CN103258716B - 制作具有织化表面的半导体层的方法、制作太阳能电池的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种制作具有织化表面的半导体层的方法与制作太阳能电池的方法，前者包括以下步骤：(a)提供图案化基板；(b)形成至少一半导体层于图案化基板之上；(c)形成金属层于半导体层之上；以及(d)对图案化基板与其上述各层进行热处理制程，以将半导体层转印到金属层之上并移除图案化基板，以得到具有织化(textured)表面的半导体层。
Description
技术领域
本发明是有关于一种制作薄半导体层的方法，且特别是有关于一种制作具有织化(textured)表面的半导体层的方法。
背景技术
为了降低太阳能电池的制作成本，目前开始发展薄芯片的技术。目前制作薄芯片的方法是将芯片切得更薄，但是切割过程中容易造成芯片破裂，且若后续要组装成电池时，组装过程不能损毁薄芯片亦成为一项挑战。
美国专利US7,077,901揭露一种制作单晶硅晶圆(singlecrystalsiliconwafer)的方法，其先在单晶硅基板上制作多孔洞层(porous)，之后将单晶硅基板置于硅溶液中，以形成单晶层于多孔洞层之上。之后，以外力方式破坏多孔洞层，以得到具有单晶层与薄多孔洞层的薄芯片。
美国专利公开号US2010/0323472揭露一种制作薄基板的方法，其先在硅基板上形成金属层，之后将芯片加热至约700℃，使金属产生应力而从硅基板上剥离下来，此金属层上会具有非常薄的硅层(thinlayerofsilicon)。
然而，上述方法制作出的薄芯片平整度差，且不易大面积化，亦无法大量生产。此外，目前的制法并无法提供具有织化(textured)表面结构的薄芯片。
因此，业界亟需提出一种制作薄芯片的方法，此方法不但可制作出具有织化表面，且可大面积化与量产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制作具有织化表面的半导体层的方法与制作太阳能电池的方法，此方法不但可制作出具有织化表面，且可大面积化与量产。
本发明提供一种制作具有织化(textured)表面的半导体层的方法，包括以下步骤：(a)提供一图案化基板；(b)形成至少一半导体层于该图案化基板之上；(c)形成一金属层于该半导体层之上；以及(d)对该图案化基板与其上述各层进行一热处理制程，以将该半导体层转印到该金属层之上并移除该图案化基板，以得到一具有织化(textured)表面的半导体层。
本发明提供一种制作太阳能电池的方法，包括以下步骤：(a-2)提供一图案化基板；(b-2)形成至少一硅层于该图案化基板之上；(c-2)形成一金属层于该硅层之上；(d-2)对图案化基板与其上述各层进行一热处理制程，以将该硅层转印到该金属层之上并移除该图案化基板，以得到一具有织化(textured)表面的硅层；(e-2)形成一抗反射层于该具有织化表面的硅层之上以及(f-2)形成一电极层于该抗反射层之上。
本发明所提供的制作具有织化(textured)表面的半导体层的方法，具有下述优点：
(A)可直接得到薄的且具有织化(textured)表面的半导体层，不需要额外的图案化步骤。
(B)直接形成半导体层于图案化基板之上，不需要已知晶体成长步骤，因此，可大幅降低制程成本。
(C)基板可重复使用，且本发明的制法适用于大面积量产。
本发明所提供的制作具有织化表面的半导体层的方法除了可应用于太阳能电池外，亦可应用于其它半导体制程中。
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：
附图说明
图1A～1E为一系列剖面图，用以说明本发明的制作半导体层具有织化(textured)表面的流程；
图2A-2G为一系列剖面图，用以说明本发明的制作太阳能电池的流程；
图3为一扫描式电子显微镜图，用以说明本发明图案化基板的表面结构；
图4为一扫描式电子显微镜图，用以说明本发明半导体层的织化表面结构。
【主要组件符号说明】
20～太阳能电池；
102～基板；
104～半导体层；
104a～具有织化表面的半导体层；
106～金属层；
202～基板；
204～第一硅层；
204a～具有织化表面的第一硅层；
206～第二硅层；
208～金属层；
210～抗反射层；
212～电极层。
具体实施方式
请参见图1A-1E，本发明提供一种制作具有织化(textured)表面的半导体层的方法，包括以下步骤(a)-(d)。
首先，请参见图1A，于步骤(a)中，提供图案化基板102，基板102包括蓝宝石、石英、碳化硅(SiC)或氧化物晶体。图案化基板的表面可具有规则或不规则的图案，例如金字塔型、倒金字塔型、孔洞型等。
于一较佳实施例中，可使用蓝宝石作为基板102，并利用微影制程进行图案化步骤，以得到图案化的蓝宝石基板。
须注意的是，本发明所提供的基板102具有优异的耐热性，因此可避免高温下污染到后续要形成的半导体层，且基板102剥除后可重复使用。除上述基板之外，其它可耐热的基板亦在本发明所保护的范围内。
请参见图1B，进行步骤(b)，形成至少一半导体层104于图案化基板102之上，半导体层包括硅、锗(Ge)、硅锗(SiGe)、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、氮化铟(InN)、磷化铟(InP)、砷化铟(InAs)或上述的组合，其中硅包括多晶硅(multi-crystallinesilicon)、单晶硅(singlecrystallinesilicon)或微晶硅(micro-crystallinesilicon)。
须注意的是，半导体层104可为单层或多层，本领域人士可依实际应用的需求进行调整。
形成半导体层104的方法包括化学气相沉积法(CVD)、物理气相沉积法(PVD)或分子束磊晶(Molecularbeamepitaxy，MBE)。
此外，于进行步骤(c)之前，尚包括：对半导体层104进行掺杂步骤(doping)。
于一实施例中，可通过掺杂P型掺杂质(dopant)于硅中，以得到P-型硅，P型例如掺杂硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)等。
于另一实施例中，可通过掺杂N型掺杂质(dopant)于硅中，以得到N-型硅，N型例如由掺杂磷(P)、砷(As)、锑(Sb)等。
请参见图1C，进行步骤(c)，形成金属层106于半导体层104之上，其中金属层106包括铜、铝、银或上述的合金。
形成金属层106的方法包括涂布(coating)、印刷(printing)、电镀(electroplating)或物理气相沉积(PVD)。
请参见图1D，进行步骤(d)，对图案化基板102与其上述各层进行热处理制程，以将半导体层104转印到金属层106之上并移除图案化基板102，以得到具有织化(textured)表面的半导体层104a。
热处理制程的温度为约200-1000℃，较佳为约250-550℃。热处理制程的时间为约10-60分钟，较佳为约15-30分钟。
请参见图1E，于金属层106之上为具有织化表面的薄半导体层104a，此具有织化表面的半导体层104a的厚度为约1-150μm。
须注意的，进行热处理制程步骤可使金属层106与半导体层104紧密结合，并通过金属层106与基板102之间热膨胀系数的不同，使金属层106产生形变应力而将半导体层104转印下来，而得到薄的、具有织化(textured)表面的半导体层104a。
另外，请参见图2A-2G，本发明另提供一种制作太阳能电池的方法，包括以下步骤(a-2)-(f-2)。
首先，请参见图2A，进行步骤(a-2)，提供图案化基板202，基板202的材料同上所述，在此不再赘述。
请参见图2B，进行步骤(b-2)，形成至少一第一硅层204于图案化基板102之上。第一硅层204包括多晶硅(multi-crystallinesilicon)、单晶硅(singlecrystallinesilicon)或微晶硅(micro-crystallinesilicon)。
于一实施例中，可仅形成单一层第一硅层204，第一硅层204可为掺杂硅层，如P型或N型硅层，其中P型由掺杂硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)等杂质而得，N型由掺杂磷(P)、砷(As)、锑(Sb)等杂质(dopant)而得。
请参见图2C(可视需要而进行)，于另一实施例中，可形成两层硅层，亦即先形成第一硅层204，再形成与上述第一硅层204具有不同导电类型的第二硅层206，例如先形成P型第一硅层204时，接着可形成N型第二硅层206。
须注意的是，本发明图2B-2C虽显示形成两层硅层，但本领域人士亦可依据实际应用的需求，形成多层硅层。
请参见图2D，进行步骤(c-2)，形成金属层208于第一硅层204与第二硅层206之上(若未进行图2C时，金属层208仅形成于第一硅层204之上)，形成金属层208的方法与金属层208的种类同上所述，在此不再赘述。
请参见图2E，进行步骤(d-2)，对图案化基板202与其上述各层进行热处理制程，以将第一硅层204连同第二硅层206同时转印到金属层208之上并移除图案化基板202，以得到具有织化(textured)表面的第一硅层204a与第二硅层206。
热处理制程的温度为约200-1000℃，较佳为约250-550℃。热处理制程的时间为约10-60分钟，较佳为约15-30分钟。
之后，请参见图2F，进行步骤(e-2)，形成抗反射层(anti-reflectivecoating，ARC)210于具有织化表面的硅层204a之上。抗反射层210的材料为一介电材料，例如氮化硅(SiN)、二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)或五氧化二钽(Ta2O5)。形成抗反射层210的方法，例如等离子增强型化学气相沉积法(plasmaenhancedchemicalvapordeposition，PECVD)、低压化学气相沉积法(lowpressurechemicalvapordeposition，LPCVD)、喷涂法(inkjetprinting)或涂布法(coatingmethod)。
请参见图2G，进行步骤(f-2)，形成电极层212于抗反射层210之上。电极层212包括铝、银或上述的合金，于此，可制得超薄的太阳能电池20。形成电极层212的方法包括涂布(coating)、印刷(printing)、电镀(electroplating)或物理气相沉积(PVD)。
综上所述，本发明所提供的制作具有织化(textured)表面的半导体层的方法，具有下述优点：
(A)可直接得到薄的且具有织化(textured)表面的半导体层，不需要额外的图案化步骤。
(B)直接形成半导体层于图案化基板之上，不需要已知晶体成长步骤，因此，可大幅降低制程成本。
(C)基板可重复使用，且本发明的制法适用于大面积量产。
本发明所提供的制作具有织化表面的半导体层的方法除了可应用于太阳能电池外，亦可应用于其它半导体制程中。
【实施例】
实施例1
首先提供图案化蓝宝石基板，图3为一扫描式电子显微镜图，此图显示蓝宝石基板上具有规则图案。
之后，利用等离子辅助化学气相沉积法(Plasmaenhancedchemicalvapordeposition，PECVD)，通入硅甲烷(silane，SiH4)作为反应气体，于镀膜温度为约200℃，镀膜压力为约0.5torr，镀膜功率为约200W的条件下，形成厚度为约3μm的微晶硅于图案化蓝宝石基板之上。
接着，在微晶硅表面涂上导电银胶(杜邦PV-159)。之后，将图案化蓝宝石基板置于温度600℃的烘箱中进行热处理30分钟，即可将微晶硅层转印到导电银胶上，以得到导电银胶上具有规则图案的薄硅层。图4为一扫描式电子显微镜图，用以显示薄硅层的织化表面结构。
实施例2
实施例2的制法类似于实施例1，差别仅在于在微晶硅表面涂上导电银胶(杜邦PV-412)。之后，将图案化蓝宝石基板置于温度250℃的烘箱中进行热处理10分钟，即可将微晶硅层转印到导电银胶上，以得到导电银胶上具有规则图案的薄硅层。
实施例3制作成太阳能电池
取实施例1的薄硅层，利用涂布法于薄硅层之上形成氮化硅抗反射层。之后，利用电镀法形成银金属层，以完成薄的太阳能电池，其中导电银胶可作为后电极(backcontact)，而银金属层可作为前电极(frontcontact)。
实施例4
实施例4先形成3μm的微晶硅于蓝宝石基板之上(微晶硅的制法同于实施例1)。
接着再通入甲锗烷(Germane，GeH4)反应气体，于镀膜温度为约250℃，镀膜压力为约3torr，镀膜功率为约50W的条件下，形成厚度为约150nm的硅锗合金(Ge0.1Si0.9)于微晶硅之上。
接着，在硅锗合金表面涂上导电银胶(杜邦PV-412)。之后，将蓝宝石基板置于温度250℃的烘箱中进行热处理10分钟，即可将双层半导体结构(第一层微晶硅，第二层硅锗合金)转印到导电银胶上。
实施例5
实施例5与实施例1类似，差别在于利用溶液生长法(solutiongrowth)，于温度950℃，一大气压(760torr)条件下，形成厚度为约100μm的锗多晶于蓝宝石基板之上。
接着，在锗多晶表面涂上导电银胶(杜邦PV-159)。之后，将蓝宝石基板置于温度550℃的烘箱中进行热处理30分钟，即可将锗多晶转印到导电银胶上。
虽然本发明已以数个较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (17)
1.一种制作具有织化表面的半导体层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)提供一图案化基板；
(b)直接形成至少一半导体层于该图案化基板之上；
(c)形成一金属层于该半导体层之上；以及
(d)对该图案化基板与该半导体层及该金属层进行一热处理制程，以将该半导体层转印到该金属层之上并移除该图案化基板，以得到一具有织化表面的半导体层。
2.根据权利要求1所述的制作具有织化表面的半导体层的方法，其特征在于，该基板包括蓝宝石、石英、碳化硅或氧化物晶体。
3.根据权利要求1所述的制作具有织化表面的半导体层的方法，其特征在于，该半导体层包括以下材料：硅、锗、硅锗、氮化镓、砷化镓、磷化镓、氮化铟、磷化铟、砷化铟，或上述材料的组合。
4.根据权利要求3所述的制作具有织化表面的半导体层的方法，其特征在于，该硅包括多晶硅、单晶硅或微晶硅。
5.根据权利要求1所述的制作具有织化表面的半导体层的方法，其特征在于，于步骤(b)中，形成该半导体层的方法包括化学气相沉积法或物理气相沉积法。
6.根据权利要求1所述的制作具有织化表面的半导体层的方法，其特征在于，于步骤(b)中，形成该半导体层的方法包括分子束磊晶。
7.根据权利要求1所述的制作具有织化表面的半导体层的方法，其特征在于，于步骤(c)形成该金属层之前，尚包括：对该半导体层进行一掺杂步骤。
8.根据权利要求1所述的制作具有织化表面的半导体层的方法，其特征在于，该金属层包括以下材料：金、铝、银，或上述材料的合金。
9.根据权利要求1所述的制作具有织化表面的半导体层的方法，其特征在于，于步骤(c)形成该金属层的方法包括涂布、印刷、电镀或物理气相沉积。
10.根据权利要求1所述的制作具有织化表面的半导体层的方法，其特征在于，于步骤(d)中，该热处理制程的温度为200-1000℃。
11.根据权利要求1所述的制作具有织化表面的半导体层的方法，其特征在于，于步骤(d)中，该热处理制程的时间为10-60分钟。
12.根据权利要求1所述的制作具有织化表面的半导体层的方法，其特征在于，该具有织化表面半导体层的厚度为1-150μm。
13.一种制作太阳能电池的方法，包括以下步骤：
(a-2)提供一图案化基板；
(b-2)直接形成至少一硅层于该图案化基板之上；
(c-2)形成一金属层于该硅层之上；
(d-2)对图案化基板与该硅层及该金属层进行一热处理制程，以将该硅层转印到该金属层之上并移除该图案化基板，以得到一具有织化表面的硅层；
(e-2)形成一抗反射层于该具有织化表面的硅层之上；以及
(f-2)形成一电极层于该抗反射层之上。
14.根据权利要求13所述的制作太阳能电池的方法，其特征在于，于步骤(b-2)中，形成至少一硅层于该图案化基板之上包括：
形成一P型硅层于该图案化基板之上；以及
形成一N型硅层于该P型硅层之上。
15.根据权利要求13所述的制作太阳能电池的方法，其特征在于，该硅层包括多晶硅、单晶硅或微晶硅。
16.根据权利要求13所述的制作太阳能电池的方法，其特征在于，于步骤(d-2)中，该热处理制程的温度为200-1000℃。
17.根据权利要求13所述的制作太阳能电池的方法，其特征在于，于步骤(d-2)中，该热处理制程的时间为10-60分钟。
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