧化硅粉末使I升3M六氟硅酸(H2SiF6)飽和來制備用于LPD生長二氧化硅的試劑溶液。在飽和過夜后，過濾溶液，首先使用用于25 μ m顆粒保留度的VWR級315折疊式過濾器(fluted filter)的過程,然而使用用
0.22 μ m過濾器的Millipore Stericap系統(tǒng)。然后通過添加18莫姆去離子水將溶液稀釋到IM。根據(jù)H2SiF6+2H20 — SiO2 I +6HF，水的添加開始反應(yīng)并且沉淀出二氧化硅。使用具有約3歐姆厘米的電阻率和約525 μ m厚度的N型摻雜和P型摻雜硅晶片。將通過標準程序清潔的硅晶片浸沒在30°C溫度的溶液中。以每小時約40nm的生長速率使二氧化硅膜沉積在晶片上。通過控制生長時間獲得一系列SiOx膜厚度(7.3nm 167.4nm)。沉積態(tài)膜的折射率為約1.43，這略低于熱氧化物的折射率(η 1.46)。雖然論述的實驗實施例具體采用使用LPD工藝沉積在硅晶片上的SiOx膜，但對于改進鈍化效果的系統(tǒng)和方法，襯底可用于通過任何沉積工藝形成的任何適當(dāng)?shù)哪ど?。后退?將沉積態(tài)樣品放置在可編程的快速熱處理器中，以根據(jù)表I列出的參數(shù)在O2和氮氫混合氣體環(huán)境中經(jīng)歷退火。在兩個退火步驟之間有約I小時的間隔，以允許進行中間的表征。為了比較，還使用大約相同的參數(shù)進行了氮氫混合氣體單步退火和/或O2/氮氫混合氣體兩步退火。表I在快速熱處理器AG Associates Heatpulse 410中進行退火的參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種改進半導(dǎo)體的表面鈍化的方法，所述方法包括: 在加熱室中在第一預(yù)定溫度下，退火襯底，所述襯底具有在所述襯底的表面上沉積的膜，其中在含有O2或O2-的第一氣體環(huán)境中退火所述襯底，持續(xù)第一預(yù)定時間段；以及在第二預(yù)定溫度下在含有H2或H+的第二氣體環(huán)境中退火所述襯底，持續(xù)第二預(yù)定時間段。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述膜是Si02、Ti02、ZrO2,ln203、SnO2, BaTiO3' ZnS或 Bi2Se3。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述膜是金屬氧化物、金屬硫化物或金屬硒化物。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底是硅晶片。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一預(yù)定溫度大于或等于700°C且小于或等于1050 O。
6.如權(quán)利要求 1所述的方法，其中所述第一預(yù)定溫度小于或等于1050°C。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二預(yù)定溫度范圍小于或等于600°C。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一氣體環(huán)境是凈化空氣、純化氧氣、O2和N2的混合物或純化去離子水蒸汽。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二氣體環(huán)境是純化H2或純化去離子水蒸汽。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一預(yù)定時間段大于或等于30秒且小于或等于120秒。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二預(yù)定時間段大于或等于60秒。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述硅晶片還包括金屬觸點，且在所述第二氣體環(huán)境中的退火還退火所述金屬觸點。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述金屬觸點是金屬膏或沉積的金屬膜。
14.一種改進半導(dǎo)體的表面鈍化的方法，所述方法包括: 在加熱室中在第一預(yù)定溫度下，退火硅襯底，所述硅襯底具有在所述襯底的表面上沉積的氧化硅(SiOx)膜，其中在含有O2或02_的第一氣體環(huán)境中退火所述硅襯底，持續(xù)第一預(yù)定時間段。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括: 在第二預(yù)定溫度下在含有H2或H+的第二氣體環(huán)境中退火所述硅襯底，持續(xù)第二預(yù)定時間段。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第一預(yù)定溫度大于或等于700°C且小于或等于 1050 0C ο
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第二預(yù)定溫度范圍小于或等于600°C。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第一氣體環(huán)境是凈化空氣、純化氧氣、O2和N2的混合物或純化去離子水蒸汽。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第二氣體環(huán)境是純化H2或純化去離子水蒸汽。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第一預(yù)定時間段大于或等于30秒且小于或等于120秒。
21.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第二預(yù)定時間段大于或等于60秒。
全文摘要
本發(fā)明涉及改進襯底上的膜的鈍化效果的方法。沉積在襯底上的膜可初始地具有高的表面復(fù)合速度(SRV)。為了抑制SRV并且增加少數(shù)載流子壽命，襯底可在高溫下在含有O2或O2-的氣體環(huán)境中被退火處理。襯底還可在低溫或溫和溫度下在含有H2或H+的氣體環(huán)境中被退火處理。已發(fā)現(xiàn)本方法改進硅襯底上的氧化硅薄膜的鈍化效果。此外，本方法可使用與通常用于太陽能電池以產(chǎn)生其頂部和底部金屬觸點相同的生產(chǎn)步驟來實現(xiàn)，而不需要另外的加熱周期。
文檔編號H01L31/18GK103247712SQ20121024927
公開日2013年8月14日 申請日期2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月14日
發(fā)明者張元常 申請人:奈特考爾技術(shù)公司