CN101361168B - 选择性蚀刻绝缘层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种形成触点结构的方法以及这样形成的触点结构。所述结构接触半导体结的下层，其中所述结包括半导体材料的下层，并且通过产生遮挡随后的金属形成的底切区与上面的半导体材料层分离。各个步骤是使用喷墨印刷技术进行的。

Description

选择性蚀刻绝缘层的方法 

技术领域

本发明主要涉及太阳能电池制造的领域，并且具体地，本发明提供用于选择性蚀刻绝缘层的加工技术。

背景技术

为了使太阳能可行地代替已经建立的发电方法如化石燃料和核电，必须降低太阳能电池的制造成本。通过使用带有少量硅的大面积器件，在薄膜器件中某种程度地实现了制造成本的降低，然而，目前提出用于这些器件的制造方法仍然是复杂的，并且通过寻找新的技术有助于使它们本身进一步简化或顺畅。

通常，光电器件具有两种金属触点，每一种极性一种。在常规的结构中，通常在格栅构造中不对半导体遮蔽太多的光的这些金属触点之一位于受光表面或前表面上。第二金属触点位于背表面上并且极性相反。在金属/硅的界面上，硅表面通常被重掺杂至高于1x10¹⁸个原子/cm³以允许金属和硅之间的低电阻接触。

在不太常规的结构中，从相同的表面上涂覆两种金属触点。然而，在这样的器件结构中的挑战是实现在n区和p区之间的电绝缘，特别是在各个区域被重掺杂(即n⁺和p⁺)以促进低电阻接触时。

发明内容

根据第一方面，提供一种在包括用于接触半导体结的下层的第一触点类型的器件中形成触点结构的方法，其中所述结包括第一掺杂剂极性的半导体材料的所述下层，与所述下层相反地掺杂的上面的半导体材料层，所述方法包括：

a)在所述上面的半导体材料层上形成掩蔽层；

b)在所述掩蔽层中形成开口，从而暴露所述半导体材料；

c)在所述掩蔽层中的开口下面的所述半导体材料中形成开口，所述半导体材料中的开口被形成为：延伸穿过上面的半导体材料层以暴露下面的半导体材料层，并且在所述半导体材料中的开口还被形成为：在掩蔽层中的开口的边缘之下延伸而形成围绕掩蔽层中的开口的整个外围延伸的底切区，由此底切区整个地跨过所述上面的半导体材料层延伸；以及

d)形成延伸至所述半导体材料中的开口中的金属层以接触下面的半导体层，所述金属层与上面的半导体材料层隔开，由此所述金属不将所述半导体结桥接。

所述掩蔽层可以是将作为最终器件的一部分而被保留的绝缘层，或者可以是在加工之后被除去的临时层。

在形成金属层之后，底切区可以限定在金属层和底切区中的上面的半导体材料层之间的空隙，以将所述金属层与上面的半导体区隔开。作为选择，底切区上的绝缘层可以陷落到半导体材料中的开口中，以将上面的半导体区与随后形成的金属层隔开。在后一种情况下，可以将绝缘层的底切区相对于绝缘层的其它区域改变，例如通过相对于绝缘层的其它区域变薄，以促进陷落到半导体材料中的开口中。实现绝缘层的底切区的变薄的一种方法是通过用可流动到半导体材料中的开口中的蚀刻剂蚀刻整个绝缘层，由此在其上表面和下表面上同时蚀刻底切区。还可以通过相对于绝缘层的其它区域软化而改变绝缘层，以促进陷落到半导体材料中的开口中。

根据另一方面，在掩蔽层或绝缘层中形成开口的方法包括：

a)形成掩蔽材料的层；

b)在所述掩蔽材料中形成开口；以及

c)通过掩蔽材料中的开口涂覆蚀刻剂，以蚀刻出绝缘层中的开口。

根据还有的另一方面，提供可以用于在半导体材料下层上形成掩蔽层或绝缘层中的开口的方法，该方法包括：

a)将磷扩散到绝缘层中以促进绝缘层的优先蚀刻，所述磷在将形成开口的位置扩散到所述绝缘层中；

b)使用优先蚀刻所述磷已经扩散到其中的绝缘材料的蚀刻剂，蚀刻所述绝缘层以暴露下面的半导体材料的掺杂层。通过将扩散源涂覆到将发生 扩散的绝缘层表面上，并且加热以驱使扩散物质进入绝缘层中，可以使所述物质扩散到绝缘层中。通过丝网印刷、喷墨印刷或通过形成具有将发生扩散的开口的掩模，并且使所述物质通过所述掩模中的开口扩散，可以涂覆扩散源。

还可以通过下列方法将扩散源的扩散物质扩散到绝缘层中：

a)在形成绝缘层之前，将扩散源沉积在半导体材料的表面上，所述扩散源是在扩散到绝缘层中时促进绝缘层的优先蚀刻的物质的源，所述扩散源是在绝缘层中将形成开口的位置沉积于绝缘层上的；

b)在半导体材料和扩散源上形成绝缘层，由此所述物质在沉积扩散源的位置被掺混到绝缘层中；

c)使用优先蚀刻所述物质已经扩散到其中的绝缘材料的蚀刻剂蚀刻绝缘层。当半导体材料为硅时，绝缘层可以是硅基电介质，例如氮化硅或二氧化硅，并且扩散到绝缘层中的物质可以是磷。可以使用HF蚀刻剂除去掺杂的绝缘层材料。在选择性蚀刻绝缘层之后，可以在必要时将通过绝缘层的蚀刻而暴露的半导体材料进行表面蚀刻，以除去含有扩散到绝缘材料中的物质的表面半导体材料的薄层，在此情况下用于半导体材料的蚀刻剂可以是NaOH。

在一些实施方案中，可以在与第一触点类型相同的器件表面上形成第二触点类型，在此情况下，所述方法可以包括：

a)在绝缘层中形成开口，从而暴露上面的半导体材料层，以及

b)形成延伸至绝缘层中的开口中的金属层，以接触上面的半导体层。形成用于第一和第二触点类型的金属层的步骤优选是同一步骤，在此情况下，随后可以通过将金属层图案化而分开与各个触点类型相关的金属，或者作为选择，可以通过允许将照原样形成的金属图案化的方法，例如喷墨沉积技术涂覆金属。喷墨沉积可以是在一个或多个单独的步骤中。可以在器件的一侧上形成第一和第二触点类型作为两组交叉指形触点。可以以通过母线互连的一组指形触点的形式形成交叉指形触点，并且每一组指是交叉指形的。

在掩蔽层和绝缘或电介质中形成开口的另一种方法是通过使用激光烧蚀所述层。当在半导体层中还需要开口时，这也可以通过使用激光烧蚀 半导体材料进行。在一些情况下，激光烧蚀半导体材料之后可以化学蚀刻，以使半导体材料中的开口在掩蔽层中的开口之边缘下延伸而形成围绕在掩蔽层中的开口的整个外围延伸的底切区，由此底切区整个地跨过上面的半导体材料层延伸。

根据还有的另一方面，提供一种用于接触半导体结的下层的触点结构，其中所述结包括第一掺杂剂极性的半导体材料的下层，与所述下层相反地掺杂的上面的半导体材料层，以及第一触点类型包括：半导体材料中的开口，所述开口穿过上面的半导体材料层延伸以暴露下面的半导体材料层；以及金属层，所述金属层延伸至半导体材料中的开口中以接触下面的半导体层，由此所述金属与上面的层分开使得它不与半导体结桥接。

触点结构可以包括在上面的半导体材料层上的绝缘层以及位于绝缘层中的开口之下的半导体层中的开口。半导体材料中的开口优选在绝缘层中的开口的边缘之下延伸，以形成围绕在绝缘层中的开口的整个外围延伸的底切区，所述底切区整个地跨过开口中的上面的半导体材料层的表面延伸。底切区可以限定将金属层与上面的半导体材料的表面分开的空隙，或者作为选择，可以将底切区上的绝缘层变形为在半导体材料中的开口，以将上面的半导体区与形成于其上的金属层隔开。可以使绝缘层的变形部分比绝缘层的其余部分更薄以促进其陷落到开口中。

实施方案还可以包括第二触点类型，其包括：

a)在绝缘层中的开口，从而暴露上面的半导体材料层；以及

b)金属层，所述的金属层延伸至绝缘层中的开口中，以接触上面的半导体材料层。可以以两组交叉指形触点的形式形成第一和第二触点类型。每一组触点可以包括通过母线互连的一组指形触点，并且每一组指可以是交叉指形的。

根据还有的另一方面，一种在制造过程中加工半导体结构的方法包括：通过彼此相对移动带有半导体结构的衬底和印刷头，将加工助剂直接选择性地放置于只在需要加工的位置将要被加工的表面上；以及当印刷头位于需要加工的位置上时，将加工助剂从印刷头沉积在所述结构上。

优选地，所述方法包括步骤：将衬底放置于在固定的印刷头下的X-Y工作台上，以及操作X-Y工作台，以将需要加工的所有位置渐进移动到印刷头下。

上述方法可以进一步包括：将激光器定位于X-Y工作台上，并且在将 要加工的位置位于激光器下面时，在将试剂沉积在各个区域中以影响加工之前或之后操作激光器，例如，加热将被加工的位置以促进加工。

通过抑制加工助剂的液滴，从而对沉积处理提供更好的位置控制，可以进一步改善加工。这可以是通过调节加工助剂的粘度，例如通过将添加剂加入加工助剂中实现的，所述的添加剂例如是增稠剂。这可以降低在喷墨印刷时对疏水表面的要求。这种技术的使用通过在没有从沉积的位置显著分散的试剂的情况下，允许以邻接或略微重叠的点的形式印刷加工助剂(在蚀刻剂的情况下)直接形成线和凹槽。

通过使用在沉积后开始蒸发的挥发性溶剂中所带有的加工助剂使得活化剂随时间浓缩在更小的区域内，也可以将加工限于一定区域内。最初地，所述试剂被稀释，并且不迅速反应，但是当它通过蒸发浓缩时，所接触的区域将消失，并且增加的浓缩将加速该过程。还可以通过激光加热促进蒸发。

在需要蚀刻小孔的情况下，这可以是通过下列方式实现的：将稀释的蚀刻剂喷墨印刷到疏水表面层上，并且利用蚀刻剂的随后蒸发降低液滴尺寸，同时提高蚀刻速率，以产生穿过表面层、直径比初始液滴更小的孔。

作为选择，可以在沉积加工助剂之前，将疏水表面涂料涂覆到半导体结构上，由此在沉积时加工助剂形成在表面上不铺展的密实液滴，从而对沉积处理提供更好的位置控制。

疏水层可以只是仅改变结构的表面特性而不抑制加工的超薄层，在此情况下，加工可以通过超薄疏水层进行。然而，在一些情况下，疏水层表现出对加工的阻碍，于是它用作掩模，并且进行蚀刻步骤以除去在需要进一步加工的位置处的疏水层。在进一步加工之后，疏水层可以被除去，或者在一些情况下可以保留作为用于另外的步骤的一部分结构，或者可以被保留在最终的结构中。

疏水层超薄并且加工穿过该层进行的情况的一个实例涉及通过下面的方法在非疏水表面中蚀刻小孔：增加极薄的活化层，所述活化层厚得足以使表面疏水以喷墨印刷，但是薄得足以使蚀刻剂可以渗透穿过活化层中的针孔，从而根据需要蚀刻表面。

通常沉积处理将导致加工助剂的点沉积，并且在其中已经从印刷头沉 积蚀刻剂的掩模材料中蚀刻处理的情况下，这将导致在掩模中形成一系列的孔。在一些情况下，适宜的是在掩模中形成凹槽，而不是孔，使得可以在带状表面(a strip of surface)上进行在下面的材料中的处理。在这种情况下，可以通过下列两个步骤形成在掩模中的凹槽：首先形成一系列间距小的孔，然后将蚀刻剂沉积在孔之间的间隙上，以除去孔之间的材料。

另一方面，如果掩模用于控制凹槽在下面的材料的表面中的形成，如上所述，这可以是最初通过在疏水表面层上喷墨印刷一行间距小的蚀刻剂液滴以产生穿过该表面层的孔而暴露下面的材料而实现。这允许随后蚀刻下面的材料，以充分底切表面层，从而允许下面的材料中的孔连接并且形成凹槽。

尽管许多可以通过使用喷墨头的局部印刷沉积的方法是蚀刻方法，但是其它方法也是可以的，例如在不需要掩蔽的情况下铺列诸如绝缘体或掺杂剂源的材料的图案化层。实际上，使用适当设计的印刷头，大多数加工材料是可以使用喷墨印刷涂覆的。在掺杂剂源的情况下，可以将液体掺杂剂源涂覆到半导体表面上，或者可以涂覆到薄的上面的层的表面上，通过该上面的层，掺杂剂能够扩散，并且所述结构被加热以驱使掺杂剂到表面中。

加热掺杂剂源以驱使掺杂剂的方法之一是在沉积掺杂剂源之后，立即使用如上所述的激光局部加热已经涂覆掺杂剂源的位置。

还可以使用喷墨印刷方法在具有非半导体表面层如电介质或其它绝缘层的半导体结构的表面中产生底切开口。这种方法包括涂覆第一蚀刻剂，所述的第一蚀刻剂蚀刻表面层而在需要的位置将表面层开口，然后涂覆第二蚀刻剂，所述的第二蚀刻剂蚀刻半导体材料而不蚀刻或者不显著蚀刻表面层(即，第二蚀刻剂比它蚀刻表面层明显更显著地蚀刻半导体材料)。第二蚀刻剂在表面层中的开口下面的半导体材料中开孔，并且在表面层的边缘下面侧向蚀刻以底切表面层。

上述底切技术可以用于提供用于接触结的下掺杂层的结构，由此随后的金属化步骤通过底切产生了在金属层和半导体材料中的开口的上壁之间的空隙，使得金属接触在开口底部中的下掺杂区域，但是通过在表面层边缘之下形成的空隙与结的上反掺杂层分开。

根据还有的另一方面，加工设备包括：支撑装置，其支撑被加工的工件；喷墨印刷头，其相对于支撑装置安装，由此在将工件安装在支撑装置上时，可以使印刷头与工件并置操作；加工助剂供给装置，其与印刷头连通，以根据所需供给加工助剂；控制单元，其可用于加工工件的表面的图案编程；所述印刷头和供给装置可在控制单元的控制下彼此相对移动，并且所述控制单元可操作控制印刷头和供给装置的相对移动，以在被加工的工件的表面上扫描印刷头，并且控制印刷头的操作，以在通过可编程图案确定的位置将试剂沉积在工件上。

根据还有的另一方面，提供一种用于将加工助剂涂覆到半导体结构表面上的方法，所述方法包括：

i)将所述结构放置于喷墨印刷机构的载体上，在此将加工助剂源连接到印刷机构的印刷头上；以及

ii)相对于半导体结构扫描印刷头，使得印刷头在加工助剂将被涂覆的位置上通过，并且在将涂覆加工助剂的位置位于印刷头下面时，操作印刷头涂覆加工助剂。

优选地，印刷机构包括X-Y工作台，所述X-Y工作台在固定的印刷头下面移动被二维加工的结构。

在一个特别优选的实施方案中，印刷机构包括多个可独立或组合操作的印刷头，以在一个或多个制造过程中将多种不同的加工助剂沉积在被加工的器件上。在一个实施方案中，提供8个印刷头，一个与液体电介质层源如二氧化硅连接，一个与液体n-型自旋(spin-on)扩散源如磷连接，一个与p-型液体自旋扩散源如硼连接，一个与用于蚀刻二氧化硅的酸基蚀刻剂连接，一个与用于蚀刻硅等的碱蚀刻剂如氢氧化钠连接，一个与具有金属离子/颗粒的液体连接，并且一个或多个与用于稀释在其它头中的材料的任何一种的溶剂或其它溶液的源连接。

还优选地，印刷结构还包括可以在用加工助剂印刷所述结构(在偏移位置)时进行加热或划线步骤的激光器。优选地，印刷机构包括多个可独立或组合操作的激光头，以在一个或多个制造过程中加热或者烧蚀被加工的器件的局部区域，或者在被加工的器件上沉积材料。在一个优选的实施方案中，提供两个激光头，一个在1.064微米波长光下操作，而另一个在0.532 微米波长光下操作。每一个激光头可在Q切换模式操作或连续波操作之间切换。

激光器和印刷头各自可以在控制单元的控制下操作，以选择性沉积加工助剂，并且在由可编程图案所确定的位置共同操作，以将工件暴露在激光照射下(用于加热和/或烧蚀处理)。

根据还有的另一方面，提供一种用于接触半导体结的下层的触点结构，其中所述结包括第一掺杂剂极性的半导体材料的下层；与所述下层相反地掺杂的上面的半导体材料层；在上面的半导体材料层上的绝缘层；绝缘层中的开口，使所述半导体材料暴露；半导体材料中的开口，其在绝缘层中的开口下，延伸穿过上半导体材料层以暴露下面的半导体材料层；所述半导体材料中的开口在绝缘层中的开口的边缘之下延伸，以形成围绕绝缘层中的开口的整个外围延伸的底切区，由此底切整个地跨过上面的半导体材料层延伸；以及金属层，其延伸至半导体材料中的开口中，以接触所述下半导体层，并且限定在所述金属层和所述底切区中的所述上面的半导体材料层之间的空隙，由此所述金属不将所述半导体结桥接。

附图说明

现在将参考附图通过举例的方式描述喷墨加工方法的实施方案，在附图中：

图1示意性图示可以通过使用喷墨印刷技术的几种不同方法形成的半导体器件的结构元件；

图2示意性图示形成图1的元件的第一方法中的第一步骤；

图3示意性图示在完成图2的步骤之后的图1的器件；

图4示意性图示在完成另外的蚀刻步骤之后的图3的器件；

图5示意性图示在形成图1的元件的第二方法中的第一步骤；

图6示意性图示在完成另外的蚀刻步骤之后的图5的器件；

图7(a)示意性图示在形成图1的元件的第三方法中的第一步骤；

图7(b)示意性图示在部分完成另外的蚀刻步骤之后的图7(a)的器件；

图8(a)示意性图示在形成图1的元件的第四方法中的第一步骤；

图8(b)示意性图示在部分完成另外的蚀刻步骤之后的图8(a)的器件；

图8(c)示意性图示在完成另外的蚀刻步骤之后的图8(b)的器件；

图9(a)示意性图示在将衬底开槽的第一方法中将蚀刻剂的液滴印刷在结构的电介质表面上；

图9(b)示意性图示在部分蚀刻衬底后的图9(a)的结构；

图9(c)示意性图示在完全蚀刻衬底之后的图9(a)和9(b)的结构；

图9(d)示意性图示从上观察的图9(c)的结构；

图9(e)示意性图示在将衬底开槽的第二方法中将蚀刻剂的液滴印刷在结构的电介质表面上；

图9(f)示意性图示在完成第一次蚀刻之后将蚀刻剂的液滴印刷在图9(e)的结构上；

图9(g)示意性图示在将衬底开槽的第三方法中将蚀刻剂的液滴印刷在结构的电介质表面上；

图9(h)示意性图示在蚀刻电介质层之后的图9(g)的结构的俯视图；

图10(a)示意性图示可以使用参考图2至6以及图7(a)至7(b)以及8(a)至8(c)描述的方法形成的触点结构；

图10(b)示意性图示图10(a)的触点结构，其中已经进行另外的步骤以在增加金属层之前，在触点下面增加重掺杂区；

图10(c)示意性地图示图10(b)的触点结构的变型；

图11(a)示意性图示可以通过使用喷墨印刷技术的方法形成的半导体器件的边缘绝缘结构的侧视图；

图11(b)示意性图示图11(a)的结构的仰视图；

图12(a)示意性图示可以通过使用喷墨印刷技术的方法形成用于接触下半导体层的触点结构；

图12(b)示意性图示形成作为由使用喷墨印刷技术的方法形成的图12(a)的触点结构的变型的触点结构的方法中的初始步骤；

图12(c)示意性图示在稍后的时刻的图12(b)的步骤；

图12(d)示意性图示在完成图12(c)的步骤之后的部分完成的触点结构；

图12(e)示意性图示在完成另外的蚀刻步骤之后的部分完成的触点结构；

图12(f)示意性图示在金属化步骤之后的图12(e)的触点结构；

图13示意性图示形成作为由使用喷墨印刷技术的方法形成的图12(a)的触点结构的变型的触点结构的另一种方法中的初始步骤的效果；

图14示意性图示通过使用喷墨印刷技术的方法形成的埋入式触点太阳能电池触点结构的前身；

图15示意性图示通过使用喷墨印刷技术的方法形成的太阳能电池的浮动结结构；

图16示意性图示通过使用喷墨印刷技术的方法形成的图14和15的结构的变型；

图17示意性图示通过使用喷墨印刷技术的方法形成的太阳能电池的p-型和n-型触点结构；

图18更详细地显示出显示相同的结构可以用于每一种衬底极性的图17的结构；

图19显示出可以在发展中国家用于简化制造的太阳能电池的织构化前体；

图20显示出可以通过使用喷墨印刷技术的方法形成的双面织构化衬底；

图21示意性图示在形成图20的结构的方法中使用的点图案；

图22示意性图示图20的结构的变型；

图23(a)示意性图示在沉积到疏水表面上之后的扩散源的喷墨液滴；

图23(b)示意性图示在图23(a)中说明的衬底和扩散源的热处理后所得到的结构；

图24(a)示意性图示在沉积到半导体的电介质涂覆表面上之后的扩散源的喷墨液滴；

图24(b)示意性图示在干燥图24(a)中说明的衬底和扩散源之后所得到的结构；

图24(c)示意性图示在热处理图23(b)中说明的衬底和干燥的扩散源之后所得到的结构；

图24(d)示意性图示在蚀刻掺杂剂源和重掺杂电介质区之后的图24(c)的结构；

图24(e)示意性图示在金属镀覆之后的图24(d)的结构；

图25图示具有喷墨印刷头和激光划线器的X-Y工作台；

图26图示具有多个喷墨印刷头和多个激光划线工具的X-Y工作台；

图27图示在涂覆触点之前，具有朝向背表面的p-n结的硅晶片；

图28图示具有钝化的前表面和背表面的图27的晶片；

图29图示电介质层中具有暴露硅表面的开口的图28的晶片；

图30图示在蚀刻暴露的硅区从而在形成的孔的边缘产生悬突的电介质层之后的图29的晶片；

图31图示在使用瞄准线方法沉积金属之后的图30的结构；

图32图示图30的结构的变型，其中在电介质层中产生第二组开口以暴露n-型硅表面的局部区域；

图33图示在金属沉积同时形成两种极性的硅的触点之后的图32的结构；

图34图示图33中所示的p-型区的金属触点的放大；

图35图示在金属和硅之间包括很薄的二氧化硅层的MIS触点；

图36图示MIS/针孔触点，所述MIS/针孔触点使用厚度对MIS触点合适的界面氧化物层，并且还容许大量针孔，从而容许金属在绝缘位置直接接触硅表面；

图37图示在金属硅界面显示出硅的外延生长的p-型区的MIS/针孔触点；

图38图示铝穿过更厚的氧化物层以形成针孔和MIS触点的不同渗透深度；

图39图示对于两种极性仅使用一种氧化物生长方法和一种金属沉积而同时形成的n和p-型表面的低电阻接触；

图40用照片图示通过铝在二氧化硅涂覆的硅晶片上的真空蒸镀形成的MIS触点；

图41图示具有扩散而形成通常作为使用大多数商业磷扩散方法的结果的n-型层的前表面和背表面的p-型晶片；

图42图示随后涂覆有电介质层的图41的晶片，所述的电介质层用作受光表面的抗反射涂层，同时钝化暴露的硅表面；

图43图示在蚀刻背表面以暴露用于触点的p-型硅之后的图42的晶片；

图44图示在使用瞄准线方法沉积金属使得在开口中的金属只接触p-型硅之后的图43的晶片；

图45图示在丝网印刷前触点之后，并且具有在沉积金属p-型触点之前在p-型表面上形成的任选氧化物的图44的晶片；

图-46图示图45的p-型触点配置的选择性p-型触点配置，其中p-型触点是通孔，而不是凹槽，并且所述金属被沉积而具有大于孔深度的厚度，以与跨过背表面上的氮化硅沉积的铝连接；

图47图示在一个表面上形成的交叉指形触点的图案；

图48图示在涂覆触点之前具有4个p-n结(n-p-n-p-n)的硅晶片；

图49图示在涂覆表面电介质，形成开口以暴露第四(埋入式)层，并且在开口内部涂覆电介质之后的图48的结叠层；

图50图示在将金属涂覆至第一开口上之后的图49的结构；以及

图51图示在四个层上形成触点之后的图48至50的结构。

具体实施方式

太阳能电池结构和形成它们的方法的实施方案的详述

在此描述一种能够将金属触点涂覆到埋入在掺杂有相反极性的半导体材料的另一层或区域下面的半导体材料的层或区域上的新方法。当与埋入层进行接触时，与相反极性的上面的半导体材料实现电绝缘具有显著的重要性，特别是在光电器件中。这种接触埋入层的方法的扩展是从器件的相同侧形成两种极性的金属触点，同时在两种极性之间提供优异的电绝缘。这种形成埋入层的触点的方法还可以利用单一金属沉积方法形成两种极性的金属触点，并且它还可以形成具有低至低于1×10¹⁶个原子/cm³的值的宽范围的允许掺杂浓度的硅材料的触点。

这种接触埋入层并且在器件的一侧上形成两种极性的触点的方法可适用于在晶片和薄膜上形成的器件，并且该方法可能的未来应用是应用到薄的硅晶片或层，所述硅晶片或层太薄以致不能容易地加工而没有断裂，例如在10至120微米的范围内。这种薄晶片可以例如以静电方式粘合到 支撑结构如硼硅酸盐玻璃上，以在随后的器件制造过程中提供机械支撑和强度。一旦粘合到这种支撑衬底或覆盖物(superstrate)上，就对随后的器件加工条件进行一定范围的限制。这些包括需要从器件的相同侧形成两种极性的金属触点，并且还限于低温处理以避免硅的污染以及在硅和支撑层之间的热膨胀系数的不匹配的问题。后者防止使用许多常规的热处理，例如掺杂剂扩散到硅中，硅的热氧化以及高于500℃的金属触点的烧制。在这种情况下，接触埋入层的本方法通过以下解决了许多难题：首先，促进从器件的相同侧接触两种极性的硅；其次，促进接触两种极性的轻掺杂硅材料；第三，通过利用化学氧化同时钝化暴露的硅表面，并且提供用于金属-绝缘体-半导体(MIS)触点的氧化物层。

喷墨印刷

尽管可以使用各种加工方法进行这种接触埋入层并且在器件的一侧上形成两种极性的触点的方法，但是喷墨印刷被视为用于进行通常在太阳能电池，特别是具有形成到埋入层的触点的器件以及在器件的一侧上具有两种极性的触点的器件的制造中涉及的一定范围的处理的适合的选择性方法。这些包括：通过钝化电介质层将局部的金属触点形成到半导体材料的表面上的方法；在半导体材料的表面中形成凹槽以促进制造埋入式触点太阳能电池；在半导体晶片的周围进行边缘结绝缘；促进形成穿过一种极性的表面半导体层的孔，以促进形成相反极性的半导体材料的下层的欧姆接触，同时避免分流到第一极性的表面半导体层上；在半导体晶片的相同表面上形成相反极性的交叉指形触点；形成用于光俘获目的或降低表面反射的织构化表面；形成穿过电介质层或聚合物层或金属层或半导体层范围的孔或线；用于通过掺杂剂源的喷墨印刷形成给定极性的局部掺杂区；等。

在上述诸多方法中，喷墨印刷机使用适合的蚀刻溶液或溶剂以与在其上喷墨印刷溶液的材料化学反应或者将其溶解。还关注到其它非蚀刻方法，例如，将掺杂剂源喷墨印刷到半导体膜上。

被蚀刻的材料通常是掩蔽层，而被印刷的蚀刻剂用于产生穿过掩蔽层的孔或线，以暴露下层或用于后续加工的半导体材料。被蚀刻的材料的实例包括二氧化硅、氮化硅、二氧化钛、硫化锌、氟化镁、一氧化硅、氧化 硅、包括铝在内的金属范围以及包括硅在内的半导体范围，聚合物范围等。通常，要被喷墨印刷的表面必须是疏水的，或者通过喷墨印刷机沉积的溶液应当具有阻止铺展的特性，使得通过喷墨印刷机沉积的蚀刻剂溶液将形成单个液滴，而不是在表面上浸润，从而丧失清晰度，例如通常在表面亲水时的这种情况。为了获得疏水表面特性，必须使用适合的溶液例如化学处理一些材料如硅，以将表面性能转变成疏水的，而不是亲水的。例如，生长在硅上的天然氧化物通常将其转变为亲水表面，而暴露于氢氟酸中将硅表面转变为疏水性的，因此适用于喷墨印刷。

还可以将添加剂如甘油加入将被印刷的蚀刻剂或溶液中，以改变所形成的液滴的表面张力，因此有助于在被印刷的材料的表面上的印刷处理和液滴形成。

作为选择，可以将惰性增稠剂加入需要被印刷的蚀刻剂溶液中以增加溶液的粘度，使得印刷的液滴不再依赖于疏水表面的存在，从而在其与表面接触时保持其形态/形状。粘度必须足够高使得在置于被印刷的材料的表面上时的液滴将保持其三维形态，而不是在表面上浸润。

还可以向其中将形成孔或凹槽的层或材料的表面上，沉积具有疏水性能的牺牲层或附加层。然后可以使用适合的蚀刻剂喷墨印刷这种牺牲层或附加层，以随后暴露在需要蚀刻的区域中的下面的材料或层。在蚀刻下面的一层或多层或材料且随后在需要时可以将其除去时，牺牲层或附加层用作掩模。

图1提供了其中开口103穿过二氧化硅层101并且开孔到下面的硅材料102中，并且可以使用一个或多个喷墨印刷步骤的方法的一个实例。参考图2，树脂如P150(白色有机树脂或″涂料″)的牺牲层104被沉积到二氧化硅层101上，并且这产生疏水表面105。然后使用氢氧化钠基蚀刻剂106的液滴喷墨印刷疏水表面105以局部蚀刻P150材料。如图3中所示，这种蚀刻剂106将在P150材料中形成开口107，而保持二氧化硅层101不受影响。如图4中所示，将不侵蚀P150的二氧化硅用蚀刻剂(如稀HF)用于蚀刻穿过二氧化硅层101的开口108，以暴露下面的硅102。然后在必要时，可以再使用氢氧化钠蚀刻剂以除去P150层，同时蚀刻由开口108暴露的硅表面109，以制造图1的结构。

在一些情况下，在印刷的液滴和被蚀刻的表面之间的接触面积是重要的。这通常可以将材料如甘油加入被印刷的蚀刻剂或溶液中以通过改变液滴的表面张力而改变接触角，来调节给定的液滴尺寸。通常，加入甘油或类似物将改善接触角，因此减小在液滴和表面之间的界面面积。

参考图5，用于将蚀刻剂喷墨印刷到对需要的处理不是充分疏水性的表面201的另一种方法是沉积足够薄的活化层202，所述活化层202太薄而不能避免高密度的针孔203，但是厚得足以使表面远比非活化表面更加疏水。根据所用的活化材料，活化层202得到疏水性能所需的厚度可能只需要是 

。这样的构思示于图5中，在图5中，将这种活化的表面202用蚀刻剂204喷墨印刷，所述蚀刻剂204首先穿过针孔203侵蚀二氧化硅层101，但是随后，在针孔203紧邻处侧向蚀刻二氧化硅中的开口205直至在二氧化硅101中形成更大的开口206，如图6中所示。当需要在二氧化硅层101中形成的孔显著小于印刷液滴的液滴直径时，这种方法可能是特别有利的，原因是活化层可以使表面变得足够疏水的，使得很少的液滴实际上接触被蚀刻的表面。通过比较图7(a)和7(b)，可以看出当如图7(a)中所见，与图7(b)中非活化表面301相比，通过增加活化表面202使表面201变得更加疏水时，如何能够穿过氧化物101形成更小的孔，而所述非活化表面301不是如此疏水的，从而允许更多的蚀刻剂液滴304接触二氧化硅层101，因此蚀刻出具有更大面积的孔305。

参考图8(a)、(b)和(c)，用于获得比最小可能的喷墨印刷液滴404(参见图8(a))的直径更小的蚀刻孔的另一种方法是使用稀释蚀刻剂，所述稀释蚀刻剂能够在蚀刻处理中部分蒸发而导致逐渐变小的液滴405、406，如图8(b)和(c)中所示。使用这种方法，在刚刚印刷之后，蚀刻速率最初是缓慢的，原因在于蚀刻剂在液滴404中的高度稀释，从而产生宽而浅的蚀刻凹陷407，如图8(a)中所示，但是然后随着液滴部分蒸发增加，并且蚀刻剂浓度提高，导致蚀刻集中在更小的区域208，如图8(b)中所示，并且在完成穿过层的孔时，最终导致甚至更小的区域409，如图8(c)中所示。这种示于图8(a)-(c)中的蚀刻过程通常可以通过加热以加快蒸发速率和反应速率而加速。如图8(c)中所示，在层中被蚀刻的孔的直径″D″可以显著小于初始液滴404的直径。

参考图9(a)至(f)，为了在半导体材料中产生凹槽，可以使用三种基于喷墨印刷的方法。第一种包括如图9(a)中所示，在被蚀刻的层101的表面上产生间距小的液滴450的线。如图9(b)中说明的，随后这些液滴450的每一个蚀刻穿过电介质或其它层101的孔454，因此暴露出在下面的半导体材料102。如图9(b)中所示，半导体材料102的随后蚀刻产生底切氧化物101的孔455，并且如图9(c)和(d)中所示，最终，底切区在电介质层101中的孔454下面连接而在电介质101的各个部分下通过的半导体材料102内产生连续凹槽456。

第二种方法是在被蚀刻的层101的表面上印刷能够产生间距小的液滴501的线，如图9(e)中所示。如图9(f)中说明的，这些液滴501的每一个随后蚀刻出穿过电介质或其它层101的孔503，因此暴露出在下面的半导体材料102。然后将另外的液滴印刷在孔之间的未蚀刻部分，以蚀刻掉电介质材料的其余桥104，从而允许穿过电介质层101形成线而不是孔。在需要时，随后可以将凹槽蚀刻到暴露的下面的材料102中。

第三种方法是在如上所述的蚀刻剂溶液中使用增稠剂，并且印刷一系列的重叠液滴508，从而在被蚀刻的材料层102的表面上产生连续的印刷线。于是，这在电介质101或其它层内产生了蚀刻线或凹槽509(如从图9(h)中的顶部所见)，因此暴露出在半导体材料102的表面上的线。再一次，随后蚀刻半导体材料将因此导致半导体材料内的凹槽的形成。由于一定范围的材料需要针对在太阳能电池制造中所需的工艺范围被蚀刻，因此需要一定范围的蚀刻溶液，在性质上，其一些是碱性的，而一些是酸性的。根据被印刷的表面的性质，还需要一定范围的不同的粘度。因此，还有利的是，将由一定范围的材料如硅或碳或不锈钢制成的喷墨印刷头用于许多酸性溶液，而将二氧化硅或不锈钢或金电镀的印刷头用于一些碱性溶液，如氢氧化钠。对于每一种蚀刻剂类型以及每一种不同粘度的溶液，必须优化喷墨印刷方法。

喷墨印刷方法的实施的具体实施例

1.局部的金属触点形成

通过最初氧化硅晶片102以形成二氧化硅层101(或者向硅晶片102的 表面上简单地沉积二氧化硅层101)，随后处理二氧化硅的表面以使其疏水，可以制造图10(a)的结构。这可以是通过表面的化学处理或将很薄的牺牲层沉积到二氧化硅表面上进行的，所述牺牲层使表面转变为疏水的。作为选择，代替使二氧化硅的表面变得疏水的是，可以将添加剂加入蚀刻剂中以改变印刷的液滴的表面张力，或者可以使用这些方法的组合。然后将蚀刻溶液的液滴喷墨印刷到需要孔的任何地方的表面上。如图10(a)中所示，蚀刻剂然后在二氧化硅层中产生开口601，因此允许随后通过例如溅射、蒸发或者丝网印刷沉积金属接触层602，以提供与下面的硅材料102的电接触。

不依赖于疏水表面的使用的一种选择性方法是将增稠剂加入蚀刻溶液中以增加其粘度，使得喷墨印刷的液滴当与二氧化硅层101的表面进行接触保持其三维形状，而不是润湿表面并且在其上涂布。在表面电介质为二氧化硅的这种情况下，需要与二氧化硅反应并且将其除去的蚀刻剂。这样的蚀刻剂的一个实例是含有一些氢氟酸的蚀刻剂。代替使用二氧化硅的是，还可以使用其它电介质层，如氮化硅或二氧化钛等。对于不同的电介质或表面钝化层，通常需要改变蚀刻剂溶液的组成。形成图10(a)的结构的另一种变化在于：n-型或p-型掺杂剂可以在已经产生氧化物中的开口的区域中扩散到硅材料的表面，以在二氧化硅层101中的开口602下面形成重掺杂区603。然后，这将允许金属层602与这些扩散的区域产生良好的欧姆接触，而与衬底掺杂及其极性无关。这种结构示于图10(b)中，并且已经证明跨过器件的背表面使用这种结构的硅太阳能电池实现了很高的电压以及效率。在这些器件中的局部扩散之后必须是允许除去沉积到硅表面上的任何扩散氧化物的步骤，以随后促进在随后沉积的金属和下面的掺杂硅材料之间的良好欧姆接触。在一些情况下，有利的是通过蚀刻掉一些硅102以形成阱604从而在触点金属602和硅之间提供更大的界面面积，来增加金属/硅界面面积或者改变如图1中和图10(c)中所示的几何形状。然后涂覆金属层602以直接接触硅102，或者在涂覆金属触点602之前，可以在硅的表面上形成重扩散区603。这些结构可以在p-型硅衬底上涂覆n⁺⁺扩散区，或者作为选择，可以在n-型硅衬底上涂覆p⁺⁺扩散区。

图10(a)和(b)的结构的另一种变型是穿过二氧化硅或其它电介质层产 生线而不是孔。如之前所述，可以通过使用可以被印刷成线的更高粘度的蚀刻剂产生这些线，原因是它不依赖于各个液滴和疏水表面的表面张力以使喷墨印刷的材料保持其三维形状。作为选择，通过印刷一行间距小的液滴，随后蚀刻与允许孔连接并且产生凹槽，而不是在其内形成触点的阱604所必需的数量的半导体材料，连接可以产生线。可以将n-或p-型掺杂剂的后续局部扩散再次与线或凹槽一起使用，以确保后续沉积的金属将接触半导体的高掺杂区。

获得图10(b)的结构的一种选择性方法是首先将磷掺杂的自旋扩散源涂覆到在其下面将形成局部的n-型扩散区603的二氧化硅层101的局部区域上。可以以例如通过喷墨技术或者丝网印刷的一定范围的方式涂覆磷源。随后加热整个晶片或者只加热其中已经沉积掺杂剂源的局部区域(如使用激光)，可以用于驱使磷掺杂剂穿过二氧化硅层101，并且进入硅晶片102的表面中，以产生重掺杂区603。在二氧化硅中的残留的高磷浓度极大地增加了其蚀刻速率，例如在氢氟酸中的蚀刻速率，从而允许形成开口601，同时导致其余未掺杂的二氧化硅101的最少蚀刻。这暴露出掺杂区603的表面，从而促进随后通过沉积如前所述的金属层602的金属接触。在该实施方案中，掺杂区可以是点或线，并且金属602可以接触所有这样的掺杂区或者只接触它们中一些，这取决于用于金属602的沉积技术。这种方法的一个特别的优势(strength)是在金属和重磷掺杂硅之间的触点形成的自对准性。还可以通过使用适合的p-型掺杂剂代替n-型掺杂剂以扩散穿过氧化物层，形成等价的相反极性的结构。

2.边缘结绝缘

通常，硅太阳能电池的顶表面的扩散还导致相同极性的掺杂剂沿着晶片的边缘并且跨过相反极性的触点通常所在的背表面的不希望的扩散。这通常提供在两个相反极性的金属触点之间分流的机会。因此，几乎所有商业上制造的太阳能电池都需要额外的加工，除去在边缘区域中的一些结，以防止或最小化这种分流。还可以将喷墨印刷用于实现如图11中所示的边缘结绝缘。在所示的结构中，已经将P150的牺牲层620或其它适合的层，如酚醛清漆树脂沉积在二氧化硅表面101上，以将其性质转变为疏水 性的。然后喷墨印刷可以用于印刷蚀刻剂(如15％氢氧化钠)或者印刷用于P150层的溶剂，如丙酮或乙二醇。这种蚀刻剂或者溶剂以成行的各个液滴形式被沉积或者印刷刚好在硅晶片的边缘周围，其中每一个液滴的直径通常为50微米，并且中心相隔约60微米。在蚀刻P150之后，在P150中的孔621之间留下约10微米的间隙″E″。然后穿过P150中的孔621蚀刻二氧化硅以在二氧化硅中形成相应的孔622。将这种晶片置于氢氧化钠溶液中不但促进除去P150的牺牲层620，且允许蚀刻已经产生二氧化硅中的孔622的任何地方中的硅102。随着硅蚀刻，底切将在二氧化硅层101下面形成，并且一旦硅中的孔被蚀刻至5-10微米的深度，并置的孔就相互连接，以在晶片的周围产生连续的凹槽623。重要的是，这实现了在n-型层624中产生间隙的图11的结构，因此在太阳能电池的前表面和背表面之间提供了电绝缘。再一次，与图10的结构的情况一样，一定范围的变型仍可以用于实现图10的等价结构。例如，如果使用已经增稠或者具有改性的表面张力从而允许将它直接印刷在二氧化硅上的二氧化硅用蚀刻剂，则可以一起省去P150。在这种情况下，还可以充分地增加蚀刻剂的粘度，以促进蚀刻剂的连续线的印刷，而不是印刷各个液滴以产生单个孔，所述孔随后必须通过衬底材料的蚀刻而连接。

在无需牺牲树脂层620的情况下产生二氧化硅(或其它电介质)层101中的开口的一种选择性方法是实施等价的上述实施例1，由此将磷有意地扩散到二氧化硅层101中，因此它可以优先被蚀刻。在这种情况下，在随后的NaOH蚀刻过程中将自动除去扩散到硅中的任何多余磷。

3.穿过相反极性的另一个半导体层接触半导体埋入层

需要实现比目前在商业太阳能电池生产中可实现的效率更高效率的一种重要结构是在相反极性的表面层下面埋入的极性半导体的欧姆接触的形成，如图12(a)中所示。应指出这种结构被图示为具有p-型衬底和n-型表面层，然而，所述结构同样适用于n-型衬底和p-型表面层。这种结构是特别重要的，因为它帮助实现了硅太阳能电池的最高记录开路电压(在晒一次的条件下超过720mV)。特别是，n-型表面层633需要实现与相反极性的衬底102优异的电绝缘。还必须具有如可以通过使用高温热氧化101 或另外使用适当沉积的氮化硅表面层实现的良好(well)钝化表面。n-型层633甚至可以保持未接触状态，这与遍及目前保持硅太阳能电池曾经实现的最高电压的世界纪录的硅太阳能电池的背表面的情况一样(S.R.Wenham等，″高效硅太阳能电池中的背表面效应(Rear Surface Effects inHigh Efficiency Silicon Solar Cells)″，会议纪录，1994 IEEE First WorldConference on Photovoltaic Energy Conversion，1994年12月，第1278页)。这种结构也是特别重要的，因为几乎所有商业上制造的太阳能电池目前都需要n-型扩散，以产生跨过太阳能电池的前表面的发射极，并且在相同的过程中，还不可避免地产生跨过背表面的n-型层。目前，大多数制造商都试图并且破坏在背面的这种背面n-型层，以促进欧姆接触形成到下面的p-型衬底上。然而，如图12(a)中所示，通过使用穿过n-型层至下面的p-型衬底的局部金属触点，可以实现更好的背表面钝化。这使得大多数背表面被由n-型表面层产生的浮动结良好钝化，所述n-型表面层转而在硅表面被高温热生长的二氧化硅层101良好钝化。许多制造商已经尝试制造这种类型的结构，但是由于随后在n-型层633和下面的p-型衬底102之间发生的分流而没有成功。

例如，通常的方法是将铝糊状物以网状图案丝网印刷到太阳能电池的背表面上，然后穿过表面n-型层烧制铝以与下面的p-型衬底进行接触。不幸的是，即使铝为p-型掺杂剂(3价)，通过这种处理被铝所掺杂的硅也不能与背表面n-型层产生优质的结，因此导致随后在器件的背面的p-n结的分流。这有效地破坏了背表面钝化，否则，这种背表面钝化通过背面浮动结是潜在地可获得的。实际上，浮动结的分流将背表面转变为有效地具有无穷大的背表面复合速度的背表面，因此降低器件电压和电流。

在图12(a)的实施方案中，将有机绝缘层631如酚醛清漆树脂或P150沉积在二氧化硅层101上，并且在将形成p-型层的触点处蚀刻出开口。可以通过如上所述喷墨印刷NaOH溶液产生在树脂中的开口。在已经将树脂产生开口之后，可以同样如上所述使用氢氟酸蚀刻二氧化硅层101。然后使用不侵蚀树脂或P150层631的蚀刻剂，如硝酸和氢氟酸的混合物，蚀刻硅阱632。然后通过将树脂的一种溶剂如丙酮的液滴涂覆到在阱边缘的树脂上使树脂或P150层回流，或者通过将其暴露于其溶剂之一如丙酮的 蒸气中，使其流入阱632(注意这种加工是使用倒转的衬底进行的，所以阱632朝上敞开，并且P150流入阱内)，实现阱632的边缘的绝缘。最后，涂覆金属630以在阱632的底部接触p-型硅102。

其中使用喷墨印刷可以等价地制造图12(a)的结构的另一种方法示于图12(b)至12(f)的次序中。在这种情况下，二氧化硅蚀刻剂(或如果使用另一种不同于二氧化硅的电介质，则使用备选的蚀刻剂)的液滴640示于图12(b)中，并且通过喷墨印刷直接涂覆到二氧化硅层101上，用于钝化由p-型衬底102制成的太阳能电池的n-型背表面633(假定二氧化硅表面已经被适当地处理以使其对被印刷的蚀刻剂适当地疏水)。图12(c)显示了已经被涂覆至二氧化硅层101的表面上的蚀刻剂液滴640，在此蚀刻剂保持其三维形态，而不是在表面上浸润。图12(d)显示了在被沉积的蚀刻剂640蚀刻之后，在二氧化硅层中产生的孔641。这暴露出在这些区域中的n-型硅层633的表面。随后可以使用一定范围的硅蚀刻剂或者依次涂覆的蚀刻剂的组合(碱-基的或酸-基的)，以制造图12(e)中所示的结构类型，其中二氧化硅层101(或其它电介质层或电介质层的组合)在蚀刻到硅102的背表面中的孔643的边缘有意地悬突642。要求硅的充分蚀刻不但暴露出下面的p-型衬底102，而且蚀刻出穿过n-型表面层633的孔，所述孔的直径比留在二氧化硅层101中的孔641的直径更大，使得将暴露的n-型硅633充分遮蔽/遮盖，以免受在背表面上进行的″瞄准线″沉积(在垂直背表面的方向上)的影响。这种状态是通过有意地继续蚀刻硅直至产生如所示的二氧化硅层101中的充分悬突642而实现的。其目的示于图12(f)中，其中通过诸如由蒸发的方法将金属644如铝进行瞄准线沉积允许金属直接接触p-型硅102，同时悬突的二氧化硅层101遮盖并且保护暴露的n-型材料不接收蒸发的金属的任何沉积，从而产生空隙645。这促进与p-型材料102的欧姆接触，同时避免与n-型层633的任何电接触。通过这种方法制造的结构在n-和p-型极性材料之间实现了高的分流电阻，因此避免了这种结的分流。随后典型在200-400℃的范围内的低温烧结不但可以有利地用于改善在金属和p-型硅之间的欧姆接触，而且改善在悬突的二氧化硅层下面的区域中所暴露的p-n结的钝化。后者有助于降低器件的结复合，因此提高太阳能电池效率。通常，在太阳能电池的背表面的n-型区域633的深度将小于1 微米，因此通常需要将硅蚀刻至不大于几个微米的深度。尽管已经表明大得多的尺寸顺利地工作，但是这典型地产生约1-3微米的二氧化硅的悬突凸缘。对于悬突层而言，更大尺寸的主要问题在于需要更长的蚀刻时间除去更大体积的硅，随后增加沉积量以促进跨过器件的表面产生连续的金属层644，如图12(f)中所示

产生二氧化硅(或其它电介质)层101中的开口而无需印刷/涂覆蚀刻剂的另一种选择性方法是实施上述等价的实施例1，由此将磷有意地扩散到二氧化硅层101中，因此它可以优先被蚀刻。在这种情况下，在随后的NaOH蚀刻中将再次自动除去任何扩散到硅中的多余磷。

将磷源在局部区域中沉积(通过喷墨印刷、丝网印刷等)到二氧化硅(或氮化硅)表面上，然后加热晶片，使得磷在这些区域中扩散到电介质层中。通常，磷直接通过并且进入硅中，使得随后的HF蚀刻剂将高浓度的二氧化硅比其余二氧化硅优先地除去。于是，这将暴露出硅表面，并且如果需要保持也具有一些扩散到其中的磷的硅的顶部区域，则继续加工，或者如果那里不需要在硅中有磷，则使用硅蚀刻剂如NaOH除去少量暴露的含磷的硅。这种方法的另一种变型是首先在局部区域中沉积磷源，然后生长出氧化物层(在此过程中磷自动进入氧化物层)或者沉积氮化硅层，然后在必要时加热晶片以使磷扩散穿过电介质层。

用于实现图12(a)的等价结构的另一种方法是首先制造图12(e)的结构，而同时使用表面钝化层646，所述表面钝化层646在底切蚀刻后充分薄的悬突部分647陷落在如图12中所示的孔中时变得充分柔韧，以等价地防止n-型层633受到任何后续的金属沉积。这种适当的表面钝化层的一个实例是磷掺杂聚合物，如用作磷扩散源的那些。这些层不但可以用于制备器件的表面n-型层，而且它们还表明实现暴露的硅表面的优质的表面钝化。而且，这些层可以逐渐被蚀刻，直至薄得足以变得相当柔韧，因此陷落到凹槽中，如图12中所示。然而，存在还可以使用的许多其它这样的表面钝化层，因为大多数材料在蚀刻至足够薄的尺寸时变得相当柔韧。通过化学处理悬突层以将它软化从而使其更柔韧，因此能够如所示地陷落，也可以潜在地有助于″陷落″过程。对于许多材料的另一种帮助还可以是加热器件，从而产生作用，以软化多个这样的包含聚合物的悬突层。通过加 热促进陷落过程具有下列附加优点：陷落的材料在与n-型表面进行接触时将趋向于提供暴露的n-型材料的更好的表面钝化，并且更重要的是，提供在该区域中暴露的p-n结的更好的表面钝化。加热对一些材料也是有利的，原因是它允许一些陷落的悬突层靠着n-型层密封，因此促进其它类型的后续金属化处理，包括使用溶液的无电镀敷。假如陷落的悬突层充分密封n-型材料暴露的区域，则无电镀敷的溶液不镀敷n-型材料，因此促进p-型材料的欧姆接触的形成，而不导致p-n结的分流。

之前已经提到，还可以通过蚀刻悬突的电介质或钝化层来帮助陷落过程。还应当认识到：与表面钝化层不同的其它材料可以用于所述目的。例如，表面钝化层可以具有沉积在上的另一层，所述另一层为此产生悬突特征，随后陷落到孔或凹槽，从而防止n-型表面受到任何后续的金属化。因此，可以使用两个独立的材料层，一个提供表面钝化，而第二个提供防止金属与p-型和n-型材料同时进行电接触的电绝缘。而且，当需要蚀刻悬突层以使其陷落到孔中时，该结构的一个有利特征是液体蚀刻剂以非悬突区域的速率约两倍的速率蚀刻悬突的区域，原因是与在蚀刻只发生在一个表面上的非悬突区域中的层的其余部分相比，它在其顶部和底部表面上都蚀刻。这还增加这种技术的鲁棒性及其可重复性。

在这里所述的所有结构中，极性全部相反的类似结构也操作良好，例如，对于上述实例，可以用n-型晶片和p-型扩散的表面制造类似的器件。

4.用于埋入式触点太阳能电池的化学蚀刻凹槽

在过去，通过使用激光切割穿过电介质层101并且进入硅衬底102的凹槽650从而还穿过n-型表面层651，已经说明了图14的结构。在这种激光划线之后，通常使用化学蚀刻消除激光损害，随后是重度磷扩散，以在所示的凹槽651的壁内产生n⁺⁺区域652。然而，尽管包含这种损害消除蚀刻剂，但是残留的激光损害不可避免地保留有穿过凹槽壁进入p-型衬底材料102中的缺陷。

喷墨印刷还可以用于制造与使用激光制造的那些类似的结构类型，但是没有由激光划线步骤所导致的损害。p-型晶片102最初扩散有磷而产生n-型表面区域652，随后生长或沉积由一定范围的材料如二氧化硅或氮化 硅等形成的电介质层101(或可以是这些材料一层在另一层上形成的几层)。对于喷墨印刷，电介质层表面，如果尚未是疏水性的，可以被化学处理或涂覆以使其疏水，因此适于喷墨印刷。然后通过首先喷墨印刷用于电介质层的蚀刻剂的一行单独的液滴，并且在液滴之间仅有小的间距，产生每一个凹槽。典型的液滴尺寸在直径方面约为50微米，因此间距被选择为略大于约60微米，以允许每一个液滴独立地形成在电介质表面上，而没有如上参考图9(a)至9(d)所述的相互干扰。液滴尺寸当然可以高至数量级更大或更小的尺寸，而在它们之间的间距适当地被调节，只要在电介质表面上的液滴间距尽可能地小，但是不相互干扰。在电介质中形成孔之后，使用硅蚀刻剂如氢氧化钠，乃至酸-基蚀刻溶液蚀刻在通过电介质中的孔暴露出来任何地方的硅表面。这首先产生了在硅中的多行孔，而一旦各个孔大得足以交叠，孔就会在充分蚀刻后连接而产生连续的凹槽。这些化学蚀刻的凹槽通常具有比通过激光或机械划线产生的那些更少的损害和缺陷。在形成凹槽之后，使用前述方法中的一种进行凹槽壁掺杂和金属化。

使用结合喷墨印刷的方法形成埋入式触点的另一种方法是涂覆电介质层101，该电介质层101通常同样为具有以上述方式提供适于喷墨印刷的疏水品质的另一层的硅表面钝化层。这种附加层可以是后续除去的牺牲层，或是不吸收将另外穿过下面的太阳能电池的光的透明层(或者如果在背表面上，甚至可以是将光反射回到太阳能电池中的反射材料)。如果被选择为具有适合的厚度和折射率，则所示的电介质层或者沉积在顶部上用于喷墨印刷的附加层也可以用作抗反射涂层。这些制备良好抗反射层的材料包括氮化硅、二氧化钛、一氧化硅、二氧化铈等。作为选择，可以在形成凹槽之后沉积抗反射涂层，其依赖于这样的事实：与上表面上的材料相比，在凹槽内的沉积材料厚度减小，因此通过抗反射涂层材料的蚀刻，允许随后将硅凹槽壁优先地暴露给硅上表面。这允许后续金属沉积或镀敷到凹槽中，以接触所示的n⁺⁺材料652，而不跨过太阳能电池的上表面制备对n-型材料651的金属触点。

用于产生如图14中所示的凹槽的又一种方法是喷墨印刷高粘度的蚀刻剂材料，其能够保持其三维形态而不依赖于疏水表面的存在。在这种情况下，可行的是如上参考9(g)和9(h)所述，喷墨印刷蚀刻剂的连续线，而 不是依赖于以一定距离隔开的各个液滴。然后，这样的连续蚀刻剂线将蚀刻在电介质层中的连续线，因此允许以图9(h)中所示的凹槽509形式直接化学蚀刻所述的硅材料。

用于产生二氧化硅(或其它电介质)层101中的开口以促进形成凹槽的又一种方法是实施与上述实施例1等价的实施方式，由此将磷有意地扩散到二氧化硅层101中，因此它在需要下面的凹槽或孔的任何地方可以优先被蚀刻。在这种情况下，在随后的NaOH蚀刻中，将自动除去任何扩散到硅中的多余磷。

可以将这种类型的结构同样良好地用于如图15中所示的太阳能电池的背表面，以产生用于背面触点金属化的凹槽660。在这种情况下，更普通的是凹槽壁被相反极性的掺杂剂扩散，即(对于p-型衬底)3价元素如硼扩散，以在凹槽660的壁上形成P⁺⁺区域661。这可以是在有或没有n-型表面层662的情况下进行的，所述n-型表面层662通常是在晶片的前表面的磷扩散过程中形成背表面之上的。这是用于制造跨过太阳能电池的背表面的浮动结的另一种方法，并且潜在地提供在上述实施例3中所述的结构的所有优点。在过去，这种结构是使用激光划线制造的，但是具有的问题是由激光划线处理所致的损害随后导致了在靠近凹槽口的p-n结的分流。在上述实施例3中也论述了这种浮动结的分流问题。与喷墨印刷蚀刻剂一起制造的化学蚀刻凹槽660不产生与激光划线的凹槽相同的问题。在这种情况下，没有产生缺陷和对硅的损害，因此，图15中所示的p-n结保持很高的分流电阻，并且产生质量优于使用激光划线制造的那些的浮动结。

在图14和15中所图示的结构的另一优点在于：可以使用无电镀或电镀，由此金属只在暴露硅表面处被沉积，在此情况下，在凹槽内部沉积。仅仅通过对带凹槽的区域金属化，可以在前表面和背表面同时产生金属触点的格栅图案，以产生双面太阳能电池。这允许光进入两个表面。

15的结构的背表面实施方案的另一种变型在于：还可以使用背面反射体来降低能够从背表面漏出的光量。可以通过沉积层如P 150(白色有机树脂或″涂料″)在与图12(a)中所示的结构类似的电介质层的顶部上，来获得背面反射体。作为选择，可以在电介质层上沉积金属层如铝以用作背面反射体。在形成这种类型的结构中更可行的是使用金属层作为被喷墨印刷、 随后被蚀刻、并因此随后在硅内部蚀刻凹槽时用于提供掩蔽的金属层。在这种情况下，所述金属然后同样用作背面触点的形成部件，并且还用作背面反射体。在每一个孔650没有被充分蚀刻以致它们连接并且形成凹槽的情况下，也可以制造在图14和15中的结构的变型。如图16(图14的横向视图)中所见，在这种情况下，还可以通过在孔650上涂覆足够的金属653(例如使用足够的电镀或无电镀)形成连续的导体。在这种情况下，形成孔壁的n⁺⁺区域652仍然是重掺杂的，而上表面651是轻掺杂的。等价的结构也可以用于在上面参考图15所述的背表面。

5.相反极性的交叉指形触点

在现在描述的实施例中，采用对上述实施例1-4所述的相同类型的方法和技术，使用蚀刻剂的喷墨印刷制造图17中所示的结构。在这种情况下，使用在硅中的凹槽或孔670以使欧姆接触通过直至埋入的p-型衬底102，而使用单独的喷墨印刷加工产生在P150层671和二氧化硅层101中的开口，以促进与表面n-型层672进行独立的欧姆接触。然后可以增加金属化以单独形成p-型触点673和n-型触点674，或者可以形成金属层，然后用化学品蚀刻或者例如使用激光烧蚀/熔融，以形成将p-型触点和n-型触点分开的开口675。如果独立地形成p-型和n-型金属化，则可以通过喷墨印刷方法形成这些金属化。因此，这两个独立的过程导致金属触点形成于两种极性的硅上，因此代表相反极性的触点。这些可以是所示的硅晶片的相同侧上产生的，因此无需金属触点位于太阳能电池的相反表面上。如果衬底具有足够长的少数扩散长度而只需用于聚集载流子的背面结(如图17中所示)，则这可能是有利的。在这种情况下，在前表面上没有金属触点，避免了在受光表面上的任何金属遮蔽。在这种电池结构中，还优选使用更薄的衬底，以允许改善在太阳能电池的上表面附近吸收的光的载流子聚集概率。由于经济目的，也优选更薄的衬底，其中在工业上的趋势是逐渐使用越来越薄的衬底。图18显示了对于任一种极性的衬底的这种结构的更加具体的实施方案。它还显示了在背表面上使用以用作背面反射体的P150层671，以及该机构提供在上面参考图12(a)或13所述的n-型衬底和表面p-型层之间的良好分流电阻。图18的这种结构具有是实现特别高的 效率的潜力，条件是衬底的少数载流子扩散长度显著大于晶片厚度。这种结构的高效率特性包括为0的前表面金属遮蔽损耗，降低表面复合的轻扩散表面，并且避免生成的载流子的低聚集概率的任何区域，良好钝化的前表面和背表面，通过避免边缘结绝缘的需要并且通过实现在n-和p-型极性之间的良好电接触而实现的良好分流电阻，并实现将对器件暗饱和电流的贡献最小化的低金属/硅界面面积，而实现了在比晶片厚度大得多的主体中的少数载流子扩散长度，使用背面反射体避免光陷阱，通过适当地选择n-和p-型掺杂浓度的低电阻损耗，以及在必要时，在金属触点正下方提供另外的掺杂剂以进一步降低接触电阻(未显示)。为清楚起见，在附图中也没有显示的是将织构化表面用于光陷阱，以及与抗反射涂层等一起用于降低前表面反射。

这种结构的一种潜在的重要应用是在某些地方例如清洁度差并且通常缺少技术专长的发展中国家促进制造太阳能电池。这种特殊的技术克服了让太阳能电池制造商购买已经织构化的680、扩散的672和被氧化的101的晶片(如图19中所示)所带来的这些问题。在所述技术的该实施方案中，仅仅需要一次高温处理以制造图19的晶片，包括通过将硼或等价物扩散到晶片表面区域672中同时形成p⁺表面区域，同时在相同的热处理中氧化该表面，以如所示用二氧化硅层101提供良好的表面钝化。在进行这种热处理之前，消除锯齿状损害，并且根据需要对表面织构化680。然后可以出售这些晶片以用于制造太阳能电池，而无需进一步的高温处理(即，不超过300℃)，因此没有破坏在图19的结构中实现的高的少数载流子寿命和优质表面钝化的潜力的机构。另外，通过使用喷墨印刷，可以通过穿过二氧化硅且在必要时，穿过p⁺层蚀刻出开口，实现两种极性的触点的形成。通过使用喷墨印刷基方法促进所有的电池精加工工序，这些可以是在不使用需要特别高水平的技术专家来操作和维护的复杂设备的情况下进行的。因此，在诸如发展中国家的地区中可行的是，进行需要较低成本和不复杂的设备的其余加工，所述设备通常是在这些发展中国家中已经存在的设备。在使用目前在全世界使用的商业化电池技术的情况下，这是不可能的，所述的商业化电池技术需要高温扩散和氧化以及高温金属烧结，例如这些用于主要电池技术，即常规的丝网印刷太阳能电池。

6.将喷墨印刷与化学蚀刻一起使用将太阳能电池表面织构化和刻蚀

以前使用光刻提供在二氧化硅101涂覆的硅衬底102的表面中的线性开口690、691以促进随后蚀刻在所有除去二氧化硅的区域中的硅，论证了图20的结构。对于<100>取向的晶片，如果使用各向异性蚀刻剂，例如稀释的氢氧化钠或稀释的氢氧化钾，蚀刻将相当快速地继续进行直至暴露出<111>面。这是在前表面和后表面上同时进行的，其中开口690、691如所示地相互垂直取向，以允许在相反表面上的凹槽相互垂直。这样进行以保持晶片中的强度，而且改善光陷阱，使得通过在前表面和后表面上避免存在平行的<111>面，可以在前表面和后表面上重复地进行光的全内反射。参考图21，还可以使用喷墨印刷制造图20的结构。可以使用与上述那些技术类似的技术，以使二氧化硅蚀刻剂的点/液滴的线能够被喷墨印刷。在特定线695内的连续点694必须以间距″F″相互隔开，所述间距″F″小于在它们和在相邻线693中的并置点692之间的间距″G″。这促进在通过在特定线693，695中的点所形成的孔下面的硅中形成的凹槽连接，以在相邻的凹槽连接之前产生连续的凹槽690。这示意性地显示于图21中，其中典型将直径为50微米的液滴印刷在行639，695中，其中中心至中心的间距″F″典型为在行内的液滴692，694之间的60微米，并且中心至中心的间距″G″典型为在液滴的相邻行693，695之间的70微米。最终结果是形成如在图20中所示的凹槽，其中在相邻凹槽的边缘之间的间距被约10微米的二氧化硅保护的晶片表面分开。

图20的结构在使用短的少数载流子扩散长度的材料时还具有优点。首先，即使在将晶片制备得相当薄时，它也因为垂直的凹槽结构所提供的强度而保持足够的强度。而且，在两个表面上形成些大的凹槽消除了大体积的衬底材料，从而降低了能够对器件暗饱和电流有贡献的材料的体积。除去衬底材料的代价通常是降低光的吸收，但是在这种情况下，由这种结构所提供的优异的光陷阱充分改善吸收，从而大于对降低的材料体积的补偿。这种结构与使用低质量衬底相关的另一个重要的特征在于，如果适当地确定尺寸(dimensioned)并且加工，则可以形成前凹槽和后凹槽以交叉形成连接前表面和后表面的孔。因此，晶片表面随后的磷扩散促进前和后扩 散的区域穿过这些孔的连接。如果凹槽相隔约60微米，则从前面至后面穿过晶片的这些孔也可以因此典型地相隔60微米。这是足够紧密的，以促进所有的金属触点位于后面上，而不导致显著的损耗，原因是由前面的结所聚集的载流子可以通过这些孔传输到后面，所述孔足够间距小而将电阻损耗最小化。而且，在这种结构中的前面和后面的结的自然形成大大增加了在衬底中产生的载流子的聚集概率，尤其是在使用低寿命的材料时。假如少数载体扩散长度在晶片厚度的一半附近，则在图20中所示的结构提供在硅材料的整个体积内产生的所有载流子的较高聚集概率。还可以使晶片的极性和扩散相对上述那些相反。

图20的结构的另一个特征在于喷墨印刷步骤控制了凹槽的位置。因此，在需要金属触点的位置，可以局部改变印刷图案将凹槽移位乃至省略，以提供促进更容易形成金属触点的平坦表面(在蚀刻之后)。

7.通过喷墨印刷的波纹式切割结构

图20的结构的一种变型是示于图22中的结构，其中前凹槽696和后凹槽697相互平行，但是彼此以间距″J″偏移，如所示，该间距″J″是凹槽间距″H″的一半，以防止前凹槽和后凹槽相交。通过相对于晶片厚度适当地选择凹槽间距，可以使在形成前凹槽和后凹槽之后的其余硅材料厚度变成任何需要的厚度。容易的是调节喷墨印刷参数以使液滴显著大于在前述实施方案的一些中所用的40微米直径的液滴。再次，可以调节喷墨印刷的图案以根据需要保持用于金属接触的平坦表面的一些区域。另外，可以改变图案而在垂直前凹槽和后凹槽的方向上产生肋部，以强化晶片，否则晶片沿着凹槽容易断裂。这些肋部可以通过允许在前表面或后表面或者两个表面上形成的凹槽中的中断(breaks)简单地形成。这些中断保持形成强化肋部的未蚀刻区域，其每一个具有约等于凹槽中的各个中断的长度的宽度。

8.液体扩散源的喷墨印刷

衬底102的裸露的硅表面701可以通过将其适当地化学处理，如在氢氟酸中浸渍而使其变得疏水。如图23(a)中所示，通过随后将液体″自旋″ 扩散源的液滴702喷墨印刷到该表面701上，然后将该表面加热至在900℃附近的温度，随后在约100-200℃干燥液体扩散源，制造出图23(b)的结构。这是因为在干燥的自旋(磷玻璃)扩散源703和硅表面701之间直接接触的点的下面，区域706中的磷在硅中重度扩散。在暴露的硅表面701上的区域704的其余部分仍然被磷轻度扩散，原因是磷是以气相形式从沉积源703传输到晶片表面的其余部分的。在所示的轻度n-型表面扩散中，薄的二氧化硅层705也生长在所示的这些区域上。使用适当的蚀刻条件可行的是，然后除去在重磷掺杂的区域706上的磷玻璃703，同时保留一些钝化的热生长二氧化硅层705，所述二氧化硅层705不但可以用来钝化轻度扩散的n-型表面区域，而且潜在地掩蔽这些区域免受无电镀敷溶液的影响，所述的无电镀敷溶液可以直接镀敷到在重磷掺杂区域706中的暴露的n⁺⁺材料上。

然而，这种结果还可以通过从图24(a)中所示的结构开始而实现，在所述结构中，在液体扩散源712的喷墨印刷之前，在衬底102的表面711上形成二氧化硅层101。在干燥液体″自旋″扩散源712以形成磷玻璃扩散源713之后，产生图24(b)的结构。随后在典型地超过900℃的高温加工促进磷驱动穿过二氧化硅层，并且进入p-型晶片的表面以形成重磷掺杂的硅区域716和重磷掺杂的二氧化硅区域717，如图24(c)中所示。还可以形成轻度扩散的n-型表面区域714，但是根据所用的二氧化硅层101的厚度和扩散的温度及其持续时间，可以避免这种扩散的区域。通常，在刚生长之后，在这种结构中的二氧化硅层101的厚度在 

的范围内，但是该厚度随后在加工过程中降低，特别是在磷玻璃去除过程中以及根据所用的镀敷溶液在n-型区域的镀敷过程中降低。

尽管重要，但是在图24(c)中所示的结构使得优先除去磷玻璃713和下面的重磷掺杂二氧化硅层717是可行的。这是因为二氧化硅层的化学性能因高浓度的磷而显著变化，从而可以将其以比通常的二氧化硅快得多的速率优先蚀刻。例如，可以使用稀氢氟酸以非常快速地蚀刻掉磷玻璃713和重磷掺杂的二氧化硅717，同时蚀刻掉较少的二氧化硅层101，所述二氧化硅层101覆盖硅晶片102的表面711的其余部分。在这样蚀刻之后，制造出图24(d)具有暴露的n⁺⁺区域716的结构，同时磷轻度扩散的表面区 域714保持钝化，并且被热生长的二氧化硅层101保护。然后，如图24(e)中所示，可以通过无电镀敷将这种结构金属化，其中在所示暴露出磷重度扩散的硅区域716的表面处将金属触点721自动镀敷。典型的金属镀敷721包括首先闪现的镍719，例如通过无电方式沉积的镍，随后是无电镀铜718的厚得多的层。这种结构具有许多优点，包括被二氧化硅层101良好钝化的轻度磷扩散的表面区域714，低的金属/硅界面面积，通过使用重磷掺杂的区域716而导致的金属和硅之间的低电阻，通过使用无电镀铜718所导致的金属721中的良好导电性，以及自对准金属化方案，由此金属触点721自动位于已经形成重磷掺杂的区域716(n⁺⁺层)之处。

将液体扩散源喷墨印刷到需要表面扩散的特定位置的这种方法使得制造以前难以制造的所有范围的半导体器件结构是可行的。例如，除在上述图22和23中所述的那些以外，可行的是将相反极性的液体掺杂剂源喷墨印刷在晶片的相同表面上的相邻区域中，或者只提供无论在任一个表面上所需要的和任何一种极性的掺杂区。

在图16中所示的金属化方案的另一个特征在于，它可以使用喷墨印刷提供无需连接的一行液滴，如图9(a)的液滴501。在二氧化硅层101中随后产生的一行孔654允许形成无电镀敷的金属区，所述金属区将自动连接，条件是所述的一行孔彼此是间距足够小的。在液滴(以及在二氧化硅层101中的后续孔654)之间的典型间距在5-15微米的范围内，并且它在镀敷过程中相对直的向前，从而以与图16中所示的配置类似的方式，使相邻的孔经由跨过二氧化硅层101的表面的金属镀敷连接至相邻的镀敷区域。

可以使用喷墨印刷技术进行的方法的一个实例是使用可以以液体形式涂覆的一种可用电介质材料涂覆图案化的电介质层。在通过喷墨印刷沉积这种电介质材料之后，通常将需要对材料进行一些加热(如上所述)以赋予电介质层以需要的性能。尽管可以采用各种加热方法，但是特别有吸引力的方法是将激光操作与喷墨印刷头一起使用，以基本上同时进行这两个任务。可以以这种方式涂覆的电介质层的实例包括二氧化硅、二氧化钛、各种聚合物等，乃至可以使用不同电介质的多层。例如，可以喷墨印刷电介质层如液体自旋二氧化硅以保护n-型硅，或者作为选择，等价的结构可以通过用电介质如二氧化硅涂覆整个表面，然后在除去电介质层的各处喷 墨印刷用于电介质层的适合蚀刻剂(如稀HF)而制造。

当实施基于加工助剂(如上述实施例中的电介质)的喷墨印刷的制造方法时，特别有效的装置是图25中所示的X-Y工作台841，其具有移动的载体845(其固定在其上形成太阳能电池的衬底842)，与喷墨印刷头843和一个或多个激光划线头844组合。这允许衬底842在静止激光器844下的X和Y方向上移动，并且一个或多个静止印刷头843允许通过激光器844在需要的任何地方施加热量以及加工助剂(例如，液体电介质材料)的喷墨印刷。这促进加工助剂(同时简化对准问题)的局部加热，并且在掺杂的电介质材料或其它掺杂剂源的情况下，允许加工助剂的激光掺杂，在需要时的加工助剂的局部烧蚀，以及没有被电介质涂覆的区域中的硅的热处理或烧蚀。在这种装置中，激光器844可以是具有一定波长范围的激光器，并且根据需要的结果可以是Q-切换的，或者连续的。

在上面参考图25所述的喷墨印刷和激光加热系统是为了清楚而简化的，并且仅仅示出了一个印刷头和激光器，然而参考图26，优选的喷墨印刷和激光加热系统将典型地具有两个激光头844、852，一个在波长为1.064微米的光下操作，并且另一个在波长为0.532微米的光下操作。两个印刷头可在Q-切换模式操作或连续波操作之间切换。另外，该系统典型地具有8个以上的喷墨印刷头843、854、855、856、857、858、859、861，一个与液体电介质层源862如二氧化硅连接，一个与液体n-型自旋扩散源如磷(为清楚起见，其余源未显示)连接，一个与p-型液体自旋扩散源如硼连接，一个与用于蚀刻二氧化硅的酸基蚀刻剂连接，一个与用于蚀刻硅等的碱蚀刻剂如氢氧化钠连接，一个与具有金属离子/颗粒的液体的源连接，并且一个或多个与用于稀释在其余5个头中的材料的任何一种的溶剂或其它溶液的源连接。X-Y工作台、印刷头和激光器由控制单元863控制，所述控制单元863典型地为具有适合的界面的计算机，由此控制单元保存被处理的图案，并且操作X-Y工作台以将器件定位在各个印刷头下面，然后操作印刷头进行需要的处理。应当注意：在图26中，为容易表示而将各个印刷头显示为隔开，但是在实践中它们可以是间距小的，以降低X-Y工作台的尺寸要求，并且减少工件的移动。

可以通过激光头进行的典型功能包括：干燥或者烧制由喷墨印刷头沉 积的液体源的任一种(通常为连续波模式)；硅烧蚀或者机械加工(q-切换模式)，其中使用高功率的更长波长激光器形成更深的结构；从上面的掺杂剂源将掺杂剂扩散到硅的局部区域中；掺杂剂在局部区域中的硅内部的再分布(即，″推进″)；以Q-切换模式使用更短波长的激光器烧蚀或破坏上面的电介质层；通过以连续波操作形式局部加热在局部区域中氧化硅表面；等。喷墨头能够：进行任一种极性的液体扩散源到精确位置的局部印刷，准备随后的激光干燥和扩散到晶片或电介质层中；将电介质层沉积在局部区域中，以在随后的处理中掩蔽下面的区域从而钝化下面的材料，或者将下面的材料与随后沉积的导电材料如金属等电绝缘；印刷蚀刻剂以在表面电介质层、表面金属层或半导体本身的孔内的特定位置产生开口；将例如可以被印刷的含有金属离子的液体印刷到两个并置的n和p-型区域的结区域上，然后用激光器加热以驱使金属离子进入结区域中，因此有意地使结短路从而提供电接触；乃至印刷溶剂以稀释或清除已经沉积到晶片上的其它液体源的任何一种；等。

重要的是，上述系统具有X-Y工作台841，所述X-Y工作台841将被加工的晶片842保持可移动的载体845上，并且能够精确地定位在用于加工的印刷头843、854、855、856、857、858、859、861或激光头844、852的任何一个下面的晶片842上的任何点。将激光器和喷墨印刷头全部彼此相对精确地定位，使得例如所有上述过程可以在相同的晶片842上进行，所述晶片842被X-Y工作台841移动至各个适合的位置，同时保持其位置相对于X-Y工作台841的载体固定。这提供了形成器件结构的宽广范围的加工选择。

上述喷墨印刷和激光装置避免在使用依赖于例如光刻掩模的加工时通常面临的对准问题。

9.具有到埋入层的触点的器件的实例

下面参考附图的图27至40描述用于接触埋入层的方法。图27显示了具有朝背表面907的p-n结902的硅晶片901。晶片901的主体903可以是掺杂的p-型或n-型，但是对于本实施例为p-型，并且背表面区域904是相反地掺杂的(即，可以是n-型或p-型，但是在这种情况下为n-型)。图 28显示了具有被多个电介质层905、906如二氧化硅或氮化硅钝化的前表面和背表面的图27的晶片901。这些电介质层通常还作为用于前表面或受光表面的抗反射涂层，并且可以提供掩蔽以防止硅表面在加工过程中受到例如金属沉积，乃至污染。在任何地方，电介质层厚度可以在10nm至数微米之间变化，并且仍然适用于这种方法。

图29显示了图28的晶片，该晶片在电介质层中具有开口908，或者是孔或是线或是一些其它图案，以暴露出硅表面907。这些开口可以通过激光烧蚀，适合化学品的喷墨印刷，基于光刻的方法，机械研磨等而产生。对于所述的技术，开口的典型宽度在任何地方可以落入1微米至1mm的范围内，以及所有宽度适用于形成到埋入的半导体层的触点。在电介质层中开发针孔开口的其它技术甚至可以实现小达10nm的开口，这也适用于形成到埋入式半导体层的触点。

图30显示了图29通过下面的步骤在硅中的开口909之后的晶片：蚀刻所暴露的硅区域以除去n-型硅904而暴露出p-型硅903，同时在电介质中形成的孔或凹槽908的边缘产生电介质层906的悬突部分911。硅的蚀刻可以使用一定范围的化学蚀刻剂和溶液如氢氧化钠或酸蚀刻剂，包括氧化硅表面的化学品如硝酸或高锰酸钾，以及蚀刻被氧化的硅的化学品如氢氟酸进行。其它方法还可以蚀刻所述的硅，同时还产生悬突的电介质区域，如硅的等离子蚀刻。孔或凹槽的典型尺寸可以在任何地方具有0.1至100微米的深度，以及在电介质层中的相应悬突也在0.1至100微米的范围内。在接触埋入式半导体极性中重要的是，孔或凹槽的深度必须足够大以超过背表面的结深度，以确保暴露埋入的半导体材料。而且，必须实现在电介质层中的充分悬突，使得在随后的金属瞄准线沉积过程中，由悬突的电介质遮盖从半导体材料(与在孔或阱的底部所接触的极性相反)的表面层暴露的硅材料，以得到在两种极性之间的电绝缘。

图31显示了图30通过下面步骤将金属如铝的层912沉积到电介质层906的表面上之后的结构：使用大致为瞄准线的方法如真空蒸镀、溅射、电子束沉积、等离子体溅射等以将金属触点913形成到硅材料中的开口中的p-型材料903上。这允许悬突的电介质遮盖所示的孔或凹槽内的表面n-型区域，以及同样从金属沉积中遮盖背表面n-型材料。这确保金属只接触 埋入的p-型材料，而不是n-型材料，因此实现了在两种极性之间的电绝缘。应当指出：通过悬突的电介质所实现的作用可以同样良好地通过许多其它的材料层(导电和非导电的)实现，所述材料层可以被沉积以代替电介质层。

图32显示了图30的结构的变型，由此在电介质层906中产生第二组开口914以暴露n-型硅表面907的局部区域。再次，可以使用上述技术产生开口。如图33中所示，图32的结构促进在金属沉积922过程中，同时形成到p-型硅的触点923以及到n-型硅的触点924。金属触点的放大示于图34中。在该结构中的一种可能的弱点是用于在低接触电阻的情况下同时接触n和p-型硅的金属的能力，其有效性取决于各种因素，包括：所用的金属，在金属/硅界面的硅中的掺杂浓度以及所进行的任何后续热处理。通常，将对于一种极性的掺杂硅形成良好的低电阻接触的金属将对于相反极性的硅形成整流结。例如，铝是功函数较低的金属，该金属对于掺杂等于或大于3x10¹⁶个原子/cm³的p-型硅产生相当好的欧姆接触，而当沉积到掺杂仅等于或小于1x10¹⁶个原子/cm³的p-型硅上或到n-型硅上时形成肖特基势垒。如图35中所示，通过在金属924和硅904之间包含很薄的二氧化硅层925以形成MIS触点，通常可以改善在铝和n-型硅之间的接触(较低的接触电阻)。这是因为金属的低功函数导致在半导体表面的导带中的弯曲以有效地提高n-型掺杂，其中电子能够通过量子力学隧道效应隧穿过薄的界面氧化物。在5至 

的范围内的氧化物层适于这类MIS触点，因为也在其它类似厚度的电介质类的范围内。在金属/硅界面使用适合的二氧化硅层对于同时促进对于两种极性的硅的低电阻接触也是有利的。参考图36，这是通过有意地形成使用界面氧化物层926的MIS/针孔触点而进行的，所述界面氧化物层926不但对于采用MIS机构928的触点厚度适当，而且有意地容易产生大量针孔，所述的针孔容许上面的金属929如铝渗透通过，从而形成金属927的指，以与在隔离位置的硅表面直接进行接触。通过根据所需要的针孔密度和每一个针孔的优选尺寸，在100至500度范围内的低温处理，并且处理时间在30秒至数小时的范围内，可以提高后一种效应。每一个针孔趋向于随着时间延长和温度升高而增大，在金属通过它与硅进行接触的针孔的密度也是如此，从而制造了结构。

使用所述MIS/针孔触点形成的方法，相同的氧化物层和金属能够与n 和p-型硅同时进行接触。例如，如果二氧化硅层在暴露的n-型和p-型区域和沉积在两个区域上的铝上于80度下化学生长至约 

的厚度，则在300℃热处理10分钟允许铝还原二氧化硅层的局部针孔区域，以促进与硅的直接接触，同时没有针孔的其余区域保持MIS结构。参考图37，对于p-型硅表面931，结构933的MIS部分产生整流结，所述整流结然后通过氧化物926中的针孔中的金属923的指而在铝934和硅903之间的直接接触而旁通。因此，这些针孔区促进在铝和p-型硅之间的低电阻接触。通过到p-型硅表面931上由还原的二氧化硅材料生长出固相外延的硅材料935，也有助于后者。这进一步降低接触电阻，特别是对于轻掺杂的p-型表面(掺杂至低于1×10¹⁷个原子/cm³)的接触电阻，原因是在硅903和铝指932之间的界面处固相外延生长的材料935掺杂有本身为p-型掺杂剂的铝。当将相同的结构用于n-型硅表面907时，在界面处具有或没有固相外延生长的p-型材料935(参见图37)的情况下，在铝指和硅之间的直接接触趋向于形成相当于高电阻接触的整流结。这种高电阻(或整流结)通过如图36中所示的并联存在的触点928而旁通的。参考图38，还可以有利地使用通常对用于MIS结构太厚(高达几千 

)的显著更厚的氧化物(或电介质层)。其原因在于金属(例如铝)指937、938、939将渗透穿过氧化物层至不同的深度。即使图38中所示的一些区域保持太大而不能有助于欧姆接触的氧化物厚度(即，作为MIS触点是不适合的)，也可以观察到其中铝指937已经渗透到直接接触的硅表面907的其它区域，而另外的其它区域具有金属指938，其已经实现了在金属和硅之间的其余薄氧化物在适当的厚度范围内的地方几乎全部渗透，从而促进欧姆(低电阻)MIS触点941在该局部区域中的形成。在这些情况下，具有低功函数的金属的MIS结构941促进与之前所述的n-型表面907a的低电阻接触的形成。重要的是注意到：与n和p-型表面的低电阻接触可以是同时仅使用一种氧化物生长方法和用于两种极性的一种金属沉积922，934而形成的。这甚至适用于大大低于1×10¹⁷个原子/cm³的低掺杂表面。以这种方式形成的并置触点示于图39中。图40显示了实际的结构，其中所沉积的金属为铝，并且针孔触点占面积的约10％，而MIS结构占其余90％。图40的结构为通过向二氧化硅涂覆的硅晶片上真空蒸镀铝(具有白色上表面的上层)形成的金属-绝缘体-半导体(MIS)触 点。硅晶片901是下暗区，而薄氧化物926被夹在晶片901和铝层922之间，其中间隙通过铝已经渗透至晶片表面的氧化物层。在热处理之后，SiO₂ 被上面的Al随机还原，允许在在局部区域中的Al和硅表面之间的这种直接接触。所示的截面的宽度约为1微米，表示针孔密度约为10-20个/平方微米。

10.在非接触区中使用浮动结的背表面钝化

参考图412至47，在使用p-型晶片901时，大多数商业化的磷扩散方法同时导致前表面区域951和背表面区域904以及侧表面区域952扩散而形成n-型层，如图41中所示。根据所用的金属接触方案，对于这些磷扩散的薄片电阻率通常在40至1000的范围内。图42显示了随后涂覆有电介质层953如氮化硅的晶片，所述电介质层953通常用作受光表面的抗反射涂层，同时钝化暴露的硅表面。为了将p-型金属触点用于背面，可以使用上述方法将电介质层图案化以具有开口954，并且蚀刻暴露的n-型硅，以在暴露出p-型晶片的硅中蚀刻出开口955，从而提供图43的结构，然后通过近似瞄准线沉积方法沉积金属层956如铝，以制造图44的结构，其中金属仅接触在开口955内部的p-型硅以形成接触层957。根据晶片的电阻率，可以烧结金属956以降低接触电阻。然而，如果在p-型晶片中的掺杂太低而不能产生良好的欧姆接触，则在形成金属层956、957之前，可以在暴露的p-型硅上生长出薄的氧化物层958，使得在铝的烧结过程中，二氧化硅的还原提供用于铝的硅源，其在与金属的界面处通过针孔暴露(未显示，但是可参见前面的附图和描述)时促进重p-型掺杂硅到p-型晶片表面上的固相外延生长。这防止形成肖特基势垒，从而促进低电阻接触。重要的是，这种方法仅允许铝接触p-型材料。根据所用的前面的金属触点959的类型，可以在背面金属触点之前或之后涂覆前面的金属触点。例如，如果前面的金属触点是丝网印刷的银，则可以通过蚀刻形成在电介质层953中的适合开口，并且可以在化学蚀刻以暴露p-型表面并且产生悬突的电介质层之后印刷触点。然后，前面的金属触点959的烧制同时在其上沉积铝的p-型表面上产生氧化物，如图45中所示。随后加热促进氧化物的还原，以及与之前所述的p-型硅的接触，以提供金属指961和固相外延生长的p- 型材料962。在这种情况下，以网状图案形式形成p-型触点，其具有在金属指的末端的连接母线。作为选择，p-型触点可以是通孔而不是凹槽，用铝沉积的，其具有厚度大于孔深度的铝，使得铝597能够与跨过背表面上的氮化硅上沉积的铝956连接，同时避免在背面与n-型层的任何接触，如图46中所示。在p-型触点和背面n-型层之间的高电阻(分流电阻)对于背面浮动结有效地钝化背表面是必要的。而且，在这种结构中，可以任选除去同样沿着晶片的边缘形成的n-型层951、952(参见图44)。

11.用于n或p-型晶片的交叉指形背面触点

本实施例类似于上述实施例，不同之处在于在电介质层中产生独立的第二组开口。例如，对于具有n-型扩散表面的p-型晶片，之前参考图27至39描述的方法与第一组开口908一起使用以暴露出p-型晶片材料并且与其进行接触，同时使用在电介质中的第二组开口914以暴露n-型硅表面。后一组开口可以采取在背表面上的梳状图案971的形式，与为p-型触点形成的类似图案972交错，以产生图47中所示的交叉指形触点。电介质层中形成两组开口所采用的顺序最好由用于产生开口的方法确定。例如，如果使用激光烧蚀，则最好首先形成p-型开口，因为需要通过蚀刻形成悬突。随后通过激光烧蚀电介质以暴露通常无需蚀刻的n-型表面而形成第二组开口。另一方面，如果将抗蚀剂层图案化，即喷墨印刷化学品，从而于是促进下面的电介质的图案化，则最好首先形成浅的n-型开口，使得这些开口由另一抗蚀剂层保护，所述另一抗蚀剂层随后促进之前所述的p-型接触开口的形成。在任何一种情况下，一旦已经产生两种极性的开口以暴露两种极性的硅表面，就化学氧化表面，随后是铝沉积并且烧结，促进与两种极性的欧姆接触，同时提供在悬突下面的暴露的结区域的适当钝化。下面是这种将保护性抗蚀剂层用于图案化二氧化硅电介质的加工顺序的一个实例：

(i)将晶片表面织构化

(ii)前表面和背表面的磷扩散+在蒸汽中热氧化，以得到约 

的氧化物厚度

(iii)通过自旋或喷涂方法将抗蚀剂涂料涂覆到晶片背面上

(iv)喷墨印刷适宜的化学品，以在将涂覆n-型金属触点的任何地方的在抗蚀剂层中产生开口

(v)将晶片浸没在氢氟酸中，以在二氧化硅中蚀刻出开口，从而在已经形成抗蚀剂开口的任何地方暴露n-型表面，随后通过化学清洁除去抗蚀剂

(vi)在晶片的背表面上涂覆新的抗蚀剂层

(vii)在需要p-型触点处将上述抗蚀剂层图案化

(viii)化学处理，包括HF浸渍以在电介质中形成图案，随后酸蚀刻(氧化剂+弱HF)以暴露n-型材料，并且产生悬突的电介质，随后清洁，以除去抗蚀剂，随后化学氧化暴露的硅表面，例如在约80℃、含有过氧化氢或高锰酸钾的浓硫酸中

(ix)通过例如溅射或蒸发或等离子溅射，将铝沉积到背面上

(x)将金属触点在300℃烧结10分钟

(xi)可以使用金属例如镍和铜的任选无电镀敷或电镀使金属积累至更大的厚度，并且使其可软焊。在这种情况下，铝表面镀敷，同时化学生长的氧化物和电介质层防止其余表面受到镀敷的金属影响。

12.用于粘合到支撑衬底或覆盖物上的薄硅晶片的交叉指形背面触点

在工业上的趋势是由于经济原因和促进使用低质量的衬底材料实现高效率，而使晶片越来越薄。一旦硅晶片的厚度低于约100微米，在没有不可接受地高断裂率的情况下加工晶片就特别有挑战性。一种选择是将薄硅晶片(在5至100微米厚度的范围内)粘合到支撑衬底或覆盖物如低成本、低纯度的硅或与硅热配合的玻璃如硼硅酸盐玻璃或一些其它热配合的材料。为了允许随后加工器件，需要能够从晶片的相同表面涂覆两种极性的触点，同时需要将热处理保持至低温，以同时避免来自支撑材料的污染并且避免热膨胀系数的失配问题。本文中的前述方法对于这种情况是理想的，所有的金属接触在低于400℃的温度能够良好地进行，并且从晶片的单一侧进行。在将硅晶片粘合至支撑材料之前，需要进行初始的表面清洁、扩散和电介质形成/沉积，所有后续加工在连接支撑层的情况下进行。还可行的是将更厚的晶片粘合到支撑材料上，随后化学或机械粘合到薄晶片上。当在一个表面上形成触点时，它们可以是交叉指形的，如图47中所 示。

13.在支撑材料上用于薄膜硅的触点

本实施例与上述12几乎相同，不同之处在于例如通过蒸发或PECVD或溅射等直接沉积到支撑衬底或覆盖物上以形成硅，对于一层或多层电介质层也是如此。在这种情况下，作为沉积处理的一部分，形成一个或多个结，然后如在上述3中所述那样涂覆触点。根据所用的沉积处理，沉积的硅可以是非晶性的，因此需要结晶步骤。

14.到在层叠体中的任何埋入层的触点

上述触点形成方法可以用于如图48中所示的半导体层的层叠体，由此它可以用于与任何层进行电接触，同时与所有其余层保持电绝缘。例如，在交替极性n-p-n-p-n的5层882、883、884、885、886的层叠体881中，可以使用上述方法，从如图48中所示的层叠体中的背面与第四层883进行接触，以制造图49中所示的结构，其中电介质层887是开口的888，并且在半导体中的开口891被蚀刻到第四层883，同时在电介质887下面形成底切区889。然后在开口891中形成电介质膜892。如图50中所示，在加工后续的沉积金属893之后，在开口891中形成的金属层894能够与该第四层883进行接触，并且与所有其它层保持电绝缘。通过在电介质892中的针孔中形成金属指895，并且经由固相外延生长的p-型材料896接触p-型材料883。参考图51，可以通过保护各个暴露的表面重复使用该处理，原因是在对暴露的另一个层重复相同的处理之前，它形成有保护性涂层如二氧化硅层(可以通过在文献中所记载的一定范围的方法形成或生长)。在这种情况下，初始的电介质层893可以不同于涂覆至各个层暴露的表面上的保护性涂层。一旦暴露所有将要接触的层，就可以除去保护层，例如在HF中，然后形成新的电介质层892a、892b、892c，并且涂覆金属893以同时形成各个不同的触点894a、894b、894c。如果将不同层掺杂至不同的水平，则上述MIS/针孔触点895，896将提供各自使用低电阻触点接触的理想方法，而不论是n-型硅还是p-型硅。最后，可以形成与参考图36所述的触点类似的触点以接触背面n-型层886。示于图51中的示意图(不是按 比例绘制的)是最终的结构，该结构具有使用MIS/针孔触点接触每一层同时彼此电绝缘的所有四层。

本领域技术人员应当理解在不偏离广泛地描述的本发明的精神或范围的情况下，如在具体实施方案中所示，可以对本发明进行大量改变和/或变更。因此，本发明的实施方案被认为在所有方面都是说明性的，而非限制性的。

Claims (14)

1.一种在半导体材料下层上的绝缘层中形成开口的方法，所述方法包括：

a)将磷扩散到所述绝缘层中以促进所述绝缘层的优先蚀刻，所述磷在将形成所述开口的位置扩散到所述绝缘层中；

b)使用蚀刻剂蚀刻所述绝缘层，所述蚀刻剂优先蚀刻所述磷已经扩散到其中的绝缘材料以暴露下面的半导体材料的掺杂层。

2.权利要求1所述的方法，其中通过将含磷扩散源涂覆到发生扩散的所述绝缘层的表面上，并且加热以驱使磷进入所述绝缘层中，使所述磷扩散到所述绝缘层中。

3.权利要求2所述的方法，其中通过丝网印刷涂覆所述磷扩散源。

4.权利要求2所述的方法，其中通过喷墨印刷涂覆所述磷扩散源。

5.权利要求2所述的方法，其中通过形成具有开口的掩模，并且使所述磷通过所述掩模中的开口扩散而涂覆所述磷扩散源，在所述开口的位置将发生扩散。

6.权利要求1、2、3、4或5所述的方法，其中所述将磷扩散到所述绝缘层中的步骤是用于驱使磷穿过所述绝缘层进入所述半导体材料下层。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述半导体材料为硅。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述绝缘层是氮化硅。

9.如权利要求7所述的方法，其中所述绝缘层是二氧化硅。

10.如权利要求8或9所述的方法，其中使用HF蚀刻剂除去磷已经扩散到其中的绝缘层材料。

11.如权利要求10所述的方法，其中在选择性蚀刻所述绝缘层之后，然后将通过所述绝缘层的蚀刻而暴露的半导体材料进行表面蚀刻，以除去含有扩散到所述绝缘材料中的磷的表面半导体材料的薄层。

12.权利要求11所述的方法，其中用于所述半导体材料的所述蚀刻剂是NaOH。

13.权利要求1所述的方法，其中通过下列步骤使所述磷扩散到所述绝缘层中：

a)在形成所述绝缘层之前，将扩散源沉积在所述半导体材料的表面上，并且所述扩散源在所述绝缘层中将形成开口的位置沉积于所述半导体材料上；

b)在所述半导体材料和所述扩散源上形成绝缘层，由此磷在沉积所述扩散源的位置被掺混到所述绝缘层中；

c)使用蚀刻剂蚀刻所述绝缘层，所述蚀刻剂优先蚀刻磷已经扩散到其中的绝缘材料。

14.权利要求13所述的方法，其中所述将磷扩散到所述绝缘层中的步骤是用于驱使磷进入下面的半导体层。

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