CN101305454B - 形成光致电压接点和连线的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造太阳能电池与形成金属接点的方法及设备。形成太阳能电池接点与连线的方法包括沉积第一金属材料与第二金属材料的堆栈薄膜，以作为用于沉积金属块体材料的初始层或晶种层，并配合硅片处理制程、微影制程、蚀刻制程、清洗制程及退火制程。在一实施例中，用来形成硅片上具有较低接触阻抗的金属硅化物的堆栈薄膜是通过溅镀法或物理气相沉积法沉积。在另一实施例中，用来形成金属线与连线的金属块体材料的沉积方法为溅镀法或物理气相沉积法。在又一实施例中，电镀法或无电电镀法可用来沉积金属块体材料。

Description

形成光致电压接点和连线的方法
技术领域
本发明的实施例大体上是关于光致电压(photovoltaic)/太阳能电池及太阳能面板的制造。
背景技术
光致电压(PV)系统可产生能量，其应用范围很广，例如外层空间系统、远航辅助充电装置、电信设备、与消费性电子产品(如计算器、手表、无线电等)。PV系统其中之一包括一独立系统，其通常为直接驱动使用或搭配近端储存器。另一种PV系统为连接具能量转换设备的传统公用网格，以产生兼容于任一传统公用网格的交流(AC)电能。
PV或太阳能电池为材料接面组件，其将太阳光转换成直流(DC)电能。当组件暴露于太阳光(由光子的能量组成)时，太阳能电池的p/n接面的电场会分离自由的电子空穴对，因而产生光致电压。当太阳能电池连接至电子负载时，从n侧至p侧的电路可使电子流动，而PV电池接面组件的面积与其它参数则决定了有效电流大小。电能等于电压乘以电子、空穴再结合所产生的电流。
目前太阳能电池和PV面板的制造是先使用小硅片或晶圆做为材料单元并加工成个别的PV电池后，再组装成PV模块和太阳能面板。硅片一般为切割成使用规格大小(如100毫米(mm)×100mm或156mm×156mm)的p型硼掺杂硅片，其厚度小于约0.3毫米。切割硅片会破坏裁切好的硅片表面，故会进行蚀刻制程(例如使用碱性或酸性蚀刻液)来移掉硅片表面约10-20微米，以提供新的硅片表面。
然后，使n型杂质扩散至裁切好的p型硅片，藉以形成接面；若太阳能电池采用磷做为n型杂质，则进行磷的扩散制程。扩散磷的制程例子包括涂布硅化磷玻璃化合物至硅片表面，及在炉管内进行扩散/退火制程。扩散磷的另一制程例子包括充入氮气至液态氧氯化磷(POCl3)供应源，其中氧氯化磷注入至密闭石英炉管中，且石英炉管装有容纳硅片的批次式石英载舟。一般需要高温才能形成深度约0.1微米至约0.5微米的p/n接面。形成p/n接面后，PV电池的表面还可涂上适当的介电层。介电层可避免表面电荷再次结合，而某些介电材料(如二氧化硅、二氧化钛或氮化硅)可当作抗反射层，用以减少光子的反射损失。
PV电池的前端或向阳侧接着为覆盖上最小面积的金属接触网栅，用以传递电流及减少含硅层的阻抗造成的电流损失。接触网栅无可避免地将阻挡部分太阳光或光子，但仍可将阻挡影响减到最低。PV电池的底部一般为覆盖上背金属(back metal)，以提供良好的传导性及高反射性。具金属导线图案的金属网栅可用来收集电流。一般而言，厚膜网印技术可用于PV电池产业，以将金属材料的导电胶(例如银)积层(layer)成预定的图案，并沉积金属材料层至硅片或基材表面，而形成金属接触指(contact finger)或接线于太阳能电池的前端及/或背面。其它薄膜技术也可用来形成接点和处理电极。构成接点的沉积金属层通常经烘干并接着加热或高温烧结成直接接触下层硅材料的良好导体，如此即完成单一个PV电池。一般而言，网印胶(screen printing paste)含有银与铝，以形成接触导电性佳的背面接点及便于进行焊接。
为形成适当大小的太阳能面板来输送所需的输出功率及达到预定的操作电压与电流，许多单独的PV电池乃配置排列在一起。例如，数个PV电池可串联或并联连接成一PV模块。数个PV模块还可组装成预架线(pre-wired)的面板或数组。内连接各PV电池成串行或模块的方法包括焊接和连接金属片与辅助片。一般而言，金属片是焊接至PV电池表面的汇流棒，以连接各PV电池上的金属接点或接触指，进而结合各PV电池并允许热膨胀发生。目前各种接线/内连线设计皆可用于图案化接点和收集电流，例如同时使用前端与背面连线的设计、在前端收集电流且将所有接点置于背面的设计、及其它连线设计。
PV模块或面板接着为结合或密封至保护层或封装阻障层(例如乙烯醋酸乙酯(EVA)薄片)，并以前玻璃板与背板覆盖，其等为保护PV电池及再强化结构的玻璃覆盖板。在组装模块的过程中，主动PV组件的保护程度将直接影响最终PV系统的性能与使用寿命。不论尺寸大小为何，单一PV电池通常可产生约0.5-0.6伏直流电流(volt DC current)。常见的配置结构为使用约36个连接的PV电池且最大电压约为15伏特，其适用于12伏特的充电装置。
最佳的太阳能电池通常是指以最低成本产生最大功率的太阳能电池接面组件。虽然银胶网印技术已用于形成太阳能电池的硅片上的接点与连线，但由较粗糙的金属化技术所形成的银或铝厚膜仍无法满足高品质的金属线的所有需求，例如对硅的低接触阻抗、低块体阻抗、细线宽与高深宽比、良好的黏着性、兼容于封装材料等。例如当使用较大的片板时，厚膜制程可能因金属线的阻抗增加而降低太阳能电池的效率。此外，银属于较贵的材料，且使用时会浪费很多接点材料。再者，网印技术无法用于某些低阻抗的金属材料，例如铜。
因此，需要一种技术较精密且成本较低的制程来制造太阳能电池的接点与连线。
发明内容
根据本发明的一态样，提出形成太阳能电池接点与连线的方法及设备。形成太阳能电池接点与连线的方法包括沉积第一与第二金属材料的堆栈薄膜，做为用于沉积金属块体材料的初始层或晶种层，并配合硅片处理制程、微影制程、蚀刻制程、清洗制程、及退火制程。
在一实施例中，用来形成硅片上较低接触阻抗的金属硅化物的堆栈薄膜是通过溅镀法或物理气相沉积法沉积。在另一实施例中，用来形成金属线与连线的金属块体材料的沉积方法为溅镀法或物理气相沉积法。在又一实施例中，电镀法或无电电镀法可用来沉积金属块体材料。
根据本发明的另一态样，形成金属接点与连线于片板上的方法包括沉积抗反射涂层于片板表面、形成用于金属化接点的光阻材料图案于片板表面、固化光阻材料、经由光阻材料图案蚀刻抗反射涂层、以及清洗片板表面。此方法更包括在物理气相沉积室中沉积具第一金属材料与第二金属材料的堆栈薄膜于片板表面、剥除片板表面的光阻材料、退火处理片板，以在堆栈薄膜与片板间形成良好接点、以及沉积金属块体材料于片板表面。抗反射涂层可包括氮化硅，所用的反应室例如为等离子加强化学气相沉积(PECVD)室和物理气相沉积(PVD)室。光阻材料图案的形成方法可为喷墨印刷法。另外，第一金属材料可包括镍、钛、钼、及其合金等。
根据本发明的又一态样，形成金属接点与连线于片板上的方法包括沉积抗反射涂层于片板表面、形成用于金属化接点的光阻材料图案于片板表面、使用光阻材料、经由光阻材料图案蚀刻抗反射涂层、清洗片板表面、以及在物理气相沉积室中沉积具第一金属材料与第二金属材料的堆栈薄膜于片板表面上。此方法更包括在电镀系统或无电电镀系统中沉积金属块体材料于片板表面上。
根据本发明的再一态样，各种物理气相沉积室、电镀系统、及/或无电电镀系统可用来制造片板上的太阳能电池。
附图说明
为让本发明的上述特征更明显易懂，可配合参考实施例说明，其部分乃绘示如附图式。须注意的是，虽然所附图式揭露本发明特定实施例，但其并非用以限定本发明的精神与范围，任何熟习此技艺者，当可作各种的更动与润饰而得等效实施例。
图1A为根据本发明一实施例的方法流程图。
图1B为根据本发明另一实施例的方法流程图。
图1C为根据本发明又一实施例的方法流程图。
图2A-2E绘示根据本发明一实施例所形成的片板的截面图，其具有接点与连线。
图3A-3F绘示根据本发明另一实施例所形成的片板的截面图，其具有接点与连线。
图4A-4B绘示根据本发明又一实施例所形成的片板的截面图，其具有接点与连线。
图5为根据本发明一实施例的制程室的截面图。
图6为根据本发明另一实施例的制程室的截面图。
主要组件符号说明
100、120、140  方法
102、104、106、108、110、112、114、116、118、122、124、126、128、130、132、134、142、144、146  步骤
200、300、400  片板    202  抗反射涂层
204、214  光阻材料     206、208  金属材料
210  金属硅化物层      212  金属块体材料
430  机械装置          500  制程室
502  室体              504  支撑件
506  上盖组件          508  接地框架
510  接地护罩          511  防护配件
512  片板              552  侧壁
554  底部              556  存取端口
558  掩蔽架            560  制程体积
562  护罩              563  周边部
564  标靶              565  中央部
566  磁电管配件        582  气体源
584  电源              586  风箱
587  轴杆              588  升降装置
590  控制器            592  内存
594  中央处理单元      596  支持电路
600  系统平台          610  装载台
612  SRD站             614  主要平台
616  传输站            618  制程站
620  电解质补充系统    622  控制系统
623  控制面板          624  接收区
628  机械装置          630  定位装置
640  制程室
具体实施方式
本发明提出新的方法来制造太阳能电池及形成金属化接点与连线至太阳能电池的片板上。在一实施例中，溅镀法为用来沉积金属薄膜至太阳能电池的片板上，以形成金属接点。在另一实施例中，电镀法或无电电镀法可用以选择性形成高深宽比的金属接点。在又一实施例中，金属化接点与连线利用本发明的方法与设备而形成在片板的前端及/或背面。
图1A为根据本发明一实施例的方法100的流程图。步骤102为提供基材或硅片，用以依据预定的接线设计来形成接点与连线于其上。本发明的基材或片板可为任一适用于制作PV电池及太阳能模块的原料，例如单晶硅、多晶硅、非晶形硅、带状硅片、碲化镉、砷化镓、高分子、塑料、有机材料等。片板可为任一形状，例如单晶硅晶圆的形状、类方形(quasi-square)等。片板不局限于特定形式，其可为任一包含硅、高分子、复合物、金属、塑料、晶圆或玻璃材料的片板或基材。硅片上可选择性包括一或多层结构或特征结构，例如p/n接面、钝性膜层(passivation layer)、介电层、电极、通孔(via)、开口、插栓(plug)等。例如，各片板可包含单p/n接面、双p/n接面、三p/n接面、穿遂接面、p/i/n接面、或其它由适合太阳能电池制造的半导体材料所形成的p/n接面。须注意的是，在此所称的「硅片」、「基材」、或「片板」乃泛指可用来形成太阳能电池或其它类似半导体组件于其上的基材、晶圆、含硅片板、玻璃基材、或带状片板。
根据一实施例，使用适合制作太阳能电池的片板。片板尺寸为约50mm×50mm以上。适合制作太阳能电池的片板尺寸一般为约100mm×100mm以上，例如约156mm×156mm以上；然更大或更小尺寸的片板亦可使用，例如约400mm×500mm。太阳能电池的片板厚度例如为数百微米，如介于约100微米至350微米之间。
步骤104为选择性图案化和形成特征结构(例如通孔及/或开口)至基材或片板表面。在一实施例中，本发明的片板在金属化接点前可先形成用于前端及/或背面接点与连线的通孔。例如，形成用于背面接点的钻孔通孔的方法可采用激光钻孔或适当的蚀刻技术。激光钻孔不需使用掩膜即可依据图案来形成通孔，而蚀刻法通常需使用掩膜。化学机械喷射蚀刻法的例子描述于美国专利证书号6,699,356、名称「化学机械喷射蚀刻半导体结构的方法及设备(Method and Apparatus for Chemical Mechanical JetEtching of Semiconductor Structures)」、核发给Bachrach等人且受让予应用材料公司(Applied Materials，Inc.)的申请案，其一并附上供作参考。
步骤106为沉积抗反射涂层及/或钝性膜层至片板或基材表面。例如，氮化硅层或氧化硅层可当作抗反射涂层及/或钝性膜层，且可在化学气相沉积室中沉积而得，例如使用含硅前驱物与含氮前驱物的等离子加强化学气相沉积室。化学气相沉积室可为结合本发明的方法与设备的独立反应室、或为具多个反应室的基材处理系统的一部分。
在一实施例中，氮化硅层的厚度为约20纳米至500纳米，较佳例如为约50纳米至250纳米，更佳例如为约70纳米至200纳米，其可藉由硅烷气体、氨气、氢气及/或氮气组成的混合气体而沉积在片板前端与背面、及通孔侧壁，并可做为阻障层、封装层、及/或抗反射涂层。其它适合抗反射涂层及/或钝性膜层的材料包括各种适用于PV电池与太阳能量的介电材料，例如氧化钛、非晶形碳等。抗反射涂层的吸收系数宜尽量小，但也可为其它值。可沉积多层抗反射涂层来调整所需的系数，例如沉积第二介电抗反射涂层于前端上。
或者在步骤108中，片板表面上的通孔为填入金属材料。填充通孔和特征结构的方法可为任一适合的技术，如喷墨印刷法等。
接着，步骤110为依据预定的接点图案来形成用于金属化接点的光阻材料图案于片板表面。在一实施例中，适合的光阻材料为图案化至片板表面，其厚度较佳为约100纳米至约600纳米，更佳例如为约400纳米。适当的微影图案化技术(如喷墨印刷法)可用来形成光阻材料图案。另外，可于图案化光阻材料前先沉积具选择性的介电层或氧化硅层，以做为蚀刻掩膜。
步骤112为利用适当的微影技术(如使用紫外光或电子束曝光)来固化光阻材料，步骤114则为蚀刻抗反射涂层。何谓适合的干蚀刻或湿蚀刻技术可视抗反射涂层/钝性膜层的材料而定。例如，依据光阻材料图案来蚀刻氮化硅的方法可包括在高温下(如约175℃)使用磷酸湿蚀刻剂。
其次，步骤116为清洗片板表面，例如使用适当的蚀刻后清洗剂及/或用水洗涤。例如，片板表面可用稀释的氢氟酸(HF)溶液进行湿式清洗。此亦可采用其它清洗技术，例如干式清洗法。
根据本发明的实施例，步骤118为沉积堆栈膜层至已清洗的片板表面上。在一实施例中，堆栈膜层可包括第一金属材料，其与片板反应而形成金属硅化物，用以降低后续制作于片板上的组件的接触阻抗。第一金属材料的例子包括钛、钼、其合金、和其复合物等，但不以此为限。在另一实施例中，堆栈膜层可包括第二金属材料，用以提供低阻抗给后续制作于片板上的组件。第二金属材料的例子包括铜、银、其合金、和其复合物等，但不以此为限。采用铝或铜接点与连线具有成本及性能优势，并且很容易整合到在此所述的制程。
相较于厚膜网印法，本发明的金属化接点为利用薄膜技术。根据本发明的一实施例，溅镀法或物理气相沉积法为用来形成充分接触含硅基材或片板的堆栈膜层。物理气相沉积法和沉积设备的例子描述于美国专利申请号11/213,662、名称「使用指定PVD室的整合式PVD系统(Integrated PVDSystem Using Designated PVD Chambers)」、Hosokawa等人于公元2005年8月26日申请且受让予应用材料公司的申请案；另一例子描述于美国专利申请号11/185,535、名称「PVD-CVD混成系统(Hybrid PVD-CVDSystems)」、Takehara等人于公元2005年7月19日申请且受让予应用材料公司的申请案；其均一并附上供作参考。
第一与第二金属材料可具不同的厚度。在一实施例中，第一金属材料的厚度小于第二金属材料的厚度。例如，第一金属材料的沉积厚度为约5纳米至100纳米，较佳例如为约40纳米至80纳米，更佳例如为约30纳米。此外，第二金属材料的沉积厚度为约50纳米至300纳米，较佳例如为约100纳米至250纳米，更佳例如为约170纳米。在另一实施例中，含第一与第二金属材料的堆栈膜层可沉积作为金属块体材料的初始层或晶种层，以作为额外金属化接点及形成连线。
利用本发明的方法100形成太阳能电池的金属化接点后，可接续利用方法120或方法140来形成连线图案，以完成整个太阳能电池的制作。图1B为根据本发明实施例的方法120的流程图，其在以方法100处理完片板后来另行处理片板。
步骤122为使用以方法100处理的片板、及剥除片板上的光阻材料，其中片板具有堆栈薄膜于其上。在剥除光阻后，可选择性清洗片板表面，例如用水洗涤。剥除方法可选用适当的溶剂，例如丙酮等。剥除后的片板表面可包括形成在抗反射涂层/钝性膜层上的堆栈膜层图案。
步骤124为高温退火处理片板(例如约200℃以上)，使金属硅化物形成在堆栈膜层的底部，以构成良好的接点并降低接触阻抗。金属硅化物的例子包括硅化钛、硅化钼等。
接着，步骤126为沉积金属块体材料至片板表面，以达到金属接点的高度。在一实施例中，金属块体材料的材料同于第二金属材料。在另一实施例中，金属块体材料是在物理气相沉积室中溅镀而得。其它镀膜技术也可采用。金属块体材料的材料可包括铜、铝、银、其合金、和其复合物等。银是常见的太阳能电池连线材料，然铝或铜连线具有成本与效能的优势。做为连线的金属块体材料厚度可视连线设计的需求而定，其可为约500纳米以上、约5000纳米以上、或介于约5000纳米至10000纳米之间。
步骤128为接续形成连线，其中第二光阻材料图案为依据预定的连线设计而形成至片板表面。在一实施例中，适合的光阻材料为利用喷墨印刷法或其它适当的技术而图案化至片板表面，其厚度较佳为约100纳米至约600纳米，更佳例如为约400纳米。可于图案化光阻材料前先沉积额外的介电层或氧化硅层来当作蚀刻掩膜。
步骤130为固化形成连线图案的光阻材料。例如，光阻材料的固化方法可采用紫外光或电子束曝光、或其它适合的微影技术。
步骤132为利用适当的金属蚀刻剂、及干蚀刻法或湿蚀刻法来蚀刻金属块体材料。藉此，金属块体材料的图案会变成片板表面上预定的接线、接触指及/或连线图案。
接着，在蚀刻完金属后为使用适当的蚀刻后清洗剂及/或洗涤水来清洗片板表面。例如，片板表面可用稀释的氢氟酸(HF)溶液进行湿式清洗。此亦可采用其它清洗技术，例如干式清洗法。
步骤134为选择性退火处理片板。例如，以铜做为金属块体材料时，预沉积(as-deposited)铜的晶粒相当大，因此需要150℃以上的温度(如约200℃)来退火处理，以减小铜晶粒的尺寸，进而降低金属连线的阻抗。
图1C为根据本发明实施例的方法140的流程图，其在以方法100处理完片板后再另行处理片板。在步骤142中，以方法100处理过的片板具有沉积其上的第一与第二金属材料，且可当作晶种层与金属块体材料，其材料可同于或不同于上述方法100中堆栈膜层的第二金属材料，并可沉积至片板表面上，以达到金属接点的高度。金属块体材料的材料例子可包括铜、铝、银等，其沉积厚度例如为约100纳米以上或约1000纳米以上。
在一实施例中，金属块体材料为利用片板电镀处理系统沉积而得。其它镀膜技术亦可采用。电镀制程与片板电镀系统的例子描述于美国专利证书号6,258,220、名称「电化学沉积系统(Electro-Chemical DepositionSystem)」、核发给Dordi等人且受让予应用材料公司的申请案；另一例子则描述于美国专利申请号10/266,477、名称「具固定晶圆沉浸角度的倾斜电化学电镀室(Tilted Electrochemical Plating Cell with Constant WaferImmersion Angle)」、由Lubomirsky等人于公元2002年10月7日提出申请且受让予应用材料公司的申请案；其均一并附上供作参考。
在另一实施例中，金属块体材料为利用无电电镀系统沉积而得。无电电镀制程与片板电镀系统的例子描述于美国专利申请号10/036,321、名称「无电电镀系统(Electroless Plating System)」、由Stenens等人于公元2001年12月26日提出申请且受让予应用材料公司的申请案；另一例子则描述于美国专利证书号6,258,223、名称「改善电镀系统中的原位无电电镀铜晶种层(In-Situ Electroless Copper Seed Layer Enhancement inan Electroplating System)」、核发给Cheung等人且受让予应用材料公司的申请案；其均一并附上供作参考。
步骤144为选择性退火处理片板，以于金属材料与片板的接面间形成良好的接点、及固化片板表面上的沉积材料。例如，当铜为电镀至片板表面时，通常需要以约150℃以上的温度(如约200℃)进一步退火处理预镀(as-plated)的材料，以在制造太阳能电池的过程中减小铜晶粒的尺寸与降低金属连线的阻抗。
在步骤146中，已图案化且经方法100固化的光阻材料可从片板表面移除。此外，在剥除光阻后，可选择性清洗(例如用水洗涤)及干燥片板表面。剥除方法可选用适当的溶剂，例如丙酮等。剥除后的片板表面可包括形成在抗反射涂层/钝性膜层上的堆栈膜层图案和金属块体材料图案。剥除光阻材料后可露出金属块体材料图案，藉此预定的接线、接指及/或连线图案可形成在片板表面。
根据本发明的一或多个实施例，金属化接点与连线图案是以二阶段金属化过程所形成，第一阶段为形成低接触阻抗的金属堆栈膜层，而第二阶段为形成低连接阻抗的金属块体连线图案。金属堆栈膜层的形成方法较佳为采用薄膜沉积技术，例如溅镀法或物理气相沉积法。沉积金属块体材料以形成连线图案的方法可采用各种沉积技术，例如溅镀法、物理气相沉积法、电镀法、无电电镀法等。本发明的另一实施例更包括以不同于图1A-1C的步骤顺序来执行方法100、120、140。例如，方法140可具不同的步骤顺序，其可先剥除片板表面上的光阻材料而形成第一与第二金属材料图案后，再以含第一与第二金属材料的堆栈膜层做为晶种层，进而电镀金属块体材料至片板表面(如步骤142)。
在一实施例中，可重复进行方法100、120、140的步骤，使片板的其中一面或二面皆经本发明的方法处理并形成接点和连线于片板上。相较于传统的扩散磷制程，方法100中的沉积步骤与退火步骤可有效形成接面，且可省略气体扩散步骤、困难的气体源与液体源供应步骤、或其它复杂的清洗步骤。
再者，利用本发明的方法100形成太阳能电池的金属化接点与连线后，可接续利用方法120或方法140来完成整个太阳能电池的制作。此外，在以方法100、120、140处理基材或硅片前及/或后，可另沉积膜层于其上。例如，一或多层钝性膜层或抗反射涂层可沉积到片板的前端及/或背面。另外，可利用任一适合的图案化技术来图案化多个特征结构至片板上，图案化技术包括干蚀刻、湿蚀刻、激光钻孔、化学机械喷射蚀刻、和其组合技术，但并不以此为限。适当的特征结构包括通孔、接点、接触窗、沟槽等。抗反射涂层可包括各种适用于PV电池与太阳能量的介电材料，例如氮化硅、氧化钛、非晶形碳材料等。抗反射涂层的吸收系数宜尽量小，但也可为其它值。在一实施例中，约70纳米至约80纳米厚的氮化硅层为沉积至片板前端与背面、及通孔侧壁，并可做为阻障层、封装层、及/或抗反射涂层。或者，可沉积多层抗反射涂层来调整所需的系数，例如沉积第二介电抗反射涂层于前端上。
利用本发明的方法与设备可形成接点(如电极、接触窗、连线通孔等)于片板的前端及/或背面。再者，根据本发明的一或多个实施例，集电线(current collection wiring)可形成在片板的前端或背面。其它制作不同类型太阳能电池所需的金属化技术及镀膜技术可视其应用(如实验用途或工业用途)而选择。许多类型的PV电池可制成太阳能面板，包括射极钝化背后局部扩散(Passivated Emitter Rear Locally diffused；PERL)电池、硅薄膜电池、极钝化背后完全扩散(Passivated Emitter Rear Totally diffused；PERT)电池、区熔再结晶(Zone-Melting Recrystallization；ZMR)电池、具背反射器的表面纹理与增强吸收(Surface Texture and enhancedAbsorption with a back Reflector；STAR)电池等。例如在一些实施例中，除了处理片板前端外，其亦可利用本发明的方法选择性金属化处理片板背面，而先沉积高反射性材料，再将片板制成太阳能模块或面板。
其次，经本发明的上述步骤处理的一或多个片板可排列到用于制作太阳能模块/面板的连线平面，例如将多个片板铺设至连线平面。连线平面可为任一适用于制作PV模块的绝缘线背面，例如具适当绝缘与阻障性质的塑料膜上的金属箔或金属厚膜。此外，连线背面可包括适当的导体图案，用以导通PV电池间的电流及减少阻抗损失。背面的导体图案相配于本发明的片板与个别PV电池的连线设计。形成或图案化连线背面上的金属导体层可构成所需的连线。连线图案反映出各太阳能电池所需的连线配置。连线导体图案可为任一适当的串并联结构(内连线)，其视最终太阳能面板的用途而定，藉以达到特定的操作电压与电流。结合一或多个片板与连线平面的方法可为任一适合的技术，包括铅焊接或无铅焊接、环氧化物黏着、热退火、超音波退火等，但不以此为限。接着，太阳能面板组件结合至额外的保护层。保护层的一例为DuPontTM
Figure G200680041466XD00131
的聚氯乙烯(PVF)。在照亮(lightening)整体结构时，保护层可结合至连线背面的背侧，以保护其上导体图案及电气输出引线遭环境腐蚀或破坏。
一般而言，利用本发明的方法100、120、140来形成金属接点与连线的片板处理步骤可不相同，如此在制造太阳能电池时可降低接触阻抗与连接阻抗，并减少制造成本。制作硅片的实施例的截面图将进一步绘示于图2A-2E、图3A-3F及图4A-4B。
图2A-2E绘示利用本发明实施例的方法100所形成的片板200的截面图，其是用来形成金属接点于片板表面。片板200可包括各种型式的太阳能电池p/n接面和特征结构(例如通孔及/或开口)于基材或片板的表面。在一实施例中，片板200可包括通孔，其在金属化接点前做为前端及/或背面接点与连线之用。或者，片板200表面的通孔可利用适当的成膜技术来填入金属材料；例如，片板200表面的通孔和特征结构可采用喷墨印刷法等来进行填充。以制造太阳能电池为例，片板200表面的前端及/或背面可进行结构处理(textured)，以助于捕捉光(light-trapping)或限制光(light-confinement)、及减少反射损失。
如图2A所示，抗反射涂层202及/或钝性膜层为沉积于片板200的表面。例如，抗反射涂层202可为氮化硅薄膜或氧化硅薄膜，其在化学气相沉积室(例如等离子加强化学气相沉积室)中沉积而得，且厚度例如为约20纳米至500纳米，较佳例如为约50纳米至250纳米，更佳例如为约70纳米至200纳米。举例来说，氮化硅层的沉积方法包括使用含硅前驱物及/或含氮前驱物(例如硅烷气体、氨气、氢气及/或氮气组成的混合气体)、和平行板无线电频率(RF)的等离子加强化学气相沉积(PECVD)系统(此可从美国加州圣克拉拉市的应用材料公司的AKT部门取得)，如此可得具良好阶梯覆盖性(step coverage)的抗反射涂层202。其它适合抗反射涂层202的材料包括各种介电材料，例如氧化钛、非晶形碳等。或者，抗反射涂层202的表面可进行结构处理，并可沉积多层抗反射涂层来调整所需的系数，例如沉积第二介电抗反射涂层于前端上。
在图2B中，藉由选用适当的光罩及微影图案化技术可形成光阻材料204的图案至抗反射涂层202的表面。形成光阻材料204图案的一例为喷墨印刷法。在图案化光阻材料204前，可选择性沉积介电层或氧化硅层，以做为蚀刻掩膜。
在图2C中，先使用紫外光或电子束来曝光光阻材料204，再蚀刻抗反射涂层202(图2D)。例如，氮化硅可依据光阻材料图案并在高温下(如约175℃)使用磷酸湿蚀刻剂来加以蚀刻。氧化硅可依据光阻材料图案并使用含HF的缓冲氧化物蚀刻液(BOE)来加以蚀刻。此也可采用其它干蚀刻技术，如等离子蚀刻、溅镀蚀刻、或反应性离子蚀刻等。然后，清洗及/或干燥具光阻材料204图案的片板200表面。
如图2E所示，含第一金属材料206与第二金属材料208的堆栈膜层可沉积至片板200表面，以制成片板200的金属接点。第一金属材料206可为钛、钼等，其沉积厚度为约20纳米至50纳米，例如约34纳米。第一金属材料经高温退火后可与片板200反应而形成金属硅化物，如此可降低后续制作于片板200上的组件的接触阻抗。第二金属材料208可为铜、铝、银等，其可提供低阻抗给随后形成的连线和制作于片板200表面的组件，并可当作后续用来形成半导体组件的金属接线、金属接指与金属连线的晶种层。第二金属材料的沉积厚度可为约50纳米至250纳米，例如约170纳米。在第2E图中，第一金属材料206与第二金属材料208亦沉积在光阻材料204的表面，且于光阻剥除后移除之。
在一实施例中，第一金属材料206与第二金属材料208的沉积方式可采用各种尺寸的片板、及物理气相沉积室，其例如可从美国加州圣克拉拉市的应用材料公司的AKT部门取得。然须注意的是，本发明也可采用其它的系统结构，例如不同型式的物理气相沉积系统、化学气相沉积系统、和其它镀膜系统。
图3A-3F绘示利用本发明实施例的方法120所形成的片板300的截面图，其是用来形成金属接点与连线于片板表面。如第3A图所示，片板300可包括抗反射涂层202图案、第一金属材料206和第二金属材料208于片板表面，其可为片板200、或具各种型式的太阳能电池接面或其它p/n接面的硅片。在进一步处理片板前需先清洗片板300，使的充分接触其上的接面。例如，片板300表面的光阻材料、杂质或污染物需使用适合的溶剂、水或清洗剂来移除。
在图3A中，进行高温退火后(如200℃以上)，含第一金属材料206与第二金属材料208的堆栈膜层图案可形成在片板300表面，进而形成金属接点于第一金属材料的边界与具p/n接面的片板300间。
在图3B中，经退火处理后，金属硅化物层210(例如硅化钛、硅化钼等)为形成在堆栈膜层的底部，使片板300的接面具良好接点，并使后续制作于片板300上的太阳能电池组件具低接触阻抗。
在图3C中，本发明的态样为利用物理气相沉积法来沉积金属块体材料212至片板300表面，例如在物理气相沉积室中溅镀含金属块体材料212的材料的靶材。在一实施例中，金属块体材料212的材料同于第二金属材料208，其可包括铜、铝、银等。在另一实施例中，做为接点与连线的金属块体材料212厚度可为约500纳米以上、约5000纳米以上、或介于约5000纳米至10000纳米之间。
其它处理制程可进一步用来形成特征结构于金属块体材料212上。例如参照图3D，依据预定连线图案所得的光阻材料214图案可形成在片板300表面，形成方法例如为喷墨印刷法或其它适当的技术。其它介电层或氧化硅层可沉积在光阻材料214与金属块体材料212之间，以做为蚀刻掩膜。接着，固化及显影变成连线图案的光阻材料214，其方法例如为使用紫外光或电子束曝光、或采用其它适当的微影技术。
在图3E中，依据光阻材料214图案和使用适合的金属蚀刻剂来蚀刻金属块体材料212。如图3F所示，预定的连线图案与特征结构(如接线或接指)可形成在片板300表面。光阻材料214可同于或不同于光阻材料204。
片板300表面另需清洗以移除表面杂质、蚀刻残留物及/或污染物。或者，片板300需退火处理。例如，以铜做为金属块体材料212时，需退火处理使其变成良好的导体材料，并降低金属连线的整体阻抗。
图4A-4B绘示利用本发明实施例的方法140所形成的片板400的截面图，其是用来形成金属接点与连线于片板表面。如图4A所示，片板400表面可包括抗反射涂层202图案，其并覆盖上含第一金属材料206与第二金属材料208的堆栈膜层。片板400可为片板200、或具各种型式的太阳能电池接面或其它p/n接面及其它制造太阳能电池组件用的材料层的硅片。在进一步处理片板前，可选择性清洗片板400。
根据本发明的态样，金属材料(如金属块体材料212)利用片板电镀处理系统沉积至片板400表面。如图4A所示，片板400可包括含第一金属材料206与第二金属材料208的堆栈膜层，以做为形成金属块体材料212的晶种层，藉以达到金属接点与连线的高度。在另一实施例中，金属块体材料212是利用无电电镀系统沉积而得。因此，金属块体材料212的材料可同于第二金属材料208，其包括铜、铝、银等，且沉积厚度可为约100纳米以上，例如约1000纳米以上。
如图4B所示，剥除光阻材料204后将形成金属块体材料212的图案，藉此预定的接线、接指及/或连线图案可形成在片板400表面。额外的退火步骤或表面清洗步骤还可另行处理片板400。或者，在电镀或无电电镀沉积金属块体材料212至片板表面前，可先剥除片板400表面的光阻材料204。
适合本发明的真空沉积室可包括各种物理气相沉积室，用以沉积一或多种金属材料而形成接点与连线于片板表面。或者，其它镀膜系统也可用来沉积本发明的金属块体材料，例如电镀系统和无电电镀系统。此外，高温退火处理片板的步骤(温度约200℃以上，例如1000℃)可在炉管中进行，其例如可从东京威力电子有限公司(Tokyo Electronic Limited)取得、或在快速热退火室中进行，其例如可从应用材料公司取得。本发明将参考图5的物理气相沉积系统和图6的电镀系统说明于下，二者均可从美国加州圣克拉拉市的应用材料公司取得，用以处理各种类型与尺寸的片板或基材。
图5为物理气相沉积制程室500的一实施例的截面图，其可从美国加州圣克拉拉市的应用材料公司的AKT部门取得。根据本发明的实施例，片板处理系统可用来处理片板200、300、400，其包括一或多个制程室、一或多个物理气相沉积制程室、片板输入/输出室、主要传输机械装置，用以在片板输入/输出室之间传送片板、及中央处理控制器，用以自动控制片板的处理。物理气相沉积制程室500包括室体502及上盖组件506，并定义出制程体积560。室体502一般是由单一铝块或焊接的不锈钢板所制成。室体502与相关组件不局限于特定尺寸，且通常等比例大于待物理气相沉积制程室500处理的片板512尺寸。
室体502一般包括侧壁552和底部554。侧壁552及/或底部554一般包括数个开口，例如存取端口556和抽吸端口(未绘示)。其它如遮光盘端口(未绘示)的开口亦可选择性形成于室体502的侧壁552及/或底部554。存取端口556可藉由狭长阀或其它机制加以密封，并使片板512(例如太阳能电池片板、玻璃基材或半导体晶圆)进出物理气相沉积制程室500。抽吸端口可耦接抽吸系统(未绘示)，用以排空与控制制程体积560内的压力。
上盖组件506一般包括标靶564和相连的接地防护配件511。在PVD过程中，标靶564提供了沉积至片板512表面的材料来源。标靶564可由欲形成的沉积材料构成，或者其可涂上欲形成的沉积材料。为促进溅镀进行，高电压电源供应器(例如电源584)可连接至标靶564。
标靶564一般包括周边区563和中央区565。周边区563设在制程室侧壁552上。标靶564的中央区565可突出或延伸朝向片板支撑件504。其它的标靶结构也可采用。例如，标靶564可包含背板，其中央部具有预定的结合材料。标靶材料亦可包含共同组成标靶的相邻部片或材料切片。或者，上盖组件506更可包含磁电管配件566，以于制程进行时增加标靶材料的消耗量。
在进行溅镀制程以沉积材料至片板512的过程中，标靶564与片板支撑件504乃透过电源584而彼此施加偏压。制程气体，例如钝气和其它气体(如氩气与氮气)，则从气体源582经由一或多个开口(未绘示)输送至制程体积560内，其中开口一般为形成在物理气相沉积制程室500的侧壁552。制程气体被点燃成等离子，等离子中的离子则加速朝向标靶564移动，使标靶材料从标靶564上脱落成为微粒。脱落的材料或微粒因施加的偏压而被吸引至片板512，进而沉积材料层至片板512上。
接地防护配件511包括接地框架508、接地护罩510、或其它制程室防护构件、标靶防护构件、暗区护罩、暗区防护框架等。接地护罩510围绕标靶564的中央区565，以定义出制程体积560的处理区域，并透过接地框架508耦接至标靶564的周边区563。接地框架508电气隔绝接地护罩510及标靶564，且通常经由侧壁552来提供接地路径给物理气相沉积制程室500的室体502。接地护罩510将等离子限制在其所限定的区域内，用以确保标靶来源材料仅从标靶564的中央区565脱落。接地护罩510亦有助于使脱落的标靶来源材料主要沉积至片板512。如此可有效利用标靶材料，且可防止室体502的其它区域沉积上脱落材料或遭等离子破坏，故可延长制程室的寿命及降低清洗或维护制程室所需的时间与成本。使用围绕接地护罩510的接地框架508还可减少可能从室体502掉落的微粒(例如剥落的沉积膜层或被等离子破坏的室体502材料)，并减少其再沉积于片板512表面，因此可增进产质与产率。
其它适用于本发明的PVD室、标靶和磁电管描述于美国专利申请号10/863,152、名称「用于平面扫描磁电管的二维磁电管装置(TwoDimensional Magnetron Scanning for Flat Scanning Magnetrons)」、Tepman于公元2004年6月7日提出申请的申请案；美国专利申请号11/146,762、名称「多重扫描磁电管(Multiple Scanning Magnetrons)」、Le等人于公元2005年6月6日提出申请的申请案；美国专利申请号11/167,520、名称「调整制程室内的溅镀标靶前端的电磁场的方法(Methodfor Adjusting Electromagnetic Field across a Front Side of a SputteringTarget Disposed Inside a Chamber)」、Le等人于公元2005年6月27日提出申请的申请案；以及Inagawa等人提出的名称为「可排空的磁电管反应室(Evacuable Magnetron Chamber)」的文献；其皆一并附上供作参考。
片板支撑件504一般设在室体502的底部554，以在物理气相沉积制程室500中处理片板时，支撑片板512于其上。片板支撑件504可包括用来支撑片板512的板状主体、和其它用来撑托与定位片板512的构件，例如静电吸座与其它定位装置。片板支撑件504可包括一或多个埋设于板状主体支撑件的电极及/或加热组件。片板512的温度可维持在预定的范围。
轴杆587延伸贯穿室体502的底部554，并连接片板支撑件504和升降机制588。升降机制588是用来移动片板支撑件504至较低位置与较高位置。图5绘示的片板支撑件504则处于中间位置。风箱586通常设在片板支撑件504与底部554之间，用以弹性密封二者，进而保持制程体积560的真空度。
或者，掩蔽架558及制程室护罩562可设在室体502内。当片板支撑件504移到较高位置来进行制程时，片板支撑件504上的片板512外缘会啮合掩蔽架558及抬高制程室护罩562上的掩蔽架558，此时掩蔽架558一般是用来限制沉积物只形成在掩蔽架558中央所露出的片板512上。当片板支撑件504移到较低位置来装卸片板支撑件504上的片板512时，片板支撑件504是位于制程室护罩562与存取端口556的下方。当清洗掩蔽架558及制程室护罩562时，片板512接着可经由侧壁552上的存取端口556而移入或移出物理气相沉积制程室500。顶针(未绘示)可选择性穿过片板支撑件504而隔开片板512和片板支撑件504，以助于物理气相沉积制程室500外部的传输机械装置430或传输机制(例如单机械臂或双机械臂)来放置或取出片板512。掩蔽架558可为一体成形的结构、或为二个以上的工作片段所结合的结构，用以围绕片板512的周围。
适用于本发明的PVD室描述于美国专利申请号11/131,009、名称「用于PVD室的接地护罩(Ground Shield for a PVD chamber)」、Golubovsky于公元2005年5月16日提出申请的申请案；White等人提出的名称为「基材移动与处理室的控制程序(Substrate Movement and Process ChamberScheduling)」的文献；以及美国专利申请号11/167,377、名称「减少微粒产生的处理套件设计(Process Kit Design to Reduce ParticleGeneration)」、Le等人于公元2005年6月27日提出申请的申请案；其皆一并附上供作参考。
如图5所示，控制器590可用来联是与控制物理气相沉积制程室500的各种组件。控制器590一般包括中央处理单元(CPU)594、支持电路596、和内存592。CPU 594可为任一类型的计算机处理器，只要其可用于工业设定并可控制各制程室、设备及外围设施。内存592可为软件或任一计算机可读取且耦接CPU 594的媒体，例如随机存取内存(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘、光盘(CD)、软盘、或其它用于近端或远程储存记忆的数字储存器。支持电路596耦接CPU 594，其以习知手段支持CPU 594。此种电路可包括高速缓冲储存器、电源供应器、时钟电路、输入/输出电路、次系统等。
图6绘示适用本发明的电化学电镀系统的实施例，例如Electra整合式电化学电镀(iECP)系统或Slim Cell电镀系统，其可从美国加州圣克拉拉市的应用材料公司取得。另外，其它可利用在此所述的方法或技术来进行电化学制程的系统亦可采用。
电镀系统平台600一般包括装载台610、旋转洗涤干燥(SRD)站612、主要平台614、和电解质补充系统620。此外，电镀系统平台600可由面板(例如塑料玻璃面板)密封在干净的环境中。
主要平台614一般包括主要平台传输站616及数个制程站618。每一制程站618包括一或多个制程室640。电解质补充系统620位于电镀系统平台600旁，且连接至各制程室640，以循环电镀制程用的电解质。电镀系统平台600还包括控制系统622，其一般为可程序的微处理器。控制系统622亦提供电源至系统的组件，并且包括控制面板623供操作员监控及操作电镀系统平台600。
装载台610一般包括一或多个片板卡匣接收区624、一或多个装载台传输机械装置628、和至少一片板定位装置630。装载台610中的片板卡匣接收区624、装载台传输机械装置628与片板定位装置630的数量可视所需的系统产能而定。具数个片板的片板卡匣为装载到片板卡匣接收区624，以将片板送入电镀系统平台600。
装载台传输机械装置628传送片板于片板卡匣与片板定位装置630之间。片板定位装置630将各片板定位呈预定方向，以确保片板会被适当处理。装载台传输机械装置628还传送片板于装载台610与SRD站612之间。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。在此所述的PVD制程和电镀制程的实施亦可采用其它的PVD室或电镀系统，并可调整各种制程参数、压力与温度，以可行的沉积速率形成高品质的膜层。可理解的是，本发明的实施例包括根据片板尺寸、制程室条件等因素来增加或减少所述的制程参数/变量。
尽管本发明已以较佳实施例揭露如上，然任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。

Claims (22)

1.一种形成金属接点与连线于片板上的方法，该方法至少包含：
沉积抗反射涂层于该片板的表面上；
形成光阻材料的图案于该抗反射涂层上；
固化该光阻材料；
利用该光阻材料的该图案来蚀刻该抗反射涂层；
清洗该片板的该表面；
在物理气相沉积室中，沉积具第一金属材料与第二金属材料的堆栈薄膜于该片板的该表面上；
剥除该片板的该表面上的该光阻材料；
退火处理该片板，以降低该堆栈薄膜与该片板间的接触阻抗；以及
沉积金属块体材料于该堆栈薄膜的表面上。
2.如权利要求1所述的方法，其中上述的抗反射涂层包含形成在反应室内的氮化硅，所用的反应室选自由等离子加强化学气相沉积(PECVD)室和物理气相沉积(PVD)室所构成的群组。
3.如权利要求1所述的方法，其中上述的光阻材料的该图案是由喷墨印刷法形成。
4.如权利要求1所述的方法，其中上述的第一金属材料包含一材料，该材料选自由镍、钛、钼、其合金、及其组合所构成的群组。
5.如权利要求1所述的方法，其中上述的第二金属材料包含一材料，该材料选自由铜、银、铝、其合金、及其组合所构成的群组。
6.如权利要求1所述的方法，其中上述金属块体材料是沉积于制程室中该堆栈薄膜的该表面，该制程室选自由物理气相沉积室、电镀室、和无电电镀室所构成的群组。
7.如权利要求1所述的方法，其中上述剥除该光阻材料是在沉积该金属块体材料于该堆栈薄膜的该表面之前进行。
8.如权利要求1所述的方法，其中上述剥除该光阻材料是在沉积该金属块体材料于该堆栈薄膜的该表面之后进行。
9.如权利要求1所述的方法，其中上述退火处理是在制程室中进行，该制程室选自由退火炉管和快速热处理室所构成的群组。
10.如权利要求1所述的方法，更包含在沉积该抗反射涂层于该片板的该表面之前，形成一个或多个特征结构于该片板的该表面之上。
11.如权利要求10所述的方法，更包含填入金属材料至该一个或多个特征结构中。
12.如权利要求1所述的方法，更包含在沉积该金属块体材料于该堆栈薄膜的该表面之后，形成第二光阻材料的图案于该金属块体材料之上。
13.如权利要求1所述的方法，其中上述的第一金属材料的沉积厚度为40纳米至80纳米。
14.如权利要求1所述的方法，其中上述的第一金属材料的沉积厚度为50纳米至300纳米。
15.如权利要求1所述的方法，其中上述的第一金属材料的沉积厚度为500纳米或以上。
16.如权利要求1所述的方法，还包括剥除该抗反射涂层上的该光阻材料。
17.一种形成金属接点与连线于片板上的方法，该方法至少包含：
沉积抗反射涂层于该片板的表面上；
形成光阻材料的图案于该抗反射涂层上；
固化该光阻材料；
利用该光阻材料的该图案来蚀刻该抗反射涂层；
清洗该片板的该表面；
在物理气相沉积室中，沉积具第一金属材料与第二金属材料的堆栈薄膜于该片板的该表面上；以及
在电镀系统中，沉积金属块体材料于该堆栈薄膜的该表面上。
18.如权利要求17所述的方法，更包含在沉积该金属块体材料之后，剥除该片板的该表面上的该光阻材料。
19.如权利要求17所述的方法，更包含在沉积该金属块体材料之前，剥除该抗反射涂层的表面上的该光阻材料。
20.如权利要求17所述的方法，更包含退火处理该片板，以降低该堆栈薄膜与该片板间的接触阻抗。
21.如权利要求17所述的方法，更包含在沉积该金属块体材料于该堆栈薄膜的表面之上后，形成第二光阻材料的图案于该金属块体材料之上。
22.如权利要求21所述的方法，更包含蚀刻该金属块体材料。
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