用于钝化衬底表面的方法

专利名称：用于钝化衬底表面的方法
用于钝化衬底表面的方法本发明涉及一种用于钝化半导体衬底表面的至少一部分的方法。这样的方法乂人实践是已知的。在已知的方法中，半导体坤于底的衬底表面通过在该村底上实现SiOx层，例如二氧化硅层被钝化。这 里，例如，可以在烤箱中利用氧化方法。另一种已知的方法包括溅 射SiOx层。而且，从实践已知的是通过化学气相沉积法将二氧化硅 沉积在衬底上。表面钝化的程度通常是通过表面复合速度(表面再结合速度， SRV)表示的。半导体衬底的良好表面钝化通常是指相对低的表面 复合速度。从文章"Plasma-enhanced chemical-vapor-deposited oxide for low surface recombination velocity and high effective lifetime in silicon", Chen et al, Journal of Applied Physics 74(4), August 15， 1993, pp. 2856-2859，已知一种方法，其中可对基本上本征石圭的衬底获得4氐的 SRV(<2cm/s),其具有相对4交高的电阻率(>500 Qcm)。在这种 已知的方法中，利用直接等离子体增强的化学气相沉积(PECVD) 和后续的优选在350。C下、在合成气体(混合气，forming gas)中迄今，对于以相对较低电阻率适当钝化衬底，至少使得可以达 到相对低的表面复合速度，尤其是利用SiOx层的沉积，仍然还发现存在问题。这样的钝化半导体衬底例如对于制造太阳能电池是期望 的。本发明构思消除已知方法的上述缺陷。具体地，本发明设计一种用于钝化半导体衬底的方法，其中利用该方法获得的SiOx层具有相对较低的表面复合速度，同时该衬底尤其具有相对低的电阻率。为此，根据本发明的方法的特征在于，包括至少一个SiOx层的 沉积):一夸^于底置于力口工室(工艺室，process chamber )中； -将加工室中的压力保持在相对低的值；-将衬底保持在适合实现上述层的特定村底处理温度下；-通过距衬底表面特定距离安装在加工室上的至少一个源产生 等离子体；-使由每一个源产生的该等离子体的至少一部分与衬底表面的 上述部分4妾触；以及-将适合于SiOx实现的至少一种前体供全会等离子体的上述部分；而至少在衬底上实现的至少一个层在气体环境中经受温度处 理，而该温度处理特别包i舌合成气体退火处理。发现以这种方式可获得衬底、衬底表面的至少上述部分的良好地，在上述温度处理过程中，在衬底上实现的至少上述SiOx层被保 持在高于350。C的处理温度下。发现利用这样的温度处理可获得特 别良好的结构。处理温度可以例如在大约25(TC-1000。C的范围内， 尤其时在大约500。C-70(TC的范围内，更尤其是在大约55CTC-650 °C的范围内。温度处理可以例如进行少于大约20 min。在该温度处理之后，衬底可以例如#1冷却，可选地以强制方式。 另外，优选i也，气体流一皮供乡会至上述4十底或所实现的至少该SiOx 层和在上述温度处理过程中的一于底，以^是供上述气体环i竟。因此， 温度处理可以例如包4舌合成气体退火处理。气体环:境可以例如通过 将氮气和氢气的混合物供给衬底和/或在衬底上实现的至少 一 个层 来提供。在这种情形下，气体环境可以例如基本上(主要)包括氢 气-氮气环境。在另一方面，气体环境可以例如基本上(主要)包括 氢气，例如通过将氢气流供给衬底和/或在衬底上实现的至少 一个 层。然后，气体或气体混合物优选具有基本上相同的上述衬底处理才艮据本发明的一个方面， 一种用于钝化半导体衬底表面的至少 一部分的方法的特征在于，包括至少一个SiOx层的至少一个层在衬 底表面的上述部分上通过以下步骤实现-将衬底置于加工室中；-将加工室中的压力保持在相对低的值；-将衬底保持在特定处理温度下；-通过距衬底表面特定距离安装在加工室上的至少一个源产生 等离子体；"吏由每一个源产生的等离子体的至少 一部分与衬底表面的上述部分4妄触；以及-将适合于SiOx实现的至少一种前体供给等离子体的上述部分；然后，同时将Hb或H2和惰性气体(例如N2或Ar )的混合物 供给上述等离子体，尤其是用于退火该至少一个层和/或用于增大H2在该至少一个层中的扩散。本发明进一步提供一种太阳能电池，其至少被提供有根据本发 明的方法获得的衬底的至少 一部分。这样的太阳能电池可以以有利 的方式利用改进的性能，例如衬底表面相对低的表面复合速度，这 有利于该太阳能电池的性能。本发明的进一步详尽细节在下文中进行描述。本发明现在将基 于非限制的示例性实施方式并参照附图加以阐明，其中

图1示出了用于处理一于底的装置的示意性截面图；和图2示出了在图1中示出的截面图的细节，其中示出了等离子 体级联源。在本专利申请中，相同或相应的4晉施(部件)用相同或相应的 标记符号指代。在本申请中，用术语如"大约"、"基本上"、"约" 或类似术语提供的数值可被理解为处于在 一 方面该数值减去5 %的 数值和另 一方面该数值加上5%的数值之间的范围内。图1和2示出了一种装置，在才艮据本发明的方法中，利用该装 置可实施将至少一个SiOx层，以及例如一个或多个其他的层至少沉 积或实现在村底上。该装置例如非常适合用于在线工艺。图1和图2示出的装置设置(提供)有加工室5，加工室5上设置了 DC (直 流电)等离子体级联源3。可替换地，可以使用不同类型的等离子 体源。示例性实施方式的DC等离子体级4关源3净皮i殳置成利用DC 电压产生等离子体。该装置在加工室5中正对等离子体源3的流出 开口 4设置有用于夹持一个衬底1的衬底夹持器8。该装置进一步 包括用于在处理过程中加热衬底1的加热装置(未示出)。如图2所示，等离子体级耳关源3被i殳置有位于前室11中的阴 才及10和^立于临近加工室5的源3侧边的阳才及12。前室11经由相对 窄的通道13和上述等离子体流出开口 4通向加工室5。装置例如一皮 尺寸化以^吏在衬底1和等离子体流出开口 4之间的距离L为大约 200 mm-300 mm。因此，该装置可具有相对紧凑的设计。通道13 可通过相互电绝缘的级联板14和上述阳极12结合在一起。在处理 衬底过程中，加工室5被保持在相对较低的压力下，特别是低于5000 Pa，并且优选低于500Pa。当然，尤其是加工室的处理压力和尺寸 需要为如此以使生长过程可仍然发生。实践中，利用本发明示例性 实施方式的加工室，发现用于该目的的处理压力为至少大约0.1 mbar。需要用来获得上述处理压力的泵送装置在附图中没有示出。 在源3的阴极10和阳极12之间，等离子体在利用(例如通过惰性 气体的点火)如其中存在的氩气过程中产生。当等离子体已在源3 中产生时，前室11中的压力高于加工室5中的压力。这个压力可 例如大致为大气压并在0.5-1.5 bar的范围内。因为加工室5中的压 力显著低于前室11中的压力， 一部分产生的等离子体P扩展以使 其经由相对较窄的通道7从上述流出开口 4延伸到力。工室5中以接 触4于底1的表面。扩展的等离子体部分可以例如达到一个超声速。装置纟皮特别设置有供应装置6、 7,用于供应适合的处理流体流 到在例如源3的阳拟J反12中和/或加工室5中的等离子体P中。这 样的供应装置本身可以以不同方式被设计，这对于技术人员是清楚的。在示例性实施方式中，供应装置包括例如i殳计用于将一种或多 种处理流体引入到4妻近等离子体源3的等离子体P中的注射器6。供应装置进一步包括例如喷淋头7,用于将一种或多种处理流体供 应到接近一十底1的上述等离子体流出开口 4下游的等离子体P。可 替换地，这样的喷淋头7例如一皮设置在加工室5中的等离子体源3 的附近或下面。装置被设置有经由流控装置连接至上述供应装置6、 7的源(未示出)，用于向其供应特定期望的处理流体。在示例性实 施方式中，在^吏用过程中，优选没有反应性气体如石圭烷、氢气和/ 或氧气被供给等离子体源3中的等离子体，以使源3不受这样的气 体的影响。对于钝化衬底1的目的来说，在使用过程中，级联源3以所述 方式产生等离子体P,以使等离子体P接触衬底1的衬底表面。适 合于SiOx沉积的处理流体的流经由供应装置6、 7以适当比率被供 给等离子体P。等离子体处理工艺的工艺参数，至少上述加工室压 力、衬底温度、等离子体源3和衬底1之间的距离L以及处理流体 的流速优选为4吏得装置将SiOx层以有利的速率沉积在衬底1上，该 速率例如在大约1-15nm/s的范围内，这例如耳又决于该装置的速率。上述衬底温度，至少在沉积SiOx过程中，可以例如在250-550 。C的范围内，更尤其是在380-420'C的范围内。上述处理流体可以包括适合于SiOx沉积的各种前体。因此，例 如D4和02可一皮供应给等离子体P的上述部分，用于将SiOx层沉 积在衬底表面上，发现这可产生良好结果。D4(也称为八甲基四硅 氧烷)可以例如是液体，并且例如可以经由上述喷'淋头7纟皮供纟合等 离子体。02可以例如是气态的并且经由上述注射器被供给等离子 体。而且，该至少 一种前体可以例如是选自由以下物质《且成的纟且SiH4、 02、 N02、 CH3SiH3 (IMS)、 2(CH3)SiH2 (2MS)、 3(CH3)SiH (3MS)、石圭氧烷、六甲基硅氧烷、八曱基三硅氧烷(OMTS)、双(三 曱基甲硅烷氧基)甲基硅烷(BTMS)、八曱基四硅氧烷(OMCTS, D4)和TEOS。前体可以进一步包括一种或多种适合于SiOx的其他 物质。由于等离子体级4关源用DC电压进4亍4喿作以产生等离子体，所 以SiOx层可简单i也以恒定生长速率进4亍生长，在沉积过考呈中基本上 无需调整。这相比于使用以AC驱动的等离子体源是有利的。而且， 利用DC等离子体级if关源，可获得相对高的生长速率。发现利用该 装置可获得特别良好的结果，尤其是具有SiOx层，具有相对低的衬 底电阻率。可选地，在上述SiOx层上，例如，可i殳置SiNx，其可以例如 形成抗反射涂层。而且，这样的SiNx层可以例如将氩气供给用于衬 底钝化的目的而沉积的SiOx。优选地，SiOx层和SiNx层通过相同 沉积装置连续沉积在4于底1上。为此，例如，适合于SiNr沉积的前 体(例如，NH3、 SiH4、 N2和/或其他前体)可在沉积SiOx层之后 经由上述供应装置6、 7供给等离子体P。包括至少一个SiOx层和 至少一个SiNx层的层堆叠也称为SiOx/SiNx堆叠(叠层)。上述SiNx 层的厚度优选在大约25至100 nm的范围内，并且可以例如为约80 nm。而且，例如，装置可一皮i殳置成在沉积一个或多个上述层之后4吏 衬底经受温度处理，例如经受其中合适的气体被供给衬底的合成气 体退火处理。以这种方式，温度处理可在气体环境中实施，至少《吏 得在一十底上实现的至少一个层的至少一个表面接触这些气体。适于 温度处理的气体混合物是例如氢气-氮气混合物。这样的温度处理可 以例如在单独的热处理装置、单独的合成气体退火装置等中进行。而且，在使用装置过程中，例如，H2或H2和惰性气体如N2 或Ar的混合物可以供给等离子体P(在至少一个层已在衬底上实现 之后)，例如用于增加H2在SiOx层或SiCVSiNx堆叠中的扩散。这 样的等离子体处理可以例如代替上述温度处理或联合这样的温度 处理力o以实施。实施例利用附图中示出的上述装置，将氧化硅(SiO)层利用根据本 发明的方法沉积在单晶石圭的衬底表面上。该层的厚度大约100 nm。 衬底本身具有相对低的电阻率，例如低于大约10Qcm的电阻率。 具体地，利用具有1.4Qcm的电阻率的n^参杂^5圭晶片。为了在衬底表面上沉积上述氧化硅层，在该实施例中，利用前 体D4和02的流。这里，例如， <吏用大约5-10 g/h的D4流速和大 约200 seem (每分4中的标准cm-3)的02流速。在SiOx沉积过程中， 衬底的沉积处理温度为大约400°C 。所沉积的氧化硅层被可选地设置有SiNx层(利用N2H3和 SiH4),用于在衬底上形成SiOx/SiNx堆叠。SiNx层可以例如将氢气 供给沉积的SiOx层，并且还用作抗反射层。在沉积上述一个层/多个层之后，衬底经受温度处理，例如利用 合适的合成气体退火装置。在该温度处理过程中，沉积的SiOx层和 /或SiNx层^d呆持在大约600。C的处理温度进^于大约15 min的处理 时间，并且尤其是在大气压下。另外，在温度处理过程中，90% N2-10% H2气体混合物被供给SiOx层和/或SiCVSiNx堆叠的表面， 以获得合成气体退火。在上述(处理)大约15min之后，衬底和设 置其上的至少一个层^皮冷却。发现由此获得的SiOx层和/或SiOx/SiNx堆叠具有稳定的、特别 低的大约50 cm/s的表面复合速度。因此，以这种方式处理的衬底 (其具有非常^^的电阻率)尤其非常适合于用作例如太阳能的"积木式部件(预制组件，building block )，，。不用说，在如所附权利要求中提出的本发明的框架范围内，各 种更改是可能的。以1屯4匕。另外，所述方法可以例如利用安装在加工室上的多于一种的等 离子体源力口以实施。而且，衬底可以例如乂人真空环境:坡载入到加工室5中，如带入真空的负载锁(load lock )，并一皮安装至加工室。在该情况下，加工 室5中的压力在加载过程中可保持期望的较低值。另外，衬底可以 例如在室5处于大气压时一皮引入加工室5中，而然后加工室5一皮关 闭并通过泵送装置抽取至期望的压力。另外，等离子体源可以例如产生排他地包含氩的等离子体。而且，例如， 一个或多个层可#皮施力。至4于底，例如一个或多个 SiOx层和一个或多个可选的其他层例如SiNx层。而且，优选地，衬底的整个表面通过根据本发明的方法被钝化。 可一办换地，例如，^U又表面的一部分通过所述方法纟皮4屯化。而且，通过等离子体处理工艺在衬底上实现的SiOx层的厚度可 以例3口在10-1000 nm的范围内。而且，利用02作为前体的等离子体可以例如将衬底的衬底表面、或部分表面修饰成SiOx,以使上述SiOx层被实现。在该情况 下，SiOx层尤其通过沉积不能实现，^旦通过〗f饰可实现。该SiOx 层也可以以不同方式4皮实现。
权利要求
1.一种用于钝化半导体衬底表面的至少一部分的方法，其中包括至少一个SiOx层的至少一个层在所述衬底表面的所述部分上通过以下步骤被实现-将所述衬底(1)置于加工室(5)中；-将所述加工室(5)中的压力保持在相对低的值；-将所述衬底(1)保持在适合于实现所述层的特定衬底处理温度下；-通过以距所述衬底表面特定距离(L)安装在所述加工室(5)上的至少一个等离子体源(3)来产生等离子体(P)；-使由每一个源(3)产生的所述等离子体(P)的至少一部分与所述衬底表面的所述部分接触；以及-将适合于SiOx实现的至少一种前体供应给所述等离子体(P)的所述部分；其中至少在所述衬底(1)上实现的所述至少一个层在气体环境中经受温度处理，其中所述温度处理特别包括合成气体退火处理。
2. 才艮据冲又利要求1所述的方法，其中，在所述温度处理过程中， 在所述衬底(1)上实现的至少一个层被保持在高于35CTC的 处理温度下。
3. 才艮据片又利要求1或2所述的方法，其中，所述处理温度在大约 250。C-1000。C的范围内，尤其是在大约50CTC-700。C的范围内， 更尤其是在大约550。C-650。C的范围内，例如大约600°C。
4. 才艮据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述温度处理进行少于大约20 min。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述温度处 理过禾呈中，气体流一皮供乡会所述4十底(1 )或至少在所述^f底(1 ) 上实现的所述至少一个层，用于纟是供所述气体环境。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述气体环境 基本上包括氮气和氢气的混合物。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中在所述混合物中氮气:氢气 的比率在大约75:25至99:1的范围内，尤其是在大约85:15至 95:5的范围内，并且例如是大约90:10。
8. 才艮据^f又利要求1-5中任一项所述的方法，其中，所述气体环境 基本上包含氢气。
9. 4艮据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少一种 前体选自以下物质构成的组-SiH4;-02;-N02;-CH3SiH3 (IMS); -2(CH3)SiH2 (2MS); -3(CH3)SiH (3MS); -石圭氧烷； -六曱基硅氧烷； -八甲基三硅氧烷；-双(三曱基甲硅烷氧基)曱基硅烷； -八曱基四硅氧烷(D4);和 -TEOS。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述衬底(1 ) 本身具有相对4交j氐的电阻率，例如^氐于大约10 Qcm的电阻率，尤其是大约2 Dcm或更^氐的电阻率。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，特征在于，所述等离 子体处理工艺的工艺参凄t、至少所述加工室压力、所述至少一 种前体的流速、所述衬底处理温度、所述加工室(5)的尺寸 以及所述至少一个源(3)与所述衬底表面之间的距离(L) 是这样的，以使得SiOx层以在大约1-15 nm/s范围内的生长速 度在所述4于底(1 )上—皮实现。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，特征在于，所述衬底 的所述处理温度至少在实现SiOx的过程中在250-550。C的范 围内，更尤其是在380-420'C的范围内。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，特征在于，通过等离 子体处理工艺在所述一十底(1 )上实现的所述SiOx层的厚度在 10-1000 nm的范围内。
14. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少一个 等离子体源包括至少一个等离子体级联源。
15. 根据权利要求14所述的方法，特征在于，在每一个等离子体 级if关源中，DC电压一皮用于产生所述等离子体。
16. 冲艮据前述^又利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少一个层被进一步设置有至少一个SiHc层，其中所述SiNx层例如在 所述SiOx层上被实现，例如用于提供抗反射层。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中，所述SiOx层和SiNx层 通过相同装置被连续设置在所述衬底(1 )上。
18. 根据权利要求16或17所述的方法，其中，所述SiNx层的厚 度在大约25至100 nm的范围内，并且尤其为大约80 nm。
19. 才艮据前述^L利要求中任一项所述的方法，其中，所述等离子体 被提供有02作为前体，以使所述衬底表面被修饰成SiOx以实 现所述SiOx层。
20. —种用于钝化半导体衬底表面的至少一部分的方法，例如根据 前述权利要求中任一项所述的方法，其中包括至少一个SiOx 层的至少一个层通过以下步骤被实现在所述村底表面的所述 部分上-将所述衬底(1)置于加工室(5)中；-将所述加工室(5)中的压力保持在相对低的值；-将所述衬底(1 ) ^f呆持在特定衬底处理温度下；-通过以距所述衬底表面特定距离(L)安装在所述加工 室(5)上的至少一个等离子体源(3)来产生等离子体(P);-使由每一个源(3)产生的所述等离子体(P)的至少 一部分与所述衬底表面的所述部分4妻触；以及-将适合于SiOx实现的至少一种前体供应给所述等离子 体(P)的所述部分；其中，然后将H2或H2和惰性气体例如N2或Ar的混合物 供应给所述等离子体，尤其是用于退火所述至少一个层和/或 用于增大Hb在所述至少一个层中的扩散。
21.—种太阳能电池，至少,皮纟是供有利用才艮据前述^又利要求中任 一项所述的方法获得衬底的至少 一 部分。
全文摘要
本发明披露了一种用于钝化半导体衬底表面的至少一部分的方法，其中包括至少一种SiO_x层的至少一个层在所述部分的衬底表面上通过以下步骤实现-将衬底(1)置于加工室(5)中；-将加工室(5)中的压力保持在相对低的值；-使衬底(1)保持在特定衬底处理温度下；-通过距衬底表面特定距离(L)处安装在加工室(5)上的至少一个等离子体源(3)产生等离子体(P)；-将由每一个源(3)产生的等离子体(P)的至少一部分接触衬底表面的所述部分；以及，-将适合于SiO_x实现的至少一种前体提供给等离子体(P)的所述部分；其中至少在衬底(1)上实现的至少一个层经受在气体环境中的温度处理。
文档编号H01L31/0216GK101233621SQ200680027607
公开日2008年7月30日 申请日期2006年7月28日 优先权日2005年7月29日
发明者威廉默斯·马思艾斯·玛丽·凯塞尔斯, 布拉姆·霍克斯, 毛里蒂乌斯·科内利斯·玛丽亚·范德桑登, 马丁·迪南·拜克尔 申请人:Otb集团有限公司