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TWI520365B - 太陽能電池之擴散層的圖案化方法和此方法製成之太陽能電池 - Google Patents

太陽能電池之擴散層的圖案化方法和此方法製成之太陽能電池 Download PDF

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TWI520365B
TWI520365B TW098130039A TW98130039A TWI520365B TW I520365 B TWI520365 B TW I520365B TW 098130039 A TW098130039 A TW 098130039A TW 98130039 A TW98130039 A TW 98130039A TW I520365 B TWI520365 B TW I520365B
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dopant
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安德魯Ｍ 賈柏
瑞查Ｌ 華勒斯
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1366科技公司
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Description

太陽能電池之擴散層的圖案化方法和此方法製成之太陽能電池
本發明大致上關於半導體元件的製造，尤其關於半導體元件之擴散層的圖案化方法，並且進一步應用於太陽能電池。
某些處理方案和架構揭示於專利合作條約申請案第PCT/US2008/002058號，標題為「具有紋理化表面的太陽能電池」，2008年2月15日申請，申請人為Emanuel M.Sachs、James F.Bredt、麻省理工學院，指定國有美國，並且也主張基於二美國專利臨時申請案第60/901,511號(2007年2月15日申請)和第61/011,933號(2007年1月23日申請)的優先權。專利合作條約申請案和二美國專利臨時申請案都完整併於此以為參考。揭示於這些申請案的科技在此合稱為自我校準電池(self aligned cell，SAC)科技。
於傳統基於Si晶圓的太陽能電池，帶有最少B(硼)摻雜的晶圓乃具有薄層的P(磷)摻雜物，其擴散到電池頂面以形成射極區域，此處因此產生永久電場以分開光產生的電荷。高P濃度的益處是允許某些種類的金屬化就有低接觸電阻、幫助鍍Ni溶液直接鍍附在Si表面上、減少正面金屬化而打穿擴散區域和因此使裝置短路或分流的傾向。它也建立了傳導表面層，其允許電子沿著表面朝向金屬化導體移動而電阻損失很少。
然而，高P濃度和深射極也有缺點。短波長光傾向於被極強烈地吸收於接近晶圓頂部之此擴散區域的薄層，並且高P摻雜程度減損材料的電子品質，以致電荷載體在能夠被收集之前就更容易於缺陷處重新組合。以此方式，接近表面被強烈地吸收的短波長或藍光對於裝置之光電流的貢獻較少，此典型稱為電池之不良的藍反應。此外，於高效能電池設計，最頂部表面的品質可是很重要的並且影響裝置的斷路電壓。帶有較高表面P濃度下，要以正面介電層獲得良好的表面鈍化則變得更有挑戰性。
為了達成高和低摻雜物濃度的二者益處但又很少缺點，則可以使用選擇性射極。如此處所用的，選擇性射極是圖案化的擴散層。在金屬化區域底下，雖然有高摻雜物濃度(例如P)以用於低接觸電阻和較寬的金屬化製程窗口，但是絕大部分表面積的其他地方，則有低濃度以用於電池的較高電壓和電流。目前僅有極少百分比的Si太陽能電池製造商利用選擇性射極，此乃由於所需額外的處理步驟和製程複雜度以產生圖案化擴散是困難的障礙。產生選擇性射極的一般方法涉及至少二高溫擴散步驟，並且難以校準網版印刷的金屬層於重度擴散圖案。
雖然選擇性射極是用於Si太陽能電池以圖案化擴散層之最常公開的範例，但仍有其他範例。所謂的半導體指狀物科技是已知的，藉以形成頂部上沒有金屬的深度擴散線而垂直於典型的金屬指狀物。這些半導體指狀物減少射極中的串聯電阻損失，並且允許沒有此種半導體指狀物的區 域擴散更輕微以改善藍反應，以及經由從這些深度擴散區域和周圍區域更好地吸收雜質而改善Si的少數載體壽命。 藉由深度擴散，一般是指給定夠大的面積來以四點探針測量片電阻，則片電阻會低於每平方單位大約50歐姆，每平方單位最好在約20和約35歐姆之間。
提供選擇性射極的已知方法具有缺點。它們需要特別的校準步驟來放置摻雜物，以用於後續將金屬化之位置的更高度摻雜區域。因此，必須使用多個遮罩，或者在各步驟之間保持遮罩定位，或者另外要將用於摻雜的圖案化步驟對齊於另一用於金屬化的圖案化步驟。選擇性射極之已知處理方法的另一缺點是有至少二個高溫處理步驟，各有其伴隨的準備、冷卻時間…等。想要於單一步驟中完成所有的高溫處理，藉此使處理流線化、減少處理時間…等
關於射極選擇性地位於金屬化區域底下，提供所謂半導體指狀物的已知方式需要二高溫加熱步驟，也需要圖案化垂直於傳統金屬指狀物的線。這需要某種精確的圖案化，必須藉由網版印刷圖案或者某些其他技術。此種技術具有缺點。能夠提供此種增強摻雜的圖案而不需要使用傳統的圖案和二高溫步驟，則會是有利的。
因此，需要提供自我校準之選擇性射極的方法，藉以摻雜物精確提供於需要金屬化的位置，而不需要使用額外的遮罩或網版或其他圖案化步驟和/或校準步驟。進一步需要一種方法，其能夠比較容易、可靠、可重複地提供金屬化液體於已更高度摻雜的相同位置，其將變成選擇性射 極區域。進一步需要一種方法，其可以提供此種具有更高度摻雜區域的選擇性射極，而僅使用單一高溫處理步驟。 在此所用的高溫處理步驟是指在夠高溫度下或不同溫度下組合以在該一溫度或該等溫度下夠長時間的步驟，以改變摻雜物的擴散分布輪廓。雖然可能有在較低或較短的溫度下、期間摻雜物的擴散分布輪廓沒有顯著改變的其他處理步驟，但是應該僅需要一個改變分布輪廓的高溫步驟。
類似而言，於圖案化的擴散層不在金屬化區域底下的例子，例如所謂的半導體指狀物垂直於傳統的金屬指狀物，則需要提供此種增強的深摻雜而不需要複雜圖案化步驟的方法，並且進一步需要僅使用單一高溫處理步驟而提供此種增強的深摻雜。
在申請專利範圍之前，以下提供更詳細的摘述。在此 揭示的創新乃關於利用SAC架構以進行摻雜的多種方法，其使用該架構以導引沉積和施加摻雜基板的材料，或者沉積和施加阻滯基板摻雜的材料。在此揭示的某些創新乃關於提供此種摻雜於將變成金屬化的區域，而用於傳導電流的指狀物。摻雜物可以直接處理於為此目的所提供的溝槽裡。然後，金屬化提供於相同的溝槽，因此金屬化是自動校準於較深摻雜的區域。或者，阻滯擴散的材料可以提供於非溝槽位置，並且摻雜物可以較不精確地提供於整個晶圓表面上，藉此導致僅有無阻滯擴散物的區域得到完整的 摻雜劑量。SAC架構也揭露了用於電池之光吸收區域的紋理化表面(例如凹坑化或溝槽化表面)，以避免或使反射離開的光能量最小化。捕光區域也可以用溝槽中的摻雜物加以處理，以於溝槽裡造成深射極格線(類似於半導體指狀物)。 另外可以選擇的是將阻滯擴散的材料處理至溝槽或凹坑裡，留下溝槽或凹坑之間的隆脊之上方尖端暴露出來，藉此於後續步驟中受到較深或更顯著的摻雜。或者，另外可以選擇的是經由其他紋理(例如凹坑)場提供額外的溝槽或其他連續的路徑，並且摻雜物可以提供於額外的溝槽，以經由捕光紋理(例如凹坑)場而於後續變成深射極格線。
利用自我校準電池(SAC)架構以進行摻雜的方法乃使用該架構來導引沉積和施加摻雜基板的材料，或者沉積和施加阻擋或阻滯基板被摻雜的材料。某些創新提供摻雜於將變成金屬化的區域，而用於傳導電流的指狀物。摻雜物可以直接處理於為此目的所提供的溝槽裡。或者，阻滯擴散的材料可以提供於非溝槽位置，並且摻雜物可以較不精確地提供於整個晶圓表面上，藉此導致僅無阻滯擴散物的區域得到完整的摻雜劑量。SAC架構也包括用於電池之光吸收區域的溝槽化或凹坑化表面，以避免或使反射離開的光能量最小化。捕光區域也可以用溝槽中的摻雜物加以處理，以於溝槽裡造成半導體射極線。另外可以選擇的是把阻滯擴散的材料處理至溝槽裡，留下溝槽之間的隆脊之上方尖端暴露出來，藉此於後續步驟中受到較深或更多顯著的摻雜。類似地，以捕光凹坑而言，阻滯擴散的材料可以 處理至凹坑裡，留下凹坑之間的上邊緣暴露出來，藉此受到較深的摻雜。
本方法偏好的具體態樣是將圖案化之擴散層提供給太陽能電池的方法，其包括以下步驟：提供半導體晶圓；提供溝槽於半導體晶圓；分配摻雜物液體到溝槽裡；施加高溫以加熱晶圓，於此期間擴散摻雜物到晶圓裡；以及分配包含液體的金屬化材料到溝槽裡；藉此在金屬化位置產生圖案化的擴散層。
以本具體態樣之有利的版本來說，分配摻雜物的步驟和分配金屬化材料的步驟中任一或二者可以經由毛細管來進行，毛細管可以直接接觸晶圓。
對於本具體態樣之穩健的變化而言，溝槽乃以至少二相鄰溝槽的群組來提供，金屬化材料則分配到任何單一群組溝槽的至少一(可能二或更多)溝槽裡。
典型而言，有限可用度的摻雜物可以使用噴灑、蒙霧或者印刷包含摻雜物的液體而提供。
另外可以選擇的或附帶的是：有限可用度的摻雜物可以藉由濺鍍、蒸鍍、電漿強化化學氣相沉積、真空化學氣相沉積或者大氣壓化學氣相沉積來沉積摻雜物玻璃而提供。
於施加高溫以擴散摻雜物到晶圓裡的步驟期間，得以暴露晶圓至摻雜氣體(例如POCl3或BBr3)。
本方法的另一重要具體態樣是將圖案化之擴散層提供給太陽能電池的方法，其包括以下步驟：提供半導體晶圓； 提供溝槽於半導體晶圓；提供阻滯擴散的材料於晶圓的非溝槽區域而非於溝槽；提供摻雜物至晶圓的整個表面；施加高溫以加熱晶圓，於此期間擴散摻雜物到晶圓裡；以及分配包含液體的金屬化材料到溝槽裡；藉此在金屬化位置產生圖案化的擴散層。
另一具體態樣則在提供阻滯擴散的材料之前，先提供液體摻雜物於溝槽。
摻雜物可以經由噴灑、蒙霧或者印刷包含摻雜物的液體而提供。
另外可以選擇的或附帶的是：摻雜物可以使用濺鍍、蒸鍍、電漿強化化學氣相沉積、真空化學氣相沉積或者大氣壓化學氣相沉積來沉積摻雜物玻璃而提供。
以使用阻滯擴散的材料之具體態樣來說，於施加高溫以擴散摻雜物到晶圓裡的步驟期間，暴露晶圓至摻雜氣體(例如POCl3或BBr3)也是有用的。再者，分配摻雜物的步驟和分配金屬化材料的步驟其中之一或二者可以經由毛細管進行，毛細管可以直接接觸晶圓。
本發明又一有利的具體態樣是將圖案化的擴散層提供給太陽能電池的方法，其包括以下步驟：提供半導體晶圓；提供溝槽於半導體晶圓；提供摻雜物液體到溝槽裡；提供阻滯擴散的材料於整個晶圓表面上，包括溝槽；在高溫下擴散摻雜物到晶圓裡；以及分配包含液體的金屬化材料到溝槽裡，藉此在金屬化位置產生圖案化的擴散層。
如果摻雜物提供於整個表面上，則它可以用上述任何 方法來提供。
本發明尤其吸引人的具體態樣是將圖案化的擴散層提供給太陽能電池的方法，其包括以下步驟：提供半導體晶圓；提供凹的紋理區域於半導體晶圓，其相較於平坦表面的晶圓乃組構成增強晶圓的捕光特性；提供溝槽於晶圓以用於金屬化；在凹的紋理區域裡，提供溝槽於晶圓，該溝槽與用於金屬化的溝槽相交而用於深射極格線；提供摻雜物到用於深射極格線的溝槽；在高溫下加熱晶圓，於此期間擴散摻雜物到晶圓裡；以及分配包含液體的金屬化材料到用於金屬化的溝槽裡；藉此產生與金屬化位置相交的圖案化擴散層。
有用的是在加熱步驟之前，先提供摻雜物至用於金屬化的溝槽，藉此產生也位於金屬化位置的圖案化擴散層。
經由毛細管來分配液體，毛細管可以直接接觸晶圓，而可以執行以下至少一步驟：提供摻雜物至用於深射極格線的溝槽；分配包含液體的金屬化材料到用於金屬化的溝槽裡；以及提供摻雜物至用於金屬化的溝槽。凹的紋理可以是凹坑或溝槽，或者是某些其他結構。
以【發明內容】上面所討論的具體態樣來說，可以提供有限可用度的摻雜物，其可以使用噴灑、蒙霧或者印刷包含摻雜物的液體、或者沉積包含摻雜物的玻璃而為之，因此可以使用任何討論的方法。
本發明的另一具體態樣是太陽能電池，其包括：矽基晶圓，其為摻雜型；用於金屬化的溝槽，其具有小於大約 60微米的寬度和大於大約3微米的深度；溝槽裡的金屬化，其沿著晶圓表面延伸不大於大約15微米至個別溝槽的任一側；金屬化底下的摻雜，其比存在於晶圓表面而非於金屬化溝槽底下區域的摻雜還深；以及半連續的玻璃層，其在金屬化和較深摻雜的矽之間的界面。
溝槽寬度可以小於大約45微米，甚至窄於30微米。
有利而言，金屬化延伸不大於大約10微米至個別溝槽的任一側。
有關的具體態樣進一步包括深射極格線區域，其與溝槽裡的金屬化相交，該深射極格線區域也包括比存在於晶圓表面而非於金屬化溝槽底下區域和非於深射極格線區域的摻雜還深的摻雜。
有利而言，電池進一步於半導體晶圓包括凹的紋理區域，其相較於平坦表面的晶圓乃組構成增強晶圓的捕光特性。凹的紋理可以包括凹坑、溝槽或二者。
以此處揭示的所有主要變化來說，依據有用的具體態樣，晶圓是p型半導體基板，摻雜物因此乃用於產生n+型半導體，而擴散層包括太陽能電池射極。或者，晶圓可以是p型半導體基板，摻雜物因此乃用於產生p+型半導體，而擴散層包括太陽能電池的背面場區域。而另一有關的具體態樣之晶圓包括n型半導體，摻雜物因此乃用於產生n+型半導體，而擴散層包括背面場區域。
此處已敘述本發明的許多技術和方面。熟於此技藝者將會了解許多這些技術可以與其他揭示的技術一起使用， 即使它們並未特定敘述成一起使用。譬如摻雜物可以利用SAC技術來分配和定位，然後工件可以用任何適合的方式來處理，不論在此有無敘述。類似地，阻滯擴散的材料可以利用SAC技術來沉積和定位，並且摻雜物後續可以用任何適合的方式來施加，不論在此有無敘述。阻滯擴散的材料可以沉積於各處或者於特定的位置，如SAC架構所導引的。可以提供阻滯擴散的材料之一或更多次施加，每次係於不同的位置，如該架構所導引的。類似地，摻雜物可以施加、擴散，然後更多的摻雜物可以為了另一目的而再次施加，而由SAC架構所導引定位。
本揭示內容敘述和揭露了多於一項發明。雖然本發明列於本案和有關文件的申請專利範圍，不僅如所申請的，同時也如任何基於本揭示內容之專利申請案的審查期間所發展的。發明人意欲主張所有各式各樣的發明達到先前技藝所允許的極限，如同其後續所判定的。在此敘述的特徵對於此處揭示的每一發明而言並非基本的。因此，發明人打算此處敘述的但未主張於基於本揭示之任何專利的任何特定申請專利範圍的特徵都不應該併入任何此種申請專利範圍。
硬體的某些組合或者步驟的群組，在此稱為發明。然而，這不是承認任何此種組合或群組必然是可專利的個別發明，尤其是從法律和施行細則關於在一專利申請案中所審查的發明數量或者發明單一性來看。想要以簡短方式來說明本發明的的具體態樣。
在此一併提出摘要。強調的是提供本摘要以符合法規的需要，其將允許審查人員和其他檢索者快速地查明技術揭露的主題。了解後提出的摘要不是用來解讀或限制請求項的範圍或意義，就如專利局的規定所承諾的。
後面的討論應該理解為示範說明性的，而不應該視為有任何限制意味。雖然本發明已參考其偏好的具體態樣而特別顯示和敘述，但是熟於此技藝者將會理解：當中可以做各種形式和細節的改變，而不偏離本發明申請專利範圍所界定的精神和範圍。
後面申請專利範圍中對應的結構、材料、動作、所有手段功能用語或步驟功能用語的等效物，如所特定主張的是要組合了其他主張的元件而包括任何結構、材料或者動作以進行該等功能。
某些額外的處理方案和架構揭示於美國專利臨時申請案第61/124,607號，標題為「自我校準電池架構的金屬化方面」，2008年4月18日申請，申請人為Emanuel M.Sachs、James F.Bredt、Andrew Gabor。更多的處理方案和架構揭示於美國專利臨時申請案第61/201,577號，標題為「太陽能電池之擴散層的圖案化方法」，2008年12月12日申請，申請人為Andrew Gabor、Richard L.Wallace。本案為基於這二臨時申請案的正式申請案，在此主張基於每一者的利益和優先權。二者皆完整併於此以為參考。
本揭示內容敘述形成選擇性射極的方法，其相容於SAC科技。
簡言之，SAC的概念涉及形成溝槽和其他特徵於Si晶圓表面裡，其允許後續涉及分配溶液到溝槽中的處理步驟，以進行以下操作：蝕刻介電質、觸媒施加、沉積金屬、對後續處理活動加以遮罩。
提供包含材料之液體到表面的某些處理方案討論於美國專利臨時申請案第61/204,382號標題為「使用毛細分配管以分配包含材料的液體到圖案化表面」，2009年1月6日申請。此案完整併於此以為參考。揭示於此案的科技在此稱為毛細管分配科技。明確宣告此毛細管分配科技和敘述它的臨時申請案並非在此敘述和主張之發明的先前技術。簡言之，帶有材料的液體、漿液、膏和其他液體乃沉積於基板表面上的溝槽裡，該基板例如是將用來形成光伏太陽能電池的矽晶圓。在壓力下、經由精細的分配毛細管，液體可以分配於溝槽中，其將形成薄金屬化的指狀元件，而分配毛細管乃遵循基板表面上的表面構形/表面紋理所機械地導引和校準。分配毛細管機械地走在溝槽中，很像聲音紀錄的留聲機唱針。分配毛細管可以夠小而停在溝槽裡，而溝槽側壁提供行走時的約束。或者，分配毛細管可以大於溝槽而可以騎在溝槽的頂部邊緣上，但仍達成機械校準。分配毛細管典型而言藉由分配液體本身的毛細管作用而進一步維持於溝槽。分配毛細管可以彈性載入溝槽。導入性特徵可以導引分配毛細管到溝槽裡。分配毛細管的 非圓形截面(例如橢圓形、葉瓣形)可以增強循著溝槽的行進。可以使用多個分配毛細管，每一者分配於分開的溝槽以用於個別的指狀物。多個晶圓可以在一條線上處理。時間花在開始和結束行進時的加速和減速便減少了。多個晶圓可以配置在具有多個平坦面之鼓的表面上，而鼓連續地旋轉。隨著個別晶圓橫越之，分配毛細管可以橫越平行於鼓軸，同時移動進出以提供升降。
在此討論的創新涉及分配包含摻雜物的液體到金屬化溝槽圖案裡和/或施加阻滯擴散的材料於金屬化溝槽區域外，以經由形成在此稱為選擇性射極來改善裝置的效能。 經由使用相同的溝槽而藉此達成自我校準的新方面，以方便分配和/或約束用於分配和約束金屬化材料之摻雜物和阻滯擴散的材料。
在此揭示的創新包括但不限於以下的形成方式：(1)選擇性射極，其在金屬化區域底下具有較深的擴散，而有良好的接觸電阻和良好的藍反應；(2)深射極格線。相對於提供選擇性射極的已知技術，其需要校準金屬層於重度擴散圖案，以及需要至少二高溫步驟，而一般SAC的精簡架構使它本身在實現選擇性射極時只需最少的額外處理和複雜度。不須維持相同圖案的二個不同個體彼此對齊，而僅需要一個高溫步驟。本方法是自我校準的。
類似地，比起使用其他處理方案，可以更有成本效益地使用SAC架構來提供深射極格線，譬如垂直於傳統的金屬指狀物(以相同於所謂半導體指狀物的方式而指向)。
SAC製程的典型基本處理順序(無任何圖案化的擴散層)可能涉及：沉積阻抗劑和可能的圖案化；蝕刻溝槽/特徵；擴散摻雜物(譬如P)以形成射極(舉例而言，於POCl3管狀爐中，或者分配液體摻雜物之後於帶狀爐中)；移除背側射極和蝕刻正面P玻璃；沉積SiN於正面上；沉積介電層於背側上，形成背面金屬接觸並且燒製之，分配蝕刻溶液於正面金屬化溝槽以移除SiN；分配觸媒溶液於這些溝槽；分配Ni溶液於溝槽；燒結；以及電鍍(可能是光引發的)金屬到溝槽裡。若非電鍍，其他技術亦可以用來提供金屬到溝槽裡，例如金屬粉末的膏或油墨，例如Ag(銀)和玻璃粉或具有液態玻璃化學性質的Ag有機金屬。當使用此種膏或油墨時，此種技術所沉積的金屬或可用來僅形成薄的種子層，如此再於燒成的種子層頂部鍍上額外的金屬，以沉積出整體的金屬。在此揭示之有關圖案化擴散層的創新則並不受限於任何提供金屬化到溝槽的特定方法，而可以使用任何相容的金屬化技術。
選擇性射極
底下立即敘述的製程乃參考圖1A、1B、1C、1D所示意地示範，其顯示工件在不同的製程階段，而圖2顯示典型的製程步驟。在步驟252中，溝槽104提供於晶圓101以用於後續金屬化。包含摻雜物(例如P)的液體102分配到要用於金屬化的溝槽裡104。在步驟254中，後續單一高溫熱步驟或可將P摻雜物102最重度地擴散到這些溝槽區域104裡，以提供較深的擴散區域105，其將變成選擇性射極。 雖然摻雜物P液體或可為但不限於磷酸、溶膠凝膠溶液(例如Filmtronics P508)，或者是包含P-O化合物(例如P2O5)的溶液。然後使用已知技術，在步驟256中，例如使用氫氟酸，而將磷玻璃蝕掉。如圖1D所示，在步驟257中，其顯示金屬化107提供於溝槽104內，而對齊於較深擴散的區域105。典型而言，雖然在金屬化步驟257之前可能發生其他的處理步驟，但是不須要討論它們來解釋此處揭示的創新。
如前所述，毛細管分配科技可以用來分配包含摻雜物的液體到溝槽裡。圖3示意地顯示工件340的放大部分，工件例如是將變成部份太陽能電池的矽晶圓。表面342以捕光的(在此也稱為減少反射的)表面構形加以紋理化，例如此處圖所示的重疊半球形凹坑或者溝槽。藉由至少二機構來完成分配毛細管360的機械導引，二機構皆涉及與溝槽356的交互作用。此具體態樣將用於示範一般的原理。依據第一種導引機構，分配毛細管360機械地循著溝槽行進，很像普遍用於磁性和數位媒體進展之前的錄音唱針。於某些情況下，如圖3所示，分配毛細管360夠小以致它直接停留在溝槽356的底部上，而溝槽的側壁359提供循跡性。
於其他例子(未顯示)，分配毛細管360大於處理溝槽的尺寸，因此會騎在溝槽的頂部邊緣上，但仍達成機械校準。 依據第二種導引機構，分配毛細管360藉由分配液體364本身的毛細管作用而進一步維持到溝槽。分配毛細管於溝槽中的機械循跡性受到分配毛細管之彈性載入溝槽的方式 所輔助。彈性載入可以使用分配毛細管360本身的彈性而完成。毛細管分配科技乃更完整地敘述於前述美國專利臨時申請案第61/204,382號。
摻雜物液體可以直接分配到要用於精細金屬化指狀物的溝槽裡，或者液體可以分配到較寬的匯電條區域中，然後由毛細管作用力分散到指狀物溝槽104中。於後續的高溫處理(於步驟254中)，源自填充溝槽104的摻雜物氣體(例如P或P化合物的氣體)可以行進跨越晶圓表面而輕微地摻雜周圍區域106以形成選擇性射極。金屬化液體可以藉由類似的毛細管分配方法或任何其他適合的方法而提供於相同的溝槽104。
因此，在需要有選擇性射極的區域，亦即立即在將要金屬化的位置104，乃自動提供以需要的摻雜，而不需要特別的遮罩或對齊過程。額外的摻雜活動以自我校準的方式發生於溝槽中，此處將進行金屬化。再者，金屬化也以自我校準的方式自動提供於所要的區域。因此，金屬化107和選擇性射極105區域以自我校準的方式彼此自動校準。 此基本上是三重的自我校準：選擇性射極105校準於所要的位置104、金屬化107校準於所要的位置104、選擇性射極105校準於金屬化107。
此外，非溝槽區域106或可也擴散以額外的摻雜物，例如P活動，其例如藉由POCl3而於爐(例如管狀爐或其他適合的爐)中進行，或者藉由噴灑或另外塗覆包含摻雜物的液體至整個電池表面，或者藉由乾燥真空或非真空製程(例 如大氣壓化學氣相沉積濺鍍、蒸鍍、電漿強化化學氣相沉積)來沉積摻雜物玻璃層。這些摻雜物層或摻雜物玻璃層可以有適合的厚度和適合的摻雜物濃度，以代表用於擴散到晶圓裡之無限大的摻雜物來源。另外可以選擇的是限制層厚度和/或限制摻雜物於該層的濃度，則這些沉積方法或可產生具有有限可用度之摻雜物的層，其相較於無限大摻雜物可用度的層而言會更緩慢地擴散摻雜物到晶圓裡。
所有使用此種施加摻雜物的步驟乃類似地進行，典型而言是在改變晶圓之擴散分布輪廓的高溫步驟之前。摻雜物氣體輔助(舉例而言，此處藉由POCl3)則稍微不同，不同處在於其係在晶圓已加熱至高到足以改變摻雜物擴散分布輪廓(如果存在任何摻雜物)的溫度之後才施行。可得自POCl3的摻雜物然後擴散到晶圓裡，並且即使POCl3提供的摻雜物或許具有高的可用度，然而藉著摻雜物引入之前重度擴散溝槽區域而由POCl3帶來更大的自由度，此意味著：仍可經由選擇較低的POCl3暴露溫度和/或於POCl3暴露和後續導入步驟期間的較短時間，而輕微地摻雜於非溝槽區域。一般而言，相對於藉由摻雜物分配到溝槽裡或者長和/或高流動POCl3暴露而形成的玻璃所提供之比較不受限的可用度之摻雜物，低厚度或低濃度的摻雜物來源則構成比較有限可用度的摻雜物以用於摻雜。如在此與底下申請專利範圍所使用的，有限可用度來源的摻雜物乃用來意指低厚度或低濃度、或者其他類似有限可用度的摻雜物來源。可以控制於溝槽和非溝槽區域之相對擴散深度的變數 包括：摻雜物來源的種類、摻雜物的濃度和分配的體積、時間-溫度分布輪廓、擴散期間的氣氛和流動和壓力、熱分布輪廓歷史中引入額外摻雜物活動的點。
因此，有多種不同的方式可提供有限可用度的摻雜物於太陽能電池應用，其可以分組成不同的類別。第一類包括在加熱晶圓至高溫之前以液體來源施加至晶圓。範例包含：磷酸和水的混合物；硼酸和水的混合物；磷酸混合以非水性溶液以增加黏滯度而用於印刷；硼酸混合以非水性溶液以增加黏滯度而用於印刷；具有P和Si、B和Si、Ga和Si、As和Si、或Al和Si的溶膠-凝膠系統，此種由Filmtronics所販售。稍後於高溫爐中，這些與Si晶圓和氧反應以形成玻璃層，摻雜物則由玻璃層擴散到晶圓裡。第二類包括加熱晶圓至高溫之前先形成摻雜物玻璃層來施加。範例包含：藉由大氣壓化學氣相沉積、真空化學氣相沉積、電漿強化化學氣相沉積、或者濺鍍來沉積包含P、B、Ga、As或Al的摻雜物玻璃層。稍後於高溫爐中，摻雜物從玻璃擴散到晶圓裡。第三類包括在高溫真空爐中施加。範例包括使N2氣體經過POCl3或BBr3的液體來源而產生氣泡、從包含摻雜物的相鄰陶瓷靶而氣相傳輸摻雜物(如半導體工業所常見者)、從所述第一類材料氣相傳輸摻雜物層(第一類材料已施加至放置相鄰於太陽能電池晶圓的犧牲性晶圓或其他平坦的基板)。摻雜物與Si晶圓和氧反應以形成玻璃層，摻雜物則由玻璃層擴散到晶圓裡。
於步驟255中，以POCl3輔助的方法來說，其示意地顯 示於圖2的流程圖，如虛線框步驟所指的替代方案，高溫處理步驟首先於管中進行而無POCl3流動，於此期間摻雜物擴散到溝槽裡，然後在POCl3開始流動之後，各處都發生擴散(於步驟255中)。
於步驟253中，以蒙霧或噴灑擴散輔助技術來說，如圖2示意地顯示之虛線框步驟所指的替代方案，分配高濃度摻雜物P液體於溝槽(並且可選擇性地加以乾燥)之後，提供有限可用度的摻雜物液體於各處，此例如藉由蒙霧或噴灑或印刷(於步驟253中)或一種其他提到的傳遞技術來為之。爐中的高溫處理造成摻雜物擴散分布輪廓的改變。非P的摻雜物可以藉由蒙霧、噴灑、印刷或氣體來提供，例如硼來自BBr3氣體、硼來自硼酸溶液、或者硼或鋁或砷或鎵來自例如Filmtronics所販售的溶膠-凝膠來源。
所有這些變化都可以涵括僅僅單一高溫步驟，於此期間改變擴散分布輪廓。不需要第二高溫步驟，而僅需要一個加熱步驟便於擴散分布輪廓造成顯著的改變。然而，當然有可能使用二個或更多個高溫擴散分布輪廓改變的步驟。
參考圖4A~4E來示範以下製程，其顯示工件在不同的製程階段，而圖5顯示典型的製程步驟。以第一所述製程來看，於步驟550中，晶圓401乃提供有溝槽404，以用於後續金屬化。於步驟552中，阻滯擴散的材料407分配於區域406，此處想要有最少的擴散。施加阻滯擴散之材料的動機包括能夠更好控制於非金屬化區域406的摻雜程度。 舉例來說，未受保護的非金屬化區域406或可非故意地被來自沉積於金屬化溝槽之側向氣相傳輸的摻雜物所摻雜。 此種摻雜可能不是理想的，或許因為摻雜了多於所要的或者是不均勻的跨越晶圓表面。阻滯擴散的材料407或可減少此種不想要的氣相摻雜效應和/或允許其他摻雜物來源，以提供阻滯擴散層底下有更佳控制的摻雜。阻滯擴散的材料範例包括但不限於：溶膠-凝膠氧化矽系統，例如Filmtronics和Honeywell所販售的；以及市售可得的擴散阻障膏再調整其黏滯度，例如Ferro 99-001或Merck SiO2 SolarResist油墨。
如參考圖4B所示，藉著晶圓的紋理，亦即溝槽404(金屬化(圖4E的407)將要到的地方)的邊緣409，阻滯擴散的材料液體411自動自我校準於所要去的地方。如前述SAC專利申請案所解釋，如果適當選擇液體和表面的表面能，則由於毛細管作用力，液體可以沿著表面而在流動阻障處停止其流動，例如在角落或邊緣409。因此，阻滯擴散的材料液體411可以沉積於大致但不精確的位置，例如於二溝槽404之間的跨距中央，並且它可以朝向每個溝槽向外流動而停在溝槽邊緣409，而非流動到溝槽裡，溝槽裡並非想要的地方。因此，於步驟553中，整個晶圓可以接受摻雜物來源，並且在溝槽404的區域可以如所要的摻雜到升高的程度405，並且自動於所要的地方，意即於溝槽404，而不需要任何特別的圖案化技術或設備(例如遮罩)或者精確分配液體摻雜物。類似地，金屬化液體可以提供到溝槽裡 404，以造成金屬化層407，其精確地於所要的地方，即於溝槽404，並且精確校準於較深摻雜的選擇性射極區域405。金屬化407可以任何適合的方式來提供，例如前面討論的毛細管分配方法。
以上面討論使用阻滯擴散物(阻滯擴散的材料411)的方法來說，則有使用擴散輔助的多種變化。依據一顯示於圖5的替代方案，於步驟553中提供有限可用度的摻雜物，例如藉由蒙霧、噴灑、印刷或者其他上面討論的技術來為之。 工件然後於爐中接受高溫步驟554，藉此改變摻雜物的擴散分布輪廓，並且摻雜物擴散到未受阻滯擴散的材料411所保護之區域裡，例如於溝槽404。於步驟556中，包含摻雜物磷的玻璃便形成，此玻璃後續隨著阻滯擴散的材料一起被蝕掉。於步驟558中，金屬化提供於溝槽內，此處即較深摻雜的區域所在。
不使用步驟553中蒙霧、噴灑…等的替代方法則使用POCl3輔助555。高溫步驟554起先開始於沒有任何摻雜物的氣氛。於高溫步驟期間，然後在此單一高溫步驟的稍後階段才於步驟555中提供POCl3輔助。
另外可以選擇的是如圖6A~6F和圖7所示，於步驟750中，用於金屬化的溝槽提供於晶圓601之後，如果摻雜物602(例如P液體)首先分配(於步驟751中)至金屬化溝槽604中，則可以不需要像是在圖4B的411處將阻滯擴散的材料加以圖案化。反而如圖6C所示，阻滯擴散的材料611或可提供(於步驟752中)於晶圓601的整個表面。阻滯擴散的材 料611底下之溝槽604中所存在的摻雜物602仍將允許擴散發生於溝槽，而造成重度擴散區域605。液體摻雜物施加(於步驟753中)於阻滯擴散的材料611頂部或者POCl3輔助(於步驟755中)或可於各處形成摻雜物玻璃608，而輕微地將摻雜物擴散於溝槽之間。也可能使摻雜物液體加以乾燥，如圖6B所示地減少摻雜物液體603體積，然後將晶圓601置於高溫環境(於步驟754中)，或者跳過乾燥步驟。相信表面張力會維持液體定位，而當它進入高溫環境時便乾掉。如同上面圖4E所示的金屬化層407，金屬化油墨607可以沉積於溝槽604，因此自我校準於重度擴散區域605。
於所有這些有關阻滯擴散之材料的具體態樣，然後蝕掉756磷玻璃而留下如圖6F所示狀態。於步驟758中，金屬化便提供於溝槽。
每個指狀物若不使用單一金屬化溝槽604，而改為如參考圖8A~8D所示意地顯示，提供三個或更多溝槽804、804’、804”給每個指狀物亦是有利的，藉以三個或更多溝槽分別都提供以液體摻雜物802、802’、802”，其係以類似於上述和下述關於單一溝槽的方式所施加，因此接受了重度擴散層806、806’、806”，如圖8C所示。金屬816想要僅沉積於中央的溝槽804。每個指狀物816周圍具有較寬的重度擴散區域806、806’、806”的優點是放寬製程窗口，以致如果金屬816不慎沉積在所要溝槽的外面，例如於側邊溝槽804’或804”或其部分，則中央溝槽804外的深射極806’、806”將會避免金屬經由會是淺的射極而短路。雖然於 射極的電阻損失也會因此做法而減少，但代價是由於較寬的重度擴散區域有不良的藍反應而有更多的電流損失。
也很重要的是要注意：一般而言，摻雜物液體典型而言乃分配於金屬化溝槽，而且僅於金屬化溝槽(例外的是也分配於捕光溝槽，後面會討論)。換言之，在此揭示的方法係與任何可以無差別地分配摻雜物液體於各處的製程有明顯區別。因此，液體分配於個別的金屬化溝槽或於群組化的金屬化溝槽(例如上面配合圖8A所述)、於捕光溝槽，就沒有別的地方了。
於沒有用於金屬化之溝槽的工業標準太陽能電池，金屬化區域的微結構典型而言包括燒結的金屬顆粒，以及在金屬和摻雜矽之間界面處的熔化玻璃粉之半連續層。依據已知技術製造而具有用於金屬化之溝槽的物品，舉例而言以掩埋式格柵做法所製造者，在該界面則會有鍍覆的實心金屬。SAC和毛細管分配科技提供沉積金屬化油墨到極窄溝槽裡的能力。涉及遮罩鍍覆的已知技術已用來製造全鍍覆電池，它們允許沉積鍍覆金屬於未遮罩的窄溝槽區域上。此乃從浴液選擇性地沉積Ni而僅於未被SiN膜所覆蓋的區域。對於由金屬顆粒和/或金屬有機性金屬所構成、混合了玻璃粉和/或液體玻璃化學品之金屬化油墨所做的沉積來說，此種選擇性並不存在。舉例來說，如果想要提供晶圓溝槽小於大約50微米的寬度，則已知的油墨沉積技術(例如網版印刷、移印、噴墨印刷、直接寫入式噴嘴分配…等)的最小線寬度和做得到的校準乃不足以把油墨置於溝槽 而不使油墨也以不想要的方式沉積於溝槽區域外。
以此處敘述的方法來說，得以提供金屬化到此種窄的溝槽。在此揭示的方法可以維持任何溢流超過溝槽邊緣的區域到大約15或甚至大約10微米。此係屬實，即使溝槽小於大約45微米或者甚至大約30微米寬亦如此。以一範例來說，第一金屬化油墨乃分配成種子層，其可以典型溢流超過0和大約8微米之間寬的溝槽。然後額外的金屬鍍在種子層上，其使金屬化線的高度成長，每邊的寬度也成長相同量。舉例來說，典型而言鍍上大約7~8微米的金屬。 因此，開始於30微米寬溝槽而具有大約3微米和20微米之間的深度，並且具有3微米的溢流和7微米的剝落(plateout)，此造成每邊最終溢出剝落10微米，總量為30+10+10=50微米的寬度。因此此處不僅揭示產生具有選擇性射極之SAC電池的方法，此處也揭示使用金屬化油墨於金屬化種子層而做成的太陽能電池產品。
對於觀察者而言，全鍍覆電池的外觀可能類似於依據此處揭示之創新所做的此種電池，而金屬化油墨種子層鍍到與全鍍覆掩埋式格柵製程之太陽能電池相同的厚度。然而，在顯微分析和/或組成分析依據此處敘述之創新所製作的電池界面，即在金屬和矽之間，就會於SAC電池的變化態樣中發現玻璃的半連續層，但於全鍍覆電池中則找不到。
深射極格線
以上選擇性射極的討論乃關於打算要金屬化的溝槽 104(圖1A)、404(圖4A)。有關的方法則處理其他的表面紋理，包括另一種溝槽，其促進捕光或吸收，如前面引述的SAC科技專利申請案所述。
圖9A~9D顯示工件在不同的製程階段、沿著圖9B-II之線A-A的截面。圖9B-II顯示工件在圖9B所示階段的俯視圖。圖9D-II顯示工件在圖9D所示階段之後的俯視圖，其也在擴散步驟之後。圖9D-II所示的階段是在已施加正面金屬化之後。圖10顯示典型的製程步驟以及幾個顯示為替代方案的變化。
於步驟1050中，溝槽912可以提供於電池的某些或整個吸光表面900上，並且可以用於紋理化以改善捕光(減少反射)。溝槽912與隆脊913交錯。於提供減少反射之溝槽的同時也提供金屬化溝槽，或於另一時間提供。於步驟1052中，液體摻雜物914可以分配到這些捕光溝槽912的某些部分中，以形成深射極格線。摻雜物也可以分配於金屬化溝槽。
高溫步驟1054造成沿著這些較小溝槽的深擴散，當中分配了摻雜物，並且造成深射極格線，其通往稍後將形成金屬指狀物之處的溝槽。如圖9D-II所示，金屬化指狀物916提供於金屬化溝槽904。
產生具有連接金屬化916之深射極格線918的步驟次序有幾種變化。這些類似於上面所述。第一種可以具有單一高溫、改變擴散分布輪廓的步驟而無其他摻雜階段。(雖然也可能有額外的高溫摻雜階段，但是這些並未示範。)第 二種使用POCl3輔助。第三種使用沉積的摻雜物輔助。
顯示於圖10流程圖的單一步驟方法涵括了步驟1050提供金屬化溝槽於晶圓，以及提供減少反射的溝槽。該方法進一步涵括了步驟1052分配摻雜物(例如P液體)到金屬化溝槽904中以及到可用於深射極格線918的某些捕光溝槽912中。高溫、改變擴散分布輪廓的處理步驟1054接著於爐中進行(以氣體輕微地摻雜非金屬化的溝槽區域)，如此則整個表面暴露於至少小量的摻雜物919。
如圖10所示，POCl3輔助的方法涵括了相同步驟，接著是擴散步驟1055 POCl3的替代方案步驟(如虛線所指的替代方案)，以輕微地摻雜深射極格線之間的區域。也如圖10所示，另一替代方案，即顯示於虛線的沉積摻雜物的方法，涵括了沉積步驟1053有限可用度的摻雜物液體於各處，接著是於爐中的單一高溫處理步驟1054。於步驟1056中，金屬化則提供於金屬化溝槽。
顯示於圖12流程圖的另一方法，其使用阻滯擴散的材料(而非摻雜物)於凹的捕光凹陷，例如溝槽，如上所述步驟1250提供此等溝槽。圖11A~11D所示範的這些方法顯示工件在不同的製程階段、沿著圖11B-II之線A-A的截面。圖11B-II顯示圖11B階段的工件平面圖。圖11D-II顯示圖11D階段之後的工件，其亦在擴散之後。圖11D-II顯示已施加正面金屬化之後的工件。圖12顯示典型的製程步驟。
步驟1250提供金屬化和捕光溝槽。步驟1252中，阻滯擴散的材料1107可以施加至捕光紋理凹陷(例如溝槽 1112)，並且晶圓後續加以處理，如此使溝槽1112底部凹的區域填充了阻滯擴散的材料1107，同時暴露出隆脊1113。 將阻滯擴散的材料加以乾燥(此步驟未顯示)。然後步驟1253中摻雜物提供於各處(後面會討論)，包括於暴露的隆脊1113，其於後續之高溫改變擴散分布輪廓的步驟1254期間接受較深的擴散(示意地由層1119所指出)。槽區域則並未接受深的擴散，此乃因為阻滯擴散的材料避免之。以Si太陽能電池之典型的任何P擴散步驟來說，矽酸磷玻璃(P玻璃)層形成於Si表面上，此層一般於包含氫氟酸的溶液中移除(步驟1256)，以提供顯示於圖11D和11D-II的狀態。於在此敘述之阻滯擴散之材料的例子，在下一處理步驟之前，不僅P玻璃需要被蝕刻，也需要移除阻滯擴散的材料。
高溫處理步驟1254之後，具有較重摻雜的較高隆脊區域1113構成了深射極格線1118，其通往將稍後被步驟1258金屬化的區域1104(圖11D-II)。金屬化1116於稍後階段施加步驟1258至金屬化溝槽1104(圖11D-II)。
以上面討論的創新來說，此具體態樣可以實施成幾種變化，其全都顯示於圖12的流程圖，某些步驟指示成替代方案。一種替代方案乃利用沉積的摻雜物。另一者則使用POCl3擴散輔助。
阻滯擴散的材料施加1252和乾燥之後，完整強度的摻雜物可以提供於各處，例如藉由步驟1253中之蒙霧、噴灑或印刷而為之。接著的高溫、改變摻雜物擴散分布輪廓的步驟1254則建立深的射極摻雜。
POCl3輔助的方法亦類似。阻滯擴散的材料乾燥之後，高溫處理步驟1254可以有選擇地先發生於管狀爐中，然後於步驟1255中擴散POCl3。隆脊1113和金屬化溝槽因此於此高溫改變擴散分布輪廓的步驟1254中接受P的深擴散。
深射極格線路徑
剛才敘述的具體態樣利用了SAC架構來放置深射極格線1119而垂直於金屬化指狀物1116，並且使用捕光溝槽以幫助導引製程中之各式各樣的液體材料。如已所述，也使用其他的捕光紋理，例如安排成圖案(例如蜂巢圖案)的凹坑或坑口。此種捕光紋理也可以自我校準的方式來使用，以提供深射極格線活動。共同受讓的美國專利臨時申請案第61/201,595號，標題為「不規則表面的楔形壓印圖案化」，2008年12月12日申請，和共同受讓的專利合作條約申請案第PCT/US2009號(序號尚未指定)，同樣日期投遞的快捷郵件標籤第EM355266258US號，標題為「不規則表面的楔形壓印圖案化」，申請人為Benjamin F.Polito、Holly G.Gates、Emanuel M.Sachs、1366科技公司、麻省理工學院，代理人檔案標號1366-0012PCT，指定美國，其敘述製作此種凹坑化、溝槽化表面的方法。臨時申請案第61/201,595號和專利合作條約申請案(序號尚未指定)，代理人檔案編號1366-0012PCT，皆完整併於此以為參考。
如參考圖13流程圖以及圖14所示意地顯示，有效率的製程則會包括以下步驟：於步驟1350中提供表面紋理至晶圓1440，其會同時包括用於金屬化的溝槽1456以及捕光 紋理，後者為溝槽或者如圖所示的凹坑1442，或者是其他東西。一般而言，凹坑比溝槽提供更佳的捕光效果。有利的具體態樣使用凹坑來捕光。額外提供的是在凹坑1442場中的溝槽1418，其用於深射極格線路徑，而顯示成垂直於金屬化指狀物溝槽1456。(也可能使用凹坑之間的隆脊來提供深射極格線路徑，如下面解釋。)這三種名義上的紋理可以在一步驟1350中全部提供，或者於二個或更多步驟，都相同或者不同。其次，在步驟1352中，阻滯擴散的材料可以提供於不用於金屬化溝槽1456或深射極路徑1418的區域，而於所示的例子，即提供了凹坑1442的區域。因為紋理的緣故，得以提供液態阻滯擴散的材料於凹坑區域，其將流動跨越凹坑覆蓋的區域，但是將停在提供金屬化指狀物1456和深射極線1418的溝槽邊緣。因此，本方法利用了SAC科技專利所討論的自我校準原理。
依據一替代方案，在步驟1353中，完整濃度的摻雜物然後可以提供於各處，舉例而言藉由蒙霧、噴灑或者印刷為之。該步驟後面會接著高溫加熱步驟1354，其擴散摻雜物到晶圓的暴露區域裡，亦即金屬化線1456和深射極格線1418。於步驟1356中蝕刻來自摻雜物的玻璃和阻滯擴散的材料。最後，於步驟1358中，金屬化材料提供於金屬化溝槽1456。金屬化材料可以藉由毛細分配管1460所提供，如前面美國專利臨時申請案第61/204,382號的毛細管分配技術所討論。
以有關的替代方案具體態樣而言，如虛線框所指的替 代方案，在加熱之前不提供摻雜物至表面，而改為於高溫步驟1354期間提供POCl3至爐氣氛。
另外可以選擇的是摻雜物也藉由此種毛細分配管來提供，如圖14所示，於此例則不需要阻滯擴散的材料，此乃因為摻雜物僅會提供於想要的有限區域。
上述的討論提及金屬化底下深度擴散的區域以達成選擇性射極。最近的討論則關於不在金屬化底下的深擴散區域。得以僅在金屬化底下的區域、或者僅在捕光特徵、或者於二區域提供深擴散。當提供於二區域時，最有效率的是於同一步驟提供摻雜物以於這二區域擴散。此或可如下方式來完成：舉例來說，以阻滯擴散的材料遮罩捕光區域的某些部分，然後於POCl3擴散步驟期間對非遮罩的捕光特徵(例如射極線)和金屬化溝槽同時做相同程度的擴散。
此方法然後利用自我校準電池架構所提供的效率，意即摻雜物和阻滯擴散的材料跑去的位置是受到幾何形狀所指派，而不需要複雜的遮罩或對齊步驟。再者，阻滯擴散的材料實際上可以於單一步驟來提供。再者，僅需要一個高溫、改變擴散分布輪廓的步驟，就能建立金屬化底下的圖案化擴散層，也建立了關聯於捕光區域的圖案化擴散層。當然可以進行額外的高溫步驟，但是僅需要一次。
對於使用捕光凹坑的具體態樣和使用捕光溝槽的具體態樣，如示意地示範於圖12的流程圖，其方法步驟都是類似的。
晶圓乃提供以多個重疊凹坑，其可以安排成各式各樣 的圖案。已發現蜂巢狀圖案很有用。阻滯擴散的液體材料提供至凹坑，並且晶圓後續加以處理，如此則凹坑的底部區域填充了阻滯擴散的材料，同時暴露了周邊的邊緣隆脊，以於後續高溫處理步驟期間讓凹坑的底部區域接受較深的擴散，此方式相同於溝槽之間的隆脊接受此種較深的擴散。舉例來說，於上面關於圖12所討論的範例，施加阻滯擴散的材料之後，晶圓可以接受施加摻雜物，例如藉由蒙霧、噴灑或者印刷來為之。然後，晶圓提供於爐中並且接受高溫，如此則摻雜物的擴散分布輪廓有所改變，而使上邊緣轉換成深射極格柵路徑，其覆蓋著未被阻滯擴散的材料所遮罩的整個區域。此路徑的形狀將視凹坑的形狀和阻滯擴散的材料所覆蓋之凹坑體積而定。另外可以選擇的是在加熱之前的施加摻雜物或可由在爐中暴露於POCl3所取代。
接下來看捕光溝槽912(圖9)的安排變化；相對於金屬化溝槽904而言，至少有二種一般的變化。某些捕光溝槽912可以液壓耦合於金屬化溝槽904和/或彼此，如此則提供於金屬化溝槽的液體也行進至耦合的捕光溝槽，如圖9B-II所示。另外可以選擇的是某些或全部的捕光溝槽912乃液壓隔離於任何其他溝槽，並且可以獨立地填充。如果捕光溝槽液壓耦合於某些其他捕光溝槽或金屬化溝槽，則所有的耦合溝槽可以藉由分配液體到耦合溝槽裡而填充，且有助於流體流動。於隔離的組態，每個隔離的溝槽必須使液體直接分配給它。
分配步驟可以由毛細管來進行，如上面討論個別的捕光溝槽912所採行者。或者可以想到：這些捕光溝槽912的某些部份或可液壓連接在一起，以允許分配1052和流動摻雜物P溶液914從一捕光溝槽到另一捕光溝槽，而與分配金屬化溝槽904加以區隔。這些捕光溝槽912的尺寸小於金屬化溝槽904，因此在沿著較小溝槽912達成液體914流動方面可能會有些挑戰性。
隔離組態的一項不足之處在於將會有小間隙於位置915(圖9D-II)，其位在用於金屬化指狀物916的紋理溝槽904和用於深射極格線918的捕光溝槽912之間。因此雖然電流會必須通過在位置915的短高電阻區域而到金屬指狀物916，但是應該仍會達成多數的益處。(圖9D-II並未顯示此種有問題的間隙，僅顯示如果它存在的話則會在那裡。)吸收區域可以有利地被深度擴散之深射極格線所覆蓋的百分比則會在1到50%之間。
這些選擇性擴散的一般做法或可應用於其他的電池結構，例如手指交叉的背面接觸。類似地，就如圖案化的深射極線可以幫助把電流帶到前表面的金屬指狀物，而如圖15所示，晶圓的圖案化背面場線1571也可以用來幫助把電流帶到背面的金屬格柵結構，如參考圖16所示意地顯示包括匯電條1673和指狀物1675。典型而言，匯電條可以主要是Ag(銀)，而指狀物可以是Al(鋁)或主要是Ag。
在此揭示的創新或可應用於擴散非P的摻雜物，例如As、Ga、B或Al。也可使用磷或砷摻雜物以形成背面場區 域以接觸n型晶圓基板上的基底。或者等效而言，或可類似地使用硼、鎵或鋁摻雜物，以形成n型基板上的射極以及對p型晶圓基板上之基底的背面場接觸。此外，圖案化阻擋層所達成的深射極線概念或可應用於圖案不是溝槽和蜂巢狀的表面，例如均向紋理(isotexture)。此外，施加於選擇性射極SAC架構之深度擴散溝槽的金屬化種子層類型或可為非鍍覆金屬的材料，例如Ni，如前所述。一些範例包括金屬粉末和玻璃粉的膏或油墨，例如Ag，譬如由Dupont、Ferro所販售，或者是金屬和玻璃化學品的有機金屬混合物。這些做法或可應用於其他想要以最少的遮罩和處理步驟來進行選擇性擴散的電子裝置。
雖然已顯示和敘述特定的具體態樣，但是熟於此項技藝者將會瞭解可以做出多樣的改變和修改，而不偏離最廣範疇的揭示。包含於上面敘述和顯示於所附圖式的所有事物想要解讀成示範說明性的而無限制意味。
101‧‧‧晶圓
102‧‧‧液體
104‧‧‧溝槽
105‧‧‧較深的擴散區域
106‧‧‧(輕微摻雜的)周圍區域
107‧‧‧金屬化
250~257‧‧‧選擇性施加摻雜物至工件晶圓的製程步驟
340‧‧‧工件
342‧‧‧表面
356‧‧‧溝槽
359‧‧‧側壁
360‧‧‧分配毛細管
364‧‧‧分配液體
401‧‧‧晶圓
404‧‧‧溝槽
405‧‧‧選擇性射極區域
406‧‧‧區域(非金屬化區域)
407‧‧‧阻滯擴散的材料(金屬化層)
409‧‧‧邊緣
411‧‧‧阻滯擴散的材料
550~558‧‧‧選擇性施加摻雜物至工件晶圓的製程步驟
601‧‧‧晶圓
602‧‧‧摻雜物液體
603‧‧‧減少體積的摻雜物液體
604‧‧‧金屬化溝槽
605‧‧‧重度擴散區域
607‧‧‧金屬化油墨
608‧‧‧摻雜物玻璃
611‧‧‧阻滯擴散的材料
750~758‧‧‧選擇性施加摻雜物至工件晶圓的製程步驟
802、802’、802”‧‧‧液體摻雜物
804、804’、804”‧‧‧溝槽
806、806’、806”‧‧‧重度擴散層
816‧‧‧金屬
900‧‧‧吸光表面
904‧‧‧金屬化溝槽
912‧‧‧溝槽
913‧‧‧隆脊
914‧‧‧液體摻雜物
915‧‧‧位置
916‧‧‧金屬化指狀物
918‧‧‧深射極格線
919‧‧‧摻雜物
1050~1056‧‧‧形成深射極格線之基本方法的製程步驟
1104‧‧‧金屬化溝槽
1107‧‧‧阻滯擴散的材料
1112‧‧‧溝槽
1113‧‧‧隆脊
1116‧‧‧金屬化指狀物
1118‧‧‧深射極格線
1119‧‧‧較深擴散層
1250~1258‧‧‧施加深射極格線之基本方法的製程步驟
1350~1358‧‧‧形成選擇性射極區域之基本方法的製程步驟
1418‧‧‧溝槽
1440‧‧‧晶圓
1442‧‧‧凹坑
1456‧‧‧金屬化溝槽
1460‧‧‧毛細分配管
1571‧‧‧圖案化背面場線
1673‧‧‧匯電條
1675‧‧‧指狀物
本發明在此揭示和主張的幾個目的於參考所附申請專利範圍和圖式後會更為理解，其中：圖1A~1D是工件晶圓在選擇性地施加摻雜物的過程之不同階段的截面示意圖；圖2是選擇性地施加摻雜物至工件晶圓之幾個典型製程步驟的流程示意圖，其顯示基本序列和替代方案步驟；圖3示意地顯示半導體晶圓，其具有用於捕光的凹坑 場，以及具有二溝槽，而毛細管則分配包含材料的液體到其中一溝槽；圖4A~4E是工件晶圓在選擇性地施加摻雜物的過程之不同階段的截面示意圖，該過程使用阻滯擴散的材料於特定的非溝槽位置，而摻雜物大致上分佈於各處；圖5是選擇性地施加摻雜物到工件晶圓之幾個典型製程步驟的流程示意圖，其使用阻滯擴散的材料於特定的非溝槽位置，而摻雜物大致上分佈於各處；在此顯示基本的方法，也顯示了幾個可以選擇的變化，其一使用POCl3輔助，而另一使用沉積的摻雜物輔助；圖6A~6F是工件晶圓在選擇性地施加摻雜物於溝槽的過程之不同階段的截面示意圖，其接著是大致上於各處之阻滯擴散的材料；圖7是幾個典型製程步驟的流程示意圖，用來選擇性地施加摻雜物至工件晶圓、施加摻雜物於溝槽、接著是大致上於各處之阻滯擴散的材料；在此顯示基本的方法，也顯示了幾個可以選擇的變化，其一使用POCl3輔助，而另一使用沉積的摻雜物輔助；圖8A、8B、8C、8D示意地顯示本創新的具體態樣，其中每個金屬化指狀物使用三個或更多溝槽；圖9A、9B、9C、9D是工件晶圓在施加深射極格線的過程之不同階段、沿著圖9B-II(下一圖)之線A-A的截面示意圖，其使用摻雜物分配方法；圖9B-II是工件晶圓的平面示意圖，其將要使用摻雜物 分配方法來施加深射極格線，位在圖9B所示的階段；圖9D-II是圖9B-II所示之工件晶圓的平面示意圖，其已使用摻雜物分配方法來施加深射極線，而於圖9D所示之後、擴散之後、已施加正面金屬化之後；圖10是形成深射極格線的基本方法之幾個典型製程步驟的流程示意圖，其係分配摻雜物到溝槽裡，然後擴散摻雜物到溝槽裡；也顯示二替代方案，其一使用POCl3輔助，而另一使用蒙霧或噴灑輔助，以提供有限的摻雜物可用度來源以輕微地摻雜各處；圖11A~11D是具有平行捕光溝槽的工件晶圓在施加深射極格線的過程之不同製程階段、沿著圖11B-II(下一圖)之線A-A的截面示意圖，其使用阻滯擴散之材料的方法；圖11B-II是工件晶圓的平面示意圖，其將要使用阻滯擴散之材料的方法來施加深射極格線，位在圖11B所示階段；圖11D-II是顯示於圖11B-II之工件晶圓的平面示意圖，其已使用阻滯擴散之材料的方法來施加深射極格線，而於圖11D所示階段之後、擴散之後、已施加正面金屬化之後；圖12是施加深射極格線的基本方法之幾個典型製程步驟的流程示意圖，其使用阻滯擴散的材料；也顯示二種可選擇的方法，其一使用POCl3輔助，另一使用沉積的摻雜物輔助；圖13是形成選擇性射極區域的基本方法之幾個典型製 程步驟的流程示意圖，其中深射極格線使用阻滯擴散的材料；圖14示意地顯示半導體晶圓，其具有用於捕光的凹坑場、用於金屬化的三個溝槽指狀物、垂直於前者而用於深射極格線的二個輔助溝槽，而毛細管分配包含材料的液體到深射極溝槽其中一者；圖15以平面圖示意地顯示在形成p+背面場線之後的晶圓背側；圖16示意地顯示圖15所示晶圓進一步印刷和/或沉積了金屬指狀物和金屬匯電條之後的背側。
250~257‧‧‧選擇性施加摻雜物至工件晶圓的製程步驟

Claims (61)

  1. 一種將圖案化之擴散層提供給太陽能電池的方法，其包括以下步驟：a.提供半導體晶圓；b.提供溝槽於半導體晶圓；c.分配摻雜物液體到溝槽裡；d.施加高溫以加熱晶圓，於此期間擴散摻雜物到晶圓裡；以及e.分配包含液體的金屬化材料到溝槽裡；藉此在金屬化位置產生圖案化的擴散層。
  2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中分配摻雜物的步驟包括：經由毛細管來分配摻雜物。
  3. 如申請專利範圍第2項的方法，其中毛細管直接接觸晶圓。
  4. 如申請專利範圍第1項的方法，其中分配金屬化材料的步驟包括：經由毛細管來分配金屬化材料。
  5. 如申請專利範圍第4項的方法，其中毛細管直接接觸晶圓。
  6. 如申請專利範圍第2項的方法，其中分配金屬化材料的步驟包括：經由毛細管來分配金屬化材料。
  7. 如申請專利範圍第1項的方法，其中溝槽乃以至少二相鄰溝槽的群組來提供，以及其中分配金屬化材料到溝槽裡的步驟包括：分配金屬化材料到任何單一群組溝槽的至少一溝槽裡。
  8. 如申請專利範圍第7項的方法，其中分配金屬化材料的步驟包括：分配金屬化材料到任何單一群組溝槽之二溝槽的至少部分。
  9. 如申請專利範圍第7項的方法，其中至少二相鄰溝槽包括三溝槽。
  10. 如申請專利範圍第1項的方法，其中晶圓包括p型半導體基板，摻雜物因此乃用於產生n+型半導體，而擴散層包括太陽能電池射極。
  11. 如申請專利範圍第1項的方法，其中晶圓包括p型半導體基板，摻雜物因此乃用於產生p+型半導體，而擴散層包括太陽能電池的背面場區域。
  12. 如申請專利範圍第1項的方法，其中晶圓包括n型半導體基板，摻雜物因此乃用於產生p+型半導體，而擴散層包括太陽能電池射極。
  13. 如申請專利範圍第1項的方法，其中晶圓包括n型半導體，摻雜物因此乃用於產生n+型半導體，而擴散層包括背面場區域。
  14. 如申請專利範圍第1項的方法，其在擴散摻雜物到晶圓裡的步驟之前，進一步包括以下步驟：提供有限可用度的摻雜物至晶圓。
  15. 如申請專利範圍第14項的方法，其中提供有限可用度的摻雜物的步驟包括：使用選自噴灑、蒙霧、印刷包含摻雜物的液體所構成的群組之方法。
  16. 如申請專利範圍第14項的方法，其中提供有限可 用度的摻雜物的步驟包括：使用選自濺鍍、蒸鍍、電漿強化化學氣相沉積、真空化學氣相沉積、大氣壓化學氣相沉積所構成的群組之方法來沉積摻雜物玻璃。
  17. 如申請專利範圍第1項的方法，其進一步包括以下步驟：於施加高溫以擴散摻雜物到晶圓裡的步驟期間，暴露晶圓至摻雜氣體。
  18. 如申請專利範圍第17項的方法，其中摻雜氣體是選自POCl3和BBr3所構成的群組。
  19. 一種將圖案化之擴散層提供給太陽能電池的方法，其包括以下步驟：a.提供半導體晶圓；b.提供溝槽於半導體晶圓；c.提供阻滯擴散的材料於晶圓的非溝槽區域而非於溝槽；d.提供摻雜物至整個晶圓表面；e.施加高溫以加熱晶圓，於此期間擴散摻雜物到晶圓裡；以及f.分配包含液體的金屬化材料到溝槽裡；藉此在金屬化位置產生圖案化的擴散層。
  20. 如申請專利範圍第19項的方法，其中提供摻雜物的步驟包括：在提供阻滯擴散之材料的步驟之前，先提供液體摻雜物於溝槽。
  21. 如申請專利範圍第19項的方法，其中晶圓包括p型半導體基板，摻雜物因此乃用於產生n+型半導體，而擴 散層包括太陽能電池射極。
  22. 如申請專利範圍第19項的方法，其中晶圓包括p型半導體基板，摻雜物因此乃用於產生p+型半導體，而擴散層包括太陽能電池的背面場區域。
  23. 如申請專利範圍第19項的方法，其中晶圓包括n型半導體基板，摻雜物因此乃用於產生p+型半導體，而擴散層包括太陽能電池射極。
  24. 如申請專利範圍第19項的方法，其中晶圓包括n型半導體，摻雜物因此乃用於產生n+型半導體，而擴散層包括背面場區域。
  25. 如申請專利範圍第19項的方法，其中提供摻雜物至晶圓表面的步驟包括：使用選自噴灑、蒙霧、印刷包含摻雜物的液體所構成的群組之方法。
  26. 如申請專利範圍第19項的方法，其中提供摻雜物至晶圓表面的步驟包括：使用選自濺鍍、蒸鍍、電漿強化化學氣相沉積、真空化學氣相沉積、大氣壓化學氣相沉積所構成的群組之方法來沉積摻雜物玻璃。
  27. 如申請專利範圍第19項的方法，其中提供摻雜物至晶圓表面的步驟包括以下步驟：於加熱步驟期間，暴露晶圓至摻雜氣體。
  28. 如申請專利範圍第27項的方法，其中摻雜氣體是選自POCl3和BBr3所構成的群組。
  29. 如申請專利範圍第20項的方法，其中提供液體摻雜物於溝槽的步驟包括：經由毛細管來分配摻雜物。
  30. 如申請專利範圍第29項的方法，其中分配摻雜物的步驟包括：經由直接接觸晶圓的毛細管來分配摻雜物。
  31. 如申請專利範圍第19項的方法，其中分配金屬化材料的步驟包括：經由毛細管來分配金屬化材料。
  32. 如申請專利範圍第29項的方法，其中分配金屬化材料的步驟包括：經由直接接觸晶圓的毛細管來分配金屬化材料。
  33. 一種將圖案化之擴散層提供給太陽能電池的方法，其包括以下步驟：a.提供半導體晶圓；b.提供溝槽於半導體晶圓；c.提供摻雜物液體到溝槽裡；d.提供阻滯擴散的材料於整個晶圓表面上，包括溝槽；e.在高溫下擴散摻雜物到晶圓裡；以及f.分配包含液體的金屬化材料到溝槽裡；藉此在金屬化位置產生圖案化的擴散層。
  34. 如申請專利範圍第33項的方法，其中晶圓包括p型半導體基板，摻雜物因此乃用於產生n+型半導體，而擴散層包括太陽能電池射極。
  35. 如申請專利範圍第33項的方法，其中晶圓包括p型半導體基板，摻雜物因此乃用於產生p+型半導體，而擴散層包括太陽能電池的背面場區域。
  36. 如申請專利範圍第33項的方法，其中晶圓包括n 型半導體基板，摻雜物因此乃用於產生p+型半導體，而擴散層包括太陽能電池射極。
  37. 如申請專利範圍第33項的方法，其中晶圓包括n型半導體，摻雜物例如產生n+型半導體，擴散層包括背面場區域。
  38. 如申請專利範圍第33項的方法，其進一步包括以下步驟：提供摻雜物於整個晶圓表面上。
  39. 如申請專利範圍第38項的方法，其中提供摻雜物至整個晶圓表面的步驟包括：使用選自噴灑、蒙霧、印刷包含摻雜物的液體所構成的群組之方法。
  40. 如申請專利範圍第38項的方法，其中提供摻雜物至整個晶圓表面的步驟包括：使用選自濺鍍、蒸鍍、電漿強化化學氣相沉積、真空化學氣相沉積、大氣壓化學氣相沉積所構成的群組之方法來沉積摻雜物玻璃。
  41. 如申請專利範圍第38項的方法，其中提供摻雜物至整個晶圓表面的步驟包括：於加熱步驟期間，暴露晶圓至摻雜氣體。
  42. 如申請專利範圍第41項的方法，其中摻雜氣體是選自POCl3和BBr3所構成的群組。
  43. 一種將圖案化之擴散層提供給太陽能電池的方法，其包括以下步驟：a.提供半導體晶圓；b.提供凹的紋理區域於半導體晶圓，其相較於平坦表面的晶圓乃組構成增強晶圓的捕光特性； c.提供溝槽於晶圓以用於金屬化；d.在凹的紋理區域裡，提供溝槽於晶圓，該溝槽與用於金屬化的溝槽相交而用於深射極格線；e.提供摻雜物到用於深射極格線的溝槽；f.在高溫下加熱晶圓，於此期間擴散摻雜物到晶圓裡；以及g.分配包含液體的金屬化材料到用於金屬化的溝槽裡；藉此產生與金屬化位置相交的圖案化擴散層。
  44. 如申請專利範圍第43項的方法，其在加熱步驟之前，進一步包括以下步驟：提供摻雜物至用於金屬化的溝槽，藉此產生也位於金屬化位置的圖案化擴散層。
  45. 如申請專利範圍第44項的方法，其中經由毛細管來分配液體以執行以下至少一步驟：提供摻雜物至用於深射極格線的溝槽；分配包含液體的金屬化材料到用於金屬化的溝槽裡；以及提供摻雜物至用於金屬化的溝槽。
  46. 如申請專利範圍第45項的方法，其中毛細管直接接觸晶圓。
  47. 如申請專利範圍第43項的方法，其中凹的紋理包括凹坑場。
  48. 如申請專利範圍第43項的方法，其中凹的紋理包括多個溝槽。
  49. 如申請專利範圍第43項的方法，其在擴散摻雜物到晶圓裡的步驟之前，進一步包括以下步驟：提供有限可 用度的摻雜物到晶圓。
  50. 如申請專利範圍第49項的方法，其中提供有限可用度之摻雜物的步驟包括：使用選自噴灑、蒙霧、印刷包含摻雜物的液體所構成的群組之方法。
  51. 如申請專利範圍第49項的方法，其中提供有限可用度之摻雜物的步驟包括：使用選自濺鍍、蒸鍍、電漿強化化學氣相沉積、真空化學氣相沉積、大氣壓化學氣相沉積所構成的群組之方法來沉積摻雜物玻璃。
  52. 如申請專利範圍第43項的方法，其進一步包括以下步驟：於擴散摻雜物到晶圓裡的步驟期間，暴露晶圓至摻雜氣體。
  53. 如申請專利範圍第52項的方法，其中摻雜氣體是選自POCl3和BBr3所構成的群組。
  54. 一種太陽能電池，其包括：a.矽基晶圓，其為摻雜型；b.用於金屬化的溝槽，其具有小於大約60微米的寬度和大於大約3微米的深度；c.溝槽裡的金屬化，其沿著晶圓表面延伸不大於大約15微米至個別溝槽的任一側；d.金屬化底下的摻雜，其比存在於晶圓表面而非於金屬化溝槽底下區域的摻雜還深；以及e.半連續的玻璃層，其在金屬化和較深摻雜的矽之間的界面。
  55. 如申請專利範圍第54項的太陽能電池，其中溝槽 寬度小於大約45微米。
  56. 如申請專利範圍第54項的太陽能電池，其中溝槽寬度小於大約30微米。
  57. 如申請專利範圍第54項的太陽能電池，其中金屬化延伸不大於大約10微米至個別溝槽的任一側。
  58. 如申請專利範圍第54項的太陽能電池，其進一步包括：深射極格線區域，其與溝槽裡的金屬化相交，該深射極格線區域也包括比存在於晶圓表面而非於金屬化溝槽底下區域和非於深射極格線區域的摻雜還深的摻雜。
  59. 如申請專利範圍第58項的太陽能電池，其進一步包括：於半導體晶圓之凹的紋理區域，其相較於平坦表面的晶圓乃組構成增強晶圓的捕光特性。
  60. 如申請專利範圍第59項的太陽能電池，其中凹的紋理包括凹坑。
  61. 如申請專利範圍第59項的太陽能電池，其中凹的紋理包括多個溝槽。
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