CN1241298A - 具有选择性扩散区的半导体器件 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种制造包括片状半导体衬底(2)的半导体器件的方法,其特征在于该方法包括以下步骤:步骤1)把基于固体的杂质源的图案选择性地加到所述半导体衬底(2)的第一主表面;步骤2)在包围所述半导体衬底(2)的气体环境下,通过受控的热处理步骤使杂质原子从所述基于固体的杂质源扩散到所述衬底(2)中,杂质从所述基于固体的杂质源直接扩散到所述衬底(2)中以在刚好位于所述基于固体的杂质源的所述图案以下的所述衬底(2)中形成第一扩散区(12),同时,所述杂质从所述基于固体的杂质源经由所述气体环境间接地扩散到所述衬底(2)中,以在所述衬底(2)的未被所述图案覆盖的至少一些区域中形成第二扩散区(15);以及步骤3)形成基本上与所述第一扩散区(12)对准的金属触点图案(20),而基本上无需蚀刻所述第二扩散区(15)。

Description

具有选择性扩散区的半导体器件

技术领域

本发明涉及半导体器件及其制造方法，尤其涉及具有在单个扩散步骤中所产生的两个或多个选择性扩散区的光生伏打电池(photovoltaic)。

背景技术

许多半导体器件可利用相同导电类型(p或n)的不同掺杂区来实行器件的较佳性能。形成这些不同掺杂区通常意味着增加生产成本的附加工艺步骤。在图1的俯视图中示出了典型的半导体器件1，该器件可以是光生伏打电池，有时也叫做太阳能电池。第一掺杂类型的半导体衬底2具有通常为第二掺杂类型的表面掺杂区5以及位于至少一个主表面上的金属化图案3。金属化图案3通常包括细长的金属电极4，位于这些电极之间及以下的是例如发射极、集电极或栅极区等掺杂区5。电极4可与下面衬底2的重掺杂区6(最好如图3和4所示)形成欧姆接触。电极4收集来自区域5的电流或给区域5提供电流，区域5可包括半导体器件。对于太阳能电池，区域5通常为发射极区。

太阳能电池一般受到发射极区5的损耗的影响。为了优化性能，发射极区5中的掺杂水平应处于低的水平以优化光子的收集和转换，而区域6应为重掺杂和深度掺杂，以对金属化图案4提供良好的欧姆接触而不会与掩埋的结8并联(见图2、3)。可通过选择低制造成本与器件损耗的最佳组合来优化整个系统成本。

在图2的剖面图中示意地示出太阳能电池的同一的发射极/集电极设计，它具有前金属触点4、背金属触点9、扩散区7和结8。整个前面上的同一扩散区7与诸如前金属触点4的丝板印刷等低成本金属化技术相结合导致相当大的效率损耗。这是因为在中间的发射极/集电极区5中，以此金属化技术来形成良好欧姆接触所需的扩散区7的分布(profile)(掺杂表面的浓度及从该表面到结8的发射极/集电极深度)对于把光转换成电能是不理想的。

典型的同一发射极/集电极工序通常包括在结构和化学上制备晶片表面、扩散步骤(杂质从表面的内扩散)、任意氧化物钝化步骤、任意抗反射涂敷步骤(例如TiO₂或Si₃N₄)，这些步骤可提供附加的钝化和金属化序列(最好通过丝板印刷)。

图3所示的改进在于，把区域5蚀刻到这样的深度，从而形成选择性发射极/集电极区。发射极/集电极指(finger)4之间的掺杂层的深度减小了，因而掺杂水平也降低了。Szlufcik等人在Appl.Phys.Lett.Vol.59，Issue 13，pp 1583-1584，1991中的“Simple integral screenprinting process for selective emitter polycrystallinesilicon solar cells”的一文以及在DE 44 01 782号专利(其中在金属触点已被保护层保护后对发射极之间扩散区进行局部蚀刻)中描述了这种器件。加上保护层(通常为聚合物糊)需要额外的掩模步骤。后一种技术的缺点是需要额外的掩模以及困难的蚀刻步骤，这样增加了制造的复杂性和成本。

图4以剖面图示意地示出更有效的选择性发射极/集电极方案，其中在前金属触点3及浅的掺杂分布以下有高的表面掺杂浓度的深的发射极/集电极掺杂分布区6，这样来优化相邻区域5中的载流子收集。然而，如上所述，选择性发射极/集电极的结构需要更复杂的制造工艺，例如在DE 42 17428中，在衬底的整个前表面上扩散浅的发射极层，接着形成钝化/氧化层。然后，使用激光束在氧化层中形成开口，氧化层被用作对发射极接触区进行深扩散步骤的掩模。然后，在由激光开口的沟道中形成金属触点3、4。

公知的使用诸如丝板印刷等低成本金属化技术的选择性发射极/集电极的制造方法需要第二扩散步骤和/或掩模和/或蚀刻步骤，从而导致需要使金属化图案3与半导体器件1前面的较高掺杂区6对准。

Adam Higler有限公司的R.J.Overstraeten和R.P.Mertens在“Physics，technology and use of Photovoltaics”中描述了形成光生伏打器件的一般方法，在这里通过引用而引入。

发明内容

在权利要求1到13中定义了依据本发明的制造方法。在权利要求14到24中定义了依据本发明的半导体器件。

本发明主要应用于在半导体衬底上形成具有不同掺杂水平的的两个不同的选择性扩散区。与同一发射极/集电极结构相比，实现了选择性发射极或集电极结构这一有利的设计而不需要任何附加的工艺步骤或使工艺变得复杂。最佳的工艺顺序是利用丝板印刷基于固体的杂质糊以通过第一高温热处理步骤形成扩散区以及丝板印刷金属糊以通过第二高温热处理步骤来提供金属化。

例如，对于光生伏打器件，依据本发明的选择性发射极或集电极工艺可具有与典型的同一发射极/集电极工艺相同数目的工艺步骤以及比常规的选择性发射极/集电极工艺更少的步骤。本发明的方法提供一种简单而经济的光生伏打器件制造方法，使得这些器件具有优于公知的同一发射极/集电极结构的结果。与同一发射极/集电极工艺相比需要更少的杂质原材料，因而减少了生产成本同时提高了最终的电池性能。

本发明是公知的选择性发射极或集电极形成工艺序列的简化。只在一个扩散步骤内形成依据本发明的选择性发射极或集电极结构。不需要额外的掩模和/或蚀刻工艺步骤来形成选择性发射极或集电极。

附图概述

图1示出公知的半导体器件的示意俯视图。

图2示出具有同一发射极/集电极结构的公知太阳能电池的示意剖面。

图3示出具有选择性发射极/集电极结构的公知太阳能电池的示意剖面。

图4示出具有选择性发射极/集电极结构的另一种公知太阳能电池的示意剖面。

图5到10示出依据本发明的一个实施例的制造半导体器件的示意步骤。

图11示意地示出依据本发明的直接和间接扩散工艺。

图12示出依据本发明的半导体器件的横向扩展电阻的图。

图13到16示出依据本发明另一个实施例的制造半导体器件的示意步骤。

本发明的较佳实施方式

在以下，将参考某些特定实施例以及参考附图来描述本发明，但本发明不限于此而只由权利要求书来限制。在图中，为了清楚，可能放大例如层的厚度等某些尺寸。尤其是，将参考光生伏打器件(有时也叫做太阳能电池)来说明本发明，但本发明不限于此，它可应用于普通的半导体器件。此外，将主要参考在p型衬底中形成不同的n++-和n+-型区来描述本发明。本发明不限于此。本发明的方法可应用于在n型衬底中形成不同的p型区或者在未掺杂或n型衬底中形成n++-和n+-型区或者在未掺杂或p型衬底中形成p++-和p+-型区。此外，主要参考单面太阳能电池来说明本发明，但本发明同样可很好地应用于双面太阳能电池。

只以一个高温步骤而且不使用蚀刻或掩模技术，使用依据本发明的简单工艺来形成例如具有不同掺杂区的发射极或集电极不限于太阳能电池。该技术可用于其它微电子生产工艺，只要掺杂区的横向尺寸与金属触点和扩散分布具有类似的容限。通过使用依据本发明的方法可实现各种类型的光检测器和微型工程传感器、热转换半导体器件以及诸如闸流晶体管等生产成本减少的所有类型的半导体器件。

图5到10示意地示出应用于太阳能电池1的依据本发明的选择性发射极或集电极制造工艺。在依据本发明的低成本生产工艺中，可在切割半导体衬底2时开始处理。衬底2可具有单晶、多晶或非晶硅。衬底的质量可低于晶体管器件所需的质量，例如New South Wales大学的Martin Green在“Solar cells”1992中所揭示的太阳能等级(grade)硅。不希望对衬底2的尺寸加以限制，该尺寸将依据市售的材料。目前，使用厚度为200到400微米的10cm×10cm的硅衬底，但本发明不限于此。依据本发明的衬底2最好是硅，但本发明不限于此。衬底可以是GaAs或任何其它类似的半导体衬底2，它们需要掺杂水平选择性不同的相邻的扩散掺杂区。

首先，对半导体衬底2进行化学清洁，接着例如在80℃，以在去离子(deionised)水(DI水)中NaOH的重量百分比为40％的溶液对衬底2进行蚀刻2到4分钟，以除去锯开表面时的损坏。然后把衬底在DI水中清洗到8MOhmcm。或者，如Willeke和Fath在Proc.13th European Photovoltaic Solar Energy Conf.and Exhibition，France，23-27 Oct.1995的“Texturization methods for multicrystalline silicon solarcells”一文中所述，可以机械或化学方式在衬底2的一个或两个主表面提供例如金字塔结构等构造(texture)。例如，为此，适当蚀刻包括在90℃，在DI水中体积为1.3wt％的NaOH和5％的异丙醇的溶液中蚀刻10分钟。在蚀刻后，用如上的DI水对衬底2进行化学清洁和清洗。在图中，为了清楚，已省略了构造。

依据本发明，要在前表面接触区20以下形成重掺杂深度扩散区12(图8和9)，且要在别处形成浅的轻掺杂发射极或集电极15(图6)。如图5示意所示，安装可采用线形和/或区域形的确定图案，把包含适当杂质的糊状或类似形式的基于固体的杂质源11选择性地加到衬底2的一个主表面上。把糊11选择性地加到衬底表面上的某些区域，将在以后的步骤中，这些区域内形成深度扩散区12。可使用各种技术把杂质糊11选择性地加到衬底2上。最好以非常确定和可重复生产的方式来进行杂质糊11的施加。诸如丝板印刷、透印(offset)、照相凹版印刷、喷墨印刷或糊刷写(writing)等较佳的技术具有良好的可重复性。最好以诸如丝板印刷等厚膜技术把糊11印到衬底上，以在生产量高的工艺中给出良好的可重复性。由于必须在以后加到衬底2的前表面金属化图案20(图8和9)与已在先前加上杂质糊11的深区12对准，所以使用加上杂质糊11和前面金属糊18相同的技术是非常有利的。丝板印刷的良好可重复性使得可在随后使用与加上糊11(图5)的相同技术和相同类型的丝板来加上金属糊18来形成前表面金属化图案20(图8)。可使用DEK型1760RS丝板印刷器来加上糊11。

依据衬底2的导电类型和化学性质，可使用包含诸如P、B、As等杂质源的糊11。当衬底2为硅且具有p型电导率时，可使用如EP-0 108 065号中所述的包含磷的糊11或者诸如来自Belgium Soltech NV)的P101等市售的糊。此外，当衬底2为硅且具有n型电导率时，糊11可包含硼或铝。依据本发明的较佳的低成本太阳能电池制造工艺利用p型结晶Si衬底2和磷杂质源在前面形成n型发射极12、15。

应如此选择糊11的粘滞度，从而可通过例如丝板印刷等适当的技术把糊11准确地加到衬底2上而糊11没有明显地流动或延展。糊11最好是触变的(thixotropic)。杂质糊11的粘滞度最好高到足以防止在干燥前或干燥期间或在热处理步骤期间发生明显的横向流动，否则该横向流动将导致所加的杂质糊11的线或区域比以后所加的前表面金属触点20的宽度更宽。然而，可能想要把糊11的线或区域稍稍加宽到超过将在随后被金属触点20覆盖的原计划的线或区域，从而避免结8与金属触点20并联。在确定的许容度内加上随后的金属触点20，糊线和区域11最好稍稍大于随后的金属触点区域和线20，从而可重复而准确地实现金属糊线和区域18与深度掺杂区12的对准。

最好在施加后立即干燥糊11。最好尽可能快速地把已构图的衬底2装到干燥箱中，在其中以150-350℃之间(最好在150和200℃之间)的温度下对粘稠的糊11进行约1到10分钟的干燥，以把其位置固定在衬底2上。为了进行干燥，可使用Tempress传送带干燥器、DEK红外带状干燥器或类似的装置。在糊干燥后，最好使衬底2经过两个阶段的热处理步骤。把带有干燥糊的衬底2直接装入诸如Tempress/Lindberg传送带扩散炉(例如，来自Netherlands的Gemco)等扩散箱中内。在第一阶段，最好在空气或者氧气气氛中，每分钟升高温度约100-150℃直到大约600℃并烧尽杂质糊11中剩余的有机成分。

在第二阶段，以高温把来自糊11的杂质直接送入衬底2。最好在惰性气体气氛中进行此第二热处理阶段。如图6示意所示，在此高温步骤中形成深度掺杂区12，其中来自杂质糊11的杂质直接扩散入刚好位于糊区域和线11下面的衬底2中。同时，通过从杂质11间接扩散到周围气氛并从周围气氛扩散到衬底2的暴露区域来形成浅区15。

最好把已构图的衬底2放置在带状炉(例如，以上所述的Tempress/Lindberg传送带扩散炉)中可水平移动的带上，并保持在诸如氮气等惰性气体气氛中。把温度升高到800到1100℃，最好是900到950℃，同时把温度梯度保持在大约150℃/分钟。最好把衬底2保持在此温度下约10到60分钟。不仅在糊11与衬底2紧密接触的地方有杂质从糊11进入衬底2的向内扩散，也有杂质进入周围大气(杂质原子从该处可间接地重新进入衬底2)的向外扩散。间接扩散在加有杂质糊11的区域附近形成第二扩散区15。如图11所示，杂质原子开始沿所有方向从糊11中扩散。因而，与下面的半导体衬底2表面的其它区域相比，在糊11与该衬底2直接接触的区域12处，衬底2经受了相对强烈的杂质原子向内扩散。在未选择性地加有杂质糊11的地方，杂质从周围大气扩散到衬底2中。间接掺杂可在衬底2中产生第二扩散层15，其浓度比衬底2的第一扩散区12(刚好位于加有糊11的地方以下)的浓度低。在高温步骤期间，衬底2周围大气中杂质原子的低浓度还可导致第二扩散区15比第一扩散区12浅。周围气氛中的杂质原子的浓度可比糊11中杂质原子的浓度低得多，结果其扩散率也低得多。这样导致杂质源11与衬底2接触的掺杂区12相对深，而衬底-气体界面处的掺杂区15较弱且较浅。可通过改变杂质糊的成分、气氛、扩散时间或扩散温度来选择性地控制两个扩散区的差别。可优化这些条件来产生浅的第二扩散区15，同时第一扩散区12的深度应刚好足以形成良好欧姆前表面金属触点20，而不与结8并联。还可使用在封闭的管状炉(tube furnace)中使用例如POCl₃、BBr₃等气态的杂质气氛来执行扩散序列。通过对第二扩散区15调节来自气态杂质气体的直接扩散与来自杂质糊11的间接扩散的相对数量，可选择性地且独立地控制第一和第二扩散区12、15的扩散分布。此外，可使用不止一种糊11来通过热处理在衬底2中选择性地形成不同的扩散区。不同的糊11可具有不同的杂质原子浓度，或者可包含不同类型的杂质。此外，一些糊11可不包含杂质原子，且只可用作防止衬底2的下层被间接扩散的掩模。

当半导体器件1为光生伏打电池时，形成发射极或集电极区一部分的深的第一扩散区12的深度或杂质浓度的变化不会对电池性能产生强烈影响，而浅的第二扩散区15的变化可能对电池特性有大得多的影响。第二扩散区15通常具有比深区12低得多的表面杂质浓度和深度。最好优化第二扩散区15的掺杂条件，以利于载流子收集。载流子收集敏感于杂质浓度和深度。另一方面，在已加有扩散糊12以及将在以后的工序中印刷金属化图案18的地方，第一扩散区12的扩散只能足够深并具有足够高的表面杂质浓度，从而可以发射极或集电极区12形成良好的欧姆触点20而不与结8并联。

依据本发明的方法，可在单个掺杂步骤中产生深浅不同的掺杂区。例如，对于较深的掺杂区12，表面杂质浓度可以在10²⁰磷原子/cm³以上的范围内，对于较浅的掺杂区15，表面杂质浓度在5×10¹⁸到10²⁰，通常在1×10¹⁹到5×10¹⁹磷原子/cm³范围内。较深的掺杂区12的结的深度最好为至少0.3微米，更好是至少0.5微米，典型为0.6微米，对于较浅的掺杂区15，结深度最高为0.3微米，典型的是0.2微米。图12示出，为依据J.R.Ehrstein、D.C.Gupta和P.H.Langer在Emerging Semiconductor Technology，ASTM STP 960，Am.Soc.for Test and Mat.1986的“Spresing resistiance measurements-An overview”一文实行的本发明的太阳能电池产生选择性发射极或集电极结构的横向扩展电阻扫描。以相互约3mm的距离放置宽度为100微米的糊线11。选择性的发射极或集电极结构在必须加上金属化20的地方具有电阻低、深且强的扩散区12，在光子被吸收并产生载流子的发射极或集电极区具有浅而弱的扩散区15。如图12所示，该糊导致距离窄(约为其自身宽度的尺寸)的低电阻区12。电阻向距离约1mm的浅区15单调减小。深浅区域12、15的电阻比超过5，且对于太阳能电池约为10或更大。这是由这些区域中杂质原子浓度的类似变化引起的。在完成的器件中，深扩散区12和浅扩散区15会在渡越区处周期性地交替表现出陡峭的梯度，这些渡越区约为杂质原子表面浓度的一个数量级差别。杂质浓度越高，则电阻越低。在完成的太阳能电池后者，杂质浓度及有关电阻从弱掺杂区15向将被放置金属触点20的深度掺杂区12的单调减小提供了优良的载流子收集性能。在完成的太阳能电池中，杂质原子的表面浓度向将放置金属触点的区域增大的梯度有利于载流子向这些收集触点20处传送。依据本发明，可在浅区15和深区12之间衬底2的表面区域中获得杂质原子浓度的单调增大，在浅区15中的杂质密度与深区12中的杂质密度之差至少为5倍，且通常在一个数量级或以上。与相比，以本发明的工序可产生其效率比同一发射极或集电极工艺所产生的太阳能电池的效率绝对高＞1％的太阳能电池，而不增加工艺步骤，同时减少扩散序列的成本(杂质源)。

在扩散步骤后，可在DI水中含HF约25％-50％的化学蚀刻溶液中除去硅衬底表面上剩余的扩散玻璃，其后清洁并清洗衬底2。本发明包括不除去该扩散玻璃且继续氧化/钝化步骤。这可避免HF酸清洁步骤，对环境有利。

如图7所示，扩散序列后接着是任意氧化步骤，其中通过在800-950℃范围内的温度下，把衬底暴露于通常位于石英蒸发皿(boat)中的O₂气氛1-20分钟，从而在衬底避免上形成SiO₂层16a和16b。此SiO₂层16a、16b成为钝化衬底2的表面发射极/集电极区域15中的缺陷，这些缺陷可能降低太阳能电池的性能。使用氧化层继续钝化减小了表面重组速率，继而减小载流子损失，因而提高了效率。或者，不仅可加上诸如氧化物等钝化层16a、16b，还可加上抗反射涂层(ARC)17。可通过化学气相淀积(CVD，例如TiO₂层)或等离子体增强型CVD(PECVD，例如氮化硅层)或类似的技术来加上ARC层17。加上ARC层可对半导体衬底的表面和整体形成优良的钝化。

最后，金属化序列通常包括两或三个接触印刷步骤：依据不同金属的多少而使用前触点20和一个或两个背触点图案21。如图8示意所示，把金属糊18选择性地加到衬底2的前面，与重掺杂的区域12对准。进一步，把金属糊19选择性或非选择性地加到衬底2的背面。丝板印刷及随后的干燥是加上这些触点的最佳方法，然而，也可使用以上所述的其它厚膜技术或蒸发或来自水溶液的金属电镀。每个印刷步骤都接着250摄氏度左右的中等温度的干燥步骤，例如通过红外加热器。如图9所示，然后，在650到900摄氏度范围内的高温下烧结金属糊18、19约30到200秒，以在衬底2的前面形成良好的不与结8并联的欧姆触点20，以及在衬底2的背面形成良好欧姆触点21。由任何ARC或氧化层16b；17来形成触点20和21。峰值温度和温度分布(温度对时间)非常重要，且它们必须分别适应于每个金属化糊和工序。通常，在被分开干燥后，在一个高温步骤中对通过丝板印刷有金属糊18、19的前面和背面触点进行烧结。或者，如图9所示，同时在衬底2的背面形成背面场(BSF)层22。为了形成BSF 22，最好为形成背面金属触点21而使用高温和铝糊。

或者，如图10所示，可在金属化后加上抗反射涂(ARC)层23，而不是在金属化前所加的参考图8所述的ARC层17。典型的ARC层可包括TiO₂、Si₃N₄或Ta₂O₅或类似的材料，并可通过各种技术来添加。可使用高达800℃的金属触点烧结温度来形成触点，而不与结8并联。当把铝用于金属触点时，这种高温下的烧结具有诸如Al除气和BSF形成等额外的优点。

诸如丝板印刷等用于加上金属和/或掺杂糊的厚膜技术表现出优良的可重复性。可利用CCD摄像机控制的定位系统，每次由丝板印刷机把衬底2装到丝板下的同一位置。如果已利用在显微镜下不同色彩的稍稍较宽的第一扩散区12来加上氧化物和/或ARC层16a、16b；17、23，则可控制不同金属化和扩散图案的对准。通过淀积ARC层17、23，衬底2在衬底具有较高杂质表面浓度的地方表现出不同的色彩。这是因为与掺杂水平较低的区域15上的氧化层16a相比，下面的氧化层16b在杂质表面浓度较高的地方生长得较厚。只要加上抗反射涂(ARC)层17或23，就可看出下面的图案。其原因是，杂质表面浓度较高的地方氧化较快，导致氧化层16较厚。在加上ARC层17或23后，由于层16b+17或23与16a+17或23相比光学厚度继而色彩的差别，使得氧化物厚度之差变得明显。

可以依据本发明的简单工序来形成电池性能(收集效率)提高的选择性发射极/集电极太阳能电池，而不使工艺变得复杂或增加生产成本。结果是更节约成本地生产太阳能电池。由于已使用丝板印刷扩散，所以不需要额外或复杂的处理设备。同时，通过使用选择性发射极可增加工艺许容度。例如在金属化烧结步骤中等不同工艺参数的变化不如同一发射极或集电极工艺中那么重要。这导致更高的工艺生产率，从而使工艺更节约成本。

图13到16示意地示出依据本发明另一个实施例的半导体器件30的制造步骤。已参考图5到10详细地描述了本发明的一个实施例，将不对另一个实施例进行详细描述。除了主要的掺杂步骤以外，将不再描述形成钝化层、清洁步骤和此工艺的其它细节。另一个实施例的工艺适应于形成光生伏打器件。

如图13所示，把第一掺杂糊图案31选择性地加到半导体衬底2上，衬底2可以是硅衬底且可以是未掺杂的或者可具有p型或n性电导率。可通过先前所述的任一种厚膜技术来加上糊31。然后干燥糊图案31。第一杂质糊31可具有第一或第二电导率。可通过加上一层其它材料(例如另一层糊32)来任意地保护第一糊图案31。糊32可具有与糊31不同的浓度或类型，或者可以是未掺杂的。可把糊32加到衬底2的主表面上。然后干燥糊层32。

如图14所示，还可把第三糊图案33选择性地加到衬底2的另一个主表面。然后干燥糊图案。糊33可具有第一或第二电导率。可通过选择性地加上未掺杂的材料34来保护糊图案33和衬底2的表面的其它被选中的部分，该材料34可以是糊。可通过以上所述的任一种厚膜技术来加上糊34。然后干燥糊图案34。

如图15所示，可把另一掺杂的糊图案35选择性地加到衬底2的主表面。糊35可包括任一种电导率类型的杂质。可通过以上所示的任一种厚膜技术来加上糊35。然后干燥糊35。

然后，把已构图的衬底2放置在炉子中，把来自例如31、33、35等包含杂质原子的那些糊的杂质传送到衬底2中，以分别形成掺杂层37、39和41。同时，来自非保护糊的杂质原子间接地扩散到衬底的未被保护的区域42中，以形成浅的弱掺杂区42。最后，加上金属糊使之与区域37、39或者41对准，并在高温下烧结，以分别形成金属触点36、38或者40。

在另一个实施例的工艺中，触点2可以是p型硅，糊31、35或者32可以是含磷的糊，糊33可以是含硼或铝的糊，糊34可以是未掺杂的。当层32包括一种杂质时，高温传送(drive-in)步骤导致形成半导体衬底的第一主表面上高度掺杂区37之间的掺杂区43(在图16中以虚线表示)。或者，可省略图13和14中的保护糊32，导致在传送步骤后形成高度掺杂区37之间间接扩散的弱掺杂区43(在图16中以虚线表示)。作为另一个变化，可省略图14中的层32和31，导致在传送步骤后形成跨越半导体衬底的整个第一主表面的间接扩散层43(在图16中以虚线表示)，从而形成浮栅结。

以依据本发明另一个实施例的单个扩散步骤所产生的器件可以是在上面有选择性发射极且在背面有浮栅结的太阳能电池。这种光生伏打器件可表现出比整个背面上具有常规背面金属化的单面电池更好的电池性能。通过另一个实施例的方法所产生的器件还可用作双面太阳能电池。

依据另一个实施例的工艺所具有的优点是，可由更理想的发射极/集电极结构和更理想的背触点生产具有效率值和短路电流提高的太阳能电池。依据另一个实施例的背触点在衬底2的整个背主表面上没有金属化，导致更好的背面反射或它可用于双面电池设计。

虽然以上详细地描述了本发明的较佳实施例，但可以理解，本领域内的熟练技术人员可进行许多改变和修改而不背离本发明的范围和精神。

Claims (25)

1.一种制造包括片状半导体衬底的半导体器件的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤1)把基于固体的杂质源的图案选择性地加到所述半导体衬底的第一主表面；

步骤2)在包围所述半导体衬底的气体环境下，通过受控的热处理步骤使杂质原子从所述基于固体的杂质源扩散到所述衬底中，杂质从所述基于固体的杂质源直接扩散到所述衬底中以在刚好位于所述基于固体的杂质源的所述图案以下的所述衬底中形成第一扩散区，同时，所述杂质从所述基于固体的杂质源经由所述气体环境间接地扩散到所述衬底中，以在所述衬底的未被所述图案覆盖的至少一些区域中形成第二扩散区；以及

步骤3)形成基本上与所述第一扩散区对准的金属触点图案，而基本上无需蚀刻所述第二扩散区。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述选择性地添加步骤1)包括选择性地淀积基于固体的杂质源。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述衬底为第一电导率类型，所述基于固体的杂质源的杂质为第二电导率类型。

4.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于还包括在所述扩散步骤2)后以及在所述金属触点形成步骤3)前加上钝化层的步骤。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述钝化层为氧化层。

6.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于还包括在选择性杂质源添加步骤1)之前构造所述半导体衬底的步骤。

7.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述基于固体的杂质源是通过丝板印刷所加的第一糊。

8.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于还包括添加抗反射涂层的步骤。

9.如权利要求4或5或8所述的方法，其特征在于形成金属触点图案的所述步骤3)包括通过所述钝化和/或所述抗反射涂层的烧结在所述金属触点图案与所述第一扩散区之间形成欧姆接触。

10.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述选择性杂质源添加步骤1)包括把一种或多种其它基于固体的材料加到所述衬底的一个或多个主表面上，每种所述其它基于固体的材料是电导率与所述基于固体的杂质源的电导率相同但浓度不同的其它杂质源，或者是另一种电导率类型或未掺杂的其它杂质源。

11.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于形成第二扩散区的所述步骤在所述半导体衬底中形成发射极或集电极区。

12.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述第二扩散区基本上比所述第一扩散区更宽。

13.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述第一和第二区域中掺杂水平的比值至少为5，最好为大约10或更大。

14.如权利要求1到13中任一项的方法制造的半导体器件，其特征在于包括片状的半导体衬底、位于一个主表面中的第一掺杂区以及位于所述一个主表面中且毗邻所述第一掺杂区的第二掺杂区，所述第一和第二掺杂区的掺杂水平从所述第一掺杂区到所述第二掺杂区单调下降。

15.如权利要求14所述的半导体器件，其特征在于所述衬底为第一电导率类型，所述第一掺杂区的杂质为第二电导率类型。

16.如权利要求14或15所述的半导体器件，其特征在于还包括位于所述第一和第二掺杂区上的钝化层。

17.如权利要求16所述的半导体器件，其特征在于所述钝化层为氧化层。

18.如权利要求14到17中任一项所述的半导体器件，其特征在于构造所述半导体衬底的表面。

19.如权利要求14到18中任一项所述的半导体器件，其特征在于还包括抗反射涂层。

20.如权利要求14到19中任一项所述的半导体器件，其特征在于所述第二掺杂区在所述半导体衬底中形成发射极或集电极区。

21.如权利要求14到20中任一项所述的半导体器件，其特征在于所述第二掺杂区基本上比所述第一掺杂区更宽。

22.如权利要求14到21中任一项所述的半导体器件，其特征在于所述第一和第二掺杂区中掺杂水平的比值至少为5，最好为大约10或更大。

23.如权利要求14到22中任一项所述的半导体器件，其特征在于还包括基本上与所述第一掺杂区对准的金属触点图案。

24.如权利要求23所述的半导体器件，其特征在于所述金属触点图案与所述第一掺杂区形成欧姆接触。

25.如权利要求1到12中任一项所述的方法或如权利要求14到23中任一项所述的半导体器件，其特征在于所述半导体器件为光生伏打电池。

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