TWI601302B - 矽太陽能電池的進階氫化 - Google Patents

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矽太陽能電池的進階氫化
本發明大體上係關於矽太陽能電池之製造，且特定言之本發明提供一種矽太陽能電池之新氫化方法。
晶體矽之氫化涉及使氫原子與矽晶格內之結晶缺陷或污染以阻止該缺陷或污染物充當少數載流子之複合位點的方式鍵結。此稱為特定複合位點之鈍化。此對於需要較長少數載流子壽命之半導體裝置(諸如太陽能電池)且尤其在使用通常具有不良結晶品質及/或純度且因此需要鈍化以使品質達至高效率太陽能電池之可接受水準的廉價矽時至關重要。
低成本矽一般具有高得多的矽結晶缺陷及/或不期望雜質密度。其減少矽之少數載流子壽命且因此降低由該材料製成之太陽能電池的效率。因此使該等缺陷及污染物鈍化以改良少數載流子壽命為使用品質比微電子工業常規所用者(諸如由半導體級矽形成之浮區(floatzone，FZ)晶圓)低之矽時能夠製造高效率太陽能電池之一個重要部分。
現有市售太陽能電池無法利用氫鈍化之潛能
當前，在對氫化製程及其潛能未充分瞭解之情況 下，商業上製造之太陽能電池結構的設計對於促進整個電池中之氫化而言並不理想，且對於使用標準商品級p型晶圓之技術，此反映在不良塊體壽命上。
氫在整個矽中移動之能力在很大程度上受到與摻雜原子之相互作用的抑制。舉例而言，在平衡下，在n型矽中，幾乎所有氫均呈負電荷狀態，且在p型矽中，幾乎所有氫均呈正電荷狀態。然而，此等狀態在矽之各別極性中會導致摻雜原子之中和，且不再能在整個矽中移動。過去尚不瞭解或已忽視氫在矽中之此行為，導致氫化之嘗試不如電池設計者所認為的有效。
舉例而言，H+可與離子化硼原子(B-)相互作用，形成中性硼-氫(BH)複合物。類似地，H-可與離子化磷原子(P+)相互作用，形成中性磷-氫(BH)複合物。
摻雜劑-氫之複合物的解離較為困難，因為即使存在充足熱能使複合物解離，摻雜劑原子與原子氫(就磷而言為H-且就硼而言為H+)之間的庫侖引力(Coulombic attraction)亦阻止氫原子逃逸，且可能快速地再形成摻雜劑-氫之複合物。
現在可見，過去不良氫化之主要原因包括：射極中之重摻雜阻擋氫滲透至矽內深處；一或兩個表面不存在氫源；鋁合金區域充當槽；氫原子無法獲得恰當電荷狀態以促進其與某些類型之缺陷及雜質鍵結；及無法捕獲氫。
習知網版印刷之太陽能電池在商業製造中占主要地位，然而其具有許多限制適當使矽氫化之能力的特徵。首先，僅在晶圓一側上存在氫源。因為此氫源一般位於前表 面處，呈SiOxNy-Hz或SiNx-Hy介電質之形式，所以被釋放至矽中之氫由於射極內之重摻雜區域而掙扎著達至晶圓塊體深處。
另一限制歸因於金屬-矽界面，其基本上未屏蔽且因此充當移除氫離子之槽。一旦氫離子處於槽區域內，諸如二氫鍵之位點消滅氫離子，形成穩定氫分子，其隨後不能與矽鍵結以使缺陷鈍化。此效應在後表面處之鋁接觸處尤其強，其為幾乎所有商業上製造之電池所共有。在接觸燒製期間，熔融鋁合金直接靠著未擴散矽，由此無法阻擋氫，使得熔融區域充當移除大部分氫之槽。
最新網版印刷電池(其使用選擇性射極)藉由使用主要輕摻雜之射極來克服一些此等問題，該射極允許氫更容易地進入塊體中且在有助於分離金屬-矽界面之金屬下亦具有較重摻雜。然而，其仍具有與鋁合金及無後氫源相關之限制，加之射極中之峰值摻雜仍遠超過允許氫原子容易滲透之較佳水準。此外，即使氫原子之濃度達至適於矽材料良好鈍化之水準，亦未嘗試產生氫之較佳電荷狀態以增強其與某些缺陷鍵結之能力或未有任何嘗試在高於400℃之熱製程之後冷卻期間阻止複合位點再活化。
類似地，Pluto電池使用與雷射摻雜選擇性射極(Laser Doped Selective Emitter，LDSE)技術具有類似屬性之技術，其在前接觸處具有局部重摻雜，有助於自金屬-矽界面分離氫。Pluto電池亦具有輕摻雜射極，該射極使得氫更易於自前表面上之介電質氫源滲透至矽晶圓中。然而，Pluto電池中磷之表面濃度仍太高而非最佳。Pluto電池在後面亦不具有 氫源，且具有後接觸及充當氫槽之熔融鋁合金之相同問題。此外，即使氫原子之濃度達至適於矽材料良好鈍化之水準，亦未嘗試產生氫之較佳電荷狀態以增強其與某些缺陷鍵結之能力或未有任何嘗試在高於400℃之熱製程之後冷卻期間阻止複合位點再活化。
具有後收集接面之Sunpower市售電池依賴使用極高品質晶圓，因此在不氫化之情況下獲得良好效能。然而，其電池結構及加工無論如何均無益於晶圓之氫化。Sunpower電池未嘗試促進氫容易滲透至具有用以至少部分阻擋氫之表面氧化物鈍化層的任一表面中。另外，SunPower未嘗試提供後表面氫源，但即使存在一個後表面氫源，大部分後表面亦經重摻雜，其亦將在後面阻止氫自氫源進入。另外，對此等電池之極高溫度加工無益於保留氫化所需之氫。此外，即使氫原子之濃度達至適於矽材料良好鈍化之水準，亦未嘗試產生氫之較佳電荷狀態以增強其與某些缺陷鍵結之能力或未有任何嘗試在高於400℃之熱製程之後冷卻期間阻止複合位點再活化。
Sanyo之具有本徵薄層(Intrinsic Thin layer，HIT)之異質接面電池亦使用少數載流子壽命比標準市售p型晶圓高得多之晶圓。然而，晶圓之氫化無論如何均不可能，因為HIT電池結構係基於在電池之兩個表面上均具有非晶矽；據廣泛報導，氫化所需之溫度會使非晶矽之品質及其對晶體矽表面之鈍化嚴重降級。
Yingli之Panda電池為基於高品質n型晶圓之另一市售電池，因此在不氫化之情況下獲得良好效能。但無論 如何，雖然對此新電池之表面塗層及其是否在表面上具有與矽接觸之適合氫源知之甚少，但電池在兩個表面上均具有高摻雜(在前面為p+且在後面為n+)，此將阻擋氫自任一表面以任何方式進入矽晶圓。
CSG Solar之薄膜電池設計為一種市售技術，其可在兩個表面上均具有氫源，但非晶矽之所需結晶為如此一個長期及高溫製程，使得其自與玻璃表面相鄰置放之源逐出所有氫。此隨後導致與玻璃相鄰之氮化矽層及玻璃自身充當使氫自矽之另一側通過之任何氫的槽。此外，電池結構在前面及背面均使用重摻雜表面，此阻擋大部分氫進入矽，因此其大部分永不會達至需要鈍化之矽。此外，即使氫原子之濃度達至適於矽材料良好鈍化之水準，亦未嘗試產生氫之較佳電荷狀態以增強其與某些缺陷鍵結之能力或未有任何嘗試在高於400℃之熱製程之後冷卻期間阻止複合位點再活化。
根據第一態樣，提供一種在氫源存在下加工矽之方法，其用於製造具有至少一個整流接面之光伏打裝置，該方法包含將該裝置之至少一區域加熱至至少40℃，同時用至少一個光源照明該裝置之至少一部分，從而具有足以在矽內產生電子電洞對之能量的所有入射光子之累積功率為至少20mW/cm2。
根據第二態樣，提供一種加工矽之方法，其用於製造具有至少一個整流接面之光伏打裝置，該方法包含將該裝置之至少一區域加熱至至少100℃，隨後冷卻該裝置，同時用至少一個光源照明該裝置之至少一部分，從而具有足以在 矽內產生電子電洞對之能量的所有入射光子之累積功率為至少20mW/cm2。
矽可包含具有至少一個整流接面之裝置。
提供一種在氫源存在下加工包含至少一個整流接面之矽光伏打接面裝置的方法，該方法包含將裝置之至少一區域加熱至至少40℃，同時用至少一個光源照明裝置之至少一部分，從而具有足以在矽內產生電子電洞對之能量的所有入射光子(換言之，具有高於1.12eV之矽帶隙之能階的光子)之累積功率為至少20mW/cm2。
由至少一個光源產生之具有足以在矽中產生電子電洞對之能量的光子可構成自至少一個光源入射於裝置上之所有光子之總累積功率的至少70%。
裝置之加工可為氫化方法或另一熱製程。至少整流接面可包含至少一個p-n接面。
裝置之加熱可包含將裝置加熱至至少100℃。或者，裝置之加熱可包含將裝置加熱至至少140℃。此外，裝置之加熱可包含將裝置加熱至至少180℃。
當加工整個裝置時，裝置之加熱可包含加熱裝置整體且照明可包含用至少一個光源照明裝置整體，從而具有足以在矽內產生電子電洞對之能量的所有入射光子之累積功率為至少20mW/cm2，或加工可在裝置之較小區域上局部地進行。小區域上之局部加工尤其適用於製造之後續階段或在安裝之後，其中可使用此技術避免熱損壞敏感性結構。
對於在矽外部之氫源而言，當氫必須擴散通過之矽表面n型擴散層具有每立方公分1×1020個原子或更低之峰 值摻雜濃度時，該方法將更有效。類似地，當氫必須擴散通過之任何矽表面擴散p型層具有每立方公分1×1019個原子或更低之峰值摻雜濃度時，該方法將更有效。
在加工期間，裝置之各表面宜具備通向一或多個氫源之通路。
氫源可為含於裝置內之氫源，諸如含氫介電質層。或者，氫源可為位於裝置外部之氫源。
氫必須擴散通過之矽表面n型擴散層可為磷擴散層。氫必須擴散通過之矽表面p型擴散層可為硼擴散層或鎵擴散層或鋁擴散層。
來自至少一個光源之照明可以一定水準提供，從而具有足以在矽內產生電子電洞對之能量的所有入射光子之累積功率為至少50mW/cm2或60mW/cm2或70mW/cm2或80mW/cm2或90mW/cm2或100mW/cm2或150mW/cm2、200mW/cm2或300mW/cm2或400mW/cm2或500mW/cm2或600mW/cm2或700mW/cm2或800mW/cm2或900mW/cm2或1000mW/cm2或1500mW/cm2、2000mW/cm2或3000mW/cm2或5000mW/cm2或10000mW/cm2或15000mW/cm2或20000mW/cm2或高達矽開始熔融之光強度。
就上文所提及之累積功率範圍中之每一者而言，可提供加熱裝置至至少200℃或至至少300℃或至至少400℃或至至少500℃或至至少600℃或至至少700℃或至至少800℃或至至少900℃或至至少1,000℃或至至少1,200℃或至矽開始熔融之溫度。一般而言，對於既定裝置而言，溫度愈低，最佳氫化將需要之相應光強度愈高。
就上文所提及之累積功率及溫度範圍中之每一者而言，矽表面磷擴散層宜具有每立方公分1×1019個原子或更低或每立方公分1×1018個原子或更低或每立方公分1×1017個原子或更低或每立方公分1×1016個原子或更低之峰值摻雜濃度，且矽表面硼、鎵或鋁擴散層具有每立方公分1×1018個原子或更低或每立方公分1×1017個原子或更低或每立方公分1×1016個原子或更低之峰值摻雜濃度。
就上文所提及之累積功率及摻雜劑濃度範圍中之每一者而言，可藉由將矽光伏打接面裝置加熱至一溫度(低於500℃或400℃或350℃或300℃或250℃或200℃或150℃或100℃或50℃)同時照明矽光伏打接面裝置來增強該加工方法。
宜繼續照明同時降低溫度。然而，就局部加工而言，可快速充分冷卻矽，可能無需在冷卻期間延長照明。相對於在加熱步驟中具有足以在矽內產生電子電洞對之能量的所有入射光子之累積功率，可在冷卻期間維持照明或甚至改變(增大或減小)，以便將準電子費米(Fermi)能階維持於最佳範圍內。亦可在冷卻步驟期間可控制地改變照明，以在裝置溫度改變時將準電子費米能階維持於最佳範圍內。可在冷卻步驟期間繼續照明，同時將溫度降低至低於預定臨限值，例如直至裝置溫度降至低於100℃或直至溫度降回至環境溫度。
在加熱及任何氫化後熱製程之後的冷卻期期間，可經由使用光及熱控制少數載流子濃度，以在冷卻期間維持氫電荷狀態以使氫先前所鍵結之缺陷最低程度地再活 化。在裝置上進行之製程可為在高於200℃之溫度下進行之氫化後熱製程。在進行在高於200℃之溫度下進行之製程之後，在冷卻期間繼續照明裝置。
可在裝置之小區域或一定增量之較大區域上，藉由在光源存在下在待氫化或以其他方式熱加工之區域中局部加熱裝置，進行局部氫化或其他熱加工。
與使用習知製程可達成相比，所提出之製程能夠達成優良的對缺陷及污染物之氫鈍化，且處於可能顯著更低之溫度下。
可藉由在光源存在下局部加熱裝置進行局部氫化或其他熱加工。若使用雷射，則雷射可同時達成加熱與照明功能。
氫源可包括適合介電材料(諸如氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁)層或非晶矽層等，其可視情況沈積於諸如二氧化矽及氧化鋁之表面鈍化層上。氫源亦可包含合成氣體(forming gas)或原子氫之電漿源。
裝置亦宜不具有可吸收氫之氫槽。
在裝置包括氫槽時，可藉由自氫槽分離擴散至矽裝置中之氫來增強該方法。氫槽可包含金屬/矽界面、具有過量水準污染物之矽的區域或摻雜雜質高於摻雜劑於矽中之固體溶解度水準之矽的區域。
該分離可經由矽內產生之內部電場來達成。內部靜電場可藉由產生適當雜質類型之雜質及濃度型態或另外藉由增加靠近槽之摻雜劑濃度以在該區域中控制可急劇減小氫移動性之氫電荷狀態來產生。特定言之，重摻雜區域(>每立 方公分1019個原子)可置於接觸之矽/金屬界面下面。然而，此等隔離區域不應隔離氫自待氫化之矽塊體必須擴散通過之表面。就p型晶圓上形成之裝置(其具有與裝置之p型塊體電連接之金屬矽/界面)而言，該方法可進一步包含在金屬矽/界面與矽裝置之p型塊體之間形成摻雜硼之區域，該隔離區域以高於1019之濃度摻雜。類似地，就n型晶圓(其具有與裝置之n型塊體電連接之金屬矽/界面)而言，該方法可進一步包含在金屬矽/界面與矽裝置之n型塊體之間形成摻雜磷之區域，該隔離區域以1019之濃度摻雜。
電池結構宜經設計，以使得在加工期間及之後氫自活性(所要)區域之逃逸得到抑制。亦可施加電場以促進氫向待氫化區域擴散及/或漂移。電場可為藉由向裝置表面施加介電材料層而產生或增強之靜電場。電場亦可為藉由用靜電槍對裝置表面充電而產生或增強之靜電場。電場亦可為外部施加之電場。
矽光伏打接面裝置可具有經設計以使在氫化或其他熱加工之後氫自活性區域之逃逸最小化之結構，該方法進一步包含形成一個摻雜濃度水準高於相鄰氫化區域之摻雜障壁區域。亦可在矽光伏打接面裝置之兩個表面上形成氫源。
可在熱加工及冷卻期間改變施加於裝置之照明強度。可在氫化或其他熱製程之後的冷卻階段期間增加或降低施加於裝置之照明強度。特定言之，可隨裝置溫度降低而增加或降低施加於裝置之照明強度。
在氫化製程期間，或在氫化製程之後在高於200℃下進行之製程期間及/或在該種製程之後的冷卻期間，施 加於裝置之照明源可為LED陣列。施加於裝置之照明源亦可為一或多個紅外線燈。施加於裝置之照明可為脈衝的。可控制施加於裝置之照明強度以將費米能階維持於超過中間帶隙(mid-gap)0.10至0.22ev之值。
401‧‧‧p型基板
402‧‧‧重摻雜n++前表面射極
403‧‧‧氮化矽層
404‧‧‧網版印刷前金屬接觸
405‧‧‧網版印刷鋁後接觸
406‧‧‧鋁合金後表面
414‧‧‧紋理化前表面
502‧‧‧輕摻雜前表面射極
503‧‧‧氮化矽層
504‧‧‧自對準金屬接觸
507‧‧‧重摻雜n++半導體區域
601‧‧‧n型基板
602‧‧‧n+擴散區域
604‧‧‧金屬接觸
605‧‧‧金屬接觸
606‧‧‧p+擴散區域
608‧‧‧二氧化矽鈍化層
609‧‧‧n+前表面場
611‧‧‧二氧化矽前表面鈍化層
613‧‧‧前表面抗反射塗層
614‧‧‧紋理化表面
701‧‧‧高品質切克勞斯基(CZ)製程結晶基板
702‧‧‧p型非晶矽層
704‧‧‧金屬柵極
705‧‧‧金屬柵極
706‧‧‧n型非晶矽層
715‧‧‧本徵非晶矽層
716‧‧‧本徵非晶矽層
717‧‧‧透明導電氧化物層
718‧‧‧透明導電氧化物層
1101‧‧‧基板
1102‧‧‧輕摻雜n型射極區域
1103‧‧‧前表面介電質層
1104‧‧‧前金屬接觸
1105‧‧‧後金屬接觸
1107‧‧‧重摻雜n型區域
1112‧‧‧後介電質
1118‧‧‧離散點/後金屬點接觸
1119‧‧‧重摻雜p+區域
1221‧‧‧n型後浮動接面
1305‧‧‧後金屬接觸
1306‧‧‧合金區域
1322‧‧‧阱
1401‧‧‧p型矽晶圓
1414‧‧‧棱錐體
1502‧‧‧前表面擴散區域
1506‧‧‧後表面擴散區域/p+摻雜層
1703‧‧‧前表面介電質及氫源
1712‧‧‧後表面介電質及氫源
1818‧‧‧開口
1819‧‧‧硼雷射摻雜區域/p型區域
1820‧‧‧雷射
1907‧‧‧磷雷射摻雜區域/n型區域
1920‧‧‧雷射
1923‧‧‧開口
2005‧‧‧後鋁接觸
2104‧‧‧鎳/鎳前接觸
2224‧‧‧銅層
2301‧‧‧p型多晶矽晶圓/基板
2314‧‧‧蝕刻孔(或坑)
2330‧‧‧內部晶粒邊界
2402‧‧‧前擴散區域/射極
2431‧‧‧後擴散區域
2503‧‧‧前介電質層
2512‧‧‧後介電質層
2618‧‧‧開口
2619‧‧‧重摻雜p型區域
2707‧‧‧重摻雜n型區域
2723‧‧‧開口
2805‧‧‧鋁層
2904‧‧‧鎳層
3024‧‧‧銅端
3101‧‧‧經改進之帶式爐
3102‧‧‧抗熱帶
3103‧‧‧加熱燈
3104‧‧‧燈
3105‧‧‧加熱區
3106‧‧‧冷卻區
3107‧‧‧進氣扇
3108‧‧‧排氣扇
3109‧‧‧補充照明
3110‧‧‧板式加熱器
3111‧‧‧晶圓
3240‧‧‧保護性密封劑
3241‧‧‧小區
3242‧‧‧雷射
3301‧‧‧p型基板
3302‧‧‧n型射極
3303‧‧‧氮化矽層
3304‧‧‧金屬射極接觸
3312‧‧‧後氮化矽層
3319‧‧‧重摻雜p型基極接觸區域
3321‧‧‧金屬點接觸
3322‧‧‧反轉層
3524‧‧‧陽極氧化鋁(AAO)層
3625‧‧‧電離槍
4123‧‧‧鋁層
4231‧‧‧槽
4232‧‧‧酸
4233‧‧‧陽極
4234‧‧‧電池
4235‧‧‧陰極
4236‧‧‧晶圓
4237‧‧‧攪拌器
4324‧‧‧陽極氧化鋁(AAO)層
現將參考隨附圖式描述氫化製程之實施例，其中：圖1圖表說明在低溫下氫電荷狀態之分數濃度(Herring,Johnson等人2001)；圖2圖表說明H0濃度與電子準費米能量及溫度之函數關係；圖3圖表說明各種塊體摻雜濃度之晶圓的電子準費米能階與熱及照明強度(AM 1.5光譜)之函數關係；圖4圖解說明網版印刷太陽能電池；圖5圖解說明LDSE太陽能電池；圖6圖解說明Sunpower後接觸電池；圖7圖解說明HIT電池；圖8圖表說明分數H0濃度與因照明所致之過量載流子濃度的函數關係；圖9圖表說明1×1016塊體摻雜在低溫氫化路徑之情況下的分數H0濃度及電子準費米能量；圖10圖表說明n型矽中之費米能量(無照明)與摻雜濃度及溫度的函數關係；圖11圖解說明具有具備網版印刷接觸之雙側氫源的電池；圖12圖解說明具有具備浮動接面之雙側氫源的電池； 圖13圖解說明具有具備後阱之單側氫源的電池；圖14至22展示第一可能製造製程中之製程步驟；圖23至30展示第二可能製造製程中之製程步驟；圖31a及31b圖解說明經改進以在加熱及冷卻區中提供照明之帶式爐的兩個實例；圖32說明局部氫化之實例；圖33至36展示使用靜電場來控制電荷狀態及氫移動之實例；圖37至40展示使用外部電場來控制電荷狀態及氫移動之實例；圖41展示添加鋁層為陽極化作準備以形成陽極氧化鋁AAO層之樣品；圖42展示陽極氧化鋁層(諸如圖40之鋁層)之配置；圖43展示陽極化之後的圖40之裝置；圖44圖表說明在25V下於D2O中經陽極化之圖43之樣品的Si++、H+、B+、Al++及(H2 +,D+)之濃度相對於時間的SIMS概況量測；圖45圖表說明圖43之樣品的SIMS概況量測，其中H+及D+強度轉化為於a-Si膜中之濃度；且圖46圖表說明圖43之樣品的SIMS概況量測，其展示H+及D+於參考樣品中之濃度。
在此氫化方法之特定實例中，已設計新的技術，其極大增強矽半導體材料內及其表面處複合位點的鈍化，因此如少數載流子壽命與經由習知氫化技術達成之壽命相比較 大增加所指示，大大改良材料品質。該新方法提供三種可單獨或一起用於改良氫化之新穎方式：1)經由改良使氫原子進入矽中之能力，2)藉由改良矽內氫隨後使複合位點鈍化之能力，及3)在裝置加工之最後階段期間，諸如經由在熱處理之後冷卻裝置，使半導體材料內之氫以恰當形式捕獲以阻止損害鈍化品質：
1. 氫滲透至矽材料中需要三組條件同時滿足才有效：
(i)宜將適合氫源施加於矽晶圓表面或已於晶圓表面上形成之層兩者，其中該等層之實例為PECVD沈積介電質，諸如氮化矽、氮氧化矽、非晶矽等，其可視情況沈積於諸如二氧化矽及氧化鋁之表面鈍化層上。
(ii)諸如經磷摻雜之矽表面n型擴散或植入層宜避免峰值摻雜濃度高於每立方公分1×1020個原子且其更宜避免高於1×1019以免阻擋氫原子滲透至矽中，而諸如經硼摻雜之p型矽表面擴散或植入層宜避免峰值摻雜濃度高於每立方公分1×1019個原子且其更宜避免高於1×1018以免阻擋氫原子滲透至矽中。
(iii)氫原子亦應呈恰當電荷狀態以能夠充分滲透過表面區域且至矽晶圓或層深處。一般而言，若晶圓表面為p型矽，則大多數氫原子呈其正電荷狀態，且因此受由取代接受體原子(或p型摻雜劑)形成之對氫原子施加強庫侖力之固定負離子阻擋或強烈阻滯。然而，藉由產生增加量的呈其中性電荷狀態之氫原子(H0)，該等原子具有相對極高之移動性且可容易移動至不受矽晶格內之任何固定電荷影響的 矽中。H0濃度可藉由增加少數載流子(p型矽中之電子)濃度而增加，增加少數載流子濃度又可藉由如上文所解釋避免高摻雜，使用光產生額外少數載流子(且增加其與多數載流子相比之比率)，使用熱來熱產生少數載流子(且進一步增加氫原子之移動性)，經由添加正電荷至表面介電質層中來使用靜電效應增加p型矽層表面中之電子濃度，且一般而言經由此等以上效應之組合故意增加注入水準以增加H0分數而進行。
同等應用於n型表面，但逆轉極性，諸如氫原子之負電荷狀態占主要地位且其受矽晶格中由n型摻雜劑形成之固定正離子阻滯或阻擋。在此情況下，可增加電洞濃度以導致產生更高分數之H0。
2. 氫原子於使矽中之複合位點鈍化中的有效性可經由使氫呈恰當電荷狀態而大大增強。在p型矽中，在正常條件下，幾乎所有氫原子均由於不存在任何電子而呈正電荷狀態，自原子之核中之單一質子產生具有單一單位正電荷之原子。此造成兩個使該種原子難以有效地使複合位點鈍化的問題：
(i)經由產生帶正電荷電洞而給予矽以其p型性質之3價原子各自產生固定負電荷，其中該等3價原子每一者取代地置換一個矽原子。當氫原子呈其正電荷狀態時，其被強烈吸引至晶格內之該等固定負離子，使該等氫原子極難以通過該等固定負離子。此使氫原子更加難以到達需要鈍化之缺陷及污染物的位置。
(ii)即使氫原子能夠到達需要鈍化之位置，用氫 原子使許多結晶缺陷及污染物鈍化中所涉及之化學過程亦需要存在電子用於鍵結過程。當氫原子於p型矽中且呈其正電荷狀態時，該等電子不可用於鍵結過程，從而使得鈍化極為困難。
藉由增加p型矽內之少數載流子濃度(電子)，有可能大大增加呈其中性電荷狀態之氫原子之濃度。此在某種程度上可藉由加熱矽晶圓而達成，但當同時用強光照明晶圓以產生許多額外少數載流子時遠更有效。在無強光下，充分增加少數載流子濃度所需之溫度太高且導致損壞製造之裝置。在熱與光組合下，可充分增加少數載流子濃度以允許具有與氫原子核連接之單電子，因此得到中性電荷狀態之氫原子的濃度有較大增加。當呈此電荷狀態時，氫不再被來自晶格中急劇減小氫移動性之固定負離子之強庫侖力阻礙，且亦能夠經由電子存在而對與複合位點鍵結更有效。
僅使用熱之習知氫化技術與所提出之新技術相比有效性小得多，其中已證實在一些情況下在不良品質矽之情況下當應用所提出之新技術時與習知熱方法相比少數載流子壽命增加數個數量級。
加熱晶圓於以上氫化技術中之重要性降低的結果為，現可在低得多的溫度、甚至室溫下使矽晶圓鈍化。當呈中性電荷狀態時，矽內之氫原子之移動性高得足以允許其即使在室溫下亦滲透至矽深處。在此反應性更大之中性電荷狀態下，氫則能夠即使是用最少熱能亦使許多複合位點鈍化。相比而言，在文獻中，充分證明用氫有效鈍化需要接近400℃之溫度。
不僅藉由確保足夠高量之原子氫滲透至矽中，而且藉由消除導致氫損耗之氫槽，可進一步改良半導體材料之氫化(鈍化)製程。槽可出現於複合位點之密度及類型觸發氫分子形成之局部區域；或將與原子化學反應且鍵結，因此使氫不可用於其他活性複合位點鈍化之其他位點中。槽之實例包括金屬/矽界面；或過度背離晶體矽之正常性質之其他矽區域，諸如具有過量水準污染物之區域或甚至摻雜雜質高於其固體溶解度水準之區域。該等區域需要被消除，或在面積/體積方面保持足夠小，或藉由提供障壁來與鈍化區域隔離以阻滯或甚至阻止氫原子到達槽。該等障壁可經由內電場形成，該等內電場係經由適當選擇雜質類型及濃度概況或另外轉換接近槽之氫原子之氫電荷狀態而在矽內產生。後者可藉由增加摻雜劑濃度以使氫原子呈急劇減小其移動性之電荷狀態來進行。舉例而言，對於前者在p型矽中，電場將阻擋呈正電荷狀態之氫原子自更高度p型摻雜區域移動至更輕p型摻雜區域。因此可使用該種摻雜梯度來阻止氫原子達至高度複合區域，諸如矽表面或金屬/矽界面。後者之一實例為藉由使用重p型或n型摻雜層屏蔽高度複合區域。在重p型摻雜層中，如先前所述，歸因於來自p型摻雜劑之固定負電荷，氫幾乎均被迫呈正電荷狀態且移動性差。在重n型摻雜層中，歸因於來自n型摻雜劑之固定正電荷，氫幾乎均被迫呈負電荷狀態且移動性亦差。因此可使用該等重摻雜區域，藉由以導致氫因其被存在於該種區域中之固定電荷阻擋而具有極差移動性的方式轉換氫原子電荷狀態，來阻擋氫原子達至高度複合區域。此可藉由將該等重摻雜區域定位於氫化區域與由 複合位點形成之氫槽之間來進行。實例包括將重摻雜區域直接置於金屬接觸下面或置於表面複合速度較高之局部區域中或沿著晶粒邊界置放。在所有該等實例中，重摻雜區域阻擋來自晶圓之氫原子達至複合位點，否則其會充當槽。
3. 在複合位點鈍化之後的熱製程中，氫鈍化之益處可能逆轉且若不採取預防措施，則作用會減小或可能完全喪失。通常熱能可導致氫原子被釋放，從而使複合位點再活化。此甚至會在氫化製程之後的矽晶圓冷卻期間發生。在釋放之後改變電荷狀態之釋放氫原子顯著促成後者，使得不再能夠使再活化之複合位點再鈍化。舉例而言，若已如先前所述使用熱與光能組合使p型晶圓氫化，則較高少數載流子濃度確保充足水準之氫原子呈中性電荷狀態或負電荷狀態以允許複合位點被鍵結且因此被鈍化。然而，鈍化製程為一個雙向過程，其中複合位點反覆鈍化及隨後再活化且隨後再鈍化，且此繼續，只要熱能保持且少數載流子濃度保持足夠高以維持氫呈必要電荷狀態即可。在p型矽晶圓之習知氫化製程中，在製程完成後之冷卻期間，少數載流子濃度顯著下降，導致呈中性電荷狀態之氫原子的量及百分比大大減少，其中幾乎所有均採用正電荷狀態，致使其不能夠使許多複合位點再鈍化。因此，氫鈍化品質在冷卻製程期間顯著退化，其中類似形式退化亦常在氫化製程之後的熱製程期間出現。
在本方法之實施例中，鈍化品質在冷卻及後續熱製程期間之退化可藉由在該等冷卻方案及後續製程期間經由使用強光產生額外少數載流子濃度在p型材料中維持高得多的少數載流子濃度而避免。實際上，在冷卻期間，實際上增 加光強度來補償少數載流子濃度之減小可為有益的，少數載流子濃度之減小通常將伴隨電子/電洞對熱生成減少。更高少數載流子濃度有助於維持更高濃度之氫原子呈其中性電荷狀態，且因此能夠使當喪失氫時再活化之複合位點再鈍化。
已展示本文中所提出之策略應用於由低成本UMG矽形成之較低品質矽晶圓使少數載流子壽命改良大於兩個數量級(增加大於100倍)。在應用本文中所提出之鈍化技術之後，即使標準商品級p型CZ晶圓之少數載流子壽命亦增加大於一個數量級，典型地為50微秒至接近1毫秒。無論晶體矽晶圓或層之起始品質如何，習知氫化技術似乎均無法使少數載流子壽命增加大於兩倍。
一般而言，習知氫化製程係藉由向整個晶圓應用熱製程以使得其溫度均勻來應用於整個晶圓。然而，亦可經由使用局部熱源及光源(諸如雷射)局部應用所提出之製程。此允許大多數晶圓保持於實質上不同溫度(諸如室溫)下，而氫化之局部區域可在藉由高光強度照明的同時升高至高得多的溫度以局部增加少數載流子濃度，以實現局部氫鈍化。局部加熱亦允許快速冷卻，因為經加熱之體積將為總裝置體積之小百分比，且當移除熱源時裝置充當散熱片以快速冷卻經局部加熱區域。在此等情況下，在移除光源之後，電荷載流子對花費有限時間複合，且因此氫之電荷狀態亦維持有限時間，且光源可在受處理區域經充分冷卻之前被移除。當存在無法在不影響晶圓其餘部分之情況下鈍化的局部損壞或高重組區域時，該局部氫化可尤其適用。此可避免未經照明之區域中的氫源損耗或避免損壞在使照明區域鈍化的同時未經 照明之區域中的鈍化。其亦提供了一種使成品裝置或甚至囊封裝置(其中不能均勻加熱晶圓)氫化之機制。其亦提供了一種避免氫原子使金屬/矽界面鈍化(其會藉由增加有效接觸電阻而嚴重損壞歐姆接觸(ohmic contact))之機制。
電荷狀態對缺陷鈍化之重要性以及溫度及照明對氫化之相應重要性
已確定，在矽中存在不能由帶正電荷氫離子(H+)鈍化之缺陷，帶正電荷氫離子為p型材料中之主要種類(總填隙氫分數約=1)。為了在有缺陷之(非浮區)矽晶圓上達至數百微秒級之本體壽命，必須使此等缺陷鈍化。此可使用氫之「少數」電荷狀態(中性H0及帶負電荷之H-)來達成。增加氫之少數電荷狀態之濃度/產生的方式概述於本文中。所提出的增加此等少數氫種類之濃度/產生之方法以有效地鈍化此等缺陷且確保其保持被鈍化的方式進行，實現本體壽命改良遠遠超過當前在無此等種類之情況下可達成之改良。
少數電荷狀態具有允許其在整個材料中有效地使缺陷鈍化之兩種重要性質。第一為其反應性增加，此係因為其具有之電子允許其參與更多鈍化反應。第二為其變化的於矽中之移動性。H0不受對帶電種類產生庫侖力之電場及靜電效應影響，該等庫侖力可非常有效地阻擋帶電氫且由此就硼摻雜劑而言甚至在每立方公分1×1016個摻雜原子及低至每立方公分1×1015個摻雜原子之中等摻雜濃度下，H0尤其在較低溫度下可能具有比帶電種類更大之移動性。在n型矽中，H-實際上比H+移動性小且由於存在之電場而需要謹慎操縱其以自n型區域釋放。H-相對於H0具有一個在某種程度上抵消 此之重要區別，即其於p型矽中之穩定性增加。在p型材料中，H0與電洞極易複合形成H+，以使得在所有條件下平衡濃度均比帶電種類之濃度小得多(<10-2)。然而H-在轉化為H+之前需要衰變為H0，其用約0.7eV之活化能進行。此導致在p型矽內H-具有比H0更大之穩定性及壽命，但前者更難以在p型矽內產生或滲透至p型矽中。使用諸如經由外部施加電場之靜電效應或使用表面介電質層內之靜電電荷及/或脈衝光及熱源可用於創造形成更多H0及/或H-所需之條件，但光或熱源之脈衝或外部施加電場之脈衝隨後結束使得矽返回至其原始p型狀態但存在額外H0及/或H-氫原子。
矽中氫之各種電荷狀態之平衡濃度及產生速率的決定性因素為載流子濃度及載流子準費米能階。相關反應為：
如可看出，若電洞濃度遠高於電子濃度，則H+將占主要地位。Herring及Johnson(2001)提出一種模型來預測各種電荷狀態之平衡比(在熱平衡之情況下，因此僅有一個費米能階)，
其中v為各種類之同等構型之數目且Z為相應分配函數。一般公認，施體能階接近導帶邊緣(Herring及Johnson 2001，高於中間帶隙約0.4eV)且接受體能階接近於中間帶隙 (Herring及Johnson，低於中間帶隙約0.07eV)。此能階不對稱性意謂，H+在即使輕摻雜n型矽中亦占主要地位。
圖1說明在低溫下氫電荷狀態之分數濃度(Herring,Johnson等人2001)。在具有準費米能量之非平衡條件下，H+與H0之間的關係主要視電子準費米能量而定，其中電洞準費米能量具有極小影響。此情況之原因為雙重的，第一為以上(0-1)中之第一反應比其他方程式進行得快得多，而第二為因為電洞準費米能量就大多數條件而言低於中間帶隙，所以電洞準費米能量與氫接受體能階之間的差相比於其他能階之間的差始終較大。
圖2展示預期分數H0濃度(基於過分簡單化模型)與電子準費米能階及溫度之函數關係。
注意，不僅應考慮平衡濃度。H0應接近於待鈍化之缺陷產生，以使得其在移動至缺陷時不放棄其電子(複合)。產生似乎視少數載流子濃度(而非載流子濃度比)而定。因此，在具有高少數載流子濃度之區域中，缺陷由H0鈍化之速率可顯著高於平衡濃度將提出者。
操縱電荷狀態：溫度及照明
控制氫電荷狀態之主要方式為藉由控制電荷載流子之濃度。p型矽中之主要方法將為增加少數(電子)電荷載流子濃度。替代方法為減小多數電荷載流子濃度(因此無論如何少數載流子濃度可能增加)。所提出之進行此之方法為藉由：
i)溫度
增加少數載流子濃度之極有效方法為經由熱產 生之載流子。數篇論文已研究退火所需溫度，且已推斷退火需要為高溫以允許氫擴散通過塊體。將主張，高溫之主要益處為增加少數載流子濃度，因此增加H0平衡濃度及產生。此可由於氫可以H0形式擴散而又增加擴散率。
溫度之主要效應之一為熱激發載流子之濃度增加，體現在本徵載流子濃度ni增加，其中電子及電洞之濃度由np=ni 2給出。在較低注入下，可仍認為，多數載流子濃度等於摻雜劑濃度，因此隨著ni增加，少數載流子濃度按比例增加，直至移至較高注入，其中少數載流子濃度接近多數載流子濃度。因此，隨著溫度增加，載流子濃度比降低且費米能量移至中間帶隙。然而，此在某種程度上由溫度項增加(與H0：H+及H0：H-比率有關)補償，因此若費米能階保持恆定，則H0濃度隨溫度增加。此可部分解釋主張最佳氫化在高於700℃之溫度下進行的其他人之結果。重要的為注意，該等高溫可能導致顯著損壞，諸如經由氫自裝置喪失、對金屬/矽界面之損壞、對矽材料之損壞等。實際上，在此等溫度下捕獲H0多半為不可能的，且在該等溫度下複合位點之任何顯著鈍化均可能會在冷卻期間喪失，此係由於少數載流子濃度減小，導致不利氫電荷狀態，但同時仍然維持充足熱能以自其鈍化之其複合位點釋放氫原子。
與氫化有關之另一溫度效應為氫自介電質膜釋放。當前最常用之氫源為晶圓表面上之介電質膜，其在退火下釋放氫，其中氫釋放速率視退火溫度而定。
如所指示，使用溫度控制氫化製程之一個缺點為在冷卻期中需要使結構返回至室溫，失去對溫度之控制。然 而，可經由冷卻速率與載流子濃度之組合控制使在此製程期間出現之鈍化損失實際上最小化，其中仍能夠使用照明或電場控制載流子濃度。
ii)照明
可使用照明來產生電荷載流子。在恰當條件下，此不僅改變少數載流子濃度，而且其使電子準費米能量移至帶隙之上半部。此增加平衡H0濃度。
獨立於溫度之照明控制對氫化中之許多應用、最尤其在晶圓冷卻期間而言至關重要。為了達成此，照明波長變為一個重要參數。若用長波長光(1000nm)照明，則每瓦特光子數目為約5×1018個，而在500nm下其將為2.5×1018個。為了達成10個太陽(sun)，在AM 1.5下需要1W/cm2之通量，但在1000nm光下，僅需要約一半通量，因此對加熱晶圓之貢獻少得多。此改變晶圓溫度至什麼程度將視熱輸運機制而定，但在一些情況下將需要散熱片用於冷卻。
圖3展示各種塊體摻雜濃度之晶圓的電子準費米能階與熱及照明強度(AM 1.5光譜)之函數關係。在強照明下，其特性沒有很大不同，然而當存在極少照明時，則更重摻雜之晶圓可見電子準費米能量進一步下降於中間帶隙以下且同樣重要的是，在較高溫度下保持在中間帶隙以下，其中鈍化之缺陷更可能再活化。
技術工業現狀
現行工業實施方案典型地由自氮化矽膜氫化組成。氫化製程通常在金屬燒製製程期間進行，且由高溫(700-900)、短持續時間(典型大約數秒)退火(使用帶式爐)， 隨後冷卻至室溫組成。氫自氮化矽引入電池中，但由於電池後面之熔融鋁矽合金，氫容易自後表面逃逸。
此外，雖然帶式爐中之加熱元件可產生一些光，但冷卻製程在暗處進行，因此H0濃度快速下降。在加熱期間帶式爐中發射之光並非故意的且不足以最佳照明裝置以增強氫化。
以下為工業中之一些現行實施方案及其可如何改良之快速分析。
網版印刷太陽能電池
網版印刷太陽能電池目前為主要矽光伏打技術。網版印刷太陽能電池之典型結構說明於圖4中，且包含具有紋理化前表面414之p型基板401，該前表面414具有重摻雜n++前表面射極402、射極402上在氫化期間充當氫源之氮化矽層403及經由氮化物層403接觸射極402之網版印刷前金屬接觸404。在後表面上網版印刷鋁後接觸405經由鋁合金後表面406接觸p型基板401，該鋁合金後表面406係在燒結後接觸405時藉由使網版印刷鋁接觸405與基板401成合金而形成。此在鋁接觸405與基板401之p型矽之間提供p+區域。
如上文所提及，氫化係在高溫下共同燒製網版印刷後金屬接觸405下進行。網版印刷電池之另一限制為其均質重摻雜射極402，其有效阻擋由氮化矽層403將氫源引入至晶圓中。
簡單改良可藉由以下達成：
i)形成重摻雜層以遮蔽後合金區域406。此可對 鋁合金製程各別地進行或藉由以下來進行：添加少量摻雜劑雜質至用以網版印刷後金屬接觸405之鋁漿料中，及隨後燒製漿料，從而首先使額外摻雜劑之材料凝固，隨後用以阻擋氫原子達至剩餘熔融矽區域，因此促進改良氫鈍化。此效應可藉由多次燒製漿料來增強，其中後續燒製在較低峰值溫度下以免破壞(再熔融)所形成用以阻斷氫之薄雜質摻雜層。或者，同等效應可於單一燒製製程中達成，其中自峰值溫度之略微冷卻即允許故意添加之摻雜劑形成阻擋氫之固體層，隨後將裝置維持於此某種程度上降低之溫度下以允許更多氫化在進一步冷卻之前發生。
ii)在氫化之後的冷卻期間受控之照明。
iii)在射極402中使用較低峰值摻雜濃度以避免阻擋如此多之氫，其需要在射極片電阻與接觸電阻方面權衡。
LDSE/Pluto
參考圖5，LDSE/Pluto電池包含一個p型基板401，該p型基板401具有紋理化前表面414、輕摻雜前表面射極502、充當氫源之氮化矽層503、重摻雜n++半導體區域507上之自對準金屬接觸504。電池之後面類似於上文所述之網版印刷太陽能電池，網版印刷後接觸405由鋁/矽合金層406與基板401隔開。
雖然此技術之選擇性射極方法允許改良之氫進入，但仍宜將峰值磷摻雜水準降低至每立方公分1×1020個原子或更低，加上後表面處之鋁合金區域406仍為氫槽。雖然氫可經由輕摻雜射極區域502進入電池塊體，但重摻雜區域507充分保護前接觸504避免受氫影響。在此電池類型中，氫 化仍與高溫下共同燒製後網版印刷鋁接觸505同時進行且因此仍應用以上添加摻雜劑至鋁漿料之策略。
簡單改良因此可藉由以下達成：
i)形成重摻雜層以遮蔽後合金區域，如上文所述之網版印刷太陽能電池一樣，在鋁漿料中使用少量摻雜劑雜質。
ii)減小非金屬化區域中之峰值磷摻雜濃度。
iii)在氫化之後的冷卻期間受控之照明及可能增加之照明。
施密特(Schmidt)選擇性射極
施密特選擇性射極類似於上文參考圖5所述之LDSE/Pluto電池，然而金屬射極接觸504下之摻雜區域507不如LDSE/Pluto電池實施例中重摻雜，因此不太有效地阻擋來自金屬接觸之氫。
Sunpower
參考圖6，Sunpower裝置包含具有紋理化表面614之n型基板601，該紋理化表面614具有n+前表面場609、二氧化矽前表面鈍化層611及前表面抗反射塗層613。p+擴散區域606在後表面之一部分上形成接面，且金屬接觸605經由二氧化矽鈍化層608接觸p+擴散區域606。與n型基板601之接觸係經由與p+擴散區域606交錯之n+擴散區域602。金屬接觸604亦經由二氧化矽鈍化層608與n+擴散區域602連接。
Sunpower裝置不具有用於後表面之專用氫化層或製程，因為所用基板已為高品質及高壽命(且由此昂貴)n 型結晶基板601。
簡單改良可藉由以下達成：i)添加後氫源且減少大部分後表面之峰值摻雜以免阻擋氫；ii)應用適當氫化，其將消除對高純度基板之需要，然而此電池設計中所用之高溫加工將與許多氫源不相容。
半導體指
使用半導體指之裝置類似於施密特選擇性射極，但使用雷射摻雜形成指，在此情況下此等裝置類似於LDSE裝置。
HIT電池
圖7中所說明之HIT裝置包含高品質切克勞斯基(Czochralski，CZ)製程結晶基板701，其在各表面上具有本徵非晶矽層715、716。n型非晶矽層706及透明導電氧化物層718在本徵非晶矽層之一716上形成，而p型非晶矽層702及透明導電氧化物層717在另一本徵非晶矽層715上形成。n型非晶矽層706之金屬柵極705在TCO 718上形成，而p型非晶矽層702之金屬柵極705在TCO 717上形成。
儘管HIT結構就有效氫化而言可能良好，但使用非晶矽層702、706、715、716將結構在不退化下可耐受之溫度限制於大約250℃之上限，其對習知氫化而言太低。如Sunpower設計之情況一樣，HIT電池中所用之矽晶圓701具有高品質及高壽命。
簡單改良可藉由以下達成：i)在低溫下諸如經由使用強光產生載流子及較佳氫電荷 狀態來進行氫化，在該情況下可使用較低品質及較低成本基板。
應用實例
圖8、9及10分別圖表說明具有100微秒少數載流子壽命之材料之1.5×1016塊體p型摻雜在氫化路徑下的分數H0濃度與溫度及照明之函數關係；具有100微秒之少數載流子壽命之1×1016塊體摻雜在低溫氫化路徑下的分數H0濃度及電子準費米能量；及n型矽中之費米能量(無照明)與摻雜濃度及溫度之函數關係。
退火後冷卻
目前，氫鈍化主要在400℃下或當與金屬燒製製程結合進行時在相對較高溫度(700℃至900℃)下進行。在此等後一情況高溫下，只要晶圓僅僅輕摻雜，費米能量就塊體材料而言即接近中間帶隙，且射極費米能量高於中間帶隙接近0.2eV，因此氫可以H0形式存在且由此更容易逃逸出射極區域。
在此等溫度下氫化之問題為避免驅使過多氫自裝置中出來、不能在更重摻雜區域中達成氫鈍化之較佳電荷狀態及需要使晶圓降回至室溫。在冷卻期間，鈍化之缺陷可再活化，且因為費米能階即使在輕摻雜塊體中亦將離開中間帶隙，因此為使其再鈍化，氫少數電荷種類之產生/平衡濃度將極大程度降低，其意謂未鈍化雜質之濃度將增加且晶圓壽命將減少。
為了防止此情況，可在照明下冷卻樣品，以使得少數載流子濃度維持於高水準下直至達至一定溫度，低於該 等溫度缺陷之氫鈍化熱穩定。甚至更宜隨著晶圓冷卻增加照明水準以保持少數載流子濃度更均勻。亦宜使用使既定量之晶圓產生之少數載流子數目最大化之光源加熱以免干擾晶圓冷卻。此意謂使低於矽帶隙之光子數目最小化且較佳使具有恰高於矽帶隙之仍可吸收於矽中之能階的數目最大化。注意，矽帶隙在冷卻製程期間變化。
實例1：在冷卻期間進行恆定照明之標準高溫氫化退火
此方法將由以下組成：高溫退火(約700℃)，隨後在足以一直維持電子準費米能量高於中間帶隙之恆定照明水準下冷卻，直至晶圓就下一製程而言足夠冷卻。此可在任何冷卻速率下進行，且一個可能實施方案將包含將光併入至內聯帶式爐之冷卻區域中。
實例2：在製程內受控之照明下的標準高溫氫化
如上，晶圓首先將在儘可能多之照明(高達數百個太陽之極限)下在高溫下氫化短時期。隨著晶圓冷卻，光強度亦將減小，以使得電子準費米能量保持於H0產生之理想區域(高於中間帶隙0.1-0.3eV)中。此可例如使用光強度經設定為隨著晶圓前進通過冷卻區而變得更弱之帶式爐達成。
實例3：在製程內控制兩個參數之組合熱與光源
在此製程中，藉由一個源提供製程之熱及光，其中選擇波長及周圍條件以使得載流子濃度一直保持於理想區域內。該種源可為具有可控制輸出及適當選擇輸出光譜之燈或如在局部氫化下論述之雷射。
低溫氫化
倘若可自介電質氫源釋放足夠氫，則可使用單一 熱與光源在經設定以使得在整個氫化製程期間電子準費米能量在高於中間帶隙0.15與0.25eV之間的熱條件下實現極有效氫化。
H0濃度隨溫度增加，只要費米能階可維持於此範圍中即可。因此，就設定之最大照明水準而言，藉由在最大照明下加熱至此照明使準費米能量移至以上概述之範圍之最小值的點，及隨後在使得費米能量保持於此範圍內之照明下冷卻，來獲得最有效氫化。
此製程之有效性可充分視可達成之最大光強度而定，但在10個太陽之照明下，可在350℃下實現同等於在700℃下所達成濃度之H0濃度，使其成為一個較低溫度且由此更相容之製程。
實例4：在恆定照明下之低溫氫化
在此實例中，氫化在低溫(300-500℃)下在足以使電子準費米能量達至所要水準之照明下進行。將在相同照明下使晶圓冷卻，且當照明及溫度使得由於H-之盛行而H0濃度減小時，溫度足夠低以便可避免顯著再活化。
實例5：在製程內受控之照明下的低溫氫化
如上，然而在此實施方案中，照明將隨著晶圓冷卻而減少以便維持電子準費米能量於所要範圍中。
實例6：在製程內控制兩個參數之組合熱與光源
在此製程中，藉由一個源提供製程之熱及光，其中選擇波長及周圍條件以使得在保持低於500℃之溫度下載流子濃度一直保持於理想區域內。
實例7：使用短波長光釋放氫
使用較低溫度之一個可能缺點為在較低溫度下較少氫自介電質層釋放。在整個晶圓中維持類似於上文所述者之條件，可使用短波長(藍-UV)高強度光源，藉由在晶圓之所要表面處施加局部加熱以增加氫自介電質之釋放，來自介電質釋放氫。
局部氫化 實例8：使用雷射用於局部氫化
雷射能夠提供在小區域內有效氫化所需之熱及光，藉由使適當選擇之雷射(受控之波長及功率強度)經過表面，可在將允許有效氫化之照明下將晶圓之小區域加熱至所要溫度，而晶圓其餘部分保持於低得多的溫度下。此允許晶圓之受控區域之氫化。雖然在使用雷射時同時移除光及熱源，但加工之局部區域中之電荷狀態可保持於所要狀態足夠久以允許在不損失氫化效應之情況下充足冷卻。
實例9：使用雷射用於摻雜劑雜質之受控再活化
就重摻雜p型矽而言，條件使得H+將為主要氫種類。此H+有效地使該等區域中之硼接受體鈍化且具有極低移動性(類似地對於其他p型摻雜劑，諸如鎵或鋁)。為了擾亂此接受體鈍化，必須提供熱及光以使得在該區域中存在合理數目之電子。藉由使用雷射供應熱及光，可使鈍化硼(或鎵或鋁)之局部區域再活化至其初始重摻雜。
實例10：成品電池之氫化
局部氫化之一優勢為能夠在不加熱晶圓之全部區域下進行氫化。存在一些區域，諸如故意重摻雜區域、金屬接觸或高熱膨脹失配區域，其在典型氫化製程下會退化， 但若使用局部氫化，則此等區域可不受干擾。此將允許藉由將熱及光施加於不存在不欲被干擾之金屬接觸或其他結構的區域來使成品裝置氫化。
進階實施方案 經調適用於內擴散之射極
為了使H0產生最大化，費米能階應為高於中間帶隙大約0.1至0.22eV，視溫度而定。就低於此水準之費米能階而言，H+為氫之主要電荷種類，同時就高於此水準之費米能階而言，H-為氫之主要電荷種類。確保約此水準之費米能階允許氫以H0及H+形式充分滲透在整個裝置中。如圖10中所示，就輕摻雜n型矽(諸如n型矽太陽能電池之塊體摻雜密度典型地在每立方公分1×1015-每立方公分1×1016範圍內)而言，可使用低溫達成所要費米能階。然而，就矽中之n型擴散而言，摻雜密度典型地高於每立方公分1×1019，且必須使用高得多的溫度來獲得高於中間帶隙0.1-0.22eV範圍內之費米能階。
若射極不必載運電流，則其可經最佳化用於氫滲透，然而若其必須載運電流，則在射極片電阻與有效氫化所需溫度之間存在權衡。
另一方法為調適射極以使H0產生最大化。若不需要接面長距離地載運電流(或完全不需要例如後接觸電池上之前接面或後浮動接面)，則就其深度之大部分而言，其可經調適以在某些所要溫度(氫化製程溫度)下具有接近理想的高於中間帶隙0.15-0.2eV之費米能量用於H0產生。可有利地使用經最佳化用於H0產生之後浮動接面，在該情況下可使 用模型化來確定既定電池設計之理想浮動接面。此應允許在大部分背表面內形成經最佳化用於H0產生之區域，提供用於氫內擴散之源。
氫捕獲
為了使氫化之有效性最大化，必須在氫化或任何後續製程期間防止氫逃逸出晶圓。此外，不希望使一些區域、最尤其金屬接觸(其依賴於損壞表面以形成歐姆接觸)氫化。應防止氫達至之其他特徵為氫槽，在電池生產中最常見氫槽為鋁合金區域及金屬/矽界面。
防止氫逃逸及控制氫化之各種方法概述於下文。
i)可在電池兩側提供氫源(氫擴散梯度隨後將防止自表面逃逸)。
ii)在關鍵位置處使用重摻雜區域(非鋁合金區域)以阻擋氫流。該等重摻雜區域極大地減小氫移動性且控制氫電荷狀態，有效阻擋擴散通過此等區域。該種區域之一實例為射極接觸處之重摻雜區域。
iii)使用內部電場來驅逐特定電荷狀態之氫或促進其內擴散。
使用表面電荷
可使用帶正電荷表面來逆轉p型表面，其中此層深度視下層材料中之電荷載流子濃度而定。此經逆轉區域隨後應具有較高H0及H-平衡濃度。
氮化矽或氮氧化矽中之表面電荷為正且在某種程度上可控制且可用於調適此參數。另外，當施加於此等層上時，陽極氧化鋁增加表面正電荷密度，使操縱之潛在範圍 增加。
例示性結構
可用於允許有效氫化之許多例示性結構呈現於下文。此等結構決非詳盡的，但適用於說明上文概述之一些設計原理。
實例11-具有經遮蔽接觸之雙側氫源
參考圖11，圖解說明具有具備網版印刷接觸之雙側氫源之太陽能電池(DSHS電池)。此電池具有p型材料之基板1101，該基板具有輕摻雜n型射極區域1102，該n型射極區域1102在前金屬接觸1104下具有重摻雜n型區域1107，該等前金屬接觸1104通過充當鈍化層及氫源之前表面介電質層1103。後表面具有充當鈍化層及氫源之後介電質層1112。後金屬接觸1105在離散點1118處通過後介電質1112，在該等離散點1118下形成重摻雜p+區域1119，該等重摻雜p+區域1119使後金屬點接觸1118與基板1101隔離。
實例12-具有浮動接面之雙側氫源
圖12說明具有後浮動接面之DSHS電池。此電池基本上與圖11中所說明相同，但其中n型後浮動接面1221在基板1101與後介電質層1112之間形成且藉由擴散或藉由逆轉表面電荷而形成。n型區域1221旨在增加鈍化且增加H0產生且p+區域1119延伸通過n型區域1221。
實例13-具有後阱之單側氫源
圖13說明具有後阱之單側氫源，其具有類似於圖11及12中說明之電池之前表面結構的前表面結構。圖13中說明之電池之後面的不同之處在於，如在先前所述之網版 印刷太陽能電池中，後金屬接觸1305接觸整個後表面，且鋁後接觸1305下面之合金區域1306(鋁矽合金)由阱1322與基板1101隔開。阱1322可形成為重硼(或鎵或鋁)摻雜(亦即p++)區域或例如藉由摻雜梯度形成之內部電場。
實例14-LDSE太陽能電池之加工順序
現將描述用低品質單晶晶圓形成之雙側雷射摻雜之選擇性射極(LDSE)太陽能電池的可能加工順序：
1. 鹼性紋理化：
進行鹼性紋理化以自晶圓表面移除切割損壞且產生具有正棱錐體之由寬度小於大約5μm之裸露的111平面組成的表面。此藉由將晶圓浸於含有低濃度(<5%)氫氧化鉀蝕刻劑及異丙醇(IPA)之化學浴中來達成。或者，製造可在不使用IPA下達成相同結果之新溶液。
圖14中見到其初始步驟之產物，其中：使用具有每立方公分1×1015至1×1017個原子之塊體摻雜的p型矽晶圓1401；該晶圓具有鹼性紋理化表面，其中棱錐體1414具有小於大約5μm之底寬。
2. 擴散前清潔：
使用擴散前清潔自晶圓1401之表面移除任何污染物，隨後進行後續高溫擴散及推進步驟。此藉由將晶圓1401浸於清潔溶液中來達成。清潔溶液可介於以下範圍內：1)最澈底RCA(ECN)清潔，其由以下3個步驟組成：鹼性清潔以移除有機物、酸性蝕刻以移除金屬及隨後HF浸漬以移除任何天然氧化物； 2)組合HCL：HF清潔，其在大多數商業應用中用於移除金屬雜質；3)HCL清潔、隨後HF浸漬，其為第二最常用替代方案。
3. 磷擴散：單晶低純度矽
使用前及後磷擴散達成低於每立方公分1×1020個原子之表面濃度及約>150歐姆/平方(ohms/sq)之射極片電阻(選擇性射極設計之工業標準為100-120歐姆/平方，表面濃度為約2×1020)。此使用重擴散(20-50歐姆/平方)、隨後回蝕產生所要片電阻來達成。或者，可使用具有長推進之光擴散，其亦可給出相同結果。
參考圖15，以上製程產生圖中所示之以下額外特徵：後表面磷擴散可產生比後續前表面擴散更輕之後表面擴散區域1506，產生>200Ω/sq之片電阻及<每立方公分1×1019個原子之表面濃度，然而後表面擴散1506亦可具有類似於前表面擴散之濃度。
前表面磷擴散宜產生具有120-200Ω/sq之片電阻及<每立方公分1×1020個原子之表面濃度的前表面擴散區域1502。
4. 後回蝕
已擴散至矽晶圓之後表面中且已在其中形成射極區域之磷由後回蝕製程移除。此藉由僅使後表面曝露於蝕刻溶液來達成，該蝕刻溶液在後面移除含有磷之矽晶圓區域。此在當前市售實施方案中藉由使晶圓1401於化學浴上移動來達成。隨後在浴中產生波狀運動，其允許化學物達至晶 圓之後表面而非前面。化學浴之蒸氣亦可用以輕微回蝕前表面，且此可替代前回蝕用以減小前射極之表面濃度。此蝕刻亦宜使後表面平面化。
圖16展示後表面回蝕已移除p+摻雜層1506之後的晶圓狀態。
5. PECVD氫源沈積
使介電質層沈積於前及後表面上，其將充當後續氫化退火之氫源。介電質層宜含有至少10%原子氫。介電質層亦宜提供充分表面鈍化且充當抗反射塗層。此可藉由將氫離子併入使用電漿增強化學氣相沈積(PECVD)生長之氮化矽或氮氧化矽膜中來達成。在兩種情況下，均通常使用矽烷(SiH4)作為待併入膜中之矽及氫之源。
參考圖17，當裝置在氫源沈積之後出現時展示其，其中：已沈積前表面介電質及氫源1703，其包含SiNx-Hy或SiOxNy-Hz，含有至少10%原子氫，在約600nm下具有最小化反射，且折射率在1.8-2.5之間。
已沈積後表面介電質及氫源1712，其包含SiNx-Hy、SiOxNy-Hz或Al2O3及至少10%原子氫，折射率為2.0-3.0。
6. 後雷射摻雜
在後表面上產生圖案化區域，其適用於金屬接觸(線開口或點接觸)。圖案化區域由上覆於基板之介電質已脫落且下層矽區域已重摻雜至p型的區域組成。
為了達成此，用硼源(硼旋塗摻雜劑-例如聚硼 膜(Poly Boron Film，PBF1))塗佈晶圓之後表面。參考圖18，隨後使用雷射1820，同時在介電質1712中產生開口且藉由產生將硼源與矽混合之熔融區域而摻雜下層矽。儘管在此實例中使用硼，但亦可使用鍺或鋁作為p型摻雜劑。
在圖18中，可見硼雷射摻雜區域1819，在介電質1712中之開口1818下形成。摻雜區域1819之深度為2-10μm，具有>每立方公分1×1018個原子之摻雜。
7. 前雷射摻雜
在前表面上產生由重摻雜n型區域組成之圖案，其適用於金屬接觸(指及母線)。與後表面一樣，前表面上之介電質亦在上覆於將形成重摻雜n型材料之區域的區域中脫落。參考圖19，此藉由用磷源(例如磷酸-H3PO4)塗佈晶圓1401之前表面來達成，且隨後使用雷射1920，同時在介電質1703中產生開口且藉由產生將磷源與矽混合之熔融區域而摻雜下層矽。
在圖19中，可見磷雷射摻雜區域1907，在前表面介電質1703中之開口1923下形成。所得n型區域之深度為2-10μm，具有多於每立方公分1×1019個原子之摻雜。
8. 高溫氫化
使用經改進之帶式爐(參見圖31)進行高溫氫化，以使得在退火及冷卻期間照明維持於超過1個太陽之水準下。此可經由使用直接定位於晶圓及帶上之燈來實現。此等燈亦宜為氫化製程之熱與照明源。可用儘可能亮的照明(針對安全性等，至多100個太陽)將晶圓加熱至600與800℃之間的溫度。僅需要將晶圓曝露於此溫度達5秒與一分鐘之間。 或者，退火可在較低溫度下較長時期，諸如在350℃下15分鐘，且一般而言在300-400℃之間10-20分鐘。
冷卻期間之照明宜大於1個太陽，理想地產生足以維持電子準費米能量高於中間帶隙0.1eV以上的載流子。照明之上限由晶圓以合理速率冷卻之需要給出，因此由照明產生之熱必須比自晶圓向其周圍損失之熱少得多。此可藉由降低照明溫度或藉由冷卻氛圍來達成。或者，照明可為脈衝的，且依賴於材料之壽命以在連續脈衝中間維持充足少數濃度且由此維持少數氫電荷種類濃度。
9. 鋁濺鍍
將鋁層塗佈於晶圓之後表面上以充當後電極。此藉由在低壓室中將鋁濺鍍於晶圓後面上來達成。此應在不影響介電質下塗佈裝置後面，以使得鋁接觸後面上之任何曝露矽且在其他任何位置均不存在接觸。應沈積1與20μm之間的鋁。
參考圖20，藉由用1-20μm深之鋁濺鍍於p型區域1819及剩餘介電質層1712上來施加後鋁接觸2005。
10. 光誘導之鍍鎳
沈積薄鎳層(<2μm厚)以黏附於且接觸晶圓1401之前面上的n型區域1907之矽。此藉由照明晶圓(用大約1個太陽之照明水準)同時將晶圓浸於含有鎳之電解質中達成。在照明下穿越晶圓顯現之電位驅動電鍍反應，其中鎳沈積於曝露之n型矽上。或者可使用外部電極用所施加之輔助電位源提供或增強電鍍電位。
11. 鎳燒結
燒結鎳，以使得實現鎳與矽表面之間的充分黏附。在氮氣環境中在300與500℃之間的溫度下短期退火將提供充足燒結。在工業中，此通常在帶式爐中進行。為了維持充分氫化，宜在鎳燒結爐中及在晶圓仍在高溫下之冷卻區域中提供強照明。
參考圖21，用鎳2104電鍍n型區域1907，其在燒結步驟期間在氫化進行下燒結。鍍鎳接觸為<2μm厚。
為了在鎳燒結步驟期間促進氫化，可使用經改進之帶式爐。在此爐中，所用燈宜發射主要在可見至近紅外線範圍內之照明，以在加熱區域中提供溫度與照明。較佳將氮氣維持於加熱區域中。亦宜將晶圓1401曝露於350-450℃之間的溫度長達5分鐘，且隨後冷卻。
亦宜在冷卻期間藉助於如上之燈維持照明，且可藉由冷卻氛圍或藉由改進燈強度達成冷卻，以使得晶圓仍可在快速速率下冷卻。
12. 光誘導之鍍銅
隨後在已沈積之鎳上鍍銅層(高達20μm厚)以充當前金屬接觸中之載流子。此藉由照明晶圓1401(在大約1個太陽之照明下)同時將其浸於含有銅之電解質中達成。在照明下穿越晶圓顯現之電位驅動電鍍反應，從而銅沈積於現有鎳層2104頂上。或者可使用外部電極用所施加之輔助電位源提供或增強電鍍電位。
參考圖22，用銅層2224電鍍鎳前接觸2104，其中銅為高達20μm厚。
實例15-具有後浮動接面之LDSE太陽能電池的加工順序
現將描述用多晶晶圓形成之具有後浮動接面的雙側雷射摻雜之選擇性射極(LDSE)太陽能電池的另一可能加工順序：
1. 酸性紋理化
參考圖23，製程以具有每立方公分1×1015至1×1017個原子之塊體摻雜的p型多晶矽晶圓2301為起始材料。多晶矽晶圓2301包括內部晶粒邊界2330，其為重要複合位點。使用酸蝕刻自多晶晶圓表面移除切割損壞區域且產生粗糙化表面以便減少反射。此藉由將晶圓浸於含有HF及HNO3之酸性蝕刻劑中來達成，該酸性蝕刻劑回蝕晶圓2301之矽表面。因為在缺陷區域中蝕刻由於反應之放熱性質而極大地加速，所以在表面上產生蝕刻孔(或坑)2314，其用以使晶圓表面粗糙化以幫助光陷於成品裝置中。此等蝕刻孔將典型地具有小於20μm之特徵尺寸。
2. 擴散前清潔
進行擴散前清潔以自晶圓2301之表面移除任何污染物，隨後進行高溫擴散及推進步驟(之後)。清潔藉由將晶圓浸於清潔溶液中來達成，該清潔溶液可包含最澈底RCA(ECN)清潔，其由以下3個步驟組成：i)鹼性清潔以移除有機物；ii)酸性蝕刻以移除金屬；及iii)HF浸液以移除任何天然氧化物。
或者，清潔可包含組合HCL：HF清潔，其在大多數商業應用中用於移除金屬雜質。最終，可使用HCL清潔、隨後HF浸漬，其為商業上第二最常用替代方案。
3. 磷擴散：多、低純度、前及後接面
使用磷擴散在基板2301之塊體與前擴散區域2402之間產生前接面且在基板2301之塊體與後擴散區域2431之間產生後浮動接面，且如圖24中所示。前擴散2402宜具有低於每立方公分1×1020個原子之最終表面濃度、120與200歐姆/平方之間的片電阻及沿著晶粒邊界2330之顯著磷擴散以將晶粒邊界與p型塊體隔離且減少晶粒邊界處之氫損失。
就低純度多晶晶圓而言，磷擴散理想地應最初為重的(20與50歐姆/平方之間)，具有長期低溫(<800℃)推進步驟以允許磷沿著晶粒邊界2330擴散且電隔離晶粒邊界。
此之後應為回蝕，以將前表面濃度減小至低於每立方公分1×1020個原子且提供120與200歐姆/平方之間的最終射極片電阻。一替代性方法為在長期推進(在低溫下)下進行光磷擴散以達成相同結果。
在此實施方案中，兩側應同時擴散，其中後表面接收較低劑量之磷，或經很大程度回蝕，以使得產生具有>250歐姆/平方之片電阻及少於每立方公分2×1019個原子之表面濃度的後擴散區域2431。
4. PECVD氫源沈積(兩側)
參考圖25，隨後沈積前介電質層2503及後介電質層2512以充當後面氫化退火之氫源。介電質層2503及2512應含有至少10%原子氫。介電質層2503及2512亦宜提供充分表面鈍化且充當抗反射塗層。此可藉由將氫離子併入使用電漿增強化學氣相沈積(PECVD)生長之氮化矽或氮氧化矽 膜中來達成。在兩種情況下，矽烷(SiH4)均常用作待併入膜中之矽與氫源。應在沈積之前使用HF溶液清潔晶圓2301且移除任何表面氧化物膜。前介電質層2503宜在600nm下具有最小化反射且折射率為1.8-2.5，而後介電質層2512較佳應具有2.0-3.0之折射率。
5. 後雷射摻雜
隨後如圖26中所示，在後表面上通過後介電質層2512產生p型區域2619之重摻雜圖案，其適用於金屬接觸(線開口或點接觸)。為了產生重摻雜p型區域2619，用硼源(硼旋塗摻雜劑-聚硼膜(PBF1))塗佈後表面，且隨後使用雷射1920，同時在介電質層2512中產生開口2618且藉由產生將硼源材料與矽混合之熔融區域而摻雜下層矽，以形成具有2-10μm之深度及大於每立方公分1×1018個原子之摻雜濃度的p型區域2619之重摻雜圖案。注意，亦可使用其他p型摻雜劑(諸如鎵或鋁)替代硼。
6. 前雷射摻雜
隨後如圖27中所示，在前表面上通過前介電質層2503產生n型區域2707之重摻雜圖案，其適用於與射極2402之金屬接觸(指及母線)。為了產生重摻雜n型區域2707，用磷源(磷酸)塗佈前表面，且隨後使用雷射1920，同時在介電質層2503中產生開口2723且藉由產生將磷源材料與矽混合之熔融區域而摻雜下層矽，以形成具有2-10μm之深度及大於每立方公分1×1019個原子之摻雜濃度的n型區域2707之重摻雜圖案。
7. 高溫氫化
使用經改進之帶式爐進行高溫氫化步驟，以使得在退火及冷卻期間照明維持於超過1個太陽之水準下。此可藉由使用直接定位於晶圓2301及帶上之燈來實現。此等燈將為氫化製程之熱與照明源。
用儘可能亮的照明(針對安全性等，至多100個太陽)將晶圓加熱至600與800℃之間的溫度。僅需要將晶圓曝露於此溫度達5秒與一分鐘之間。或者，與先前實例一樣，退火可在較低溫度下較長時期，諸如在350℃下15分鐘，且一般而言在300-400℃之間10-20分鐘。
冷卻期間之照明應大於1個太陽，理想地產生足以維持電子準費米能量高於中間帶隙0.1eV以上的載流子。照明之上限由晶圓以合理速率冷卻之需要給出，因此由照明產生之熱必須比自晶圓向其周圍損失之熱少得多。退火步驟可在如下文參考圖31所述之帶式爐中進行。
8. 鋁濺鍍
將鋁層2805塗佈於晶圓後表面上以接觸重摻雜p型區域2619且充當後電極。此藉由在低壓室中將鋁濺鍍於晶圓後面上來達成。此應在不影響介電質層2512下塗佈裝置之後面，以使得鋁層2805接觸後面上之重摻雜p型區域2619之任何曝露矽且在其他任何位置均不存在接觸。宜沈積1與20μm之間的厚度之鋁。
9. 光誘導之鍍鎳
如圖29中所示，在晶圓2301前面於重摻雜n型區域2707上電鍍薄鎳層(<2μm厚)2904以僅黏附且接觸重摻雜n型區域2707中之矽。
此藉由照明晶圓2301(大約1個太陽)同時將晶圓浸於含有鎳之電解質中達成。在照明下穿越晶圓2301顯現之電位驅動電鍍反應，其中鎳沈積於曝露之n型矽上。
或者可藉由使用外部電極用所施加之輔助電位源提供或增強電鍍電位。
10. 鎳燒結
晶圓2301前面上的重摻雜n型區域2707上之鎳層2904需要燒結，以使得在鎳與矽表面之間達成充分黏附。在氮氣環境中在300與500℃之間的溫度下短期退火為充足的，且PV工業中用以達成所需燒結之標準方法通常在帶式爐中進行。為了維持充分氫化，在鎳燒結爐中及在晶圓仍在高溫下之冷卻區域中應有強照明。
11. 具有改良氫化之鎳燒結(上文所述之鎳燒結之替代方案)
為了在鎳燒結步驟期間促進氫化，可使用經改進之帶式爐。在經改進之帶式爐中，可藉由在加熱區域中使用爐燈達成同時加熱及照明，該等燈發射主要在可見至近紅外線範圍內之光。當晶圓在加熱區域中時，亦宜將其維持於氮氣氛圍中。宜將晶圓曝露於350-450℃之間的溫度長達5分鐘，且隨後冷卻。在冷卻期間，可藉助於如上之燈維持照明，同時使用冷卻空氣或改進燈強度以在快速速率下冷卻晶圓。
12. 光誘導之鍍銅
在鎳層2904上需要高電流導體充當前金屬接觸之載流子，且此藉由用銅層鍍於鎳層2904上提供，該銅層可為高達20μm厚。鍍銅藉由照明晶圓2301(用大約1個太陽 之照明水準)同時將晶圓浸於含有銅之電解質中達成。在照明下穿越晶圓顯現之電位驅動電鍍反應，從而銅沈積於現有鎳層2904頂上以形成銅端3024。
或者可藉由使用外部電極用所施加之輔助電位源提供或增強穿越晶圓2301顯現之電位。
帶式爐改進
參考圖31a，說明第一經改進之帶式爐3101。與習知帶式爐一樣，圖31a之爐具有抗熱帶3102，例如金屬連接型帶，其通過爐且自各端延伸用於裝載及卸載。爐具有加熱區3105及冷卻區3106，帶通過該等區。與一些習知帶式爐一樣，加熱區具有加熱燈3103，其直接在帶3102處加熱且加熱帶上載運之任何東西，諸如在製程中進行氫化以製造太陽能電池之晶圓3111。加熱燈3103典型地產生輻射熱且可為產生大量輻射熱之高功率光，諸如紅外線燈。在本發明之經改進之帶式爐中，加熱器可為高功率光，其經選擇(或不同地驅動)以亦提供高水準之光。或者，亦可視情況提供補充照明3109。理想地，可在加熱區3105中提供至多100個太陽之光水準。在習知帶式爐之冷卻區中，冷卻在黑暗中進行。然而，在本發明之經改進之帶式爐3101中，在冷卻區3106中提供燈3104，以使得在冷卻期間可照明在帶式爐中加工之太陽能電池。冷卻區中之燈3104宜提供比加熱區中之燈少之加熱。此可藉由使用冷卻器或更有效(例如非紅外線)燈或藉由使用紅外線燈且採取措施使加熱效應最小化或提供額外強制冷卻來達成。舉例而言，冷卻區3106中之燈3104可為脈衝的(利用光誘發之電荷狀態之壽命)以減少其平均熱輸出。 或者，冷卻區3106可視情況藉由使用進氣扇3107及排氣扇3108使冷卻空氣通過冷卻區以抵消燈3104之任何加熱效應來冷卻，從而更快速使目標裝置低於裝置中之氫鈍化缺陷將變得穩定之溫度。冷卻空氣可為冷的。或者，可在低溫下引入其他氣體以幫助冷卻。
參考圖31b，說明第二經改進之帶式爐3101。與習知帶式爐以及先前實例一樣，圖31b之爐具有耐熱帶3102，例如金屬連接型帶，其通過爐且自各端延伸用於裝載及卸載。爐具有加熱區3105及冷卻區3106，帶通過該等區。與一些習知帶式爐一樣，加熱區在此情況下具有板式加熱器3110，其引導來自帶3102下面之熱以加熱帶上載運之任何東西，諸如在製程中進行氫化以製造太陽能電池之晶圓3111。在此情況下，由於在使用板式加熱器的習知帶式爐之加熱區中不存在照明，因此在加熱區3105中提供補充照明3109。同樣，理想地，可在加熱區3105中提供高達100個太陽之光水準。在習知帶式爐之冷卻區中，冷卻在黑暗中進行。然而，在本發明之經改進之帶式爐3101中，與先前實例一樣，在冷卻區3106中提供燈3104，以使得在冷卻期間可照明在帶式爐中加工之太陽能電池。圖31b之冷卻區3106可與圖31a之冷卻區相同。
脈衝照明
如上文所提及，宜使用光源脈衝來實施氫化或其他熱製程之後的冷卻製程。脈衝照明允許控制載流子濃度(且由此控制氫電荷狀態)同時使入射於晶圓上之能量最小化以促進冷卻。
一般而言，光諸如藉由使光強度脈衝或勻變而隨時間變化允許控制氫電荷狀態，尤其在溫度變化期間，該等溫度變化通常導致電荷狀態變化且通常不可控制。即使在氫化之峰值溫度期間，使用脈衝照明亦允許載流子濃度在允許各氫電荷狀態產生之範圍內移動。此增加氫用於使矽內各種缺陷及污染物鈍化之反應性。
照明脈衝亦允許利用不同氫電荷狀態之壽命。舉例而言，由於氫與一些缺陷鍵結需要電子，因此宜在p型矽中具有與H原子締合之電子。氫種類之壽命有限且視電荷狀態而定。舉例而言，H-相對穩定，壽命典型地為1秒，且因此p型矽可經例如數毫秒之照明、隨後移除照明例如100倍更長時間(亦即數百毫秒)的短脈衝而脈衝，在此期間H原子可保持其負電荷狀態，提供電子用於與缺陷鍵結。照例，為了維持所要電荷狀態，光可經恰比所要電荷狀態種類之預期壽命短的時期脈衝。此避免了傾倒大量熱化能量至矽中，因此干擾少數載流子濃度，且減輕了選擇具有恰高於帶隙能量之能量(頻率)的照明源之需要。使各種缺陷鈍化需要高濃度之所有電荷狀態。因此，勝於設法在樣品冷卻時精確控制照明水準，較容易的是用恰比具有最短壽命之氫種類的壽命短之脈衝時期使光脈衝，因此容易產生高濃度之所有氫電荷狀態。
H-與H0在p型矽中反應性均大得多但其在低溫下極少。H-及H0更大量之高溫加工的問題為，在製程完成之後必須再次冷卻矽，且在冷卻期間(黑暗中)，H返回至H+，改變平衡點，且許多缺陷等再活化，擾亂高溫製程期間獲得 之大部分效應。氫化期間之照明允許在較低溫度下更有效氫化。冷卻期間之照明允許將對氫電荷狀態之控制延長至先前氫恢復至不希望之電荷狀態的此製程階段。諸如藉由使照明強度脈衝及/或勻變改變照明強度(或改變工作循環以隨時間有效改變照明)允許在加熱階段及冷卻階段期間更大地控制氫電荷狀態。
實例16：任何熱製程(諸如氫化及金屬燒結)之後在圖31a或31b之帶式爐之冷卻區中使用脈衝燈的冷卻
此實例使用在兩個表面上均具有氫源介電質(諸如SiNx或SiNxOy或AlOx)之0.3歐姆-公分p型CZ晶圓。對於氫化，熱區溫度可為700℃，而帶速度可為5000毫米/分鐘。在熱區3105之長度為8公尺的情況下，此給出67秒之加熱時間(在該種高溫下，氫化製程僅需要短時期-較低帶速度會使氫源損耗)。輔助燈3109(圖31a或31b)之光脈衝的峰值光強度可為5W/cm2，以頻率1kHz脈衝，脈衝持續時間為0.1毫秒。在此實例中，脈衝不太重要，因為連續輔助燈源3109之加熱影響對溫度影響較小。然而，使光強度脈衝或勻變仍可有益於確保氫以各電荷狀態存在以增強其反應性。在加熱期間，視需要控制熱區3105中紅外線燈3103(圖31a)或板式加熱器3110(圖31b)之功率以達至700℃之設定溫度，然而可在較低功率下操作與熱區之入口端相鄰之燈以便使電池最初曝露於較低溫度，隨後使電池之溫度逐漸上升至設定溫度。
在冷卻區中，燈可為產生低組分之波長比1.2微米長之紅外光的類型。視所用燈之類型而定，可以相當抗/耐 熱方式罩著(安裝)燈，經安裝以經受高達約300℃之溫度。如圖31a及31b中所示，帶式爐設計包括將熱區3105與冷卻區3106分隔之壁，具有允許帶3102及晶圓3111通過同時使熱區3105向冷卻區3106之熱傳遞最小化的小縫。
冷卻區3106中之燈3104可為呈高密度矩陣之LED之總成，以允許在適合光譜下至晶圓表面上之光強度在0.1至10個太陽範圍內。可視需要使用光學元件用於聚焦以增加至晶圓表面上之光強度。燈3104可以1Hz至1kHz範圍內之頻率脈衝，相應脈衝持續時間為0.01毫秒至0.5秒。舉例而言，對於在兩個表面上均具有含氫介電質層、剛在帶式爐之熱區3105中完成熱製程且以5000毫米/分鐘之帶速度移動至冷卻區3106中的0.3歐姆-公分p型矽晶圓，可使用波長鄰近1微米且以50Hz脈衝且脈衝持續時間為1毫秒之高功率LED光的高密度陣列來沿著冷卻區3106之長度提供以下照明強度梯度：至冷卻區中0-20cm-40mW/cm2之峰值光強度
至冷卻區中20-40cm-80mW/cm2之峰值光強度
至冷卻區中40-60cm-120mW/cm2之峰值光強度
至冷卻區中60-80cm-150mW/cm2之峰值光強度
至冷卻區中80cm及之外-200mW/cm2之峰值光強度。
當然，峰值光強度中之梯度可設定成隨至冷卻區中之距離而實質上不斷變化(增加)。理想地，光強度可在10mW/cm2至10W/cm2之範圍內變化。作為替代光源，可經由光學纖維將雷射光脈衝傳遞至冷卻區中以達成遠超過10W/cm2且例如高達100W/cm2之光強度。
冷卻條件應使得在晶圓離開冷卻區3106之照明之前溫度下降至低於100℃。
實例17：在低溫(300℃)下使用脈衝光藉由控制氫電荷狀態來控制氫移動性及反應性之氫化
此實例使用在兩個表面上均具有氫源介電質(諸如SiNx或SiNxOy或AlOx)之2歐姆-公分p型CZ晶圓。對於氫化，熱區3105之溫度可為300℃(在此情況下不需要勻變)，而在8公尺之長度上帶速度可為1000毫米/分鐘(在較低熱區溫度下，就氫化製程而言更多時間較佳)。輔助燈3109(圖31a或31b)之光脈衝的峰值光強度可為1W/cm2，以頻率1kHz脈衝，脈衝持續時間為0.1毫秒。輔助燈3109(圖31a或31b)之光脈衝的峰值光強度可為5W/cm2，以頻率1kHz脈衝，脈衝持續時間為0.1毫秒。
在此實例中，冷卻要求不太高，因為晶圓在其進入冷卻區3106時僅在300℃下。此更像實例16中之冷卻製程之末端。雖然燈構型將與實例16之燈構型類似，但峰值強度將更高。當晶圓離開熱區3105且進入冷卻區3106時，將熱區中所用之脈衝光的高峰值光強度在冷卻區3106之最初20cm中維持於1W/cm2下或甚至增加至例如2W/cm2，在接下來50cm中上升至大約5W/cm2。至晶圓已向冷卻室中移動70cm之時，晶圓將已適當冷卻。在此冷卻製程期間，與熱區相比，不必改變脈衝頻率或持續時間。在此情況下，熱區3105中之光將需要耐受至少300℃。
實例18：光脈衝與在矽表面上經由介電質層內沈積之電荷建立之靜電場或施加電場結合幫助H滲透至矽中
在此實例中，可如實例17中所用使用相同設備及脈衝條件，但在此情況下，脈衝允許在H滲透至矽表面中時控制H電荷狀態，因此使其移動性急劇增加，幫助氫滲透至矽內深處。可使用下文實例19至25中所述之技術建立靜電場或電場。在建立之靜電場或外部電場下，將如實例17中所述使用類似氫化及冷卻程序。
局部氫化
參考圖32，說明與圖22之裝置類似之裝置，然而在此情況下，裝置為在兩個表面上均包括保護性密封劑3240之成品電池。可在電池製造期間及在如圖32中所示電池完成之後的任何時間進行局部氫化製程。局部加工涉及在電池之小區域上進行氫化以避免損壞會由過量熱或不適當氫化損壞之電池結構部分。若較大區域需要氫化，則此可藉由在待加工之裝置區域上以例如避免過量加熱整個裝置之速率掃描熱及光源而逐漸達成。
參考圖32，加熱可藉由雷射3242達成，該雷射加熱且照明裝置之小區3241。可使雷射散焦以加熱較大區域且避免由於雷射在裝置表面上緩慢掃描而過度加熱。亦可使雷射脈衝以允許進一步控制溫度及照明條件。當雷射移動至新區(例如藉由掃描至相鄰區)時，先前區將由於經由裝置塊體帶走熱而快速冷卻。因此，在冷卻期間不需要直接照明先前區，因為冷卻足夠快速進行，所以加熱/照明該區期間產生之氫電荷狀態將具有充足壽命保持存在，直至該區已足夠冷卻而避免氫化逆轉。
局部熱及光源亦可為另一類型之光源，而非雷 射。舉例而言，該源可為紅外光源，其經聚焦及屏蔽以僅在任何既定時間照明裝置之所選區域。亦可使光源脈衝以控制施加於氫化區之溫度及照明水準。
此技術具有以下優勢，即倘若在製造中充足氫源材料併入電池中，則其可尤其用於經安裝之太陽能電池陣列上，以修復或復原實地已退化之電池。其亦可在製造期間用以避免使前進至製造製程中過度加熱整個裝置會損壞電池之點的電池損壞。舉例而言，有可能處理遠離金屬化之區域，同時避免加熱金屬化區域，該等金屬化區域若經過度加熱則會導致金屬滲透下層接面。
控制矽中氫之電荷狀態之靜電效應
為了使氫進入恰當電荷狀態以便其可深深滲透至矽晶圓中，可操縱晶圓表面上之費米能階以產生使氫呈其中性電荷狀態(H0)之有利條件。此可使用靜電效應-使用光強度與介電質層中之電荷的組合來操縱晶圓表面上之載流子濃度進行。
實例19-在後面具有由氮化矽及光或熱誘導之反轉層的後鈍化p型太陽能電池
參考圖33，說明在p型基板3301上形成之電池。在頂表面上形成n型射極3302，其中氮化矽層3303在射極上。金屬射極接觸3304延伸通過氮化矽層3303中之開口以接觸n型射極3302。在基板3301之後表面上形成另一氮化矽層3312，且在後氮化矽層3312中之開口3318下形成重摻雜p型基極接觸區域3319。金屬點接觸3321通過氮化矽層3312中之開口以接觸重摻雜矽區域3319，該等重摻雜矽區域3319 將金屬點接觸與p型晶圓塊體隔離。可使用許多方法來製造具有圖33中所示之基本構型的電池，且例如可使用參考圖14至22所述之方法。後氮化矽層3312中之固定正電荷可在p型矽中產生靜電誘導反轉層3322，增加表面上之電子濃度。可添加額外正電荷至後氮化矽層3312以增加反轉。隨後可使用熱及光進行氫化以產生使氫自後氮化矽層3312釋放至p型材料中之條件。藉由調節光強度，可控制表面上之載流子濃度，以使得費米能階在形成高濃度H0之恰當水準(理想地接近高於中間帶隙0.2eV)下，其將不受任何電場或庫侖效應妨礙。在使用具有固定負電荷之介電質(諸如氧化鋁)時相同方法可應用於n型矽。
實例20-在實例19之方法中使用脈衝光或熱源
使用脈衝光或熱進行以上實例16之氫化製程具有以下益處：當使光或熱脈衝時(圖33)增加晶圓表面上之載流子濃度以產生形成高濃度H0(理想地費米能階將接近高於中間帶隙0.2eV下)所需之條件。當脈衝結束時(圖34)，矽返回至其初始狀態，但額外H0將保持一段時間。脈衝移除之後保持於反轉層中之任何氫隨後亦可移動至不受電場妨礙之p型矽中。藉由使光或熱源脈衝，雖然不將樣品加熱至與使用連續光或熱源時相同之程度，但可產生H0。
與實例16一樣，在使用具有固定負電荷之介電質(諸如氧化鋁)時實例17之技術可應用於n型矽。
實例21-在實例19或20之氮化矽層上使用陽極氧化鋁(AAO)層以添加額外電荷及氫源
參考圖35，在氮化矽膜之表面上使用陽極氧化鋁 (AAO)層3524與僅使用氮化矽相比可添加額外氫源以及介電質堆疊中整體增加之正電荷。此可在p型矽3301中誘導更強反轉層，意謂達至產生H0之最佳費米能量需要經由使用光或熱產生更少載流子。
實例22-在實例19或20之介電質層上使用電離槍故意沈積額外電荷
參考圖36，可使用電離槍3625故意沈積額外電荷至後介電質層3312，其產生更強反轉層3322。此可在由熱及/或光產生之載流子濃度增加之前使帶隙進一步偏轉，且因此達至產生H0之所要費米能階需要經由熱或光產生更少載流子。此處所用實例為針對p型，其中將額外正電荷注入至氮化矽上。
內部電場將改變氫電荷狀態以允許其藉由擴散深深滲透至矽晶圓中。施加外部電場導致氫離子藉由在矽晶圓內漂移而移動。可藉由在晶圓上產生電位差同時在介電質層3312處導引光脈衝來同時產生氫之漂移及擴散。
實例23-使用外部電場
參考圖37，可見，在退火之後，H+已捕獲於p型區域內。藉由與光脈衝同時施加電場(圖38)，可在矽內操縱H+之移動。
實例24-使用外部電場
參考圖39，使用提供氫源之介電質層且施加外部電場(及光源)至介電質層上，如圖40中所示氫自介電質層釋放。
實例25-在陽極化期間使用施加電場至矽晶圓，且將氫注 入至經陽極化之膜中以提供額外氫源
參考圖41，將鋁層4123施加於後介電質層3312(SiNx)，且將裝置置於圖42中圖解說明之電化學設備4230中，其中其經陽極化。該電化學設備包含含有酸4232之槽4231，陰極4235及與陽極4233連接之晶圓4236插入至該槽中。陰極4235及陽極4233與電池4234連接。槽底中之攪拌器4237確保在鋁層4128上均勻操作酸4232。
圖43展示陽極化(例如鋁陽極化)之後的裝置，其中鋁層4123經陽極化而形成陽極氧化鋁(AAO)層4324。
藉由在200nm摻雜硼之非晶矽(a-Si)層頂上形成鋁層且在25V下在D2O中使用上文所述之設備使鋁陽極化進行一項測試。已進行次級離子質譜(SIMS)分析，結果展示於圖44-46中。結果顯示，氫及氘離子(H+及D+)已驅動至a-Si層中。當樣品已陽極化時，與不具有AAO層之參考樣品相比，有5倍更多之H+驅動至a-Si中。
圖44圖表說明在25V下於D2O中經陽極化之樣品4236的Si++、H+、B+、Al++及(H2 +,D+)之濃度相對於時間之SIMS概況量測。
圖45圖表說明H+及D+強度轉化為於a-Si膜中之濃度的SIMS概況量測。
圖46圖表說明展示H+及D+於參考樣品中之濃度的SIMS概況量測。

Claims (64)

  1. 一種在氫源存在下加工矽之方法，其用於製造具有至少一個整流接面之光伏打裝置，該方法包含將該裝置之至少一區域加熱至至少100℃之溫度，同時用至少一個光源照明該裝置之至少一部分，從而具有足以在該矽內產生電子電洞對之能量的所有入射光子之累積功率為至少20mW/cm2。
  2. 一種加工矽之方法，其用於製造具有至少一個整流接面之光伏打裝置，該方法包含將該裝置之至少一區域加熱至至少100℃，隨後冷卻該裝置，同時用至少一個光源照明該裝置之至少一部分，從而具有足以在該矽內產生電子電洞對之能量的所有入射光子之累積功率為至少20mW/cm2。
  3. 如請求項1之方法，其中該矽包含具有至少一個整流接面之裝置。
  4. 如請求項1之方法，其中由該至少一個光源產生之具有足以在該矽中產生電子電洞對之能量的光子包含自該至少一個光源入射於該裝置上之所有光子之總累積功率的至少70%。
  5. 如請求項1之方法，其中提供該裝置之該加熱至至少200℃。
  6. 如請求項1之方法，其中提供該裝置之該加熱至至少300℃。
  7. 如請求項1之方法，其中該方法進一步包含確保氫必須擴 散通過之任何矽表面n型摻雜層具有每立方公分1×1020個原子或更低之峰值摻雜濃度。
  8. 如請求項1之方法，該方法進一步包含確保氫必須擴散通過之任何矽表面p型摻雜層具有每立方公分1×1019個原子或更低之峰值摻雜濃度。
  9. 如請求項1之方法，該方法進一步包含提供該裝置之各表面可獲得之一或多個氫源。
  10. 如請求項1之方法，其中該氫源為含於該裝置內之氫源。
  11. 如請求項1之方法，其中該氫源為位於該裝置外部之氫源。
  12. 如請求項1之方法，其中來自該至少一個光源之該照明以一定水準提供，從而具有足以在該矽內產生電子電洞對之能量的該等所有入射光子之該累積功率為至少50mW/cm2或60mW/cm2或70mW/cm2或80mW/cm2或90mW/cm2或100mW/cm2或150mW/cm2、200mW/cm2或300mW/cm2或400mW/cm2或500mW/cm2或600mW/cm2或700mW/cm2或800mW/cm2或900mW/cm2或1000mW/cm2或1500mW/cm2、2000mW/cm2或3000mW/cm2或5000mW/cm2或10000mW/cm2或15000mW/cm2或20000mW/cm2或高達該矽開始熔融之光強度。
  13. 如請求項1之方法，其中提供該裝置之該加熱至至少200℃或至至少300℃或至至少400℃或至至少500℃或至至少600℃或至至少700℃或至至少800℃或至至少900℃或至至少1,000℃或至至少1,200℃或至該矽開始熔融之溫度。
  14. 如請求項7之方法，其中該矽表面n型摻雜層具有每立方公分1×1019個原子或更低或每立方公分1×1018個原子或更低或每立方公分1×1017個原子或更低或每立方公分1×1016個原子或更低之峰值摻雜濃度。
  15. 如請求項7之方法，其中該矽表面磷摻雜層具有每立方公分1×1019個原子或更低或每立方公分1×1018個原子或更低或每立方公分1×1017個原子或更低或每立方公分1×1016個原子或更低之峰值摻雜濃度。
  16. 如請求項8之方法，其中該矽表面p型摻雜層具有每立方公分1×1018個原子或更低或每立方公分1×1017個原子或更低或每立方公分1×1016個原子或更低之峰值摻雜濃度。
  17. 如請求項8之方法，其中該矽表面硼摻雜層具有每立方公分1×1018個原子或更低或每立方公分1×1017個原子或更低或每立方公分1×1016個原子或更低之峰值摻雜濃度。
  18. 如請求項8之方法，其中該矽表面鎵摻雜層具有每立方公分1×1018個原子或更低或每立方公分1×1017個原子或更低或每立方公分1×1016個原子或更低之峰值摻雜濃度。
  19. 如請求項8之方法，其中該矽表面鋁摻雜層具有每立方公分1×1018個原子或更低或每立方公分1×1017個原子或更低或每立方公分1×1016個原子或更低之峰值摻雜濃度。
  20. 如請求項1之方法，其中藉由將該裝置加熱至低於500℃或400℃或350℃或300℃或250℃或200℃或150℃之溫度，同時照明該裝置，來增強該加工方法。
  21. 如請求項1之方法，其中加熱該裝置之該步驟隨後接以冷 卻該裝置，且在冷卻期間繼續照明該裝置。
  22. 如請求項1之方法，其中將該裝置加熱至至少100℃之該步驟隨後接以冷卻該裝置，且在冷卻期間改變照明，以控制呈既定電荷狀態之氫之量。
  23. 如請求項21之方法，其中在冷卻期間維持或改變照明，直至該溫度降低至低於預定臨限值。
  24. 如請求項21之方法，其中在冷卻期間維持或改變照明，直至該溫度降回100℃以下。
  25. 如請求項1之方法，其中在加熱該裝置之後的冷卻時期期間，藉由在冷卻該裝置的同時照明該裝置來控制少數載流子濃度以在冷卻期間維持使氫先前已鍵結之缺陷再活化最小化的氫電荷狀態。
  26. 如請求項1之方法，其中在已對該裝置進行氫化製程之後在高於200℃之溫度下進行之該等製程之後，冷卻該裝置，且在該裝置冷卻的同時繼續在氫源存在下照明該裝置。
  27. 如請求項1之方法，其中藉由在該裝置被加熱時在待加工之該裝置的區域上局部進行該照明，在該裝置之該區域上進行該製程。
  28. 如請求項1之方法，其中藉由在該光源存在下在與待加工之區域相鄰的該裝置之區域上局部進行該加熱，在該裝置之該區域上進行該製程。
  29. 如請求項1之方法，其中使用雷射同時執行該加熱與照明功能。
  30. 如請求項1之方法，其中該氫源包括包含氫之一或多個PECVD沈積材料層。
  31. 如請求項1之方法，其中該等氫源包含氮化矽層、氮氧化矽層、氧化鋁層或非晶矽層。
  32. 如請求項31之方法，其中該等氫源沈積至包含二氧化矽及氧化鋁之表面鈍化層上。
  33. 如請求項1之方法，其中該等氫源包含氧化鋁層。
  34. 如請求項1之方法，其中該等氫源包含形成氣體或原子氫之電漿源。
  35. 如請求項1之方法，其中該裝置不存在任何氫槽。
  36. 如請求項35之方法，其中該裝置不存在氫槽，該氫槽為以下中之一者：金屬/矽界面、具有過量水準污染物之該矽的區域或摻雜雜質高於該雜質於矽中之固體溶解度水準之該矽的區域。
  37. 如請求項1之方法，其中該裝置包括氫槽。
  38. 如請求項37之方法，其中該裝置包括該氫槽，該氫槽為以下中之一者：金屬/矽界面，或含有過量水準污染物之該矽的區域，或含有摻雜雜質高於該雜質於矽中之該固體溶解度水準之該矽的區域，且該方法進一步包含將擴散至該裝置中之該氫與該氫槽隔離。
  39. 如請求項37之方法，其中產生具有在該矽內產生內部電場之雜質類型及濃度概況的雜質區域，該內部電場抑制該氫朝著該氫槽移動，由此將擴散至該裝置中之該氫與該氫槽隔離。
  40. 如請求項37之方法，其中增加該氫槽周圍之區域中之摻雜劑濃度，以控制該氫槽周圍之該區域中之氫電荷狀態，由此減小氫移動性以將擴散至該裝置中之該氫與該氫槽隔離。
  41. 如請求項40之方法，其中該氫槽周圍之區域中增加之摻雜劑濃度不延伸至將待加工之該矽塊體與該氫必須擴散通過之該表面隔離。
  42. 如請求項1之方法，其中該裝置具有金屬/矽界面，該方法進一步包含在該金屬/矽界面與該待加工之矽塊體之間形成隔離區域，該隔離區域摻雜有極性與該待加工之矽塊體相同且濃度高於每立方公分1019個原子的摻雜劑。
  43. 如請求項1之方法，其中該裝置包含p型晶圓，該p型晶圓具有用於與該裝置之p型塊體電連接之金屬/矽界面，該方法進一步包含在該金屬/矽界面與該裝置之該p型塊體之間形成一硼摻雜區域，該硼摻雜區域以高於每立方公分1×1019個原子之濃度摻雜。
  44. 如請求項1之方法，其中該裝置包含n型晶圓，該n型晶圓具有用於與該裝置之n型塊體電連接之金屬/矽界面，該方法進一步包含在該金屬/矽界面與該矽裝置之該n型塊體之間形成一磷摻雜區域，該磷摻雜區域以高於每立方公分1×1019個原子之濃度摻雜。
  45. 如請求項1之方法，其中施加電場以促進氫向待氫化區域擴散或漂移。
  46. 如請求項1之方法，其中施加電場以抑制在氫化之後氫自 該裝置擴散或漂移出。
  47. 如請求項45之方法，其中該電場為藉由將介電材料層施加於該裝置之表面而產生或增強之靜電場。
  48. 如請求項45之方法，其中電場為藉由用靜電槍對該裝置之表面充電而產生或增強之靜電場。
  49. 如請求項45之方法，其中該電場為外部施加於該裝置之場。
  50. 如請求項1之方法，其中該裝置具有經設計以使在氫化加工之後氫自活性區域之逃逸最小化之結構，該方法進一步包含形成摻雜濃度水準高於相鄰氫化區域之經摻雜障壁區域。
  51. 如請求項1之方法，其中該裝置具有經設計以使在氫化加工之後氫自該裝置之活性區域之逃逸最小化之結構，該方法進一步包含在該裝置之兩個表面均形成氫源。
  52. 如請求項1之方法，其中在氫化或其他熱製程期間改變施加於該裝置之照明強度。
  53. 如請求項52之方法，其中在該氫化或其他熱製程之後的冷卻階段期間增加施加於該裝置之該照明強度。
  54. 如請求項53之方法，其中施加於該裝置之該照明強度隨該裝置之溫度降低而增加。
  55. 如請求項54之方法，其中在氫化製程期間，或在氫化之後在高於200℃下進行之製程期間或在該種製程之後的冷卻期間，使施加於該裝置之照明為脈衝的。
  56. 如請求項1之方法，其中在氫化、氫化之後在高於200℃ 下進行之製程期間或在冷卻期間，該照明源為LED陣列。
  57. 如請求項1之方法，其中在氫化、氫化之後在高於200℃下進行之製程期間或在冷卻期間的照明源為一或多個紅外線燈。
  58. 如請求項1之方法，其中在氫化、氫化之後在高於200℃下進行之製程期間或在冷卻期間的照明源為雷射。
  59. 如請求項1之方法，其中氫化製程或氫化之後在高於200℃下進行之製程在帶式爐中進行，該帶式爐具有各別加熱及冷卻區，其每一者均具備照明以在加熱及冷卻步驟期間照明該裝置。
  60. 如請求項1之方法，其中控制施加於該裝置之該照明強度以將費米(Fermi)能階維持於高於中間帶隙(mid-gap)0.5至0.22eV之值。
  61. 如請求項1之方法，其中氫原子鈍化該裝置內之複合位點以增加晶圓的少數載流子壽命。
  62. 如請求項61之方法，其中氫原子鈍化該裝置內之複合位點以增加晶圓的少數載流子壽命為至少兩倍。
  63. 如請求項1之方法，其中在加熱該裝置後，該裝置係藉由吹送冷卻空氣至該裝置上而快速地冷卻。
  64. 如請求項1之方法，其中相較於該裝置之其餘部分較熱之一局部區域係藉由傳遞熱至作為熱槽的該裝置之其餘部分而快速地冷卻。
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