CN102232245A - 在设置有层的半导体衬底上制造金属接触部的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于在半导体器件上制造导电的金属接触部的方法，其在表面侧在半导体衬底（12）上具有层（20）。为了在良好的机械强度的情况下出现小的过渡电阻，提出了如下方法步骤：－施加包含颗粒的液体到层上，其中颗粒至少包含金属颗粒和玻璃料，－将液体完全硬化，同时通过热处理在衬底（12）中构建金属区域（26，28），－去除被完全硬化的液体，包括层的被液体覆盖的区域，－为了形成接触部，从溶液中无中间层地沉积导电材料（18）到半导体器件的区域中，在这些区域中去除了层，同时将衬底（12）中在这些区域中存在的金属区域（26，28）导电连接。
Description
本发明涉及一种用于在半导体器件如太阳能电池上制造尤其是带状的导电金属接触部的方法，所述太阳能电池在表面侧在衬底上具有层、如介电层，所述介电层如由例如氮化硅、氧化硅、氧化钛构成的钝化层。
目前在市场上可获得的太阳能电池和太阳能模块的超过90％利用晶体硅作为太阳能电池材料。该太阳能电池的主要部分基于如下方法：其中首先板状或者片状衬底的接近表面的区域作为初始晶片利用扩散方法与基本材料（衬底）的掺杂相反地通过扩散工艺来掺杂，其中初始晶片基本上具有均匀的初始掺杂。通常，p掺杂的Si初始晶片利用磷扩散在至少一个表面上（通常是接收光的侧）或者该表面的一部分上被n掺杂。然而，n掺杂的晶体Si初始材料也用作太阳能电池材料，并且借助扩散工艺（例如利用硼）或者合金工艺（铝）在表面至少之一上或者表面的一部分上被p掺杂。
工业制造的硅太阳能电池的主要部分基于金属－膏－接触部，它们在半导体结的两侧截取电流并且传输到收集接触部（所谓的条/汇流条或者焊剂岛/焊盘），其允许将焊剂接头焊上并且将太阳能模块中的太阳能电池彼此电连接。用于建立太阳能电池接触的金属膏例如能够实现穿过介电层如SiNx:H、SiO2、TiOx等等来接触硅表面。主要的是，目前使用带有较小的重量份额的玻璃料或者部分其他无机添加剂的Ag膏，其在比较高的温度情况下（700℃－900℃）烧结。在典型比较短的烧结工艺期间，在有机组成部分如溶剂和粘合剂燃尽之后，典型地仅仅经历非常短的烧结工艺的最高温度（“peak firing，最高燃烧”；“sintering spike，烧结尖峰”）。在烧结工艺期间，包含于Ag膏中的玻璃料（其包含金属氧化物）首先变软，然后变成液体的并且将太阳能电池的表面润湿。玻璃料和其他无机添加物通常选择为使得其刻蚀穿过可能在晶片表面上存在的介电层。在玻璃熔体中包含的金属氧化物在氧化还原反应中与硅表面相互作用。在此，形成SiOx和被还原的金属离子，它们溶解在熔体中。玻璃熔体于是部分地刻蚀到硅表面中并且Ag被熔融的玻璃以及其中包含的金属离子溶解。在冷却工艺期间，Ag外延沉积在硅表面上、优选沉积在<111>表面上。在原始的硅表面上形成Ag晶粒，其在冷却工艺之后通过又固体化的玻璃中间层而在空间上并且很大程度上彼此电分离。在该玻璃层上在烧结之后有烧结在一起的Ag颗粒构成的导电的结构。这样制造的在硅和Ag之间的接触部的导电性由于沉积在硅表面中的Ag晶粒和烧结在一起的Ag颗粒结构之间的受限导电的玻璃层而受到限制。该导电性通过玻璃层的厚度以及其中溶解的金属沉淀物确定，其提高了针对载流子的隧穿概率。借助其他金属膏至硅的接触同样可以实现。
元素如Ag、Ni、Pd、Zn、Ti、Pb、Sn、Sb、Bi、Al、B等等多年来已经在膏中通常用作氧化形式的组成部分，或者使用在玻璃基质中，以便建立至硅的接触。然而，如果要穿过介电层（通常是硅表面上的有利的钝化层）来接触，则包含玻璃料并且在较高的工艺温度（大于玻璃熔点）情况下烘烤的Ag膏是优选的，因为其在此是比较简单的方法，同时可以实现高的产量以及工业经济性。
在硅中形成的Ag晶粒的密度和大小（横向或者侵入深度）以及玻璃层的厚度在此强烈地取决于热处理或者所使用的玻璃料（类型、数量、颗粒大小分布）以及其他的无机添加物、以及在烧结/灼烧膏的情况下的炉气氛。在此变得困难的是，最佳的晶体密度和导电性最好的、即最薄的玻璃层不一定可以在相同的热处理情况下实现，使得合适的温度变化曲线通常是两个要求的折衷，并且此外必须可再现地达到，以便实现最优的结果。因此，工艺窗口相当小。
目前开发的Ag膏和其他金属膏以及相关的施加、烧结和接触方法（其适于接触工业晶体的Si太阳能电池并且在大范围中使用）具有一系列缺点。这些缺点包括：
● 膏接触部至硅的高的接触过渡电阻，尤其是在低掺杂的硅表面的情况下（<<1020掺杂原子/cm3）。
● 由于多孔的接触结构和在接触结构中的玻璃成分导致膏接触部的比较低的导电性。导电性相比于纯金属层明显降低。
● 初始金属如Ag的比较高的份额是必须的，以便实现接触部的足够高的导电性。由此，导致提高的消耗材料成本和不必要的遮挡损耗。
● 尤其是当追求具有高施加强度的窄接触线，以便减少在太阳能电池前侧上的光遮挡和/或以小的横向导电性接触发射体时，由于膏中的颗粒大小以及接触线的所需的横截面导电性联合膏施加方法如丝网印刷而限制了可实现的最小接触线宽度。
● 在太阳能电池表面上的有限附着强度以及接触部的有限耐久性。接触部的金属结构或者玻璃层在焊接以及在与模块复合结构中形成的材料长时间相互作用的情况下在冷却工艺中（在烧结或者焊接之后）相互作用。在此，热学和机械影响因素例如材料复合结构的不同膨胀系数以及可能的化学相互作用是起作用的。所提及的影响会在产品寿命期间不利地持久影响太阳能电池的功率以及其接触部，即相应的应用环境中的太阳能模块。由此得到必须的折衷，这些折衷考虑在太阳能模块的制造和工作期间与所有合适的材料和原料的相互作用，以便保证所要求的寿命以及在太阳能电池层面上（至少暂时）可实现的最高效率。
● 目前市面上可用的Ag膏并不适于接触带有小的表面掺杂材料浓度的磷发射体来使得能够实现低的接触过渡电阻并且同时在太阳能电池情况下实现高的填充因数。作为结果，产生了工业上使用的晶体Si太阳能电池的在高掺杂的发射体（>1020P原子/cm3）中的复合损耗，这些太阳能电池可以利用Ag膏来接触。由此，限制了太阳能电池的短路电流和效率。
● 在Ag膏中使用含有重金属的玻璃料如PbOx、CdOx并且由此使用对于健康和环境有害的组成部分，其在模块复合结构中可能不再满足将来的欧洲电子工业方针。
● 在Si太阳能电池上的所印刷的金属接触部的接触结构是多孔的并且由此对于在无电流的或者电镀的、用于从溶液中沉积（镀覆）金属的含水溶液中的后续处理并非毫无限制地被适用，因为所使用的用于沉积金属的溶液的残留物会留在或者包含在多孔结构中，并且以后在模块复合结构中会导致损害接触部并且由此损坏太阳能模块。由此产生的缺点尤其是效率损失、模块分层、接触部和太阳能电池褪色。
由US-A-4,703,553公开了一种用于制造太阳能电池的挤压方法。为了构建背侧接触部，将含铝的膏施加到背侧上延伸的氧化层上。通过随后的热处理，要将Al颗粒在其表面上氧化，由此要将位于其下的氧化层局部地去除。留下的铝颗粒与太阳能电池的衬底材料形成合金。借助HCl溶液，随后将衬底上留下的铝和氧化铝的残留物去除。在这样暴露的区域之下于是有高掺杂的p+区域。
US-A-2002/0153039的主题是制造一种太阳能电池，在其外侧上施加氧化层。在前侧上于是印刷P2O5材料，并且在背侧上印刷B2O3材料，以便构建磷硅酸玻璃层或者硼硅酸玻璃层。通过热工艺，在前侧区域或者背侧区域中随后构建高掺杂的n++或者p++层。磷硅酸玻璃层（PSG）或者硼硅酸玻璃层（BSG）然后借助流体酸被刻蚀掉。由此，使得氧化层的邻接区域也被部分地一同侵蚀。随后，进行导电接触部的施加。邻接的氧化层的部分应当在完全去除PSG层和BSG层之后还保留。
本发明所基于的任务是，改进一种用于在半导体器件如太阳能电池的表面上制造导电金属接触部的方法，使得在良好机械强度的情况下出现小的过渡电阻。也应当将金属接触部的面延伸最小化，以便在作为半导体器件的太阳能电池情况下将遮挡保持得尽可能小。此外，在表面区域中的可靠接触应当是可能的。
为了解决该任务，本发明提出了一种用于在半导体器件如太阳能电池上制造至少一个尤其是带状导电的金属接触部的方法，其在表面侧在半导体衬底上具有层、如介电层如钝化层，所述方法包括以下方法步骤：
- 线状、带状和/或点状地施加液体到层上，该液体至少包含金属构成的颗粒和玻璃料构成的颗粒，其中颗粒的表面可选地被涂层或者被氧化，和/或该液体可选地附加地包含金属氧化物颗粒;
- 通过热处理将液体完全硬化，同时：
--通过烧结金属颗粒来构建连贯的金属结构，
--在金属结构和半导体衬底之间构建玻璃层，以及
--在半导体衬底中构建金属区域，这些金属区域通过玻璃层与半导体衬底上的金属结构分离，
- 通过刻蚀去除进行分离的玻璃层，并且由此同时通过掏蚀去除金属结构，而在此并不去除生长到半导体衬底中的金属区域，
- 为了形成所述至少一个导电接触部，从溶液中无中间层地沉积导电材料到半导体器件的生长至半导体器件中的金属区域上，在这些金属区域上面玻璃层和金属结构层已被去除，同时将衬底中在这些区域中存在的金属区域导电连接。
在此所基于的是，金属区域在热处理期间通过含有金属氧化物的玻璃熔体与半导体材料如Si材料的氧化还原反应以及半导体材料的蚀镂并且随后的外延沉积来形成。
尤其是规定，使用附加地包含金属氧化物的液体作为所述液体。
作为液体，尤其适用膏，然而也适用墨水或者气溶胶，其中其组分必须保证穿过如钝化层的层的穿通刻蚀。
然而，液体优选是带有小的重量份额的玻璃料或者部分其他无机添加物的膏，如这从现有技术中已知的那样，并且其刻蚀穿过层、如介电层、如钝化层。在膏中也可以存在有机组成部分如溶剂和粘合剂。
下面将半导体衬底上存在的层（如果存在这样的层）原则上称为介电层，而不应当由此进行对根据本发明的教导的限制。
目前单级的、通过带有随后的对所施加的金属膏的干燥和烧结的膏施加方法用于接触半导体器件的金属化接触部通过多级方法来替代，其中（相应于现有技术）首先以窄的线或者带或者点状地施加液体如金属膏，将其干燥并且烧结。但是，随后如下程度地去除所施加的接触结构，使得金属接触结构位于其上的玻璃层或者金属氧化物层被很大程度上被除去，并且仅仅金属晶粒区域保留在半导体器件表面上，它们直接形成至半导体即衬底的欧姆接触，并且由此使得用于接触过渡电阻的隧道机制多余。在除去多孔的金属结构和玻璃层之后，由此局部地在之前烘烤接触线或者接触点的位置上通过晶粒（例如外延沉积的Ag晶粒区域）给出至要施加在晶粒上的金属层的欧姆连接。
所保证的是：由于通过液体尤其是金属膏在热处理如熔融中出现的刻蚀作用，在衬底表面上存在的介电层被局部地敞开，使得通过其在小的过渡电阻情况下为随后的金属层保证了所希望的导电接触。尤其是，可以电镀地或者无电流地沉积金属层如Ag、Ni、Cu、Pd、Ti、Sn、Al。在此，它们可以以所希望的顺序和/或厚度以及必要时相继地或者相叠地被沉积。
不是根据现有技术地借助金属膏基本上通过施加膏并且随后热处理或者烧结来制造至半导体材料如硅的电接触，根据本发明使用了多级方法：
在第一级中，在对应于现有技术的类似或者匹配的方法中将液体如包含金属的膏施加到半导体器件的所希望的区域上、如太阳能电池表面上，并且在随后的干燥和烧结方法中将介电层如钝化层穿通刻蚀，并且金属区域如硅中的金属晶粒在最高烧结温度之后冷却时在半导体材料如硅中外延地生长。
在冷却过程中，在使用Ag膏的情况下溶解在玻璃熔体中的金属如Ag被沉积。该沉积优选也在如下部位进行：在这些部位上，半导体表面如Si表面通过氧化还原反应来蚀镂。在那里，出现金属（如Ag）晶体（或晶粒）的外延生长。
相比于现有技术，也适用其他液体组分如膏组分、膏的其他线宽度和施加高度以及其他的烧结条件，因为这样形成的接触部仅仅是至最终的接触部的中间级，并且由此可以不同地优化。根据本发明，也可以逐点地施加液体，尤其是以点排列的形式来进行，以便以后建立导电连接。
热处理或者烧结在T烧结>T熔融的温度下进行，其中T熔融为玻璃料的熔融温度，其中优选的是700℃<T烧结<1000℃。
在第二级中，首先在附加的刻蚀步骤中部分地去除这样形成的接触部。在此，例如在液体酸中或者其他氧化物还原性的溶液中去除玻璃层，该玻璃层在烧结的Ag膏接触部中将Ag晶粒和Ag颗粒结构彼此分离，使得仅仅在半导体表面如Si表面外延生长的Ag晶粒还与半导体如硅接触，而其余的液体结构如膏结构被去除。
对于金属颗粒结构如Ag颗粒结构，要说明以下内容。在玻璃料的温度和熔融的影响下将金属颗粒烧结。在此，玻璃料尤其是也减少了来自金属颗粒表面的金属。在冷却之后，形成连贯的金属结构，然而该结构具有比致密的金属层更小的密度和导电性。
在另一工艺步骤中，在第三级中直接将具有比开始在烧结的金属接触部情况中更高导电性以及更低的接触过渡电阻的金属层沉积或者施加到连贯的或者紧密相邻的Ag晶粒的剩余结构上。通过金属层，将Ag晶粒导电地彼此连接。为此适用所有如下方法：这些方法无需明显的经济或者方法技术上的额外花费而能够在模块复合结构中实现具有改善的导电性和/或长期稳定性的接触部，以及能够实现在半导体材料中生长的金属区域（该方法的第一级）和现在沉积于其上的金属层之间的金属接触。为此，例如如下方法是适合的：其在常见的Ag膏的情况下选择性地将化学溶液中的金属沉积到生长于半导体中的金属区域（例如Ag晶粒）上，并且借助其在相同的条件下在半导体表面如Si表面或者介电层上没有沉积金属。这例如可以是无电流的或者电镀的金属沉积方法，其中从含水溶液中将金属选择性地沉积到在半导体中生长的金属区域上，因为在那里选择性地存在着相对于太阳能电池表面其余区域的有利的电化学电势。因为在从化学溶液沉积时金属层的典型生长主要是各向同性地进行，所以在沉积工艺期间紧密相邻的晶粒金属区域岛一起生长，使得在所希望的区域中整体上又得到连贯的导电接触结构。接触过渡电阻明显小于原始产生的金属液体接触部如金属膏接触部的情况，因为在进行分离的玻璃层内不再需要隧道机制，而是Ag晶粒一方面直接与半导体如硅良好导电地接触，并且另一方面直接与接触线的导电层金属接触。接触部的线导电性可以在接触部的相同或者更小横截面情况下被明显改进，因为其不再是带有玻璃成分的多孔接触结构，而是可以沉积具有高导电性的坚固的、致密的金属层。
尤其规定，导电金属以宽度B来施加，其中B<100μm，尤其是B<60μm，优选B<40μm，特别优选B<20μm，和/或导电材料以H<15μm，尤其是H<10μm，优选H<5μm，尤其优选H<1μm的施加高度来施加。
不同于现有技术，在半导体衬底和尤其是电镀地或者无电流地从溶液施加的、形成导电金属接触部的材料层之间进行直接接触，使得相比于现有技术形成小得多的过渡电阻。
根据现有技术存在的在半导体衬底和形成金属接触部的导电层之间的隔离层被省去。在银的情况下（其在半导体衬底中形成晶粒），根据现有技术原则上需要起隔离作用的玻璃基质。
根据Konstanz大学的G. Schubert （2006）的“Thick Film Metallisation of Crystalline Silicon Sloar Cells Mechanisms, Models, Applications”的论文，使用了有机基质，其同样起隔离作用，使得出现不希望的过渡电阻。此外，Schubert并不意图制造带有金属接触部的太阳能电池。更确切地说，根据Schubert的观点研究了：在构建于衬底中的Ag晶粒和施加于其上的导电银之间可以建立何种程度的导电连接。然而，使用导电银来连接各晶粒区域并不适于连接太阳能电池，因为导电银由于其价格而在经济上不可用，并且此外其既不选择性地将Ag晶粒区域润湿，也不导致如下接触部：这些接触部可以在光电技术中使用的焊接方法之后被接触，以便将太阳能电池在模块复合结构中持续地彼此导电连接。此外，Schubert将导电银以一个宽度来施加，该宽度导致遮挡，该遮挡会导致太阳能电池的明显效率降低。
在建立金属接触的多级形式情况下可以减少液体如膏中的Ag成分或者一般而言的金属成分以及总体上减少所施加的金属的量，因为在金属液体接触部如膏接触部的第一施加情况下，该接触部的明显较小的横截面足够。该接触部仅仅必须在硅中产生合适的晶粒区域，并且在玻璃层之上的金属结构中无需实现特别导电的横截面，使得一方面在金属膏的情况下可以明显减少所应用的重量份额，并且另一方面其组分可以仅仅在半导体器件中的金属区域形成和所希望的理想烧结工艺方面进行优化。在此完全允许的是，例如相对于膏中的金属份额明显提高玻璃份额，虽然这会导致进行分离的玻璃层不是特别能导电。只要在此在接触部灼烧之后在半导体器件中在金属区域上形成高的面密度，则这可以视为有利的，因为由此进行分离的玻璃层也更容易在第二部分方法步骤中被去除，并且更高的玻璃份额可以在半导体材料中在金属区域上构建更大的面密度。在除去玻璃层（刻蚀工艺）之后沉积金属层时，沉积具有更高导电性的致密金属层，使得所需的金属份额总体上可以比在目前通常的金属膏接触部情况下更小。除了工艺优点和改进的太阳能电池效率，该事实证明了附加的加工步骤的经济上的可用性。
因为在施加金属膏的情况下仅仅需要小的施加高度，所以适用附加的用于施加金属膏的方法，这些方法目前在工业制造太阳能电池的情况下可能并不经济或有利地被使用。其例如是移印或者胶印、喷墨方法、气溶胶喷射方法和其他已知的方法。因为在应用膏的情况下的施加高度对于以后的膏的导电性不再是决定性的，所以也可以应用明显更窄的接触部（在使用改进的丝网和/或膏的情况下也借助丝网印刷来进行）。即使在印刷构图中的小的中断（甚至在各并列排列的点上）－只要它们在随后的构建导电层的情况下（在将玻璃层和金属颗粒结构刻蚀掉之后）又可以被闭合－在此也是可接受的。在从溶液中电镀或者无电流地沉积金属的情况下，这例如通过所沉积的层的横向生长以及各金属晶粒区域的共同生长来实现。
为了制造将晶粒区域连接并且直接接触的导电层，存在除了从化学溶液中沉积金属之外适用的多种方法。于是也存在如下金属膏：其在比较低的温度情况下实现导电层以及良好的机械附着，而可以并不刻蚀穿过介电层或直接接触硅。在此，至已经生长到半导体器件中的金属晶粒区域的小的欧姆接触过渡电阻已经足够。也适用焊接方法如热学方法或者超声方法以及用于接触金属区域的其他连接方法。在此，材料选择并不局限于目前在太阳能行业常见的金属。根据方法，也适用材料复合结构。
该附加的自由度的使用导致更小的接触过渡电阻、金属接触线的改进的线导电值、太阳能电池的更小的光遮挡以及接触部的更好的焊接特性。太阳能电池具有更好的效率和填充因数、在模块复合结构中更好的持久性、在金属表面上的减少的复合，以及必要时更小的制造成本。
此外，借助金属膏接触部可以消除对于目前工业制造的晶体Si太阳能电池的最大阻碍。目前，弱掺杂的发射体区域（在Si中的磷表面浓度<<1020磷原子/cm3）的接触并非是有利地可能的。在试图接触低掺杂的硅表面的情况下，必须使用较高的工艺温度、金属膏中的侵蚀性的玻璃料、膏组分中的较高的玻璃料重量份额或者较长的工艺时间。与在传统接触部中的情况相比，这导致在金属结构和硅中形成的晶粒区域之间更强烈地构建玻璃层。然而，这导致接触过渡电阻强烈地增大，并且对于太阳能电池的填充因数起限制作用。然而，如果玻璃层可以在烧结工艺之后被完全去除，并且直接在生长的金属区域上得到接触部，于是可以得到小的接触过渡电阻，只要在其上的液体如膏被优化为在窄的距离中产生足够的晶粒岛，而并不将污物引入半导体结中。必要时，必须为此将发射体区域特别地匹配。根据本发明，可能的是，合适地接触也弱掺杂的、可良好地钝化的发射体表面，并且在这种太阳能电池情况下实现高的填充因数值。与减少的遮挡损耗结合，由此可以将工业太阳能电池与高效实验室太阳能电池的最大差别克服。结果，可以预计在工业上借助这里描述的方法制造的太阳能电池的明显更高的效率。
根据本发明，可以在太阳能电池上施加金属接触部，其中在p导电衬底的情况下，发射体（n导电）具有掺杂材料原子如磷的浓度c为c<1020原子/cm3，尤其是c<5×1019原子/cm3，尤其是c≈1019原子/cm3。
根据本发明的方法的特征在于，至硅的接触主要在硅中外延生长的金属晶粒的界面上进行，并且晶粒区域通过高导电性的层彼此连接成为连贯的接触结构，这些接触结构耦合到太阳能电池的汇流排或者汇聚点（条/汇流条或者焊剂岛/焊盘）上。
虽然根据本发明的方法在前面首先以含Ag的液体如膏来阐述，然而并未由此给出根据本发明的教导的限制。而是，可以使用液体如膏、墨水、气溶胶，它们作为金属颗粒针对Ag替代地或者补充地例如包含Ni、Cu、Pd、Ti、Sn、Al、它们的组合或者合金。
尤其是，在根据本发明的方法中可以使用膏，这些膏除了金属和/或金属原子和/或玻璃料之外也包含选自Pb、Cd、Zn、Bi、Sn、Sb、Al、P、B、Ti、Pd、Tl、Zr、Li、Ga、Ni或者Si的组的至少一种元素的氧化物。
优选的是，根据本发明的方法用于如下太阳能电池：其接触侧的钝化层由SiOx、SiNx:H、TiOx、Al2O3、SiNOx、SiC或者其他在半导体器件领域中常见的钝化层构成或者包含它们。
所述液体尤其是通过印刷方法如丝网印刷、胶印、移印、转印或者分配方法（Dispensverfahren）、喷墨方法、气溶胶喷射方法、粉末涂层方法（如其从拷贝技术中已知的那样）或者其他可选性涂层方法来施加。
也可以在第一方法步骤中将液体施加到半导体器件的表面上，所述液体包括含Ag、含Ni、含Pd、含Ti的粉末或者其他含金属的粉末或者颗粒形式的金属化合物（例如由包含合金或者金属氧化物的混合物构成）。
在尤其是通过刻蚀或者还原氧化层而暴露的、生长在半导体中的金属层或者金属区域上的金属沉积可以从溶液进行，该溶液包含Ag、Ni、Cu、Pd、Ti、Al和/或Sn。
在用于构建接触部的电镀金属沉积方法中（其中在接触部灼烧时生长到半导体中的各个金属区域被连接），光诱导的对电镀电势的影响可以是有利的。由此例如可能的是，通过在半导体器件如太阳能电池中形成的电压以及在相应的照明强度情况下相应的光电流来控制沉积速率以及沉积选择性（相比于在p区域上的接触部，影响至n区域的接触部上的沉积速率）。然而，至金属区域的导电连接也可以通过焊接方法如超声焊接方法或者热焊接来进行。如金属火焰喷射的方法也是可能的，只要由此选择性地将所希望的区域彼此电连接，并且在生长于半导体中的金属区域和所沉积的金属层之间形成直接欧姆接触。
本发明的其他细节、优点和特征不仅从权利要求、由这些权利要求可提取的特征（本身和/或组合）中得到，而且也可以借助由以下附图中可提取的优选实施例来得到。
其中：
图1至图5示出了用于在太阳能电池上制造金属接触部的方法。
在附图中纯粹原理性地示出了太阳能电池10作为半导体器件，其应当完全普遍地代表半导体器件，并且例如示出p导电的硅衬底12、背部接触部14和n++前部区域（发射体）16，其用于构建发射体16和衬底12之间的np结。这是必须的，以便可以将由入射的电磁辐射产生的载流子分离并且通过背部接触部14和前部接触部18来截取电流或电压。前部接触部18的构型在下面借助图1至图5来进一步阐述。
此外，从太阳能电池10的原理图中得到的是，发射体16被介电层如钝化层20覆盖，该钝化层在硅衬底的情况下可以由SiNx:H构成。
包含金属原子的液体被施加到钝化层20上，其中该钝化层也实施抗反射层的功能。随后，借助Ag膏来对其进行阐述，而不应由此将根据本发明的教导进行限制。
为了构建金属接触部18，将Ag膏以带22、24的形式施加到钝化层20上并且进行干燥。银膏尤其是包含金属颗粒、玻璃颗粒和/或金属氧化物、溶剂、有机粘结剂和添加剂。然后，执行热处理，其在太阳能电池上制造金属接触部即前部接触部时也称为灼烧或烧结。在相应的热处理情况下，玻璃基质或者金属氧化物基质将Ag颗粒结构以及电钝化层20润湿，并且局部地刻蚀穿过该层20（图2）。在冷却的情况下，于是Ag晶粒26、28沉积在发射体16中（图3）。
根据本发明，于是原来施加的金属结构、即在灼烧或者烧结之后存在的银膏组成部分以及在银膏之下存在的钝化层20的区域被去除。这可以通过还原性或者刻蚀性的化学处理步骤来进行，其将灼烧或者烧结期间在发射体16上形成的玻璃层或者金属氧化物层基本上完全去除，如这从图4中表明的那样。优选的是，进行玻璃层或者金属氧化物层的掏蚀，使得其连同位于其上的金属接触结构以及在衬底上存在的层在玻璃层或者金属氧化物层的区域中被去除。仅仅只有生长到发射体16中的晶粒26、28保留，其一直伸到发射体16的表面（区域30，32）。必要时，在晶粒26、28的表面上存在的氧化层被去除。然后，优选电镀地或者无电流地从溶液将金属沉积到相应的区域30、32上，以便构建金属接触部或者前部接触部18（图5）。沉积的金属层必须能够实现至剩余的金属接触部即晶粒26、28的良好的欧姆导电性，并且由此将硅中的晶粒彼此之间导电连接。根据现有技术存在的在晶粒26、28和前部接触部之间的中间层并不存在。
在构建金属前部接触部18时优选的方法参数和材料从下面的实施例中得出。
下面示例性地补充地进一步阐述本发明。
根据本发明的教导的应用的一个优选形式例如是将银膏施加到太阳能电池的光敏侧上，该光敏侧设置有n+发射体和位于其上的SiNx:H钝化层。银膏通常以线性等距的布置来施加。为此，例如考虑丝网印刷方法，其以1mm至3mm的距离来施加典型宽度为40μm至140μm的Ag膏线。垂直于这些线，通常施加同样长形的具有银膏的区域，其明显更宽。在太阳能电池前侧上的所谓的“汇流条”或者汇流接触部通常为0.5mm至3mm之间宽，并且表现为关于电池中央对称的两个或三个汇流接触部。在制成太阳能电池之后，这些汇流接触部用于将焊剂接头焊上，由此在太阳能模块中的太阳能电池可以彼此之间电连接。
在这里所描述的方法中，被印刷上的Ag膏接触部的高度可以选择得明显低于在传统方法中的情况（在传统方法中仅仅使用了丝网印刷接触部），因为接触部的实际的线导电性通过将接触线的电镀强化而产生。替代丝网印刷接触部的大约10μm到15μm的典型施加高度，1μm到10μm的施加高度也是完全足够的。在应用Ag膏并且干燥之后，并且必要时也在接触部印刷在太阳能电池的背面上之后，将这些接触部在高温灼烧步骤中在典型为780℃到840℃的情况下烧结，并且穿过氮化硅钝化和抗反射层烧到发射体区域的硅中。在此，在接触部之下的氮化硅层被刻蚀掉，并且玻璃金属熔体的发射体区域的部分被减少。在冷却接触部时，Ag外延地从熔体被沉积在硅中。随后，玻璃金属熔体被固化，并且通常将金属沉淀物留在玻璃层中，其将在硅中生长的、外延沉积的Ag晶粒与原来施加的Ag膏的接触结构分离。
在随后的工艺步骤中，优选将这样产生的太阳能电池在湿化学连续式方法中通过还原金属接触部的氧化区域和玻璃层的溶液（例如缓冲的HF溶液）而在预先确定的工艺时间上（典型在一分钟的范围内）连续地转移到滚筒传送装置上，其足以将在金属结构和Ag晶粒之间进行分离的玻璃层掏蚀。在此，太阳能电池优选以前侧向下地被处理，以便保证原始接触线的金属结构由于Ag的高密度而在湿化学连续式装置的池中在下部积聚并且在那里有目的地被提取。
在随后的冲洗步骤之后，太阳能电池继续进入随后的湿化学装置用于光电镀地（lichtgalvanischen）沉积Ag，如其例如由Freudenstadt的Schmid公司所提供的那样。在该装置中，在暴露的、生长到硅中的Ag晶粒区域上继续沉积Ag。
因为从含水溶液中沉积金属几乎各向同性地进行，所以相邻的晶粒区域共同生长并且又沿着原始应用的接触线形成总体上连贯的导电接触部。该接触部的导电性明显好于丝网印刷的Ag接触部的导电性，并且可以通过电镀增强的施加高度来确定。所形成Ag接触部具有紧凑的横截面，没有值得一提的多孔性并且由此几乎具有Ag的导电性。至硅的接触通过在Ag晶粒和沉积的Ag之间的直接欧姆金属接触而相对于丝网印刷接触部的原始接触过渡电阻被明显改善。有时可以是有意义的是，在附加的处理步骤中在合成气体气氛下在大约250℃至450℃的情况下将接触特性进一步改善10分钟至90分钟。
但是这里描述的方法并不局限于该应用例子或者太阳能电池的前侧接触部。
本发明也并不局限于太阳能电池，而是本发明涉及其上要施加导电接触部的所有类型的半导体器件。总之，术语“太阳能电池”因作为近义地被理解。
此外，当在半导体衬底上并不存在层时，也没有离开根据本发明的教导，因为其他的方法步骤就此而言是创造性的。
Claims (18)
1.一种用于在半导体器件如太阳能电池上制造至少一个尤其是带状的导电的金属接触部的方法，该半导体器件在表面侧在半导体衬底上具有层、如介电层、如钝化层，所述方法包括以下方法步骤：
-线状、带状和/或点状地施加液体到该层上，该液体至少包含金属构成的颗粒和玻璃料构成的颗粒，
-通过热处理将液体完全硬化，同时：
--通过烧结金属颗粒来构建连贯的金属结构，
--在金属结构和半导体衬底之间构建玻璃层，以及
--在半导体衬底中构建金属区域，这些金属区域通过玻璃层与半导体衬底上的金属结构分离，
-通过刻蚀去除进行分离的玻璃层，并且由此同时去除金属结构，而并不去除生长到该半导体衬底中的金属区域，
-为了形成所述至少一个导电接触部，从溶液中无中间层地沉积导电材料到该半导体器件的生长至该半导体器件中的金属区域上，在其上已去除了玻璃层和金属结构层，同时将衬底中在这些区域中存在的金属区域导电连接。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述金属区域通过构建由金属和/或金属原子构成的晶粒来制造。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，作为液体使用附加地包含金属氧化物和/或将金属颗粒的表面涂层和/或氧化的液体。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，使用膏、墨水和/或气溶胶作为液体。
5.根据至少权利要求1的方法，其特征在于，将如下层施加到太阳能电池上作为层、尤其是介电层：其由SiNx:H、SiO2、TiOx、Al2O3、SiNOx、SiC的组中至少一种材料构成或者包含该材料。
6.根据上述权利要求至少之一的方法，其特征在于，所述液体如膏通过印刷方法如丝网印刷、胶印、移印和/或转印，通过分配方法、喷墨方法、气溶胶喷射方法、粉末涂层方法来施加到表面上。
7.根据上述权利要求至少之一的方法，其特征在于，所述液体带状、网状或者星形地被施加。
8.根据上述权利要求至少之一的方法，其特征在于，所述液体点状地、尤其是以布置成行的点的形式地被施加。
9.根据上述权利要求至少之一的方法，其特征在于，使用包含Pb、Cd、Zn、Bi、Sn、Sb、Al、P、B、Ti、Pd、Tl、Zr、Li、Ga、Ni或Si的组中至少一种氧化物的液体作为液体。
10.根据上述权利要求至少之一的方法，其特征在于，作为金属颗粒使用如下金属颗粒：其包含Ag、Ni、Cu、Pb、Ti、Sn、Al的组中至少一种金属或者其一种或者多种合金。
11.根据上述权利要求至少之一的方法，其特征在于，被干燥的液体通过刻蚀如湿化学或干化学刻蚀方法或者等离子刻蚀方法来去除。
12.根据上述权利要求至少之一的方法，其特征在于，通过电镀或者无电流的金属沉积方法来将该导电材料施加到所述半导体器件的表面上。
13.根据上述权利要求至少之一的方法，其特征在于，替代从溶液中沉积导电材料，通过焊接方法如超声焊接方法或者热焊接或者通过燃烧方法如火焰喷射来施加所述导电材料。
14.根据上述权利要求至少之一的方法，其特征在于，使用金属膏作为导电材料。
15.根据上述权利要求至少之一的方法，其特征在于，光诱导地影响导电材料的电镀沉积。
16.根据上述权利要求至少之一的方法，其特征在于，所述导电材料以宽度B来施加，其中B<100μm，尤其是B<60μm，优选B<40μm，特别优选B<20μm。
17.根据上述权利要求至少之一的方法，其特征在于，所述导电材料以如下施加高度来施加：H<15μm，尤其是H<10μm，优选H<5μm，特别优选H<1μm。
18.根据上述权利要求至少之一的方法，其特征在于，使用如下半导体衬底，该衬底在其要与导电材料接触的区域中具有掺杂材料浓度C，其中C<1020原子/cm3，优选C<5×1019原子/cm3，尤其是C≈1019原子/cm3。
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