用于形成太陽能電池的空間定位擴散區(qū)的摻雜劑的離子注入的制作方法
【專利說明】用于形成太陽能電池的空間定位擴散區(qū)的摻雜劑的離子注入
技術領域
[0001]本文中所述主題的實施例整體涉及太陽能電池。更具體地講，所述主題的實施例涉及太陽能電池制造方法和結構。
【背景技術】
[0002]太陽能電池是為人們所熟知的用于將太陽輻射轉換成電能的裝置。太陽能電池具有在正常工作期間面向太陽以收集太陽輻射的正面，以及與正面相對的背面。照射在太陽能電池上的太陽輻射產(chǎn)生可用于為外部電路(諸如負載)供電的電荷。
[0003]太陽能電池制造工藝通常包括涉及掩蔽、蝕刻、沉積、擴散和其他步驟的許多步驟。本發(fā)明的實施例提供具有數(shù)量減少的步驟以便降低制造成本和提高生產(chǎn)量的太陽能電池工藝。

【發(fā)明內容】

[0004]在一個實施例中，使用摻雜有第一導電類型摻雜劑的覆蓋膜層來形成太陽能電池的擴散區(qū)。在覆蓋膜層的選定區(qū)域中注入第二導電類型摻雜劑以形成第二導電類型摻雜劑源區(qū)域。通過使第一導電類型摻雜劑和第二導電類型摻雜劑從覆蓋膜層擴散進下面的半導體材料諸如硅，來形成太陽能電池的擴散區(qū)。覆蓋膜層可為摻雜有硼的P型摻雜劑源層，其中在P型摻雜劑源層的選定區(qū)域中注入磷以在P型摻雜劑源層中形成N型摻雜劑源區(qū)域。硅材料可包括例如多晶硅或單晶硅基板。
[0005]所屬領域的技術人員在閱讀本公開內容的全文時將易于明了本發(fā)明的這些特征和其他特征，本公開內容包括附圖和權利要求書。
【附圖說明】
[0006]結合以下附圖考慮時，可通過參考【具體實施方式】和權利要求得到對主題的更完整理解，其中在所有這些附圖中，相似標號指代類似元件。附圖未按比例繪制。
[0007]圖1-4為示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的太陽能電池的制造的剖視圖。
[0008]圖5-8為示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的太陽能電池的制造的剖視圖。
[0009]圖9-11為示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的多晶硅和單晶硅基板疊堆的形成的剖視圖。
[0010]圖12示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的形成太陽能電池的擴散區(qū)的方法的流程圖。
[0011]圖13示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的形成多晶硅和單晶硅基板疊堆的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0012]在本發(fā)明中，提供了許多具體細節(jié)，例如設備、結構、材料和方法的例子，以提供對本發(fā)明實施例的全面理解。然而，所屬領域的技術人員將認識到，可在不具有這些具體細節(jié)中的一個或多個具體細節(jié)的情況下實踐本發(fā)明。在其他示例中，不顯示或描述眾所周知的細節(jié)以避免混淆本發(fā)明的方面。
[0013]在全背觸式太陽能電池中，P型擴散區(qū)和N型擴散區(qū)以及所有對應的金屬觸點均位于太陽能電池的背面上?？赏ㄟ^從摻雜劑源擴散摻雜劑來形成擴散區(qū)。為了滿足工藝要求，通常需要將摻雜劑源定位成彼此距離在小于100 μπι的范圍內并且使其與晶片的邊緣或中心對準，以便于后續(xù)處理步驟的對準。摻雜劑源的對準難度受其他步驟的位置精度要求的影響，諸如由溝槽分隔P型擴散區(qū)和N型擴散區(qū)。
[0014]在空間上定位太陽能電池的擴散區(qū)的一種技術可涉及沉積摻雜劑源的覆蓋層；在摻雜劑源的頂部上施加光刻糊劑；采用蝕刻工藝圖案化所述糊劑；以及驅使摻雜劑從摻雜劑源進入下面的層以形成擴散區(qū)。涉及沉積、圖案化以及蝕刻的該技術不僅需要許多的步驟而且其實施成本也是高昂的。
[0015]在空間上定位擴散區(qū)的另一種技術可涉及用包含摻雜劑的油墨來取代光刻糊劑。這種技術科包括例如使用絲網(wǎng)印刷機或另選類型的印刷機來施加摻雜劑油墨，其中表面頂部上的所需圖案需要摻雜劑源，并且驅使摻雜劑從油墨進入熱處理步驟中的相反類型摻雜劑的覆蓋層。這種技術的問題是對摻雜劑油墨提出了若干挑戰(zhàn)性功能要求。更具體地講，油墨必須是可印刷的，必須能夠作為摻雜劑源，并且不得摻雜由于除氣原因而未覆蓋油墨的區(qū)域。油墨本身由此變得昂貴，并且根據(jù)油墨的使用方法，可能不會導致凈制造成本降低。
[0016]圖1-4為示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的太陽能電池的制造的剖視圖。所制造的太陽能電池為全背觸式太陽能電池，因為如將在下文更顯而易見的是，所制造太陽能電池的P型擴散區(qū)和N型擴散區(qū)以及對應的金屬觸點均位于該太陽能電池的背面上。
[0017]在圖1中，在主基板的背表面上形成二氧化硅102形式的薄介電層，在圖1的例子中該主基板為N型單晶硅基板101。在一個實施例中，二氧化硅102直接熱生長在單晶硅基板101的背表面上，其厚度小于或等于40埃(例如，介于5至40埃之間，優(yōu)選地為20埃)。二氧化硅102可提供隧道功能，例如用作隧道氧化物。
[0018]多晶(也稱為“多晶硅”)硅103層形成在二氧化硅102上。此后P型摻雜劑源層104形成在多晶硅103上。顧名思義，P型摻雜劑源層104用作P型摻雜劑的來源。在一個實施例中，P型摻雜劑源層104包括通過沉積法諸如化學氣相沉積法或蒸汽相外延法形成的硼硅酸鹽玻璃(BSG)覆蓋層。更具體地講，可在多晶硅103上生長摻雜劑源層104，同時將P型摻雜劑引入沉積室。隨后將摻雜劑(在該例子中為硼)從P型摻雜劑源層104擴散到下面的多晶硅103以在其內形成P型擴散區(qū)。一般來講，P型摻雜劑源層104(以及在下文介紹的其他P型摻雜劑源層)可包括硼摻雜化物。
[0019]可通過獨立的沉積步驟來形成多晶硅103層和P型摻雜劑源層104。在其他實施例中，諸如在隨后描述的圖9-11中，可以通過蒸汽相外延法在原位(S卩，在保持真空的情況下)在相同的設備中相繼地生長這些層。
[0020]在圖2中，將圖1的太陽能電池結構放置在離子注入設備中，該離子注入設備也稱為“離子注入機”。多年以來半導體行業(yè)一直采用離子注入法。然而，為了實現(xiàn)空間布置，通常需要將限定待注入?yún)^(qū)域的硬掩模(例如，光致抗蝕劑、氧化物、氮化物)形成在晶片的表面上。太陽能電池制造中的擴散布置所需的空間精度在嚴格程度上比半導體器件制造低幾個數(shù)量級，例如，對于太陽能電池制造為小于200 μπι，對于半導體器件制造則為小于10nm。因此，可使用離子注入設備(其使用駐留在設備中的可移除和一次性的掩模，而不是形成在晶片的表面上的掩模)將摻雜劑注入太陽能電池中。
[0021]盡管如此，離子注入對全背觸式太陽能電池的制造提出了獨特的挑戰(zhàn)，原因是P型擴散區(qū)和N型擴散區(qū)必須在空間上相對于彼此正確定位并且圖案與晶片的中心或邊緣對準。要實現(xiàn)這種空間定位，使用離子注入將需要獨立的注入步驟，一個步驟用于P型摻雜劑，另一個步驟用于N型摻雜劑，每個步驟都具有其獨立的注入掩模。在高效太陽能電池的制造中，這可能需要好于10 μπι的精確圖案布置才能確保擴散區(qū)不彼此重疊，并且形成較大區(qū)域的空間電荷復合，這對于高生產(chǎn)量(例如，大于2100件每小時(UPH))注入設備極具挑戰(zhàn)性。
[0022]在圖2的例子中，注入掩模112是離子注入設備的一部分并且未形成在太陽能電池基板上。例如，注入掩模112可以是可移除的掩模，其可以獨立于太陽能電池基板而插入注入設備或從注入設備中拔出。為了解決圖案布置精度問題，只有一種導電類型的摻雜劑是使用離子注入來注入的。在圖2的例子中，只有N型摻雜劑是通過離子注入來注入的；使用用作P型摻雜劑源層的覆蓋膜層來形成P型摻雜劑。在一個實施例中，通過注入掩模112將磷離子選擇性地注入P型摻雜劑源層104的特定區(qū)域中。并未將磷注入P型摻雜劑源層104的被注入掩模112覆蓋的區(qū)域中，從而將這些區(qū)域保留為P型摻雜劑源。