專利名稱：利用自對準工藝形成薄膜光電互連的方法
技術領域：
本發(fā)明大體上是關于光電器件，且特別是關于制造薄膜式光電器件中改良 互連的系統(tǒng)及方法。
背景技術：
薄膜式太陽能模塊提供了兼具低制造成本與合理效率的迷人方式。這些模
塊由各種材料構成，包括非晶形硅、非晶形硅鍺、銅銦硒化鎵(CIGS)、和鎘碲。 這些太陽能模塊的常見特征的一是沉積在如玻璃板的大面積絕緣體上。
這些模塊的另一特征為使用劃線(scribe)與互連將大面積的沉積層劃分成 許多單元室(cell)及/或子單元室。第1圖為以此方式分隔的典型模塊的上視圖。 如第1圖所示，模塊100分成多個單元室102(即條狀物)，其透過互連104串聯(lián) 連接，例如以圖示的水平方向電氣連接在一起?；ミB一般利用劃線和導體形成 于模塊中。然在此應注意的是，模塊IOO長度L可為1米或更長。同時，互連 順著模塊總長度L的寬度(對應第2圖的尺寸W)通常為約700微米至約1000 微米，而單元室(即條狀物)的寬度通常為約1厘米。如同熟諳此技術者所理解， 第1圖為未按比例繪制的典型模塊簡圖，模塊當可另包括其它第1圖未繪示的 無源與有源組件，例如電極、保護二極管和端子。再者，模塊一般還包括外部 接點(contact)及/或經(jīng)環(huán)境封裝(environmentally encapsulated)。
眾所周知，互連104提供了較不易受串阻(series resistance)損失影響的高 電壓、低電流輸出。例如，l平方米、效率為12%的面板可提供12瓦的功率。 若單元室操作電壓為0.6伏特，則電流為200安培。因歐姆損失等于"R(其中I 為電流，R為電阻)，且因薄導電膜具有相當大的電阻，故大部分的功率將會浪 費。但若將模塊劃分成例如300個條狀物，則電壓將變成180伏特，而電流為 0.56安培。如此歐姆損失將降低89000倍。
同為申請中的申請案號11/245620(AMAT-10468)為本受讓人所擁有且一并200780012160.6
附上供作參考，其大幅提升了形成薄膜式光電模塊的互連的技術。此發(fā)明的一
方面包括使用單一激光劃線來形成切口，切口包括露出基部電極(base electrode) 的階梯結構。此發(fā)明的另一方面為，形成的互連較傳統(tǒng)互連窄，因而可提供更 有效率的模塊結構。
同為申請中的申請案的方法將參照第1圖中部分的互連區(qū)域(如區(qū)域106) 繪示于第2A-2E圖。如第2A圖的第一步驟所示，整個導體、半導體與接觸堆 棧膜層202-206乃沉積在如玻璃的基板208上。在一實施例中，膜層202為金 屬，例如鉬、或透明導電氧化物(TCO)(如氧化鋅(ZnO));膜層204為半導體， 例如CIGS;膜層206為TCO(如ZnO)。在一些實施例中，整個堆棧結構的厚 度為約2-3微米。
在第2B圖的下一步驟中，劃線210制作至導體底層202。如第2C圖所示， 第二劃線212具有較小的切口 ，以形成暴露的導體突出部214。劃線210和212 皆利用激光或機械刻劃(scribe)、或結合激光與機械刻劃制得。
在一實施例中，當同時制作劃線時，為采用具偏斜強度分布的激光束，即 左側強度大于右側強度(依圖示方向)。使得左側的切割深度較右側深，而形成 突出部214。在另一實施例中，二激光源可耦接至單一光纖。其中一例為紅外 線源，如波長為1064納米的釹釔鋁石榴石激光(Nd:YAG)，其因光子能量小于 半導體能隙而可穿透堆棧結構。較佳為切穿導體層202。第二種為短波源，如 波長為532納米的雙Nd:YAG，其切穿半導體層204(例如CIGS)、但不切穿導 體層202。第二切口的寬度為20微米至50微米，且總寬度W縮減成0.01厘米 至0.2厘米，此遠窄于先前可能產(chǎn)生的寬度。
如第2D圖所示，形成劃線后，沉積絕緣體216至一壁面上。在一較佳實 施例中，絕緣體216的沉積是利用下述自對準法。如聚亞酰胺的感光高分子或 光刻膠可利用任一已知方法(例如噴墨法、噴灑法或滾抹法)施加到整個模塊上。 高分子透過玻璃從背面曝光。如此可自對準在溝槽內曝光，即導體層202阻擋 了溝槽以外的所有光刻膠曝光。其次顯影光刻膠，只留下左壁面上因透過溝槽 曝光的光刻膠涂層(依圖示方向)。
最后如第2E圖所示，導體層218沉積于絕緣體216上，以連接左單元室 220頂部與右單元室222底部。如此可串聯(lián)連接單元室220與單元室222。接
5著可在切口全長(如第圖中模塊切口的長度L)涂上絕緣體材料和導體材料， 以構成互連。
盡管同為申請中的申請案的方法提出了可接受的結果及較先前技術窄的
互連，然其仍有一些缺點。例如，用于第2B及2C圖的激光剝離法(laser ablation) 的選擇性差，以致處理操作范圍很小，難以使剝離步驟停止在右側的導體層上， 同時又切至左側的玻璃。再者，激光剝離法會破壞邊緣，施行高剝離率時尤其 嚴重。
這些缺點在結合形成導體階梯的激光切割后將變得更明顯。因此，期能克 服這些缺點，特別是在結合形成導體階梯后，且不會增加處理復雜度(如對準要 求)。本發(fā)明除了別的目的外，還致力達到此目的。

發(fā)明內容
本發(fā)明提出形成光電模塊的互連的方法。根據(jù)一方面，本發(fā)明的方法包括 多個處理步驟，其類似傳統(tǒng)集成電路制造進行的步驟。例如，本方法可包括蝕 刻形成鄰接溝槽的導體階梯，其可用來構成單元室間的互連。根據(jù)另一方面， 形成導體階梯的方法可為自對準處理，例如包括放置鏡子至模塊上方，并以一 角度從基板下方曝光光刻膠一或多次、以及蝕刻露出導體階梯。
在其它方面中，形成薄膜式光電模塊的互連的方法包括制備光電模塊層堆 棧結構于基板頂面、形成具實質平行的第一與第二邊緣且完全穿過堆棧結構的 隔絕溝槽，而留下鄰接溝槽的第一與第二邊緣的堆棧結構上的光刻膠、利用自 對準隔絕溝槽的處理來曝光鄰接第一邊緣的光刻膠、以及利用曝光的光刻膠來 蝕穿堆棧結構中一或多層膜層，以構成鄰接溝槽的第一邊緣的導體階梯。在其 它進一步的方面中，用于本方法的自對準處理包括放置反射器至堆棧結構上 方、以及以一角度從下方照射基板并穿過溝槽，進而使反射器反射光線并曝光 光刻膠。


本發(fā)明的上述與其它方面和特征在熟諳此技術者檢閱本發(fā)明特定實施例 的說明及配合所附圖式后將變得更明顯易懂，其中第1圖為互連分隔的薄膜式光電單元室(cell)中傳統(tǒng)模塊的上視圖； 第2A-2E圖繪示根據(jù)一同為申請中的申請案，形成薄膜式光電單元室間的 互連的方法；以及
第3A-3D圖繪示根據(jù)本發(fā)明一較佳實施例，形成用于薄膜式光電單元室間 的互連的導體階梯的方法。
附圖標號的描述
下文描述附圖中所使用的標號。這些描述旨在說明而非限制，本領域的技 術人員應該理解，在本發(fā)明的范圍中可以做出各種替代和修改。 202金屬 204半導體 206 TCO 208基板 210第一劃線 212第二劃線 214導電突出部 216絕緣體 218導體 220第一單元室 222接下來的單元室 300堆棧結構 302頂部導體層 304半導體層 306下面的導體 308基板 310掩模 312抗蝕劑層 316孔徑 318隔離槽322反射器 324接觸階梯 326金屬 328清潔膜 330側壁 332連接器
具體實施例方式
本發(fā)明將參照所附圖式詳述于下，其描繪本發(fā)明的實施例，以便于熟諳此 技術者實踐本發(fā)明。須注意的是，以下圖式和實施例并非用來限定本發(fā)明的范 圍為單一實施例，本發(fā)明亦包含替換所述部分或全部元件的其它實施例。再者， 當本發(fā)明的某些元件為部分或完全采用已知組件時，己知組件中只有理解本發(fā) 明所需的部分將進行說明，而其余已知組件將不再贅述，以免混淆本發(fā)明。在 本說明書中，指稱單一組件的實施例不應視為限制條件；本發(fā)明當然包含其它 包括多個相同組件的實施例；反的亦然，除非在此特別指明數(shù)量。另外，除非 特別指明，否則申請人未意圖將說明書或權利要求中的項目名稱認定成具有罕 見或特殊的意義。再者，本發(fā)明包含現(xiàn)今與未來認知為所述已知組件的均等物。
本發(fā)明大體上是關于形成薄膜式光電器件的互連的方法，其采用類似傳統(tǒng) 集成電路(IC)處理的處理。此處理平衡了一定程度的自對準及IC制造技術固有 的可縮放優(yōu)點。
第3A圖繪示根據(jù)本發(fā)明一實施例，形成用于薄膜式光電模塊中單元室(cdl) 間的互連的接觸階梯的方法。應注意的是，圖示并未依比例繪制，某些處理步 驟中的各層與元件之間的相對尺寸將被放大或縮小，以便于清楚說明本發(fā)明的 部分方面。雖然說明書詳細描述了各層與特征的適當尺寸，但其僅為用來說明 本發(fā)明，而非限定本發(fā)明。
如第3A圖所示，本實施例的流程幵始于形成起始材料的完全堆棧結構300 于基板308上，例如3毫米厚的玻璃板。在此實施例中，堆棧結構300包括 0.1微米的膜層306，其對應不透光金屬電極(通常為鉬)且接觸玻璃基板308; 以及1微米的膜層302，其對應透明電極(通常為摻雜鋁的氧化鋅(ZnO))且位于頂面。此方法亦可采用其它形式的薄膜模塊和微形態(tài)(micromorph)，如a:Si、 nC:Si，在此狀況下，透明電極可接觸玻璃，金屬輔助電極則位于頂面。就本流 程而言，半導體層304為位在0.07微米的硫化鎘(CdS)層下方的2微米的CIGS 層，然其也可使用任一適合的材料，包括銅銦硒(CIS)、 a:Si、 jaC:Si、鎘碲、或 其它多種材料的堆棧結構。
應注意的是，附加材料層(如二氧化硅(Si02))可增設在堆棧結構的頂部來 保護ZnO。其它保護材料層亦可采用，例如底部抗反射層(BARC)、或苯環(huán)丁烯 (BCB)層。
本流程的第一步驟是制作隔絕切口至玻璃上。在一較佳實施例中，達成方 法為進行蝕刻處理，而非激光或機械刻劃，其將進一步詳述于下。例如，在第 3B圖所示的實施例中，光刻膠層312為利用噴灑法、沉浸法或滾抹法而施加到 模塊。其厚度可為l-10微米。30微米寬的線可利用具對應開孔316的掩模310(其 如圖示置離基板上方IO微米處或接觸基板)曝光形成在光刻膠中。
在第3C圖中，顯影光刻膠，并利用濕蝕刻或干蝕刻處理來蝕刻隔絕切口 318于玻璃中。根據(jù)分段濕蝕刻處理的一實施例，鹽酸或乙酸溶液可用來蝕穿 ZnO層，接著硫酸+硝酸處理可用來蝕穿CIGS層，然后磷酸+乙酸+硝酸處理(一 般稱為PAN蝕刻)可用來蝕穿鉬(Mo)層。應注意的是，CIGS層蝕刻處理本身是 獨特且新穎的，此處理的各種實施例或替代CIGS層蝕刻處理的方法更加詳述 于同為申請中的申請案號(AMAT-10936)中，其內容一并附上供作參考。再 者，本發(fā)明的一方面(即隔絕切口 318當作用于后續(xù)自對準處理的掩模開孔)將 進一步詳述于下。
雖然形成隔絕切口 318的方法較佳是采用蝕刻處理，但其它實施例也可使 用機械或激光刻劃處理。
第3D圖繪示下一步驟，其根據(jù)本發(fā)明的一方面，開始形成導體階梯或接 觸階梯。反射器或鏡子322放置鄰近頂面處(如50微米)，并以一角度從玻璃基 板308下方照光。如圖所示，自鏡面反射的光線曝照已形成的劃線(切口 318) 旁的光刻膠區(qū)域。故此曝光為自對準于現(xiàn)存的劃線。階梯的寬度x可由下列公
式表示
x = c/ tan(《、')，
9其中d為基板和鏡子間的間距，es為基板和鏡子間的空間角度，如第3D
圖的實施例，95=30°=卯°-60°，且可表示成
其中e^為玻璃基板下方的照射光的入射角，ns為基板和鏡子間的區(qū)域的
折射率。
這些公式的成因在于入射光進入玻璃基板308時會先折射，當光線從玻璃 行進至玻璃與鏡子間的空間時將再次折射。例如，若入射角6w等于45度、基 板和鏡子間的距離d為50微米(即2密爾)、且折射率為1.3，則階梯的寬度x 等于32微米。
較佳地，鏡子和基板的間距為保持不變。在一實施例中，鏡子具有軟性間 隔物(spacer)，以提供固定的間距而不會傷害基板。在另一實施例中，透明膜 328鋪在基板表面上，使曝照光自透明膜表面反射。例如，透明膜328可為透 明的聚酯薄膜，且頂面可具有含鋁的反射涂層322，以增強頂面的反射性。在 又一實施例中，無反射涂層的透明聚酯薄膜328可用來設立均一的間隔物，供 個別的反射器或鏡子322放置其上。
經(jīng)曝光及顯影后，進行蝕刻以形成導體階梯324。達成方法可為濕蝕刻、 干蝕刻、或結合二者。如同前述形成溝槽318的蝕刻處理，蝕刻劑可改變以選 擇性蝕穿堆棧結構的各膜層，且蝕刻CIGS層的方法可采用詳述于同為申請中 的申請案號(AMAT-10936)中的技術。在一些實施例中，當?shù)竭_下導體層時 即終止蝕刻(在CIGS層的例子中，導體層為鉬；在a:Si或pC:Si的例子中，導 體層為ZnO)。在其它情況下，蝕刻可終止于半導體層。以a:Si或pC:Si為例， 半導體層在底部附近的摻雜濃度很高，因此可接觸此濃密摻雜的區(qū)域。
其它處理可繼續(xù)進行，以于單元室間形成互連、及絕緣層或接觸層。盡管 可實行許多傳統(tǒng)方法，然其它處理較佳為采用詳述于同為申請中的申請案號 (AMAT-10742)中的技術。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟 習此技術者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾，因 此本發(fā)明的保護范圍當視后附的申請專利范圍所界定者為準。
權利要求
1. 一種在薄膜式光電模塊中形成一互連的方法，包含在基板的頂面上制備多個光電模塊層的堆棧結構；形成一具有大致平行的第一邊緣與第二邊緣且完全穿過該堆棧結構的隔絕溝槽，同時將光刻膠留在該堆棧結構的頂部之上鄰接著該隔絕溝槽的第一邊緣與第二邊緣；利用自對準到該隔絕溝槽的一處理來曝光鄰接著該第一邊緣的光刻膠；以及通過曝光的光刻膠來蝕刻穿過該堆棧結構的一層或多層，以構成一鄰接著該隔絕溝槽的第一邊緣的接觸階梯。
2. 如權利要求l所述的方法，其中該自對準處理包括 在該堆棧結構上方放置一反射器；以及以一角度從下方照射該基板并穿過該隔絕溝槽，進而使該反射器反射光線并 曝光該光刻膠。
3. 如權利要求1所述的方法，其中形成該隔絕溝槽的步驟包括 將該光刻膠應用于該堆棧結構的頂部上； 利用光刻來曝光并顯影該光刻膠的多個部分；以及 將未經(jīng)顯影的光刻膠用作一掩模層，蝕穿該堆棧結構。
4. 如權利要求2所述的方法，其中該反射器包含透明塑料膜。
5. 如權利要求4所述的方法，其中該塑料膜被涂覆，以增加被涂覆的表面的 反射率。
6. 如權利要求2所述的方法，更包含將多個間隔物放置于該堆棧結構與該反 射器之間，以保持該基板和該反射器間的距離。
7. 如權利要求1所述的方法，其中該蝕刻步驟包括濕蝕刻。
8. 如權利要求1所述的方法，其中該蝕刻步驟包括干蝕刻。
9. 如權利要求6所述的方法，其中該角度與該距離是受控制的，使得該接觸 階梯的寬度X可以通過下列公式來估計x = tan(《.)，其中d為該基板和該反射器之間的距離，0s為該基板和該反射器之間的空間角度且可表示成魂)=^^ ，其中e^為照射該基板的光線的入射角，ns為該基板和該反射器之間的區(qū)域的折射率。
全文摘要
在此描述用于形成光電模塊的互連的處理步驟。根據(jù)一方面，本發(fā)明的方法包括處理步驟，其類似傳統(tǒng)集成電路處理進行的步驟。例如，方法可包括蝕刻形成鄰接溝槽的導體階梯，其可用來構成單元室間的互連。根據(jù)另一方面，形成導體階梯的方法可為自對準處理，例如包括放置鏡子至模塊上方、以一角度從基板下方曝光光刻膠一或多次、以及蝕刻露出導體階梯。
文檔編號H01L21/00GK101449360SQ200780012160
公開日2009年6月3日 申請日期2007年3月29日 優(yōu)先權日2006年3月31日
發(fā)明者D·伊格爾沙姆, P·G·伯頓 申請人:應用材料股份有限公司