TWI655676B - 使用離子佈植製造的太陽電池射極區域 - Google Patents

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提姆西 韋德曼
David D. Smith
大維 Ｄ 史密斯
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Sunpower Corporation
美商太陽電子公司
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Abstract

本發明提供一種使用離子佈植製造的太陽電池射極區域，及所形成之太陽電池。在實施例中，製造太陽電池的交替的N型及P型射極區域的方法牽涉到在基板上形成矽層。第一導電型的掺雜雜質原子透過第一陰影遮罩，被佈植進入矽層以形成矽層的第一佈植區域，並形成矽層的未佈植區域。與第一導電型相反之第二導電型之掺雜雜質原子透過第二陰影遮罩被佈植進入矽層之未佈植區域的部份以形成矽層的第二佈植區域，並形成矽層餘下的未佈植區域。矽層的餘下的未佈植區域以選擇性蝕刻製程移除，並同時將矽層之第一佈植區域及第二佈植區域進行退火以形成掺雜多晶矽射極區域。

Description

使用離子佈植製造的太陽電池射極區域
本公開的實施例係在可再生能源的領域，特別是，使用離子佈植製造太陽電池射極區域的方法，以及以該方法製造的太陽電池。
作為太陽電池而為人所習知之光伏電池為眾所皆知的用於將太陽輻射直接轉換為電能的裝置。太陽電池通常使用半導體製程技術，在鄰近基板表面處形成p-n接面而製作在半導體晶圓或基板上。照射在基板表面並進入基板的太陽輻射，並在基板的塊材中形成電子及電洞對。電子及電洞對遷移至基板中的p型掺雜及n型掺雜區域，從而在掺雜區域之間產生電位差。掺雜區域被連接到太陽電池上的導電區域，以將電流從太陽電池導向與其連接之外部電路。
效率是太陽電池的重要特性，因為其關係到太陽電池產生電力的能力。同樣地，在太陽電池的生產中之效率亦直接關係到此些太陽電池的成本效率。因此，普遍需要用於提昇太陽電池效率的技術，或用於提昇太陽電池的製造效率的技術。本公開的一些實施例藉由提供製造太陽電池結構的新穎製程，使得太陽電池的製造效率能夠提昇。而本公開的一些實施例藉由提供新穎的太陽電池結構，使得太陽電池的效率能夠提昇。
本發明提供一種用於製造太陽電池的交替的N型及P型射極區域的方法，該方法包含：在基板上形成矽層；透過第一陰影遮罩，將第一導電型之掺雜雜質原子佈植進入矽層，以形成矽層之第一佈植區域並形成矽層之未佈植區域；透過第二陰影遮罩，將與第一導電型相反之第二導電型之掺雜雜質原子佈植進入矽層之未佈植區域以形成矽層之第二佈植區域並形成矽層之餘下的未佈植區域；以選擇性蝕刻製程移除矽層之餘下的未佈植區域，保留矽層之第一佈植區域及第二佈植區域；以及將矽層之第一佈植區域及第二佈植區域進行退火以形成掺雜多晶矽射極區域。
本發明亦提供根據上述方法製造之太陽電池。
本發明提供一種製造太陽電池的射極區域的方法，該方法包含：在基板上形成矽層；在矽層上形成碳矽烷層；透過陰影遮罩將掺雜雜質原子佈植進入碳矽烷層及矽層以形成佈植矽區域，及對應的碳矽烷層之自對齊佈植區域，並形成矽層之未佈植區域及對應的碳矽烷層之未佈植區域；移除矽層之未佈植區域及碳矽烷層之未佈植區域，其中碳矽烷層之佈植區域在移除期間保護矽層之佈植區域；以及將矽層之佈植區域進行退火以形成掺雜多晶矽射極區域。
一種根據上述方法製造之太陽電池。
一種背部接觸太陽電池，包含：具有收光表面及背表面之單晶矽基板；設置在單晶矽基板之背表面上之薄氧化層；設置在薄氧化層上之多晶矽射極區域，多晶矽射極區域以雜質原子掺雜；設置在多晶矽射極 區域上並與其對齊之碳矽烷層；以及設置穿過碳矽烷層並在多晶矽射極區域上之導電接點結構。
101、301‧‧‧收光表面
102、302、606‧‧‧基板
104、304‧‧‧薄氧化層
106、306‧‧‧非晶矽層
108、310‧‧‧第一佈植區域
110、318‧‧‧第二佈植區域
112、312、316‧‧‧未佈植區域
114、322‧‧‧溝槽
200、400‧‧‧流程圖
202、204、206、208、210、402、404、406、408、410‧‧‧步驟
303‧‧‧背表面
308、609‧‧‧碳矽烷層
314‧‧‧第一自對準佈植區域
320‧‧‧第二自對準佈植區域
324、326‧‧‧第一多晶矽射極區域
328‧‧‧抗反射層
330、332‧‧‧導電接點
350‧‧‧絕緣層
399‧‧‧背部接觸太陽電池
500‧‧‧列式平台
502‧‧‧晶圓輸入區域
504‧‧‧佈植源
506‧‧‧輸出區域
508‧‧‧固定模板遮罩
512‧‧‧佈植基板
600‧‧‧列式製程設備
602‧‧‧第一站
604‧‧‧模板遮罩
607‧‧‧矽層
607A‧‧‧經佈植區
608‧‧‧第二站
610‧‧‧第三站
612‧‧‧晶圓輸入區
614‧‧‧晶圓輸出區
650‧‧‧方向
第1A圖至第1E圖係為根據本公開的實施例，繪示製造太陽電池的過程中的各階段的剖視圖。
第2圖係為根據本公開的實施例，列出在製造太陽電池的方法中對應於第1A圖至第1E圖的操作的流程圖。
第3A圖至第3E圖係為根據本公開的實施例，繪示製造太陽電池的過程中的各階段的剖視圖。
第4圖係為根據本公開的實施例，列出在製造太陽電池的方法中對應於第3A圖至第3E圖的操作的流程圖。
第5A圖係為根據本公開的實施例，示意性的繪示用於涉及行進的晶圓及固定陰影遮罩的圖樣化佈植的列式(inline)平台的剖視圖。
第5B圖係為根據本公開的實施例，繪示通過在第5A圖的設備中之石墨近接式遮罩的佈植順序。
第6A圖係為根據本公開的實施例，示意性地繪示用於圖樣化佈植和封裝的列式平台的剖視圖。
第6B圖係為根據本公開的實施例，繪示通過在第6圖的設備中的矽接觸式遮罩的佈植及封裝順序。
下列實施方式在本質上僅為例示，並非用來限制本發明標的的實施例或這些實施例的應用和使用。如在此使用，用語「例示」意指「用作為範例、例子或說明」。在此作為例示描述的任何實作不需被解讀為相較於其他實作為較佳或有利者。再者，本發明無意受到前述技術領域、背景技術、發明內容或下列實施方式中提到的任何明示或暗示的理論所限制。
本說明書包含提及的「一個實施例」或「實施例」。所出現的用語「在一個實施例中」或「在實施例中」並非一定是指相同的實施例。特定的特徵、結構或特性可以與本公開一致之任何適合的方式結合。
用語。以下段落提供本公開內容中(包括所附發明申請專利範圍)出現的用語的定義及/或脈絡：「包含」這個詞是開放式的。如在所附的發明申請專利範圍中使用，此用語並不排除額外的結構或步驟。
「被配置為」。各種單元或組件可被描述或聲明為「被配置為」執行一任務(task)或複數個任務(tasks)。在這樣的前提下，「被配置為」係用於通過指稱單元/組件包含在操作中執行該等任務(task)或該複數個任務(tasks)的結構，來暗示結構。因此，即便當特定單元/組件並非正在運作(例如，並非開啟/啟動)，單元/組件仍可被稱為被配置為執行任務。描述單元/電路/組件被「配置為」執行一或多個任務明確的意在不讓該單元/組件違反美國專利法第35卷第112條，第六段 「第一」、「第二」等，如本文中使用，這些用語係用作為其前綴之名詞的標示，且不暗示任何類型(例如，空間，時間，邏輯等)的排序。例如，提及的「第一」太陽電池並不一定意味著該太陽電池在順序上是第一個太陽電池；而用語「第一」是用於分辨此太陽電池與另一太陽電池(例如，「第二」太陽電池)的不同。
「耦合」-以下描述提及了被「耦合」在一起之元件、節點或特徵。如在本文中使用，除非另有明確定義，否則「耦合」代表一個元件/節點/特徵是直接或間接接合於另一元件/節點/特徵(或直接或間接與其通訊)，且不一定是物理性的接合。
此外，一些用語也可僅為了參考的目的，在以下敘述中使用，且因此並不意在限制本發明。舉例而言，例如「上方(upper)」、「下方(lower)」、「之上(above)」和「之下(below)」指的是進行參照之附圖中的方向。可使用例如「正面(front)」、「背表面(back)」、「後方(rear)」、「側方(side)」、「外側(outboard)」和「內側(inboard)」來描述在一致卻任意的參考架構內的特徵或元件的定位及/或位置，其通過參考描述所討論的元件的文字與相關附圖而變得清楚。這類用語可包含特別是以上所提到的字、其衍生字和類似表示的字。
此處描述使用離子佈植製造太陽電池射極區域的方法，以及其所產生的太陽電池。在下列敘述中，闡述了多個具體細節，諸如具體流程操作，以提供對本公開的實施例的徹底的了解。對於本所屬領域具有通常知識者而言將顯而易見的是，本公開的實施例可在不須那些細節的情形下實行。在其他的例子中，習知的製造技術，例如黃光微影以及圖樣化技術等，為了避免不必要的模糊本公開的實施例，將省略其詳細說明。此外，應理解的是，各種在附圖中示出的實施例均為說明性的呈現，而不必要按照比例繪製。
本文中揭露的是製造太陽電池的方法。在一個實施例中，製造太陽電池的交替的N型及P型射極區域的方法牽涉到在基板上形成矽層。第一導電型的掺雜雜質原子透過第一陰影遮罩，被佈植進入矽層以形成矽層的第一佈植區域，並形成矽層的未佈植區域。與第一導電型相反之第二導電型之掺雜雜質原子透過第二陰影遮罩被佈植進入矽層之未佈植區域的部份以形成矽層之第二佈植區域，並形成矽層之餘下的未佈植區域。矽層的餘下的未佈植區域以選擇 性蝕刻製程移除，保留矽層之第一佈植區域及第二佈植區域。將矽層之第一佈植區域及第二佈植區域進行退火以形成掺雜多晶矽射極區域。
在另一實施例中，製造太陽電池的射極區域的方法涉及在基板上形成矽層。碳矽烷(carbosilane)層形成在矽層上。掺雜雜質原子透過陰影遮罩被佈植進入碳矽烷層及矽層以形成佈植矽區域，及對應的碳矽烷層自對齊佈植區域，並形成矽層之未佈植區域及對應的碳矽烷層之未佈植區域。矽層之未佈植區域及碳矽烷層之未佈植區域被移除。碳矽烷層之佈植區域在移除過程中保護矽層之佈植區域。將矽層之佈植區域進行退火以形成掺雜多晶矽射極區域。
本文亦揭露一種太陽電池。在一個實施例中，背部接觸太陽電池包含具有收光表面及背表面之單晶矽基板。薄氧化層設置在單晶矽基板之背表面上。多晶矽射極區域設置在薄氧化層上。多晶矽射極區域以雜質原子掺雜。碳矽烷層設置在多晶矽射極區域上並與其對齊。導電接點結構設置通過碳矽烷層並設置在多晶矽射極區域上。
本文所描述的一或多個實施例提供一種用於製造高效率、全背部接觸太陽電池裝置之簡化製程，其牽涉到用於產生N+(例如，典型的為磷或砷掺雜)及P+(例如，典型的為硼掺雜)的多晶矽射極層的其中之一或兩者的離子佈植技術。在一個實施例中，製造方法牽涉到使用離子佈植以不僅將所需掺雜種類的原子引入射極層，也在射極層上的薄表面層的溼蝕刻特性上引起足夠的改變，從而允許其在射極層的所有未佈植區域之選擇性溼蝕刻移除期間作為遮罩使用。
為了銜接上下文，引入目標為高效率太陽能應用，且帶有圖樣化能力之新型高通量離子佈植工具，應用於製造叉指式背部接觸(interdigitated back contact,IBC)太陽電池。特別是，在物理和化學變化與離子佈植操作相關聯的情 況下，可採用這樣的佈植方式，以允許自對準溝槽圖樣的形成。如在下文中更詳細的描述，完成自對準溝槽圖樣化的一或多個方法係基於在佈植製程中，Si-H鍵結相對高的反應性，特別是採用了對於移除具有未反應(即，餘下的)的Si-H鍵結的材料最有效的溼式蝕刻化學。
一些實施例是針對用於產生一種高效率，全背部接觸太陽電池結構的方法，其採用經過在促進氫的損失、緻密性及非晶矽層及/或在本質非晶氫化矽(a-Si：H)或未摻雜的多晶矽層上的薄碳矽烷層部份結晶化等條件下實行圖樣化離子佈植製程製造驗證的N+及P+型多晶矽射極/通道氧化結構。佈植物的植入製程之後可接著進行移除了所有未佈植區域(例如，未緻密化以及餘下的富含Si-H的區域)的選擇性溼式蝕刻，其採用鹼性蝕刻製程，並隨後以氫氟酸/臭氧(HF/O3)清潔。在這樣的實施例中，方法牽涉到使用已在正面粗化(textured)的晶圓，使得在移除未佈植區域溝槽的溼式蝕刻之後，用單一的高溫退火步驟適以活化摻雜物，並達成光全面磷擴散(light blanket phosphorus diffusion)及氧化操作。在另一實施例中，在經離子佈植及未經離子佈植區域之間的有效蝕刻選擇性係藉由在Si：H層表面增加薄碳矽烷系層來強化。上述及其他方法將在下文中更詳細的描述。
在第一例示性流程中使用引入自對準溝槽的形成之選擇性蝕刻的佈植，第1A圖至第1E圖係為根據本公開的實施例，繪示了製造太陽電池的過程中的各階段的剖視圖。第2圖係為根據本公開的實施例，列出在製造太陽電池的方法中對應於第1A圖至第1E圖的操作的流程圖。
參考第1A圖及流程圖200中的對應的操作202，製造太陽電池交替的N型及P型射極區域的方法涉及到在設置在基板102上的薄氧化層104上形成非晶矽層106。
在實施例中，基板102為單晶矽基板，如塊材單晶N型摻雜矽基板。然而，應當理解的是，基板102可為設置在通用太陽電池基板上的一層，如多晶矽層。在實施例中，薄氧化層為具有接近2奈米或以下的厚度之通道電介質矽氧化層。在實施例中，非晶矽層106係為使用電漿強化化學氣相(PECVD)形成之氫化矽層，以a-Si：H來表示，其在整層中包含Si-H共價鍵。然而，在替代實施例中，以多晶矽層來取代非晶矽。再次參考第1A圖，在實施例中，基板102的收光表面101係為經過粗化的，如於下文中詳細顯示及描述的。
參考第1B圖及流程圖200的對應操作204，第一導電型的摻雜雜質原子被佈植進入非晶矽層106以形成矽層的第一佈植區域108，並形成矽層的未佈植區域112(亦即，非晶矽層106在製程的此階段中，未經過佈植的餘下的部份)。在這樣的實施例中，佈植是通過第一陰影遮罩來進行，並且與第5B圖及第6B圖聯結來說明其範例。在具體的此種實施例中，第一陰影遮罩為石墨陰影遮罩，並且脫離但靠近非晶矽層106來設置。
在實施例中，佈植是藉由使用離子束佈植(ion beam implantation)或電漿浸沒佈植(plasma immersion)來實施。在實施例中，第一佈植提供矽P+摻雜原子(例如，硼原子)。然而，在另一實施例中，第一佈植提供矽N+摻雜原子(例如，磷原子或砷原子)。在實施例中，調整用於執行佈植的條件(例如，藉由依序或同時電子轟擊)來增強隨後在經佈植區域及未經佈植區域之間的蝕刻選擇性，如涉及在下文中說明的後續操作。其他可調整的條件可包含在佈植期間一或多個基板偏壓、溫度調整及劑量調整。
再次參考第1B圖且現在參考流程圖200的對應操作206，第二導電型的摻雜雜質原子被佈植進入非晶矽層106以形成矽層的第二佈植區域110，並形成矽層的未佈植區域112(亦即，非晶矽層106在上述任一佈植製程中，皆未經過佈植的餘下的部份)。在這樣的實施例中，通過第二陰影遮罩來實行佈植， 並且與第5B圖及第6B圖聯結來說明其範例。如第一陰影遮罩的情形，在具體的此種實施例中，第二陰影遮罩為石墨陰影遮罩，並且脫離但靠近非晶矽層106來設置。應理解的是，取決於佈局圖的需求，第一陰影遮罩可被平移並且用以代替在第二個、分離的遮罩。
如同第一佈植製程的情形，在實施例中，佈植藉由使用離子束佈植或電漿浸沒佈植來執行。在實施例中，第二佈植提供矽N+摻雜原子(例如，磷原子或砷原子)。然而，在另一實施例中，第二佈植提供矽P+摻雜原子(例如，硼原子)。在實施例中，調整用於執行佈植的條件(例如，藉由依序或同時的電子轟擊)來增強隨後在經佈植區域及未經佈植區域之間的蝕刻選擇性，如涉及於在下文中說明的後續操作。其他可調整的條件可包含在佈植過程中一或多個基板偏壓、溫度調整及劑量調整。
參考第1C圖及流程圖200的對應操作208，例如，以選擇性蝕刻製程，移除非晶矽層106的餘下的未佈植區域112，保留非晶矽層106的第一佈植區域108及第二佈植區域110。
在實施例中，非晶矽層106的餘下的未佈植區域112以氫氧系溼蝕刻移除，其進一步形成溝槽114及/或粗化基板102的的暴露部份。為此，在實施例中，由於溝槽114的放置是由非晶矽層106的第一佈植區域108及第二佈植區域110所決定，溝槽114係自對準的形成在非晶矽層106的第一佈植區域108及第二佈植區域110之間，如第3C圖中所繪示。
應當理解的是，收光表面101的粗化及自對準的溝槽114形成的時機是可變化的。例如，在實施例中，收光表面101的粗化是在進行溝槽114的形成/粗前的個別製程中進行，如第1A圖至第1C圖中所表示的。然而，在另一實施例中，收光表面101的粗化是在與溝槽114的形成/粗化的相同製程中進行。此外，溝槽114的形成/粗化時機可相對於用於使第一佈植區域108及第二佈植區域110 結晶化的退火製程改變。例如，在實施例中，溝槽114的形成/粗化係在移除非晶矽層106的餘下的未佈植區域112的製程中實行，如第1C圖所示。然而，在另一實施例中，溝槽114的形成/粗化係接續在移除非晶矽層106的餘下的未佈植區域112及隨後的退火製程之後實行。在實施例中，粗化的表面可為用於散射入射光之具有規律或不規律形狀的表面，並降低太陽電池的收光及/或暴露表面的光反射量。
參考第1D圖及流程圖200對應的操作210，將非晶矽層106的第一佈植區域108及第二佈植區域112進行退火以分別形成經摻雜的多晶矽射極區域116及118。在實施例中，退火係在約850至1100℃的溫度下進行約1至100分鐘。在實施例中，在加熱或退火期間進行光磷摻雜驅動(light phosphorous dopant drive)。其他實施例可包含在收光表面101上的鈍化或抗反射塗布層120的形成，如第1D圖所示。
應當理解的是，雖然在進行高溫退火及活化製程前完成非晶矽層106的未佈植區域的蝕刻(亦即，移除)通常可能是最有優勢的，如上所述，但一些的佈植條件可能會造成在粗化蝕刻中本質上的較高反應(例如，相對於未佈植區域的)。在這樣的情形下，高溫退火可在溝槽蝕刻前進行。
參考第1E圖，製造導電性接點122及124以分別接觸第一經摻雜的多晶矽射極區域116及第二經摻雜的多晶矽射極區域118。在實施例中，接點係藉由先沈積接著圖樣化絕緣層150以具有開口，再將一或多個導電層形成在開口中來製造。在實施例中，導電接點122及124包含金屬，且係藉由沈積、微影及蝕刻方法形成，或者替代的，以印刷製程形成。
在第二例示性製程流程中，使用引入自對準溝槽的形成之選擇性蝕刻的佈植，第3A圖至第3E圖係為根據本公開的實施例，示出製造太陽電池的 過程中的各階段的剖視圖。第4圖係為根據本公開的實施例，列出在製造太陽電池的方法中對應於第3A圖至第3E圖的操作的流程圖。
參考第3A圖及流程圖400的對應操作402，製造太陽電池的交替N型及P型射極區域的方法涉及在設置在基板302上的薄氧化層304上形成非晶矽層306。
在實施例中，基板302為單晶矽基板，如塊材單晶N型摻雜矽基板。然而，應當理解的是，基板102可為設置在通用太陽電池基板上之一層，如多晶矽層。在實施例中，薄氧化層為通道電介質矽氧化層，其具有接近2奈米或以下的厚度。在實施例中，非晶矽層106係為使用電漿強化化學氣相沉積(PECVD)形成之氫化矽層，以a-Si：H來表示，其在整層中包含Si-H共價鍵。然而，在替代實施例中，以多晶矽層來取代非晶矽。再次參考第3A圖，在實施例中，基板302的收光表面301被粗化，如下文中詳細顯示且描述的。
再次參考第3A圖且現在參考流程圖400的對應操作404，碳矽烷層308係形成在非晶矽層306上。在實施例中，碳矽烷層308具有接近約50至1000Å的厚度。在實施例中，碳矽烷層308包含(例如，作為主成份)交替的Si-C-Si-C型主骨架與大部分一開始與氫(H)鍵結的餘下的鍵結。在實施例中，碳矽烷層308使用與用於產生在下方的a-Si：H膜的設備相同的設備來沈積，例如，藉由電漿強化化學氣相沈積(PECVD)，使用在相對低的溫度及RF功率等級下適合的碳矽烷前驅體。在具體的此種實施例中，碳矽烷層308在小於約200℃及於約13.56MHz的RF功率之約20W的偏壓下，在PECVD腔中沈積在足以容納/處理一個太陽電池的表面積上。在實施例中，適合用於形成碳矽烷層308的前驅體包含，但不限於，1,3-二矽丙烷(1,3-disilapropane)，1,3-二矽丁烷(1,3disiabutane)、1,3,5-三矽戊烷(1,3,5-trisilapentane)，或1,3,5-三矽環己烷(1,3,5-trisilacyclohexane)。在其他實施 例中，可由使用其他化學路徑達成類似的結果，該化學路徑係用於產生較高分子量之聚合碳矽烷材料，其存在作為非揮發性但可溶的固體聚合物。
參考第3B圖及流程圖400的對應操作404，第一導電型的摻雜雜質原子被佈植進入碳矽烷層308以及非晶矽層306以形成矽層的第一佈植區域310，並形成矽層的未佈植區域312(亦即，非晶矽層306在製程的此階段中未被佈植的餘下的部份)。另外，佈植形成碳矽烷層308的對應的第一自對準佈植區域314，且形成碳矽烷層308的未佈植區域316。碳矽烷層308的第一自對準佈植區域314與非晶矽層的第一佈植區域310自對準，因為其使用相同的遮罩且在相同的佈植製程中形成。在這樣的實施例中，佈植是透過第一陰影遮罩來完成，其範例與第5B圖及第6B圖相聯結來描述。在具體的此種實施例中，第一陰影遮罩為石墨陰影遮罩，其脫離但靠近碳矽烷層308來設置。有效距離將由離子束可被為準直的程度來決定。典型的間隔可在約50至250μm之間，其粗略的與矽太陽晶圓基板的厚度的數量級相同。然而，在發散角(相對於垂直)低於遮罩下緣的情況下，該間隔可高達1000μm(1mm)。
在實施例中，佈植是藉由使用離子束佈植或電漿浸沒佈植實行。在實施例中，第一佈植提供矽P+摻雜原子(例如，硼原子)。然而，在另一實施例中，第一佈植提供矽N+摻雜原子(例如，磷原子或砷原子)。在實施例中，調整用於執行佈植的條件(例如，藉由依序或同時的電子轟擊)來增強隨後在經佈植區域及未經佈植區域之間的蝕刻選擇性，如涉及在下文中說明的後續操作。其他可調整的條件可包含在佈植過程中一或多個基板偏壓、溫度調整及劑量調整。
再次參考第3B圖，且現在參考流程圖400的對應操作406的其他回合，第二導電型的摻雜雜質原子被佈植進入碳矽烷層308以及非晶矽層306以形成矽層的第二佈植區域318，並形成矽層的未佈植區域312(亦即，非晶矽層306在上述任一佈植製程中未被佈植的餘下的部份)。另外，佈植形成碳矽烷層308 的對應的第二自對準佈植區域320，且形成碳矽烷層308的剩下的未佈植區域316。碳矽烷層308的第二自對準佈植區域314與非晶矽層306的第二佈植區域318自對準，因為其使用相同的遮罩且在相同的佈植製程中形成。在這樣的實施例中，佈植是透過第二陰影遮罩來實行，其範例與第5B圖及第6B圖聯結來描述。如同在第一陰影遮罩的情況中，在具體的此種實施例中，第二陰影遮罩為石墨陰影遮罩，其脫離但靠近碳矽烷層308來設置。
如同第一佈植製程的情形，在實施例中，佈植藉由使用離子束佈植或電漿浸沒佈植來實行。在實施例中，第二佈植提供矽N+摻雜原子(例如，磷原子或砷原子)。然而，在另一實施例中，第二佈植提供矽P+摻雜原子(例如，硼原子)。在實施例中，調整用於執行佈植的條件(例如，藉由依序或同時的電子轟擊)來增強隨後在經佈植區域及未經佈植區域之間的蝕刻選擇性，如涉及在下文中說明的後續操作。其他可調整的條件可包含在佈植過程中一或多個基板偏壓、溫度調整及劑量調整。
參考第3C圖及流程圖400的對應操作408，非晶矽層306的餘下的未佈植區域312以選擇性蝕刻製程移除，保留非晶矽層306的第一佈植區域310及第二佈植區域318。此外，碳矽烷層308的餘下的未佈植區域316被移除。在實施例中，碳矽烷層308的佈植區域314及320在移除期間分別保護非晶矽層306的佈植區域310及318。
在實施例中，非晶矽層306的餘下的未佈植區域312及碳矽烷層308的餘下的未佈植區域316以氫氧系溼蝕刻移除，其進一步形成溝槽322及/或粗化基板302的暴露部份。為此，在實施例中，溝槽322自對準的形成在非晶矽層306的第一佈植區域310及第二佈植區域318之間，如第3C圖所示。在實施例中，氫氧系濕蝕刻處理後續為氫氟酸/臭氧(HF/O3)溼式清潔處理。
應當理解的是，收光表面301的粗化及自對準的溝槽322形成的時機是可變化的。例如，在實施例中，收光表面301的粗化是在進行溝槽322的形成/粗化前的個別製程中進行，如第3A圖至第3C圖中所表示的。然而，在另一實施例中，收光表面301的粗化是在與溝槽322的形成/粗化的相同製程中進行。此外，溝槽322的形成/粗化時機可相對於用於使第一佈植區域310及第二佈植區域318結晶化的退火製程改變。例如，在實施例中，溝槽322的形成/粗化係在移除非晶矽層306的餘下的未佈植區域312的製程中實行，如第3C圖所示。然而，在另一實施例中，溝槽322的形成/粗化係接續在移除非晶矽層306的餘下的未佈植區域312及隨後的退火製程之後。在實施例中，粗化的表面可為用於散射入射光，並降低太陽電池的收光及/或暴露表面的光反射量之具有規律或不規律形狀的表面。
參考第3D圖及流程圖400對應的操作410，將非晶矽層306的第一佈植區域310及第二佈植區域318進行退火以分別形成經摻雜的多晶矽射極區域324及326。在實施例中，退火係在約850至1100℃的溫度下進行約1至100分鐘。在實施例中，在加熱或退火期間進行光磷摻雜驅動(light phosphorous dopant drive)。其他實施例可包含在收光表面301上的鈍化或抗反射塗布層328的形成，如第3D圖所示。
在實施例中，雖然在第3D圖中未描述，在非晶矽層306的餘下的未佈植區域312的移除期間或之後，碳矽烷層308的佈植區域314及320也可被移除。在任一情形下，碳矽烷層308的佈植區域314及320相較於非晶矽層306，應該適當地使其更不易受到蝕刻，以提供非晶矽層306的第一佈植區域310及第二佈植區域318至少顯著量的保護(例如，無顯著侵蝕非晶矽層306的佈植區域)。可或者，如第3D圖中所描述的，碳矽烷層308的佈植區域314及320可透過退火製程 保留。接續在退火製程後，碳矽烷層308的佈植區域314及320可被移除或被保留，其實施例如下文中所述。
應當理解的是，雖然在進行高溫退火及活化製程前完成非晶矽層306的未佈植區域的蝕刻(亦即，移除)通常可能是最有優勢的，如上所述，但一些佈植條件可能會形成在粗化蝕刻中非本質上的較高反應(例如，相對於未佈植區域的)。在這樣的情形下，高溫退火可在溝槽蝕刻前進行。
參考第3E圖，製造導電性接點330及332以分別接觸第一經摻雜的多晶矽射極區域324及第二經摻雜的多晶矽射極區域326。在實施例中，接點係藉由先沈積並圖樣化絕緣層150以具有開口，再將一或多個導電層形成在開口中而製造。在實施例中，導電接點330及332包含金屬，且係藉由沈積、微影及蝕刻方法形成，或者替代的，以印刷製程形成。
再次參考第3E圖，在實施例中，碳矽烷層308的佈植區域314及320(或至少其之殘存物)被保留在最終結構中。在這樣的實施例中，接點330及332是形成穿過碳矽烷層308的佈植區域314及320，例如，藉由在接點溝槽形成期間，將碳矽烷層308的佈植區域314及320圖樣化來形成。因此，在實施例中，背部接觸太陽電池399包含單晶矽基板320，其具有收光表面301及背表面303。薄氧化層304被設置在單晶矽基板302的背表面303上。多晶矽射極區域324/326被設置在薄氧化層304上。多晶矽射極區域324/326以雜質原子摻雜。碳矽烷層314/320被設置在多晶矽射極區域324/326上並與之對齊。導電接點結構330/332被設置穿過碳矽烷層314/320，且被設置在多晶矽射極區域324/326上。在這樣的實施例中，碳矽烷層314/320也以雜質原子摻雜。
再次參考聯結第1A圖至第1E圖及第3A圖至第3E圖描述的方法，富含Si-H的a-Si：H層被使用作為N+及P+型摻雜區域及/或富含Si-H的碳矽烷系膜的來源(例如，摻入大量(-SiH2-CH2-SiH2-CH2-)性質(character)的材料)，其暴露在 離子佈植環境下，以進行其他Si-C鍵結的交聯形成。在任一情形下，含矽區域的活性是相對於在用於蝕刻下方的非晶矽、多晶矽或單晶矽材料的鹼性水溶液環境下蝕刻的程度而下降。在實施例中，用於實行離子佈植步驟的環境可被調整以增強在佈植及未佈植區域之間的蝕刻選擇性(例如，藉由依序或同時的電子轟擊)。在使用碳矽烷膜的情形下，這樣的膜可使用採用揮發性碳矽烷前驅體的化學氣相沈積技術來沈積。
再次參考聯結第1A圖至第1E圖及第3A圖至第3E圖的描述中的方法，在實施例中，可採用高度選擇性之溼式蝕刻以相對於佈植材料移除未佈植材料(例如，對佈植碳矽烷選擇性移除未佈植碳矽烷，或對佈植非晶矽選擇性移除未佈植非晶矽)。然而，在另一實施例中，圖樣化的蝕刻劑材料被使用在未佈植區域。在這樣的實施例中，可網印的矽蝕刻漿料被設置在未佈植區域上以直接針對未佈植區域進行蝕刻製程。
在實施例中，如上面簡要描述的，固定的石墨陰影遮罩可被用於佈植，且可能的，用於碳矽烷沈積。例如，第5A圖係為根據本公開的實施例，示意性的繪示用於涉及行進的晶圓及固定陰影遮罩的圖樣化佈植的列式平台。第5B圖係為根據本公開的實施例，繪示通過在第5A圖的設備中之石墨近接式遮罩的佈植順序。參考第5A圖，列式平台500包含晶圓輸入區域502、佈植源504(例如，離子佈植或電漿浸沒)及輸出區域506。固定模板遮罩508，例如固定石墨遮罩，被夾持以靠近，但並未接觸基板510，以提供經佈植的基板512。再次參考第5A圖及第5B圖，應理解的是，兩個連續的佈植源(亦即，每種摻雜型一個)可以兩個間隔並連結(registered)之石墨指狀遮罩包含在相同的平台上。
在另一實施例中，可移動的矽陰影遮罩可用於佈植，且可能的，用於碳矽烷沈積。例如，第6A圖係為根據本公開的實施例，示意性地繪示用於 圖樣化佈植及碳矽烷沈積的列式平台的剖視圖。第6B圖係為根據本公開的實施例，繪示通過在第6A圖的設備中的矽接觸式遮罩的佈植及碳矽烷沈積順序。
參考第6A圖，用於製造太陽電池的射極區域的列式製程設備600包含用於對齊模板遮罩604與基板606的第一站602。列式製程設備600包含用於在基板606上方，透過模板遮罩604佈植摻雜雜質原子(例如，硼或磷)的第二站608。列式製程設備600包含用於在基板606上方，透過模板遮罩604形成碳矽烷層的第三站610。列式製程設備600的另一態樣可包含晶圓輸入區域612以及遮罩移除及晶圓輸出區域614。
在實施例中，模板遮罩604及基板606至少一同移動通過第二站608及第三站610。通過列式製程設備600的晶圓流程的方向係由箭頭650表示。參考第6B圖，在實施例中，列式製程設備600使得佈植及碳矽烷的沈積能透過模板遮罩604在基板606上的矽層607的區域上實施。由於碳矽烷層609係使用與用於實行佈植相同的遮罩，於相同的位置上形成，故經佈植區域607A及碳矽烷層609係為自對準的。在實施例中，第一站602係用於在基板606上接觸或靠近鄰近基板606時對準模板遮罩604。在實施例中，第二站608包含離子佈植或電漿浸潤佈植腔體。在實施例中，第三站610包含沈積腔，諸如但不限於，低壓化學氣相沈積(LPCVD)、電漿強化化學氣相沈積(PECVD)腔、高密度電漿化學氣相沈積(HDPCVD)腔、或物理氣相沈積(PVD)腔。
在上述任一情況中，在實施例中，若碳矽烷係透過遮罩沈積，碳矽烷材料也可被沈積在模板遮罩上。在模板遮罩通過沈積環境數個回合之後，最終可累積多個碳矽烷層。應當理解的是，可判斷回合的最佳數量以平衡對在模板遮罩上過度累積的材料的通量(throughput)，其中，過度累積的材料可能以某些方式在影響後續沈積製程。在這樣的實施例中，在特定數量的回合之後，累積的碳矽烷材料藉由選擇性蝕刻被移除，且可接著重複使用模板遮罩。
綜上所述，雖然一些材料被具體描述在上文中，某些材料可以以其他材料輕易地取代，而其他此些實施例仍在本發明的實施例的精神及範疇內。例如，在實施例中，不同材料的基板，例如III-V族材料基板，可用來取代矽基板。此外，應理解的是，此處具體描述了N+型及P+型的摻雜，涵蓋包含相反導電型的摻雜的其他實施例，例如，分別以P+型及N+型摻雜。
一般而言，本文中描述的實施例可被實行以提供低成本、用於高製造效率之叉指式背部接觸(interdigitated back contact(IBC))太陽電池的高通量離子佈值平台。特定實施例可提供用於產生藉由佈植形成於射極區域間的自對準溝槽的較佳的方法。這樣的實施例對於結合非晶矽(例如，a-Si：H)衍生的射極的太陽電池而言是特別有效的。
因此，本發明已經揭露了使用離子佈植製造太陽電池射極區域的方法。
儘管已在上面描述具體實施例，這些實施例並不意在限制本公開的範圍，即使在對於特定的特徵只描述一個實施方案。除非另有說明，在本公開所提供的特徵的實施例旨說明而非限制。上面的描述意在涵蓋對於享有本公開之益處之領域的通常知識者而言為顯而易見的這些替換，修改和等同物。
本公開內容的範圍包括在此公開(顯式或隱式)的任何特徵或特徵之組合，或者其任何概括，無論其是否減輕了本文中所解決之任何或所有問題。因此，新的申請專利範圍可能在對於任何此種特徵之組合的此申請案(或主張其優先權之申請案)之訴訟期間制定。特別是，參照所附的申請專利範圍，來自申請專利範圍之附屬項的特徵可以與申請專利範圍之獨立項的特徵結合，且來自申請專利範圍中之個別獨立項之特徵可以任何合適的方式組合，而不僅僅是在列舉在所附申請專利範圍中的特定組合。

Claims (11)

  1. 一種製造太陽電池的射極區域的方法，該方法包含：在一基板上形成一矽層；在該矽層上形成一碳矽烷層；透過一陰影遮罩將掺雜雜質原子佈植進入該碳矽烷層及該矽層以形成一佈植矽區域，及對應的該碳矽烷層之一自對齊佈植區域，並形成該矽層之一未佈植區域及對應的該碳矽烷層之一未佈植區域；移除該矽層之該未佈植區域及該碳矽烷層之該未佈植區域，其中該碳矽烷層之該佈植區域在移除期間保護該矽層之該佈植區域；以及將該矽層之該佈植區域進行退火以形成一掺雜多晶矽射極區域。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包含：退火後，移除該碳矽烷層之該佈植區域；以及在該掺雜多晶矽射極區域上形成一導電接點。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包含：在該掺雜多晶矽射極區域上形成穿過該碳矽烷層之該佈植區域之一導電接點。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該矽層之形成包含形成一氫化非晶矽層。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該氫化非晶矽層之形成及該碳矽烷層之形成包含使用電漿化學氣相沈積(PECVD)。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該矽層之該未佈植區域及該碳矽烷層之該未佈植區域之移除包含使用一氫氧系溼蝕刻劑以將該基板的暴露部份粗化。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該矽層之形成包含在設置在該基板上之一薄氧化層上形成該矽層，且其中該基板為一單晶矽基板。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中透過該陰影遮罩之佈植包含透過一石墨陰影遮罩佈植，且其中該石墨陰影遮罩係以脫離但靠近該矽層地依序設置。
  9. 一種根據如申請專利範圍第1項所述之方法製造的太陽電池。
  10. 一種背部接觸太陽電池，包含：一單晶矽基板，具有一收光表面及一背表面；一薄氧化層，設置在該單晶矽基板之該背表面上；一多晶矽射極區域，設置在該薄氧化層上，該多晶矽射極區域以雜質原子掺雜；一碳矽烷層，設置在該多晶矽射極區域上並與其對齊；以及一導電接點結構，設置穿過該碳矽烷層並在該多晶矽射極區域上。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之背部接觸太陽電池，其中該碳矽烷層也以雜質原子掺雜。
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