用于形成太阳能电池的空间定位扩散区的掺杂剂的离子注入的制作方法
【专利说明】用于形成太阳能电池的空间定位扩散区的掺杂剂的离子注入
技术领域
[0001]本文中所述主题的实施例整体涉及太阳能电池。更具体地讲，所述主题的实施例涉及太阳能电池制造方法和结构。
【背景技术】
[0002]太阳能电池是为人们所熟知的用于将太阳辐射转换成电能的装置。太阳能电池具有在正常工作期间面向太阳以收集太阳辐射的正面，以及与正面相对的背面。照射在太阳能电池上的太阳辐射产生可用于为外部电路(诸如负载)供电的电荷。
[0003]太阳能电池制造工艺通常包括涉及掩蔽、蚀刻、沉积、扩散和其他步骤的许多步骤。本发明的实施例提供具有数量减少的步骤以便降低制造成本和提高生产量的太阳能电池工艺。
【发明内容】
[0004]在一个实施例中，使用掺杂有第一导电类型掺杂剂的覆盖膜层来形成太阳能电池的扩散区。在覆盖膜层的选定区域中注入第二导电类型掺杂剂以形成第二导电类型掺杂剂源区域。通过使第一导电类型掺杂剂和第二导电类型掺杂剂从覆盖膜层扩散进下面的半导体材料诸如硅，来形成太阳能电池的扩散区。覆盖膜层可为掺杂有硼的P型掺杂剂源层，其中在P型掺杂剂源层的选定区域中注入磷以在P型掺杂剂源层中形成N型掺杂剂源区域。硅材料可包括例如多晶硅或单晶硅基板。
[0005]所属领域的技术人员在阅读本公开内容的全文时将易于明了本发明的这些特征和其他特征，本公开内容包括附图和权利要求书。
【附图说明】
[0006]结合以下附图考虑时，可通过参考【具体实施方式】和权利要求得到对主题的更完整理解，其中在所有这些附图中，相似标号指代类似元件。附图未按比例绘制。
[0007]图1-4为示意性地示出了根据本发明实施例的太阳能电池的制造的剖视图。
[0008]图5-8为示意性地示出了根据本发明另一个实施例的太阳能电池的制造的剖视图。
[0009]图9-11为示意性地示出了根据本发明实施例的多晶硅和单晶硅基板叠堆的形成的剖视图。
[0010]图12示出了根据本发明实施例的形成太阳能电池的扩散区的方法的流程图。
[0011]图13示出了根据本发明实施例的形成多晶硅和单晶硅基板叠堆的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0012]在本发明中，提供了许多具体细节，例如设备、结构、材料和方法的例子，以提供对本发明实施例的全面理解。然而，所属领域的技术人员将认识到，可在不具有这些具体细节中的一个或多个具体细节的情况下实践本发明。在其他示例中，不显示或描述众所周知的细节以避免混淆本发明的方面。
[0013]在全背触式太阳能电池中，P型扩散区和N型扩散区以及所有对应的金属触点均位于太阳能电池的背面上。可通过从掺杂剂源扩散掺杂剂来形成扩散区。为了满足工艺要求，通常需要将掺杂剂源定位成彼此距离在小于100 μπι的范围内并且使其与晶片的边缘或中心对准，以便于后续处理步骤的对准。掺杂剂源的对准难度受其他步骤的位置精度要求的影响，诸如由沟槽分隔P型扩散区和N型扩散区。
[0014]在空间上定位太阳能电池的扩散区的一种技术可涉及沉积掺杂剂源的覆盖层；在掺杂剂源的顶部上施加光刻糊剂；采用蚀刻工艺图案化所述糊剂；以及驱使掺杂剂从掺杂剂源进入下面的层以形成扩散区。涉及沉积、图案化以及蚀刻的该技术不仅需要许多的步骤而且其实施成本也是高昂的。
[0015]在空间上定位扩散区的另一种技术可涉及用包含掺杂剂的油墨来取代光刻糊剂。这种技术科包括例如使用丝网印刷机或另选类型的印刷机来施加掺杂剂油墨，其中表面顶部上的所需图案需要掺杂剂源，并且驱使掺杂剂从油墨进入热处理步骤中的相反类型掺杂剂的覆盖层。这种技术的问题是对掺杂剂油墨提出了若干挑战性功能要求。更具体地讲，油墨必须是可印刷的，必须能够作为掺杂剂源，并且不得掺杂由于除气原因而未覆盖油墨的区域。油墨本身由此变得昂贵，并且根据油墨的使用方法，可能不会导致净制造成本降低。
[0016]图1-4为示意性地示出了根据本发明实施例的太阳能电池的制造的剖视图。所制造的太阳能电池为全背触式太阳能电池，因为如将在下文更显而易见的是，所制造太阳能电池的P型扩散区和N型扩散区以及对应的金属触点均位于该太阳能电池的背面上。
[0017]在图1中，在主基板的背表面上形成二氧化硅102形式的薄介电层，在图1的例子中该主基板为N型单晶硅基板101。在一个实施例中，二氧化硅102直接热生长在单晶硅基板101的背表面上，其厚度小于或等于40埃(例如，介于5至40埃之间，优选地为20埃)。二氧化硅102可提供隧道功能，例如用作隧道氧化物。
[0018]多晶(也称为“多晶硅”)硅103层形成在二氧化硅102上。此后P型掺杂剂源层104形成在多晶硅103上。顾名思义，P型掺杂剂源层104用作P型掺杂剂的来源。在一个实施例中，P型掺杂剂源层104包括通过沉积法诸如化学气相沉积法或蒸汽相外延法形成的硼硅酸盐玻璃(BSG)覆盖层。更具体地讲，可在多晶硅103上生长掺杂剂源层104，同时将P型掺杂剂引入沉积室。随后将掺杂剂(在该例子中为硼)从P型掺杂剂源层104扩散到下面的多晶硅103以在其内形成P型扩散区。一般来讲，P型掺杂剂源层104(以及在下文介绍的其他P型掺杂剂源层)可包括硼掺杂化物。
[0019]可通过独立的沉积步骤来形成多晶硅103层和P型掺杂剂源层104。在其他实施例中，诸如在随后描述的图9-11中，可以通过蒸汽相外延法在原位(S卩，在保持真空的情况下)在相同的设备中相继地生长这些层。
[0020]在图2中，将图1的太阳能电池结构放置在离子注入设备中，该离子注入设备也称为“离子注入机”。多年以来半导体行业一直采用离子注入法。然而，为了实现空间布置，通常需要将限定待注入区域的硬掩模(例如，光致抗蚀剂、氧化物、氮化物)形成在晶片的表面上。太阳能电池制造中的扩散布置所需的空间精度在严格程度上比半导体器件制造低几个数量级，例如，对于太阳能电池制造为小于200 μπι，对于半导体器件制造则为小于10nm。因此，可使用离子注入设备(其使用驻留在设备中的可移除和一次性的掩模，而不是形成在晶片的表面上的掩模)将掺杂剂注入太阳能电池中。
[0021]尽管如此，离子注入对全背触式太阳能电池的制造提出了独特的挑战，原因是P型扩散区和N型扩散区必须在空间上相对于彼此正确定位并且图案与晶片的中心或边缘对准。要实现这种空间定位，使用离子注入将需要独立的注入步骤，一个步骤用于P型掺杂剂，另一个步骤用于N型掺杂剂，每个步骤都具有其独立的注入掩模。在高效太阳能电池的制造中，这可能需要好于10 μπι的精确图案布置才能确保扩散区不彼此重叠，并且形成较大区域的空间电荷复合，这对于高生产量(例如，大于2100件每小时(UPH))注入设备极具挑战性。
[0022]在图2的例子中，注入掩模112是离子注入设备的一部分并且未形成在太阳能电池基板上。例如，注入掩模112可以是可移除的掩模，其可以独立于太阳能电池基板而插入注入设备或从注入设备中拔出。为了解决图案布置精度问题，只有一种导电类型的掺杂剂是使用离子注入来注入的。在图2的例子中，只有N型掺杂剂是通过离子注入来注入的；使用用作P型掺杂剂源层的覆盖膜层来形成P型掺杂剂。在一个实施例中，通过注入掩模112将磷离子选择性地注入P型掺杂剂源层104的特定区域中。并未将磷注入P型掺杂剂源层104的被注入掩模112覆盖的区域中，从而将这些区域保留为P型掺杂剂源。