具有交替的n摻雜區(qū)域和p摻雜區(qū)域的單片硅晶圓的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及在豎直橫截面上具有交替的n滲雜區(qū)域和P滲雜區(qū)域的新型的單片娃 晶圓W及其制備方法的各種變型。
[0002] 運樣的晶圓在制造光伏模塊和光伏電池的情況下是特別有利的。
【背景技術(shù)】
[0003] 當前，光伏（PV)模塊主要通過組裝由單晶娃或多晶娃制成的電池制造而成，運些 電池通常由P導電性的晶圓制造。
[0004] 在大約Im2的合理尺寸的PV模塊中，晶圓的標準尺寸（156mmX156mm)意味著PV 模塊的開路電壓（V。。）被限制為幾十伏。
[000引為了嘗試增大PV模塊的V。。電壓，已經(jīng)開發(fā)了多種方式。
[0006] 第一選擇可W是使用晶體娃（Si)W外的材料，尤其是具有比娃的1.IeV(電子伏） 寬的能帶隙的半導體，諸如晶體Si上的非晶Si等材料（稱為異質(zhì)結(jié)技術(shù)）或者甚至諸如 CdTe(蹄化儒）的材料。遺憾的是，在開路電壓方面的提高是有限的，運是因為使用過寬能 帶隙（〉2eV)的半導體導致光子吸收量顯著下降W及能量轉(zhuǎn)換效率損失。
[0007] 另一可能性將是相對于實際標準156mmX156mm減小電池的尺寸；運將可W通過 增大形成該模塊的串聯(lián)連接的電池數(shù)來增大電壓V。。的值。然而，該解決方案將使制造模塊 所需的處理操作更難W執(zhí)行。而且，出于互連目的而保持形成PV模塊的電池之間的間隙的 需求導致可用區(qū)域（即，允許電載流子的光生的區(qū)域）的損失。當實現(xiàn)大數(shù)量的較小電池 時，該區(qū)域損失是重大的。最后，除非使用背部接觸電池技術(shù)，否則該解決方案造成與金屬 化和互連有關(guān)的難題。 陽00引為了試圖減小該可用區(qū)域的損失，可W設(shè)想到制造標準尺寸為156mmX156mm的 單片晶圓W及例如通過激光燒蝕來蝕刻后驗溝槽；運可W具有有效地產(chǎn)生多個較小電池的 效果。然而，蝕刻過程易于導致弱化晶圓，并因此導致機械強度的問題。而且，子電池之間 的隔離問題是復雜的，尤其是對于高的隔離電阻需要用于目標應用的情況。最后，如上文所 述，除非使用RCC技術(shù)，否則該解決方案造成金屬化和互連的問題。
[0009] 最近，Pozner等人W通過對電池的串聯(lián)連接進行建模，設(shè)想到電池的p-n結(jié)平面 是豎直的，與結(jié)平面是水平的常規(guī)的晶圓構(gòu)型相反。該方法的優(yōu)勢是可W設(shè)想使用單片襯 底的晶圓級處理制造電池。然而，關(guān)于運樣的結(jié)構(gòu)的實際制造而言，很多技術(shù)問題仍未得到 解答，而且運樣的結(jié)構(gòu)的成本面臨著非常高的風險。
[0010] Gatos等人W提議利用通過使用切克勞斯基（Czoc虹alski)過程進行定向性 凝固，而在娃晶體的生長期間非均勻滲入氧。對氧濃度的運些波動的起因知之甚少，但是 Gatos等人使用該原理來通過熱退火獲得交替的n/p導電性的結(jié)構(gòu)。 W11] 具體而言，在本領(lǐng)域W中已知，在包含氧的娃晶圓中，400°C-500°C的溫度下的熱 退火允許形成熱施主（thermaldonor,TD)，即表現(xiàn)為娃中的給電子體的氧的小的團聚體 (通常由3到20個氧原子的結(jié)合而形成）。因此，當運些熱施主在P型娃中產(chǎn)生時，它們可 導致材料補償及其導電性變化。電子的逸出取決于氧的局部濃度，對從與凝固方向平行地 切割切克勞斯基晶錠獲得的晶圓例如在450°C的溫度下進行50小時的退火因此允許獲得 p/n結(jié)構(gòu)。
[0012] 遺憾的是，濃度波動是不可控制的，通常大約100微米W的n區(qū)域和P區(qū)域的尺 寸不能夠被控制。因此，不可能限定運樣的結(jié)構(gòu)的輸出電壓，且運表示將運些結(jié)構(gòu)集成到整 個太陽能系統(tǒng)的主要障礙。而且，在子電池串聯(lián)連接W獲得高電壓的構(gòu)型中，則不可能平衡 電流，運對于陣列的能量轉(zhuǎn)換效率是非常大的限制。
[0013] 而且，從技術(shù)角度看，晶圓的表面上的各種子電池之間的尺寸變化（巧]，圖1)引 入表示關(guān)于光伏電池的制造方面的主要缺點的復雜性。最后，在Gatos等人W獲得的結(jié)構(gòu) 中，不可能限定子電池之間的隔離電阻。運樣的限制對光伏電池的能量轉(zhuǎn)換效率是不利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 因此，需要提供適于制造高開路電壓且最小化非活性區(qū)域（即，不允許聚集光生 載流子的區(qū)域）的PV模塊的娃晶圓。
[0015] 本發(fā)明的目的準確地旨在提供允許消除上述缺點的新型的單片娃晶圓W及獲得 運樣的晶圓的方法。
[0016] 更精確地說，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明設(shè)及一種單片娃晶圓，其在至少一個 豎直橫截面上具有交替的n滲雜區(qū)域和P滲雜區(qū)域，所述n滲雜區(qū)域和所述P滲雜區(qū)域分 別貫穿所述晶圓的厚度，其特征在于：
[0017] -所述n滲雜區(qū)域和所述P滲雜區(qū)域分別在所述橫截面中具有至少Imm的寬度 化1，Lz);
[0018] -所述n滲雜區(qū)域具有基于間隙氧的熱施主（TD)濃度，所述熱施主濃度不同于所 述P滲雜區(qū)域的熱施主濃度；W及
[0019] -所述n滲雜區(qū)域和所述P滲雜區(qū)域由電隔離區(qū)域彼此分開。
[0020] 在本文的其余部分中，除非另有說明，否則是在其水平位置中觀察晶圓時對晶圓 進行表征的。因此，尤其是，該晶圓被限定為具有在水平放置的晶圓的豎直橫截面中的貫穿 該晶圓的厚度的交替的n滲雜區(qū)域和P滲雜區(qū)域。
[0021] 表述"熱施主"或更簡單的縮寫"TD"將在下文表示基于間隙氧的熱施主。
[0022] 表述"電隔離區(qū)域"被理解為表示具有高電阻率、尤其大于或等于化Q?cm、有利 地大于或等于IOkQ^cm的高電阻率的區(qū)域。理想地，電隔離區(qū)域可W被稱為本征區(qū)，即晶 圓中的電子型載流子的濃度和空穴型載流子的濃度相似的區(qū)域。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了可W使從由P滲雜娃形成的晶圓容易獲得 運樣的晶圓的方法。
[0024] 因此，根據(jù)第一特定實施方式，本發(fā)明設(shè)及一種用于制造諸如上述的晶圓的方法， 所述方法至少包括W下步驟： 陽02引 a)提供由具有在IXIQi4Cm嘴2X10I6Cm3之間的空穴型載流子的濃度（P。）W 及在1X10"cm呀R2X10I8Cm3之間的間隙氧濃度[0J的P滲雜娃形成的晶圓；
[0026]m)使步驟（i)的所述晶圓進行有利于激活基于間隙氧的熱施主W及將整個晶 圓轉(zhuǎn)變?yōu)閚型的全部熱處理；
[0027](iii)使在步驟（ii)結(jié)束時獲得的晶圓的專用于形成所述P滲雜區(qū)域的區(qū)域進行 有利于所述熱施主的消除W及將所述區(qū)域從n型再轉(zhuǎn)變?yōu)镻型的局部熱處理；W及 [002引 （iv)通過熱處理將與P型區(qū)域連續(xù)的每個n型區(qū)域的部分轉(zhuǎn)變?yōu)殡姼綦x區(qū)域W獲 得所期望的晶圓。
[0029] 根據(jù)第二特定實施方式，本發(fā)明設(shè)及一種用于制造如上所述的晶圓的方法，所述 方法至少包括W下步驟：
[0030] (a)提供由具有在lXl〇i4cm嘴2X10I6Cm3之間的空穴型載流子的濃度（P。）W 及在1X10"cm郝2X10IScm3之間的間隙氧濃度陽1]的P滲雜娃形成的晶圓；
[0031] 化）利用氨滲雜所述晶圓的專用于形成所述n滲雜區(qū)域的區(qū)域11W及專用于形成 所述電隔離區(qū)域的區(qū)域13 及
[0032] (C)使步驟化）的所述晶圓進行有利于激活基于氨滲雜區(qū)域中的間隙氧的熱施 主，W及將所述區(qū)域11從P型轉(zhuǎn)變?yōu)閚型并將所述區(qū)域13轉(zhuǎn)變?yōu)殡姼綦x區(qū)域的全部熱處 理，W獲得所期望的晶圓。
[0033] 有利地，運些方法通過熱施主的局部濃度的控制而允許精確地控制所形成的n區(qū) 域和P區(qū)域的尺寸、化及電隔離區(qū)域的導電性和尺寸。
[0034] 而且，根據(jù)本發(fā)明，如本文的其余部分所討論的，可W制造例如具有棋盤格布置的 交替的n區(qū)域和P區(qū)域的布置的二維結(jié)構(gòu)，由此有利地允許在晶圓中形成的串聯(lián)的子電池 的數(shù)量進一步增大。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明設(shè)及一種包括如上文所限定的娃晶圓的光伏設(shè) 備，尤其是光伏電池。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明的娃晶圓被分成多個具有受控尺寸的子電池，其有利地允許制造具有 增大的開路電壓、同時保持大約lm2的合理標準尺寸的PV模塊。
【附圖說明】
[0037] 在閱讀下文的本發(fā)明的示例性實施方式的詳細描述W及審閱附圖時，應用根據(jù)本 發(fā)明的晶圓W及其制造過程的其它特征、優(yōu)勢和方式將變得更清楚，其中：
[0038] 圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的娃晶圓的結(jié)構(gòu)的豎直剖面圖；
[0039] 圖2示意性地示出了根據(jù)第一實施方式的、用于制造根據(jù)本發(fā)明的晶圓的過程的 各個步驟；
[0040] 圖3示意性地示出了根據(jù)第二實施方式的、用于制造根據(jù)本發(fā)明的晶圓的過程的 各個步驟；
[0041] 圖4示出了從上方觀看的且對于示例1的方法的，在用于形成P滲雜區(qū)域（圖4a) 的步驟（iii)W及用于形成電隔離區(qū)域（圖4b)的步驟（iv)中利用晶圓的激光照射的區(qū) 域12;化及
[0042] 圖5示出了從上方觀看的且對于示例2的方法的，在第一離子注入步驟中的晶圓 的區(qū)域12的步驟化）的掩模（圖5a)W及在第二離子注入步驟中的區(qū)域12和區(qū)域13的 掩模（圖5b)W及在步驟（C)結(jié)束時形成的區(qū)域的分布（圖5c)。
[0043] 應當注意到，為了