CN101834222A

CN101834222A - 半导体元件的制程方法

Info

Publication number: CN101834222A
Application number: CN201010130563A
Authority: CN
Inventors: 陈永芳; 王嘉庆; 吴孟修; 林思佑; 戴煜暐
Original assignee: Neo Solar Power Corp
Current assignee: Neo Solar Power Corp
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2010-09-15

Abstract

一种半导体元件的制程方法，包括下列步骤：提供一半导体基板；清洗半导体基板；将半导体基板的第一表面进行结构化处理；将半导体基板的第一表面进行扩散；涂布一抗反射层在半导体基板的第一表面上；形成至少一电极层在半导体基板的第一表面上并构成一半导体元件；以及提供可改变气体的环境，致使气体原子或离子可与半导体元件表面和内部起反应，而提升光电转换效率。

Description

半导体元件的制程方法

技术领域

本发明关于一种制程方法，特别关于一种半导体元件的制程方法。

背景技术

由于目前全球的石油化燃料逐渐枯竭，因此人们积极寻找及开发替代的能源，如太阳能发电、风力发电及水力发电…等，而其中以太阳能的利用为最主要的技术发展方向，其因在于太阳光可照射在全球各个地区，且太阳能在进行转换的过程不会对环境造成污染，举例来说，在太阳光能转换是电能的过程中，无须通过消耗其它能源而导致温室效应的问题。然而，太阳能转换是电能的转换效率却容易受限在整个太阳能电池系统的机构设计。

太阳能电池最基本的结构可分为基板、p-n二极管、抗反射层及金属电极四个主要部份。基板是太阳能电池的主体；p-n二极管是光伏特效应的来源；抗反射层乃用在减少入射光的反射以增强电流；金属电极则是连接元件和外部负载。其各个构件都具有繁复的制程，其制程方法的成效都可能影响太阳能光电转换的效率，因此，业界注入庞大的资金以及人力去研究太阳能电池的制程方法，以获得较高的效能。

现今晶硅太阳能电池的效率理论值最高达27％，研发阶段约是24％，到产品商品化约只有16～18％。因此，如何提供半导体元件的制程方法，提高太阳能电池的光电转换效率，已成为重要课题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种半导体元件的制程方法，在半导体元件制程后，提供一可改变气体或混合气体的环境，致使气体原子或离子可与半导体元件的表面和内部起反应，以提高半导体元件的光电转换效率。

本发明可采用以下技术方案来实现的。

本发明提供一种半导体元件的制程方法，包括下列步骤：提供一半导体基板；清洗半导体基板；将半导体基板的第一表面进行结构化处理；将半导体基板的第一表面进行扩散；涂布一抗反射层于半导体基板的第一表面上；形成至少一电极层于半导体基板的第一表面上并构成一半导体元件；以及提供一可改变的气体环境，致使气体原子或离子可与半导体元件的表面和内部起反应，以提升光电转换效率。

借由上述技术方案，本发明的半导体元件的制程方法至少具有下列优点：

承上所述，本发明的半导体元件的制程方法可应用于太阳能电池的半导体元件，于一可改变气体的环境下，所述气体可包括各式各样气体分子，如氮气、氢气、氧气、氨气、硅甲烷(SiH₄)、甲烷(CH₄)、惰性气体或其组合等，而改变气体环境的因素可包括热能、电磁波、电场和磁场等，上列因素可以是单一或数种同时改变，如此可导致所述气体原子或离子与半导体元件反应后可有下列功能：可使已氧化的金属还原，致使半导体元件的电极电阻降低，同时所述气体原子可与半导体元件内部的缺陷结合，致使减少复合中心，此外也能在半导体元件表面形成凹凸不平形状，而产生将入射光补捉的效果，因此而达到较高的光电转换效率。

附图说明

图1是本发明的半导体元件的制程方法的一流程步骤图。

主要元件符号说明：

S1～S7：步骤

具体实施方式

以下将参照相关图式，说明依本发明优选实施例的一种半导体元件的制程方法，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。

请参照图1所示，本发明的半导体元件的制程方法的流程步骤图。其制程方法包括步骤S1至步骤S7。

步骤S1提供一半导体基板。其半导体基板是一硅基板，其硅基板此外分为单晶硅基板、多晶硅基板、非晶硅基板或微晶硅基板。另外，本实施例中以多晶硅基板举例说明，但不是用以限制本发明。

步骤S2清洗半导体基板。半导体基板的清洗制程以超纯水与化学溶剂，去除晶圆表面各种微小颗粒(例如但不限于纳米微粒)，并反复进行清洗制程，直到半导体基板表面已完全清洁。

本实施例的半导体基板具有一第一表面。步骤S3将半导体基板的第一表面进行结构化处理。以HCl、KOH等溶液做非等向性蚀刻(anisotropic etching)，而粗化半导体基板的第一表面，去除表面的金属杂质及有机物等的附着，同时也对表面产生粗化的结构，降低光线的反射，进而提高太阳能电池光转换效率。

步骤S4将半导体基板的第一表面进行扩散。半导体基板是N型半导体基板或P型半导体基板。当半导体基板是N型半导体基板，则将P型半导体材料扩散至N型半导体基板上；当半导体基板是P型半导体基板，则将N型半导体材料扩散至P型半导体基板上。本实施例中半导体基板以P型半导体基板为例。在P-N接面附近，因电子-电洞的再结合形成一个载子空乏区，而P型及N型半导体层中也因分别带有负、正电荷，因此形成一个内建电场。当太阳光照射到这P-N结构时，P型和N型半导体层因吸收太阳光而产生电子-电洞对。由于空乏区所提供的内建电场，会使电子和电洞分别往N型区域及P型区域移动，进行产生光电流。

步骤S5涂布一抗反射层于半导体基板的第一表面上。由于空气与硅的折射系数差异甚大，光线通过空气与硅的接口时会有明显光线反射情形，因此以氮化硅(SiNx)材质的抗反射层涂布于半导体基板，以减少入射光的反射，而且氮化硅对硅晶太阳能电池表面还有钝化(passivation)的作用，进而提升整体的效能。另外，也可以成长其它对硅晶太阳能电池表面具有抗反射及钝化效果的材质。

步骤S6形成至少一电极层于半导体基板的第一表面上并构成一半导体元件。于第一表面形成的电极层具有多个汇流电极(bus barelectrode)及多个指状电极(finger electrode)。所述指状电极及所述汇流电极设置于第一表面上，而所述指状电极与至少一汇流电极电性连接，当半导体基板将吸收到的光线转变为电子时，其所述指状电极用于将半导体基板所产生的电子汇集至相电性连接的汇流电极。最后，通过汇流电极与外部负载的连结，以将经过光、电转换反应所产生的电子传递至外界。本实例中的半导体元件可以是一光电转换模块。

另外，本实施例的半导体基板还包括一第二表面，其与第一表面相对设置，分别于半导体基板的正反面设置，本实施例以第一表面是正面，而第二表面是反面为例，本实施例还包括于第二表面形成一电极层，使增加多数载子的吸收，并反弹少数载子。其中，第一表面的电极层是负极，第二表面的电极层是正极。

步骤S7提供一可改变气体的环境，并同时提供可改变气体环境的因素，所述因素包括热能、电磁波、电场、磁场、或是上述因素的各种组合，致使气体原子或离子可与半导体元件的表面和内部起反应，以提升光电转换效率，是气体原子或离子与半导体元件的反应制程。

本实施例将气体提供至一电浆产生器，以产生具有所述气体的电浆，并提供热能至半导体元件，致使电浆与半导体元件内部反应，以提升光电转换效率。

本实施例中，其提供能量给半导体元件的反应温度是25～800℃，而热能的来源可以是电阻源、热风、远红外线烘烤机(IR lamp)、微波或雷射等。反应时间大约几分钟或者更久的时间，其依据所设定温度及其升温/降温速率而定。其中，气体环境的气体可以是单一气体或混合气体。另外，气体环境可包括氢气、氧气、氮气、氨气、惰性气体、硅甲烷(SiH₄)、甲烷(CH₄)或其组合等，其中，惰性气体可以是氦、氖、氩、氪、氙、氡，而氢气的浓度介于2％至95％之间。

由于反应温度范围内，半导体元件内的缺陷易与反应气体原子结合，以降低复合中心(recombination center)，进而提升光电转换效率。因光电转换效能(gain)的定义是每吸收一个光子能在电极处得到几对电子电洞对，若于能阶中含有复合中心，则复合中心会再结合(recombine)照光所形成的部份载子(电子及电洞)，因此减少到达输出电极的载子数量，造成光电转换效应下降。

另外，混合气体的原子可使得半导体元件的金属氧化物还原，提升导电性，进而提升光电转换模块的整体效能。同时所述混合气体可以在半导体元件表面形成凹凸不平结构，捕捉入射光，增加光电转换效率。另外，也可对硅晶太阳能电池产生钝化的效果，减少复合中心，提升光电流及操作电压。经实验验证：效能可以增加0.1％～0.5％。

最后，在提供能量予半导体元件后，以冷却水、压缩空气、液态氮或其它冷却装置冷却半导体元件，直到半导体元件降至室温的温度。

综上所述，本发明的半导体元件的制程方法可应用于太阳能电池的半导体元件，于一可改变气体的环境下，使半导体元件的缺陷与气体的原子或离子相结合，此能降低复合中心，其中，气体可包括各式各样气体分子，如氮气、氢气、氧气、氨气、硅甲烷(SiH₄)、甲烷(CH₄)、惰性气体或其组合等，而改变气体环境的因素可包括热能、电磁波、电场和磁场等，上列因素可以是单一或数种同时改变；同时，本发明的制造方法也可还原半导体元件的金属氧化物及其它化合物，致使半导体元件的电极电阻降低，进而提升半导体元件的导电性，此外所述混合气体也可在半导体元件产生凹凸不平结构，捕捉入射光，因此达到较高的光电转换效率。

以上所述仅为举例性，而非为限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包括在权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种半导体元件的制程方法，其特征在于，包括下列步骤：

提供一个半导体基板；

清洗所述半导体基板；

将所述半导体基板的一个第一表面进行结构化处理；

将所述半导体基板的所述第一表面进行扩散；

涂布一个抗反射层在所述半导体基板的所述第一表面上；

形成至少一个电极层在所述半导体基板的所述第一表面上并构成一个半导体元件；以及

提供一种可改变气体的环境，致使气体原子或离子可与所述半导体元件的表面和内部起反应，以提升光电转换效率。

2.根据权利要求1所述的制程方法，其特征在于，所述半导体基板是单晶硅基板、多晶硅基板、非晶硅基板或微晶硅基板。

3.根据权利要求1所述的制程方法，其特征在于，将所述半导体基板的所述第一表面进行结构化处理是粗化所述半导体基板的所述第一表面。

4.根据权利要求1所述的制程方法，其特征在于，所述抗反射层的材质是氮化硅或其它可对硅表面进行钝化的材质。

5.根据权利要求1所述的制程方法，其特征在于，所述电极层具有多个汇流电极及多个指状电极。

6.根据权利要求1所述的制程方法，其特征在于，所述气体环境是硅甲烷、甲烷、氮气、氢气、氨气、氧气、惰性气体或其组合。

7.根据权利要求1所述的制程方法，其特征在于，提供一可改变气体的环境，并同时提供可改变所述气体环境的因素，所述因素包括热能、电磁波、电场、磁场、或是上述因素的各种组合，致使气体原子或离子可与半导体元件的表面和内部起反应，以提升光电转换效率。

8.根据权利要求1所述的制程方法，其特征在于，提供一可改变气体的环境，所提供的改变所述半导体元件的反应温度是25～800℃。

9.根据权利要求1所述的制程方法，其特征在于，所述半导体基板还包括一个第二表面，与所述第一表面相对设置。

10.根据权利要求9所述的制程方法，其特征在于，还包括形成一电极层在所述第二表面上。