分成子單元的基于硅的單片半導(dǎo)體基板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種豎向地分成互相隔離的多個(gè)子單元的新型的基于娃的單片半導(dǎo) 體基板及其制備方法的各種變型。
[0002] 運(yùn)樣的基板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(dāng)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(yùn)些 電池通常由P導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)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在于使用晶體娃（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(dǎo)體，例如，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 甚至材料CdTe(蹄化儒）。遺憾的是，開路電壓方面的提高是有限的，運(yùn)是因?yàn)槭褂眠^寬能 帶隙（〉2eV)的半導(dǎo)體導(dǎo)致光子吸收量的顯著下降W及能量轉(zhuǎn)換效率的損失。
[0007] 另一可能性將是相對于當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)156mmX156mm減小電池的尺寸；運(yùn)將可W通過 增大形成該模塊的串聯(lián)連接的電池的數(shù)目來增大電壓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，出于互連目的而在形成PV模塊的運(yùn)些電池之間保 持間隙的需求，導(dǎo)致可用區(qū)域（即，允許電載流子的光生的區(qū)域）的損失。當(dāng)實(shí)施大量的較 小電池時(shí)，運(yùn)種區(qū)域的損失是重大的。最后，除非使用背接觸電池（RCC)技術(shù)，否則該解決 方案造成關(guān)于金屬化和互連的難題。 陽00引為了試圖減小運(yùn)種可用區(qū)域的損失，可W設(shè)想到制造標(biāo)準(zhǔn)尺寸156mmX156mm的 單片晶圓W及例如通過激光燒蝕來蝕刻后驗(yàn)溝槽；運(yùn)可W具有有效地產(chǎn)生多個(gè)較小電池的 效果。然而，蝕刻過程易于導(dǎo)致弱化晶圓，并因此導(dǎo)致關(guān)于機(jī)械強(qiáng)度的問題。而且，存在關(guān) 于子單元之間的隔離的問題（即使對于對應(yīng)于基板的厚度的50%的隔離，如文獻(xiàn)[1]中所 提到的）。
[0009] 為了緩解該困難，Goetzberger[l]提出了通過滲雜或通過電子轟擊W創(chuàng)建高電阻 率的結(jié)構(gòu)缺陷區(qū)而產(chǎn)生電氣分離。然而，運(yùn)些解決方案具有為少數(shù)載流子創(chuàng)建復(fù)合中屯、的 主要缺點(diǎn)。而且，文獻(xiàn)[1]沒有允許判斷如此產(chǎn)生的電氣隔離的有效性；而且，其提到了分 離可能不是完全有效的。
[0010] 最近，化zner等人[2]通過對電池的串聯(lián)連接進(jìn)行建模，設(shè)想到電池的p-n結(jié)平 面是豎向的，與結(jié)平面是水平的常規(guī)晶圓的構(gòu)型相反。該方法的優(yōu)勢是可W設(shè)想使用對單 片基板的晶圓級處理來制造電池。然而，關(guān)于運(yùn)樣的結(jié)構(gòu)的實(shí)際制造而言，很多技術(shù)問題仍 未得到解答，而且運(yùn)樣的結(jié)構(gòu)的成本面臨著非常高的風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 因此，需要提供適于制造高開路電壓的PV模塊且最小化非活性區(qū)域（即，不允許 收集光生載流子的區(qū)域）的基于娃的半導(dǎo)體設(shè)備。
[0012] 本發(fā)明的目的精確地在于提供一種細(xì)分成相互電隔離的多個(gè)子單元且允許消除 上述缺點(diǎn)的新型的基于娃的單片半導(dǎo)體設(shè)備W及獲得運(yùn)樣的設(shè)備的方法。
[0013] 更精確地，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明設(shè)及一種豎向分成相互隔離的子單元 的基于娃的單片半導(dǎo)體基板，該基板包括由P型娃或n型娃形成的、具有包括在1X10"cm3 與2XIQiScm3之間的填隙氧濃度的基部，W及在所述基板的至少一面上集成的相對于彼此 不連續(xù)的n+過滲雜阱和/或P+過滲雜阱，其特征在于，所述基板的介于兩個(gè)相繼的阱之間 且延伸直接穿過所述基板的厚度（e)的至少一個(gè)區(qū)域是電隔離區(qū)域，所述電隔離區(qū)域的基 于填隙氧的熱施主的濃度不同于所述基部的基于填隙氧的熱施主的濃度。
[0014] 有利地，與事先實(shí)現(xiàn)高溫?zé)嵬嘶鸬某Ｒ?guī)的微電子方法相反，根據(jù)本發(fā)明的方法充 分利用熱施主的激活，W精確地抵消熱施主的效應(yīng)。
[0015] 在下文中，除非另有指示外，否則當(dāng)晶圓、半導(dǎo)體基板和設(shè)備在其水平位置上被觀 察時(shí)描述它們的特征。因此，尤其，根據(jù)本發(fā)明的基板被限定為在水平定位的基板的豎向剖 平面上被豎向分成子單元。
[0016] 表述"電隔離區(qū)域"被理解為表示基板的具有高電阻率、尤其高于或等于 化Q-cm、有利地高于或等于IOkQ-cm的高電阻率的區(qū)域。理想地，運(yùn)樣的區(qū)域可W是本 征區(qū)，在該本征區(qū)中，電子型電荷載流子的濃度和空穴型電荷載流子的濃度是相似的。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了允許通過控制基于填隙氧的熱施主的局部 濃度來容易地獲得運(yùn)樣的基板的方法。
[0018] 基于填隙氧的熱施主是氧的小的團(tuán)聚體（通常由3到20個(gè)氧原子的結(jié)合而形 成），其表現(xiàn)為娃中的電子施主。在文獻(xiàn)巧]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運(yùn)些熱施主。當(dāng)運(yùn)些熱施主在P型娃中生成時(shí)，則它們可導(dǎo)致材 料補(bǔ)償及其導(dǎo)電性變化。
[0019] 表述"熱施主"或更簡單地縮寫"TD"在下文將表示基于填隙氧的熱施主。
[0020] 如下文詳述，根據(jù)本發(fā)明的基板可W由初始均勻的P型導(dǎo)電性的標(biāo)準(zhǔn)娃晶圓制 成，但也可W由用高電阻率娃、尤其是電阻率高于化Q^cm的高電阻率娃形成的晶圓制成， 或者甚至由其中材料中的空穴濃度和電子濃度相似的被稱為本征娃晶圓的晶圓制成。
[0021] 在下文中，術(shù)語"晶圓"將表示用W經(jīng)歷下文所詳述的用W形成根據(jù)本發(fā)明的最終 "基板"的多個(gè)步驟的起始材料，在該最終"基板"中，集成n+過滲雜阱和P+過滲雜阱W及 電隔離區(qū)域。
[0022] 在本發(fā)明的上下文中，最終"基板"被理解為表示，在處理初始晶圓的各個(gè)步驟且 其中集成阱和電隔離區(qū)域之后獲得的的最終材料。尤其，在本發(fā)明的上下文中，表述"P型 基板"（或n型）被理解為表示包括滲雜P型（或者n型）的主要部分（被稱為"基部"） 且在其中至少集成的電隔離區(qū)域和n+過滲雜阱和/或P+過滲雜阱的基板。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明設(shè)及一種包括諸如W上限定的基板的半導(dǎo)體設(shè) 備。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體設(shè)備有利地是光伏電池。
[00巧]問題可W是具有正面發(fā)射器的電池、雙面電池、具有背面發(fā)射器的電池、尤其具有 交叉背接觸（IBC)結(jié)構(gòu)或甚至鍛金屬穿孔卷繞（MWT)結(jié)構(gòu)的背接觸電池（RCC)、或C-Si上a-Si:H類型的異質(zhì)結(jié)電池。
[00%] 根據(jù)本發(fā)明的被分成多個(gè)尺寸受控的子單元的設(shè)備有利地允許制造具有增大的 開路電壓、同時(shí)保留大約lm2的合理標(biāo)準(zhǔn)尺寸的PV模塊。
【附圖說明】
[0027] 在閱讀下文的本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的詳細(xì)描述W及查閱附圖時(shí)，應(yīng)用根據(jù)本 發(fā)明的基板和設(shè)備W及其制造方法的其它特征、優(yōu)勢和方式將變得更清楚，其中：
[002引-圖1W豎向剖面圖示意性地示出了根據(jù)一個(gè)特定實(shí)施方式、根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo) 體基板的結(jié)構(gòu)；
[0029]-圖2W豎向剖面圖示意性地示出了根據(jù)兩個(gè)特定實(shí)施方式、根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備 的結(jié)構(gòu)（圖2a:雙面電池的情況；圖化：RCC電池的情況）；
[0030] -圖3示意性地示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的用于制備根據(jù)本發(fā)明的基板的方法的 各個(gè)步驟；
[0031] -圖4示意性地示出了根據(jù)第二實(shí)施方式的用于制備根據(jù)本發(fā)明的基板的方法的 各個(gè)步驟；
[0032]-圖5示意性地示出了根據(jù)第S實(shí)施方式的用于制備根據(jù)本發(fā)明的基板的方法的 各個(gè)步驟；
[0033]-圖6示意性地示出了根據(jù)第四實(shí)施方式的用于制備根據(jù)本發(fā)明的基板的方法的 各個(gè)步驟；
[0034]-圖7示意性地示出了在示例1中實(shí)現(xiàn)的用于制備根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的方法的各 個(gè)步驟；
[0035]-圖8示意性地示出了在示例2中實(shí)現(xiàn)的用于制備根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的方法的各 個(gè)步驟。
[0036] 應(yīng)當(dāng)注意到，為了清楚，圖中的各個(gè)元件未按照比例顯示，且沒有遵守各個(gè)部分的 實(shí)際尺寸。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 在下文中，除非另有指示，否則表述"包括在...和...之間"、"范圍從...至IJ..." W及"從...到...變化"是等同的，且被理解為表示包括端值。
[0038] 除非另有指示，否則表述"包含/包括一個(gè)"必須被理解為表示"包含/包括至少 一個(gè)"。 陽的9] 分成子單元的基于巧的單片半導(dǎo)體基板
[0040] 在下面的描述中，參考附圖1。
[0041] 根據(jù)本發(fā)明的基于娃的單片半導(dǎo)體基板10包括由P型娃或n型娃制成的基部1， 或者換言之，包括P型或n型滲雜的主體部分。 陽0創(chuàng) P滲雜基板的基部可W尤其具有包括在1XIQi4Cm呀日5X10I6Cm3之間、尤其從 1X1〇14細(xì)3至。1X10 16細(xì)3的空穴型的多數(shù)電荷載流子的濃度。
[0043]空穴型電荷載流子的濃度例如可W通過霍爾效應(yīng)測量方法得出。 W44]n滲雜基板的基部可W尤其具有包括在IXl〇i4cm呀日2X10I6Cm3之間、尤其從 1XIQi4Cm3到1X10"cm3的電子型的多數(shù)電荷載流子的濃度。 W45] 電子型電荷載流子的含量例如可W通過霍爾效應(yīng)測量（其允許確定滲雜類型）而 確定。
[0046] 根據(jù)本發(fā)明的基板10可W具有范圍從100Jim到500Jim、尤其從150Jim到300Jim 的厚度e。
[0047] 該基板10可W具有范圍從IOcm到30cm、尤其從12. 5cm到15.6cm的總長度Lp。 W4引如上所述，根據(jù)本發(fā)明的基板的基部1具有包括在IX10"cm3和2X10iScm3之間、 尤其在5X10"cm郝1. 5X10I8Cm3之間的填隙氧的濃度。
[0049] 該濃度將不W聚結(jié)形式（熱施主）存在的填隙氧的含量考慮在內(nèi)。
[0050] 填隙氧的濃度例如可W通過傅里葉變換紅外光譜學(xué)（FTIR)分析而獲得。
[0051] 根據(jù)其另一特征，根據(jù)本發(fā)明的基板10在其至少一面上具有相對于彼此不連續(xù) 的n+過滲雜阱和/或P+過滲雜阱。
[0052] 表述"不連續(xù)"被理解為表示，在給定的面上集成到基板中的多個(gè)阱彼此不相鄰。 運(yùn)些阱被電隔離區(qū)域分隔開，如圖1的豎向剖面圖中所示的。換言之，在給定的面上集成的 阱不形成連續(xù)滲雜層。
[005