TW201407795A - 矽介電質界面之鈍化 - Google Patents

矽介電質界面之鈍化 Download PDF

Info

Publication number
TW201407795A
TW201407795A TW102116176A TW102116176A TW201407795A TW 201407795 A TW201407795 A TW 201407795A TW 102116176 A TW102116176 A TW 102116176A TW 102116176 A TW102116176 A TW 102116176A TW 201407795 A TW201407795 A TW 201407795A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
coated
dielectric
resin
layer
containing polymer
Prior art date
Application number
TW102116176A
Other languages
English (en)
Inventor
Claude F Purchase
Guy Beaucarne
Pierre Descamps
Patrick Leempoel
Original Assignee
Dow Corning
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dow Corning filed Critical Dow Corning
Publication of TW201407795A publication Critical patent/TW201407795A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • H01L31/1868—Passivation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

一種鈍化一塗覆有一介電層之矽晶圓的矽/介電質界面之方法，該介電層係適用於光伏電池內，光伏電池可將照射於電池前表面的光之能量轉換成電能。

Description

矽介電質界面之鈍化
本發明係關於一種鈍化一塗覆有介電層之矽晶圓的矽/介電質界面之方法。其特別係關於塗覆有介電質之矽晶圓，該介電質係適用於光伏電池內，光伏電池可將照射於電池前表面的光之能量轉換成電能。(光伏電池的前表面為面向光源的主要表面，而相反的主要表面則為背表面)。鈍化矽/介電質界面可增加由塗覆有介電質之矽晶圓製得之光伏裝置(例如太陽能電池)的轉換效率。
光伏裝置或太陽能電池通常被設置成p型及n型半導體之協同作用三明治結構，其中n型半導體材料具有過量電子，而p型半導體材料具有過量電洞。此種結構若包括適當配置的電接點，將可形成具有作用的光伏電池。照射光伏電池的太陽光被吸收至p型半導體內而產生電子/電洞對。藉由三明治型的p型及n型半導體所產生的自然內部電場，p型材料中產生的電子會流向n型材料並被收集，因此當此結構被應用於適當的封閉電路內時，可於該結構的相反側之間形成DC電流。
光伏電池被廣泛作為太陽能電池使用，以由入射太陽光提供電力。矽太陽能電池的大幅成本下降需要有高產量、低成本及可靠的薄矽晶圓基材工業製程。於太陽能電池量產中處理的矽晶圓之厚度已逐漸降 低，而目前為約180μm；預期可在2020年以前到達約100μm。因為電池曲折以及轉換效率損失的問題，這對太陽能電池之架構造成重大改變。電池曲折可來自電池內所使用材料之熱膨脹係數不匹配。轉換效率損失可起因於大量的光產生之少數載子在壽命期間到達薄型電池的背側並經由界面缺陷而進行背表面再結合。
現有的工業表面處理及背表面鈍化製程並無法達到薄型基材產率及性能之要求。現有的鋁背表面場(Al-BSF)電池架構主流技術已到達極限，特別是因為在太陽能電池生產中常用的高溫(800℃+)共燒成步驟後，低於約200μm的晶圓會形成過度的電池曲折。因此需要有替代方案，特別是針對背表面鈍化。Al-BSF電池架構對於紅/IR光子還有反射不良的問題。Al-BSF太陽能電池的後側反射率只達到65%，且對於大於1000nm者反射率更差。
一種替代性解決方案是將介電層用於背表面鈍化中，堆疊體的至少一層含有大量的氫，以作為懸鍵鈍化的氫源。
由M.Tucci等人發表於Thin Solid Films(2008)，516(20)，第6939-6942頁的論文描述在藉由電漿輔助化學氣相沉積法(PECVD)依序沉積氫化非晶矽及氫化非晶氮化矽之堆疊體後進行熱退火以確保穩定的鈍化。
WO-A-2007/055484及WO-A-2008/07828公開另一種堆疊體，其由氮氧化矽(SiOxNy)鈍化層及氮化矽抗反射層沉積於電池背側上而形成，可用於表面鈍化及光捕捉。鈍化層厚度為10-50nm，而抗反射層厚度為50-100nm。
WO-A-2006/110048(US-A-2009/056800)公開先沉積薄氫化非 晶矽或氫化非晶碳化矽薄膜後再沉積薄氫化氮化矽薄膜(較佳係藉由PECVD(電漿輔助化學氣相沉積))，之後再於形成氣體中於高溫下進行最終退火。
US-A-2010/0323503記載在待鈍化表面上沉積薄(0.1至10nm)非晶氫化矽層，並於含氧環境下在750℃及1200℃間進行快速熱處理5秒至30分鐘以將其轉化成SiO2。
WO-A-2006/097303及US-A-2009/0301557記載一種光伏裝置(例如太陽能電池)之生產方法，包括沉積一介電層於半導體基材後表面上、沉積一包含氫化氮化矽之鈍化層於介電層上方以及形成通過介電層及鈍化層的背接點。
根據本發明一態樣之鈍化一塗覆有一介電層之矽晶圓的矽/介電質界面之方法包括以下步驟：(i)以一含有Si-H基團之含矽聚合物塗覆該介電表面，以及(ii)於470℃至620℃範圍內的溫度下在一惰性氛圍中加熱所形成的經塗覆晶圓。
根據本發明另一態樣之鈍化一塗覆有一介電層之矽晶圓的矽/介電質界面之方法包括以下步驟：(i)(a)以一含有Si-H基團之含矽聚合物塗覆該介電表面，(i)(b)以一層鋁塗佈該矽氧烷樹脂，以及 (ii)於470℃至1020℃範圍內的溫度下在一惰性氛圍中加熱所形成的經塗覆晶圓。
含有Si-H基團之含矽聚合物是氫化介電層的有效試劑，因而可達成矽介電質界面的絕佳鈍化。藉由低表面再結合速率(低於300cm/s)及高少數載子壽命(高於50μs)，可知本發明之方法具有絕佳鈍化作用。含有Si-H基團之含矽聚合物同樣具有一加熱後折射率係小於或等於典型介電層之折射率，這對於達成良好的後側反射率可能是重要的。
本發明包括一種光伏裝置，其包括一塗覆有一介電層之矽晶圓，其係塗佈有一含有Si-H基團之含矽聚合物，並以根據前述之方法加熱而鈍化。
所塗覆的矽晶圓基材通常為晶狀且可為單晶或多晶矽。單晶晶圓可為例如浮動區(FZ)矽晶圓、Czochralski製程(CZ)矽晶圓或類單晶型矽晶圓。矽晶圓可為例如100μm至400μm厚(記載於晶圓製造商提供的說明書內)。較佳矽晶圓的一個實例為FZ矽晶圓，其主體壽命大於500μs而電阻率為1-5Ω.cm。晶圓的兩個面或一個面可經化學研磨，或兩個面都未經化學研磨。未經研磨的表面較佳係經絨化。
塗覆於矽晶圓上的介電層較佳為二氧化矽層或可為氧化鋁層。此介電氧化物層一般可由任何方法形成。
二氧化矽層可由例如以下方式形成：熱氧化法(氧化矽晶圓表面)、低壓化學氣相沉積法、溶膠-凝膠法、濺鍍或電漿製程，例如電漿輔助化學氣相沉積法或由非局部熱平衡大氣壓電漿進行沉積。可將前驅矽化合物氧化而形成二氧化矽層，例如在含氧氛圍中進行加熱。例如可由溶液 藉由塗覆或由電漿藉由沉積之方式將有機矽前驅化合物或聚合物沉積於矽晶圓上，並將其氧化成二氧化矽層。其中一實例為由溶液藉由塗覆方式施用的含氫矽倍半氧烷樹脂。或是可由引入了有機矽化合物(例如低分子量線狀矽氧烷或環矽氧烷，或烷氧矽烷，例如四乙氧矽烷)的電漿而沉積氧化矽碳。使用非局部熱平衡大氣壓電漿進行此製程之適合裝置記載於WO-A-2012/003624。
氧化鋁可於含鋁前驅物的氧化氛圍中進行熱裂解或溶膠-凝膠法、濺鍍法或原子層沉積法(ALD)而形成。
含有Si-H基團之含矽聚合物較佳為矽氧烷樹脂。矽氧烷樹脂之一實例為含氫矽倍半氧烷樹脂。含氫矽倍半氧烷樹脂是一種矽酮樹脂，主要具有實驗式HSiO3/2。其可藉由三氯矽烷HSiCl3的水解而製備。含氫矽倍半氧烷樹脂通常具有籠狀分子結構。含有Si-H基團的矽氧烷樹脂也可以是矽酮樹脂，其除了Si-H基團外還含有烴基鍵結至矽，例如Si-CH3基團。含氫矽倍半氧烷樹脂或含有Si-H基團的其他矽氧烷樹脂可單獨使用或與另一種含矽聚合物調合在一起，例如與矽倍半氧烷(silsesquioxane)樹脂調合在一起，像是甲基矽倍半氧烷樹脂，其實驗式為CH3SiO3/2。Si-H基團在含有Si-H基團之含矽聚合物中鍵結至矽的總有機及氫基團中較佳形成至少40莫耳%。
含矽聚合物也可以是有機聚矽氧烷，其包含RHSiO2/2矽氧烷單元，其中R表示烴基，較佳為具有1至6個碳原子的烷基。該含矽聚合物可為例如聚(甲基氫矽氧烷)。若有需要，可將此種有機聚矽氧烷與含有Si-H基團的矽氧烷樹脂調合在一起，例如含氫矽倍半氧烷樹脂。
含有Si-H基團之含矽聚合物也可以是全氫聚矽氮烷樹脂。全氫聚矽氮烷具有實驗式(H2Si-NH)n。
於本發明方法之步驟(i)中，係將塗覆有一介電層之矽晶圓的該介電層塗佈。較佳係將含矽聚合物之溶液(例如含氫矽倍半氧烷樹脂或含有Si-H基團的其他矽氧烷樹脂)施用至介電層而進行塗覆。可將溶劑從晶圓上的含氫矽倍半氧烷樹脂溶液塗層蒸發。含氫矽倍半氧烷樹脂之溶液可為例如溶於揮發性矽氧烷溶劑之溶液，其聚合度小於每分子10個矽氧烷單元，例如六甲基二矽氧烷、八甲基三矽氧烷、八甲基環四矽氧烷、十甲基環五矽氧烷及/或十甲基四矽氧烷。含氫矽倍半氧烷樹脂之溶液可具有例如1至50重量%或2至25%之濃度，例如溶於六甲基二矽氧烷及八甲基三矽氧烷調合物之25%含氫矽倍半氧烷樹脂之溶液。其可不經稀釋直接使用，或可藉由揮發性矽氧烷溶劑(例如八甲基三矽氧烷及/或十甲基四矽氧烷)進行稀釋。含氫矽倍半氧烷樹脂之溶液也可為溶於脂族酮(例如甲基異丁基酮、甲基乙基酮或甲基異戊基酮)的溶液，例如溶於甲基異丁基酮之14%含氫矽倍半氧烷樹脂之溶液。我們發現含有Si-H基團的其他含矽聚合物，例如含有鍵結至Si之烴基的矽氧烷樹脂或聚(甲基氫)矽氧烷，也大致可溶於上述溶劑中。
含氫矽倍半氧烷樹脂或其他含有Si-H基團之含矽聚合物之溶液可藉由例如旋轉塗覆、狹縫塗覆、噴塗(例如超音波噴塗)、浸塗、角度依賴性浸塗、流塗、毛細管塗覆、輥塗或移印方式施用至矽晶圓。這些方法中的某一些適用於一次塗覆基材的單一面；其他則可同時塗覆基材的兩面。可根據所需之太陽能電池架構類型以及單面或雙面塗覆的需要選擇 最適合的方法。若矽晶圓的兩面都塗覆有介電層，則較佳係藉由雙面塗覆；若矽晶圓只有一面塗覆有介電層，則較佳係藉由單面塗覆。
較佳係於步驟(i)中以一定量的含有Si-H基團之含矽聚合物塗覆晶圓，以產生樹脂乾膜厚度為50nm至1000nm或100nm至500nm。
旋轉塗覆製程係將一定體積的溶液分布於旋轉或將被旋轉的基材上。將塗覆有介電層之矽晶圓基材置於旋轉塗覆機(例如由Chemat Technology所銷售者，型號為KW-4A)內的夾頭(由鋁或鐵氟龍製造)上，並藉由真空吸引將其固定。含矽聚合物(例如含氫矽倍半氧烷樹脂)的溶液可以靜態模式(基材在分布階段不旋轉)進行分布或以動態模式(分布溶液時使基材低速旋轉)進行分布。旋轉過程包括先將基材以低速(200-600rpm)進行旋轉一段短時間(2-10s)且之後將基材以高速(1000-10000rpm)進行旋轉一段較長的時間(10s-60s)，以均勻分散溶液於晶圓基材上。所得塗層的厚度將取決於樹脂溶液的固體含量及第二旋轉步驟的旋轉速率。乾膜厚度為40至500nm範圍內的塗層通常是由5至25重量%濃度範圍內的含氫矽倍半氧烷樹脂溶液所製得。旋轉塗覆製程的優點在於提供厚度非常勻稱的塗層，其厚度變化通常在<±1%至±6%，雖然其缺點是時間較長且及低產品使用。
噴塗是一種塗覆有介電層之矽晶圓的適當塗佈製程。合適的噴嘴之一實例為Burgener ARI MIST HP Serial 14.547霧化器。可將霧化噴霧掃過晶圓來沉積含有Si-H基團之含矽聚合物的塗覆溶液。噴霧之優點在於較高的塗覆速率，同時可生產勻稱的塗層(±8%)。較稀的溶液較佳係適用噴霧法，例如4-10重量%的含氫矽倍半氧烷樹脂溶液。
狹縫塗覆是另一種適合用來將含有Si-H基團之含矽聚合物塗佈於矽晶圓基材上的介電層的方法。於狹縫製程中，係將塗層藉由重力或壓力向外擠壓通過狹縫至基材上。狹縫塗覆機為一種預調式塗覆方法，其中一精密泵將塗覆溶液傳送至狹縫，以將全部調設至狹縫的塗覆溶液施用至網子。狹縫塗覆同樣具有極高厚度勻稱性(<±3%)及相對較高塗覆速率的優點。較稀的溶液較佳係適用狹縫塗覆，例如1-5重量%的含氫矽倍半氧烷樹脂溶液，這取決於欲達到的厚度及泵系統的精密度而定。
可在常溫或高溫下將溶劑從含氫矽倍半氧烷樹脂或其他含矽聚合物溶液的塗層蒸發。於本發明一較佳方法中，將塗覆有含氫矽倍半氧烷樹脂的晶圓在50℃至350℃的溫度下加熱，以於熱處理步驟(ii)之前部分交聯該矽倍半氧烷樹脂。交聯作用(有時稱為「硬化」)涉及從籠狀結構進行矽氧烷鍵重組而成為網狀結構，過程中沒有或僅有少量的SiH基團損失。可漸漸或逐步增加溫度以進行加熱，例如在150℃、200℃及之後350℃下各進行2分鐘，或可在單一溫度下進行加熱，例如在150℃下進行6分鐘。部分交聯步驟的目的在於建立一立體網路，其具有機械完整性及穩定性以利後續處理。此部分交聯步驟可於氧化性、還原性或惰性氛圍中進行。
若該介電層為藉由施用含氫矽倍半氧烷樹脂至矽晶圓並將含氫矽倍半氧烷樹脂氧化為二氧化矽層而形成的二氧化矽層，則可將含氫矽倍半氧烷樹脂塗覆至矽晶圓上並加熱蒸發溶劑且如前所述視需要部分交聯矽倍半氧烷樹脂。可對含氫矽倍半氧烷樹脂塗層進行熱處理以氧化含氫矽倍半氧烷樹脂層為二氧化矽介電層。於此熱處理程序中，含氫矽倍半氧烷樹脂塗層係經歷高於350℃的溫度達5至120秒。在此處理期間，含氫矽 倍半氧烷樹脂係經歷700℃至1020℃範圍內的最高溫度。這短時間的高溫處理可藉由例如連續爐而達成，其種類為光伏產業用於太陽能電池製造的熱接觸退火步驟所使用者。熱處理步驟較佳係於含氧氛圍中進行，例如空氣。
在一惰性氛圍中將塗覆於介電層上的含有Si-H基團之含矽聚合物層於470℃至620℃範圍內的溫度下加熱。這會使氫從含有Si-H基團之矽氧烷樹脂中釋放，並使矽/介電層界面氫化，造成矽/介電質界面鈍化。只需進行短時間的加熱，例如在300℃以上加熱5至120秒或10至40秒。含有Si-H基團之含矽聚合物暴露至一高於450℃之溫度的時間較佳係於0.5至10秒的範圍內。我們發現在470℃至620℃(最高溫度)下加熱可達到最佳鈍化；在高於或低於此溫度下加熱不會達到這麼好的鈍化效果。此適中的溫度範圍可能有利於溫度敏感性裝置。
惰性氛圍較佳為氮氣氛圍。可使用鈍氣(例如氬)氛圍，但並非必要。氫氣可存在於氮氣氛圍中以提供氫化額外的氫源，但並非必要。氮氣氛圍可包含例如至多20體積%的氫氣，特別是2至20%或5至10體積%的氫氣。
舉例而言，可藉由μ-PCD(微波偵測光導衰減)裝置計算少數載子壽命以測量鈍化。不形成背接點的氫化後測量少數載子壽命。少數載子壽命的增加顯示鈍化的改善。適合的μ-PCD裝置可為例如由SemiLab所供應的商品WT-2000。於μ-PCD技術中，將微波天線放在靠近晶圓表面以在其表面引導微波。某些微波訊號會進入半導體，但另一部分則會被反射，這取決於樣本的導電性。藉由可影響少數載子濃度且可調整經反射微波部分的雷射光脈衝來調整晶圓導電性。此部分的時間進展後，過多的少 數載子將減少且晶圓導電性將回到其平衡值。指數訊號以少數載子壽命之函數形式衰減，且允許進行表面再結合速率的確定。高於50μs的少數載子壽命代表有效鈍化。
表面鈍化的另一個指標為有效表面再結合速率Seff。
於用以製造太陽能電池的經摻雜矽晶圓中，某些載子比其他載子來的更多。舉例而言，於p型Si晶圓中，摻雜劑(通常為硼)增加「電洞」至電荷，使電子成為少數載子。然而，在n型晶圓中，摻雜劑(如磷)增加電子至電荷，因此「電洞」為少數載子。
於吸光後將產生電子及電洞，且由於電子(p型矽)或電洞(n型矽)之一者為少數載子，故它們的再結合率決定其被收集於電極(即於外部電路中產生電流)的可能性。在「純」晶圓中，這些少數載子絕大部分於晶圓表面與多數載子再結合，這是因為在這些表面處缺陷的「催化性」存在所致。因此，消失速率係直接關連至表面再結合速率。可由以下方程式表示： 其中Dn=電荷載子擴散係數τeff=有效少數載子壽命τbulk=體少數載子壽命W=晶圓厚度 然而，在有效鈍化的情形中，表面再結合速率較低，且方程式可簡化成 欲確認Seff需先得知τbulk。於本申請案所述實驗中已使用高品質的矽浮動區(FZ)晶圓，其具有已知體壽命超過>500μs及τbulk值為2000μs(p型FZ、兩面鏡面拋光、電阻率1-5Ω.cm)。有效表面再結合速率Seff應盡可能低。低於或等於300cm/s之表面再結合速率被認為是會造成Si/介電質界面的極佳鈍化。
除了改善矽介電質界面之鈍化外，於470℃至620℃範圍內的溫度下在一惰性氛圍中加熱後的含有Si-H基團之含矽聚合物所具有的折射率非常類似於下方的介電層，特別是當該介電層為SiO2。例如所加熱的含氫矽倍半氧烷樹脂層之折射率與SiO2的介電層相當精確的匹配。此種層堆疊將可視需要作為一勻相層並在紅光/IR範圍內提供最佳反射率，此特性對於在薄晶圓(例如厚度小於200μm者)上製得之太陽能電池而言相當重要。
通常在形成太陽能電池時需要形成背接點的步驟。形成通過介電層之背接點為已知製程。形成通過氮化矽及二氧化矽層之背接點係記載於例如US-A-2009/0301557中。於介電二氧化矽層內形成孔洞且沉積一層接觸材料以形成接點。可藉由雷射剝蝕、施用蝕刻膏或機械劃線來形成孔洞。接觸材料(例如金屬，像是鋁)層可藉由蒸發、濺鍍、網印、噴墨印刷或模板印刷進行沉積。可將其局部且主要沉積於孔洞內，或作為一連續或不連續層。可於沉積接觸材料前形成孔洞，故接觸材料會填充孔洞。或 者可於開設孔洞後再施用接觸材料，並藉由雷射製作接點(雷射燒成接點)。在施用接觸材料後，通常對光伏電池進行燒成步驟。燒成步驟較佳係於至少577℃之溫度下(Al-Si共熔物在577℃下熔化)至多620℃下進行5至60秒。因此，在一惰性氛圍中將塗覆於介電層上的含有Si-H基團之矽氧烷樹脂層於470℃至620℃範圍內的溫度下加熱之步驟後，於介電二氧化矽層內形成孔洞並沉積一層接觸材料，之後於577℃至620℃下燒成。
或是可藉由雷射於一層含有Si-H基團之矽氧烷聚合物內開設孔洞，且可先施用接觸材料(例如鋁金屬化膏)，之後再將該層含有Si-H基團之矽氧烷聚合物在一惰性氛圍中加熱。之後可將金屬化層於470℃至620℃或577℃至620℃範圍內的溫度下加熱，以於單一加熱步驟中達到矽/介電層界面的氫化及接點的燒成。
於本發明的另一程序中，將塗覆於介電層上的該層含有Si-H基團之有機矽聚合物以一層鋁塗佈，之後於470℃至1020℃範圍內的溫度下在一惰性氛圍中加熱。加熱係進行短時間；例如於300℃以上進行5至120秒或10至40秒。含有Si-H基團之含矽聚合物暴露至一高於450℃之溫度的時間較佳於1至10秒之範圍內。以一鋁層將含有Si-H基團之有機矽聚合物層(例如含氫矽倍半氧烷樹脂)封蓋可提供某些阻障特性以防止氫逃脫，故將有更多的氫被朝向矽介電質界面釋放。這可使含氫矽倍半氧烷樹脂層在更高溫度下加熱。這也可達成藉由更薄層的含有Si-H基團之有機矽聚合物。若含有Si-H基團之有機矽聚合物層未被鋁封蓋，該層含有Si-H基團之有機矽聚合物較佳係厚度至少100nm，且鈍化作用隨著含有Si-H基團之有機矽聚合物厚度而增加且至多厚度為約200或300nm。較厚的層同樣有效。 若含有Si-H基團之有機矽聚合物層被鋁封蓋，該層含有Si-H基團之有機矽聚合物之厚度可為100nm或更小(例如50至100nm)且仍達成鈍化。
若塗覆於介電層上的該層含有Si-H基團之有機矽聚合物被塗佈一層鋁，則可將孔洞通過鋁層、該層含有Si-H基團之有機矽聚合物及介電二氧化矽層以形成接點，例如藉由雷射剝蝕法(雷射燒成接點技術)。之後可藉由單一燒成步驟(較佳於600℃至1000℃下)以同時氫化/鈍化該矽/介電二氧化矽界面並形成接點。可在施用鋁層之前先開設介電層與塗覆於介電層上的含有Si-H基團之有機矽聚合物。一旦施用鋁層後，即可對裝置進行單一燒成步驟(較佳於600℃至1000℃下)以同時氫化/鈍化該矽/介電二氧化矽界面並形成接點。
茲藉由以下實例說明本發明，其中份數及百分比係以重量計。
實例1
將含氫矽倍半氧烷樹脂於六甲基二矽氧烷及八甲基三矽氧烷之調合物的25%溶液藉由八甲基三矽氧烷稀釋至樹脂濃度為10.6%。藉由Chemat Technology‘KW-4A’旋轉塗覆機將稀釋樹脂溶液塗覆於直徑100mm的FZ矽晶圓。將0.5ml的樹脂溶液靜態分布於晶圓基材上，且將基材於300rpm下旋轉6秒，之後於2000rpm下旋轉20秒。對矽晶圓的另一面重複此程序，以使樹脂兩面均塗覆有含氫矽倍半氧烷樹脂溶液。
從含氫矽倍半氧烷樹脂溶液移除溶劑，並將含氫矽倍半氧烷樹脂於150℃下加熱120秒、接著於200℃下加熱120秒、接著於350℃下加熱120秒以進行硬化。
將所得經塗覆晶圓於SOLARIS 150快速熱處理系統內在空氣中加熱一段很短的時間。測得的最高溫度為870℃，而850℃或更高溫的時間為2秒。含氫矽倍半氧烷樹脂塗層被轉化成介電二氧化矽層，其厚度為130nm且具有折射率為約1.43。於SSI快速熱製程(RTP)中係將晶圓放置在石英載體上；將熱電偶放置成直接接觸晶圓且可進行高精度溫度測量；用兩組面向晶圓頂部及底部的IR燈將晶圓加熱。IR燈係由電腦控制，且藉由熱電偶的訊號連續記錄與時間具有函數關係的溫度。
將所得到的塗覆有介電層之矽晶圓於兩面上均旋轉塗覆前述的10.6%含氫矽倍半氧烷樹脂溶液。從含氫矽倍半氧烷樹脂溶液移除溶劑，並將含氫矽倍半氧烷樹脂於150℃下加熱120秒、接著於200℃下加熱120秒、接著於350℃下加熱120秒以進行硬化。介電層係由含氫矽倍半氧烷樹脂層所塗覆，其厚度各為170nm且具有折射率為1.39。
將所得之經塗覆晶圓於氮氣氛圍內在580℃(高於470℃的時間為6秒)下加熱以鈍化矽介電質界面。含氫矽倍半氧烷樹脂層於加熱後的折射率為1.42，故含氫矽倍半氧烷樹脂矽介電質複合物看起來像均勻的SiO2層，其可於紅光/IR範圍內提供最佳反射。
藉由SemiLab WT-2000μ-PCD裝置測量得的少數載子壽命為110μs。以前述方式計算有效表面再結合速率Seff，且其為135cm/s。
實例2及3與比較例C1
改變經塗覆晶圓於氮氣氛圍中加熱的溫度以重複實例1。如實例1所述測量所使用的溫度以及所達成的鈍化效果(以少數載子壽命及有效表面再結合速率表示)，並記載於表1中。
實例4
使用圖1的裝置將一層矽化合物沉積至導電性矽晶圓基材上。定義電漿管(13)的介電殼體(14)直徑為18mm。此殼體(14)為石英製。電極(11,12)直徑各為1mm，並連接至Plasma Technics ET1110101單元，其係於20kHz下運轉且最大功率為100瓦。以2slm將氦製程氣體流經腔室(19)且由此流經通道(16,17)。通道(16,17)直徑各為2mm，電極(11,12)被設置於各通道的中央。通道長度為30mm。將各針狀電極(11,12)的尖端放置於接近通道(分別為16,17)出口，位於通道出口外距離0.5mm。
霧化器(21)為Ari Mist HP氣動噴霧器，由Burgener Inc提供。將四甲基四環矽氧烷以2μl/m供應至霧化器(21)。將氦氣以2.2slm作為霧化氣體給料至霧化器(21)。介於石英殼體(14)及矽晶圓基材間的間隙(30)為2mm。
使用直徑為4英吋(10cm)而厚度為350nm的浮動區圓形矽晶圓來生產適用於表面鈍化測量的組合體。藉由用於微電子領域中的標準Pyrana配方清潔晶圓，之後於5重量%之HF溶液中浸漬5秒。將平滑有機矽聚合物薄膜沉積於晶圓的上方及後側。
將兩個矽化合物層於最高溫度850℃下暴露至接點燒成2秒以於空氣中對晶圓進行熱處理。到達最高溫度所需時間為6秒。矽化合物層被緻密化並轉化成氧化矽。所產生的氧化矽層不含有XPS可偵測的碳含量。各氧化矽層厚度約為250nm。
如實例1所述，將所得到的塗覆有介電層之矽晶圓於兩面上均旋轉塗覆25%含氫矽倍半氧烷樹脂溶液。如實例1所述，移除溶劑並將含氫矽倍半氧烷樹脂硬化。將各介電層藉此塗覆有450nm的含氫矽倍半氧烷樹脂層。
將藉此生產的經塗覆晶圓於氮氣氛圍中在580℃下加熱，且高於470℃的時間為6秒，以鈍化矽介電質界面。藉由SemiLab WT-2000μ-PCD裝置測量得的少數載子壽命為220μs。計算有效表面再結合速率Seff並記載於表2中。
實例5至7
將溶於六甲基二矽氧烷及八甲基三矽氧烷之調合物的25%含氫矽倍半氧烷樹脂之溶液藉由八甲基三矽氧烷稀釋以形成表2所示各種濃度的樹脂溶液，並藉此重複實例4。經硬化之含氫矽倍半氧烷樹脂塗層的厚度取決於樹脂濃度且被記載於表2。對於各實例，於氮氣中加熱以進行鈍化後測量少數載子壽命，並計算有效表面再結合速率Seff；數據如表2所示。
從表2中可發現，於實例5中(具有120nm厚的含氫矽倍半氧烷樹脂塗層)可達成絕佳的鈍化效果，且於使用較厚塗層的實例4、6及7中可達到更好的效果。
本發明可為以下編號態樣之任一者：
1.一種鈍化一塗覆有一介電層之矽晶圓的矽/介電質界面之方法，包括以下步驟：(i)以一含有Si-H基團之含矽聚合物塗覆該介電表面，以及(ii)於470℃至620℃範圍內的溫度下在一惰性氛圍中加熱所形成的經塗覆晶圓。
2.一種鈍化一塗覆有一介電層之矽晶圓的矽/介電質界面之方法，包括以下步驟：(i)(a)以一含有Si-H基團之含矽聚合物塗覆該介電表面，(i)(b)以一層鋁塗佈該矽氧烷樹脂，以及(ii)於470℃至1020℃範圍內的溫度下在一惰性氛圍中加熱所形成的經塗覆晶圓。
3.根據態樣1或態樣2所述的方法，其中該介電層為一二氧化矽層。
4.根據態樣1或態樣2所述的方法，其中該介電層為一氧化鋁層。
5.根據態樣1至4中任一者所述的方法，其中該含矽聚合物為一矽氧烷樹脂。
6.根據態樣5所述的方法，其中該矽氧烷樹脂包括含氫矽倍半氧烷。
7.根據態樣6所述的方法，其中該矽氧烷樹脂為一含氫矽倍半氧烷與另一矽倍半氧烷樹脂之混合物。
8.根據態樣5所述的方法，其中該矽氧烷樹脂包括Si-H基團及鍵結至Si之烴基。
9.根據態樣1至4中任一者所述的方法，其中該含矽聚合物為一有機聚矽氧烷，其包含RHSiO2/2矽氧烷單元，其中R表示一烴基。
10.根據態樣9所述的方法，其中該有機聚矽氧烷為一聚(甲基氫矽氧烷)。
11.根據態樣1至5中任一者所述的方法，其中該含矽聚合物包括全氫聚矽氮烷。
12.根據態樣1至7中任一者所述的方法，其中於步驟(i)中，施用該含矽聚合物之溶液至該介電表面以塗覆該介電表面，且之後將該經塗覆表面於50℃至350℃之溫度下加熱以蒸發溶劑。
13.根據態樣12所述的方法，其中該溶液為一溶於一揮發性矽氧烷溶劑之含氫矽倍半氧烷樹脂之溶液，其聚合度小於每分子10個矽氧烷單元。
14.根據態樣12或態樣13所述的方法，其中該矽氧烷樹脂之溶液係藉由旋轉塗覆或狹縫塗覆法施用至該介電表面。
15.根據態樣1至14中任一者所述的方法，其中於步驟(ii)中該含有Si-H基團之含矽聚合物暴露至一高於450℃之溫度的時間係在0.5至10秒之範圍內。
16.根據態樣1至15中任一者所述的方法，其中於步驟(ii)中，該經塗覆晶圓係於一氮氣氛圍中加熱。
17.根據態樣16所述的方法，其中該氮氣氛圍包含2至20體積%的氫氣。
18.根據態樣1至17中任一者所述的方法，其中於步驟(i)中，塗覆於該介電表面上的含矽聚合物之數量係可使在步驟(ii)後該含矽聚合物層之厚度 為100nm至1000nm。
19.一種鈍化一兩面均塗覆有一介電層之矽晶圓的矽/介電質界面之方法，其中兩個介電表面均塗覆有一含有Si-H基團之含矽聚合物且係根據態樣1至18中任一者所述的方法進行加熱。
20.一種生產一光伏裝置之方法，其中一塗覆有一介電層之矽晶圓係以含有Si-H基團之含矽聚合物塗佈，且係根據態樣1至19中任一者所述的方法進行加熱而鈍化，於該介電層內形成孔洞並沉積一層接觸材料而形成接點，且於577℃至620℃範圍內的溫度下燒成該等接點。
21.一種生產一光伏裝置之方法，其中一塗覆有一介電層之矽晶圓係以含有Si-H基團之含矽聚合物塗佈，於該介電層內形成孔洞並沉積一層接觸材料而形成接點，且根據態樣1至19中任一者所述的方法加熱產物以鈍化該矽/介電層界面並燒成該等接點。
22.一種光伏裝置，包括一塗覆有一介電層之矽晶圓，其係塗佈有一含有Si-H基團之含矽聚合物，並以根據態樣1至19中任一者所述之方式加熱而鈍化。
11‧‧‧電極
12‧‧‧電極
13‧‧‧電漿管
14‧‧‧介電殼體
15‧‧‧
16‧‧‧通道
17‧‧‧通道
19‧‧‧腔室
21‧‧‧霧化器
22‧‧‧
23‧‧‧
25‧‧‧
27‧‧‧
28‧‧‧
30‧‧‧間隙
11‧‧‧針狀電極
12‧‧‧針狀電極
13‧‧‧電漿管
14‧‧‧介電殼體
15‧‧‧電漿管出口
16‧‧‧注射製程氣體之通道
17‧‧‧注射製程氣體之通道
19‧‧‧電漿頭體
21‧‧‧霧化器
22‧‧‧霧化器入口
23‧‧‧霧化器出口
25‧‧‧用以處理或塗佈之基材
27‧‧‧介電板
28‧‧‧接地電極
30‧‧‧介於該基材與該介電管出口之間隙

Claims (10)

  1. 一種鈍化塗覆有介電層之矽晶圓的矽/介電質界面之方法，包括以下步驟：(iii)以含有Si-H基團之含矽聚合物塗覆該介電表面，以及(iv)於470℃至620℃範圍內的溫度下在惰性氛圍中加熱所形成的經塗覆晶圓。
  2. 一種鈍化塗覆有介電層之矽晶圓的矽/介電質界面之方法，包括以下步驟：(i)(a)以含有Si-H基團之含矽聚合物塗覆該介電表面，(i)(b)以層鋁塗佈該矽氧烷樹脂，以及(ii)於470℃至1020℃範圍內的溫度下在惰性氛圍中加熱所形成的經塗覆晶圓。
  3. 如請求項1或請求項2所述之方法，其中該介電層為二氧化矽層；或其中該介電層為一氧化鋁層。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之方法，其中該含矽聚合物為矽氧烷樹脂；或其中該含矽聚合物為矽氧烷樹脂，其中該矽氧烷樹脂包括含氫矽倍半氧烷；或其中該含矽聚合物為矽氧烷樹脂，其中該矽氧烷樹脂為含氫矽倍半氧烷與另一矽倍半氧烷樹脂之混合物；或其中該含矽聚合物為矽氧烷樹脂，其中該矽氧烷樹脂包括Si-H基團及鍵結至Si之烴基；或其中該含矽聚合物為有機聚矽氧烷，其包含RHSiO2/2矽氧烷單元，其中R表示烴基；或其中該含矽聚合物為有機聚矽氧烷，其包含RHSiO2/2矽氧烷單元，其中R表示烴基，其中該有機聚矽氧烷為聚(甲基氫矽氧烷)；或其 中該含矽聚合物包括全氫聚矽氮烷；或其中於步驟(i)中，施用該含矽聚合物之溶液至該介電表面以塗覆該介電表面，且之後將該經塗覆表面於50℃至350℃之溫度下加熱以蒸發溶劑；或其中於步驟(i)中，施用該含矽聚合物之溶液至該介電表面以塗覆該介電表面，且之後將該經塗覆表面於50℃至350℃之溫度下加熱以蒸發溶劑，且其中該溶液為溶於揮發性矽氧烷溶劑之含氫矽倍半氧烷樹脂之溶液，其聚合度小於每分子10個矽氧烷單元；其中該矽氧烷樹脂之溶液係藉由旋轉塗覆或狹縫塗覆法施用至該介電表面；或其中該溶液為溶於揮發性矽氧烷溶劑之含氫矽倍半氧烷樹脂之溶液，其聚合度小於每分子10個矽氧烷單元，且其中該矽氧烷樹脂之溶液係藉由旋轉塗覆或狹縫塗覆法施用至該介電表面。
  5. 如請求項1至4中任一項所述之方法，其中於步驟(ii)中該含有Si-H基團之含矽聚合物暴露至高於450℃之溫度的時間係在0.5至10秒之範圍內。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之方法，其中於步驟(ii)中，該經塗覆晶圓係於氮氣氛圍中加熱；或其中於步驟(ii)中，該經塗覆晶圓係於氮氣氛圍中加熱，且該氮氣氛圍包含2至20體積%的氫氣。
  7. 如請求項1至6中任一項所述之方法，其中於步驟(i)中，塗覆於該介電表面上的含矽聚合物之數量係可使在步驟(ii)後該含矽聚合物層之厚度為100nm至1000nm。
  8. 一種鈍化兩面均塗覆有介電層之矽晶圓的矽/介電質界面之方法，其中兩個介電表面均塗覆有含有Si-H基團之含矽聚合物且係根據請求項1至7中任一項所述之方式進行加熱。
  9. 一種生產光伏裝置之方法，其中塗覆有介電層之矽晶圓係以含有Si-H基 團之含矽聚合物塗佈，且係根據請求項1至8中任一項所述之方式進行加熱而鈍化，於該介電層內形成孔洞並沉積一層接觸材料而形成接點，且於577℃至620℃範圍內的溫度下燒成該等接點；或其中塗覆有介電層之矽晶圓係以含有Si-H基團之含矽聚合物塗佈，於該介電層內形成孔洞並沉積一層接觸材料而形成接點，且根據請求項1至8中任一項所述之方式加熱產物以鈍化該矽/介電層界面並燒成該等接點。
  10. 一種光伏裝置，包括塗覆有介電層之矽晶圓，其係塗佈有含有Si-H基團之含矽聚合物，並以根據請求項1至9中任一項所述之方式加熱而鈍化。
TW102116176A 2012-05-31 2013-05-07 矽介電質界面之鈍化 TW201407795A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB1209694.7A GB201209694D0 (en) 2012-05-31 2012-05-31 Passivation of silicon dielectric interface

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201407795A true TW201407795A (zh) 2014-02-16

Family

ID=46582129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102116176A TW201407795A (zh) 2012-05-31 2013-05-07 矽介電質界面之鈍化

Country Status (3)

Country Link
GB (1) GB201209694D0 (zh)
TW (1) TW201407795A (zh)
WO (1) WO2013180855A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112015006280T5 (de) * 2015-03-09 2018-01-18 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Herstellungsverfahren einer Solarzelle
KR101895912B1 (ko) 2015-09-25 2018-09-07 삼성에스디아이 주식회사 실리카 막의 제조방법, 실리카 막 및 전자소자

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6350673B1 (en) * 1998-08-13 2002-02-26 Texas Instruments Incorporated Method for decreasing CHC degradation
JP3125781B2 (ja) * 1999-03-03 2001-01-22 ヤマハ株式会社 半導体装置の製法
JP2005026534A (ja) * 2003-07-04 2005-01-27 Sharp Corp 半導体デバイスおよびその製造方法
EP1763086A1 (en) 2005-09-09 2007-03-14 Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum Photovoltaic cell with thick silicon oxide and silicon nitride passivation and fabrication method
EP1872413A1 (en) 2005-04-14 2008-01-02 Renewable Energy Corporation ASA Surface passivation of silicon based wafers
WO2007055484A1 (en) 2005-11-08 2007-05-18 Lg Chem, Ltd. Solar cell of high efficiency and process for preparation of the same
WO2008007828A1 (en) 2006-07-12 2008-01-17 Lg Electronics Inc. Plasma display device
US7846762B2 (en) 2008-09-22 2010-12-07 Applied Materials, Inc. Integrated emitter formation and passivation
WO2012003624A1 (zh) 2010-07-05 2012-01-12 Xiong Xingjian 液体食品发泡机

Also Published As

Publication number Publication date
GB201209694D0 (en) 2012-07-18
WO2013180855A1 (en) 2013-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8987039B2 (en) Antireflective coatings for photovoltaic applications
US20130298984A1 (en) Passivation of silicon surfaces using intermediate ultra-thin silicon oxide layer and outer passivating dielectric layer
CN105745768B (zh) 晶体硅太阳能电池上的钝化堆叠件
JP2012253356A (ja) ブリスターを伴わずにシリコン表面をパッシベーションする方法
JP2015525473A (ja) 不動態化層でコーティングされたシリコンウエハ
US10276732B2 (en) Solar cell element and method of manufacturing solar cell element
KR20080095252A (ko) 반도체 컴포넌트 및 그를 생산하고 이용하는 방법
TW201407795A (zh) 矽介電質界面之鈍化
TW201511318A (zh) 塗覆氧化矽的矽晶圓
Park et al. Continuously deposited anti-reflection double layer of silicon nitride and silicon oxynitride for selective emitter solar cells by PECVD
EP3381058B1 (en) Preparation of anti-reflection and passivation layers of silicon surface
Chen et al. Silicon surface and bulk defect passivation by low temperature PECVD oxides and nitrides
Yang et al. Effectively improved SiO 2-TiO 2 composite films applied in commercial multicrystalline silicon solar cells
TW201409567A (zh) 塗覆鈍化層之矽晶圓
JP2005033063A (ja) 太陽電池用反射防止膜およびその作製方法
CN113871512A (zh) 一种硼掺杂选择性发射极电池的制备方法
Janene et al. Influence of porous silicon passivation layer and TiO2 coating on the optoelectronic properties of multicrystalline Si substrate
TW201409726A (zh) 塗覆鈍化層的矽晶圓
CN1983647A (zh) 钝化太阳电池表面的方法
JP6539010B1 (ja) 太陽電池素子
Meziani et al. Graded refractive index of double layer SiO 2/SiN x anti-reflective coatings for passivation multicrystalline silicon
Ruby SILICON SURFACE AND BULK DEFECT PASSIVATION BY LOW TEMPERATURE PECVD OXIDES AND NITRIDES
Sun et al. Improvement on the Si/PEDOT: PSS hybrid solar cells by rear-sided passivation with SiNx: H layers
Wen et al. Influence of Pressure on SiNx: H Film by LF-PECVD
JP2003168809A (ja) 太陽電池の製造方法および太陽電池