TW201733151A - 背接觸多接面太陽能電池的貫穿通孔蝕刻方法 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及半導體元件和用於製造半導體元件的方法。具體地，本發明涉及僅背接觸多接面太陽能電池和用於製作這種太陽能電池的製程流程，包括非選擇性地去除半導體材料而在異質磊晶III-V半導體層之間的蝕刻速率沒有顯著差異的溼蝕刻製程。

Description

背接觸多接面太陽能電池的貫穿通孔蝕刻方法
本發明涉及半導體元件和用於製造半導體元件的方法。具體地，本發明涉及僅背接觸多接面太陽能電池和用於製作該太陽能電池的製程流程，包括非選擇性地去除半導體材料而在異質磊晶III-V半導體層之間的蝕刻速率方面沒有顯著差異的溼蝕刻製程。
傳統的多接面太陽能電池由於其高效率已經廣泛用於地面和太空應用。如圖1所示的多接面太陽能電池（100）包括串聯連接的多個二極體，在本領域中稱為接面或子電池（106、107和108），該接面或子電池（106、107和108）是通過在半導體基板上的堆疊中生長薄外延區來實施。堆疊中的每個子電池具有獨特的帶隙並且被優化用於吸收太陽光譜的不同部分，從而提高太陽能轉換的效率。這些子電池被從具有不同光學性能和電學性能的各種半導體材料中選出，以吸收太陽光譜的不同部分。這些材料被佈置成使得子電池的帶隙從頂部子電池（106）到底部子電池（108）逐漸變窄。因此，高能光子在頂部子電池中被吸收，而低能量的光子穿透至下部子電池，在下部子電池中，該低能量的光子被吸收。在每個子電池中，產生電子-空穴對並且在太陽能電池中的歐姆接觸處收集電流。用於形成子電池的半導體材料包括但不限於鍺和週期表上的來自III族和V族的一種或多種元素的合金。這些合金的示例包括但不限於磷化銦鎵、磷化銦、砷化鎵、砷化鋁鎵、砷化銦鎵和稀氮化合物。對於三元和四元化合物半導體，可以使用寬範圍的合金比率。
太陽能電池是使用本領域技術人員已知的常規半導體製程方法在晶片尺度上製造的。Danzilio（CS MANTECH 會議，2007年5月14日-17日，奧斯丁，德克薩斯州，第11-14頁）總結了用於製作典型多接面太陽能電池的製程步驟。
貫穿晶片的貫穿通孔（Through-Wafer Via；TWV）是半導體晶片的頂部（正）表面和底部（後）表面之間的電互相連接。TWV通常用於包括太陽能電池的半導體元件領域中的各種應用。圖2A和圖3A示出了用於具有正接觸和背接觸的太陽能電池的TWV（200和300）的示例。TWV與太陽能電池基板（202和302）和所有外延區（203和303）電絕緣，並且電連接到圖案化蓋區（204和304）。圖案化蓋區被圖案化以使得其圍繞太陽能電池的頂表面上的TWV結構。正面金屬墊（201和301）覆蓋圖案化蓋區（204和304）。TWV更包括背面金屬（205和305）、貫穿通孔金屬（206和306）、鈍化層（207和307）、貫穿通孔接觸金屬區（208和308）以及鈍化層207與背面金屬205之間的間隙209。在TWV的一些已知示例中，在TWV設計中存在凹陷結構309。製造TWV的方法是半導體製造領域的技術人員已知的。例如，Chen等（Journal of Vacuum Science and Technology B，第27卷，第5期，第2166-2009頁）公開了具有TWV的半導體元件以用於高遷移率電子傳輸元件應用。
TWV還用於在太陽能電池中提供背接觸式封裝。背接觸電池具有設置在背表面上的正負外部接觸焊接墊，其允許通過增加太陽能電池的封裝密度來優化模組效率。遮光損耗和電阻損耗也顯著降低。Van Kerschaver等（Progress in Photovoltaics：Research and Applications 2006；14：107-123）總結了背接觸太陽能電池的幾種方法。
乾蝕刻是在半導體製造中使用的常規方法，已經發現該方法在太陽能電池製造中使用受限。乾蝕刻涉及通過在真空室中將材料暴露于反應氣體的等離子體中來去除半導體材料。多接面太陽能電池中異質磊晶層的乾蝕刻涉及增加的複雜性，因為每一類半導體材料需要獨特的蝕刻條件。這種複雜性導致較慢的淨蝕刻速率和製造瓶頸。由於蝕刻在多層異質半導體材料上進行，所以蝕刻掉的材料的再沉積導致粗糙的側壁並且該再沉積是不可避免的。遮蔽用於保護希望不被蝕刻的晶片區域。光敏聚合物通常用作遮蔽，但是光敏聚合物遮蔽不能承受乾蝕刻所需的長蝕刻時間和高溫。光敏聚合物遮蔽經常被破壞，從而導致點蝕（Pitting）並且顯著地導致粗糙表面的產生，這使得隨後的側壁鈍化處理複雜化並降低了製造的元件的可靠性。圖4A描繪了通過掃描電子顯微鏡成像的晶片截面的示意圖，其被點蝕和粗糙的側壁表面（408和409）損壞。圖4A所示的元件包括玻璃蓋板407、正面金屬墊406、抗反射塗層（Anti-Reflective Coating ；ARC）405、異質磊晶層403、基板402、圖案化蓋區404以及基板402的背面401。異質磊晶層403的側壁409的特徵在於包括由乾蝕刻產生的點蝕和/或側向蝕刻（Undercutting）的粗糙表面。點蝕408也示出在基板402的背面表面401上，這也可以由乾蝕刻引起。諸如電介質硬遮蔽的替代遮蔽方法可以用於代替光敏聚合物，但是這些遮蔽需要精細的下游步驟以從晶片上去除。乾蝕刻還涉及昂貴的設備設置和維護。總之，乾蝕刻涉及以下複雜性：
1. 電鍍（Electroplating或Electrografting）以保護希望不被蝕刻的晶片區域，這需要昂貴和專用的設備；
2. 低處理產量和更長的處理時間，因為乾蝕刻一次只可以在幾個晶片上進行；
3. 難以控制蝕刻速率以及蝕刻停止，導致蝕刻不足或蝕刻過度；
4. 異質磊晶III-V半導體層的不均勻蝕刻導致點蝕和粗糙的側壁表面，其使後續的側壁鈍化複雜化；
5. 由於側壁鈍化不足而導致元件失效的可能性較高；
6. 在製造期間更多的化學品、水和能量消耗；以及
7. 設備採購和維護成本較高。
濕蝕刻，作為通過使用液相中的化學品去除半導體材料的另一種方法，並不是沒有缺點。通常，用於蝕刻一類半導體材料的濕蝕刻劑是選擇性的，並且不會蝕刻某些其它類別的半導體材料。Clawson，Materials Science and Engineering，31（2001）1-438公佈了濕蝕刻劑、蝕刻速率和選擇性關係的綜合列表。濕蝕刻劑的選擇性還可以取決於化合物的合金濃度。因此，蝕刻異質磊晶層可能需要應用多個濕蝕刻化學反應。由於選擇性而使用不同濕蝕刻劑的多次應用通常導致鋸齒狀、不光滑和/或不規則的晶片貫穿通孔側壁（如圖4A所示）。其在不同的蝕刻化學反應用於異質磊晶層中的每一類半導體材料的太陽能電池製造中觀察到，這導致整個晶片具有截然不同的蝕刻輪廓和粗糙的側壁表面。Zaknoune等在J. Vac. Sci. Technol. B 16, 223 (1998) 中報導了作為使用多個濕蝕刻劑的替代方案的、對III-V磷化物和砷化物具有非選擇性的濕蝕刻方法。雖然該方法是非選擇性的，但是砷化鎵的蝕刻導致非常粗糙的形態並且涉及比磷化鋁鎵銦的蝕刻大10倍的蝕刻速率。Zaknoune等描述了具有一層外延的系統，諸如在異質接面雙極電晶體（HBT）、量子阱雷射器（QWL）和高電子遷移率電晶體（HEMT）中發現的。Zaknoune等的方法沒有解決與作為多接面太陽能電池的特徵的異質磊晶層相關的任何側壁問題。
通常，粗糙/鋸齒狀的晶片貫穿通孔側壁使隨後的側壁鈍化複雜化，導致元件失效增加和製造產量降低。此外，與單蝕刻化學品相比，使用多種蝕刻劑具有其它缺點，例如：
1. 增加控制蝕刻速率和層的不期望的側向蝕刻的難度；
2. 不同半導體層的不均勻蝕刻和增加後續側壁鈍化處理的難度；
3. 由於側壁鈍化不足而引起元件失效的可能性較高；
4. 由於方法中固有的複雜性和不可預測性而引起處理時間較長；
5. 在製造期間更多的化學品、水和能量消耗；以及
6. 更多的化學廢物產生。
上述常規製程阻礙了對多接面太陽能電池經濟有效的製造。存在對非選擇性蝕刻劑的嘗試探索並簡要描述了兩個示例。Zaknoune 等（J. Vac. Sci. Technol. B 16, 223, 1998）報導了對砷化鎵和磷化鋁鎵銦非選擇性的蝕刻過程，其中磷化鋁鎵銦四元化合物具有35％的磷化鋁、15％的磷化鎵和50％的磷化銦。由Zaknoune等描述的蝕刻過程使用鹽酸、碘酸和水的稀釋溶液，使用光敏聚合物遮蔽蝕刻在砷化鎵基板上生長的300nm的四元化合物。Zaknoune等在論文中描述的主要應用領域是需要導帶和價帶具有較大非連續性的異質接面雙極電晶體（HBT）、各種量子阱雷射器（QWL）和高電子遷移率電晶體（HEMT）。這些元件是多數載流子元件，其中寬頻隙材料通常用作多數載流子的勢壘材料。Zaknoune等描述了具有一層外延的系統並且不涉及與作為太陽能電池的特徵的多層外延相關的任何側壁問題。
多接面太陽能電池的元件要求顯著不同於HBT、QWL和HEMT，主要是因為多接面太陽能電池是少數載流子元件。因此，Zahnoune等描述的過程對於蝕刻包括具有寬範圍的帶隙（例如，從0.67eV至2.25eV）的多種半導體材料的多接面太陽能電池結構沒有直接應用。
本發明描述了克服現有方法的複雜性的TWV製造方法。各種優點包括以下方面：
1. 當沉積抗反射塗層（ARC）時，作為常規太陽能電池製造的一部分，在將要構造TWV的地方添加圖案，即ARC用作半導體與在晶片頂部的金屬墊之間的電介質蝕刻停止層。ARC的這種附加功能通過消除應用額外的蝕刻停止層來簡化TWV製造；
2. 採用標準製造製程步驟，包括光刻、濕蝕刻和薄膜蒸發；
3. 由於使用廉價的設備、化學品和方法，顯著降低成本；
4. 因為多個晶片可以同時被蝕刻並且需要較少的蝕刻製程步驟，所以處理產量更高；
5. 需要防止被蝕刻的晶片區域可以由光敏聚合物保護，使得採用比電鍍光致抗蝕劑更低成本的材料和更簡單的方法；
6. 光滑、100％鈍化的TWV壁，其通過降低元件失效的風險來提高製造產量；以及
7. 這些製程步驟產生更薄的基板，使得太陽能電池更輕且適合太空應用。
根據本發明，公開了形成半導體元件的方法，包括以下步驟：提供半導體晶片；使用光學透明的粘合劑將玻璃蓋板接合到半導體晶片的正面；通過從半導體晶片的背面減薄基板區域來從半導體晶片去除期望的量；用背蝕刻晶片貫穿通孔圖案對半導體晶片的背面進行圖案化；使用單個濕蝕刻劑混合物從半導體晶片的背面蝕刻多個晶片貫穿通孔，其中，多個晶片貫穿通孔中的每一晶片貫穿通孔從半導體晶片的背面延伸到覆蓋異質磊晶層的抗反射塗層；通過隨後的濕蝕刻方法去除抗反射塗層以暴露相應的金屬區域的底面，其中後續的濕蝕刻方法專用于抗反射塗層的去除；使用標準沉積技術在晶片貫穿通孔壁上沉積鈍化襯層；在半導體晶片的背面上沉積抗蝕劑圖案以用於背面金屬隔離，其中抗蝕劑圖案位於鈍化襯層下方；在半導體晶片的背面和晶片貫穿通孔上沉積金屬；以及去除抗蝕劑圖案和犧牲金屬。半導體晶片包括：包括正面和背面的基板區域；覆蓋基板區域的正面的異質磊晶層，其中，異質磊晶層包括第一子電池和覆蓋第一子電池的至少一個附加子電池；以及第一子電池或至少一個附加子電池中的至少一者包括合金，該合金包括一種或多種來自週期表的III族的元素N、As和選自Sb、Bi的元素及其組合；覆蓋異質磊晶層的多個圖案化蓋區；覆蓋異質磊晶層的抗反射塗層；以及覆蓋多個圖案化蓋區中的每一個的相應金屬區域。
根據本發明，公開了形成半導體元件的方法，包括以下步驟：提供半導體晶片；用正面蝕刻晶片貫穿通孔圖案對半導體晶片的正面進行圖案化；使用單個濕蝕刻劑混合物從半導體晶片的正面蝕刻多個晶片貫穿通孔，其中多個晶片貫穿通孔中的每一晶片貫穿通孔從半導體晶片的正面延伸到基板中；對在半導體晶片的正面上的異質磊晶層上的多個圖案化蓋區進行圖案化；沉積覆蓋異質磊晶層和晶片貫穿通孔側壁的抗反射塗層；從正面去除來自晶片貫穿通孔的底部的抗反射塗層；從半導體晶片的正面沉積正面抗蝕劑圖案，其中正面抗蝕劑圖案引導金屬層光刻；以及在半導體晶片的正面、晶片貫穿通孔側壁和晶片貫穿通孔底部上沉積金屬。半導體晶片包括：包括正面和背面的基板區域；覆蓋基板區域的正面的異質磊晶層，其中，異質磊晶層包括第一子電池和覆蓋第一子電池的至少一個附加子電池；至少一個子電池包括合金，該合金包括一種或多種來自週期表的III族的元素N、As和選自Sb、Bi的元素及其組合；以及覆蓋異質磊晶層的蓋層。
根據本發明，公開了半導體元件，包括：異質磊晶層，更包括含有一種或多種來自週期表的III族的元素N、As和選自Sb、Bi的元素及其組合的合金以及多個晶片貫穿通孔，其特徵在於，通過本發明提供的方法形成的光滑側壁表面上不存在點蝕。
根據本發明，公開了晶片貫穿通孔結構，包括：包括背面和正面的基板；覆蓋基板的正面的異質磊晶層；覆蓋異質磊晶層的第一部分的抗反射塗層；覆蓋異質磊晶層的第二部分的圖案化蓋區；覆蓋並電連接到圖案化蓋區的正面金屬墊，其中正面金屬墊包括底表面；以及從基板的背面延伸到正面金屬墊的晶片貫穿通孔，其中晶片貫穿通孔包括側壁；覆蓋基板的背面的一部分和晶片貫穿通孔的側壁的鈍化襯層；以及在晶片貫穿通孔內覆蓋鈍化襯層和正面金屬墊的底表面的金屬層。
根據本發明，公開了晶片貫穿通孔結構，包括：包括背面和正面的基板；覆蓋基板的正面的異質磊晶層；覆蓋異質磊晶層的第一部分的抗反射塗層；覆蓋異質磊晶層的第二部分的圖案化蓋區；覆蓋抗反射塗層的一部分和圖案化蓋區的正面金屬；從基板的背面延伸穿過抗反射塗層的一部分的晶片貫穿通孔；覆蓋晶片貫穿通孔的側壁的鈍化襯層；覆蓋鈍化襯層並堵塞晶片貫穿通孔的底部的金屬種子層（Metal Seed Layer）；以及覆蓋金屬種子層並填充晶片貫穿通孔的金屬。
根據本發明，公開了包括由本發明提供的晶片貫穿通孔結構的半導體元件。
根據本發明的一方面，晶片貫穿通孔結構包括：具有正基板表面和背基板表面的基板；覆蓋正基板表面的異質磊晶層；覆蓋異質磊晶層的一部分並電連接到異質磊晶層的正表面接觸；覆蓋正表面接觸和異質磊晶層的光學粘合劑；覆蓋光學粘合劑的玻璃蓋板；位於背基板表面的一部分下方且電連接到背基板表面的背表面焊接墊；位於背基板表面下方並與背基板表面絕緣的正表面焊接墊；以及將正表面焊接墊和正表面接觸互相連接的晶片貫穿通孔。
根據本發明的一方面，半導體元件包括多個根據本發明的晶片貫穿通孔結構。
根據本發明的一方面，製造晶片貫穿通孔結構的方法包括：提供半導體晶片，以及減薄基板。半導體晶片包括：包括正基板表面和背基板表面的基板；覆蓋正基板表面的異質磊晶層；覆蓋異質磊晶層的一部分並電連接到異質磊晶層的一部分的正表面接觸；覆蓋正表面接觸和異質磊晶層的光學粘合劑；覆蓋光學粘合劑層的玻璃蓋板。
根據本發明的一方面，晶片貫穿通孔結構包括：具有正基板表面和背基板表面的基板；覆蓋正基板表面的異質磊晶層；覆蓋異質磊晶層的一部分並電連接到異質磊晶層的正表面接觸；覆蓋正表面接觸和異質磊晶層的光學粘合劑；覆蓋光學粘合劑的玻璃蓋板；位於背基板表面的一部分下方的鈍化層；位於鈍化層的一部分下方的背金屬墊；將正金屬接觸和背金屬墊電互相連接的晶片貫穿通孔；以及電連接到背基板表面的背面金屬。
根據本發明的一方面，半導體元件包括多個根據本發明的晶片貫穿通孔結構。
根據本發明的一方面，製造晶片貫穿通孔結構的方法包括：提供半導體晶片；蝕刻從異質磊晶層延伸到基板內的晶片貫穿通孔；在異質磊晶層的第二部分上和晶片貫穿通孔的側壁和底部上沉積抗反射塗層；蝕刻晶片貫穿通孔的底部上的抗反射塗層以暴露基板；沉積覆蓋圖案化蓋區的至少一部分、圖案化蓋區內的抗反射塗層、晶片貫穿通孔的側壁和晶片貫穿通孔的底部的正表面接觸；施加覆蓋正表面接觸、圖案化蓋區和抗反射塗層的光學粘合劑；施加覆蓋光學粘合劑的玻璃蓋板；以及減薄基板。半導體晶片包括：具有正基板表面和背基板表面的基板；覆蓋正基板表面的異質磊晶層；覆蓋異質磊晶層的第一部分的圖案化蓋區。
描述了單步溼蝕刻製程以產生需要背接觸的半導體元件。具體地，使用這種濕蝕刻方法製造用於背接觸多接面太陽能電池的TWV。製造與太陽能電池基板和所有外延區域電絕緣而不與圖案化蓋區電絕緣的TWV。濕蝕刻化學方法採用非選擇性去除半導體材料而在不同異質磊晶層之間的蝕刻速率沒有顯著差異。這對於包括在半導體基板上外延生長的多個異質半導體層的多接面太陽能電池是有用的。因此形成的多接面太陽能電池在晶片表面和TWV側壁上沒有點蝕，並且在TWV內具有光滑的側壁表面。該製程採用標準晶片批量處理，顯著降低製造複雜性和成本，增加處理產量，並通過確保TWV壁的完全鈍化來提高元件性能和可靠性。
本文描述的製程步驟可以被修改或調整，只要使用單步溼蝕刻製程實施在暴露區域中的半導體材料的去除。應當理解，在需要TWV製造的所有半導體製程中可插入額外的製程步驟。
在本發明的某些方面，可以從半導體晶片的背面蝕刻TWV。半導體晶片具有正面金屬墊、圖案化蓋區、位於每個圖案化蓋區上的金屬區域以及由正面晶片處理產生的ARC。半導體晶片的正面也可以用光學透明的粘合劑接合到玻璃蓋板。半導體可以從其背面減薄。可以從半導體晶片的背面蝕刻TWV孔，使得TWV從半導體晶片的背面表面延伸到覆蓋異質磊晶層的頂部的ARC。可以通過抗蝕劑圖案保護希望不被蝕刻的晶片區域。然後，可進行濕蝕刻獲得需要TWV的多層半導體材料；蝕刻可以在可包括使用碘酸-鹽酸混合物的濕化學法的單個步驟中進行。ARC可以用作電介質蝕刻停止層，並且可以保護正面金屬墊免受蝕刻。然後可以去除ARC以暴露正面金屬墊的底面。隨後可以在光滑的TWV側壁上沉積鈍化層。這之後可以沉積金屬隔離抗蝕劑圖案，從而保護不需要金屬的半導體晶片區域。然後，金屬可以沉積在TWV的底部上和TWV的側壁上以及沉積在晶片的背面上。最後，可以去除金屬隔離抗蝕劑圖案和犧牲金屬。
在本發明的另一方面，可以從半導體晶片的正面蝕刻TWV。半導體晶片具有覆蓋異質磊晶層的蓋層。可以使用可包括使用碘酸-鹽酸混合物的單步濕化學法蝕刻TWV孔，該蝕刻從半導體晶片的正面直至基板層。希望不被蝕刻的晶片區域可以由抗蝕劑圖案來保護。然後，可以從蓋層形成圖案化蓋區。用作鈍化層的ARC可以在圍繞圖案化蓋區的區域施加在半導體晶片的正面上以及施加在TWV孔的光滑表面上。可以去除襯TWV孔的底表面的ARC以暴露基板。然後，金屬可以沉積在TWV上和半導體晶片的正面上，除了不需要金屬並且可以由另一抗蝕劑圖案保護的半導體晶片區域以外。可以去除該抗蝕劑圖案，並且可以沉積金以填充TWV。金可以通過電鍍沉積。半導體晶片可以用光學透明的粘合劑安裝在玻璃蓋板上。然後，可以從背面將半導體晶片減薄，並且可以利用硬烘焙（Hard Baking）步驟將鈍化層圖案化到該背面表面上。這之後可以是在半導體晶片的背面上由金屬隔離抗蝕劑圖案引導的金屬沉積。最後，可以去除金屬隔離抗蝕劑圖案和犧牲金屬。
使用所描述的單步溼蝕刻製程形成的半導體元件在晶片表面以及TWV側壁上沒有點蝕。如果採用乾蝕刻來製造TWV，則點蝕形態是很常見的。通過這種單步濕蝕刻方法製造的TWV側壁也具有顯著光滑的側壁表面。通過該方法形成的半導體元件包括僅背接觸多接面太陽能電池。
圖28至圖30中提供了顯示使用乾蝕刻方法製造的TWV以及使用本發明提供的濕蝕刻方法製造的TWV的截面的SEM（掃描電子顯微鏡）圖像。
圖28示出了具有使用乾蝕刻製程製造的TWV的多接面太陽能電池結構的截面示意圖，該多接面太陽能電池結構包括背面貫穿通孔金屬2801、鈍化層2802、GaAs基板2803、底部子電池2804、中間子電池2805、頂部子電池和接觸層2806、粘合劑2807以及玻璃蓋板2808。GaAs基板的表面的特徵在於點蝕，這是由於顧及蝕刻遮蔽而造成的。貫穿通孔的側壁也是粗糙的和點蝕的。粗糙表面導致鈍化層不完全保形。鈍化層的目的是將TWV金屬與半導體層（諸如基板和異質磊晶層）電絕緣。高品質鈍化層將與下層（諸如基板和TWV的側壁）保形，並且將沒有針孔。在圖28中，在側壁的尖銳邊緣上存在鈍化不良，並且基板中的凹坑可以到達異質磊晶層。
圖29A至圖29C還示出了使用乾蝕刻方法製造的TWV貫穿通孔的截面圖。圖29A示出了電鍍背面金屬2901、鈍化層2902、GaAs基板2903、底部子電池2904、中間子電池2905、頂部子電池和接觸層2906、粘合劑2907、玻璃蓋板2908以及頂面金屬墊2909。在粗糙的側壁表面上沒有鈍化。圖29B示出了乾蝕刻可以在GaAs基板中產生光滑的側壁；然而，如圖29C所示，GaAs和異質磊晶層的乾蝕刻產生難以鈍化的粗糙側壁表面。圖29C示出了GaAs和異質磊晶層的TWV結構的截面圖和俯視圖。
對於乾蝕刻TWV結構，由於蝕刻後基板和貫穿通孔壁形貌是粗糙的和/或點蝕的，所以鈍化層塗覆品質差，特別是在鈍化厚度小於1μm的貫穿通孔邊緣周圍，並且在鈍化層中存在大量針孔。這些點相當於電短路源。乾蝕刻還產生蝕刻遮蔽殘餘物，諸如不採用會損害貫穿通孔結構的苛刻清潔和處理方法就不能從晶片上去除的燒蝕的抗蝕劑。燒蝕的抗蝕劑由III-V異質磊晶堆疊的長時間乾蝕刻產生，並且傾向於在TWV開口周圍積聚，並且還有助於在鈍化塗層中形成針孔。
圖30A至圖30C示出了使用本發明提供的濕蝕刻方法製備的TWV的截面圖。圖30A示出了沉積的背面金屬3001、鈍化層3002、GaAs基板3003、底部子電池3004、中間子電池3005、頂部子電池和接觸層3006、光學透明粘合劑3007、玻璃蓋板3008以及ARC蝕刻停止層3009。如圖30A所示，基板的頂表面和TWV的側壁是光滑的，並且沒有點蝕和側向蝕刻。鈍化層保形地塗覆使用本發明提供的碘酸濕蝕刻方法蝕刻的表面。濕蝕刻表面可以包含碘的痕跡。圖30B示出了具有異質磊晶層的一些側向蝕刻但具有足夠光滑表面使得鈍化層保形地塗覆TWV的側壁的截面圖。圖30C示出了使用本發明提供的碘酸濕蝕刻方法製造的TWV結構的另一視圖。圖30C還示出了TWV結構中的貫穿通孔金屬的底部。在TWV的邊緣處的鈍化厚度為3μm。如這些圖所示，由於基板和TWV表面光滑且沒有蝕刻後污染，所以鈍化塗層品質高並且是100％保形的。
在下面的詳細描述中，參考示出具體實施例的附圖。
如圖1所示，多接面太陽能電池100可以包括基板5、背面金屬接觸52、包括蓋區3的頂部金屬接觸2，以及形成子電池的異質磊晶層45。圖1中的多接面太陽能電池包括三個子電池106、107和108。每個子電池可以包括形成元件132的正表面場4和發射層102、耗盡區103、基層104、背表面場105和穿隧接面167。ARC可以覆蓋多接面太陽能電池的頂表面。
至少一個子電池可以包括稀氮子電池。稀氮子電池的示例包括GaInNAsSb、GaInNAsBi、GaInNAsSbBi、GaNAsSb、GaNAsBi和GaNAsSbBi。
本文中描述的製程流程僅僅是示例。具有不同步驟的其它製程流程可以用於在諸如多接面太陽能電池的半導體材料上實施TWV。
圖5至圖15示出了與在背接觸太陽能電池的製造中從半導體晶片的背面蝕刻TWV相關聯的本發明的一方面。圖5至圖8示出了正面處理涉及的步驟。圖8至圖15示出了與背面處理相關聯的步驟，包括由本發明提供的濕蝕刻步驟。所描述的製程步驟和最終產品可以由本領域技術人員修改以適應各種各樣的半導體元件；步驟和最終產品不限於太陽能電池並且可應用於其它半導體元件（尤其是少數載流子元件）。圖5至圖15所示的半導體晶片截面可以總結如下：圖5示出了未改性基板上的異質磊晶層；圖6示出了接觸蓋層圖案化之後的晶片；圖7示出了施加ARC之後的晶片；圖8示出了施加正面金屬墊之後的晶片；圖9示出晶片接合、背面研磨和濕蝕刻背面減薄之後的晶片；圖10A和圖10B示出了貫穿通孔光刻和濕蝕刻之後的晶片；圖11示出了去除貫穿通孔蝕刻停止層（ARC/電介質）之後的晶片；圖12示出了鈍化層圖案化和硬烘焙之後的晶片；圖13示出了背面和貫穿通孔-金屬隔離光刻之後的晶片；圖14示出了背面和TWV金屬沉積之後的晶片；圖15示出了金屬剝離（TWV金屬和背面金屬分離）之後的完整的元件。
半導體晶片可以首先經歷正面處理（圖5至圖8）。如圖5所示，半導體晶片可以包括基板層505和晶片的背面506以及覆蓋基板層505的異質磊晶層504。用於形成基板的材料包括例如鍺、砷化鎵、鍺的合金以及砷化鎵的合金。用於形成異質磊晶層的材料包括例如週期表上的來自III族和V族的一種或多種元素的合金，諸如磷化銦鎵、磷化銦、砷化鎵、砷化鋁鎵、砷化銦鎵和稀氮化合物。圖5至圖6示出了在半導體晶片的正面上形成的覆蓋異質磊晶層（504和604）的蓋區502和圖案化蓋區602A。圖案化蓋區602A可以被圖案化成盤形，但也可以被圖案化成各種幾何構造，以及被成形為用作電子元件的柵格線、匯流條、焊接墊或任何類型的導電部件。圖6示出了基板605、基板605的背面606、異質磊晶層604以及蓋後蝕刻後的圖案化蓋區602A。
在一些實施例中，ARC（圖7中的703）可以施加在異質磊晶層704上。圖7示出了基板705、基板705的背面706、異質磊晶層704、ARC 703以及蓋後蝕刻後的圖案化蓋區702A。一些實施例還可以採用正面金屬墊（圖8中的801）和窄金屬柵格線（圖未示）的施加。在正面處理結束時，可以獲得具有未改性的基板層（806）的半導體晶片，如圖8所示。圖8示出了基板805、基板805的背面806、覆蓋基板805的異質磊晶層804、ARC 803、圖案化蓋區802A以及電連接到圖案化蓋區802A的正面金屬墊801。
在圖9中，圖8所示的半導體晶片可以用光學透明的粘合劑907永久地接合到玻璃蓋板908。在一些實施例中，玻璃蓋板908可以是太空級玻璃蓋板，其可以由硼矽酸鹽玻璃製成。基板的背面（圖8中的806）可以通過濕蝕刻、背面研磨或其它方法減薄（圖9中的909）。在一些實施例中，減薄的基板905可以在20μm至200μm厚的後減薄之間。在一些應用中，例如太空太陽能電池應用中，需要減薄的元件。圖9示出了減薄的基板905、減薄的基板905的背面909、異質磊晶層904、ARC 903、圖案化蓋區（蓋後蝕刻）902A、正面金屬墊901、光學透明粘合劑907以及玻璃蓋板908。
在圖10A中，以期望的TWV圖案（圖未示）的光敏聚合物或任何合適類型的合適遮蔽材料來圖案化基板1005的背面1009，使TWV孔與正面金屬墊1001和圖案化蓋區1002A對準，圖案化蓋區1002A在TWV孔1010的ARC相鄰區域周圍形成周界。蝕刻TWV孔1010從基板1005的背面1009開始，並且如圖10B所示，停止在ARC層1003A。在一些實施例中，所使用的蝕刻劑混合物可以包括去離子水中體積比為10％至50％的鹽酸與體積比為10％至50％的碘酸。蝕刻劑混合物的溫度範圍為10℃至140℃。蝕刻停止在用作選擇性電介質蝕刻停止層1011的ARC 1003處。然後，去除在TWV孔1010中暴露的圖案化的光敏聚合物/遮蔽材料（圖未示）和ARC 1003。圖10A還示出了異質磊晶層1004、光學透明粘合劑1007和玻璃蓋板1008。圖10B示出了基板1005的背面1009、異質磊晶層1004、ARC層1003和1003A、圖案化蓋區1002A、正面金屬墊1001、光學粘合劑1007和玻璃蓋板1008。晶片貫穿通孔1010被濕蝕刻至ARC層1003A並且包括側壁1010。
包含鹽酸和碘酸的合適的濕蝕刻劑混合物公開於例如美國專利申請US 2013/0312817中。用蝕刻劑混合物蝕刻的光滑側壁可以包含碘的痕跡。異質磊晶側壁可以通過宏觀上光滑的表面來表徵而沒有顯著的側向蝕刻，並且異質磊晶側壁的特徵還在於從基板到ARC連續地變寬。在一些實施例中，所使用的蝕刻劑混合物可以包含在去離子水中體積比為30％至35％的鹽酸和體積比為14％至19％的碘酸。蝕刻劑混合物的溫度範圍為30℃至45℃。
Fidaner等的美國專利申請US 2015/0349181公開了使用單步溼蝕刻製程在多接面光伏電池中蝕刻平台側壁的方法，其中蝕刻劑包括鹽酸和碘酸的混合物，其通過引用整體併入本文。Fidaner證明碘蝕刻劑可用於蝕刻異質磊晶層，諸如特徵在於，具有光滑側壁的多接面光伏電池。
用於蝕刻TWV的濕蝕刻劑可以包括分別以1:62:760的摩爾比製備的碘酸、鹽酸和水。碘酸和鹽酸的摩爾比可以在例如±5％的偏差內，使得混合物中分別對於碘酸、鹽酸和水的摩爾比在（0.95-1.05）：（59-65）:760的範圍內。碘酸和鹽酸的摩爾比可以在例如±10％的偏差內，使得混合物中分別對於碘酸、鹽酸和水的摩爾比在（0.90-1.10）：（56-68）：760的範圍內。碘酸和鹽酸的摩爾比可以在例如±15％的偏差內，使得混合物中分別對於碘酸、鹽酸和水的摩爾比在（0.85-1.15）：（53-71）:760的範圍內。
以體積比為單位，碘酸、鹽酸和水可以使用1:2:3的體積比混合，其中鹽酸水溶液可以為重量百分比38％±3％，並且碘酸水溶液可以為重量百分比6.6％±1％。鹽酸水溶液可以為重量百分比38％±6％，並且碘酸水溶液可以為重量百分比6.6％±5％。在溼蝕刻製程中使用除了水之外的另一種溶質或液體混合物也在本發明的構思中，儘管水是最容易獲得的。類似地，具有不同摩爾濃度的其它酸可以替代鹽酸以產生相同的結果。
濕蝕刻導致特徵在於基本上宏觀光滑的彎曲輪廓的側壁輪廓的截面形狀，即，與其它接面區相比，具有基本上宏觀光滑的表面而沒有接面區的顯著的側向蝕刻。
濕蝕刻劑可以包括體積比為10％-50％的鹽酸，並且混合物中碘酸的體積比可以為10％-50％，其中鹽酸水溶液為重量百分比38％±3％，並且碘酸水溶液為重量百分比6.6％±1％或者鹽酸水溶液為重量百分比38％±5％，並且碘酸水溶液為重量百分比6.6％±5％。應當理解，在所用的水溶液中，可以使用不同的體積比和不同的摩爾比提供相同摩爾比的組分化學品。在處理期間，濕蝕刻劑的溫度可以保持在10℃至140℃之間，例如20℃至100℃、20℃至60℃或30℃至50℃。
使用組分化學品的水溶液中的摩爾濃度，濕蝕刻劑可以包括體積比為30％至35％的鹽酸和體積比為14％至19％的碘酸，並且混合物的溫度可以保持在30℃和45℃之間。使用組分化學品的水溶液中的摩爾濃度，濕蝕刻劑可以包括體積比為27％至38％的鹽酸和體積比為11％至22％的碘酸，並且混合物的溫度可以保持在30℃和45℃之間。
圖11示出了參照圖10A和圖10B描述的步驟的結果。元件1112是在從TWV孔1110去除ARC之後的正面金屬墊1101的暴露的底部。TWV孔（1010和1110）的側壁1010是光滑的，如圖4B所示；不存在使用現有技術方法產生的點蝕（411）和粗糙的側壁表面（圖4A）。如圖4B所示，在濕蝕刻的背部減薄的基板（1009和1109）的背面（410）上也沒有點蝕，半導體晶片被光敏聚合物/遮蔽材料（圖未示）充分保護以不蝕刻偏離所需蝕刻圖案。圖4B所示的元件包括玻璃蓋板407、正面金屬墊406、圖案化蓋區404、ARC 405、異質磊晶層403、基板402以及基板402的背面表面401。異質磊晶層411的側壁411是光滑的，沒有點蝕並且具有減少的側向蝕刻。此外，在基板402的背面表面401上不存在點蝕410。
圖11示出了正面金屬墊1101、圖案化蓋區（蓋後蝕刻）1102A、ARC（電介質）1103、異質磊晶層1104、基板1105、光學透明粘合劑1107、玻璃蓋板1108、濕蝕刻背部減薄基板1109的背面、TWV孔1110，具有側壁1010、以及在TWV蝕刻停止去除之後的正面金屬墊1112的暴露底部。
在TWV 1010的頂部的ARC 1003A用作濕蝕刻的蝕刻停止層。在濕蝕刻和貫穿通孔形成之後，可以隨後例如通過乾蝕刻或通過使用例如氫氟酸的濕蝕刻來去除TWV頂部處的ARC以暴露正面金屬墊1112（圖11）。殘留ARC 1103A可以保留在圖案化蓋區1102A與TWV 1110之間。在某些實施例中，可以不存在蓋區，並且金屬墊可以僅覆蓋ARC層。在濕蝕刻和TWV形成之後，可以移除先前位於金屬墊下方的部分或整個ARC層以暴露金屬墊的下表面。如果去除ARC層的一部分，則在金屬墊的一部分與異質磊晶層之間將存在ARC層。
圖4A和4B所示的輪廓是用於說明的目的，並且其它蝕刻輪廓可以通過其它粗糙和/或點蝕表面來表徵。應當理解，本發明中所示的半導體形態的示例不限於基板、異質磊晶層和處理層。本領域技術人員已知，其它實施例可以存在於半導體結構和半導體元件中。
如圖12所示，根據期望的圖案將鈍化層1213施加在濕蝕刻的背部減薄基板的背面1209上，以從金屬接觸鈍化基板1205。鈍化層1213還設置在TWV孔1210的壁上。鈍化層1213可以使用標準沉積技術來施加，包括例如光敏聚合物施加、等離子體增強化學氣相沉積、原子層沉積和電鍍。在一些實施例中，可以在該步驟中使用硬烘焙。在去除TWV蝕刻停止層之後，正面金屬墊1201的底部1212保持暴露。圖12示出了正面金屬墊1201、圖案化蓋區（蓋後蝕刻）1202A、ARC 1203、異質磊晶層1204、基板1205、光學透明粘合劑1207、玻璃蓋板1208、濕蝕刻背部減薄基板的背面1209、TWV孔1210、在去除TWV蝕刻停止層之後的正面金屬墊的暴露底部1212以及鈍化層1213。
如圖13所示，基板背面1309和TWV金屬隔離抗蝕劑圖案1314可以用光敏聚合物1314形成。例如，取決於具體實施例，該圖案化通過可能需要或不需要硬烘焙的光刻技術進行。正面金屬墊的底部1312保持暴露1312。圖13示出了正面金屬墊1301、圖案化蓋區（蓋後蝕刻）1302A、ARC 1303、異質磊晶層1304、基板1305、光學透明粘合劑1307、玻璃蓋板1308、濕蝕刻背部減薄基板1309的背面、TWV孔1310、在去除TWV蝕刻停止層之後的正面金屬墊的暴露底部1312、鈍化層1313以及背面和TWV金屬隔離抗蝕劑圖案1314。
在圖14中，施加TWV金屬1415，使得TWV金屬1415對正面金屬墊1415的先前暴露的底部進行鋪設，並且對TWV孔1410的側壁1416進行鋪設，從而形成到TWV正面金屬墊1401的電連接。TWV金屬1415還對由先前步驟（圖13）的抗蝕劑1414界定的基板（1417和1419）的背面的一部分進行鋪設。在一些實施例中，這些TWV和背面基板金屬（1415、1416、1417和1419）可以在單個沉積步驟中施加。然後剝離犧牲金屬1418和金屬隔離抗蝕劑圖案1414以隔離正電接觸和負電接觸，從而產生圖15所示的產品。
圖14示出了在濕蝕刻的減薄基板的頂面上的正面金屬墊1401、圖案化蓋區（蓋後蝕刻）1402A、ARC 1403、異質磊晶層1404、減薄基板1405、光學透明粘合劑1407和玻璃蓋板1408；以及示出了TWV孔1410、鈍化層1413、背面1414和TWV金屬隔離抗蝕劑圖案、沉積在直接互連到頂面金屬墊的TWV的底部上的TWV金屬1415、沿著TWV的側壁沉積且通過鈍化層與異質磊晶堆疊和基板隔離的TWV金屬1416、沉積在基板的背面上的TWV金屬1417、在隔離抗蝕劑頂部上的犧牲金屬1418以及背面金屬1419。
圖15所示的完整的TWV結構包括正面金屬墊1501、圖案化蓋區（蓋後蝕刻）1502A、ARC 1503、殘留ARC 1503A、異質磊晶層1504、基板1505、光學透明粘合劑1507、玻璃蓋板1508、TWV孔1510、ARC層1503、沉積在TWV的底部上的TWV金屬1515（直接電連接到頂面金屬墊）、沿著TWV的側壁沉積且通過鈍化層與異質磊晶堆疊和基板隔離的TWV金屬1516、沉積在基板的背面上的TWV金屬1517以及背面金屬1519。
TWV可以是例如20μm至50μm深，或10μm至200μm深。TWV可以具有例如約10μm至500μm、10μm至400μm、100μm至400μm或100μm至250μm的寬度。TWV可以例如通過0.5至1.5、0.8至1.2或0.9至1.1的的寬高比來表徵。
參考圖15，取決於TWV結構的頂部的寬度，在正面金屬1501的一部分與異質磊晶層1504之間可以存在殘留ARC層1503A或者區段。殘留ARC層1503A可以在圖案化蓋區1502A與在TWV的側壁上的鈍化層1513之間。如果TWV結構的頂部的寬度大，則在圖案化的蓋區內可能沒有圍繞TWV的頂部的殘留ARC層。鈍化層1513和ARC層1503可以包括相同的或可以具有相似的組分。鈍化層1513和ARC層1503可以包括不同的組分。例如，鈍化層1513和ARC層1503可以包括SiO2、TiO2或其組合。鈍化層1513和ARC層1503可以包括使鈍化層和ARC層與下層和上層之間的熱膨脹係數（CTE）的失配最小化的材料。例如，可以選擇形成鈍化層和/或ARC層的材料以使鈍化層和/或ARC層與GaAs之間的CTE失配最小化。
圖16A和圖16B各自示出了分別從半導體晶片的頂部和從半導體晶片的底部觀察到的完整的元件的截面。該元件通過圖5至圖15所示的製程製造。圖16A和圖16B表示特定實施例的示例，但不以此限定。本領域技術人員對製程和所得到的元件的修改可以導致不同的最終產品。可能的變化包括元件結構、形狀、材料和尺寸。例如，儘管圖案化蓋區1602A和正面金屬墊1601被示出為環形的，但是它們不限於這種形狀，並且僅表示本發明的實施例。可以使用的其他形狀包括例如正方形和矩形。
在通過圖5至圖15所示的製程製造的元件的示例中，正面金屬墊直接位於TWV孔上方。在製程如圖17至圖27所示的另一示例中，在通過圖5和圖17至圖27所示的製程製造的元件中可存在金屬插塞，而不存在正面金屬墊（圖未示）。金屬插塞可以是導電的，諸如金、銀、銅或任何上述的合金。也可以使用其它導電金屬。插塞可以填充TWV或者可以包括一個或多個導電金屬層。從頂面（圖16A），標出了元件的以下組成：正面金屬墊1601、圖案化蓋區1602、圖案化蓋區1602外部的ARC 1603、圖案化蓋區1602內的ARC 1603A、鈍化層1613以及直接連接到頂面金屬墊的TWV金屬1615。從底側（圖16B），標出了元件的以下組成：鈍化層1613、直接連接到頂面金屬墊的TWV金屬1615、沿著TWV的側壁沉積且通過鈍化層與異質磊晶層和基板隔離的TWV金屬1616、沉積在基板背面上的TWV金屬1617和背面金屬1619。這些是特定實施例的示例，但不以此限定。所公開的方法和元件中的修改可以導致不同的最終產品。通過本發明中的方法製造的最終產品將具有光滑的側壁411，而不是例如（圖4A和4B）所示的半導體晶片的側向蝕刻和點蝕。這是相對于現有技術的有利改善，導致包括異質磊晶層的元件的製造可靠性的改善和產量的提高。
圖5和圖17至圖27示出了本發明的一方面，其包括在背接觸太陽能電池的製造中從半導體晶片的正面蝕刻TWV。圖5和圖17至圖23示出了與正面處理相關聯的步驟，包括本發明中強調的濕蝕刻步驟。圖24至圖27示出了背面處理中涉及的步驟。所描述的製程步驟和最終產品可由本領域技術人員修改以適應各種各樣的半導體元件；步驟和最終產品不限於太陽能電池。圖5和圖17至圖27所示的製程步驟可以總結如下：圖5示出了未改性基板上的異質磊晶層；圖17示出了貫穿通孔光刻和濕蝕刻之後的晶片；圖18示出了接觸蓋層圖案化之後的晶片；圖19示出了在施加ARC和鈍化層之後的晶片，圖20示出了從TWV孔的底部去除鈍化層之後的晶片；圖21示出了正面金屬種子層光刻和蒸發之後的晶片；圖22示出了金插塞光刻和電鍍之後的晶片；圖23示出了安裝在玻璃上之後的晶片；圖24示出了背面研磨和濕蝕刻背面減薄之後的晶片；圖25示出了背面鈍化層圖案化和硬烘焙之後的晶片；以及圖26示出了背面和貫穿通孔-金屬隔離光刻之後的晶片；以及圖27示出了金屬剝離（TWV金屬和背面金屬分離）之後的完整的元件。
可以提供半導體晶片（圖5），其包括覆蓋基板505的正面的異質磊晶層504和覆蓋異質磊晶層504的正面的蓋層502。基板包括背面506。用於形成基板的材料包括例如鍺、砷化鎵、鍺合金和砷化鎵合金。用於形成異質磊晶層的材料包括例如週期表上來自III族和V族的一種或多種元素的合金，諸如磷化銦鎵、磷化銦、砷化鎵、砷化鋁鎵、砷化銦鎵和稀氮化合物。半導體晶片可以經歷正面處理（圖5和圖17至圖22）。可以通過由光敏聚合物圖案或任何類型的合適遮蔽圖案（圖未示）確定的濕蝕刻形成TWV孔（圖17中的1707）。TWV孔1707的蝕刻從蓋層1702的正面開始，延伸穿過異質磊晶層1704，並且在晶片被完全蝕刻到背面1706之前以任何期望的晶片深度停止在基板1705處。在一些實施例中，所使用的蝕刻劑混合物是體積比為10％至50％的鹽酸、體積比為10％至50％的碘酸和去離子水。混合物的溫度範圍為10℃至140℃。可以去除圖案化光敏聚合物/遮蔽材料（圖未示）。
在濕蝕刻TWV孔（圖18中的1807）之後，通過光敏聚合物圖案或任何類型的合適的遮蔽圖案（圖未示）引導形成圖案化蓋區1802A。圖案化蓋區1802A可以被圖案化成盤形，但也可以被圖案化成各種幾何構造，以及被成形為用作電子元件的柵格線、匯流條、焊接墊或任何類型的導電部件。圖18示出了圖案化蓋區（蓋後蝕刻）1802A、異質磊晶層1804、基板1805、基板的背面1806和TWV孔1807。
在圖19中，ARC（1903, 1908）在其被施加在異質磊晶層1904之上之後用作鈍化層，圍繞圖案化蓋區1902A和TWV孔1907的TWV側壁。光敏聚合物也可以用作鈍化層來代替ARC。鈍化層可以使用標準沉積技術施加，包括例如光敏聚合物施加、等離子體增強化學氣相沉積、原子層沉積和電鍍。在一些實施例中，在該步驟中需要硬烘焙。圖19還示出了基板1905和基板1905的背面1906。
在圖20中，從TWV孔2007的底部的正面去除ARC或鈍化層以暴露位於TWV孔2007的底部的晶片基板的正面2009。圖20示出了圖案化蓋區（蓋後蝕刻）2002A、ARC 2003、異質磊晶層2004、基板2005、基板的背面2006、TWV孔2007、ARC 2008和在去除鈍化層之後的貫穿通孔的暴露底部2009。
如圖21所示，從半導體晶片的正面沉積金屬，使得金屬種子層2111通過覆蓋TWV側壁、TWV 2112的底部和圖案化蓋區2102A的正面以及圖案化蓋區內的ARC 2103的某些期望區域來對TWV孔2107進行鋪設。金屬沉積/金屬化由可以用光敏聚合物形成的金屬隔離抗蝕劑圖案（圖未示）引導。取決於具體實施例，該圖案化可以例如使用可能需要或不需要硬烘焙的標準光刻技術來進行。在一些實施例中，該金屬化步驟使用蒸發方法。沉積的金屬種子層可以用作正面金屬墊以及用於電鍍TWV側壁和TWV底部的導電金屬種子層。金屬層2111和2112表示金屬種子層以及在將金屬沉積到一定厚度之後的金屬層。圖21示出了圖案化蓋區（蓋後蝕刻）2102A、ARC 2103、異質磊晶層2104、基板2105、基板的背面2106、TWV孔2107、ARC 2108、正面金屬2110、沿著TWV的側壁沉積且通過鈍化層（ARC 2108）與異質磊晶堆疊和基板隔離的金屬種子層2111以及沉積在TWV 2107的底部上的金屬種子層2112。
如圖22所示，可以通過光刻和電鍍來施加金以在TWV中形成金插塞2213，直接接觸沉積在TWV底部和側壁（2211,2212）上的金屬種子層。金插塞機械地加強了TWV結構，允許以較低的電阻損耗傳導較高的電流密度。其他導電金屬和合金可以用於形成插塞2213。圖22包括圖案化蓋區（蓋後蝕刻）2202A、沿著TWV的側壁並覆蓋在圖案化蓋區2202A內的異質磊晶層的ARC 2208、異質磊晶層2204、基板2205、基板的背面2206、ARC 2203、正面金屬2210、沿著TWV的側壁沉積且通過鈍化層與異質磊晶堆疊和基板隔離的金屬種子層/沉積的金屬層2211、沉積在TWV的底部上的金屬種子層/金屬層2212以及電鍍金插塞2213。
如圖23所示，半導體晶片的正面可以用光學透明粘合劑2314永久地接合到玻璃蓋板2315。在一些實施例中，玻璃蓋板可以是太空級玻璃蓋板，其可以由硼矽酸鹽玻璃製成。現在半導體晶片準備好從晶片的背面進行進一步處理。圖23包括圖案化蓋區（蓋後蝕刻）2302A、ARC 2303、異質磊晶層2304、基板2305、基板的背面2306、TWV孔2307、覆蓋圖案化蓋區內的異質磊晶層的一部分的ARC 2308、正面金屬2310、沿著TWV的側壁沉積且通過鈍化層與異質磊晶堆疊和基板隔離的金屬種子層2311、沉積在TWV的底部上的金屬種子層2312、電鍍金插塞2313、光學透明粘合劑2314以及玻璃蓋板2315。
如圖24所示，基板2416的背面可以通過濕蝕刻、背面研磨或其它方法減薄。在一些實施例中，減薄後的基板可以在20μm至200μm厚之間。在一些應用中需要減薄的元件，包括例如太空太陽能電池。基板的背面可以減薄以暴露TWV內的金屬2412的底部。圖24包括圖案化蓋區（蓋後蝕刻）2402A、ARC 2403、異質磊晶層2404、基板2405、ARC 2408、正面金屬2410，沿著TWV的側壁沉積且通過鈍化層（ARC 2408）與異質磊晶堆疊和基板隔離的金屬種子層2411、沉積在TWV底部上的金屬種子層2412、電鍍金插塞2413、光學透明粘合劑2414、玻璃蓋板2415以及濕蝕刻背部減薄的基板2416的背面。
如圖25所示，可以根據期望的圖案在基板2505的背面2516上施加鈍化層2517以從金屬接觸鈍化基板。鈍化層2508也對TWV孔的壁進行鋪設。鈍化層2517可以使用標準沉積技術來施加，包括例如光敏聚合物施加、等離子體增強化學氣相沉積、原子層沉積和電鍍。在一些實施例中，在該步驟中需要硬烘焙。正面金屬墊2512的底部保持暴露。圖25包括圖案化蓋區（蓋後蝕刻）2502A、ARC 2503、異質磊晶層2504、基板2505、沿著TWV的側壁並覆蓋圖案化蓋區內的異質磊晶層的一部分的ARC 2508、正面金屬2510、沿著TWV的側壁沉積且通過鈍化層與異質磊晶堆疊和基板隔離的金屬種子層2511、沉積在TWV的底部上的金屬種子層2512、電鍍金插塞2513、光學透明粘合劑2514、玻璃蓋板2515、濕蝕刻背面減薄基板2516的背面以及背面鈍化層2517。
如圖26所示，可以施加背面和TWV金屬隔離抗蝕劑圖案2618以確定背面金屬（圖27中的2719）和TWV金屬（圖27中的2720）的後續沉積。在一些實施例中，這些背面和TWV金屬可以在單個沉積步驟中施加。圖26包括圖案化蓋區（蓋後蝕刻）2602A、ARC 2603、異質磊晶層2604、基板2605、ARC 2608、正面金屬2610、沿著TWV的側壁沉積且通過鈍化層與異質磊晶堆疊和基板隔離的金屬種子層2611、沉積在TWV的底部上的金屬種子層2612、電鍍金插塞2613、光學透明粘合劑2614、玻璃蓋板2615、濕蝕刻背面減薄的基板2616的背面、鈍化層2617以及背面和TWV金屬隔離抗蝕劑圖案2618。
圖27示出了在背面犧牲金屬和金屬隔離抗蝕劑圖案被剝離以隔離正電接觸和負電接觸之後的完整的元件。圖27示出了圖案化蓋區（蓋後蝕刻）2702A、ARC 2703、異質磊晶層2704、基板2705、ARC 2708、正面金屬2710、沿著TWV的側壁沉積且通過鈍化層與異質磊晶堆疊和基板隔離的金屬種子層2711、沉積在TWV的底部上的金屬種子層2712、電鍍金插塞2713、光學透明粘合劑2714、玻璃蓋板2715、鈍化層2717、背面金屬2719以及沉積在半導體晶片的背面上的TWV金屬2720。
在本發明的一方面，形成半導體元件的方法包括以下步驟：提供半導體晶片；使用光學透明的粘合劑將玻璃蓋板接合到半導體晶片的正面；通過從半導體晶片的背面減薄基板區域來從半導體晶片去除期望的量；用背蝕刻晶片貫穿通孔圖案對半導體晶片的背面進行圖案化；使用單個濕蝕刻劑混合物從半導體晶片的背面蝕刻多個晶片貫穿通孔，其中多個晶片貫穿通孔中的每一晶片貫穿通孔從半導體晶片的背面延伸到覆蓋異質磊晶層的抗反射塗層；通過隨後的濕蝕刻方法去除抗反射塗層以暴露相應的金屬區域的底面，其中後續的濕蝕刻方法專用于抗反射塗層的去除；使用標準沉積技術在晶片貫穿通孔壁上沉積鈍化層；在半導體晶片的背面上沉積抗蝕劑圖案以用於背面金屬隔離，其中抗蝕劑圖案位於鈍化層下方；在半導體晶片的背面和晶片貫穿通孔上沉積金屬；以及去除抗蝕劑圖案和犧牲金屬。半導體晶片包括：包括正面和背面的基板區域；覆蓋基板區域的正面的異質磊晶層，其中，異質磊晶層包括第一子電池和覆蓋第一子電池的至少一個附加子電池；以及第一子電池或至少一個附加子電池中的至少一者包括合金，該合金包括一種或多種來自週期表的III族的元素N、As和選自Sb、Bi的元素及其組合；覆蓋異質磊晶層的多個圖案化蓋區；覆蓋異質磊晶層的抗反射塗層；以及覆蓋多個圖案化蓋區中的每一個圖案化蓋區的相應金屬區域。
在本發明的一方面，形成半導體元件的方法包括以下步驟：提供半導體晶片；用正面蝕刻晶片貫穿通孔圖案對半導體晶片的正面進行圖案化；使用單個濕蝕刻劑混合物從半導體晶片的正面蝕刻多個晶片貫穿通孔，其中多個晶片貫穿通孔中的每一晶片貫穿通孔從半導體晶片的正面延伸到基板中；對在半導體晶片的正面上的異質磊晶層上的多個圖案化蓋區進行圖案化；沉積覆蓋異質磊晶層和晶片貫穿通孔側壁的抗反射塗層；從正面去除來自晶片貫穿通孔的底部的抗反射塗層；從半導體晶片的正面沉積正面抗蝕劑圖案，其中正面抗蝕劑圖案引導金屬層光刻；以及在半導體晶片的正面、晶片貫穿通孔側壁和晶片貫穿通孔底部上沉積金屬。半導體晶片包括：包括正面和背面的基板區域；覆蓋基板區域的正面的異質磊晶層，其中，異質磊晶層包括第一子電池和覆蓋第一子電池的至少一個附加子電池；至少一個子電池包括合金，該合金包括一種或多種來自週期表的III族的元素N、As和選自Sb、Bi的元素及其組合；以及覆蓋異質磊晶層的蓋層。
在任一前述方面中，抗反射塗層是鈍化層。
在任一前述方面中，鈍化層包括光敏聚合物。
在任一前述方面中，濕蝕刻劑混合物包括：體積比為10％至50％的鹽酸、體積比為10％至50％的碘酸和去離子水，其中單個濕蝕刻劑混合物具有10℃至140℃的溫度。
在任一前述方面中，使用光致抗蝕劑、使用硬遮蔽、或者使用光致抗蝕劑和硬遮蔽兩者來形成背面蝕刻晶片貫穿通孔圖案和正面蝕刻晶片貫穿通孔圖案。
在任一前述方面中，其中半導體元件包括太陽能電池。
在任一前述方面中，半導體元件包括太陽能電池或背接觸太陽能電池。
在任一前述方面中，方法更包括以金填充多個晶片貫穿通孔中的每一晶片貫穿通孔。
在任一前述方面中，方法更包括：用光學透明粘合劑將玻璃蓋板接合到半導體晶片的正表面；通過從半導體晶片的背面減薄基板區域來去除期望量的半導體晶片；使用標準沉積技術或光刻在半導體晶片的背面上沉積鈍化層，其中鈍化層由鈍化層圖案引導；在半導體的背面上沉積背面金屬隔離抗蝕劑圖案，其中背面金屬隔離抗蝕劑圖案位於鈍化層下方；在半導體晶片的背面上沉積金屬；以及去除背面金屬隔離抗蝕劑圖案和犧牲金屬。
在任一前述方面中，通過濕蝕刻、背面研磨或基板剝離或這些方法的任何組合來實施從半導體晶片的背面減薄基板區域。
在本發明的一方面，半導體元件包括：異質磊晶層，更包括合金，該合金包括一種或多種來自週期表的III族的元素N、As和選自Sb、Bi的元素及其組合；以及多個晶片貫穿通孔，其特徵在於，在通過本發明的任一前述方面的方法形成的光滑側壁表面上不存在點蝕。
在任一前述方面中，異質磊晶層包括Ga1-x Inx Ny As1-y-z Sbz ；以及x，y和z的含量值在如下的組成範圍內：0.03≤x≤0.22，0.007≤y≤0.055以及0.001≤z≤0.05。
在任一前述方面中，半導體元件是背接觸多接面光伏電池。
在本發明的一方面，晶片貫穿通孔結構包括：包括背面和正面的基板；覆蓋基板的正面的異質磊晶層；覆蓋異質磊晶層的第一部分的抗反射塗層；覆蓋異質磊晶層的第二部分的圖案化蓋區；覆蓋並電連接到圖案化蓋區的正面金屬墊，其中正面金屬墊包括底表面；以及從基板的背面延伸到正面金屬墊的晶片貫穿通孔，其中晶片貫穿通孔包括側壁；覆蓋基板的背面的一部分和晶片貫穿通孔的側壁的鈍化層；以及在晶片貫穿通孔內覆蓋鈍化層和正面金屬墊的底表面的金屬層。
在任一前述方面中，異質磊晶層包括合金，該合金包括一種或多種來自週期表的III族的元素N、As和選自Sb、Bi的元素及其組合。
在任一前述方面中，異質磊晶層包括多接面太陽能電池的一個或多個子電池，其中至少一個子電池包括一種或多種來自週期表的III族的元素N、As和選自Sb、Bi的元素及其組合。
在任一前述方面中，晶片貫穿通孔的特徵在於光滑的側壁表面，以及基板的背面沒有點蝕。
在本發明的一方面，半導體元件包括根據本發明的任一前述方面的晶片貫穿通孔結構。
在本發明的一方面，晶片貫穿通孔結構包括：包括背面和正面的基板；覆蓋基板的正面的異質磊晶層；覆蓋異質磊晶層的第一部分的抗反射塗層；覆蓋異質磊晶層的第二部分的圖案化蓋區；覆蓋抗反射塗層的一部分和圖案化蓋區的正面金屬；從基板的背面延伸穿過抗反射塗層的一部分的晶片貫穿通孔；覆蓋晶片貫穿通孔的側壁的鈍化層；覆蓋鈍化層並堵塞晶片貫穿通孔的底部的金屬種子層；以及覆蓋金屬種子層並填充晶片貫穿通孔的金屬。
在任一前述方面中，異質磊晶層包括一種或多種來自週期表的III族的元素N、As和選自Sb、Bi的元素及其組合。
在任一前述方面中，異質磊晶層包括多接面太陽能電池的一個或多個子電池，其中至少一個子電池包括一種或多種來自週期表的III族的元素N、As和選自Sb、Bi的元素及其組合。
在任一前述方面中，晶片貫穿通孔的特徵在於光滑的側壁表面，以及基板的背面沒有點蝕。
在本發明的一方面中，半導體元件包括根據任一前述方面的晶片貫穿通孔結構。
根據本發明的一方面，晶片貫穿通孔結構包括：具有正基板表面和背基板表面的基板；覆蓋正基板表面的異質磊晶層；覆蓋異質磊晶層的一部分並電連接到異質磊晶層的正表面接觸；覆蓋正表面接觸和異質磊晶層的光學粘合劑；覆蓋光學粘合劑的玻璃蓋板；位於背基板表面的一部分下方且電連接到背基板表面的背表面焊接墊；位於背基板表面下方並與背基板表面絕緣的正表面焊接墊；以及將正表面焊接墊和正表面接觸互相連接的晶片貫穿通孔。
根據任一前述方面，基板厚度小於150μm。
根據任一前述方面，異質磊晶層包括多接面太陽能電池的至少兩個結。
根據任一前述方面，方法更包括：覆蓋異質磊晶層的第一部分的抗反射塗層；覆蓋異質磊晶層的第二部分的圖案化蓋區；覆蓋並電連接到圖案化蓋區的正面金屬墊，其中正面金屬墊包括底表面；以及從背基板表面延伸到正面金屬墊的晶片貫穿通孔，其中晶片貫穿通孔包括側壁；覆蓋背基板表面的一部分和晶片貫穿通孔的側壁的鈍化層；以及在晶片貫穿通孔內位於鈍化層和正面金屬墊的底表面下方的金屬層。
根據任一前述方面，晶片貫穿通孔的特徵在於光滑的側壁表面，以及背基板表面沒有點蝕。
根據任一前述方面，方法更包括：位於異質磊晶層的第一部分下方的抗反射塗層；覆蓋異質磊晶層的第二部分的圖案化蓋區；覆蓋抗反射塗層的一部分和圖案化蓋區的正面金屬；從背基板表面延伸穿過抗反射塗層的一部分的晶片貫穿通孔；覆蓋晶片貫穿通孔的側壁的鈍化層；覆蓋鈍化層並且堵塞晶片貫穿通孔的底部的金屬層；以及覆蓋金屬層並填充晶片貫穿通孔的金屬。
根據任一前述方面，方法更包括在正面金屬的一部分與異質磊晶層之間的抗反射塗層。
根據任一前述方面，方法更包括在晶片貫穿通孔側壁的一部分與圖案化蓋區之間的抗反射塗層。
根據任一前述方面，半導體元件包括多個根據本發明的晶片貫穿通孔結構。
根據任一前述方面，半導體元件的特徵在於，單位面積的品質小於0.09 g/cm2。
根據本發明的一方面，製造晶片貫穿通孔結構的方法包括：提供半導體晶片，以及減薄基板。半導體晶片包括：包括正基板表面和背基板表面的基板；覆蓋正基板表面的異質磊晶層；覆蓋異質磊晶層的一部分並電連接到異質磊晶層的一部分的正表面接觸；覆蓋正表面接觸和異質磊晶層的光學粘合劑；覆蓋光學粘合劑層的玻璃蓋板。
根據任一前述方面，方法更包括形成將正表面接觸互連到位於背基板表面下方的正接觸焊接墊的晶片貫穿通孔。
根據任一前述方面，形成晶片貫穿通孔包括使用包含碘酸、氫氟酸和水的蝕刻劑混合物的濕蝕刻。
根據任一前述方面，方法更包括形成互連到背基板表面的背表面接觸面。
根據任一前述方面，減薄基板包括濕蝕刻、背面研磨、剝離或任何前述的任何組合。
根據任一前述方面，異質磊晶層包括多接面太陽能電池的至少兩個接面。
根據本發明的一方面，晶片貫穿通孔結構包括：具有正基板表面和背基板表面的基板；覆蓋正基板表面的異質磊晶層；覆蓋異質磊晶層的一部分並電連接到異質磊晶層的正表面接觸；覆蓋正表面接觸和異質磊晶層的光學粘合劑；覆蓋光學粘合劑的玻璃蓋板；位於背基板表面的一部分下方的鈍化層；位於鈍化層的一部分下方的背金屬墊；將正金屬接觸和背金屬墊電互相連接的晶片貫穿通孔；以及電連接到背基板表面的背面金屬。
根據任一前述方面，晶片貫穿通孔結構更包括覆蓋異質磊晶層的一部分的圖案化蓋區；以及覆蓋異質磊晶層的一部分的抗反射塗層；其中正表面接觸覆蓋圖案化蓋區並且電連接到圖案化蓋區。
根據任一前述方面，抗反射塗層覆蓋圖案化蓋區內的異質磊晶層；以及抗反射塗層覆蓋晶片貫穿通孔的側壁。
根據任一前述方面，基板厚度小於150μm。
根據任一前述方面，異質磊晶層包括多接面太陽能電池的至少兩個接面。
根據任一前述方面，晶片貫穿通孔結構包括填充晶片貫穿通孔的金插塞。
根據本發明的一方面，半導體元件包括多個根據本發明的晶片貫穿通孔結構。
根據任一前述方面，半導體元件的特徵在於，單位面積的品質小於0.09 g/cm2。
根據本發明的一方面，製造晶片貫穿通孔結構的方法包括：提供半導體晶片；蝕刻從異質磊晶層延伸到基板內的晶片貫穿通孔；在異質磊晶層的第二部分上和晶片貫穿通孔的側壁和底部上沉積抗反射塗層；蝕刻晶片貫穿通孔的底部上的抗反射塗層以暴露基板；沉積覆蓋圖案化蓋區的至少一部分、圖案化蓋區內的抗反射塗層、晶片貫穿通孔的側壁和晶片貫穿通孔的底部的正表面接觸；施加覆蓋正表面接觸、圖案化蓋區和抗反射塗層的光學粘合劑；施加覆蓋光學粘合劑的玻璃蓋板；以及減薄基板。半導體晶片包括：具有正基板表面和背基板表面的基板；覆蓋正基板表面的異質磊晶層；以及覆蓋異質磊晶層的第一部分的圖案化蓋區。
根據任一前述方面，異質磊晶層包括多接面太陽能電池的至少兩個接面。
根據任一前述方面，蝕刻晶片貫穿通孔包括使用包含碘酸、氫氟酸和水的蝕刻劑混合物的濕蝕刻。
根據任一前述方面，減薄基板包括在晶片貫穿通孔的底部處暴露正表面接觸。
根據任一前述方面，減薄基板包括濕蝕刻、背面研磨、剝離或任何前述製程的任何組合。
方面1. 一種表面黏著多接面光伏電池，包括：
基板，基板具有正基板表面和背基板表面；
異質磊晶層，異質磊晶層覆蓋正基板表面；
抗反射塗層，抗反射塗層覆蓋異質磊晶層的第一部分；
圖案化蓋區，圖案化蓋區覆蓋異質磊晶層的第二部分並電連接到異質磊晶層；
正面金屬墊，正面金屬墊覆蓋並電連接到圖案化蓋區，其中，正面金屬墊包括底表面；
背表面焊接墊，背表面焊接墊位於背基板表面的一部分的下方並電連接到背基板表面；
正表面焊接墊，正表面焊接墊位於背基板表面的下方並與背基板表面絕緣；
晶片貫穿通孔，晶片貫穿通孔將正表面焊接墊和正面金屬墊互相連接；
光學粘合劑，光學粘合劑覆蓋：正面金屬墊；圖案化蓋區；以及覆蓋異質磊晶層的第一部分的抗反射塗層；以及
玻璃蓋板，玻璃蓋板覆蓋光學粘合劑；
抗反射塗層的第一部分覆蓋異質磊晶層的第三部分，其中：
異質磊晶層的第三部分位於圖案化蓋區與晶片貫穿通孔之間；以及
正面金屬墊覆蓋抗反射塗層的第一部分。
方面2. 根據方面1所述的表面黏著多接面光伏電池，其中，基板的厚度小於150μm。
方面3. 根據方面1至2中任一方面所述的表面黏著多接面光伏電池，其中，表面黏著多接面光伏電池的特徵在於：單位面積的品質小於0.09 g/cm2。
方面4. 根據方面1至3中任一方面所述的表面黏著多接面光伏電池，其中，異質磊晶層包括至少兩個接面。
方面5. 根據方面1至4中任一方面所述的表面黏著多接面光伏電池，其中，正面金屬墊包括底表面，以及晶片貫穿通孔包括側壁；以及表面黏著多接面光伏電池更包括：
鈍化層，鈍化層位於背基板表面的一部分和晶片貫穿通孔的側壁的下方；以及
其中，在晶片貫穿通孔內，正表面焊接墊位於正面金屬墊的底表面和鈍化層的下方。
方面6. 根據方面1至5中任一方面所述的表面黏著多接面光伏電池，其中：晶片貫穿通孔的特徵在於具有光滑的側壁表面；以及背基板表面沒有點蝕。
方面7. 根據方面1至6中任一方面所述的表面黏著多接面光伏電池，更包括填充晶片貫穿通孔的金屬。
方面8. 一種光伏模組，包括多個根據方面1至7中任一方面的表面黏著多接面光伏電池。
方面9. 根據方面8所述的光伏模組，其中，光伏模組包括正表面區域；以及多個表面黏著多接面光伏電池至少覆蓋正表面區域的70％。
方面10. 一種電力系統，包括至少一個根據方面8至9中任一方面的光伏模組。
方面11. 一種製造多接面光伏電池的方法，包括：
提供半導體晶片，其中，半導體晶片包括：
基板，基板具有正基板表面和背基板表面；
異質磊晶層，異質磊晶層覆蓋正基板表面；
抗反射塗層，抗反射塗層覆蓋異質磊晶層的第一部分；
圖案化蓋區，圖案化蓋區覆蓋異質磊晶層的第二部分並電連接到異質磊晶層；
正面金屬墊，正面金屬墊覆蓋並電連接到圖案化蓋區，其中，正面金屬墊包括底表面；
光學粘合劑，光學粘合劑覆蓋正面金屬墊、圖案化蓋區和抗反射塗層；以及
玻璃蓋板，玻璃蓋板覆蓋光學粘合劑；以及
減薄基板。
方面12. 根據方面11所述的方法，更包括：形成晶片貫穿通孔，晶片貫穿通孔將正面金屬墊與位於背基板表面的下方的正表面焊接墊互相連接。
方面13. 根據方面11至12中任一方面所述的方法，更包括形成與背基板表面互相連接的背表面接觸面。
方面14. 根據方面11至13中任一方面所述的方法，其中，減薄基板包括濕蝕刻、背面研磨、剝離或者任一前述製程的任意組合。
方面15. 一種表面黏著多接面光伏電池，包括：
基板，基板具有正基板表面和背基板表面；
異質磊晶層，異質磊晶層覆蓋正基板表面；
抗反射塗層，抗反射塗層覆蓋異質磊晶層的第一部分；
圖案化蓋區，圖案化蓋區覆蓋異質磊晶層的第二部分並電連接到異質磊晶層；
抗反射塗層覆蓋異質磊晶層的第三部分；
正面金屬，正面金屬覆蓋：圖案化蓋區；以及覆蓋異質磊晶層的第三部分的抗反射塗層；
鈍化層，鈍化層位於背基板表面的一部分的下方；
正表面焊接墊，正表面焊接墊位於鈍化層的一部分的下方；
晶片貫穿通孔，晶片貫穿通孔將正面金屬和正表面焊接墊電互相連接；
背面金屬，背面金屬電連接到背基板表面；
光學粘合劑，光學粘合劑覆蓋：覆蓋異質磊晶層的第一部分的抗反射塗層；圖案化蓋區；以及正面金屬；
玻璃蓋板，玻璃蓋板覆蓋光學粘合劑。
方面16. 根據方面15所述的表面黏著多接面光伏電池，其中，抗反射塗層覆蓋晶片貫穿通孔的側壁。
方面17. 根據方面15至16中任一方面所述的表面黏著多接面光伏電池，更包括位於晶片貫穿通孔內的導電插塞。
方面18. 光伏模組，包括多個根據方面15至17中任一方面所述的表面黏著多接面光伏電池。
方面19. 根據方面18所述的光伏模組，其中，光伏模組包括正表面區域；以及多個表面黏著多接面光伏電池至少覆蓋正表面區域的70％。
方面20. 一種電力系統，包括至少一個根據方面18至19中任一方面的光伏模組。
方面21. 一種製造多接面光伏電池的方法，包括：
提供半導體晶片，其中，半導體晶片包括：
基板，基板具有正基板表面和背基板表面；
異質磊晶層，異質磊晶層覆蓋正基板表面；
抗反射塗層，抗反射塗層覆蓋異質磊晶層的第一部分；
圖案化蓋區，圖案化蓋區覆蓋異質磊晶層的第二部分並電連接到異質磊晶層；
晶片貫穿通孔，晶片貫穿通孔從異質磊晶層延伸到基板內；
抗反射塗層覆蓋異質磊晶層的第三部分和晶片貫穿通孔的側壁；
正面金屬，正面金屬覆蓋：圖案化蓋區；以及覆蓋異質磊晶層的第三部分和晶片貫穿通孔的側壁的抗反射塗層；以及
光學粘合劑，光學粘合劑覆蓋：覆蓋異質磊晶層的第一部分的抗反射塗層；圖案化蓋區；以及正面金屬；
玻璃蓋板，玻璃蓋板覆蓋光學粘合劑；以及
減薄基板以在晶片貫穿通孔的底部處暴露正面金屬。
方面22. 根據方面21所述的方法，更包括：
在背基板表面的一部分上沉積鈍化層；
在鈍化層上以及在晶片貫穿通孔的底部處暴露的正面金屬上沉積正表面焊接墊；以及
在背基板表面的一部分上沉積背面金屬。
方面23. 根據方面21至22中任一方面的該方法，其中，製造半導體晶片包括：
提供半導體晶片，其中，半導體晶片包括：
基板，基板具有正基板表面和背基板表面；
異質磊晶層，異質磊晶層覆蓋正基板表面；以及
蓋層，蓋層覆蓋異質磊晶層；
蝕刻晶片貫穿通孔，晶片貫穿通孔從蓋層延伸到基板內；
形成圖案化蓋區並暴露異質磊晶層；
在異質磊晶層上、在晶片貫穿通孔的側壁上以及在晶片貫穿通孔的底部上沉積抗反射塗層；
蝕刻位於晶片貫穿通孔的底部上的抗反射塗層以暴露基板；
沉積正面金屬墊，正面金屬墊覆蓋圖案化蓋區的至少一部分、圖案化蓋區內的抗反射塗層、晶片貫穿通孔的側壁以及晶片貫穿通孔的底部；
施加光學粘合劑，光學粘合劑覆蓋正面金屬墊、圖案化蓋區和正面金屬墊；以及
施加玻璃蓋板，玻璃蓋板覆蓋光學粘合劑。
以上所述僅為本發明之較佳具體實例，非因此即侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明內容所為之等效變化，均同理皆包含於本發明之範圍內，合予陳明。
100‧‧‧太陽能電池
3‧‧‧蓋區
5‧‧‧基板
2、52‧‧‧金屬接觸
45‧‧‧異質磊晶層
106、107、108‧‧‧子電池
132‧‧‧形成元件
4‧‧‧正表面場
102‧‧‧發射層
103‧‧‧耗盡區
104‧‧‧基層
105‧‧‧背表面場
167、178‧‧‧穿隧接面
200、300‧‧‧貫穿通孔
201、301‧‧‧正面金屬墊
202、302‧‧‧太陽能電池基板
203、303‧‧‧外延區
204、304‧‧‧圖案化蓋區
205、305‧‧‧背面金屬
206、306‧‧‧貫穿通孔金屬
207、307‧‧‧鈍化層
208、308‧‧‧貫穿通孔接觸金屬區
209‧‧‧間隙
309‧‧‧凹陷結構
40‧‧‧背面1
402‧‧‧基板
403‧‧‧異質磊晶層
404‧‧‧圖案化蓋區
405‧‧‧抗反射塗層
406‧‧‧正面金屬墊
407‧‧‧玻璃蓋板
408、409、411‧‧‧側壁
410‧‧‧背面
801、901、1001、1101、1201、1301、1401、1501、1601‧‧‧正面金屬墊
502、602A、702A、802A、902A、1002A、1102A、1202A、1302A、1402A、1502A、1602、1602A、1702、1802A、1902A、2002A、2102A、2202A、2302A、2402A、2502A、2602A、2702A‧‧‧蓋區
703、803、903、1003、1003A、1103、1103A、1203、1303、1403、1503、1503A、1603、1603A 、1903、1908、2003、2008、2103、2108、 2203、2208、2303、2308、2403、2408、2503、2508、2603、2608、2703、2708‧‧‧抗反射塗層
504、604、704、804、904、1004、1104、1204、1304、1404、1504、1704、1804、1904、2004、2104、2204、2304、2404、2504、2604、2704‧‧‧異質磊晶層
505、605、705、805、905、1005、1105、1205、1305、1405、1505、1705、1805、1905、2005、2105、2205、2305、2405、2505、2605、2705、2803、2903、3003‧‧‧基板
506、606、706、806、909、1009、1109、1209、1309、1706、1806、1906、2006、2106、2206、2416、2516‧‧‧背面
907、1007、1107、1207、1307、1407、1507、2306、2314、2414、2514、2614、2714、2807、2907、3007‧‧‧粘合劑
908、1008、1108、1208、1308、1408、1508、2315、2415、2515、2615、2715、2808、2908、3008‧‧‧玻璃蓋板
1010、1110、1210、1310、1410、1510、1707、1807、1907、2007、2107、2307‧‧‧貫穿通孔
1011、3009‧‧‧停止層
1112、1212、1312、2009、2112、2212、2312、2412、2512、2612、2712‧‧‧底部
1213、1313、1413、1513、1613、2517、2617、2717、2802、2902、3002‧‧‧鈍化層
1314、1414、2618‧‧‧圖案
1415、1416、1417、1515、1516、1517、1615、1616、1617、2720、‧‧‧TWV金屬
1418、2801‧‧‧金屬
1419、1519、1619、2719、2901、3001‧‧‧背面金屬
2110、2210、2310、2410、2510、2610、2710‧‧‧正面金屬
2111、2211、2311、2411、2511、2611、2711‧‧‧金屬種子層
2213、2313、2413、2513、2613、2713‧‧‧插塞
2804、2805、2904、2905、3004、3005‧‧‧子電池
2806、2906、3006‧‧‧接觸層
本文描述的附圖僅用於說明的目的。附圖不旨在限制本發明的範圍。
圖1是多接面太陽能電池的截面圖。
圖2A是具有通過乾蝕刻製造的TWV的多接面太陽能電池的截面圖。
圖2B示出了圖2A所示的多接面太陽能電池的仰視圖。
圖3A是具有通過乾蝕刻製造的TWV的多接面太陽能電池的截面圖。
圖3B示出了圖3A所示的多接面太陽能電池的仰視圖。
圖4A是代表半導體晶片掃描電子顯微鏡圖像的示意性截面圖，其示出了由當前方法引起的晶片損壞。
圖4B是代表使用本發明提供的方法製造的半導體晶片的掃描電子顯微鏡圖像的示意性截面圖。
圖5至圖14示出了由本發明提供的某些實施例的製程流程。
圖15是具有使用圖5至圖14所示的方法製造的TWV的多接面太陽能電池的截面圖。
圖16A是圖15所示的多接面太陽能電池的俯視圖。
圖16B是圖16所示的多接面太陽能電池的仰視圖。
圖5和圖17至圖26示出了由本發明提供的某些實施例的製程流程。
圖27是具有使用圖5和圖17至圖26所示的方法製造的TWV的多接面太陽能電池的截面圖。
圖28示出了具有使用乾蝕刻製造的TWV的多接面太陽能電池的截面圖。
圖29A至圖29C示出了使用乾蝕刻製造的TWV的截面圖。
圖30A至圖30C示出了具有使用本發明提供的濕蝕刻方法製造的TWV的多接面太陽能電池的截面圖。
現在詳細參考本發明的某些實施例。雖然描述了本發明的某些實施例，但是將理解的是，其不旨在將本發明的實施例限制為所公開的實施例。相反，參考本發明的實施例旨在覆蓋可以包括在由所附請求項限定的本發明的實施例的精神和範圍內的替代、修改和等同物。
1501‧‧‧正面金屬墊
1502A‧‧‧蓋區
1503、1503A‧‧‧抗反射塗層
1504‧‧‧異質磊晶層
1505‧‧‧基板
1507‧‧‧粘合劑
1508‧‧‧玻璃蓋板
1510‧‧‧貫穿通孔
1513‧‧‧鈍化層
1515、1516、1517‧‧‧TWV金屬
1519‧‧‧背面金屬

Claims (23)

  1. 一種表面黏著多接面光伏電池，包括： 一基板，所述基板具有一正基板表面和一背基板表面； 一異質磊晶層，所述異質磊晶層覆蓋所述正基板表面； 一抗反射塗層，所述抗反射塗層覆蓋所述異質磊晶層的一第一部分； 一圖案化蓋區，所述圖案化蓋區覆蓋所述異質磊晶層的一第二部分並電連接到所述異質磊晶層； 一正面金屬墊，所述正面金屬墊覆蓋並電連接到所述圖案化蓋區，其中，所述正面金屬墊包括一底表面； 一背表面焊接墊，所述背表面焊接墊位於所述背基板表面的一部分的下方並電連接到所述背基板表面； 一正表面焊接墊，所述正表面焊接墊位於所述背基板表面的下方並與所述背基板表面絕緣； 一晶片貫穿通孔，所述晶片貫穿通孔將所述正表面焊接墊和所述正面金屬墊互相連接； 一光學粘合劑，所述光學粘合劑覆蓋：所述正面金屬墊；所述圖案化蓋區；以及覆蓋所述異質磊晶層的第一部分的抗反射塗層；以及 一玻璃蓋板，所述玻璃蓋板覆蓋所述光學粘合劑； 所述抗反射塗層的一第一部分，其覆蓋所述異質磊晶層的一第三部分，其中： 所述異質磊晶層的第三部分位於所述圖案化蓋區與所述晶片貫穿通孔之間；以及 所述正面金屬墊覆蓋所述抗反射塗層的第一部分。
  2. 根據請求項1所述的表面黏著多接面光伏電池，其中，所述基板的厚度小於150μm。
  3. 根據請求項1所述的表面黏著多接面光伏電池，其中，所述表面黏著多接面光伏電池的特徵在於：單位面積的品質小於0.09 g/cm2 。
  4. 根據請求項1所述的表面黏著多接面光伏電池，其中，所述異質磊晶層包括至少兩個接面。
  5. 根據請求項1所述的表面黏著多接面光伏電池，其中，所述正面金屬墊包括底表面，以及所述晶片貫穿通孔包括側壁；以及所述表面黏著多接面光伏電池更包括： 一鈍化層，所述鈍化層位於所述背基板表面的一部分和所述晶片貫穿通孔的側壁的下方；以及 其中，在所述晶片貫穿通孔內，所述正表面焊接墊位於所述正面金屬墊的底表面和所述鈍化層的下方。
  6. 根據請求項1所述的表面黏著多接面光伏電池，其中：所述晶片貫穿通孔的特徵在於具有光滑的側壁表面；以及所述背基板表面沒有點蝕。
  7. 根據請求項1所述的表面黏著多接面光伏電池，更包括填充所述晶片貫穿通孔的一金屬。
  8. 一種光伏模組，所述光伏模組包括多個根據請求項1所述的表面黏著多接面光伏電池。
  9. 根據請求項8所述的光伏模組，其中， 所述光伏模組包括正表面區域；以及 所述多個表面黏著多接面光伏電池至少覆蓋所述正表面區域的70％。
  10. 一種電力系統，所述電力系統包括至少一個根據請求項8所述的光伏模組。
  11. 一種製造多接面光伏電池的方法，包括： 提供半導體晶片，其中，所述半導體晶片包括： 一基板，所述基板具有一正基板表面和一背基板表面； 一異質磊晶層，所述異質磊晶層覆蓋所述正基板表面； 一抗反射塗層，所述抗反射塗層覆蓋所述異質磊晶層的一第一部分； 一圖案化蓋區，所述圖案化蓋區覆蓋所述異質磊晶層的一第二部分並電連接到所述異質磊晶層； 一正面金屬墊，所述正面金屬墊覆蓋並電連接到所述圖案化蓋區，其中，所述正面金屬墊包括一底表面； 一光學粘合劑，所述光學粘合劑覆蓋所述正面金屬墊、所述圖案化蓋區和所述抗反射塗層；以及 一玻璃蓋板，所述玻璃蓋板覆蓋所述光學粘合劑；以及 減薄所述基板。
  12. 根據請求項11所述的方法，更包括：形成一晶片貫穿通孔，所述晶片貫穿通孔將所述正面金屬墊與位於所述背基板表面的下方的正表面焊接墊互相連接。
  13. 根據請求項11所述的方法，更包括形成與所述背基板表面互相連接的一背表面接觸面。
  14. 根據請求項11所述的方法，其中，減薄所述基板包括濕蝕刻、背面研磨、剝離或者任一前述製程的任意組合。
  15. 一種表面黏著多接面光伏電池，包括： 一基板，所述基板具有一正基板表面和一背基板表面； 一異質磊晶層，所述異質磊晶層覆蓋所述正基板表面； 一抗反射塗層，所述抗反射塗層覆蓋所述異質磊晶層的一第一部分； 一圖案化蓋區，所述圖案化蓋區覆蓋所述異質磊晶層的一第二部分並電連接到所述異質磊晶層； 所述抗反射塗層覆蓋所述異質磊晶層的一第三部分； 一正面金屬，所述正面金屬覆蓋：所述圖案化蓋區；以及覆蓋所述異質磊晶層的第三部分的抗反射塗層； 一鈍化層，所述鈍化層位於所述背基板表面的一部分的下方； 一正表面焊接墊，所述正表面焊接墊位於所述鈍化層的一部分的下方； 一晶片貫穿通孔，所述晶片貫穿通孔將所述正面金屬和所述正表面焊接墊電互相連接； 一背面金屬，所述背面金屬電連接到所述背基板表面； 一光學粘合劑，所述光學粘合劑覆蓋：覆蓋所述異質磊晶層的第一部分的抗反射塗層；所述圖案化蓋區；以及所述正面金屬； 一玻璃蓋板，所述玻璃蓋板覆蓋所述光學粘合劑。
  16. 根據請求項15所述的表面黏著多接面光伏電池，其中，所述抗反射塗層覆蓋所述晶片貫穿通孔的側壁。
  17. 根據請求項15所述的表面黏著多接面光伏電池，更包括位於所述晶片貫穿通孔內的導電插塞。
  18. 一種光伏模組，所述光伏模組包括多個根據請求項15所述的表面黏著多接面光伏電池。
  19. 根據請求項18所述的光伏模組，其中， 所述光伏模組包括一正表面區域；以及 所述多個表面黏著多接面光伏電池至少覆蓋所述正表面區域的70％。
  20. 一種電力系統，所述電力系統包括至少一個如請求項18所述的光伏模組。
  21. 一種製造多接面光伏電池的方法，包括： 提供半導體晶片，其中，所述半導體晶片包括： 一基板，所述基板具有一正基板表面和一背基板表面； 一異質磊晶層，所述異質磊晶層覆蓋所述正基板表面； 一抗反射塗層，所述抗反射塗層覆蓋所述異質磊晶層的一第一部分； 一圖案化蓋區，所述圖案化蓋區覆蓋所述異質磊晶層的一第二部分並電連接到所述異質磊晶層； 一晶片貫穿通孔，所述晶片貫穿通孔從所述異質磊晶層延伸到所述基板內； 所述抗反射塗層覆蓋所述異質磊晶層的一第三部分和所述晶片貫穿通孔的側壁； 一正面金屬，所述正面金屬覆蓋：所述圖案化蓋區；以及覆蓋所述異質磊晶層的一第三部分和所述晶片貫穿通孔的側壁所述的抗反射塗層；以及 一光學粘合劑，所述光學粘合劑覆蓋：覆蓋所述異質磊晶層的第一部分的抗反射塗層；所述圖案化蓋區；以及所述正面金屬； 一玻璃蓋板，所述玻璃蓋板覆蓋所述光學粘合劑；以及 減薄所述基板以在所述晶片貫穿通孔的底部處暴露所述正面金屬。
  22. 根據請求項21所述的方法，更包括： 在所述背基板表面的一部分上沉積鈍化層； 在所述鈍化層上以及在所述晶片貫穿通孔的底部處暴露的正面金屬上沉積正表面焊接墊；以及 在所述背基板表面的一部分上沉積背面金屬。
  23. 根據請求項21所述的方法，其中，所述半導體晶片通過以下步驟製造，包括： 提供半導體晶片，其中，所述半導體晶片包括： 一基板，所述基板具有一正基板表面和背一基板表面； 一異質磊晶層，所述異質磊晶層覆蓋所述正基板表面；以及 一蓋層，所述蓋層覆蓋所述異質磊晶層； 蝕刻晶片貫穿通孔，所述晶片貫穿通孔從所述蓋層延伸到所述基板內； 形成圖案化蓋區並暴露所述異質磊晶層； 在所述異質磊晶層上、在所述晶片貫穿通孔的側壁上以及在所述晶片貫穿通孔的底部上沉積抗反射塗層； 蝕刻位於所述晶片貫穿通孔的底部上的抗反射塗層以暴露所述基板； 沉積正面金屬墊，所述正面金屬墊覆蓋所述圖案化蓋區的至少一部分、所述圖案化蓋區內的抗反射塗層、所述晶片貫穿通孔的側壁以及所述晶片貫穿通孔的底部； 施加一光學粘合劑，所述光學粘合劑覆蓋所述正面金屬墊、所述圖案化蓋區和所述正面金屬墊；以及 施加玻璃蓋板，所述玻璃蓋板覆蓋所述光學粘合劑。
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