制造太陽能電池的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及由第一傳導型半導體基板制造太陽能電池的方法，該半導體基板具有正面和背面，該方法按該順序包括：通過第二傳導型摻雜物的擴散創(chuàng)建正面和背面中的第二傳導型摻雜層，在擴散期間形成正面和背面上的包含摻雜物的玻璃層；通過單面蝕刻工藝從背面除去第二傳導型的摻雜層和包含摻雜物的玻璃層，同時在正面中保留包含摻雜物的玻璃層；通過將第一傳導型的摻雜物植入到背面中來創(chuàng)建背面上的第一傳導型的背面場(BSF)層；通過蝕刻工藝從所述基板的正面除去包含摻雜物的玻璃層；通過在氧化氣氛中以預定的一段時間加熱所述基板并加熱到預定的溫度進行表面氧化以形成正面和背面上的鈍化層。
【專利說明】制造太陽能電池的方法
[0001]領域
[0002]本發(fā)明涉及一種制造太陽能電池的方法。
[0003]背景
[0004]本發(fā)明涉及具有P型或η型襯底的太陽能電池。該太陽能電池包括半導體基板，例如硅，其在背面上被P型或η型背面場(BSF)層覆蓋和并且在正面上被與襯底層的發(fā)射層相對的傳導型發(fā)射層覆蓋。在太陽能電池的使用期間，該基板的正面被布置成朝向光源。
[0005]文件W02009/064183公開了一種生產(chǎn)硅基板中的η型BSF層和ρ型發(fā)射器的工藝，包括:提供具有第一面和與第一面相對的第二面的晶體基板，將磷預擴散到基板的所述第一面中，阻塞所述基板的所述第一面，將硼擴散到所述基板的所述第二面中并同時將所述磷進一步擴散到基板中。該文件還公開了第一面可利用另一基板的第一面來阻塞。因而，該文件公開了如果BSF層，例如通過將兩基板的背面彼此靠著(“背靠背”裝載)放置而被保護，那么通過利用預先存在的BSF層將硼擴散到基板上來形成太陽能電池結構是可能的。
[0006]文件W02011/025371公開了一種用于在硅基板中創(chuàng)建η型或ρ型BSF層和η型或P型發(fā)射器的工藝。該工藝包括擴散硅基板的背面和紋理化的正面兩者上的摻雜物的步驟。接著，產(chǎn)生的玻璃層從兩面除去，并且正面上的摻雜層在擴散過程中穿過相對的傳導型摻雜層被除去和替換。這個過程的要點是正面上的發(fā)射器和背面上的BSF的共擴散與預擴散BSF層的非單一面擴散結合是可行的。其要求是正面在共擴散前被蝕刻，其可以保持存在的表面紋理的方式來進行。BSF層的雙面擴散可以以多種摻雜方法來實施，包括直通爐和通過噴射、汽化、旋轉、刻印或等離子植入摻雜物而施加的擴散源的使用。
[0007]已知制造工藝的一個缺點是高薄層電阻的發(fā)射器將具有較低的結深，這將使結更靠近正面金屬觸點，這可能增加重組損失和減少電池效率。
[0008]已知制造過程的另外的缺點是通過適合于保持紋理化的前表面的紋理的蝕刻過程從紋理化的前表面除去第一傳導型的摻雜層是關鍵工藝。正面上的過度蝕刻致由于表面紋理損失導致增加的光損失。蝕刻不夠將導致分流問題，這是由于保留的第一傳導型的摻雜層可補償接下來的擴散的第二傳導型摻雜層。正面蝕刻工藝的關鍵性質可能導致高容量太陽能電池生產(chǎn)中的一些產(chǎn)量損失。
[0009]發(fā)明概述
[0010]本發(fā)明的目的是提供一種制造具有P型或η型襯底的太陽能電池的方法，其克服或減小上述的缺點。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，這個目的通過由第一傳導型半導體基板制造太陽能電池的方法來實現(xiàn)，該半導體基板具有正面與背面，該方法按順序包括:通過第二傳導型的摻雜物的擴散在正面和背面中創(chuàng)建第二傳導型摻雜層；在擴散期間在正面和背面上形成包含摻雜物的玻璃層(dopant containing glassy layer);通過單面蝕刻工藝從背面除去第二傳導型摻雜層和包含摻雜物的玻璃層，同時在正面上保留包含摻雜物的玻璃層；通過將第一傳導型的摻雜物植入到背面中來在背面上創(chuàng)建第一傳導型的背面場(BSF)層；通過蝕刻工藝從所述基板的正面除去包含摻雜物的玻璃層；以及通過在氧化氣氛中以預定的一段時間加熱所述基板并且加熱到預定的溫度來進行表面氧化以在正面和背面上形成鈍化層。
[0012]本發(fā)明的
【發(fā)明者】意識到，用于已知工藝的BSF的共擴散步驟實際上是不需要的。BSF層的雙擴散步驟將導致?lián)诫s物推進到基板中和向外擴散離開基板，減少背表面處的摻雜物濃度。這是不需要的，以便與待沉積在其上的敷金屬接觸良好。此外，該共擴散導致在基板的邊緣處BSF和發(fā)射器之間的物理連接。這產(chǎn)生了建立正面的發(fā)射層與BSF層之間的隔離的另外的工藝步驟的需要。用于建立該隔離的慣常使用的工藝是用激光在靠近晶圓邊緣處在正面上開槽，但由于激光槽減少了有效的太陽能電池的區(qū)域，以及因為槽內(nèi)破壞的硅表面可能與高電子空穴重組可能性相聯(lián)系，因而它以減小的電池效率的代價發(fā)生。這些缺點增加了形成具有高薄層電阻的足夠的發(fā)射器的困難。
[0013]本發(fā)明基于紋理化正面處的摻雜物而不是BSF中的摻雜物應該被給予雙重熱處理以獲得雙擴散的認識。第二傳導型摻雜物的單獨的發(fā)射器推進提供柔性以選擇更深的結和將結與更高薄層電阻或更低的總摻雜物濃度結合。為了提供BSF，可以采用離子植入。這具有植入步驟將不影響正面摻雜的優(yōu)點。優(yōu)選地，植入采用定向的離子束來實施。這保證僅僅后側將受到具有其定向特性的波束攻擊。而且，基板邊緣處的分流很容易被阻止而不需要等離子蝕刻和/或激光開槽。此外，擴散與離子植入的組合將看起來使太陽能電池的處理過程更復雜。首先，在植入后它需要熱氧化步驟，這將增加摻雜分布中的變化。第二，植入需要基板的一面暴露于植入源，并且因而基板的一個接一個的處理而不是通常用于擴散工藝中的在舟皿(boat)中的堆疊。不但一個接一個的處理更貴，而且這不適合太陽能電池制造中的處理。
[0014]發(fā)明人明白這些考慮不需要應用。反而，擴散后的熱氧化可以用來獲取發(fā)射器的深的結深(junct1n depth)。這可以實現(xiàn)，即使沒有高薄層電阻的損失。在本申請的上下文中，高薄層電阻是在60-150歐姆/平方、優(yōu)選的80-120歐姆/平方范圍內(nèi)的合適的薄層電阻。深的結深可以在0.4-1微米范圍內(nèi)。在優(yōu)選的實施方式中，熱氧化被實施以便獲得鄰近正面的半導體基板中的深結。足夠獲得這種深擴散的熱預算在那里被定義。該預算取決于溫度和持續(xù)時間，具有隨溫度增加而減小的最小持續(xù)時間。合適的預算例如基于900°C時15?40分鐘，例如30分鐘的處理。技術人員可以重新計算在其它溫度下的預算，并此外可以實施校準實驗。深結，更特別地掩埋的發(fā)射器(例如硼的)，合適地與過去擴散到半導體基板中的金屬接觸?？蛇x擇地，可以采用任何導電沉積技術，例如電鍍。
[0015]在一個合適的實施方式中，在將摻雜物植入背面的過程中，正面上的包含摻雜物的玻璃層被用作保護性的輸送層。
[0016]非預期地，在植入步驟和任何相關的晶圓處理過程中，可解決這些處理問題，因為正面上的包含摻雜物的玻璃層被用作保護基板，即輸送層。在需要離子植入工藝步驟的晶圓處理過程中，正面上的該包含摻雜物的玻璃層結果證明保護下層的發(fā)射層的完整性。當作保護層的玻璃層的這種使用顯著地簡化了晶圓(即基板)的處理。
[0017]以這種方式，可以得到穩(wěn)健的經(jīng)濟的制造工藝，其中可生產(chǎn)太陽能電池。本文中，有效地避免在基板正面上應用關鍵的單面蝕刻步驟。取而代之，該工藝采用應用到基板背面上的單面蝕刻步驟，該工藝本質上是穩(wěn)健得多的工藝，因為背面上的過度蝕刻沒有負面地影響太陽能電池的效率。
[0018]在實施方式中，該方法還包括在第二傳導型摻雜物的擴散期間，由第二傳導型的前體在正面和背面上形成包含摻雜物的玻璃層，包含摻雜物的玻璃層充當半導體基板的摻雜物源。
[0019]在實施方式中，該方法還包括在第二傳導型的摻雜物擴散之前背靠背地將兩個基板定位于輸送器的槽中。重復地將基板背靠背地布置在輸送器的槽中提高產(chǎn)量。
[0020]更一般地，植入優(yōu)選地對于幾個基板同時實施。人們發(fā)現(xiàn)，人們可以用合適的輸送器合適地做到這點。在另外的實施方式中，基板在烤箱中處理以用于擴散步驟后，基板被合適地在諸如舟皿的輸送器上提供到保持設備上，該保持設備僅僅接觸正面上的保護層。該保持設備之后被移動到接下來的工具，以便從背面除去包含摻雜物的玻璃層并在背面處植入摻雜物離子。保持設備可以是運輸帶?？蛇x擇地，保持設備可以是卡盤，其中基板通過低壓被保持在保持設備上。這種卡盤的表面可以設置有紋理化表面，形狀上與半導體基板的紋理化面的紋理化表面互補。使用卡盤或類似的保持設備的優(yōu)點是基板可以繼續(xù)存在于其上，同時被處理以用于玻璃層的去除和/或摻雜物離子的植入。
[0021]在實施方式中，該方法包括在從背面去除第二傳導型摻雜層之前從背面去除包含摻雜物的玻璃層。
[0022]在實施方式中，該方法包括在單面蝕刻工藝中從背面去除包含摻雜物的玻璃層同時從背面去除第二傳導型摻雜層。用于去除第二傳導型摻雜層和包含摻雜物的玻璃層的單面蝕刻步驟提供了穩(wěn)健的工藝，例如，輕微的過度蝕刻不會降低太陽能電池的短路電流。
[0023]在實施方式中，該方法包括利用等離子增強化學氣相沉積法(PECVD)或低壓化學氣相沉積法(LPCVD)在正面和背面上形成氮化硅層。
[0024]在該方法的實施方式中，用于去除正面上的包含摻雜物的玻璃層的蝕刻工藝包括干法氟化氫(HF)氣相工藝。該干法HF氣相工藝可避免一個濕的處理步驟以去除第二傳導型玻璃層。該干法工藝減少耗水量。另外的好處是，在輸送器或晶圓舟皿被用來裝運晶圓以用于干法HF工藝時，晶圓舟皿可以永久保持在生產(chǎn)工具中以用于接下來的工藝步驟，例如熱氧化、形成氣體退火和LPCVD氮化沉積。
[0025]在實施方式中，該方法包括通過將基板在高溫(例如300°C -500°C )下暴露于氫H2的惰性氛圍中來在正面和背面上形成氣體退火。恰當?shù)?，該步驟先于LPCVD氮化沉積被實施。
[0026]在實施方式中，該方法包括利用LPCVD在正面和背面上形成各自的氮化硅層。LPCVD的優(yōu)點是它能夠實現(xiàn)氮化硅層在基板的正面和背面上的同時沉積。此外，LPCVD提供可有益地用于金屬接觸部的電化學電鍍的密度大的氮化物。氮化物的密度大的特性保護底層的硅免受金屬污染，金屬污染否則可能不利地影響太陽能電池的效率。
[0027]該方法的另外的實施方式包括將基板定位在輸送器中；在接下來的多個工藝步驟中將基板保持在輸送器中，以用于:
[0028]-優(yōu)選地，通過干法氟化氫(HF)氣相工藝去除正面上的包含摻雜物的玻璃層；
[0029]-通過在氧化氣氛中以預定的一段時間加熱所述基板并且加熱到預定的溫度來進行表面氧化以在正面和背面上形成鈍化層；
[0030]-通過將基板暴露于氫(H2)的惰性氛圍中來選擇性地在正面和背面上形成氣體退火；以及
[0031]-采用LPCVD在正面和背面上形成各自的氮化硅層。
[0032]以這種方式，在這些工藝步驟期間基板保持在單一的輸送器(例如，晶圓舟皿)中，并且晶圓舟皿可以保持在相同的生產(chǎn)工具中。因而，可以減少基板的處理，其提高了工藝產(chǎn)量。
[0033]從干法蝕刻步驟開始直到LPCVD沉積，基板優(yōu)選地保持在同一輸送器上。由于裝置設計的實際原因，可能只有表面氧化與氮化形成步驟相結合。于是優(yōu)點是不需要中間冷卻。這節(jié)約大量的時間和能量。另外，它可以很好地減少由于氫氣損失的表面鈍化損失，其可能結果證明對溫度變化敏感。
[0034]在另外的實施方式中，采用磷離子來實施植入步驟。恰當?shù)闹踩肓坷缭?15-1O16cnT2范圍內(nèi)，例如2-81015cm_2。優(yōu)選地，利用稱為高電流植入器的植入裝置類型。更優(yōu)選地，該裝置適合于高產(chǎn)量，例如每小時1500-2000個標準尺寸(6英寸)的基板。這樣的裝置更適合地設置有在形狀上同時覆蓋多于一個基板的離子束。該形狀更優(yōu)選是矩形，使得例如4-16范圍內(nèi)的多個基板可被同時植入。
[0035]在另外的實施方式中，植入器設置有允許單面接觸的處理機構。更特別地，接觸將在覆蓋有充當保護層的摻雜的玻璃層的基板正面處。然后背面被暴露于植入源，并且特別地沒有可能使源于植入源的任何離子束被阻礙或偏離的這種背表面污染的風險。
[0036]利用本方法生產(chǎn)的太陽能電池可以是任何合適類型的太陽能電池，包括常規(guī)的單面電池、兩面電池。該太陽能電池可以設置有用于發(fā)射器與背面接觸的貫穿基板通路孔?？蛇x擇地，這可以由H型敷金屬制成。再次在另外的實施方式中，電池可以設置有交叉背接觸(IBC)電池設計，如本身對于技術人員所已知的。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的再一另外的方面，提供一種用于制造太陽能電池的方法，包括以下步驟:
[0038]-將具有正面和背面的半導體基板定位在輸送器中，該半導體基板設置有正面上的摻雜層和包含摻雜物的玻璃層；
[0039]-在接下來的多個工藝步驟中，將輸送器中的基板保持在單一生產(chǎn)工具內(nèi)，所述工藝步驟包括:
[0040]〇在干法蝕刻工藝中去除包含摻雜物的玻璃層；
[0041]〇通過在氧化氣氛中以預定的一段時間加熱所述基板并且加熱到預定的溫度來進行表面氧化以在正面和背面上形成鈍化層；以及
[0042]〇利用低壓化學氣相沉積法(LPCVD)在正面和背面上形成分別的氮化硅層，以及
[0043]-從生產(chǎn)工具中去除基板。
[0044]以這種方式，基板在這些工藝步驟期間保持在單一的輸送器(例如晶圓舟皿)中，并且晶圓舟皿可保持在同一生產(chǎn)工具中。因此，可以減少基板的處理，其提高了工藝產(chǎn)量。
[0045]合適地，多個接下來的工藝步驟還包括通過將基板暴露于氫H2的惰性氛圍中來形成正面和背面上的氣體退火的步驟。該步驟最適合先于氮化硅的LPCVD沉積被實施。該退火步驟是合適的，以便形成具有良好性質(尤其是好的鈍化性質)的氮化物。
[0046]可以采用任何合適的化學物質實施該干法蝕刻步驟，例如氟化氫(HF)對于選擇性去除硼硅玻璃(BSG)或磷硅玻璃(PSG)的玻璃層是合適的。
[0047]單一生產(chǎn)工具內(nèi)的輸送器更確切地說是舟皿，例如石英的舟皿，如技術人員所已知的。在該工藝期間，舟皿可以從工具的一個部分遷移到下一個部分。尤其對于舟皿從氧化爐轉移到LPCVD反應器中，其優(yōu)點是舟皿可以保持在高溫處，例如在600°C -800°C范圍內(nèi)。這減少總的處理時間，并看起來導致更少的副作用。
[0048]特別地，人們相信可以減少由于氧氣/硅的表面處的氫氣損失所導致的表面鈍化的損失。
[0049]晶圓舟皿的轉移恰當?shù)匾宰詣拥姆绞酵瓿桑缤ㄟ^晶圓舟皿沿著軌道系統(tǒng)的傳送。該生產(chǎn)工具更合適地是水平式的，以便允許晶圓舟皿在其單個單元之間的容易移動。
[0050]本發(fā)明還涉及一種生產(chǎn)工具，包括:
[0051]-烤箱單元，其用于通過在氧化氣氛中以預定的一段時間加熱所述基板并且加熱到預定溫度來進行表面氧化以形成正面和背面上的鈍化層；和
[0052]-沉積單元，其用于使用低壓化學氣相沉積法(LPCVD)形成正面和背面上的各自的氮化硅層；和
[0053]-用于在所述單元之間運輸具有半導體基板的輸送器的機構。
[0054]該裝置或生產(chǎn)工具對于阻止晶圓舟皿從烤箱單元轉移到沉積單元中的冷卻和加熱循環(huán)是可行的。更恰當?shù)?，閘門存在于所述沉積單元與所述烤箱單元之間，使得晶圓舟皿可通過閘門從烤箱單元轉移到沉積單元中。
[0055]在優(yōu)選的實施方式中，烤箱單元與沉積單元布置成彼此靠近，并通過閘門彼此隔離。更優(yōu)選地，烤箱單元與沉積單元都設置有用于裝載和/或卸載目的的門或可選擇的入口。以這種方式，建立了一種系統(tǒng)，其中晶圓舟皿可以在除了裝載外的不同的位置處被卸載。因而，裝載也可以與處理和/或卸載同時被實施。這導致該裝置的更高效的使用。此外，該裝置更優(yōu)選地設置有除了第一運輸機構之外的第二運輸機構。這些運輸機構被適當選擇為包括槳狀物。
[0056]閘門可以以板的形式而且也可以以小室的形式實施。后一實施似乎有優(yōu)勢，因為它用來通過建立距離將沉積單元從烤箱單元隔離。此外，它可以用來阻止污染和氣體交換。更特別地，用于將晶圓舟皿運輸?shù)娇鞠鋯卧械倪\輸機構(例如槳狀物)也可以用于將晶圓舟皿運輸?shù)皆撌抑?，并仍不進入沉積單元。然后第二傳輸機構(即槳狀物)可以用來將晶圓舟皿從該閘門室運輸?shù)匠练e單元中。
[0057]在另外的實施中，這種閘門室具有比烤箱單元和/或沉積單元更小的橫截面區(qū)域。這不僅僅導致更好的隔離，也允許在烤箱單元和/或沉積單元的端部處的(即與其門相對)以及合適地高于、低于和/或鄰近于所述閘門的氣體進入和/或氣體移除機構。氣體進入和/或氣體移除機構的該布置對沉積單元的操作是有益的。
[0058]在另外的實施方式中，烤箱單元是水平式的。這與沉積單元和它們中的兩個之間的轉移最好地匹配。更特別地，烤箱單元和沉積單元是半管尺寸中的每一個。然后產(chǎn)生的裝置是全管。這與潔凈室的布置和組織相匹配，并且另外與可利用的支撐機構相一致，例如運輸機構(更具體為槳狀物)的尺寸、氣體系統(tǒng)的布置與組織、控制電子器件和類似物。
[0059]在一個合適的實施方式中，該裝置還包括用于在干法蝕刻工藝中去除半導體基板的包含摻雜物的玻璃層的單元。該單元合適地布置在烤箱單元和沉積單元的頂上和/或下面。它更優(yōu)選地布置成使得該干法蝕刻單元的裝載可從與進入烤箱單元的入口的相同的裝載室中發(fā)生。此外，合適地，這種裝載室設置有用于上下遷移裝載的輸送器一晶圓舟皿的提升器。本發(fā)明還涉及這種裝置的應用。該裝置似乎對于太陽能電池的生產(chǎn)最有益處。而且，不排除使用用于可選擇的半導體設備的裝置。本文的術語“半導體設備”在其廣泛意義上用于基于半導體基板和在半導體潔凈室設備中制造的設備。這種半導體設備的例子是所謂的微電子化學系統(tǒng)(MEMS)元件、共振器、傳感器、二極管、集成電路和分立設備。更一般地，該裝置的使用似乎對氧化堆棧和氮化堆棧的沉積特別有益，尤其對于鈍化和抗劃傷特別有益，其中基板對熱循環(huán)敏感。其例子是例如基于非常薄的基板的設備、MEMS元件、具有陶制層的設備。
[0060]在從屬權利要求中界定并且在詳細描述中公開了另外的實施方式。
[0061]附圖簡述
[0062]現(xiàn)在將參考所附的示意圖僅以例子的方式描述本發(fā)明的實施方式，在附圖中對應的附圖標記表示對應的部分，并且其中:
[0063]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的用于制造太陽能電池的方法的第一個例子的流程圖；
[0064]圖2示出用于制造太陽能電池的半導體基板的橫截面；
[0065]圖3示出包括基板的輸送器；并且
[0066]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的用于制造太陽能電池的方法的第二個例子的流程圖；
[0067]圖5A-5H示出在本發(fā)明中使用的裝置的第一實施方式的一系列圖表式的橫截面圖；
[0068]圖6示出圖5的裝置的圖表式的俯視圖；
[0069]圖7示出該裝置的第二實施方式的圖表式的橫截面圖。
[0070]詳細描述
[0071]圖沒有按比例繪制。不同圖中相同的附圖標記表示同相同的相應的元件。
[0072]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的用于制造太陽能電池的方法的第一個例子的流程圖。根據(jù)第一例子，該方法包括制造具有P型或η型襯底的太陽能電池的工藝的順序100。以下，順序100被示出以用于具有η型襯底的太陽能電池。該太陽能電池的基板I是合適的硅基板，并且更優(yōu)選地是單晶硅板I。不排除其可選擇方案和其變型。
[0073]圖2a示出用于制造太陽能電池的硅基板I的橫截面。具有η型傳導性的單晶或多晶半導體基板(即硅基板I)被提供為太陽能電池的前驅體。該硅基板具有正面20和背面21。該正面布置為用于在太陽能電池的使用過程中接收光的表面。在可選擇的實施方案中，該娃基板被摻雜成具有ρ型傳導性。
[0074]再次參考圖1，接下來，在工藝101中，該方法通過待被賦予紋理的表面暴露于紋理蝕刻劑來提供硅基板I的表面20、21的紋理化。正面20可以被賦予紋理以創(chuàng)建造成表面的低反射性的表面形貌(也被稱作紋理特征)。例如，可以調(diào)節(jié)紋理化訣竅以獲得表面上的充當紋理特征的大角錐體(例如約2微米或以上的平均角錐體的高度)。背面21被賦予紋理以創(chuàng)建造成表面的低反射性的表面形貌(也被稱作紋理特征)，或者被打磨以創(chuàng)建造成高反射性的表面形貌。背面21的紋理化表面不必與正面20的紋理化表面完全相同。在正面20上以單面的方式或在正面和背面20、21兩者上以雙面的方式創(chuàng)建表面紋理是可能的。另外，在工藝101中紋理化可與用于鋸齒狀損傷去除的蝕刻工藝相結合。將鋸齒狀損傷去除與紋理化結合可能對從硅錠閘門之后沒有預打磨的硅基板是有益的?？蛇x擇地，紋理化101也可以先于用于鋸齒狀損傷去除的這種刻蝕工藝。
[0075]圖2a示出創(chuàng)建紋理后的太陽能電池的橫截面。在如上所描述的工藝101中，通過將待被賦予紋理的表面暴露于紋理蝕刻劑來創(chuàng)建紋理。這種紋理化劑可以是堿或酸溶液，但它也可以是用于干法蝕刻的等離子體。
[0076]再一次參考圖1，在接下來的工藝102中，該方法提供紋理化的正面上的P型(發(fā)射)層3的創(chuàng)建。該正面在高溫下被暴露于管式爐中的P型摻雜物，例如，含有例如BBr3 (三溴化硼)的氣體的硼。P型摻雜物層的初始深度可以是例如0.3微米。在一種實施方式中，基板可以定位在輸送器中，使得在將輸送器放置于管式爐中之前兩個基板重復地背靠背地定位在輸送器的槽中。在一種實施方式中，高溫可以是應用于使用的材料的對于特定擴散工藝的任何合適的高溫。高溫也可取決于期間高溫被應用的時間。應用的溫度通常可能在約700°C和約1200°C之間或大約780V -1200°C之間。在用于形成摻硼層或發(fā)射層3的為擴散驅動工藝的工藝102期間，含有玻璃層(BSG)層2的硼形成在紋理化的正面20和背面21上。
[0077]圖2b示出形成正面和背面上的BSG層2后太陽能電池的橫截面。在創(chuàng)建BSG層的工藝步驟102之后，該方法以工藝步驟103繼續(xù)以通過單面蝕刻工藝來從基板I的背面21除去BSG層2和摻硼層3，在這種單面的蝕刻工藝中可以保留正面20上的BSG層。
[0078]圖2c示出從背面21除去BSG層2和摻硼層3后的太陽能電池的橫截面。在接下來的工藝步驟104中，從背面除去BSG層2和摻硼層3后，該方法以通過將η型摻雜物離子植入背面21來創(chuàng)建背面場(BSF)來繼續(xù)。該η型摻雜物可以是磷或砷。由于離子束植入的定向特性，基板的正面20沒有被摻雜。此外，可以使用遮罩來防護基板邊緣免遭離子束以避免基板邊緣的摻雜。在工藝步驟102、103、104之間，優(yōu)選的是，保持BSF層2盡可能干以防止顆粒的形成，顆粒可能污染離子植入器。
[0079]圖2d示出用于創(chuàng)建BSF層4的工藝步驟104后太陽能電池的橫截面。在接下來的工藝步驟105中，該方法通過蝕刻工藝(例如干法HF蝕刻工藝)除去來自基板的正面20的BSF層2來繼續(xù)。
[0080]圖2e示出從正面除去BSF層2后太陽能電池的橫截面。在接下來的工藝步驟106中，從正面20除去BSF層2后，該方法繼續(xù)通過在氧化氣氛(例如10%的氧氣02)中在1000°C的高溫下加熱該基板預定的一段時間(例如0.5小時)來形成正面20和背面21兩者上的鈍化層5。在氧化過程中，實施ρ型摻雜發(fā)射層和η型摻雜BSF的進一步的共擴散。人們注意到，背面上的BSF層4通過共擴散(即，來自BSF層的η型摻雜物更深入地擴散到硅基板中同時來自發(fā)射層的P型摻雜物更深入地擴散到正面上的硅基板中)來進一步發(fā)展。在一種實施方式中，在共擴散后，該BSF層具有約20和約30歐姆/平方之間的薄層電阻并且發(fā)射層具有約50和約70歐姆/平方之間的薄層電阻。在另一實施方式中，共擴散后，該BSF層具有約5和約100歐姆/平方之間的薄層電阻并且發(fā)射層具有約50和約150歐姆/平方之間的薄層電阻。
[0081]在以上描述的工藝順序之后，該方法提供一種硅基板，該硅基板包括背面21上的η型背面場層4 ；以及紋理化的正面20上的ρ型發(fā)射層3和η型背面場層4上的氧化層5和紋理化的正面20上的ρ型發(fā)射層3。
[0082]圖2f示出形成正面和背面上的氧化層5后太陽能電池的橫截面。在工藝步驟106中的共擴散后，該方法以接下來的工藝107繼續(xù)以通過PECVD分別在正面20和背面21上形成氮化娃(SiNx)層6。
[0083]圖2g示出形成正面和背面上的氮化硅層6后太陽能電池的橫截面。太陽能電池制造工藝100可以以用于形成正面和背面上的電極的敷金屬工藝來結束。這些工藝本身對于本領域的技術人員是已知的，并可包括沉積物、敷金屬圖案的絲網(wǎng)印刷術、燒穿(firing-through),等等。
[0084]圖4示出用于根據(jù)本發(fā)明的方法的第二例子的流程圖。該方法的第二例子包括制造具有P型或η型襯底的太陽能電池的工藝的順序400。以下，順序400被示出以用于具有η型襯底的太陽能電池。在方法的該第二例子中，步驟201到206與以上描述的該方法的第一例子的順序100的步驟101-106相同。方法400在工藝步驟206中的共擴散后在接下來的工藝步驟207中繼續(xù)，通過將基板暴露于氮Ν2和低濃度(例如5% )的氫Η2的惰性氛圍來形成基板I的正面20和背面21上的氣體退火。在形成正面和背面上的氣體退火后，該方法以接下來的工藝步驟208繼續(xù)，以通過LPCVD形成正面20和背面21上的氮化硅(SiNx)層6。通過LPCVD工藝可以同時實施正面20和背面21上的氮化硅層6的形成。
[0085]圖2g示出形成正面和背面上的氮化硅層6后太陽能電池的橫截面。該太陽能電池制造工藝400可以以用于形成正面和背面上的電極(未示出)的敷金屬工藝來結束。這些工藝本身對于本領域的技術人員是已知的，并可包括敷金屬圖案的絲網(wǎng)印刷術、燒穿，等坐寸ο
[0086]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的輸送器的橫截面，例如，可以在工藝100、400中用來保持基板I的晶圓舟皿7。例如，在工藝100中，可以在用于除去BSG層2的工藝步驟105中和用于形成基板I上的鈍化層5的工藝步驟106中和用于形成基板I上的氮化硅層6的工藝步驟107中使用相同的晶圓舟皿7以永久保持基板。此外，在工藝400中，可以在用于去除BSG層2的工藝步驟205中、在用于形成鈍化層5的工藝步驟206中、在用于形成氣體退火的工藝步驟207中以及在用于形成基板I上的氮化硅層6的工藝步驟208中使用相同的晶圓舟皿7以永久保持基板。在這些工藝步驟期間該晶圓舟皿7可以保持在相同的生產(chǎn)裝置中。
[0087]圖5A-5H更詳細地公開了裝置的第一實施方式，其中在形成鈍化層5和形成氮化硅層6的步驟期間，晶圓舟皿7可保持在相同的生產(chǎn)裝置中。圖7公開裝置的第二實施方式，其還包括用于干法蝕刻步驟，特別是用于BSG層2的除去的子單元，如參考圖4詳細說明的。不包括用于執(zhí)行氣體退火，特別是被稱為形成氣體退火的單元。圖6示出表示該裝置的另外的元件的圖表式的俯視圖。
[0088]圖5A-5H中示出的本裝置包括烤箱單元或氧化爐110、沉積單元或LPCVD反應器120、裝載室150和卸載室160。該氧化爐110設置有通向裝載室150的門112。連接門或閘門114存在于氧化爐110和LPCVD反應器120之間，LPCVD反應器此外設置有通向卸載室的門122。在該實施方式中，氧化爐或烤箱110和LPCVD反應器120都是水平式的，并被設計成所謂的半管。不排除基于全管的設計，但將要求開始于當前商業(yè)上可得到的LPCVD反應器和烤箱的更多發(fā)展步驟。晶圓舟皿7和第二晶圓舟皿17通過該裝置的運輸布置有具運輸機構，包括槳狀物80、180。槳狀物80在其位于裝載室150中的停留位置，并且槳狀物180位于其在卸載室160中的停留位置。槳狀物80被設計為用于運載第一晶圓舟皿7和第二舟皿17。由于其大小，槳狀物80能夠穿過門112和閘門114延伸到LPCVD反應器120中。槳狀物80、180分別設置有槳狀物移動機構81、181和舟皿支撐機構82。盡管槳狀物移動機構81、181被示出為直立的壁。然而，對技術人員將明顯的是，另外的元件將是可利用的，例如諸如軌道形式的引導裝置，以用于將槳狀物在其移動中從裝載室150引導到爐子110(也稱作烤箱)和LPCVD反應器120中。此外，采用直立壁的實施可能是不必要的，并且可以設置其它形式，特別是在通過電機驅動槳狀物81的相當標準的情況下。在一個合適的實施中，移動機構包括懸臂系統(tǒng)。本文中，懸臂構成了槳狀物和任何其它舟皿移動機構之間的接口。該懸臂可以在所有方向(x、y和z)上是可調(diào)整的并且可以容納不同類型的槳狀物，例如開槽的槳狀物。在圖中以距離保持器的形式示出舟皿支撐機構82，也為了附圖中清楚的緣故。但是對于技術人員將明顯的是，該舟皿支撐機構82可以被不同地實施，和/或這些可以被整合到槳狀物80或舟皿7、17中。
[0089]不同于示出的其中第一槳狀物80延伸到LPCVD反應器120中的實施，可行的是，將第二槳狀物180設計成使得將晶圓舟皿從烤箱110帶入LPCVD反應器120中，并且接著從LPCVD反應器120帶入卸載室160中。于是，第一槳狀物80可以被設計成比圖中所示的短。在另外的可選擇方案中，烤箱110和LPCVD反應器120的系統(tǒng)可以設置有轉移機構，以便將晶圓舟皿7從烤箱110轉移到LPCVD反應器120。該轉移機構可以實現(xiàn)為夾具，甚至基于用于晶圓舟皿7的可移動的支撐。
[0090]晶圓舟皿7中的基板在相對于烤箱110和反應器120的優(yōu)選的方向上(即橫向于烤箱110和反應器120內(nèi)的氣體流動)示出?？鞠渲械臍怏w合適地從一側(例如閘門114)流動到另一側(即門112)，使得烤箱110可以被細分成上游區(qū)域、晶圓舟皿位置和下游區(qū)域。氣體入口通常設置有流動控制機構，用于所述氣體在上游區(qū)域中進入反應器。氣體去除機構在下游區(qū)域中被提供。合適地，烤箱可以設置有用來界定低壓的機構。這樣的機構通常聯(lián)接到氣體去除機構。對于LPCVD反應器120同樣適用，如這些裝置的領域中的技術人員所熟知的。
[0091]合適地，在烤箱110和LPCVD反應器120的系統(tǒng)中的氣體的供給與去除被整合。整合的幾個階段是可行的。例如，烤箱I1和LPCVD反應器120中氣體的流動方向可以是相反的，使得所有的氣體進入機構可以位于中心中，即鄰近閘門114，或者所有的氣體去除機構可以存在于在那一側上。此外，氣體存儲系統(tǒng)可以被聯(lián)接，以便提供用于供應烤箱110和LPCVD反應器120兩者的氧氣(例如)和/或氫氣的單一容器。存在于烤箱110和LPCVD反應器120中的加熱機構可以被聯(lián)接，即使烤箱110中的溫度設置可以相對于LPCVD反應器120中的溫度設置是可變的。對于壓力設置機構同樣適用。
[0092]裝載室150和卸載室160是一致的站并且對于潔凈室是可行的，例如I級、10級和100級潔凈室。這些室在該實施中優(yōu)選地但不必需地設置有均由鏡面打磨不銹鋼制成的工作表面、穿孔濾網(wǎng)和管級架(tube-level shelf)。在該實施中具有可調(diào)的轉速的風扇是可利用的。裝載室150和卸載室160恰當?shù)卦O置有用于從晶圓舟皿7、17上全自動晶圓裝載和卸載的系統(tǒng)。為了滿足所述潔凈室的要求，(卸載)裝載室150、160通過例如HEPA、ULPA采用預過濾器進行調(diào)節(jié)。(卸載)裝載室150、160可以用單向的、分層的氣流(例如水平或豎直)實施。例如如圖7所示，如果干法蝕刻單元存在于烤箱和LPCVD反應器以上或以下，那么提升器合適地存在，以用于向上和/或向下轉移裝載的晶圓舟皿。雖然沒有在圖5A-5H示出，但不排除兩個烤箱單元110和兩個LPCVD反應器120布置于彼此的頂上，以便于擴大系統(tǒng)的容量。在這種配置中，氣體供應和氣體去除機構可以再次聯(lián)接和/或合用。(卸載)裝載室150、160可設置有加熱機構，以便進行預加熱步驟。但是，這不被認為是必需的。
[0093]圖5A示出用于運行所述裝置的工藝的第一階段，其中第一晶圓舟皿7和第二晶圓舟皿17被裝載到第一槳狀物80上。
[0094]圖5B示出第二階段，其中門112被打開并且槳狀物80被移動到烤箱110中。該工藝以與商業(yè)上可利用的常規(guī)烤箱系統(tǒng)的裝載一致的方式被恰當?shù)剡M行。從第一槳狀物80卸載第一晶圓舟皿7后，第一槳狀物80再次返回到裝載室150中。在那之后門112被關閉。
[0095]圖5C示出第三階段，其中第一晶圓舟皿7上的基板或晶圓在烤箱110中被處理。然后烤箱110以本身已知的方式，特別是通過受控的溫度提升來加熱。然而用于裝載晶圓舟皿7、17的烤箱110的溫度可能比室溫高，例如700°C -800°c。明顯地，在這之后需要時間以在進一步提升溫度之前將其中的晶圓舟皿和晶圓帶到所述溫度。用于氧化步驟的工藝溫度合適地在850-1000°C的范圍內(nèi)。
[0096]圖示出第四階段，其中第一槳狀物80再次被使用以便將第一晶圓舟皿7從烤箱110轉移到LPCVD反應器120，并且將第二晶圓舟皿17從裝載室轉移到烤箱110中。此外，門112和閘門114將被打開。該閘門例如以板的形式實施。打開板之前，烤箱110和LPCVD反應器120中的壓力被合適地帶到同一水平，并且烤箱110中的溫度被降低到700°C -SOO0C的裝載溫度。在該條件平衡之后，該板被打開并且晶圓舟皿7從烤箱110轉移到LPCVD反應器120。可選擇地，閘門114可以以用于晶圓舟皿7的室的形式實施。該室可被賦予與LPCVD反應器120或烤箱110相同的溫度，并且用于這種室的溫度系統(tǒng)可以與那些溫度系統(tǒng)中的一個整合。該室的實施具有構成LPCVD反應器120與烤箱110之間的隔離的好處。此夕卜，例如該室可能是窄的，以便在烤箱110和/或LPCVD反應器120中留下空間以用于氣體的進入和/或去除。在這種情況下，第一槳狀物80可以將第一晶圓舟皿7帶入所述室中，而第二槳狀物180將晶圓舟皿7從該室轉移到LPCVD反應器120中。
[0097]在任何情況下，本系統(tǒng)的主要優(yōu)點是第一晶圓舟皿17中的晶圓被直接轉移到LPCVD反應器120而沒有中間冷卻到室溫。這減少了處理時間。而且，本發(fā)明的
【發(fā)明者】相信這種在高溫(例如在600°C _900°C的范圍中，更優(yōu)選地700°C -800°C )下的直接轉移減少氫氣損失。這種來自鈍化層的氫氣損失是執(zhí)行單獨的形成氣體退火的原因。此外，本文可以通過將氫氣添加到LPCVD反應器的氣體組分中來增加氫氣含量。甚至更優(yōu)選地，在晶圓舟皿7從烤箱110轉移到LPCVD反應器120中的過程中，例如通過在閘門114的室中的中間停留，LPCVD反應器120中并且也可能烤箱110中的氫氣含量被增加，例如多達50%或甚至多達100%。
[0098]圖5E示出第五階段，其中在反應器120中處理第一晶圓7并且在烤箱110中處理第二晶圓17。同時，第一槳狀物80可以在第二晶圓舟皿17的位置上再裝載有另外的晶圓舟皿(沒有示出_)。其優(yōu)點是可以增加總的產(chǎn)量，因為不需要另外的裝載時間。
[0099]圖5F示出第六階段，其中通過第二槳狀物180將第一晶圓舟皿7從LPCVD反應器120移除。通過第二槳狀物180的該移除的優(yōu)點是烤箱中的處理時間可以比LPCVD反應器120中的長。
[0100]圖5G示出第七階段，其中第一晶圓舟皿7在卸載室160中，而第二晶圓舟皿17依然在烤箱110中。
[0101]圖5H示出接下來的階段，其中第二晶圓舟皿17被轉移到LPCVD反應器120。合適地，這允許進入烤箱110中的另外的晶圓舟皿的同時裝載。
[0102]圖6示出該裝置的圖表式的俯視圖。在該實施方式中，該裝置設置有背面安裝的氣體系統(tǒng)119、129。氣體系統(tǒng)的這種背面安裝的布置對于LPCVD是特別有利的，因為它產(chǎn)生用于起泡器(bubbler)和LPCVD的其他服務的另外的空間。此外，它提供從氣體系統(tǒng)129到LPCVD反應器120的法蘭的短路線。所需要的氣體系統(tǒng)本身對于技術人員是已知的。另夕卜，氣源柜190被提供并布置在該裝置的閘門114之前。但是不排除可選擇的布置。氣源柜190恰當?shù)匕刑幚須怏w設備和數(shù)字化處理控制器以及外圍設備。為了易于維護，氣體板恰當?shù)刎Q直安裝。該氣體柜可以穿過其整個高度是用盡的。
[0103]圖7示出該裝置的第二實施方式的圖表式橫截面圖。該裝置還設置有干法蝕刻工具130，其設置有用于向裝載室150裝載和卸載的門132。如該實施中示出，該干法蝕刻工具130是全管系統(tǒng)，使得可以對多個晶圓舟皿可以同時受到干法蝕刻。在干法蝕刻操作之后，裝載的晶圓舟皿可以被運輸?shù)?特別地通過提升器)第一槳狀物80。如果需要，另外的存儲和處理空間可以是可用的，以用于將一系列晶圓舟皿從干法蝕刻工具130存儲和處理到來自烤箱110的入口的排中。
[0104]對于本領域的技術人員將明顯的是，本發(fā)明的其它實施方式可以被設想并變成實踐而沒有脫離本發(fā)明的真正精神。該描述闡明了本發(fā)明并不意在限制本發(fā)明。
【權利要求】
1.一種由第一傳導型半導體基板制造太陽能電池的方法，所述半導體基板具有正面和背面，所述方法按順序包括: -通過第二傳導型的摻雜物的擴散在所述正面和所述背面中創(chuàng)建第二傳導型摻雜層； -在擴散期間在所述正面和所述背面上形成包含摻雜物的玻璃層；通過單面蝕刻工藝從所述背面除去所述第二傳導型摻雜層和所述包含摻雜物的玻璃層，同時在所述正面上保留所述包含摻雜物的玻璃層； -通過將第一傳導型的摻雜物植入到所述背面中來在所述背面上創(chuàng)建第一傳導型的背面場(BSF)層； -通過蝕刻工藝從所述基板的所述正面除去所述包含摻雜物的玻璃層，以及 -通過在氧化氣氛中以預定的時間段加熱所述基板并且將所述基板加熱到預定的溫度來進行表面氧化以在所述正面和背面上形成鈍化層。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括在所述第二傳導型的摻雜物的擴散期間，由第二傳導型的前體在所述正面和所述背面上形成包含摻雜物的玻璃層，所述包含摻雜物的玻璃層充當所述半導體基板的摻雜物源。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，還包括在所述第二傳導型的摻雜物的擴散之前背靠背地將兩個基板定位于輸送器的槽中。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的方法，包括在從所述背面去除所述第二傳導型摻雜層之前，從所述背面去除所述包含摻雜物的玻璃層。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中當在單面蝕刻工藝中從所述背面去除所述第二傳導型摻雜層時，從所述背面去除所述包含摻雜物的玻璃層。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括使用等離子增強化學氣相沉積法(PECVD)或低壓化學氣相沉積法(LPCVD)在所述正面和所述背面上形成氮化硅層。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中用于去除所述正面上的所述包含摻雜物的玻璃層的所述蝕刻工藝包括干法氟化氫(HF)氣相工藝。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中通過在形成所述鈍化層之后將所述基板暴露在氫(H2)的惰性氛圍中，在氣體退火中在所述正面和所述背面上將所述基板回火。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，還包括在所述氣體退火后利用LPCVD在所述正面和所述背面上形成各自的氮化硅層的步驟。
10.根據(jù)權利要求6和7中任一項所述的方法，該方法包括: -在輸送器中定位所述基板； -在隨后的工藝步驟中將所述基板保持在所述輸送器中，以用于:通過干法氟化氫(HF)氣相工藝去除所述正面上的所述包含摻雜物的玻璃層；通過在氧化氣氛中以預定的時間段加熱所述基板并且將所述基板加熱到預定的溫度來進行表面氧化以在所述正面和所述背面上形成鈍化層；以及使用LPCVD在所述正面和所述背面上形成各自的氮化硅層。
11.根據(jù)權利要求7和9所述的方法，該方法包括: 在輸送器中定位所述基板； 在隨后的工藝步驟中將所述基板保持在所述輸送器中，以用于:去除所述正面上的所述包含摻雜物的玻璃層，包括干法氟化氫(HF)氣相工藝；通過在氧化氣氛中以預定的時間段加熱所述基板并且加熱到預定的溫度來進行表面氧化以在所述正面和所述背面上形成鈍化層；通過將所述基板暴露在氫H2的惰性氛圍中來在所述正面和所述背面上形成氣體退火；以及使用LPCVD在所述正面和所述背面上形成各自的氮化硅層。
12.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，包括在所述正面和所述背面上形成電極。
13.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述第一傳導型是η型，并且所述第二傳導型是P型。
14.一種制造太陽能電池的方法，包括以下步驟: -在輸送器中定位具有正面和背面的半導體基板，所述半導體基板設置有在所述正面上的摻雜層和包含摻雜物的玻璃層； -在隨后的多個工藝步驟期間在單一的生產(chǎn)工具內(nèi)將所述基板保持在所述輸送器中，所述隨后的多個工藝步驟包括: 〇通過在氧化氣氛中以預定的時間段加熱所述基板并且加熱到預定的溫度來進行表面氧化以在所述正面和所述背面上形成鈍化層；以及 〇利用低壓化學氣相沉積法(LPCVD)在所述正面和背面上形成各自的氮化硅層；以及 -從所述生產(chǎn)工具中移除所述基板。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中所述基板還被保持在所述輸送器中以用于在干法蝕刻工藝中去除所述包含摻雜物的玻璃層，所述干法蝕刻工藝發(fā)生在所述表面氧化之N /.刖。
16.—種生產(chǎn)工具,包括: -烤箱單元，其用于通過在氧化氣氛中以預定的時間段加熱所述基板并且加熱到預定溫度來進行表面氧化以在正面和背面上形成鈍化層；和 -沉積單元，其用于使用低壓化學氣相沉積法(LPCVD)在所述正面和所述背面上形成各自的氮化硅層；以及 -用于在所述單元之間運輸具有半導體基板的輸送器的機構。
17.根據(jù)權利要求16所述的生產(chǎn)工具，其中閘門存在于所述烤箱單元和所述沉積單元之間。
18.根據(jù)權利要求17所述的生產(chǎn)工具，其中所述閘門包括具有通向所述烤箱單元的第一端口和通向所述沉積單元的第二端口的閘門室。
19.根據(jù)權利要求17或18所述的生產(chǎn)工具，其中所述烤箱單元和所述沉積單元彼此一致地布置。
20.根據(jù)權利要求17、18或19所述的生產(chǎn)工具，其中所述烤箱單元設置有通向裝載室的入口，并且所述沉積單元設置有通向卸載室的門。
21.根據(jù)權利要求20所述的生產(chǎn)工具，其中所述運輸機構包括在所述裝載室中界定的第一槳狀物和所述卸載室中界定的第二槳狀物。
22.根據(jù)權利要求16-21中任一項所述的生產(chǎn)工具，還包括用于在干法蝕刻工藝中去除半導體基板的包含摻雜物的玻璃層的單元。
23.一種根據(jù)權利要求16-22中任一項所述的生產(chǎn)工具的用途，用于在基板上的表面氧化和隨后的氮化硅沉積。
24.根據(jù)權利要求23所述的用途，其中所述基板是半導體基板，所述半導體基板形成半導體設備的一部分。
【文檔編號】H01L31/18GK104205361SQ201380015784
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年3月18日 優(yōu)先權日:2012年3月20日
【發(fā)明者】羅納德·科內(nèi)利斯·杰拉德·納貝爾 申請人:泰姆普雷斯艾普公司