CN102077357A - 在太阳电池中图案化扩散层的方法及由该方法制造的太阳电池 - Google Patents

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Abstract

为掺杂目的而开发自对准电池(SAC)结构的方法，采用所述结构指引掺杂剂或扩散阻滞剂的沉积和施加。掺杂被提供在将变成用于导电手指的金属化的区域中。掺杂剂可以被直接处理到金属化凹槽内。或者，扩散阻滞剂可以被提供在非凹槽位置中，而掺杂剂可以提供在整个晶圆表面的一些或全部上。掺杂剂和金属自动地行进到需要的地方并互相配准。SAC结构还包括用于电池的光吸收区域的凹表面，以降低对光能的反射，所述区域还可以用凹处中的掺杂剂处理，以产生半导体发射极线。可选地，扩散阻滞剂可以处理到凹面内，留下在凹处之间的脊的上顶端暴露着，从而受到更深的掺杂。

Description

在太阳电池中图案化扩散层的方法及由该方法制造的太阳电池
Andrew M.Gabor和Richard L.Wallace
代理人文献号(Atty.Docket No.)：1366-0014PCT
介绍
某些处理方案和结构被公开在专利合作条约申请号为PCT/US2008/002058、2008年2月15日所提交的题为“SOLAR CELL WITH TEXTURED SURFACES(具有纹理表面的太阳电池)”、以Emanuel M.Sachs和James F.Bredt和Massachusetts Institute of Technology的名义所申请的、指定美国、并且还要求主张两个美国临时申请的优先权的专利申请中，其中所述两个临时申请为2007年2月15日所提交的US60/901511以及2007年1月23日提交的US61/011933。PCT申请和这两个美国临时申请被以引用的方式并入本申请。在这些申请中公开的技术在此被共同称为自对准电池(SAC)技术。
某些另外的处理方案和结构公开在2008年4月18日所提交的申请号U.S.S.N.61/124,607、题为“METALLIZATION ASPECTS OF SELF ALIGNED CELL ARCHITECTURE(自对准电池结构的金属化方面)”、以Emanuel M.Sachs和James F.Bredt和Andrew Gabor的名义申请的美国临时专利申请中。然而更多的处理方案和结构被公开在2008年12月12日所提交的申请号为U.S.S.N.61/201,577、题为“METHODS TO PATTERN DIFFUSION LAYERS IN SOLAR CELLS(在太阳电池中形成扩散层式样的方法)”、以Andrew Gabor和Richard L.Wallace的名义所申请的美国临时申请中。本申请是基于这两个临时申请的正规申请，，在此主张对这些临时申请中每一个的利益以及每一个的的优先权。在此以引用的方式将该两个临时申请完全并入。
本公开描述形成与SAC技术相兼容的选择性发射极的方法。
简而言之，SAC概念涉及将凹槽和其他特征的形成在Si晶圆的表面内，其允许随后的工艺步骤，这些随后的工艺步骤包括将溶液分散到凹槽内以执行蚀刻电介质、催化剂施加、沉积金属、以及对照随后的处理活动进行掩膜。
在2009年1月6日所提交的61/204,382、题为“DISPENSING LIQUID CONTAINING MATERIAL TO PATTERNED SURFACES USING A CAPILLARYDISPENSING TUBE(采用毛细分散管分散含有液体的材料到图案化表面)”的美国临时申请中讨论了用于向表面提供含有液体的材料的某些处理方案。该申请通过引用完全合并在此。在本申请中所公开的技术在此被称为毛细分散技术。该毛细分散技术和描述其的临时申请被明确地主张为不是在此所描述和主张的发明的现有技术。简而言之，液体、浆体和糊剂以及其他液体支承材料被沉积到在衬底表面上的凹槽内，该衬底例如为将被用于形成光伏太阳电池的硅晶圆。液体能够在压力下通过精细的分散毛细管而被分散到凹槽内，在所述凹槽中将被形成薄的金属化的手指元件，其被按照在衬底表面上的形貌(topography)/表面纹理而机械地引导与对准。所述分散毛细管机械地追踪在凹槽中，很像在录音机中的唱机针。所述分散毛细可以以使其停顿在凹槽处，其中凹槽侧壁提供了轨迹限制。或者，所述分散毛细可以大于凹槽，并可以搭在凹槽的顶端边缘，仍然实现机械对准。所述分散毛细通常通过分散的液体自身的毛细作用而被进一步保持在凹槽。所述分散毛细可以是对着所述凹槽所装载的弹簧。引入线(lead-in)特征可以将分散毛细导引到凹槽内。用于分散毛细管的非圆形横截面(例如椭圆的和叶状的)能够提高在凹槽中的追踪。可以使用许多分散毛细，每个分散在单个手指的各个凹槽中。可以在一条生产线中处理许多晶圆。在行进的开始和结束处加速和减速所用的时间被减少。多个晶圆可在具有平面的圆筒的面上被处理，其中该圆筒连续地旋转。分散毛细管能够在移进和移出时，平行于圆筒的轴线来回移动(traverse)，以在单个晶圆被来回移动时提供上升和下降。
在此讨论的创新涉及将含有掺杂剂的液体分散到金属化凹槽图案内和/或在金属化凹槽区域的外面施加扩散阻滞(diffusion-retarding)材料，以通过形成在此被称为选择性发射极而改进器件性能。如同用于金属化材料的分散和限制，自对准的新的小平面是因此通过使用相同的凹槽而被获得的，从而有助于将掺杂剂和扩散阻滞材料在其被用于进行金属化材料的分散和限制时的分散和/或限制。
在常规的基于Si晶圆的太阳电池中，具有最小B(硼)掺杂的晶圆具有扩散到电池的顶侧内从而形成发射极区域的薄P(磷)层掺杂剂，其中永久电场因此被产生从而分离通过光产生的电荷。通过一些类型的金属化，高P浓度具有允许低接触电阻的优点，帮助Ni电镀溶液直接撞击(strike)在Si表面上，并降低前面金属化穿通扩散区域并进而将器件短路或分路的趋势。其还嵌入在传导表面层，以允许电子以小的电阻损失沿着表面向金属化的导体移动。
然而，P的高浓度及深发射极也具有缺点。短波长的光易于在该扩散区域中靠近晶圆顶部的薄层中被非常强烈地吸收，且高P掺杂水平减少材料的电子质量，从而使得电荷载体在它们能够被收集之前更容易地在瑕疵处重新组合。这样，在表面附近被强烈吸收的短波长或蓝光对器件的光电流贡献较少，其中其通常被称为电池差的蓝响应(blue response)。此外，在高性能电池的设计中，最顶表面的质量可能重要且影响器件的开路电压。具有更高的表面P浓度，使得获得具有前表面电介质层的良好表面钝化变得更具挑战性。
为了同时获得高掺杂剂浓度和低掺杂剂浓度的好处，而具有很少的缺点，可以采用选择性发射极。如在此所使用的，选择性发射极是图案化的扩散层。在金属化区域下，对于低接触电阻和更宽的金属化处理窗口存在高的掺杂剂，例如P浓度，但是在大多数的表面区域的其它地方，对于电池中的较高电压和电流，具有低的浓度。目前Si太阳电池制造者中只有非常小百分比的制造者采用选择性发射极，因为产生图案化的扩散所需要的额外的工艺步骤和处理复杂性难以克服。产生选择性发射极的常见方法包括至少两个高温扩散步骤以及金属层丝网印刷到重扩散图案的艰难对准。
尽管选择性发射极是用于Si太阳电池的图案化扩散层的最常见的公开的例子，但还存在其他例子。所谓的半导体手指技术是已知的借其垂直于通常的金属手指形成顶上无金属的深扩散的线的技术。这些半导体手指减小了发射极中的串联电阻的损失，并允许不具有这样的半导体手指的区域被更轻地扩散用于改进蓝响应，并通过从这些深扩散的区域以及周围区域中更好地对杂质进行吸杂而改进Si的少数载体的寿命。通过深扩散，其通常意味着，给定足够大的区用四点探针测量片电阻，该片电阻将大约比五十欧姆/平方小，并且优选在大约二十和大约三十五欧姆/平方之间。
提供选择性发射极的已知的方法具有缺点。它们要求专门的对准步骤以将用于更高掺杂的区域的掺杂剂放在随后将被金属化的位置中。这样，必需采用多个掩模板，或者从一个步骤到另一个保持掩模板在适当的位置，或者另外地使得用于掺杂的一个图案化步骤与用于金属化的另一个图案化步骤配准。已知的选择性发射极处理方法的另一个缺点在于至少两个高温处理步骤，每个具有其伴随的准备、冷却周期等。在单个步骤中完成所有的高温处理，从而进行流线型处理、减小处理时间等是期望的。
如同选择性地位于金属化区域下的发射极一样，已知的提供所谓半导体手指的方法要求两个高温加热步骤，并且还要求对垂直于常规的金属手指的线的进行图案化。这要求或者通过丝网印刷图案化、或者某些其他技术的某种精确图案化。这样的技术具有缺点。能够在无需采用常规的图案且无需两个高温步骤的情况下提供这种改进的进行掺杂的图案将是有利的。
这样，存在用于提供自对准的选择性发射极的处理的需要，借此掺杂剂精确地提供在需要用于金属化的位置中，而无需采用额外的掩膜或丝网或其他图案化步骤和/或对准步骤。存在对能够相对容易地、可靠地、可重复地在已经被更高掺杂的相同位置(该位置将成为选择性发射极区域)中提供金属化液体的方法的进一步需求。还存在对能够通过只使用一个高温处理步骤来提供这种具有更高掺杂区域的选择性发射极的方法的需求。高温处理步骤在此意味着在足够高的温度或者不同的温度与在该温度或该多个温度的足够长的时间相结合以改变掺杂剂扩散轮廓(profile)的步骤。在更低或更短的温度处可能有其他在其期间掺杂剂扩散轮廓没有显著的改变的处理步骤，但应该只需要一个轮廓改变的高温步骤。
类似地，在除了在金属化区域下的图案化的扩散层的情况下，例如垂直于常规的金属手指的所谓半导体手指，存在对提供这种改进的在不需要复杂的图案化步骤的情况下进行深掺杂的方法的需要，还存在对通过只采用单个高温处理步骤来提供这种改进的深掺杂的需要。
附图说明
在此所公开和主张的本发明的若干目的将参考所附的权利要求和图而被更完全地理解，其中：
图1A-1D是工件晶圆在用于选择性地施加掺杂剂的工艺的不同阶段的横截面的示意性表示；
图2是用于选择性地将掺杂剂施加到工件晶圆的若干典型工艺步骤的流程图形式的示意性表示，其示出了基本系列和可选步骤；
图3示意性地给出了半导体晶圆，其具有用于光捕获目的的凹坑场，并具有两个凹槽，其中毛细管将含有液体的材料分散到凹槽之一中；
图4A-4E是工件晶圆在用于选择性地施加掺杂剂的工艺的不同阶段的横截面的示意性表示，其在特定的、非凹槽的位置采用了扩散阻滞材料，且将通常掺杂剂分布在各处；
图5是用于选择性地施加掺杂剂到工件晶圆的若干典型工艺步骤的流程图形式的示意性表示，其在特定的非凹槽的位置中采用了扩散阻滞材料，且掺杂剂通常到处分布，其示出了基本方法，并还有若干可选的变形，一个采用POCl3辅助而另一个采用沉积的掺杂剂辅助；
图6A-6F是工件晶圆在用于选择性地将掺杂剂施加在凹槽中的工艺的不同阶段的横截面示意性表示，其通常跟随有在各处的扩散阻滞材料；
图7是用于选择性地将掺杂剂施加到工件晶圆的若干典型工艺步骤的流程图形式的示意性表示，其在凹槽中施加掺杂剂，通常跟随有在各处的扩散阻滞材料，其示出了基本的方法，并还有若干可选的变形，一个采用POCl3辅助而另一个采用沉积的掺杂剂辅助；
图8A、8B、8C和8D示意性地给出了其创新的实施方式，其对于每个金属化手指采用三个或更多个凹槽；
图9A、9B、9C和9D是沿着图3B-II(以下)的线A-A的处于用掺杂剂分散方法施加深发射极栅线的处理的不同阶段的工件晶圆的横截面的示意性表示；
图9B-II是在图9B所示阶段的工件晶圆的平面视图的示意性表示，深发射极栅线将采用掺杂剂分散方法被施加到工件晶圆；
图9D-II是图9B-II所示的工件晶圆的平面视图的示意性表示，深发射极线已经采用掺杂剂分散方法被施加到工件晶圆，在显示在图9D中的之后，在扩散之后，并在前金属化已经被施加之后；
图10是用于形成深发射极栅线的基本方法的若干典型的工艺步骤的流程图形式的示意性表示，其通过将掺杂剂分散到凹槽内，然后将掺杂剂扩散到凹槽内，并且其还示出了两个替代，一个采用POCl3辅助，另一个采用雾化或喷射辅助以提供有限掺杂剂可用性源到在各处的轻掺杂处；
图11A-D是具有平行光捕获凹槽的工件晶圆沿着图11B-II(下面)的线A-A的横截面示意性表示，所述工作晶圆处于用于采用扩散阻滞材料的方法施加深发射极栅线的工艺的不同阶段；
图11B-II是处于图11B所示阶段的工件晶圆平面视图的示意性表示，深发射极栅线将采用扩散阻滞材料的方法被施加到该工件晶圆；
图11D-II是在图11B-II中所示的工件晶圆平面视图的示意性表示，深发射极栅线已经采用扩散阻滞材料的方法在图11D所示的阶段之后、在扩散之后、并在前金属化已经被施加之后被施加到该工件晶圆；
图12是用于采用了扩散阻滞材料来施加深发射极栅线的基本方法的若干典型的工艺步骤的流程图形式的示意性表示，其示出了两个替代方法，一个采用POCl3辅助，另一个采用沉积的掺杂剂辅助；
图13是用于采用扩散阻滞材料形成选择性发射极区域和深发射极栅线的基本方法的若干典型的工艺步骤的流程图形式的示意性表示；
图14示意性地给出了具有用于光捕获目的的凹坑场和用于金属化手指的三个凹槽的半导体晶圆，以及垂直于其的用于深发射极栅线的两个辅助凹槽，其中毛细管分散含有液体的材料到深发射极凹槽的之一内；
图15示意性地以平面视图示出了在形成p+背面场线之后的晶圆的背侧；
图16示意性地示出了图15所示的还在金属手指和金属汇流条(busbar)已经被印刷和/或沉积之后的晶圆的背侧。
部分总述
在下文中在权利要求之前将给出更详细的总述。在此公开的创新涉及开发用于掺杂目的的SAC结构的方法，该方法或者采用所述结构导引沉积和施加掺杂衬底的材料，或者具有阻止衬底掺杂的材料。在此公开的一些创新涉及在将变成用于导电手指的金属化的区域中提供这样的掺杂。所述诉掺杂剂可以直接地处理到已经出于该目的而提供的凹槽内。然后，金属化被提供在相同的凹槽中，并因此自动地对准更深掺杂的区域。或者，扩散阻滞材料可以在非凹槽位置中提供，且在晶圆的整个表面上可以向掺杂剂提供更小的精度，从而导致只有没有扩散阻滞剂的区域获得完全的掺杂剂剂量。SAC结构还公开了用于电池的光吸收区域的纹理化的表面(例如凹坑的或凹槽的)，以防止或最小化对光能的反射。光捕获区域也可以用凹槽中的掺杂剂处理，以产生凹槽内的深发射极栅线(类似于半导体手指)。可选地，扩散阻滞材料可以处理到凹槽或凹坑内，留下在凹槽或凹坑之间的脊的上顶端被暴露着，从而在随后的步骤中受到更深或更显著的掺杂。或者可替代地，另外的凹槽或其他连续的路径可以被通过其他纹理的场而提供，例如凹坑，且掺杂剂可以提供在另外的凹槽中，以随后通过光捕获纹理的场(例如凹坑)变为深发射极栅线。
具体实施方式
这里公开的创新包括但是不限于形成以下两者的方法：1)为了良好的接触电阻和良好的蓝响应而形成在金属化区下面的具有更深扩散的选择性发射极；和2)深发射极栅线。对比于已知的用于提供选择性发射极的需要将金属层对准重扩散的图案、以及至少两个高温步骤的技术，通常的SAC结构的优点致使其自身具有以最小的额外处理和复杂性实现选择性发射极的作用。不需要使相同图案的两个不同例子维持配准(in register)，并且只需要一个高温步骤。该工艺是自对准。
类似地，采用SAC结构而不采用其他处理方案来提供例如垂直于常规的金属手指(以与所谓的半导体手指相同的方式定向)的深发射极栅线可能成本效果更有效。
在没有任何图案化的扩散层的情况下，用于SAC工艺的典型的基本处理顺序可以包括：沉积抗蚀剂(resist)以及进行可能的图案化；蚀刻凹槽/特征；扩散掺杂剂(例如，P)以形成发射极(例如形成在POCl3管式炉中，或者在分散液体掺杂剂之后形成在带式炉中)；去除背侧发射极以及对前P玻璃进行蚀刻；在前侧上(on front)沉积SiN；在背侧沉积电介质层，形成背金属接触部并烘烤(firing)它们，将蚀刻溶液分散到前金属化凹槽中以去除SiN；将催化剂溶液分散在那些凹槽中；将Ni溶液分散在凹槽中；烧结；以及将金属电镀(可能是光诱导的)到凹槽内。除了电镀，其他技术可以被用于将金属设置到凹槽内，比如诸如Ag(银)和玻璃粉或具有液体玻璃化学品的Ag有机金属等金属粉末的糊剂(pastes)或墨水(inks)。当采用这样的糊剂或墨水时，通过这样一种技术沉积的金属可以只被用于形成薄的种子层(seed layer)，使得大体积金属被通过电镀另外的金属而沉积在所烘烤的种子层的顶部。在此公开的关于进行图案化扩散层的创新还没有被约束到任何用于给凹槽提供金属化的具体的方法，其可以与任何可兼容的金属化技术一起被使用。
选择性发射极
以下参考图1A、1B、1C和1D以及图2示意性地说明即刻在描述的工艺，图1A、1B、1C和1D示出处于一个工艺的不同阶段的工件，图2示出了典型的工艺步骤。凹槽104被设置在晶圆101中，用于随后的金属化。含有比如P的掺杂剂的液体102被分散252到旨在金属化的凹槽内104内。随后单个高温热步骤可以将P掺杂剂102最重地扩散254到这些凹槽区域内104中，以提供更深的将变为选择性发射极的扩散区域105。掺杂剂P液体可以但不限于是磷酸、溶胶凝胶溶液(例如膜电子(filmtronics)p508)、或者含有比如P2O5等P-O化合物的溶液。磷玻璃然后被采用已知的技术(比如采用氢氟酸)蚀刻掉256。如图1D中示出的，其显示出在凹槽104中所提供的257金属化107与更深扩散的区域105配准。典型地，其他处理步骤可以在金属化步骤257之前发生，但是不必讨论它们以解释在此公开的创新。
如上所述，毛细分散技术可以用于将含有掺杂剂的液体分散到凹槽内。图3示意性地示出例如将成为太阳电池的一部分的硅晶圆的工件340的放大部分。表面342通过光捕获(在此也称为反射减小)形貌被纹理化，例如凹槽或者诸如这里所示出的重叠的半球凹坑。分散毛细管360的机械引导通过至少两个机构完成，这两个机构都涉及与凹槽356的相互作用。本实施方式将被用于示例通常的原理。根据一个引导机构，分散毛细管360机械地在凹槽中追踪，很像在磁以及数字媒体出现之前广泛在用的录音机中的唱机针。在一些情形下，如图3所示，分散毛细管360足够小，以致其直接搁在凹槽356的底部上，而凹槽的侧壁359提供用于追踪。
在未示出的其他情形下，分散毛细管360大于所处理的凹槽的尺寸，因此搭在凹槽的顶部边缘，仍然实现机械对准。根据第二引导机构，分散毛细管360通过分散的液体364自身的毛细动作而进一步保持在凹槽。通过令分散毛细管弹簧对着凹槽装载辅助分散毛细管在凹槽中的机械追踪。弹簧装载能够通过使用分散毛细管360自身的弹性来实现。该毛细分散技术更完整地描述在上文提到的美国临时申请USSN 61/204382中。
掺杂剂液体能够被直接地分散到凹槽中，旨在获得精细的金属化手指，或者液体可以被分散到更宽的汇流条区域，然后通过毛细力扩散到手指凹槽104内。在随后的高温处理254中，比如具有来自填充的凹槽104的P或P化合物的掺杂剂蒸气，能够跨越晶圆的表面轻掺杂周围区域106，以形成选择性发射极。金属化的液体可以通过类似的毛细分散方法或通过任何其他合适的方法被提供在相同的凹槽104中。
因此，向需要选择性发射极的区域(亦即，直接地位于将要被金属化的位置104处)自动地提供所需的掺杂，而无需专门的掩膜或配准处理。另外的掺杂活动在凹槽中发生，其中金属化将以自对准的方式进行。而且，金属化也自动地在需要以自对准的方式进行金属化的区域中提供。及随后，金属化107和选择性发射极105区域以自对准的方式自动地互相对准。这是基本的三重的自对准：选择性发射极105与期望的位置104；金属化107与期望的位置104及选择性发射极105与金属化107。
此外，非凹槽区106也可以以另外的掺杂剂来扩散，例如诸如通过在如管式炉或其他合适的炉子的炉子中的POCl3等P活性，或者通过喷射或另外地涂布含掺杂剂的液体到整个电池表面，或者借助通过干真空或非真空工艺沉积掺杂剂玻璃层，例如大气压化学气相沉积溅射，蒸发和等离子体增强化学气相沉积。这些掺杂剂层或掺杂剂玻璃层能够具有合适的厚度并具有合适的掺杂剂浓度，从而呈现用于分散到晶圆内的无限的掺杂剂源。可选地，通过限制层的厚度和/或通过限制层中的掺杂剂的浓度，这些沉积方法能够产生具有有限可用的掺杂剂的层，与具有无限掺杂剂可用的层相比，该具有有限可用的掺杂剂的层总是更慢地将掺杂剂扩散到晶圆内。
通常在改变晶圆的扩散轮廓的高温步骤之前，类似地进行使用这样的掺杂剂施加的所有步骤。如果已经存在任何掺杂剂的话，掺杂剂气体辅助(例如这里通过POCl3)轻微地不同，因为其在晶圆已经加热到高的足以改变掺杂剂扩散轮廓的温度之后被涂敷。可从POCl3获得的掺杂剂然后扩散到晶圆内，虽然由POCl3所提供的掺杂剂可以具有高可用性，但在掺杂剂引入之前通过以POCl3对凹槽区域进行重扩散获得的具有更大的自由度意味着仍然可以在非凹槽区域中通过或者对于POCl3的暴露选择较低温度和/或选择在POCl3暴露和随后的驱入(drive-in)步骤期间的短时间来轻掺杂。通常，低的厚度或低的浓度的掺杂剂源构成了用于掺杂的掺杂剂相对有限的可用性，与通过分散到凹槽内的掺杂剂或通过由长和/或高流动的POCl3的暴露形成的玻璃所提供的掺杂剂的相对不受限的可用性相反。如在此以及在下的权利要求所用的，有限可用性的源掺杂剂应被使用意味着低的厚度或低的浓度，或者其他类似有限可用性的掺杂剂源。能够控制凹槽和非凹槽区域中的相对扩散深度的变量包括：掺杂剂源类型(一个或多个)，掺杂剂浓度和分散量，时间-温度轮廓，扩散过程中的大气和流动和压力，以及进入热轮廓历史的引入另外的掺杂剂活性点。
因此，对于太阳电池应用，存在提供有限可用性的掺杂剂的不同的方式，其可以被分组成为不同的类项。一个类项包括在将晶圆加热到高温之前作为液体源被施加到晶圆的那些。例子包括：磷酸和水混合物；硼酸和水混合物；由非水溶液混合以提高进行印刷的粘性的磷酸；以非水溶液混合以提高进行印刷的粘性的硼酸；具有P和Si或B和Si或Ga和Si或As和Si或Al和Si的溶胶-凝胶系统，例如Filmtronics所出售的。之后在高温炉中，这些与Si晶圆和氧反应以形成玻璃层，掺杂剂从该玻璃层扩散到晶圆内。第二类项包括在将晶圆加热到高温之前施加以形成掺杂剂玻璃层的那些。例子包括：通过大气压化学气相沉积、真空化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、或者溅射来沉积含有P或B或Ga或As或Al的掺杂剂玻璃层。之后在高温炉中，掺杂剂从玻璃扩散到晶圆内。第三类项包括在高温的真空炉内施加的那些。例子包括通过POCl3或BBr3的液体源以N2气鼓泡，从相邻的含有掺杂剂陶瓷目标的掺杂剂的蒸气传送，其在半导体工业中常见，从在第一类项中所描述的材料的掺杂剂层的蒸汽传送，其已经被施加到牺牲晶圆或者与太阳电池晶圆相邻放置的其他平面衬底。掺杂剂与Si晶圆和氧气反应以形成玻璃层，掺杂剂从该玻璃层扩散到晶圆内。
通过在图2中以流程图的形式示意性地示出的并通过在步骤周围的虚线边框以替代的形式所指示的POCl3辅助的方法255，高温处理步骤首先在没有FOCl3流的管中被进行，在该步骤期间掺杂剂扩散到具有掺杂剂的凹槽内，然后在POCl3的流动开始之后扩散255发生在各处。
通过如在图2中示意性地示出并通过在步骤周围的虚线框作为替代所指示的雾化或喷射扩散辅助技术253，在凹槽中分散高浓度的掺杂剂P液体(以及可选地进行干燥)之后，有限可用性掺杂剂液体被比如通过雾化或喷射或印刷253或其他提到的传送技术中的一个提供到各处。在炉中的高温处理跟随着掺杂剂扩散轮廓的改变。除了P以外的掺杂剂能够通过雾化、喷射、印刷或气体提供，例如来自BBr3蒸气的硼，来自硼酸溶液的硼，或者来自溶胶-凝胶源的硼或铝或砷或镓，例如那些由Filmtronics出售的。
所有这些变形能够只需要在其期间扩散轮廓改变的单个温度步骤。第二高温步骤不需要并且只需要一个在其期间扩散轮廓中具有任何显著的改变的加热步骤。然而，当然可能采用两个或更多个高温扩散轮廓改变步骤。
下面的工艺参考示出了在一个工艺的不同阶段的工件的图4A-E以及示出了通常的工艺步骤的图5来进行示意性的说明。如同首先所描述的工艺那样，晶圆401被设置有550用于随后金属化的凹槽404。扩散阻滞材料407被分散552在区域406中，其中所期望的是最小的扩散。施加扩散阻滞材料的动机包括更好控制在非金属化区406中的掺杂水平的能力。例如，不受保护的非金属化区区域406可能无意中由在金属化凹槽中所沉积的掺杂剂的横向蒸气传送而被掺杂。这样的掺杂可能或许由于进行多于需要的掺杂或者由于横过(across)晶圆表面变得不均匀而不理想。扩散阻滞材料407可以减小这种蒸气掺杂的非理想效果和/或允许其他掺杂剂源来在扩散阻止层下提供更好控制的掺杂。扩散阻滞材料的例子包括但是不限于：溶胶-凝胶硅石系统，例如那些由Filmtronics和Honeywell所出售的；以及商业可获得的扩散障碍糊剂的粘性可变版本(version)，例如Ferro 99-001或Merck二氧化硅SolarResist墨水。
如参考图4B所示的，扩散阻滞材料液体411在需要其去的地方借助于晶圆的纹理自动地自对准，即在其内部将进行金属化的凹槽404的边缘409(图4E 407)。如在以上提到的SAC专利申请中解释的，如果液体的表面能和表面被合适地选择的话，由于毛细，液体能够在流动屏障处停止其沿着表面的流动，例如角或边缘409。这样，扩散阻滞材料液体411能够在大致的而不是精确的位置上沉积，例如在两个凹槽404之间的跨距的中间，并且它能够向外流向每个凹槽，并在凹槽边缘409处停止而不流入凹槽内，该凹槽中不需要该扩散阻滞材料液体411。这样，整个晶圆能够受到553掺杂剂源，且在凹槽404处的区域能够如同需要的那样在无需如掩膜、或者液体掺杂剂的精确分散等任何具体的图案化技术或装置的情况下，自动地在所需的地方(即在凹槽404中)被掺杂到升高的度405。类似地，金属化液体能够提供到凹槽404内，从而在凹槽404中在需要的地方精确地产生金属化层407，并与更深掺杂的选择性发射极区域405精确地对准。金属化407可以以任何合适的方式提供，例如通过上述的毛细分散方法。
如同上面讨论的没有使用扩散阻滞剂的方法，由于具有扩散阻滞材料411，存在采用扩散辅助的变形。根据图5中示出的一个替代，例如通过雾化、喷射、印刷或如上讨论的其他技术来提供553有限可用性的掺杂剂。然后工件在炉子中遭受高温步骤554，经由其掺杂剂扩散轮廓被改变，并且掺杂剂被扩散到多个区域内，例如在不被扩散阻滞材料411所保护的凹槽404中。含有掺杂剂磷的玻璃得以形成，并且该玻璃随后与扩散阻滞材料一起被蚀刻掉556。金属化被提供558在凹槽中，进行更深掺杂的区域被设置在其中。
替代的方法采用POCl3辅助555代替雾化、喷射等553。高温步骤554最初在没有任何掺杂剂的情形下在空气中开始。在高温步骤过程中，POCl3辅助然后在单个高温步骤的更后阶段被提供555。
可选地，如图6A-6F和图7所示的，如果掺杂剂602，例如P液体首先分散751到金属化凹槽604内，可能无需如图4B的411处那样图案化扩散阻滞材料。相反，如图6F所示，扩散阻滞材料611能够在整个表面上被提供752。凹槽604中扩散阻滞材料611下的掺杂剂602的存在将仍然允许在凹槽中发生扩散。在扩散阻滞材料611的顶上的液体掺杂剂施加753或POCl3辅助755可以在每个地方形成在凹槽之间轻扩散掺杂剂的掺杂剂玻璃608。干燥由图6B中所示的缩量掺杂剂液体603的所指示的掺杂剂液体是可能的，然后将晶圆放置在高温环境中，或者跳过干燥步骤。应相信的是，表面应力将使液体保持在位，并且当其进入高温环境时将被干燥。
在所有这些具有扩散阻滞材料的相关实施方式中，磷玻璃然后被蚀刻掉756，留下图6F中所示的状态。
代替将单个金属化凹槽604用于每个手指，如参考图8A-D示意性地示出的，有利的是对于每个手指提供三个或更多个凹槽804、804’和804”，从而所有的三个或更多个凹槽分别被设置有以与在上文和在下文关于单个凹槽所描述的那些方式类似的方式施加的液体掺杂剂802、802’和802”，并因此获得重扩散层806、806’和806”，如图8C中所示的。金属816旨在只被沉积在中心凹槽804中。在每个手指816周围具有更宽的重扩散区域806、806’和806”的好处在于拓宽了处理窗口，使得如果金属816被无意地沉积在所计划的凹槽的外面，比如在侧凹槽804’或804”或任一个的一部分中，那么在中心凹槽804外面的深发射极806’、806”将防止金属通过否则将是浅结发射极而短路。发射极中的电阻损失也将通过该方法减小，但是代价是由于更宽的重扩散区域中的差的蓝响应引起的更多的电流损失。
同样重要的是要注意到，通常，掺杂剂液体典型地分散在金属化凹槽中，并只在金属化凹槽中(除了一定程度上也分散在光捕获凹槽中，如下面讨论的)。换句话说，在此所公开的方法区分于任何可以无差别地在各处分散掺杂剂液体的工艺。因此，液体被分散在各个金属化凹槽中，或者在被分组的金属化凹槽中，比如正好在上面结合图8A讨论的那样，以及被分散在光捕获凹槽中，而不在其他地方。
在不具有用于金属化的凹槽的工业标准太阳电池中的金属化区域的微结构典型地由烧结金属颗粒组成，该烧结金属颗粒具有在金属和掺杂硅之间的接口处的熔化玻璃的半连续层。根据具有金属化的凹槽的已知技术(例如如以掩埋栅方法那样)的所生产的产品，在该接口将具有电镀的固体金属。SAC和毛细分散技术提供将金属化墨水沉积到非常狭窄的凹槽内的能力。包括掩膜进行电镀的已知技术已经用于全电镀电池的生产，并且其允许将电镀的金属沉积在未掩膜的狭窄的凹槽区域上。这通过Ni的选择性沉积而出现，该Ni来自只在不被SiN膜覆盖的区域中的槽。对于来自由金属颗粒和/或金属有机金属组成的、被以玻璃粉和/或液体玻璃化学品所混合的金属化墨水的沉积，这样的选择性不存在。例如，如果被提供具有小于大约50微米宽度的凹槽的晶圆的话，最小线宽和已知墨水沉积技术——例如丝网印刷、移印刷(pad printing)、喷墨印刷、直接书写喷嘴分散等——的可实现的对准不足以将墨水放置在凹槽中而没有墨水以不期望的方式被沉积在凹槽区域的外面。
通过在此所述的方法，就可能给这种狭窄的凹槽提供金属化。在此公开的方法能够将任何超出凹槽边缘的溢流区域保持在大约十五或甚至大约十微米。即使凹槽小于大约四十五微米或甚至大约三十微米宽，这也可以达到。举例来说，第一金属化墨水被作为种子层分散，其可具有超出在0和大约8微米宽之间的凹槽的典型的溢流。然后另外的金属电镀在种子之上，这使得金属化线高度增加，并且在每侧上宽度以相同的量增加。例如，典型地，金属被电镀并且伸出大约7-8微米。因此，始于30微米宽的具有在大约3微米和20微米之间的深度、并具有三微米的溢流以及七微米的电镀伸出(plateout)的凹槽，导致在每侧上最终十微米的溢出和电镀伸出，其总计30+10+10＝50微米的宽度。这样不仅生产具有选择性发射极的SAC电池的方法公开在此，而且采用用于金属化种子层的金属化墨水制作的太阳电池产品也公开在此。
对于观察者，全电镀电池的外观可能类似于根据在此公开的创新而制成的这样的电池，具有被电镀到与全电镀掩埋栅工艺太阳电池相同的厚度的金属化墨水种子层。然而，基于对根据在此所描述的创新制成的电池的接口的显微和/或成分分析，在金属和硅之间，将在SAC电池的这个变化中发现玻璃的半连续层，而在全电镀电池中没有。
深发射极栅线
上述选择性发射极的讨论涉及旨在金属化的凹槽104(图1A)、404(图4A)。相关的工艺解决包括另一类的凹槽的其他表面纹理，其如在上文所参考的SAC技术专利申请中所述的那样促进光捕获或吸收。
图9A-9D显示了处于工艺的不同阶段的工件的沿着图9B-II的线A-A的横截面。图9B-II表示在图9B中示出的阶段的工件的顶视图。图9D-II示出工件在图9D所示之后的阶段的顶视图，其也在扩散步骤之后。图9D-II中所示的阶段是在施加了前金属化之后。图10示出典型的工艺步骤，其中示出了作为替代的若干变形。
凹槽912可以提供1050在电池的一些或全部的光吸收表面900之上，并能够被用于进行纹理化以便改进光捕获(反射减小)。凹槽912与脊913交替。或者在提供反射减少凹槽的同时还提供金属化的凹槽，或者在另一个时间提供金属化的凹槽。液体掺杂剂914能够分散1052到这些光捕获凹槽912的一些部分内，以形成深发射极栅线。掺杂剂也可以分散在金属化凹槽中。
高温步骤引起沿着这些较小凹槽的深扩散1054，其中掺杂剂被分散，并且高温步骤产生导向金属手指在之后将被形成的凹槽的深发射极栅线。如图9D-II中所示，金属化手指916设置在金属化凹槽904中。
对于用于形成带有链接的金属化916的深发射极栅线918的步骤顺序存在若干变化。这些类似于上面所述的。一是可以具有单个高温、扩散轮廓改变步骤而没有其他掺杂阶段。(也可能的是，有另外的高温掺杂阶段，但是这些没有示出)。第二是采用PCOl3辅助。第三是采用沉积的掺杂剂辅助。
在图10中以流程图的形式示出的单个步骤的方法产生在晶圆中提供1050金属化凹槽，以及用于减少反射的凹槽。该方法还产生将比如P液体的掺杂剂分散1052到金属化凹槽904和一些光捕获凹槽912内，其可以被用于深发射极栅线918。高温、扩散轮廓改变处理1054接着在炉子中进行(其中蒸气轻掺杂非金属化凹槽区)，使得整个表面暴露给至少少量的掺杂剂919。
如图10中所示的，POCl3辅助的方法需要相同的步骤，跟随着可替代的(通过虚线轮廓指示为替代)将POCl3扩散1055的步骤，从而轻掺杂深发射极栅线之间的区域。还如图10所示的，另一个替代的在虚线轮廓中示出的沉积的掺杂剂方法需要在各处沉积1053有限可用性的掺杂剂液体，随后在炉子中的单个高温处理步骤1054。在金属化凹槽中提供1056金属化。
在图12中以流程图的形式示出的另一个工艺在如上所述所提供的比如凹槽的成凹形的光捕获凹面中采用扩散阻滞材料(而不是掺杂剂)。这些工艺通过以沿着图11B-II的线A-A的横截面给出了处于工艺的不同阶段的工件的图11A-11D被示例性说明。图11B-II示出工件在图11B中所示的阶段的平面视图。图11D-II示出了在图11D示出的阶段之后的工件，其是在扩散之后。图11D-II示出了已经施加了前金属化之后的工件。图12表示典型的工艺步骤。
金属化和光捕获凹槽被提供1250。扩散阻滞材料1107可以被施加1252到光捕获纹理凹面(例如凹槽1112)，且晶圆随后得以处理，使得凹槽1112的底部凹处区域被用扩散阻滞材料1107填充，而脊1113被暴露。扩散阻滞材料被干燥(该步骤没有示出)。然后掺杂剂被在各处提供1253，如下面讨论的，包括暴露的脊1113，其在随后的高温扩散轮廓改变步骤1254工艺中接收更深的扩散(通过层1119示意性地指示)。槽区域不接收深的扩散，因为扩散阻滞材料将其阻止。如同典型的用于Si太阳电池的任何P扩散步骤，磷硅玻璃(P玻璃)层形成在Si表面上，且其通常在含氢氟酸的溶液中被去除1256，以提供图11D和11D-II处所示的状态。在这里所述的扩散阻滞材料的情形下，不仅P玻璃需要被蚀刻，而且此外扩散阻滞材料同样需要在下一个工艺步骤之前被去除。
在高温处理1254之后，具有更重掺杂的更高的脊区域1113构建深发射极栅线1118，该栅线导向将在之后被金属化1258(图11D-II)的区域1104。金属化1116在之后的阶段被施加1258于金属化凹槽1104(图11D-II)。
正如上面所讨论的创新那样，该实施方式可以以若干变形实现，它们都在图12中以流程图的形式示出，其中一些步骤被指示为替代。一个替代采用沉积掺杂剂。另一个采用POCl3扩散辅助。
在涂了扩散阻滞材料1252并干燥之后，完全增强的掺杂剂可以例如通过雾化、喷射或印刷1253提供在每个地方。随后的高温、掺杂剂扩散轮廓改变步骤1254建立深发射极掺杂。
POCl3辅助方法是类似的。在扩散阻滞材料干燥之后，高温处理1254可选地首先在管中发生，然后POCl3得以扩散1255。脊1113和金属化凹槽因此在该高温扩散轮廓改变步骤1254中接收P的深扩散。
深发射极栅线路径
刚才描述的实施方式利用了SAC结构的优点，从而采用光捕获凹槽帮助在工艺中指引各种液体材料将金属化手指1116垂直于深发射极栅线1119设置。如同已经提到的，也采用其他光捕获纹理，例如以诸如蜂巢等图案布置的凹坑或凹陷。这样的光捕获纹理也可以以自对准的方式使用，以提供深发射极栅线活性。共同受让的申请号为61/201,595、2008年12月12日提交的题为“WEDGE IMPRINT PATTERNING OF IRREGULAR SURFACE”的临时美国专利申请和共同受让的在快递邮件标号(Express Mail Label)第EM355266258US下的申请号为PCT/US2009/(还未给出)、同此在相同的日期提交的题为“WEDGE IMPRINT PATTERNING OF IRREGULAR SURFACE”、以Benjamin F.Polito，Holly G.Gates和Emanuel M.Sachs，和1366 Technologies Inc.以及The Massachusetts Institute of Technologies的名义申请的，代理人文献号(Attorney Docket No.)1366-0012PCT、指定美国政府的PCT申请中描述了制作这样的凹坑和凹槽表面的方法。临时申请61/201,595和还没有给出序列号的PCT申请，代理人卷号(Attorney Docket)No.1366-0012PCT，在此它们通过引用的方式被并入。
如参考流程图形式的图13所示意性地示出的，和参考图14所示意性地示出的，有效的工艺将包括提供1350表面纹理到晶圆的步骤，该晶圆将包括用于金属化1456的凹槽和光捕获纹理，或者凹槽、或者如示出的，凹坑1442，或者一些其他的。通常，凹坑比凹槽提供更好的光捕获。有利的实施方式采用凹坑用于光捕获。另外提供的有在凹坑1442的场内的用于深发射极栅线路径的垂直于金属化手指凹槽1456所示出的凹槽1418。(也可能的是，采用凹坑之间的脊提供深发射极栅线路径，如下文所解释的那样)。这三个名义的纹理可以在一个步骤1350中一次性地全提供，或者在两个或更多个步骤中提供，或者所有的相同，或者不同。接下来，扩散阻滞材料能够被提供1352在不是用于金属化1456或深发射极路径1418的凹槽的区域中，在所示的情形下，其是提供有凹坑1442的区域。由于所述纹理，在凹坑区域中提供将流过由凹坑覆盖的区域，但是将停止在提供用于金属化手指1456和深发射极线1418的凹槽的边缘处的液体扩散阻滞材料是可能的。这样，该工艺利用了在SAC技术专利中讨论的自对准原理。
根据一个替代，以完全浓度的掺杂剂然后可以例如通过雾化、喷射或印刷在各处被提供1353。该步骤将被高温加热步骤1354跟随，该步骤将掺杂剂扩散到在暴露区域中的晶圆内，即金属化线1456和深发射极栅线1418。来自掺杂剂和扩散阻滞材料的玻璃被蚀刻1356。最后，金属化材料被设置1358在金属化凹槽1456中。所述金属化材料能够被通过毛细分散管1460来提供，如在上面讨论的U.S.S.N61/204,382的毛细分散申请中所讨论的那样。
对于相关的通过虚线边框指示为替代的替代的实施方式，代替在加热之前提供掺杂剂到表面，POCl3在高温步骤1354期间被提供给炉大气。
可替代地，掺杂剂也可以通过这样的毛细分散管来提供，如在图14中示出的，其中无需扩散阻滞材料，因为掺杂剂将只被提供在其被期望的有限的区域中。
上面的讨论提到在金属化下对区域进行深扩散以实现选择性发射极。更近的讨论涉及在非金属化下的区域的深扩散。可能的是，只在金属化区域下，或者只在光捕获特征处，或者在两个区域中提供深扩散。当在两个区域中提供时，最有效的是，在同一步骤中提供用于这两个扩散的掺杂剂。这例如可以通过在光捕获区域中的一些区以扩散阻滞材料进行掩膜、然后扩散非掩膜的光捕获特征(比如发射极线)、以及在POCl3扩散步骤过程中金属化凹槽同时地达到相同的度来达成。
然后该方法利用了由自对准电池结构所提供的效率的优点，因为掺杂剂和扩散阻滞材料到的位置通过几何形来确定，而无需复杂的掩膜或配准步骤。进一步，该扩散阻滞材料能够在单个步骤中被提供用于所有目的。进一步地，只一个高温、扩散轮廓改变步骤被需要以便不仅建立在金属化下的图案化的扩散层，而且建立与光捕获区域相关联的图案化的扩散层。当然，另外的高温步骤也是可以进行的，但是只一个是必需的。
所述方法步骤对于采用光捕获凹坑的实施方式和采用光捕获凹槽的实施方式是类似的，其示意性地以流程图的形式示例在图12中。
晶圆被设置有多个重叠凹坑，其可以设置为多种图案。蜂巢图案化已经发现是有用的。扩散阻止液体材料被提供到凹坑中，晶圆随后被处理，从而凹坑的底部区域被以扩散阻滞材料填充，而外周端部的脊是暴露的，以在随后的高温处理步骤步骤期间以与在槽之间的脊接收这样的更深的扩散相同的方式接收更深的扩散。例如，如在上面结合图12所讨论的例子中，在涂了扩散阻滞材料之后，晶圆能够经受掺杂剂的涂敷，比如通过雾化或喷射，或印刷。然后，晶圆被提供在炉子中并经受高温，使得掺杂剂扩散轮廓改变，留下上边缘转换到深发射极栅路径，其覆盖没有被扩散阻滞材料所掩膜的整个区。该路径的形状将依赖于凹坑的形状和由扩散阻滞材料覆盖的凹坑的量。可选地，掺杂剂在加热之前的施加能够被在炉子内暴露给POCl3代替。
接着转到以光捕获凹槽912(图9)的布置形式的变形，相对于金属化凹槽904，存在至少两个通常的变形。一些光捕获凹槽912可以液压地耦接到金属化凹槽904，和/或互相地使得在金属化凹槽中提供的液体还行进到耦接的光捕获凹槽，如在图9B-II中示出的。可替代地，光捕获凹槽912的一些或全部可以与任何其他凹槽液压地隔离，并可以单独地填充。如果光捕获凹槽液压地耦接到一些其他光捕获凹槽或金属化凹槽，那么所有已耦接的凹槽可以通过将液体扩散到耦接的凹槽以及促进液体的流动而被填充。在隔离的构造中，每个被隔离的凹槽必须让液体直接地分散给它。
分散步骤可以如上讨论的通过毛细管进入单个的光捕获凹槽912。或者可设想地，这些光捕获凹槽912的一些部分能够液压地连接在一起，从而允许进行分散1052以及掺杂剂P溶液从一个光捕获凹槽到另一个的流动914，其与用于金属化凹槽的分散相独立904。这些光捕获凹槽912的尺寸小于金属化凹槽904，并因此可能存在一些在实现液体914沿着较小的凹槽912的流动方面的挑战。
隔离配置的一个缺点是在用于金属化手指916的纹理凹槽904和用于深发射极栅线918的光捕获凹槽912之间，在位置915(图9D-II)处将有小的间隙。这样电流将必须通过在位置915处的短的高电阻区域以到达金属手指916，但是将仍然获得大多数好处。(图9D-II没有示出这样的有问题的间隙，只表示了如果存在的话其将处于的地方)。在它可能有利地地方将由深扩散的深发射极栅线所覆盖的吸收器区的百分比将在1和50％之间。
这些通常的选择性扩散方法可以施加于其他电池结构，例如指叉背接触(interdigitate back contacts)。同样地，就像如图15中所示的那样，图案化的深发射极线能够有助于将电流带到前表面金属手指，晶圆的图案化的背表面场线1571可以用于帮助将电流带到背金属栅结构，如参考图16示意性地示出的，其包括汇流条1673和手指1675。如同典型的，该汇流条能够主要的是Ag(银)，而手指可以是Al(铝)或主要地是Ag。
在此公开的创新能够应用于除了P以外的掺杂剂的扩散，例如As、Ga、B或Al。磷或砷掺杂剂也可以用于形成背表面场区域，以接触在n型晶圆衬底上的基部。或者相同地，硼、镓或铝掺杂剂同样可以用于形成在n型衬底上的发射极，而背表面场接触在p型晶圆衬底上的基部。此外，通过图案化的阻塞层所实现的深发射极线概念可以被应用于具有不同于凹槽和蜂窝表面的其它图案的表面，例如同纹理(isotexture)。此外，应用于选择性发射极SAC结构的深扩散的凹槽的金属化种子层的类型可以是除了电镀金属以外的材料，例如Ni，如上所述。一些例子包括金属粉末和玻璃粉的糊剂或墨水，比如Ag，比如由Dupont和Ferro出售的，或者金属和玻璃化学品的有机金属混合物。这些方法可以应用于在其中期望选择性扩散有最少的掩膜和工艺步骤的其他电子器件。
尽管已经示出和描述了具体实施方式，本领域技术人员需要理解的是，可以在不脱离在其更广义方面中所公开的情况下作出不同的改变和变形。其旨在将在上面的说明中所包含的以及在附图中所示出的所有物质应解释为示例而不是限定的意义。
总结
开发用于掺杂目的的自对准电池(SAC)结构的方法或者采用直接沉积和施加掺杂衬底的材料，或者采用阻止或阻挡衬底被掺杂的材料。一些创新在将要变成用于导电手指的金属化的区域中提供掺杂。该掺杂剂可以被直接地处理到凹槽内，所述凹槽已经出于该目的而提供。或者，扩散阻滞材料可以在非凹槽位置中被提供，且掺杂剂可以在晶圆的整个表面上以更小的精度被设置，从而致使只有扩散阻滞剂自由区域获得完全的掺杂剂剂量。SAC结构还包括用于电池的光吸收区域的凹槽的或凹坑的表面，以防止或最小化反射走光能。光捕获区域也可以被与在凹槽中的掺杂剂一起处理，从而产生凹槽内的半导体发射极线。可替代地，扩散阻滞材料可以被处理到凹槽内，留下在凹槽之间的脊的上顶端(tip)暴露着的，从而在随后的步骤中受到更深或更显著的掺杂。类似地，通过光捕获凹坑，扩散阻滞材料可以被处理到凹坑内，留下在凹坑之间的脊的上缘(rim)暴露着的，从而受到更深的掺杂。
关于这个方法的优选实施方式是提供具有图案化的扩散层的太阳电池的方法，包括步骤：提供半导体晶圆；在半导体晶圆中提供凹槽；将掺杂剂液体分散到凹槽内；以高温施加的方式加热该晶圆一个持续时间，该高温施加将掺杂剂扩散到晶圆内；和将含有液体的金属化材料分散到凹槽内；从而在金属化位置处产生图案化的扩散层。
通过该实施方式的有利版本，分散掺杂剂和分散金属化材料的步骤中的任一个或两个可通过可以直接接触晶圆的毛细管进行。
为了该实施方式的健全(robust)改变，凹槽被以至少两个相邻的凹槽的组的形式所提供，金属化材料被分散到至少一个内，并且可能地分散到任何单个凹槽组的两个或更多个凹槽内。
典型地，有限可用性的掺杂剂可以采用喷射、雾化或印刷含有液体的掺杂剂来提供。
可替代地，或另外地，有限可用性的掺杂剂可以通过借由溅射、蒸发、等离子体增强化学气相沉积、真空化学气相沉积或大气压化学气相沉积来沉积掺杂剂玻璃而提供。
在以高温施加的方式将掺杂剂扩散到晶圆内的步骤期间，将晶圆暴露给比如POCl3或BBr3等掺杂气体是可能的。
关于这个地方法的另一个重要的实施方式是提供具有图案化的扩散层的太阳电池的方法，包括步骤：提供半导体晶圆；提供在半导体晶圆中的凹槽；在晶圆的非凹槽区域中而不在凹槽中提供扩散阻滞材料；提供掺杂剂到晶圆的整个表面；以高温施加的方式加热该晶圆一段持续时间，该高温施加将掺杂剂扩散到晶圆内；以及将含有液体的金属化材料分散到凹槽内；从而在金属化位置处产生图案化的扩散层。
还有一个实施方式在提供扩散阻滞材料之前在凹槽中提供掺杂剂。
掺杂剂可以通过喷射、雾化或印刷含有液体的掺杂剂而提供。
可替代地，或另外地，掺杂剂可以通过采用溅射、蒸发、等离子体增强化学气相沉积、真空化学气相沉积或大气压化学气相沉积来沉积掺杂剂玻璃而提供。
对于采用扩散阻滞材料的实施方式，在以高温施加方式掺杂将剂扩散到晶圆内的步骤期间，将晶圆暴露给比如POCl3或BBr3等掺杂气体也是有用的。进一步地，分散掺杂剂和分散金属化材料的步骤的任一个或两个可以通过毛细管进行，该毛细管直接地接触该晶圆。
本发明的另一个有利的实施方式是提供具有图案化的扩散层的太阳电池的方法，包括步骤：提供半导体晶圆；在半导体晶圆中提供凹槽；将掺杂剂液体提供到凹槽内；在晶圆的整个表面上(包括凹槽)提供扩散阻滞材料；在高温将掺杂剂扩散到晶圆内；和将含有液体的金属化材料分散到凹槽内；从而在金属化位置处产生图案化的扩散层。
如果掺杂剂提供在整个表面上，其可以通过上文最近提到的任何方法来提供。
本发明的一个特别有吸引力的实施方式是提供具有图案化的扩散层的太阳电池的方法，包括步骤：提供半导体晶圆；在半导体晶圆中提供凹纹理的区域，比较于平坦表面的晶圆，该半导体晶圆被构造用于提高晶圆的光捕获特性；在晶圆中提供凹槽用于金属化；在凹纹理的区域内，在晶圆中提供与用于金属化的凹槽相交的用于深发射极栅线的凹槽；提供掺杂剂到用于深发射极栅线的凹槽中；在高温加热该晶圆一段持续时间，以将掺杂剂扩散到晶圆内；和将含有液体的金属化材料分散到用于金属化的凹槽内；从而产生与金属化位置相交的图案化的扩散层。
有利地，在加热的步骤之前，提供掺杂剂到用于金属化的凹槽中，从而产生图案化的扩散层，其也位于金属化位置处。
至少一个如下步骤可以通过经由毛细管分散液体而进行，该毛细管可以直接地接触该晶圆：提供掺杂剂到用于深发射极栅线的凹槽中；将含有液体的金属化材料分散到用于金属化的凹槽内；和提供掺杂剂到用于金属化的凹槽中。该凹纹理可以是凹坑或凹槽，或者一些其他结构。
如同在本总结中上面讨论的实施方式，可以提供有限可用性的掺杂剂，且其可以使用喷射、雾化或印刷含有液体的掺杂剂，或者沉积含有玻璃的掺杂剂，采用上面讨论的任何方法来实现。
本发明这里的另一个实施方式是太阳电池，该太阳电池包括：具有掺杂类型的硅基晶圆；用于金属化的凹槽，该凹槽具有大约小于六十微米的宽度和大约大于3微米的深度；在凹槽内的金属化，该金属化沿着晶圆表面向相应凹槽的任一侧，延伸大约不超过十五微米；在金属化下的掺杂，该掺杂深于存在于不在金属化凹槽下的区域中的晶圆表面上的掺杂；和在金属化和更深地掺杂的硅之间的接口处的半连续的玻璃层。
凹槽宽度可以小于大约四十五微米，且甚至小于大约三十微米。
有利地，金属化向相应凹槽的任一侧，延伸大约不超过十微米。
相关的实施方式还包括与在凹槽内的金属化相交的深发射极栅线区域，所述深发射极栅线区域还包括与存在于晶圆表面上不在金属化凹槽下面和不在深发射极栅线区域处的区域相比，更深的掺杂。
有利地，电池还包括在半导体晶圆中的凹纹理的区域，比较于平坦表面的晶圆，该半导体晶圆被构建用于提高晶圆的光捕获特性。该凹纹理可以包括凹坑或凹槽或它们两个。
对于在此所公开的所有主要的变形，根据有用的实施方式，晶圆是P型半导体衬底，掺杂剂以便于产生n+型半导体，扩散层包括太阳电池发射极。或者，该晶圆可以是p型半导体衬底，掺杂剂是竟致产生p+型半导体的，扩散层包括太阳电池背表面场区域。还有另一个相关的实施方式具有晶圆，该晶圆包括n型半导体，掺杂剂是竟致产生n+型半导体，该扩散层包括背表面场区域。
本发明的许多技术和方面已经在此描述。本领域技术人员将理解的是，这些技术中的许多可以与其他公开的技术一起使用，即使它们没有被以一起使用的方式专门地描述。例如，掺杂剂可以通过开发SAC技术而分散和放置，然后工件可以以任何合适的不管是否在这里描述的方式来处理。类似地，扩散阻滞材料可以通过开发SAC技术而沉积和放置，而掺杂剂随后可以被通过任何合适的方式被施加，不管是否在这里公开。扩散阻滞材料可以沉积在每个地方，或者在专门的位置，如同通过SAC结构引导的那样。扩散阻滞材料的一个或多个应用可以被提供，每个在不同的位置，如同通过该结构指引的那样。类似地，掺杂剂可以被施加、扩散，然后更多的掺杂剂可以再次为另一个目的而被施加，通过SAC结构导向位置。
本发明描述和公开了不止一个发明。本发明被陈述在本文件以及相关文件的权利要求中，该相关文件不仅是提交的，而且是在基于本公开的任何专利申请的审查期间。本发明人旨在主张到现有技术所允许的限制的所有不同的发明，如同其随后被确定的那样。没有在在此描述的特征对于在此公开的每个发明是必需的。这样，本发明人的意思是，未在此描述但基于本发明的任何专利的任何具体的权利要求中所主张的特征，应结合到任何这样的权利要求中。
一些硬件组件，或者步骤组在此被称为发明。然而，这不是承认任何这样的组件或组是必然可取得专利权的独特发明，特别是法律和规范就将在一个专利申请中审查的发明的数量或发明的单一性而言所考虑的。其旨在作为表示本发明的实施方式的简略方式。
摘要同此被提交。要强调的是，该摘要被提供用于遵循规则，该规则要求摘要将允许审查员和其他检索人员快速地确定本技术公开的主题。其被提交，其中理解的是，其将不被用于理解或限定权利要求的范围或意思，如同专利办公室的规则所允诺的。
上述讨论应被理解为示意性的而不应被认为是任何感觉上的限定。尽管本发明已经通过参考其优选实施方式而被特别地示出并描述，本领域技术人员将理解到，形式和细节上的不同改变可以在其上进行而不脱离本发明由权利要求所限定的精神和范围。
相应的结构、材料、动作和在下面的权利要求中的所有装置或步骤加功能元件的等同都旨在包括任何结构、材料、或动作，以结合其他所主张的元件来执行这些功能，如同所特别地主张的那样。

Claims (61)

1.一种提供具有图案化的扩散层的太阳电池的方法，包括步骤：
a.提供半导体晶圆；
b.在半导体晶圆中提供凹槽；
c.将掺杂剂液体分散到凹槽内；
d.以高温施加的方式加热晶圆一段持续时间，该高温施加将掺杂剂扩散到晶圆内；及
e.将含有液体的金属化材料分散到凹槽内；
从而在金属化位置处产生图案化的扩散层。
2.根据权利要求1所述的方法，将掺杂剂分散的步骤包括通过毛细管分散掺杂剂。
3.根据权利要求2所述的方法，所述毛细管直接接触所述晶圆。
4.根据权利要求1所述的方法，将金属化材料分散的步骤包括通过毛细管分散金属化材料。
5.根据权利要求4所述的方法，所述毛细管直接地接触所述晶圆。
6.根据权利要求2所述的方法，将金属化材料分散的步骤包括经由毛细管分散金属化材料。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步其中所述凹槽被以至少两个相邻的凹槽组的形式提供，其中将金属化材料分散到凹槽内的步骤包括将金属化材料分散到任何单个凹槽组的至少一个凹槽内。
8.根据权利要求6所述的方法，将金属化材料分散的步骤包括将金属化材料分散到任何单个凹槽组的两个凹槽的至少部分内。
9.根据权利要求6所述的方法，所述至少两个相邻的凹槽包括三个凹槽。
10.根据权利要求1所述的方法，所述晶圆包括P型半导体衬底，所述掺杂剂是竟致产生n+型半导体的，所述扩散层包括太阳电池发射极。
11.根据权利要求1所述的方法，所述晶圆包括p型半导体衬底，所述掺杂剂是竟致产生p+型半导体的，所述扩散层包括太阳电池背表面场区域。
12.根据权利要求1所述的方法，所述晶圆包括n型半导体衬底，所述掺杂剂是竟致产生p+型半导体的，所述扩散层包括太阳电池发射极。
13.根据权利要求1所述的方法，所述晶圆包括n型半导体，所述掺杂剂是竟致产生n+型半导体的，所述扩散层包括背表面场区域。
14.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，在将掺杂剂扩散到晶圆内的步骤之前，向晶圆提供有限可用性掺杂剂的步骤。
15.根据权利要求14所述的方法，提供有限可用性掺杂剂的步骤包括采用选择自由喷射、雾化和印刷含有液体的掺杂剂所构成的组的方法。
16.根据权利要求14所述的方法，提供有限可用性掺杂剂的步骤包括采用选择自由溅射、蒸发、等离子体增强化学气相沉积、真空化学气相沉积和大气压化学气相沉积所构成的组的方法来沉积掺杂剂玻璃。
17.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，在以高温施加的方式将掺杂剂扩散到晶圆内的步骤期间，将晶圆暴露给掺杂气体的步骤。
18.根据权利要求17所述的方法，所述掺杂气体选择自由POCl3和BBr3所组成的组。
19.一种提供具有图案化的扩散层的太阳电池的方法，包括步骤：
a.提供半导体晶圆；
b.在半导体晶圆中提供凹槽；
c.在晶圆的非凹槽区域中而非凹槽中，提供扩散阻滞材料；
d.提供掺杂剂到晶圆的整个表面；
e.以高温施加的方式加热晶圆一段持续时间，该高温施加将掺杂剂扩散到晶圆内；及
f.将含有液体的金属化材料分散到凹槽内；
从而在金属化位置处产生图案化的扩散层。
20.根据权利要求19所述的方法，提供掺杂剂的步骤包括在提供扩散阻滞材料的步骤之前，在凹槽中提供液体掺杂剂。
21.根据权利要求19所述的方法，所述晶圆包括p型半导体衬底，所述掺杂剂是竟致产生n+型半导体的，所述扩散层包括太阳电池发射极。
22.根据权利要求19所述的方法，所述晶圆包括p型半导体衬底，该掺杂剂是竟致产生p+型半导体的，所述扩散层包括太阳电池背表面场区域。
23.根据权利要求19所述的方法，所述晶圆包括n型半导体衬底，所述掺杂剂是竟致产生p+型半导体的，所述扩散层包括太阳电池发射极。
24.根据权利要求19所述的方法，所述晶圆包括n型半导体，所述掺杂剂是竟致产生n+型半导体的，所述扩散层包括背表面场区域。
25.根据权利要求19述的方法，提供掺杂剂到电池表面的步骤包括采用选择自由喷射、雾化和印刷含有液体的掺杂剂所构成的组的方法。
26.根据权利要求19所述的方法，提供掺杂剂到电池表面的步骤包括采用选择自由溅射、蒸发、等离子体增强化学气相沉积、真空化学气相沉积、和大气压化学气相沉积所构成的组的方法来沉积掺杂剂玻璃。
27.根据权利要求19所述的方法，提供掺杂剂到电池表面的步骤包括在加热步骤期间，将晶圆暴露给掺杂气体的步骤。
28.根据权利要求27所述的方法，所述掺杂气体选择自由POCl3和BBr3所构成的组。
29.根据权利要求20所述的方法，在凹槽中提供液体掺杂剂的步骤包括通过毛细管分散掺杂剂。
30.根据权利要求29所述的方法，将掺杂剂分散的步骤包括通过直接接触所述晶圆的毛细管分散掺杂剂。
31.根据权利要求19所述的方法，将金属化材料分散的步骤包括通过毛细管分散金属化材料。
32.根据权利要求29所述的方法，将金属化材料分散的步骤包括通过直接接触该晶圆的毛细管分散金属化材料。
33.一种提供具有图案化的扩散层的太阳电池的方法，包括步骤：
a.提供半导体晶圆；
b.在半导体晶圆中提供凹槽；
c.提供掺杂剂液体到凹槽内；
d.在包括凹槽的晶圆的整个表面上提供扩散阻滞材料；
e.以高温将掺杂剂扩散到晶圆内；和
f.将含有液体的金属化材料分散到凹槽内；
从而在金属化位置处产生图案化的扩散层。
34.根据权利要求33所述的方法，所述晶圆包括p型半导体衬底，所述掺杂剂是竟致产生n+型半导体的，所述扩散层包括太阳电池发射极。
35.根据权利要求33所述的方法，所述晶圆包括p型半导体衬底，所述掺杂剂是竟致产生p+型半导体的，所述扩散层包括太阳电池背表面场区域。
36.根据权利要求33所述的方法，所述晶圆包括n型半导体衬底，所述掺杂剂是竟致产生p+型半导体的，所述扩散层包括太阳电池发射极。
37.根据权利要求31所述的方法，所述晶圆包括n型半导体，所述掺杂剂是竟致产生n+型半导体的，所述扩散层包括背表面场区域。
38.根据权利要求33所述的方法，进一步包括在晶圆的整个表面上提供掺杂剂的步骤。
39.根据权利要求38所述的方法，提供掺杂剂到整个电池表面的步骤包括采用选择自由喷射、雾化和印刷含有液体的掺杂剂所构成的组的方法。
40.根据权利要求38所述的方法，提供掺杂剂到整个电池表面的步骤包括采用选择自由溅射、蒸发、等离子体增强化学气相沉积、真空化学气相沉积、和大气压化学气相沉积所构成的组的方法来沉积掺杂剂玻璃。
41.根据权利要求38所述的方法，提供掺杂剂到整个电池表面的步骤包括在加热步骤期间，将晶圆暴露给掺杂气体的步骤。
42.根据权利要求41所述的方法，所述掺杂气体选自由POCl3和BBr3所组成的组。
43.一种提供具有图案化的扩散层的太阳电池的方法，包括步骤：
a.提供半导体晶圆；
b.在半导体晶圆中提供凹纹理的区域，比较于平坦表面的晶圆，该半导体晶圆被构建以增强晶圆的光捕获特性；
c.在晶圆中提供用于金属化的凹槽；
d.在凹纹理的区域内，在晶圆中提供与用于金属化的凹槽相交的用于深发射极栅线的凹槽；
e.提供掺杂剂到用于深发射极栅线的凹槽中；
f.以高温加热该晶圆一段持续时间，其将掺杂剂扩散到晶圆内；和
g.将含有液体的金属化材料分散到用于金属化的凹槽内；从而产生与金属化位置相交的图案化的扩散层。
44.根据权利要求43所述的方法，进一步包括在加热的步骤之前，提供掺杂剂到用于金属化的凹槽中的步骤，从而产生也位于金属化位置处的图案化的扩散层。
45.根据权利要求44所述的方法，其中至少如下步骤之一借助于通过毛细管来分散液体而进行：提供掺杂剂到用于深发射极栅线的凹槽中；将含有液体的金属化材料分散到用于金属化的凹槽内；及提供掺杂剂给用于金属化的凹槽中。
46.根据权利要求45所述的方法，所述毛细管直接接触所述晶圆。
47.根据权利要求43所述的方法，所述凹纹理包括凹坑场。
48.根据权利要求43所述的方法，所述凹纹理包括多个凹槽。
49.根据权利要求43所述的方法，进一步包括，在将掺杂剂扩散到晶圆内的步骤之前，提供有限可用性掺杂剂给晶圆的步骤。
50.根据权利要求49所述的方法，提供有限可用性掺杂剂的步骤包括采用选择自由喷射、雾化和印刷含有液体的掺杂剂所构成的组的方法。
51.根据权利要求49所述的方法，提供有限可用性掺杂剂的步骤包括采用选择自由溅射、蒸发、等离子体增强化学气相沉积、真空化学气相沉积、和大气压化学气相沉积所构成的组的方法来沉积掺杂剂玻璃。
52.根据权利要求43所述的方法，进一步包括，在将掺杂剂扩散到晶圆内的步骤期间，将晶圆暴露给掺杂气体的步骤。
53.根据权利要求52所述的方法，所述掺杂气体选择自由POCl3和BBr3构成的组。
54.一种太阳电池，其包括：
a.硅基晶圆，其具有掺杂类型；
b.用于金属化的凹槽，其具有大约小于六十微米的宽度和大约大于3微米的深度；
c.在凹槽内的金属化，其沿着晶圆表面向相应凹槽的任一侧，延伸大约不超过十五微米；
d.在金属化下掺杂，其深于存在于不在金属化凹槽下的区内的晶圆表面上的掺杂；和
e.在金属化和更深掺杂的硅之间的接口处的半连续的玻璃层。
55.根据权利要求54所述的电池，其中所述凹槽宽度大约小于四十五微米。
56.根据权利要求54所述的电池，其中所述凹槽宽度大约小于三十微米。
57.根据权利要求54所述的电池，其中所述金属化到相应凹槽的任一侧，延伸大约不超出十微米。
58.根据权利要求54所述的电池，进一步包括与凹槽内的金属化相交的深发射极栅线区域，比起存在于晶圆表面上不在金属化凹槽下及不在深发射极栅线区域处的区域，所述深发射极栅线区域还包括更深的掺杂。
59.根据权利要求58所述的电池，进一步包括在半导体晶圆中的凹纹理的区域，与平坦表面的晶圆相比，该半导体晶圆被构建用于增强晶圆的光捕获特性。
60.根据权利要求59所述的电池，所述凹纹理包括凹坑。
61.根据权利要求59所述的电池，所述凹纹理包括多个凹槽。
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