分成子单元的基于硅的单片半导体基板的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种竖向地分成互相隔离的多个子单元的新型的基于娃的单片半导 体基板及其制备方法的各种变型。
[0002] 运样的基板在制造光伏模块和光伏电池的情况下是特别有利的。
【背景技术】
[0003] 当前，光伏（PV)模块主要通过组装由单晶娃或多晶娃制成的电池制造而成，运些 电池通常由P导电性的晶圆制造。
[0004] 在大约Im2的合理尺寸的PV模块中，晶圆的标准尺寸（156mmX156mm)意味着PV 模块的开路电压（V。。）被限制为几十伏。
[000引为了尝试增大PV模块的V。。电压，已经开发了多种方式。
[0006] 第一选择可W在于使用晶体娃（Si)W外的材料，尤其是具有比娃的1.IeV(电子 伏）宽的能带隙的半导体，例如，诸如晶体Si上的非晶Si等材料（称为异质结技术）或者 甚至材料CdTe(蹄化儒）。遗憾的是，开路电压方面的提高是有限的，运是因为使用过宽能 带隙（〉2eV)的半导体导致光子吸收量的显著下降W及能量转换效率的损失。
[0007] 另一可能性将是相对于当前标准156mmX156mm减小电池的尺寸；运将可W通过 增大形成该模块的串联连接的电池的数目来增大电压V。。的值。然而，该解决方案将使制造 模块所需的处理操作更难W执行。而且，出于互连目的而在形成PV模块的运些电池之间保 持间隙的需求，导致可用区域（即，允许电载流子的光生的区域）的损失。当实施大量的较 小电池时，运种区域的损失是重大的。最后，除非使用背接触电池（RCC)技术，否则该解决 方案造成关于金属化和互连的难题。 阳00引为了试图减小运种可用区域的损失，可W设想到制造标准尺寸156mmX156mm的 单片晶圆W及例如通过激光烧蚀来蚀刻后验沟槽；运可W具有有效地产生多个较小电池的 效果。然而，蚀刻过程易于导致弱化晶圆，并因此导致关于机械强度的问题。而且，存在关 于子单元之间的隔离的问题（即使对于对应于基板的厚度的50%的隔离，如文献[1]中所 提到的）。
[0009] 为了缓解该困难，Goetzberger[l]提出了通过渗杂或通过电子轰击W创建高电阻 率的结构缺陷区而产生电气分离。然而，运些解决方案具有为少数载流子创建复合中屯、的 主要缺点。而且，文献[1]没有允许判断如此产生的电气隔离的有效性；而且，其提到了分 离可能不是完全有效的。
[0010] 最近，化zner等人[2]通过对电池的串联连接进行建模，设想到电池的p-n结平 面是竖向的，与结平面是水平的常规晶圆的构型相反。该方法的优势是可W设想使用对单 片基板的晶圆级处理来制造电池。然而，关于运样的结构的实际制造而言，很多技术问题仍 未得到解答，而且运样的结构的成本面临着非常高的风险。
【发明内容】
[0011] 因此，需要提供适于制造高开路电压的PV模块且最小化非活性区域（即，不允许 收集光生载流子的区域）的基于娃的半导体设备。
[0012] 本发明的目的精确地在于提供一种细分成相互电隔离的多个子单元且允许消除 上述缺点的新型的基于娃的单片半导体设备W及获得运样的设备的方法。
[0013] 更精确地，根据本发明的第一方面，本发明设及一种竖向分成相互隔离的子单元 的基于娃的单片半导体基板，该基板包括由P型娃或n型娃形成的、具有包括在1X10"cm3 与2XIQiScm3之间的填隙氧浓度的基部，W及在所述基板的至少一面上集成的相对于彼此 不连续的n+过渗杂阱和/或P+过渗杂阱，其特征在于，所述基板的介于两个相继的阱之间 且延伸直接穿过所述基板的厚度（e)的至少一个区域是电隔离区域，所述电隔离区域的基 于填隙氧的热施主的浓度不同于所述基部的基于填隙氧的热施主的浓度。
[0014] 有利地，与事先实现高溫热退火的常规的微电子方法相反，根据本发明的方法充 分利用热施主的激活，W精确地抵消热施主的效应。
[0015] 在下文中，除非另有指示外，否则当晶圆、半导体基板和设备在其水平位置上被观 察时描述它们的特征。因此，尤其，根据本发明的基板被限定为在水平定位的基板的竖向剖 平面上被竖向分成子单元。
[0016] 表述"电隔离区域"被理解为表示基板的具有高电阻率、尤其高于或等于 化Q-cm、有利地高于或等于IOkQ-cm的高电阻率的区域。理想地，运样的区域可W是本 征区，在该本征区中，电子型电荷载流子的浓度和空穴型电荷载流子的浓度是相似的。
[0017] 根据本发明的另一方面，本发明提供了允许通过控制基于填隙氧的热施主的局部 浓度来容易地获得运样的基板的方法。
[0018] 基于填隙氧的热施主是氧的小的团聚体（通常由3到20个氧原子的结合而形 成），其表现为娃中的电子施主。在文献巧]中已知，在包含氧的娃晶圆中，400°C-500°C的 溫度下的热退火允许形成运些热施主。当运些热施主在P型娃中生成时，则它们可导致材 料补偿及其导电性变化。
[0019] 表述"热施主"或更简单地缩写"TD"在下文将表示基于填隙氧的热施主。
[0020] 如下文详述，根据本发明的基板可W由初始均匀的P型导电性的标准娃晶圆制 成，但也可W由用高电阻率娃、尤其是电阻率高于化Q^cm的高电阻率娃形成的晶圆制成， 或者甚至由其中材料中的空穴浓度和电子浓度相似的被称为本征娃晶圆的晶圆制成。
[0021] 在下文中，术语"晶圆"将表示用W经历下文所详述的用W形成根据本发明的最终 "基板"的多个步骤的起始材料，在该最终"基板"中，集成n+过渗杂阱和P+过渗杂阱W及 电隔离区域。
[0022] 在本发明的上下文中，最终"基板"被理解为表示，在处理初始晶圆的各个步骤且 其中集成阱和电隔离区域之后获得的的最终材料。尤其，在本发明的上下文中，表述"P型 基板"（或n型）被理解为表示包括渗杂P型（或者n型）的主要部分（被称为"基部"） 且在其中至少集成的电隔离区域和n+过渗杂阱和/或P+过渗杂阱的基板。
[0023] 根据本发明的另一方面，本发明设及一种包括诸如W上限定的基板的半导体设 备。
[0024] 根据本发明的半导体设备有利地是光伏电池。
[00巧]问题可W是具有正面发射器的电池、双面电池、具有背面发射器的电池、尤其具有 交叉背接触（IBC)结构或甚至锻金属穿孔卷绕（MWT)结构的背接触电池（RCC)、或C-Si上a-Si:H类型的异质结电池。
[00%] 根据本发明的被分成多个尺寸受控的子单元的设备有利地允许制造具有增大的 开路电压、同时保留大约lm2的合理标准尺寸的PV模块。
【附图说明】
[0027] 在阅读下文的本发明的示例性实施方式的详细描述W及查阅附图时，应用根据本 发明的基板和设备W及其制造方法的其它特征、优势和方式将变得更清楚，其中：
[002引-图1W竖向剖面图示意性地示出了根据一个特定实施方式、根据本发明的半导 体基板的结构；
[0029]-图2W竖向剖面图示意性地示出了根据两个特定实施方式、根据本发明的设备 的结构（图2a:双面电池的情况；图化：RCC电池的情况）；
[0030] -图3示意性地示出了根据第一实施方式的用于制备根据本发明的基板的方法的 各个步骤；
[0031] -图4示意性地示出了根据第二实施方式的用于制备根据本发明的基板的方法的 各个步骤；
[0032]-图5示意性地示出了根据第S实施方式的用于制备根据本发明的基板的方法的 各个步骤；
[0033]-图6示意性地示出了根据第四实施方式的用于制备根据本发明的基板的方法的 各个步骤；
[0034]-图7示意性地示出了在示例1中实现的用于制备根据本发明的设备的方法的各 个步骤；
[0035]-图8示意性地示出了在示例2中实现的用于制备根据本发明的设备的方法的各 个步骤。
[0036] 应当注意到，为了清楚，图中的各个元件未按照比例显示，且没有遵守各个部分的 实际尺寸。
【具体实施方式】
[0037] 在下文中，除非另有指示，否则表述"包括在...和...之间"、"范围从...至IJ..." W及"从...到...变化"是等同的，且被理解为表示包括端值。
[0038] 除非另有指示，否则表述"包含/包括一个"必须被理解为表示"包含/包括至少 一个"。 阳的9] 分成子单元的基于巧的单片半导体基板
[0040] 在下面的描述中，参考附图1。
[0041] 根据本发明的基于娃的单片半导体基板10包括由P型娃或n型娃制成的基部1， 或者换言之，包括P型或n型渗杂的主体部分。 阳0创 P渗杂基板的基部可W尤其具有包括在1XIQi4Cm呀日5X10I6Cm3之间、尤其从 1X1〇14細3至。1X10 16細3的空穴型的多数电荷载流子的浓度。
[0043]空穴型电荷载流子的浓度例如可W通过霍尔效应测量方法得出。 W44]n渗杂基板的基部可W尤其具有包括在IXl〇i4cm呀日2X10I6Cm3之间、尤其从 1XIQi4Cm3到1X10"cm3的电子型的多数电荷载流子的浓度。 W45] 电子型电荷载流子的含量例如可W通过霍尔效应测量（其允许确定渗杂类型）而 确定。
[0046] 根据本发明的基板10可W具有范围从100Jim到500Jim、尤其从150Jim到300Jim 的厚度e。
[0047] 该基板10可W具有范围从IOcm到30cm、尤其从12. 5cm到15.6cm的总长度Lp。 W4引如上所述，根据本发明的基板的基部1具有包括在IX10"cm3和2X10iScm3之间、 尤其在5X10"cm郝1. 5X10I8Cm3之间的填隙氧的浓度。
[0049] 该浓度将不W聚结形式（热施主）存在的填隙氧的含量考虑在内。
[0050] 填隙氧的浓度例如可W通过傅里叶变换红外光谱学（FTIR)分析而获得。
[0051] 根据其另一特征，根据本发明的基板10在其至少一面上具有相对于彼此不连续 的n+过渗杂阱和/或P+过渗杂阱。
[0052] 表述"不连续"被理解为表示，在给定的面上集成到基板中的多个阱彼此不相邻。 运些阱被电隔离区域分隔开，如图1的竖向剖面图中所示的。换言之，在给定的面上集成的 阱不形成连续渗杂层。
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