专利名称：在掺杂区上方清洁和形成带负电荷的钝化层的方法
技术领域：
本发明实施例大体上涉及太阳能电池的制造，更具体地，涉及钝化结晶硅太阳能电池的表面的装置结构和方法。
背景技术：
太阳能电池是将太阳光直接转换成电功率的光致电组件。最常见的太阳能电池材料为硅(Si)，所述硅以单晶、多晶或多-结晶基板的形式呈现。由于利用硅基太阳能电池产生电力的成本高于通过传统方式产生电力的成本，因此仍一直努力降低制造太阳能电池的成本且不负面影响太阳能电池的整体效率。图I示意性地示出由结晶硅基板110制成的标准硅太阳能电池100的横截面图。基板Iio包括基极区101、发射极区102、p-n结区103、介电钝化层104、正面电触点107以 及背面电触点108。p-n结区103配置于太阳能电池的基极区101与发射极区102之间，且所述p-n结区103为当太阳能电池100由入射光子照射时产生电子-空穴对的区域。介电钝化层104可作为太阳能电池100的抗反射涂布(ARC)层以及发射极区102的表面105的钝化层。可通过利用ARC层提升太阳能电池100的效率。当光从一个介质传递到另一个介质时，例如从空气到玻璃，或从玻璃到硅，一些光会由两个介质之间的界面反射，即使入射光正交于界面。反射的光的比例为两个介质间的折射率差异的函数，其中较大的折射率差异导致较高比例的光由所述界面反射。公知配置于两个介质之间并且折射率的数值介于所述两个介质的折射率之间的ARC层可用来减少被反射的光的比例。因此，在太阳能电池100的光接收表面上的ARC层的存在(例如表面105上的介电钝化层104)减少了由太阳能电池100反射因而无法用来产生电力的入射光的比例。当光落在太阳能电池上时，来自入射光子的能量在p-n结区103的两侧上产生电子-空穴对。在包括η-型发射极区与P-型基极区的太阳能电池中，电子横跨p-n结区扩散至较低能级，而空穴以相反的方向扩散，因此在射极中产生负电荷，而在基极中聚集相应的正电荷。在具有P-型发射极区102与η-型基极区101的替代结构(图I)中，电子横跨P-n结区扩散以在发射极中形成正电荷，而空穴以相反的方向扩散以形成在基极中聚集的负电荷。无论哪种情况，当在发射极与基极之间形成电路时，电流将流动并且由太阳能电池100产生电力。太阳能电池100将入射能量转换成电力的效率受到多个因素的影响，所述因素包括太阳能电池100中的电子与空穴的复合率以及由太阳能电池100反射的入射光的比例。在太阳能电池100中以相反的方向移动的电子与空穴彼此结合时发生复合。每一次在太阳能电池100中电子-空穴对复合时，载流子被消除，由此降低了太阳能电池100的效率。复合可发生于基板110的块体娃中或发生在基板110的任一表面105、106上。在块体中，复合是块体硅中缺陷的数目的函数。在基板110的表面105、106上，复合是表面105、106上存在的悬浮键的数量的函数，所述悬浮键即未封端的(unterminated)化学键。在表面105、106上发现悬浮键是由于基板110的硅晶格在这些表面处终结。这些未端接的化学键作为在硅的能带间隙中的缺陷陷阱，因此为电子-空穴对的复合位置。如上所述，介电钝化层104的一个功能是最小化在发射极区102或基极区101的表面处的载流子复合，在所述发射极区102和所述基极区101的上方形成有介电钝化层104。已经发现在介电钝化层104中形成负电荷有助于抵制载流子移动通过太阳能电池，而因此减少载流子复合并提高太阳能电池组件的效率，所述介电钝化层104配置于形成在太阳能电池组件中的P-型掺杂区上方。虽然利用传统的等离子体处理技术来形成具有净正电荷的钝化层相对容易，但却难以在硅基板的表面上形成稳定带负电荷的钝化层。太阳能电池表面的完全钝化通过减少表面复合而极大地提高太阳能电池的效率。为了钝化太阳能电池100的表面，例如表面105，通常在表面105上形成介电钝化层104，由此减少表面105上存在的悬浮键数目达3或4个数量级。针对太阳能电池应用而言，介电钝化层104通常是氮化硅(SixNY或缩写SiN)层，并且大部分的悬浮键由硅(Si)、氮(N)或氢(H)原子端接。但由于氮化硅(SiN)是非晶材料，因此在发射极区102的硅晶格与介电钝化层104的非晶结构之间不可能发生完美匹配。因此，在形成介电钝化层104后残留于表面105上的悬浮键数目仍足以显著降低太阳能电池100的效率，需要额外钝化表面105，例如氢钝化。在多-结晶硅太阳能电池的情况中，氢也有助于钝化晶粒边界上的缺陷中心。在太阳能电池组件的正常处理过程中，在太阳能电池中设置的P-型硼掺杂区在形成介电钝化层104之前会形成难以移除的氧化物层，所述氧化物层例如硼硅酸盐玻璃(BSG)层。BSG氧化物层可形成于P-型基板基极区101的背侧上，或者BSG层可形成于p-型发射极结构上。然而，通常重要的是移除形成的氧化物层并清洁基板表面，以避免在随后的处理过程中太阳能电池基板的污染，并改善后续形成于基板表面上的介电钝化层的钝化效应。亦乐见确保太阳能电池有效率地将尽可能多的由太阳接收的光能转换为电能。然而，由于太阳光会相当容易地被散射、折射、衍射或反射，因此已经发展几种不同的技术来增强太阳能电池中的光捕获以改善转换效率。举例而言，可提供表面纹理以提高表面粗糙度，由此帮助捕获光并将光局限于太阳能电池中。传统表面纹理化处理通常利用含水酒精相关化合物作为化学物源以用于基板表面处理。然而，酒精相关化合物易燃，这易引起火灾并需考虑环境安全问题，因此在处理过程中需要特别的安全措施。再者，需要确保在酒精蒸发温度下，纹理化溶液中的蚀刻剂的化学活性处于能够有效地执行纹理化处理的理想范围中。因此，当处理在这些高温下进行时，来自纹理化浴的酒精组分的蒸发导致不稳定的纹理化浴成分。因此，需要一种在沉积钝化层前清洁基板的改进的方法，一种在太阳能电池组件的表面形成想要的电荷以最小化载流子的表面复合的改进的方法，并且需要一种在太阳能电池的表面上形成想要的表面纹理以改善形成的电池的捕获入射光的能力的方法
发明内容
本发明实施例大体上提供钝化太阳能电池基板的表面的方法，所述方法包括将形成在基板上的P-型掺杂区的表面暴露于包含第一处理气体和第一含氟气体的第一 RF等离子体，并将P-型掺杂区的表面暴露于包含卤素气体的第二 RF等离子体，以及RF偏压所述基板以在所述P-型掺杂区的表面上形成带负电荷层。本发明实施例可进一步提供钝化太阳能电池基板的表面的方法，所述方法包括将形成在η-型基板上的P-型掺杂区的表面暴露于包含第一处理气体和第一含氟气体的第一RF等离子体，将所述P-型掺杂区的表面暴露于包含第二处理气体、第二含氟气体以及含氢气体的第二 RF等离子体，将所述P-型掺杂区的表面暴露于包含卤素气体的第三RF等离子体，以及RF偏压所述基板以在所述P-型掺杂区的表面上形成带负电荷层，以及在形成的带负电荷层上沉积第一含氮化娃层。本发明实施例可进一步提供钝化太阳能电池基板的表面的方法，所述方法包括从形成在基板上的P-型掺杂区的表面移除氧化物层，移除所述基板的表面的一部分，该部分中P-型原子的浓度高于P-型掺杂区中P-型原子的平均浓度，以及通过将所述表面暴露于包含氟或氯的RF等离子体而在所述表面上形成带负电荷层。本发明实施例可进一步提供清洁太阳能电池基板的处理表面的方法，所述方法包括从形成在基板上的P-型掺杂区的处理表面移除氧化物层，从所述基板的所述处理表面移除死区，以及在所述处理表面上形成带负电荷层。
为了以更详细的方式了解本发明的上述特征，可参照实施例来理解本发明的简短概述于上的特定描述，一些实施例在附图中描述。然而，需注意附图仅图示本发明的典型实施例，因此不被视为限制本发明的范围，因为本发明可包括其它等效实施例。图I示意性地图示由单晶或多-结晶硅晶圆制成的标准硅太阳能电池的横截面图。图2A-2D图示根据本发明一个或更多个实施例的对应于图3所示的处理的不同阶段的基板的部分的横截面图。图3图示根据本发明一个实施例的在硅基板上执行的钝化层形成处理的处理流程图。图4是可用于执行本发明实施例的平行平板PECVD系统的示意性侧视图。图5是根据本发明一个实施例的具有多个处理腔室的处理系统的一个实施例的俯视不意图。图6图示根据本发明一个实施例的在硅基板上执行的钝化层形成处理的处理流程图。为了促进理解，尽可能使用相同的参考符号来指示附图中相同的组件。预期一个实施例的组件与特征可有利地并入其它实施例而不需进一步详述。
具体实施例方式本发明大体上提供一种制备硅基板的表面以及形成至少一部分的高质量钝化层的方法，所述高质量钝化层是形成的高效率太阳能电池组件的一部分。本发明的实施例对于制备在硅基板中形成的P-型掺杂区的表面来说尤其有用，从而高质量的钝化层结构可形成在所述表面上。在一个实施例中，所述方法包括将太阳能电池基板的表面暴露于等离子体以清洁和改变所述表面的物理、化学和/或电气特性。可受益于本发明的太阳能、电池基板包括具有有源区的基板，所述有源区包含单晶硅、多-结晶硅以及多晶硅，但所述可受益于本发明的太阳能电池基板对于用于将太阳光转换为电能的包含锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、碲化镉(CdTe)、硫化镉(CdS)、铜铟镓硒(CIGS)、铜铟硒(CuInSe2)、磷化铟镓(GaInP2)、有机材料的基板，以及异质结电池，诸如GalnP/GaAs/Ge或ZnSe/GaAs/Ge基板来说也是有用的。本发明实施例还大体上提供一种在基板的一个或更多个表面上清洁与形成含有负电荷的层的方法，所述表面例如掺杂P-型区的表面。形成于P-型区上的含有负电荷的层通常用来抵制电子在太阳能电池组件中流动，并钝化表面以最小化载流子复合，从而改善形成的太阳能电池组件的效率。 图2A-2D图示在用于在太阳能电池200的表面(例如，前表面205)上形成带电荷层219与钝化层220的处理顺序中的不同阶段期间太阳能电池基板210的示意性横截面图。在一个实施例中，带电荷层219和钝化层220共同用于在太阳能电池的表面上形成高质量钝化层结构。图3图示用于在太阳能电池基板210上形成钝化层的处理顺序300。图3中建立的顺序对应于在这里讨论的图2A-2D图示的阶段。图2A示意性地图示包括基板210的至少部分地形成的硅太阳能电池200的横截面图。基板210包括基极区201、发射极区202以及p-n结区203。p_n结区203配置于太阳能电池的基极区201与发射极区202之间，并且所述p-n结区203为当太阳能电池200被入射光的光子照射时产生电子-空穴对的区域。如上所述，在太阳能电池组件的正常处理期间，薄的且通常质量恶劣的原生氧化物层215将形成在基板210的一个或更多个表面上。在原生氧化物层215形成在p-型硼掺杂区上的构造中，氧化物层215可包括含有硼硅酸盐玻璃(BSG)的层。在一个实例中，含BSG的氧化物层形成在P-型发射极区202上，P-型发射极区202形成在η-型基极区201上(图2Α)。在替代实例中，BSG型氧化物层形成于P-型基板基极区201的背侧上。由于在某些情况下，可在一个或更多个热处理步骤期间或之后形成氧化物层，因此形成的氧化物层215的厚度与密度将取决于层是如何形成的，所述热处理步骤例如用于“置入(drive-in)”或退火形成在基板210上的一个或更多个层的熔炉退火步骤。在某些情况下，会由于延长暴露于空气而形成氧化物层。此外，对于部分形成的太阳能电池组件来说通常还具有死区216，所述死区形成于氧化物层215与基板210的表面之间的界面，所述死区216包含高浓度的掺杂原子。据信死区216中的高掺杂浓度是由在先前掺杂或热处理步骤期间掺杂原子扩散至基板210的表面205所造成。在一个实例中，死区216在含硅P-型掺杂发射极区202的表面处包含高浓度的硼原子(例如，> O. 1% )0在一个实例中，形成于硅基板中的死区216包含少于85%的电活性硼。相比下方基板的P-型部分(例如P-型掺杂发射极202)中P-型原子的平均浓度，P-型死区包含较高浓度的P-型原子。在一个实施例中，死区216的掺杂浓度高到足以形成电阻率低于约500hm-cm的区域。一般而言，难以利用传统的处理技术(可包括湿化学蚀刻处理)移除这些硼掺杂层。然而，通常重要的是执行清洁以移除包含高浓度的缺陷与污染物的富含硼层，所述高浓度的缺陷与污染物会降低界面的钝化程度。这些缺陷可包括错位、晶粒边界、悬浮键与空隙；而污染物可包括氧、硅与金属氧化物以及来自块体Si或来自处理本身的金属杂质。
参照图2A，在太阳能电池200的一个实施例中，基极区201包含n_型结晶硅基板，而发射极区202包含形成在基极区201上的P-型层。虽然下文主要讨论用于处理具有P-型发射极区形成于η-型基极区上的基板的方法与设备，但这个结构并非意图限制在此描述的本发明的范围。在方框302，清洁基板210的表面以移除氧化物层215 (图2Α)和死区216 (图2Α)，并在基板的表面上形成带电荷层219 (图2Β)。方框302执行的处理可在一个基板处理腔室中以单一处理步骤来执行，或者在一个或更多个基板处理腔室中以多个分开的处理步骤来执行。在一个实施例中，如图3所示，在方框302执行的清洁处理包括1.)在方框303执 行的第一清洁处理，是用于移除氧化物层215，2.)在方框304执行的第二清洁处理，是用于移除死区216，以及3.)在方框305执行的带电荷层219形成处理。在一个实施例中，可在例如系统500(图5)的群集工具中处理基板210，在所述群集工具中，一个或更多个处理腔室用于移除氧化物层215，移除死区216以及形成带电荷层219。在一个实施例中，可利用批次湿法清洁处理执行方框303的第一清洁处理，在所述批次湿法清洁处理中将基板210暴露于清洁溶液。在此实例中，利用湿法清洁处理清洁基板，其中所述基板被喷洒、淹没或浸入清洁溶液中。清洁溶液可为SCl清洁溶液、SC2清洁溶液、HF-最后清洁溶液、臭氧水溶液、氢氟酸(HF)以及过氧化氢(H2O2)溶液、或其它合适的和性价比高的清洁溶液。清洁处理可在室温浴中在基板上执行，所述执行持续约5秒与约600秒之间，例如约30秒至约240秒，例如约120秒。在替代实施例中，可利用干法清洁处理执行在方框303执行的清洁处理，在所述干法清洁处理中将基板210暴露于反应性等离子体蚀刻处理以移除氧化物层215。干法清洁处理与干法处理腔室的实例在下文结合图4和图5进一步描述。下一步，在方框304，通过利用干法清洁处理从基板210的表面移除死区216。在一个实施例中，在从基板210的表面移除氧化物层215之后，接着将基板传送至干法处理腔室以移除死区216。一般而言，在方框304执行的干法清洁处理通常包括将死区216持续暴露于RF或微波等离子体达所需的时间以移除基板表面的一部分。在方框304执行的处理的一个实例中，蚀刻硅基板(例如，结晶硅基板)的表面直到蚀刻区的表面包含至少85%的电活性硼为止，并因此实质移除P-型死区216。这种干法处理腔室与干法清洁处理的实例在下文结合图4和图5进一步描述。将注意到在某些情况下，乐见确保在执行方框303中执行的清洁处理之后且在基板上执行方框304中执行的清洁处理之前不让基板持续暴露于氧额外的时间，以避免清洁过的表面的重新氧化。因此，本发明某些实施例中，乐见在无氧的惰性和/或真空环境，诸如群集工具或系统500的真空处理区(图5)中，执行在方框302-308中执行的所有处理步骤，以使在处理步骤之间不让基板暴露于氧。在方框305，如图2B与图3所示，将基板210的表面205暴露于含有反应性气体的RF等离子体，所述含有反应性气体的RF等离子体用于在基板210的表面205上形成带负电荷层219。在一个实施例中，带负电荷层219包含厚度小于约50埃(A)的富含氟(F)和/或富含氯(Cl)层。据信通过将清洁过的表面(例如表面205)直接暴露于包含离子化氟和/或离子化氯的等离子体，所暴露的表面可被“掺杂”、“填充”或被覆盖带有负电荷的富含氟或富含氯的层。在一个实施例中，乐见形成在含娃表面上的带电荷层219具有大于约IxlO12库伦/平方公分的负电荷密度。带电荷层形成处理的实例在下文结合图4和图5进一步描述。虽然沉积的带电荷层219通常包含想要的电荷密度，但是带电荷层219也需要在物理、化学与电学方面足够稳定，以允许利用PECVD处理将一个或更多个钝化或抗反射层涂层(ARC)形成在所述带电荷层219上，同时不显著恶化形成的带电荷层219的性质。在方框305执行的处理的一个实施例中，在带电荷层219形成处理的一个或更多个部分期间溅射蚀刻基板210的表面205，以帮助在表面205上添加或形成表面纹理。一般而言，此处理可包括产生含有惰性气体的等离子体以溅射基板的表面，所述基板配置于偏压的或接地的基板支撑件上在一个实施例中，以一个连续的处理或在方框306执行的处理来完成在方框304执行的清洁处理与在方框305执行的带电荷层219形成处理。因此，在一个实施例中，在方框304执行的清洁处理的至少一部分所用的等离子体化学物包含含氟或含氯气体，所述含氟或含氯气体用于在基板的表面上形成带电荷层219。在另一个实施例中，以一个连续处理,例如在方框302执行的处理来完成在方框303和304执行的清洁处理以及在方框305执行的带电荷层219形成处理。因此，在一个实施例中，在方框303执行的清洁处理的至少一部分和/或在方框304执行的清洁处理的至少一部分所用的等离子体化学物包含含氟或含氯气体，所述含氟或含氯气体用于在基板的表面上形成带电荷层219。下一步，在方框308，如图2C-2D和图3所示，利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)处理将钝化层220形成在带电荷层219上。在一个实施例中，钝化层220包括多个钝化层，例如钝化层221与222，所述钝化层用于钝化基板的表面。在一个实施例中，钝化层220包括薄的钝化和/或抗反射层，所述钝化和/或抗反射层包含氧化硅、氮化硅、非晶硅、非晶碳化硅和/或氧化铝(Al2O3)。在一个实施例中，利用化学气相沉积(CVD)技术在适当大面积基板载体上支撑的多个太阳能电池基板上，将氮化硅(SiN)钝化与抗反射层、或薄的非晶硅(a-Si:H)层或非晶碳化硅(a-SiC:H)层以及氮化硅(SiN)叠层形成在表面205上。在一个实施例中，钝化层220可包括本征非晶硅(i-a-Si:H)层和/或p_型非晶硅(P-型a-Si:H)层叠层，接着为透明导电氧化物(TCO)层和/或ARC层(例如，氮化硅)，上述层可通过利用物理气相沉积(PVD)处理或化学气相沉积处理Hf^nPECVD)来沉积。形成的叠层通常配置为产生正表面场效应以减少表面复合，并促进电子载流子横向传送至附近的形成在基板上的掺杂触点。钝化层形成处理的实例在下文进一步描述。硬件构造图4为等离子体增强化学气相沉积(PECVD)腔室400的一个实施例的示意横截面图，在所述腔室400中可执行结合图3图示和讨论的一个或更多个处理。具有相似配置的等离子体增强化学气相沉积腔室可从位于加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司购得。预期可利用其它沉积腔室(包括来自其它制造商的那些腔室)来实现本发明。据信处理腔室400提供的等离子体处理构造当用于执行图3所述的一个或更多个处理时相比其它现有技术构造具有显著的优点。如上所述，在一个实施例中，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)处理腔室400适于同时处理多个基板。在一个构造中，相比其它现有技术构造，在受控的环境下，例如真空或惰性环境(例如，传送腔室520)同时传送一批次的太阳能电池基板以避免基板污染并提闻基板广量。此外，如图5所示，在本发明的多个实施例中，相对于处理垂直堆叠的基板(例如，在卡匣中堆叠的批次基板)，每个批次的基板210配置为平面阵列以用于处理。处理布置为平面阵列的批次基板允许批次中的每一个基板直接地且均匀地暴露于产生的等离子体、辐射热和/或处理气体。因此，在处理腔室的处理区中相似地处理平面阵列中的每一个基板，因此不须依靠传统设置处理批次中扩散型处理和/或依序传送能量至所有基板，例如在现有技术中时常发现的堆叠的或背对背配置的批次基板。在一个实施例中，PECVD腔室400配置为一次处理多个基板。在一个构造中，PECVD腔室400适于接收基板载体425 (图4和图5)，所述基板载体425配置为在传送和基板处理步骤期间固持一批次基板。在一个实施例中，基板载体425具有约10，OOOcm2或更大的表面积，配置为在处理期间支撑设置在所述基板载体425上的基板平面阵列。在一个实施例中，基板载体425具有多个形成于基板载体425中的凹部(未显不)，所述凹部适于以面向上或面向下的配置来固持介于约4个和约49个之间的尺寸为156mmxl56mmx0. 3mm的太阳能电池基板。基板载体425可由陶瓷(例如，碳化硅、氧化铝)、石墨、金属或其它适合的材 料形成。腔室400通常包括界定处理区域406的壁402、底部404与喷头410以及基板支撑件430。可通过阀408进入处理区域，从而设置在基板载体425上的基板可被传送进出腔室400。基板支撑件430包括用于支撑基板的基板接收表面432以及耦接至举升系统436以升高和降低基板支撑件430的杆部434。遮蔽框433可选择性地配置于基板载体425的周边上。举升销438可移动地穿过基板支撑件430配置，以移动基板载体425至基板接收表面432，或自基板接收表面432始移动基板载体425。基板支撑件430还可包括嵌入式的加热和/或冷却元件439，以将基板支撑件430维持在想要的温度下。基板支撑件430还可包括接地带431，以在基板支撑件430的周边提供RF接地。接地带的实例在2000年2月15日颁发给Law等人的美国专利第6，024，044号以及Park等人于2006年12月20日申请的美国专利申请案第11/613，934号中公开，两者的全文都以引用的方式并入本文至不与本发明相违背的程度。在一个实施例中，基板支撑件430具有耦接至电极(例如，参考符号439)的RF源(未显示)，所述电极嵌入到基板支撑件430中，从而可将RF偏压施加至配置于基板支撑件430上的基板210。喷头410通过悬置件414在背板412的周边耦接至背板412。喷头410还可通过一个或更多个中心支撑件416耦接至背板，以帮助避免下垂和/或控制喷头410的平直度/弯曲。在一个构造中，基板支撑件430与喷头410通常彼此平行，而在某些情况中，喷头410接触处理区域406的表面可稍微弯曲，例如凹状或凸状。气体源420耦接至背板412以通过背板412并通过在喷头410中形成的孔411而将气体提供至基板接收表面432。真空泵409耦接至腔室400以将处理区域406控制在想要的压力下。RF功率源422耦接至背板412和/或喷头410以提供RF功率至喷头410，从而在喷头与基板支撑件之间产生电场，从而可利用配置于喷头410与基板支撑件430之间的气体产生电容耦合等离子体。可使用多种RF频率，例如介于约O. 3MHz与约200MHz之间的频率。在一个实施例中，提供频率在13. 56MHz的RF功率源。喷头的实例在于2002年11月12日授予White等人的美国专利第6，477，980号，于2006年11月17日公开的Choi等人的美国公开案20050251990以及于2006年3月23日公开的Keller等人的美国公开案2006/0060138中公开，以上内容的全文以引用的方式并入本文至不与本发明相违背的程度。据信电容耦合等离子体直接接触基板210的处理表面210A(图4)要优于不将所有基板直接暴露于等离子体的设计，因为腔室400构造有能力在处理期间将充能的和/或离子化物种直接提供至处理表面210A的所有部分。可通过调整传送至喷头410的RF功率、处理期间的腔室压力和/或施加至基板支撑件430的偏压而在腔室400中直接控制施加至完全处理表面210A的等离子体相互作用的程度。典型的非直接暴露型腔室构造包括远程驱动等离子体结构或其它堆叠的晶圆构造，所述非直接暴露型腔室构造依赖于在处理期间产生的等离子体扩散至一个或更多个基板、或每个基板的部分。然而，在某些实施例中，远程等离子体源424也可耦接于气体源与背板之间，所述等离子体源424例如感应耦合远程等离子体源。在一个处理构造中，在处理基板之间，可提供清洁气体至远程等离子体源424，从而产生远程等离子体并提供以清洁腔室部件。可通过提供至喷头的RF功率源422进一步激发清洁气体。合适的清洁气体包括，但不限于NF3、F2与SF6。远程等离子体源的实例在于1998年8月4日授予Shang等人的美国专利第5，788，778号中公开，上述专利的全文以引用的方式并入本文至不与本发明相违背的程度。
在一个实施例中，可设置加热和/或冷却元件439以在沉积期间将基板支撑件的温度设定在约400°C或更低，优选为在约100°C和约400°C之间，更优选为在约150°C和约300°C之间，例如约200°C。在沉积期间，基板的顶表面与喷头410之间的间距可在400密耳(mil)和约1，200密耳之间，优选在400密耳与约800密耳之间，所述基板设置在基板载体425上而所述基板载体425设置在基板接收表面432上。图5是处理系统或系统500的一个实施例的俯视不意图,所述处理系统或系统500具有多个处理腔室531-537，所述处理腔室诸如图4的PECVD腔室400或其它能够执行结合图3描述的处理的合适的腔室。处理系统500包括耦接至负载锁定腔室510和处理腔室531-537的传送腔室520。负载锁定腔室510可让基板传送于系统外的周围环境和传送腔室520与处理腔室531-537中的真空环境之间。负载锁定腔室510包括一个或更多个配置为固持一个或更多个基板载体425的可排空区，所述基板载体425配置为支撑多个基板210。在基板输入系统500期间抽空可排空区，并在从系统500输出基板期间使可排空区通风。传送腔室520具有至少一个配置于其中的真空机器人522，所述真空机器人522适于在负载锁定腔室510与处理腔室531-537之间传送基板载体425和基板。图5中图示七个处理腔室；然而系统500可具有任何适当数目的处理腔室。在系统500的一个实施例中，第一处理腔室531配置为执行在方框303执行的第一清洁处理，第二处理腔室532配置为执行在方框304执行的处理，第三处理腔室533配置为执行在方框305执行的处理，而第四处理腔室配置为在基板上执行在方框308执行的处理。在系统500的另一个实施例中，第一处理腔室531配置为执行在方框303执行的第一清洁处理，第二处理腔室532配置为执行在方框306执行的处理，而第三处理腔室533配置为在基板上执行在方框308执行的处理。在系统500的另一个实施例中，第一处理腔室531配置为在基板上执行在方框302执行的处理而第二处理腔室532配置为执行在方框308执行的处理。在系统500的又一个实施例中，处理腔室531-537中的至少一个配置为在基板上执行在方框302执行的处理和在方框308执行的处理。清洁处理回头参照图3，在处理顺序300的第一部分期间，基板210的表面接受用来移除氧化物层215、移除死区216与在基板的表面上形成带电荷层219的多个处理步骤。下述为可在处理腔室中执行的在方框302-308执行的一个或多个处理的示范实施例，所述处理腔室类似于上述处理腔室400。下述处理通常包括主要利用在一个或多个处理腔室(例如，处理腔室400)中执行的干法处理技术来制备基板表面的方法，所述处理腔室设立在例如系统500的一或多个群集工具中。如上所述，在先前处理步骤或暴露于氧期间，基板210可得到氧化物层215且可能形成死区216。在许多实施例中，这将在太阳能电池结的最后一层(诸如P-型或η-型掺杂层)的形成后发生。在其它实施例中，这将在形成一个或更多个导体层之前发生，例如在重掺杂或退化性掺杂后形成P-型层。应当注意的是虽然在此描述的本发明的多个实施例是讨论关于清洁沉积层(例如，发射极区202)的表面，但此构造并不意图限制本发明的范围，因为本文所述的设备与清洁处理可用于太阳能形成处理的任何阶段，而不偏离在此描述的本发明的基本范围。
在一个实施例中，在方框303，在处理腔室400中排布一个或更多个基板210之后，氧化物层215暴露于反应性气体以在氧化物层215上形成薄膜(未显示)，所述基板在基板载体425上，所述基板载体425置于支撑件430上。反应性气体可包括氮、氟以及氢。在某些实施例中，反应性气体包括含有氮、氟或两者的游离基团，并被提供给处理腔室，处理腔室具有基板配置于处理腔室中，且朝向基板提供反应性气体。所述薄膜通常包括游离基团与来自氧化物层215的氧反应所形成的固体化合物。下一步，热处理形成于氧化物层215上的薄膜以从基板表面移除所述薄膜。在某些实施例中，热处理可为在处理腔室400中或在系统500中设立的另一个相邻腔室中执行的退火处理。在这个步骤期间，薄膜从基板表面气化，带走氧和其它杂质，而留下氢-终结层(未显示)。在某些实施例中，氢-终结层也可在形成的氢-终结层中具有氟原子的痕迹。优选利用约75°C或更高的温度来使形成的薄膜的气化。现将描述在处理腔室中执行的利用氨(NH3)与三氟化氮(NF3)气体混合物以用于从基板的表面移除原生氧化物的示范性反应性清洁处理。反应性清洁处理开始于将基板放置于处理腔室中。在处理期间，可将基板冷却至低于约65°C，例如在约15°C与约50°C之间。一般而言，将基板支撑件维持在低于约22°C以达到想要的基板温度。在某些实施例中，在薄膜的形成期间将基板温度维持在低于腔室壁的温度有益于避免来自反应性气体的反应物在腔室壁上冷凝。将包括氨气与三氟化氮气体的前驱物气体混合物引入处理腔室以形成清洁气体混合物。被引入腔室的每一种气体的量是可变的并可被调整以符合诸如将被从基板移除的氧化物层的厚度，被清洁的基板的几何形状，反应性气体混合物的容量以及腔室主体的容量。在一个方面，添加气体以提供至少具有I : I摩尔比例的氨气和三氟化氮的前驱气体混合物。在另一方面中，气体混合物的摩尔比例为至少约3比约I (氨比三氟化氮)。优选地，以约I : 1(氨比三氟化氮)和约30 I之间的摩尔体积将气体引入干法蚀刻腔室，所述摩尔体积更优选为在约5 I (氨比三氟化氮)和约10 I之间。也可将吹扫气体或运载气体添加至前驱气体混合物。可利用任何合适的吹扫气体/运载气体，诸如気、氦、氢、氮、上述气体的合成气体(forming gas)、或上述气体的混合物。一般而言，前驱物气体混合物中的氨与氟化氮的体积分数的范围为从约O. 05%至约20%。前驱气体混合物的剩余部分可为运载气体。在一个实施例中，在反应性气体之前首先将吹扫气体或运载气体引入腔室主体以稳定腔室主体中的压力。腔室主体中的工作压力可有所变化。可将压力维持在约500毫托尔至约30托尔的范围中，优选为从约I托尔至约10托尔，更优选为从约3托尔至约6托尔，例如约3托尔。将解离能量施加至前驱气体混合物以形成反应性气体混合物。可施加从约O. 01ff/cm2至约O. 74ff/cm2范围内的RF功率以点燃等离子体腔(例如，图4中的处理区406)中的前驱气体混合物的等离子体。在一个实例中，施加的RF功率的频率很低，例如低于约100kHz，且更优选为在从约50kHz至约90kHz的范围内。在多数实施例中，将以介于约3 A/秒和约10 A/秒(例如，约5人/秒)之间的速率蚀刻基板的表面(即，转换成退火前驱物的薄膜)。等离子体能量解离氨与三氟化氮气体成反应物种，所述反应物种结合以形成与基板表面反应的高反应性氟化铵(NH4F)化合物和/或氟化氢铵(NH4F-HF)15气体解离以形成带电荷的与不带电荷的反应物种。在一个实施例中，首先将运载气体引入干法蚀刻腔室，产生运载气体的等离子体，并接着添加反应性气体(氨与三氟化氮)至等离子体。
不希望受限于理论，据信蚀刻气体(NH4F与/或NH4F-HF)与原生氧化物表面反应以形成六氟硅酸铵((NH4)2SiF6)、氨(NH3)以及水(H2O),同时释放出氧气(O2)。在处理条件下氨与水是蒸气并通过附接至腔室的真空泵从腔室移除氨与水。在基板表面上留下六氟硅酸铵的薄膜。反应机制可概述如下NF3+2NH3 — NH4F+2HF+N26NH4F+Si02 — (NH4) 2SiF6+H20可在退火处理期间移除基板表面上的六氟硅酸铵的薄膜以暴露下方的基板表面。在一个实施例中，处理腔室辐射热或提供含惰性气体的RF等离子体以将六氟硅酸铵的薄膜解离或气化成挥发性SiF4、NH3以及HF产物(例如，(NH4)2SiF6+热量一NH3+HF+SiF4)。接着通过附接至系统的真空泵自腔室移除这些挥发性产物。在一个实施例中，利用约75°C或更高的基板温度以有效地气化并从基板移除薄膜。优选的是利用约100°C或更高的温度，例如在约115°C至约300°C范围中的温度，例如约120°C。较高的温度促进较快的气化。在一个实施例中，加热气体分配板至约180°C的温度，并且气体分配板与基板间隔约100密耳以退火基板。一旦已经从基板移除膜，在移除清洁过的基板之前净化并排空腔室。在退火处理期间，基于实施例，可将基板维持在真空下或暴露于氢气、或氢气或惰性气体等离子体。薄膜的移除使从基板表面移除了氧并在基板表面上沉积氢、氟或两者。在某些实施例中，可通过利用设立在基座支撑件中的加热组件在基板的一侧上执行退火处理，执行退火处理的一侧与沉积清洁薄膜的一侧相对。举例而言，若基板的第一侧接受上述的含游离基团的干法清洁处理，其中薄膜形成于第一侧上，与第一侧相反的基板的第二侧可被加热以执行退火处理。在方框304执行的处理的某些实施例中，可为在方框303执行的处理期间传送的处理气体补充氢(H2)以有益于随后移除死区216。给在方框303执行的处理期间传送的处理气体添加氢提高了反应性气体中的氢游离基团与氟化氢的浓度。反应混合物中存在这两个物种将蚀刻掺杂的硅层的部分，例如死区216，而氟化铵物种在基板的表面上形成六氟硅酸盐。这可改善清洁，并且还可引起从基板的表面移除掺杂物。因此，在方框304执行的处理的某些实施例中，或死区216移除步骤，可利用在约0.1和约1.0之间的H2 册13的摩尔比例以促进表面的适度蚀刻，而较高比例引起更多的或更快的蚀刻。反应性气体混合物中的氢与氨的摩尔比例控制气体蚀刻掺杂硅层相对于蚀刻氧化硅层的选择性。提高氢与氨的摩尔比例造成相对于氧化物层来说更快地蚀刻掺杂层，反之亦然。添加氢还可允许非掺杂硅层相对于氧化物的选择性蚀刻，因为氢在反应性气体混合物中形成蚀刻非掺杂硅层的HF。在某些实施例中，氮与氢气可取代氨。解离时，氮与氢会结合以形成上文讨论的铵游离基团。在某些压力与功率水平下提供摩尔比例约为3 I的氢与氮将近似于氨的作用。取决于实施例，改变比例可具有有益的副作用。举例而言，当清洁掺杂或重掺杂表面时，较高比例的氢会通过提供更多的氢游离基团以移除掺杂物来改善掺杂表面的蚀刻速度。下一步，在方框305执行的处理中，将基板暴露于含有反应性气体的RF等离子体，所述RF等离子体用来在基板的暴露表面上形成带负电荷层219。在一个实例中，将基板暴露于包含一定数量卤素气体的13. 56MHz RF等离子体。在一个实例中，卤素气体为氟气或氯气，所述卤素气体由包括下列物质的气体所提供三氟化氮(NF3)、六氟化硫(SF6)、氟气(F2)、氯气(Cl2)、氢氯酸(HCl)、二氯二氟甲烷(CCl2F2)、或氟碳化合物，例如C2F2、CF4, C2F4 与仏^。在一个实例中，卤素气体为双原子氟气(F2)。据信通过将清洁过的表面(例如表面205)直接暴露于包含离子化氟和/或离子化氯的等离子体，暴露的表面可被“掺杂”、“填充”或被覆盖具有负电荷的富含氟层或富含氯层。在某些构造中，乐见主动地偏压基板以对表面“掺杂”、“填充”或覆盖具有负电荷的富含氟层或富含氯层。在一个实例中，通过施加RF偏压至喷头410并接地基板支撑件430，等离子体中存在的离子化物种可被驱动至基板的表面，以对表面“掺杂”、“填充”或覆盖具有负电荷的富含氟层或富含氯层。在一个实例中，在方框305执行的处理包括传送1500sccm/L的氟(F2)气与500sccm/L的氩气以实现约2000毫托尔的腔室压力，提供约O. 6mff/cm2的13. 56MHz的RF功率至喷头持续约15秒以形成3至10埃(人)厚的带电荷层219，所述带电荷层219的电荷密度大于约IxlO12电荷/平方公分。在一个实施例中，乐见在方框305执行的处理期间净化处理腔室，并且不将含氢气体流入处理区406，以避免形成某种类型的蚀刻剂，例如氢氟酸(HF)，所述蚀刻剂会影响沉积和形成的带电荷层219的特性。下一步，在方框308执行的处理中，基板被暴露于含有反应性气体的RF等离子体，所述RF等离子体用于在基板210上形成钝化层，例如，多层氢化SiN薄膜。图6图示了用于在太阳能电池基板210上形成钝化层的示范性处理顺序600，所述钝化层在方框308中沉积。在一个实施例中，在方框602,在将基板210放置在处理系统500中的处理腔室531-537的另一个之中后，或者，放置在用于形成一个或更多个先前步骤的相同处理腔室之中后，将处理气体混合物流入腔室。处理气体混合物包括前驱气体混合物和氢气(H2)稀释齐U。氢气稀释剂的流速可高达约前驱物气体混合物的流速的两倍。前驱气体混合物可为硅烷(SiH4)和氮(N2)的组合，硅烷和氨(NH3)的组合，或硅烷、氨和氮的组合。在一个实例中，包含娃烧、氨与氢的第一处理气体混合物的流速可分别为每升腔室体积3. 5sccm、50sccm与SOsccm。或者，包含硅烷、氨、氮和氢的第一处理气体混合物的流速可分别为每升腔室体积5sccm、16sccm、40sccm和80sccm。在这个处理步骤期间，通常将基板支撑件430的温度保持在约390°C的温度下。
下一步，在方框604，接着在处理腔室中产生等离子体以在基板210上沉积SiN层，其中SiN层适合用作为太阳能电池的复合的ARC与钝化层。也就是说，如此沉积的SiN层具有约2. O和2. 8克/立方公分之间的质量密度(例如，约2. 6与2. 8克/立方公分之间的质量密度)，约2. O与2. 6之间的折射率，以及约5原子百分比与15原子百分比之间的氢浓度。在一个实施例中，可在腔室中保持I. 5托尔的腔室压力，并施加频率为13. 56MHz的O. 74ff/cm2的RF功率强度至处理腔室400的喷头410以产生等离子体并持续约9秒的时间，同时将第一处理气体混合物传送至处理区406。在一个实例中，在为等离子体增强化学气相沉积(PECVD)腔室的处理腔室中形成ARC层。在如上所述的一个构造中，在方框604中形成的层是多个钝化层的部分，所述钝化层例如钝化层221与222，所述钝化层用于钝化基板的表面。在一个实施例中，在方框604形成的钝化层221为SiN层，所述SiN层具有约2. 6与2. 8克/立方公分之间的质量密度，约2. 4与2. 6之间的折射率以及约5原子百分比与15原子百分比之间的氢浓度。下一步，在方框606，停止第一处理气体混合物的流动，并将第二处理气体混合物 传送至腔室中。在一个实例中，第二处理气体混合物可包含每升腔室体积5. 5sccm的硅烷(SiH4)、16sccm的氨(NH3)与40sccm的氮(N2)。在一个实施例中，在将第二处理气体混合物引入处理腔室之前，熄灭在方框604执行的处理中于处理腔室中产生的等离子体并停止第一处理气体混合物的流动。在一个实施例中,在方框606执行的处理“中断”持续约2秒。在此实例中，可在将第二处理气体混合物流入腔室之前从腔室实质清除第一处理气体混合物。基板支撑件430的温度通常保持在约390°C的温度下。在一个实例中，执行PECVD沉积处理。最终，在方框608，在中间层上沉积块体SiN层或钝化层222以在基板210上形成双叠层SiN ARC/钝化层。以这种方式，可通过实质较快的处理沉积大部分的SiN钝化层而不影响太阳能电池钝化的质量。若在引入第二处理气体混合物之前熄灭腔室中的等离子体，那么便重新点燃等离子体以便沉积块体SiN层。在处理608的一个实施例中，可在处理腔室中保持I. 5托尔的腔室压力，并将频率为13. 56MHz的O. 74ff/cm2的RF功率强度施加至处理腔室400的喷头410以产生等离子体并持续约15秒时间，同时将第二处理气体混合物传送至处理区406。在一个实例中，沉积的块体SiN层具有约2. 3与2. 6克/立方公分之间的质量密度，约2. 05与2. 15之间的折射率，以及约10原子百分比与25原子百分比之间的氢浓度。在一个实例中，钝化层221的折射率(η)数值为2. 4而钝化层222的折射率(η)数值为2. 08，而基板210的表面通常具有约3. O的折射率。在执行处理顺序300处理步骤之后，可接着进一步处理基板以形成太阳能电池组件，所述太阳能电池组件可连接至适于收集产生的电流的外部电网(external grid)。在一个实施例中，额外的金属和/或介电层可形成在处理过的基板的任一侧上(例如前表面205、后表面206)，以形成多种太阳能电池组件互连结构。虽然上文针对本发明的实施例，但可在不偏离本发明的基本范围的情况下设计出本发明的其它和更多实施例，而本发明的范围由所附的权利要求书所界定。
权利要求
1.一种钝化太阳能电池基板的表面的方法，所述方法包括 将形成于基板上的P-型掺杂区的表面暴露于第一 RF等离子体，所述第一 RF等离子体包括第一处理气体与第一含氟气体； 将所述P-型掺杂区的表面暴露于第二 RF等离子体，所述第二 RF等离子体包括卤素气体；以及 在将所述表面暴露于所述第二 RF等离子体的至少一部分期间，RF偏压所述基板以在所述表面上形成带负电荷层。
2.如权利要求I所述的方法，其中所述第一处理气体包含氨。
3.如权利要求I所述的方法，还包括在将所述P-型掺杂区的表面暴露于所述第二RF等离子体之前，将所述P-型掺杂区的表面暴露于第三RF等离子体，所述第三RF等离子体包括第二处理气体、第二含氟气体以及含氢气体。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述第一处理气体与所述第二处理气体包括氨，而所述第一含氟气体与所述第二含氟气体还包括三氟化氮，并且其中所述第一处理气体与所述第二处理气体中的氨和三氟化氮的摩尔比例在约I : I和30 : I之间。
5.如权利要求I所述的方法，其中所述卤素气体包括氟或氯。
6.如权利要求I所述的方法，还包括在所述表面上形成带负电荷层之后，在所述P-型掺杂区的表面上沉积第一含氮化硅层；以及 在所述第一含氮化硅层上沉积第二含氮化硅层。
7.如权利要求I所述的方法，其中所述第二RF等离子体不包含含氢气体。
8.如权利要求I所述的方法，其中在第一处理腔室中执行将所述表面暴露于所述第一RF等离子体的步骤，所述方法还包括 在将所述P-型掺杂区的表面暴露于所述第二 RF等离子体之前，在第二处理腔室中将所述基板加热至高于约75°C的温度；以及 在受控制的环境中在所述第一处理腔室与所述第二处理腔室之间传送所述基板。
9.一种钝化太阳能电池基板的表面的方法,包括 将形成于η-型基板上的P-型掺杂区的表面暴露于第一 RF等离子体，所述第一 RF等离子体包括第一处理气体和第一含氟气体； 将所述P-型掺杂区的表面暴露于第二 RF等离子体，所述第二 RF等离子体包括第二处理气体、第二含氟气体以及含氢气体； 将所述P-型掺杂区的表面暴露于第三RF等离子体，所述第三RF等离子体包含卤素气体； 在将所述表面暴露于所述第三RF等离子体的至少一部分期间，RF偏压所述基板以在所述P-型掺杂区的表面上形成带负电荷层；以及 在形成的带负电荷层上沉积第一含氮化娃层。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述第一处理气体与所述第二处理气体包括氨，所述第一含氟气体与所述第二含氟气体包括三氟化氮，并且其中在所述第一处理气体与所述第二处理气体中的氨与三氟化氮的摩尔比例在约I : I和30 I之间。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述卤素气体包含氟或氯。
12.如权利要求9所述的方法，还包括在所述第一含氮化硅层上沉积第二含氮化硅层。
13.—种钝化太阳能电池基板的表面的方法,包括 从形成在基板上的P-型掺杂区的表面移除氧化物层； 移除所述基板的所述表面的一部分，该部分的P-型原子浓度大于所述P-型掺杂区中的P-型原子的平均浓度；以及 通过将所述表面暴露于包含氟或氯的RF等离子体来在所述表面上形成带负电荷层。
14.如权利要求13所述的方法，其中在移除所述基板的表面的所述部分之后，并且在将基板表面暴露于含氧气体之前执行形成所述带负电荷层的步骤。
15.如权利要求13所述的方法，其中移除所述表面的所述部分和形成所述带负电荷层还包括 将两个或更多个基板放置在基板载体上； 将所述两个或更多个基板和所述基板载体放置在等离子体处理腔室的处理区中；以及利用在处理表面上方产生的电容耦合等离子体移除所述基板的表面的一部分，并同时在所述两个或更多个基板上形成所述带负电荷层。
16.如权利要求13所述的方法，其中从所述表面移除所述氧化物层的步骤包括 将所述基板浸泡在包含氢氟酸的溶液中；以及 在形成所述带负电荷层之前冲洗所述基板。
17.如权利要求13所述的方法，还包括 在所述带负电荷层上沉积第一含氮化硅层；以及 在所述第一含氮化硅层上沉积第二含氮化硅层。
18.如权利要求19项所述的方法，其中所述P-型掺杂区中的P-型掺杂物包括硼，并且 执行移除所述基板的表面的一部分直到所述表面包括至少85%的活性硼。
全文摘要
本发明大体上提供形成高效率太阳能电池组件的方法，所述方法是通过制备表面和/或在含硅基板上形成至少一部分的高质量钝化层来完成的。本发明实施例尤其有益于制备形成在硅基板上的p-型掺杂区的表面，从而可在所述表面上形成高质量钝化层。在一个实施例中，所述方法包括将太阳能电池基板的表面暴露于等离子体以清洁和改变所述表面的物理、化学和/或电气特性。
文档编号H01L31/18GK102640301SQ201080054806
公开日2012年8月15日 申请日期2010年12月7日 优先权日2009年12月7日
发明者周立中, 徐力, 珍·Y·舒, 迈克尔·P·斯图尔特 申请人:应用材料公司