TWI527257B - 太陽能電池基板之處理方法 - Google Patents

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克拉斯Ｐ 布斯崔
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Description

太陽能電池基板之處理方法
本發明有關平面薄半導體基板的領域，諸如太陽能電池，且更特別地係，有關在垂直爐的太陽能電池基板製程。
一般普遍知道，不同類型的爐可用來處理供積體電路製程的基板，諸如實質圓形晶圓。第一類型的爐包括一水平爐，其擁有實質在水平方向延伸的一製程室。為了要處理該圓形晶圓，晶圓載入製程室，使得個別的晶圓為實質垂直方向，且實質平行配置。另一類型的爐包括一垂直爐，其擁有在該爐中配置的一製程室，使得該製程室的中心軸實質能夠一致，或至少在實質類似方向，隨著垂直爐的中心軸延伸。在垂直爐處理晶圓前，晶圓提供在加載配置，其中晶圓為實質水平方向，且在垂直方向相互隔開，其中晶圓的中心點約置於該製程室的中心軸上。垂直爐通常擁有100–150晶圓(通常隔開)的負荷大小，使得在個別晶圓的製程期間，每一基板的整個表面可被處理。為了要使基板暴露在一或多個揮發性前驅物，其可能在基板上反應及/或分解以產生想要的薄膜，需要能夠在相鄰基板間可用的特定最小空間。因此，垂直爐的負荷大小會受到個別的爐、及用來在該爐提供的晶圓上施加薄膜的製程類型的限制及決定。同時，一垂直爐能夠比水平爐更容易自動化。
由於諸如太陽能電池的薄半導體基板的逐漸增加要求，所以意欲提高在此垂直爐中處理的基板產能。因此，本發明之一目的是要提供一改良的方法，以處理已知爐中的平面薄半導體基板，諸如太陽能電池。而且，特別地係，本發明的一目的是要提供能以提高產能的方式處理垂直爐中太陽能電池之方法。
根據本發明之一態樣，提供用於處理太陽能電池之方法。該方法可包括提供一垂直爐，其組態供批次製程。該垂直爐可具有一實質圓柱形、垂直延伸的製程室，其調適收受供積體電路製程的圓形半導體晶圓陣列。該方法可更包括構成具有待處理第一表面的太陽能電池基板之一適當製程室加載組態。沿著第一表面延伸的太陽能電池基板尺寸小於該圓形半導體晶圓的對應大小，使得相互隔開太陽能電池基板的多重陣列可容置在製程室。加載組態可包括太陽能電池基板的多重陣列，其中每一陣列包括複數個太陽能電池基板，其為實質垂直取向且實質水平隔開，其中個別陣列是在沿著垂直爐的製程室中心軸的複數個階層上提供。容置在製程室的許多太陽能電池基板可實質大於許多圓形半導體晶圓。該方法可亦包括使太陽能電池基板載入垂直爐的製程室。隨後，太陽能電池基板歷經製程室處理。
利用提議的方法處理太陽能電池基板，可克服大型工業垂直爐只適於處理供積體電路製程的水平取向與垂直隔開半導體晶圓的單一陣列問題。以已知垂直爐配置的垂直延伸製程室可加載，使得(令人驚訝地)太陽能電池基板的多重陣列可單批次處理，藉此維持垂直爐效益，及增加可同時處理的基板表面量。因此，利用提供的方法，能以簡單方法自動化、經濟有效的方法於爐中生產太陽能電池。
下列描述關於先前技術。
US 6,335,295揭示用於執行濕式氧化之方法，用以在半導體表面上形成一含氧層。該爐包括一製程室，其調適收受在石英舟供應的晶圓。該石英舟為水平石英晶圓供應結構的階梯配置，其藉由三或多個垂直導軌分割或保持在固定位置。在一或多個垂直隔開的晶圓陣列(配置在中央垂直進氣柱附近)中，石英舟可保持介於100與200晶圓之間。
US 4,545,327顯示一化學氣相沉積裝置，其擁有一圓頂形沈積反應室、與隔開的加熱元件，其選用來提供反應室內的受控制溫度情況。該反應室調適成收受垂直取向基板，諸如在石英舟供應的半導體晶圓，其取決反應室座的控制桿。
此外，US 4,738,618揭示用於矽或砷化鎵晶圓晶圓或基板製程的一垂直導向熱處理器。該處理器包括一加載室，其調適收受在單一陣列提供之一晶圓舟和矽或鎵、砷化物晶圓或基板。
先前文獻提及的狀態未揭示一加載組態，特別適於處理垂直爐中相當小太陽能電池基板的大負載尺寸。
本發明的上述及其他特徵和效益可從下列本發明特定具體實施例連同附圖的詳細描述完全瞭解，其為示意性說明而不是限制本發明。
圖1顯示用於積體電路製程的圓形半導體晶圓批次製程的垂直爐(1)範例。此一垂直爐(1)包括一實質圓柱形製程室(10)。該製程室(10)的中心軸(11)實質與垂直爐(1)的中心軸(2)一致。顯示的垂直爐(1)的製程室(10)調適收受供積體電路製程的圓形半導體晶圓陣列，使得該等晶圓可處理，以在該等晶圓的至少一表面上施加薄膜。製程室(10)因此在該製程室(10)的第一端(13) 包括一收受口(12)。在一典型垂直爐中，圓形半導體晶圓的陣列包括單一的晶圓堆疊，其中晶圓(或至少待處理的表面)實質垂直於製程室(10)的中心軸(11)延伸。垂直爐能以容易方法自動化，至少比水平爐更容易。此外，一垂直爐擁有比水平爐更小的覆蓋區。由於太陽能電池的逐漸增加需求且實際上垂直爐可自動化，所以想要擁有用以在已知垂直爐(1)處理太陽能電池基板(6)之方法。太陽能電池基板(6)具有比前述供積體電路製程的晶圓更小的尺寸。該方法提供構成供太陽能電池基板(6)的適當加載組態(14)，使得可最佳使用垂直爐(1)的製程室(10)的內部空間(9)。太陽能電池基板(6)可具有一實質圓形或方形。
圖1顯示根據提議方法的加載組態(14)的第一範例。加載組態(14)可包括相互隔開太陽能電池基板(6)的多重陣列(16)(亦參見圖2和3)。每一陣列(16)的配置使得單一陣列(16)的每一太陽能電池基板S的中心點C位於實質垂直待處理太陽能電池基板(7)延伸的一假想線(17)上。此外，個別陣列(16)的假想線(17)最好以相互距離d實質平行延伸。換句話說，加載組態(14)可包括太陽能電池基板(6)的多重陣列(16)。每一陣列(16)包括複數個太陽能電池基板(6)，其實質垂直取向且實質水平隔開。個別陣列(16)是在位於沿著垂直爐(1)的製程室(10)的中心軸(11)的複數個階層上提供。由於提供的加載組態(14)，所以這些多重陣列(16)可同時容置在製程室(10)，造成實質比通常在垂直爐(1)以單一批次處理的積體電路製程晶圓數目更大的單一批次待處理的太陽能電池基板(6)數目。令人驚訝地，不管是否同時在製程室(10)提供相當大量的太陽能電池基板(6)，這些基板(6)仍然能夠以想要的方法處理，造成在太陽能電池基板表面(7)上施加具預定厚度與品質的薄膜。假想線(17)可如圖1-3的範例所示為一實質直線。
一般注意，在此說明書的術語「假想線」視為不同類型的線，例如一實質直線或一實質曲線，諸如一實質弧形或圓形線。因此，術語「假想線」必須以不同方式解釋且不只侷限於直線。此外，如果兩線平行配置，應瞭解，該等個別的線可在實質類似方向延伸，但是以相互距離。
加載組態(14)可利用如圖2所示的一基板架(20)提供。基板架(20)可包括多重收受位置(22)，其配置用於收受單一石英舟(24)，包含太陽能電池基板(6)(參見圖3)。基板架(20)可包括一互接的桿(26)組件，使得基板架(20)輕易即可吻合製程室(10)。太陽能電池基板(6)先插入石英舟(24)，然後插入個別石英舟(24)至基板架(20)。隨後，整個基板架(20)(包括加載太陽能電池基板(6)的石英舟(24))經由插入口(12)插入製程室(10)。由於此加載組態(14)，所以可使太陽能電池基板(6)載入在與製程室位置水平移位位置上的單獨石英舟(24)，例如在更早的製程步驟，及/或在遠離垂直爐的不同生產位置。因此，基板架(20)能以有效率方法加載基板(6)。每一石英舟(24)包括具複數個收受口(未在圖顯示)的一框架(25)，例如互接桿。該等收受口是以個別太陽能電池基板(6)可收受在個別口的方式加以配置，使得在單一石英舟(24)的一陣列(16)的太陽能電池基板(6)為實質垂直取向，且相互水平隔開。在只需處理的該等基板(6)的一表面(7)情況，太陽能電池基板(6)在每一石英舟(24)可背對背加載，不需覆層的一對基板表面為彼此接觸。在相鄰太陽能電池基板(6)之間的間距p、或在此石英舟(24)的背對背加載情況的基板對可較小，例如約2mm(公釐)，例如2.38mm(公釐)。在顯示範例的基板架(20)，可提供六石英舟(24)。個別石英舟(24)係彼此相對垂直移置，使得個別石英舟(24)的假想線(17)係以實質彼此平行的垂直距離d延伸。每一石英舟(24)可包括約200個太陽能電池基板(6)；因此，約1200個太陽能電池基板(6)可同時容置在製程室(10)。雖然在此顯示的石英舟是由基板架支撐，但在另一設計，石英舟可堆疊在彼此的頂端，一石英舟可接觸且由緊接其下的石英舟支撐，且最低的石英舟支由底座支撐。
提議的方法可包括太陽能電池基板(6)歷經一原子層沈積(Atomic Layer Deposition，ALD)製程。不過，可使垂直爐(1)提供的太陽能電池基板(6)亦歷經其他製程，諸如一POCl3預沈積步驟或一退火處理步驟。當太陽能電池基板(6)經由原子層沈積(ALD)提供一薄膜層時，可能限制在相鄰基板(6)之間的間隔p。利用原子層沈積(ALD)的沈積允許以精確的控制方式沈積一薄膜層。由於原子層沈積(ALD)為一沈積製程，在待處理的表面飽和前，透過化學吸附一次沉積一原子層，間隔p可例如為小於5mm(公釐)，例如小於3 mm(公釐)，且約2 mm(公釐)。因此，太陽能電池基板(6)的最大量可在根據提議方法的加載組態(14)提供。當利用約2 mm(公釐)的間隔p時，可微彎曲的相對薄太陽能電池基板(6)仍然能以想要的方法處理。
圖4和5顯示，在根據提供方法的加載組態(114)的進一步範例中，一陣列(116)的太陽能電池基板(6)能以極化組態提供。為了清楚，只有不同於如圖1-3所示及所述範例的元件將在此詳細描述。基板(6)的多重陣列(116)是在單一石英舟(120)提供。石英舟(120)包括不同階層，其中每一階層配置收受基板(6)的陣列(116)。基板(6)的配置使得個別基板(6)的中心點C位於假想圓形線(117)。因此，待處理的基板表面(7)為徑向取向且實質垂直延伸，其在圖5清楚顯示。在第二範例的顯示加載組態(114)中，同時提供五陣列(116)。個別陣列(116)為彼此垂直移置，使得個別陣列(116)的假想線(17)在實質彼此平行的垂直距離d延伸。當利用此加載組態(114)處理相當大量的太陽能電池基板(6)時，相同批次可處理約1200個太陽能電池基板(6)。第一與第二範例提及的太陽能電池基板(6)數量係有關一垂直爐(1)與一反應器，其設計用於處理供積體電路製程的圓形半導體晶圓，晶圓具有300mm(公釐)的直徑，且太陽能電池具有156 x 156mm(公釐)方形。當提供針對450 mm(公釐)晶圓製程而設計的反應器時，垂直爐(1)的製程室(10)可同時提供多達3000個太陽能電池基板(6)。
此外，根據第二範例的太陽能電池基板(6)的極化組態(具有一中央氣體供應與一徑向氣體流模式)能有快速淨化。在不是單一石英舟(120)的另一具體實施例中，不同階層可藉由分開在彼此頂端堆疊的石英舟上形成。
藉由提供一雙批次系統，如提議的方法可提供提高太陽能電池基板(6)產能。太陽能電池基板(6)的第一批次可處理。處理後，基板(6)的第一批次從製程室(10)移開冷卻處理。如果充分冷卻，卸下基板(6)，及加載待處理的新基板(6)。同時，當第一批冷卻，基板(6)的第二批次插入待處理的製程室(10)，卸下，且加載新的批次。
圖6和7顯示根據處理太陽能電池基板(6)方法之加載組態(214)的第三範例。為了清楚，在此將只詳細描述不同於如圖1-3所示及描述範例的元件。
如圖6所示的加載組態(214)包括太陽能電池基板(6)的多重陣列(216)。每一陣列(216)具有相互隔開且且實質平行配置太陽能電池基板(6)的堆疊。石英舟(220)在五階層(225)上加載十陣列(216)。每一階層(225)包括基板(6)的兩陣列(216)。每一陣列(216)的太陽能電池基板(6)為垂直取向且相互垂直隔開。每一陣列(216)的中心點C在一實質直的假想線(217)上提供。在每一階層(225)上，兩相鄰陣列為彼此水平移致，使得個別陣列(216)的假想線在實質彼此平行的水平距離D延伸。因此，根據顯示範例的加載組態(214)包括第一組陣列(216)，該組包括沿著製程室(10)的中心軸(11)相互垂直隔開安置的五陣列(216)。進一步的第二組陣列(216)提供，第二組亦包括五陣列(216)，其在沿著中心軸(11)安置的五個階層(225)上提供。因此，第二組的個別陣列(216)亦相互垂直移置。第一組與第二組為彼此水平移置，使得個別第一與第二組的個別陣列(216)的假想線(217)在實質彼此平行的水平距離上延伸。
此外，相同階層(225)的相鄰陣列(216)部份彼此重疊，如圖7的清楚顯示。第一陣列的太陽能電池基板(6)部份在第二陣列的兩相鄰太陽能電池基板(6)之間延伸。因此，在重疊太陽能電池基板(6)之間的間距P小於每一陣列(216)的太陽能電池基板(6)之間的間距p。個別階層(225)在石英舟(220)是安置在彼此上面。因此，個別階層(225)的陣列(216)係彼此垂直移置，使得第一階層(225)的陣列假想線(17) 延伸，最好是與第二階層(225)的假想線(17)的垂直距離d實質平行。
雖然在圖6和7顯示的範例中，相同階層(225)上提供兩陣列(216)的基板(6)為部份重疊，但在不同範例中，相同階層(225)上的個別陣列(216)可靠近彼此提供，無需重疊。
在上述範例中，太陽能電池基板(6) 實質始終垂直取向。由於太陽能電池基板(6)相當薄且如此易彎曲，垂所以垂直取向在製程期間避免太陽能電池基板(6)的不必要破壞。
圖8和9顯示提供用於處理太陽能電池基板的方法的加載組態(314)的最後範例。為了清楚，在此只描述不同於如圖所示與描述的元件。顯示的加載組態(314)包括相互隔開且實質平行配置太陽能電池基板(6)的四陣列(316)。每一陣列(316)的基板(6)為水平取向且相互垂直隔開。每一陣列(316)的基板(6)中心點C位於個別的假想線(317)。該假想線(317)延伸實質平行於製程室(10)的中心軸(11)。因此，個別陣列(316)在實質平行於該中心軸(11)的方向加以延伸。個別陣列(316)係彼此水平移置，使得個別陣列(316)的個別假想線(317)在實質彼此平行的垂直距離D上延伸。此外，如圖9所示示，個別陣列(316)的基板(6)為部份重疊。隨著根據此範例的組態(314)，如果利用300mm(公釐)反應器，製程室(10)可同時提供約1600個太陽能電池基板(6)。在使用450mm(公釐)反應器的情況，甚至約4400個太陽能電池基板(6)可單一批次處理。四陣列(316)是在石英舟(324)提供，其包括從石英舟(320)的第一端(327)延伸至第二端(328)的至少五桿(326)。每一桿(326)包括沿著桿(326)以相互距離配置的多個收受口(329)。單一陣列(316)的基板(6)是在至少三桿(326)的收受口(329)中收受，如圖9所示，使得相鄰基板(6)沿著間隔p隔開。
基板可為一般半導體晶圓，其中p/n接合在晶圓的前面與後面表面之間形成。或者，基板可為如根據美國專利發表第2004/0097012號所述銀片技術的半導體晶圓。在此技術中，複數個平行延伸縫是至少部分透過半導體晶圓形成，以形成一系列半導體條狀或銀片。縫寬度與條狀厚度的選擇使得晶圓厚度大於縫寬度與條狀厚度之總和。此方法產生的電池單元為雙面，即是，這些對於日光投射在任一表面同樣能有很好反應。當仍然在晶圓供應，最好處理銀片。因為製程的自限性，所以原子層沈積(ALD)適合在窄縫下的兩銀片側壁表面上形成一致性鈍化層的技術。在完成製程之後，銀片從晶圓切開，且平直並排安置，產生大於最初半導體晶圓的太陽能電池表面區域。
雖然本發明的示意性具體實施例已在上面描述(部份參考附圖)，但應瞭解，本發明並未侷限於這些具體實施例。從圖式、揭示、和文後申請專利範圍的研究，實施申請專利發明的所屬專業領域技術人士應瞭解及付諸實施揭示具體實施例的變化。例如，應很清楚，多重陣列可在不同組態提供，例如由於石英舟或基板架的特定設計，或取決於待處理太陽能電池基板的類型、形狀和尺寸。此外，基板架或石英舟可具有不同結構，例如，一不同桿組件包括不同桿量、及調適成收受個別太陽能電池基板的不同收受口。不同相鄰陣列的太陽能電池基板可不重疊、或至少部份重疊。在相鄰太陽能電池基板之間的間距或間隔可決定，此取決於用來施加薄膜在太陽能電池基板表面上的製程類型。石英舟或基板架的加載與卸下能以不同方式進行，此取決於垂直爐提供製程步驟的生產處理。
在本說明書參考的「一具體實施例」意謂有關具體實施例的特別特性、結構或特徵包括在本發明的至少一具體實施例。因此，本發明不同地方使用的術語「在一具體實施例中」不必然全參考相同具體實施例。此外，應注意，一或多個具體實施例的特別特性、結構或特徵能以任何適當方法組合以形成新的未明確描述的具體實施例。
1．．．垂直爐
2、11．．．中心軸
6、7．．．太陽能電池基板
9．．．內部空間
10．．．製程室
12．．．插入口
13．．．第一端
14、114、214、314．．．加載組態
16、116、216．．．陣列
17、217、317．．．假想線
20．．．基板架
22．．．收受位置
24、120、220、320．．．石英舟
25．．．框架
26、326．．．桿
117．．．假想圓形線
225．．．五階層
316．．．四陣列
329．．．收受口
d．．．距離
p．．．間隔
C．．．中心點
D．．．距離
應注意，不同圖式的相同或對應元件是以相同或對應的參考數字表示。
圖1顯示垂直爐的透視圖，其調適用於處理半導體晶圓，其具有太陽能電池基板的一基板架；
圖2顯示利用太陽能電池基板加載組態之第一範例的圖1基板架透視圖；
圖3顯示一石英舟加載圖1和2顯示基板架的太陽能電池基板;
圖4顯示利用太陽能電池基板加載組態之第二範例的一基板架透視圖；
圖5顯示圖4加載組態的截面圖；
圖6顯示利用太陽能電池基板加載組態之第三範例的一基板架透視圖；
圖7顯示圖6加載組態的截面圖;
圖8顯示利用太陽能電池基板加載組態之第四範例的一基板架透視圖；及
圖9顯示圖8的加載組態截面圖。
1．．．垂直爐
2,11．．．中心軸
9．．．內部空間
10．．．製程室
12．．．插入口
13．．．第一端
14．．．加載組態
16．．．陣列

Claims (13)

  1. 一種用於處理太陽能電池之方法，其包括：- 提供一垂直爐，其組態供批次製程，該爐擁有一實質圓柱形，垂直延伸製程室，其調適成收受供積體電路製程的相互隔開圓形半導體晶圓的陣列；- 提供複數個太陽能電池基板，其擁有待處理的第一表面，其中沿著第一表面延伸的太陽能電池基板尺寸小於圓形半導體晶圓的對應尺寸；- 構成太陽能電池基板的一製程室加載組態，其中該加載組態包括太陽能電池基板的多重陣列，其中每一陣列包括複數個太陽能電池基板，其為實質垂直取向且實質水平隔開，其中該等個別陣列是在沿著垂直爐的製程室中心軸的複數個階層上提供，而且其中容置在該製程室的許多太陽能電池基板實質大於許多圓形半導體晶圓，其中該構成步驟更包含：將每一陣列的複數個太陽能電池基板載入在與製程室位置水平移位位置上的單獨石英舟，該等太陽能電池基板為實質垂直取向且實質水平隔開，在該等階層將每一石英舟及複數陣列插入至一基板架，以及將該基板架以及複數個裝載有該等太陽能電池基板的石英舟載入至製程室；以及- 該等太陽能電池基板歷經該製程室處理。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該等在製程室的太陽能電池基板歷經一原子層沈積(ALD)製程，以在該太陽能電池基板表面上提供一薄膜。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該陣列為相互隔開且實質平行配置太陽能電池基板的堆疊。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中一陣列的每一太陽能電池基板的中心點位在一假想線上，其實質垂直於該太陽能電池表面延伸，其中該等個別陣列的假想線延伸，最好為實質以相互距離平行。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該等在沿著製程室中心軸的複數個階層上提供的多重陣列係一起形成第一組陣列，其中該加載組態更包括至少第二組陣列，第二組亦包括位在沿著該中心軸的複數個階層上的複數個陣列，其中第一組與第二組係彼此水平移位。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中每一陣列擁有一極化組態，其中每一基板(至少每一基板的待處理表面)為實質徑向取向，使通過個別基板中心點的假想線擁有一實質圓形。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該等在加載組態的相鄰陣列彼此部份重疊，使得第一陣列的太陽能電池基板至少部份在第二相鄰陣列的兩相鄰太陽能電池基板之間延伸。
  8. 如申請專利範圍先前任一項所述之方法，其中該介於一陣列的相鄰太陽能電池基板之間的空間為小於5mm(公釐)，例如小於3mm(公釐)，最好約2mm(公釐)。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該等太陽能電池基板之一陣列載入從該製程室位置水平移位位置上的石英舟，其中加載基板的多重石英舟隨後載入該製程室。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該石英舟安置在基板架或疊置在另一石英舟的頂端上。
  11. 如申請專利範圍第1、2、3、4、5、6、7、9或10項所述之方法，其中該等太陽能電池基板擁有一圓形或方形。
  12. 一種用於處理太陽能電池之方法，其包括：- 提供一垂直爐，其組態供批次製程，該爐擁有一實質圓柱形製程室，其調適成收受供積體電路製程的相互隔開圓形半導體晶圓的陣列；- 提供複數個太陽能電池基板，其擁有待處理的第一表面，其中沿著第一表面延伸的太陽能電池基板尺寸小於圓形半導體晶圓的對應尺寸；- 構成太陽能電池基板的一製程室加載組態，，其中該加載組態包括太陽能電池基板的多重陣列，其中每一陣列包括複數個太陽能電池基板，其為實質垂直取向且實質水平隔開，其中該等個別陣列是在實質平行於垂直爐的製程室中心軸的方向延伸，而且其中容置在該製程室的許多太陽能電池基板實質大於許多圓形半導體晶圓，其中該構成步驟更包含：將每一陣列的複數個太陽能電池基板載入在與製程室位置水平移位位置上的單獨石英舟，該等太陽能電池基板為實質垂直取向且實質水平隔開，在該等階層將每一石英舟及複數陣列插入至一基板架，以及將該基板架以及複數個裝載有該等太陽能電池基板的石英舟載入至製程室；以及- 該等太陽能電池基板歷經該製程室處理。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該等在加載組態的相鄰陣列為部份彼此重疊，使得第一陣列的太陽能 電池基板至少部份在第二相鄰陣列的兩相鄰太陽能電池基板之間延伸。
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