專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體設(shè)備和半導(dǎo)體設(shè)備的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)備和半導(dǎo)體設(shè)備的制造方法。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能電池效率的制約因素之一是在太陽(yáng)能電池的具有促進(jìn)復(fù)合活性的表面態(tài)的半導(dǎo)體表面處電荷載流子發(fā)生復(fù)合。然后，這些復(fù)合后的電荷載流子不可能再用于產(chǎn)生電流。為了減少?gòu)?fù)合，必須通過(guò)經(jīng)由表面態(tài)降低電荷載流子的復(fù)合活性來(lái)使太陽(yáng)能電池表面鈍化。對(duì)于表面鈍化，由于復(fù)合活性首先與表面態(tài)的數(shù)量或密度成比例，其次與電荷載流子濃度、更準(zhǔn)確而言與空穴和電子密度的乘積成比例，因此原則上有不同的兩種方法。結(jié)
果，對(duì)于表面鈍化，首先可以減少表面態(tài)的數(shù)量。這種所謂的化學(xué)鈍化是通過(guò)自由表面鍵(所謂的懸鍵)的化學(xué)飽和、例如在半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池的情況下通過(guò)氧化硅層(SiO2層)的熱生長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。利用密度特別低的上述表面態(tài)來(lái)辨別這種情況下在半導(dǎo)體和SiO2層之間產(chǎn)生的界面?；瘜W(xué)鈍化通常用于高效率太陽(yáng)能電池的表面鈍化。第二種表面鈍化方法是在半導(dǎo)體表面處通過(guò)對(duì)其施加適當(dāng)電位來(lái)使一類(lèi)的電荷載流子(即，正電荷載流子或負(fù)電荷載流子)遠(yuǎn)離復(fù)合活性態(tài)。這樣，使得各自另一類(lèi)的電荷載流子沒(méi)有足夠可利用的復(fù)合對(duì)方。這種所謂的場(chǎng)效應(yīng)鈍化的基本原理是例如在由鋁構(gòu)成的所謂的背表面場(chǎng)(BSF)的情況下以及在施加例如由氮化硅(SiNx)或氧化鋁(Al2O3)構(gòu)成的電介質(zhì)層的情況下，所謂的背表面場(chǎng)及介電層在它們與半導(dǎo)體表面的界面處形成靜止表面電荷。上述這兩種表面鈍化方法都存在它們本身通常無(wú)法獲得充分鈍化的缺點(diǎn)。例如，必須利用氫通過(guò)例如所謂的氮?dú)浠旌蠚夥胀嘶?forming gas anneal)或退火來(lái)附加地使通過(guò)熱氧化產(chǎn)生在硅表面上的SiO2層濃縮。此外，在表面鈍化之后，太陽(yáng)能電池還必須經(jīng)歷制造過(guò)程的其它方法步驟。因此，首先，表面鈍化在這些方法步驟期間必須保持穩(wěn)定。其次，所施加的鈍化層通常還必須具有諸如用作例如擴(kuò)散阻擋層等的附加功能。對(duì)鈍化層的該附加要求經(jīng)常導(dǎo)致表面鈍化次優(yōu)的折衷方案。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體設(shè)備以及半導(dǎo)體設(shè)備的制造方法，從而有效地使該半導(dǎo)體設(shè)備表面鈍化，并同時(shí)增加設(shè)計(jì)多樣性以使制造該半導(dǎo)體設(shè)備期間的其它工藝步驟最優(yōu)化。根據(jù)本發(fā)明，利用包括權(quán)利要求I的特征的半導(dǎo)體設(shè)備并利用包括權(quán)利要求19的特征的制造方法來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的。在從屬權(quán)利要求中闡述本發(fā)明的有利的改進(jìn)。盡管以下說(shuō)明主要針對(duì)太陽(yáng)能電池，且本發(fā)明的鈍化層特別對(duì)于太陽(yáng)能電池而言具有很大的經(jīng)濟(jì)意義，但相同或至少相應(yīng)的考慮因素還適用于其它半導(dǎo)體設(shè)備，其中良好的表面鈍化十分重要。
如以下所述，可以通過(guò)本發(fā)明來(lái)提高鈍化層的鈍化質(zhì)量和穩(wěn)定性。此外，對(duì)于可調(diào)節(jié)的方法參數(shù)具有較高的靈活性。本發(fā)明基于如下的見(jiàn)解形成由鈍化機(jī)制不同的兩個(gè)鈍化子層構(gòu)成的鈍化層可以提高鈍化質(zhì)量，從而使得該鈍化質(zhì)量超越了已知的單獨(dú)作用的簡(jiǎn)單累積。采用化學(xué)鈍化用鈍化子層和場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層的這種命名來(lái)表示各個(gè)鈍化機(jī)制在相關(guān)的鈍化子層中占主導(dǎo)。換言之，在將場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層直接配置在半導(dǎo)體層表面上的情況下，如在例如將氮化硅(SiNx)配置在硅上的情況下那樣，場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層完全可以具有化學(xué)鈍化作用。然而，場(chǎng)效應(yīng)鈍化作用大得多。這同樣適用于化學(xué)鈍化用鈍化子層，即化學(xué)鈍化用鈍化子層可以具有表面電荷密度(盡管該表面電荷密度低)，但化學(xué)鈍化作用占主導(dǎo)。有利地，與化學(xué)鈍化用鈍化子層相比，場(chǎng)效應(yīng) 鈍化用鈍化子層至少具有較高的表面電荷密度。優(yōu)選地，場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層的表面電荷密度與化學(xué)鈍化用鈍化子層的表面電荷密度相比至少高出約I個(gè)數(shù)量級(jí)。特別地，在所有情況下，化學(xué)鈍化用鈍化子層和/或場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層均由電介質(zhì)材料構(gòu)成。應(yīng)當(dāng)指出，在這種情況下，場(chǎng)效應(yīng)鈍化的作用不僅取決于場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層的表面電荷密度，還取決于電荷載流子濃度，因而取決于表面要被鈍化的半導(dǎo)體層的摻雜濃度和摻雜類(lèi)型。同樣，化學(xué)鈍化的作用也不僅取決于化學(xué)鈍化用鈍化子層的材料，在很大程度上還部分取決于要被鈍化的半導(dǎo)體表面的表面性質(zhì)，特別是取決于該半導(dǎo)體表面的缺陷密度。此外，化學(xué)鈍化的作用還可以取決于施加鈍化子層的方式。例如，可以例如通過(guò)濕化學(xué)方法或通過(guò)汽相沉積法來(lái)沉積化學(xué)鈍化用鈍化子層，或者可以熱生長(zhǎng)化學(xué)鈍化用鈍化子層。因此，在本情況下，使用兩種不同的鈍化作用來(lái)進(jìn)行表面鈍化，然而，這兩種不同的鈍化作用被劃分成不同的鈍化子層并因而相互間不關(guān)聯(lián)。除了更加有效的鈍化以外，至少由化學(xué)鈍化用鈍化子層和場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層構(gòu)成的鈍化層與僅包括一種鈍化的鈍化層相比具有穩(wěn)定性更高的優(yōu)勢(shì)。通常，在太陽(yáng)能電池的制造過(guò)程中，太陽(yáng)能電池在進(jìn)行了表面鈍化之后還要經(jīng)過(guò)一系列的其它工藝步驟。在這種情況下，表面鈍化的鈍化質(zhì)量可能受損。通過(guò)兩種鈍化子層的組合，可以減輕或完全防止鈍化質(zhì)量受損。例如，通過(guò)雙層鈍化，對(duì)于在絲網(wǎng)印刷方法情況下的例如燒制工藝，可以實(shí)現(xiàn)燒制穩(wěn)定性的提高。通過(guò)以下考慮產(chǎn)生了另一優(yōu)點(diǎn)一些化學(xué)鈍化用鈍化子層主要通過(guò)所謂的懸鍵的飽和來(lái)使半導(dǎo)體層表面鈍化。例如在硅上熱生長(zhǎng)SiO2層正是這種情況。對(duì)于SiO2層，特別地，已知需要附加工藝步驟來(lái)利用附加的氫在半導(dǎo)體和鈍化子層之間提供界面，從而獲得充分好的表面鈍化。因此一種典型的工藝步驟是例如所謂的氮?dú)浠旌蠚夥胀嘶鸹蛲嘶穑渲?，鋁與SiO2在高溫下反應(yīng)并且釋放氫。在這種情況下，可能由于例如氫的揮發(fā)性或者由于無(wú)法完全實(shí)現(xiàn)退火而出現(xiàn)問(wèn)題，例如利用絲網(wǎng)印刷膏進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的鍍金屬正是這種情況。對(duì)于這里所述的太陽(yáng)能電池，通過(guò)對(duì)比，不是僅僅改善了化學(xué)鈍化用鈍化子層的化學(xué)鈍化，而且還借助于附加場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層提高了鈍化質(zhì)量。此外，如果通過(guò)施加或沉積場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層對(duì)半導(dǎo)體層表面和鈍化層之間的界面實(shí)施附加的氫鈍化，這是有利的。這發(fā)生例如將SiNx層施加在化學(xué)鈍化的SiO2層上的情況下。在太陽(yáng)能電池的制造過(guò)程中，有利地，首先將化學(xué)鈍化用鈍化子層直接施加至半導(dǎo)體層表面，然后將場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層直接沉積至該化學(xué)鈍化用鈍化子層上?？蛇x地，反之也可以，或者可以在制造工藝的不同階段在寬的層中進(jìn)行生長(zhǎng)。此外，在制造鈍化層之后對(duì)鈍化層進(jìn)行熱處理(熱處理步驟)是有利的。根據(jù)一種有利的結(jié)構(gòu)，在半導(dǎo)體層表面上，將化學(xué)鈍化用鈍化子層配置在半導(dǎo)體層和場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層之間。換言之，在太陽(yáng)能電池的制造過(guò)程中，在施加了化學(xué)鈍化用鈍化子層之后施加場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層，其中，可以在這兩者之間實(shí)施其它的工藝步驟。對(duì)于這種情況，當(dāng)使用太陽(yáng)能電池時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層可以經(jīng)由化學(xué)鈍化用鈍化子層影響半導(dǎo)體層表面并排斥半導(dǎo)體層表面處的電荷載流 子進(jìn)入半導(dǎo)體內(nèi)。在制造方法的一種有利配置中，在施加場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層之前，將所施加的化學(xué)鈍化用鈍化子層用作擴(kuò)散工藝中的擴(kuò)散阻擋層、蝕刻工藝中的蝕刻阻擋層和/或紋理工藝中的紋理阻擋層。例如，如果該鈍化層是背面鈍化，則在施加背面介電層期間，化學(xué)鈍化用鈍化子層可以用作擴(kuò)散阻擋層。除這里所述的功能之外，化學(xué)鈍化用鈍化子層在適當(dāng)情況下可以在太陽(yáng)能電池制造工藝過(guò)程中完成更多的功能任務(wù)，從而例如節(jié)省成本并降低否則需要功能上專(zhuān)用的中間層或犧牲層的復(fù)雜性。對(duì)于上述借助兩個(gè)鈍化子層以分離的方式應(yīng)用場(chǎng)效應(yīng)鈍化和化學(xué)鈍化這兩種鈍化機(jī)制，由于化學(xué)鈍化用鈍化子層意味著促進(jìn)太陽(yáng)能電池制造工藝的上述附加功能的性質(zhì)，而場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層通過(guò)形成場(chǎng)效應(yīng)來(lái)提高表面鈍化，因此允許選擇更多的參數(shù)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，化學(xué)鈍化用鈍化子層直接鄰接場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層。因此，在這種情況下，在施加了化學(xué)鈍化用鈍化子層之后施加場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層，而無(wú)另外的中間層配置在二者之間。然而，應(yīng)該想到，在施加場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層之前，可以對(duì)太陽(yáng)能電池或者對(duì)化學(xué)鈍化用鈍化子層進(jìn)行例如清潔步驟的其它工藝步驟。在一個(gè)有利的改進(jìn)中，在化學(xué)鈍化用鈍化子層和場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層之間配置中間層。該中間層可以用于影響或者最優(yōu)化鈍化層的電性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和/或機(jī)械性質(zhì)或者兩個(gè)鈍化子層之間的銜接。例如，在由SiO2構(gòu)成的化學(xué)鈍化用鈍化子層和由Al2O3構(gòu)成的場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層之間，可以制造與上述這兩個(gè)子層相比不太昂貴的SiOx中間層，從而影響該鈍化層的反射性質(zhì)。附加地或可選地，還可以在場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層上設(shè)置另一層，其中，該另一層用于將鈍化層逐漸調(diào)整或修改為抗反射涂層的氮化硅層(抗反射層-ARC)。優(yōu)選地，以無(wú)針孔的方式形成這些鈍化子層中的至少一個(gè)子層。這在背面接觸的太陽(yáng)能電池的情況下對(duì)于多個(gè)鍍金屬面中的鍍金屬重疊特別有利，從而降低了短路的風(fēng)險(xiǎn)。盡管可能這些鈍化子層中僅一個(gè)鈍化子層無(wú)針孔就足夠了，但其有利應(yīng)用是化學(xué)鈍化用鈍化子層和場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層均無(wú)針孔。在一個(gè)有利的實(shí)施例中，通過(guò)原子層沉積(縮寫(xiě)為ALD)、優(yōu)選為熱ALD來(lái)形成場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層，通過(guò)物理汽相沉積(PVD)或化學(xué)汽相沉積(CVD)、在適當(dāng)情況下為等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)來(lái)形成場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層，或者通過(guò)溶膠凝膠法來(lái)形成場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層。特別地，通過(guò)ALD，可以利用氧化鋁形成特別均勻且完整的層。另外，可以非常精確地設(shè)置層厚度，在理想情況下將該層厚度精確地設(shè)置為一個(gè)原子層。然而，對(duì)于施加化學(xué)鈍化用鈍化子層和對(duì)于施加場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層，這兩者可以彼此獨(dú)立地使用例如化學(xué)沉積法或物理沉積法的其它的已知方法。然而，化學(xué)鈍化用鈍化子層的質(zhì)量不像場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層的質(zhì)量那樣重要，使得可以通過(guò)諸如CVD、濕化學(xué)氧化、PVD (例如，濺射或汽相沉積)等的不太昂貴的方法來(lái)制造化學(xué)鈍化用鈍化子層。在一個(gè)有利的實(shí)施例中，場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層的厚度在0. I IOnm的范圍內(nèi)，優(yōu)選為2 5nm。厚度為IOOnm以上的更厚的層也是可能的。厚度有時(shí)取決于沉積方法的成本，其中，例如，與在可能為等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(PECVD)的其它沉積方法的情況下相比，在ALD的情況下的成本高得多。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層的厚度約為10 15nm。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，使鈍化層作為反射層或抗反射層。盡管鈍化層在背對(duì)入射光的太陽(yáng)能電池背面上作為反射層、更具體是針對(duì)紅外光的反射層的附加功能是有利的，
但期望鈍化層在太陽(yáng)能電池正面上作為抗反射層。為了使鈍化層作為反射層或抗反射層，可以彼此獨(dú)立地選擇兩個(gè)鈍化子層的層厚度和/或光學(xué)性質(zhì)。有利地，場(chǎng)效應(yīng)鈍化材料或場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層大致由如下的材料構(gòu)成，其中，該材料的表面電荷密度至少為1012cm_2，優(yōu)選至少為5X1012cm_2，更優(yōu)選至少為1013cm_2。該表面電荷密度可以是正表面電荷密度或負(fù)表面電荷密度。在一個(gè)有利配置中，場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層大致由具有負(fù)表面電荷密度的材料構(gòu)成。適合制造化學(xué)鈍化用鈍化層的一系列材料主要具有低的正表面電荷密度。例如，當(dāng)將硅半導(dǎo)體用于非晶硅層(a-Si層)和SiO2層時(shí)，這同樣成立。因而，例如，熱生長(zhǎng)的SiO2層的表面電荷密度通常約為10nCm_2。該正表面電荷密度在p型摻雜半導(dǎo)體層的情況下可能產(chǎn)生不利影響。例如，SiO2層的鈍化質(zhì)量可能取決于光生成的過(guò)量電荷載流子的注入濃度，這反過(guò)來(lái)可能對(duì)太陽(yáng)能電池的效率產(chǎn)生不利的影響。通過(guò)附加的場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層具有負(fù)表面電荷密度，由于整個(gè)鈍化層的有效表面電荷密度定量改變了并且/或者甚至發(fā)生了極性反轉(zhuǎn)，因此配置于下方的鈍化子層的極低的正表面電荷密度的作用可能被減輕或者甚至發(fā)生反轉(zhuǎn)。更常見(jiàn)地，當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層的極大的表面電荷密度與化學(xué)鈍化用鈍化子層的可能存在的表面電荷密度具有不同的正負(fù)號(hào)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)這種效果。由于場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層的表面電荷密度的作用，根據(jù)用作基底的半導(dǎo)體層的極性和鈍化子層的表面電荷密度而產(chǎn)生另一顯著優(yōu)勢(shì)在施加至P型摻雜或P型的半導(dǎo)體層的化學(xué)鈍化層具有低的正表面電荷密度的情況下，可以根據(jù)半導(dǎo)體摻雜和表面電荷密度之間的比率來(lái)在半導(dǎo)體表面上形成反轉(zhuǎn)層。對(duì)于在n型摻雜或n型的半導(dǎo)體層上配置有具有負(fù)表面電荷密度的化學(xué)鈍化層的情況，存在對(duì)應(yīng)的情形。對(duì)于經(jīng)由點(diǎn)式接觸件連接的太陽(yáng)能電池，在這些接觸件之間形成反轉(zhuǎn)通道，其中，上述反轉(zhuǎn)通道表示電荷載流子的已知源，因而效率損失。如這里所述，可以通過(guò)將場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層施加至化學(xué)鈍化層來(lái)避免該問(wèn)題。為此，例如當(dāng)使用P型半導(dǎo)體層時(shí)，可以使用例如Al2O3層的具有高的負(fù)表面電荷密度的場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選配置，場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層包括氧化鋁、氟化鋁、氮化硅、氮氧化鋁和/或由氧化鋁、氮氧化鋁(AlxOyNz)及一個(gè)或多個(gè)其它元素構(gòu)成的某個(gè)其它化合物。氧化鋁(AlOx或Al2O3)和氟化鋁(AlF3)是形成具有負(fù)表面電荷密度的場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層的材料，而由氮化硅構(gòu)成的鈍化子層具有正表面電荷密度。其它元素可以包括例如金屬(更具體是稀土金屬)或碳。優(yōu)選地，化學(xué)鈍化用鈍化子層包括非晶半導(dǎo)體材料或半導(dǎo)體氧化物。例如，化學(xué)鈍化用鈍化子層可以是適合進(jìn)行硅半導(dǎo)體層的化學(xué)鈍化的由非晶硅構(gòu)成的層或SiO2層?？梢酝ㄟ^(guò)沉積法或者通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體層表面進(jìn)行氧化來(lái)在該半導(dǎo)體層上產(chǎn)生半導(dǎo)體氧化物。有利地，化學(xué)鈍化用鈍化子層由硅與氧、氮和/或碳的化合物構(gòu)成。特別地，氮氧化硅(SiOxNy)或氮氧化硅碳化物(SiOxNyCz)適合作為化學(xué)鈍化用鈍化子層的材料。通過(guò)適當(dāng)選擇鈍化子層的材料，可以生成在太陽(yáng)能電池制造過(guò)程執(zhí)行例如用作蝕刻阻擋層、紋理阻擋層和/或擴(kuò)散阻擋層的功能任務(wù)的鈍化層?？蛇x地或附加地，在工藝流程中，也可以由化學(xué)鈍化用鈍化子層單獨(dú)執(zhí)行這種功能。在一個(gè)有利的改進(jìn)中，鈍化層基本上在整個(gè)半導(dǎo)體表面上延伸。然而,在這種情況下，可以在鈍化層中形成太陽(yáng)能電池互連用的穿孔或通路。此外，由于技術(shù)的必要性，可以使太陽(yáng)能電池的邊緣區(qū)域暴露。有利地，在兩個(gè)面上利用鈍化層提供鈍化。在太陽(yáng)能電池正面的鈍化層和在太陽(yáng)能電池背面的鈍化層可以具有相同的特征和性質(zhì)?？蛇x地，這些鈍化層還可以以不同方式配置以適合于各自的需求。特別地，當(dāng)形成具有附加光學(xué)性質(zhì)的鈍化層時(shí)，將正面的鈍化層制成針對(duì)相關(guān)光譜的抗反射層和/或?qū)⒈趁娴拟g化層制成針對(duì)相關(guān)光譜的反射層，這是有利的。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，鈍化層整體在半導(dǎo)體層表面處的界面電荷密度至多為1013cm_2，至多為IO12CnT2或者至多為10nCm_2。特別地，對(duì)于n型半導(dǎo)體層和p型半導(dǎo)體層這兩者的鈍化，已證實(shí)約為5X IO11CnT2的界面電荷密度是有利的。因此，應(yīng)當(dāng)指出，場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層的高表面電荷密度未必直接反映到鈍化層的表面電荷密度值中。由于場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層與化學(xué)鈍化用鈍化子層的組合，因此可以獲得整體具有相對(duì)低的表面電荷密度并且鈍化質(zhì)量非常高的鈍化層。這種鈍化層既適合n型半導(dǎo)體層也適合p型半導(dǎo)體層，而無(wú)需形成反轉(zhuǎn)通道。可以容許的整體鈍化層的最大界面電荷密度的公差可能取決于半導(dǎo)體層表面附近的半導(dǎo)體層的材料以及摻雜。以上所指定的優(yōu)選最大值涉及具有摻雜的Si表面區(qū)域(表面濃度約為IXlO19 6X IO2tlCnT2)的半導(dǎo)體層。根據(jù)一個(gè)有利的實(shí)施例，化學(xué)鈍化用鈍化子層的層厚度至少為lnm、5nm、10nm、50nm或lOOnm。化學(xué)鈍化用鈍化子層越厚，場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層距離半導(dǎo)體層表面越遠(yuǎn)，使得界面電荷密度變得越低。至少在濕化學(xué)沉積化學(xué)鈍化用鈍化子層的情況下，約為I 5nm的層厚度也可以是有利的。在這些有利的實(shí)施例中，將化學(xué)鈍化用鈍化子層和/或場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層作為低溫層進(jìn)行施加。特別地，在低于400°C的溫度下施加這兩個(gè)層。


以下將參考附圖基于典型實(shí)施例來(lái)解釋本發(fā)明，其中圖Ia Ie示出根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的制造方法的不同階段中太陽(yáng)能電池的示意截面圖。圖2示出利用圖Ia Ie所示的方法制造的太陽(yáng)能電池的示意截面圖。
具體實(shí)施例方式以下參考圖Ia Ie說(shuō)明根據(jù)一個(gè)可能實(shí)施例制造兩個(gè)面都進(jìn)行表面鈍化的太陽(yáng)能電池I。如本說(shuō)明書(shū)的背景技術(shù)部分所述，這些考慮因素同樣適用于除太陽(yáng)能電池以外的其它半導(dǎo)體設(shè)備。圖Ia示出半導(dǎo)體層2的截面，其中，半導(dǎo)體層2包括半導(dǎo)體層表面20，其形成背光的太陽(yáng)能電池背面20 ;以及另一半導(dǎo)體層表面22，其形成對(duì)光的太陽(yáng)能電池正面22。半導(dǎo)體層表面20優(yōu)選具有紋理(在附圖中示出為鋸齒形圖案)，從而提高效率。根據(jù)圖lb，將化學(xué)鈍化用鈍化子層31施加在半導(dǎo)體層表面20上，其中，該子層還可以在對(duì)另一半導(dǎo)體層表面22進(jìn)行摻雜的后續(xù)摻雜步驟中用作擴(kuò)散阻擋層。在該摻雜步驟之后，獲得圖Ic的配置，其中，另一半導(dǎo)體層表面22配置有用于與半導(dǎo)體層2的其余部分形成pn結(jié)的摻雜層4。隨后，根據(jù)圖ld，利用施加至摻雜層4的另一鈍化層5使另一半導(dǎo)體層表面22鈍化。隨后，在化學(xué)鈍化用鈍化子層31上施加場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層33。這樣產(chǎn)生了圖Ie所示的、配置在半導(dǎo)體層表面20上的鈍化層3，從而形成太陽(yáng)能電池的背面。由于該原因，通過(guò)適當(dāng)選擇鈍化子層31、33的物理性質(zhì)和沉積參數(shù)來(lái)產(chǎn)生鈍化層3是有利的，其中，該鈍化層同時(shí)用作針對(duì)太陽(yáng)能電池各自的相關(guān)光譜的背面反射層。為此，與圖Ie所示的說(shuō)明圖相對(duì)比，可以在鈍化子層31、33之間配置附加中間層。另一鈍化層5可以是由單獨(dú)的化學(xué)鈍化層或場(chǎng)效應(yīng)鈍化層構(gòu)成的傳統(tǒng)鈍化層?？蛇x地，另一鈍化層5還可以與鈍化層3相對(duì)應(yīng)地由兩個(gè)鈍化子層的組合構(gòu)成。最后，為了使得太陽(yáng)能電池I能夠互連，需要例如通過(guò)具有后續(xù)的燒制工藝的絲網(wǎng)印刷法來(lái)制造分別通向半導(dǎo)體層2和摻雜層4的通路并在太陽(yáng)能電池I的背面和正面上鍍金屬。為此，在鈍化層3和另一鈍化層5中制造穿孔。結(jié)果，在鍍金屬步驟之后獲得與圖2相對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)能電池I。在太陽(yáng)能電池背面20上，可以使整個(gè)區(qū)域鍍上金屬，從而產(chǎn)生背面接觸件7，而在太陽(yáng)能電池正面22上，形成優(yōu)選為手指狀的正面接觸件6。半導(dǎo)體層2例如可以是硅晶片形式的由晶體硅構(gòu)成的層，其中，在這種情況下，化學(xué)鈍化用鈍化子層31可以由熱生長(zhǎng)或通過(guò)PECVD產(chǎn)生的SiO2構(gòu)成，或者可以由非晶硅(a-Si)構(gòu)成。場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層33由例如Al2O3構(gòu)成。這兩個(gè)鈍化子層31、33的沉積或生長(zhǎng)可以在制造工藝的不同階段發(fā)生。由此，在制造工藝中可以利用化學(xué)鈍化用鈍化子層31的功能性。在這種情況下極其重要但并不明顯的一點(diǎn)是，在沉積場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層33的過(guò)程中，場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層33的表面電荷也形成在作為電介質(zhì)體的化學(xué)鈍化用鈍化子層31上。特別地，Al2O3層形成在SiO2層上正是這種情況。由于當(dāng)前Al2O3鈍化層的最佳結(jié)果是通過(guò)ALD獲得的，因此ALD是優(yōu)選的沉積方法。然而,完全可以使用例如PECVD的其它沉積法,特別是對(duì)于利用兩個(gè)鈍化子層的本制造方法來(lái)說(shuō)，其它沉積法產(chǎn)生了與ALD同樣好的結(jié)果。由于成本原因，甚至優(yōu)選通過(guò)PECVD來(lái)進(jìn)行沉積。另外，這種由兩個(gè)鈍化子層31、33構(gòu)成的層組合對(duì)工業(yè)應(yīng)用提供了顯著優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前高效率太陽(yáng)能電池的實(shí)驗(yàn)室研發(fā)中的大多數(shù)制造方法使用熱產(chǎn)生的SiO2層，但已證實(shí)難以將這種制造方法轉(zhuǎn)移至工業(yè)上，通過(guò)絲網(wǎng)印刷制造太陽(yáng)能電池。這首先是由于SiO2層對(duì)于絲網(wǎng)印刷過(guò)程所需的燒制工藝的穩(wěn)定性低，其次是由于在SiO2層中實(shí)現(xiàn)非常好的鈍化需要?dú)溥@一事實(shí)。對(duì)于在實(shí)驗(yàn)室中制造太陽(yáng)能電池，通過(guò)物理汽相沉積(PVD)所施加的鋁層用作氫供體。然而，在工業(yè)制造時(shí)，絲網(wǎng)印刷相比PVD法在復(fù)雜性和成本方面具有優(yōu)勢(shì)。由于兩種鈍化作用的組合，表面態(tài)的密度對(duì)于鈍化質(zhì)量而言不再是唯一至關(guān)重要的。因此，盡管在數(shù)量上增加了表面態(tài)，這種鈍化層在燒制工藝之后仍為充分鈍化，。此外，由于利用所施加的Al2O3層來(lái)進(jìn)一步提增加在任何情況下均有非常好的鈍化質(zhì)量的熱生長(zhǎng)SiO2層，因此，對(duì)于在制造過(guò)程中不實(shí)施燒制工藝的那些高效率太陽(yáng)能電池而言，這種配置也會(huì)受到關(guān)注。
用以形成鈍化層3的化學(xué)鈍化用鈍化子層31和場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層33的任一種組合的另一重要優(yōu)勢(shì)在于，對(duì)化學(xué)鈍化的質(zhì)量要求不太嚴(yán)格，特別是在熱生長(zhǎng)半導(dǎo)體氧化物的情況下。這是由表面態(tài)的數(shù)量對(duì)于鈍化質(zhì)量而言不再是唯一至關(guān)重要這一事實(shí)造成的。因此，對(duì)于非常好的鈍化，不再要求干法生長(zhǎng)的氧化物，并且甚至通過(guò)PECVD產(chǎn)生氧化層的重要性也升高。這樣的優(yōu)勢(shì)在于利用PECVD沉積的低溫步驟來(lái)替換熱氧化的高溫步驟，尤其是使得對(duì)太陽(yáng)能電池I的材料的要求不太嚴(yán)格。最后，利用具有不同作用的鈍化子層31、33可以達(dá)成制造工藝中的靈活性。例如，可以在制造工藝的不同階段形成鈍化子層31、33，并且鈍化子層31、33在適當(dāng)情況下執(zhí)行附加功能；例如，SiO2層可以用作例如磷擴(kuò)散的擴(kuò)散阻擋層。這里所示的實(shí)施例中的太陽(yáng)能電池I均僅在一面上具有雙層的鈍化層3?？蛇x地，可以將包括例如由濕化學(xué)或熱生長(zhǎng)的氧化硅構(gòu)成的化學(xué)鈍化用鈍化子層31和例如由氧化鋁構(gòu)成的場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層33的鈍化層3施加在半導(dǎo)體層表面20、22這兩者上。換言之，另一鈍化層5同樣可以是雙層的鈍化層3。同樣，太陽(yáng)能電池的兩個(gè)面上可以承載有可能施加在鈍化層3上的例如由氮化硅(SiNx)構(gòu)成的覆蓋層。附圖標(biāo)記說(shuō)明I半導(dǎo)體設(shè)備(太陽(yáng)能電池)2半導(dǎo)體層20半導(dǎo)體層表面、太陽(yáng)能電池背面22另一半導(dǎo)體層表面、太陽(yáng)能電池正面3鈍化層31化學(xué)鈍化用鈍化子層33場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層4摻雜層5另一鈍化層6正面接觸件7背面接觸件
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體設(shè)備(1)，包括 半導(dǎo)體層⑵；以及 鈍化層(3)，其配置在所述半導(dǎo)體層(2)的表面上，并用于鈍化半導(dǎo)體層表面(20)， 其特征在于，所述鈍化層(3)包括化學(xué)鈍化用鈍化子層(31)和場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層(33)，其中所述化學(xué)鈍化用鈍化子層(31)和所述場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層(33)以一個(gè)位于另一個(gè)之上的方式配置在所述半導(dǎo)體層表面(20)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體設(shè)備(I)，其特征在于，所述化學(xué)鈍化用鈍化子層(31)直接鄰接所述場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層(33)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體設(shè)備(I)，其特征在于，在所述化學(xué)鈍化用鈍化子層(31)和所述場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層(33)之間配置有中間層。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體設(shè)備(I)，其特征在于，在所述半導(dǎo)體層表面(20)上，所述化學(xué)鈍化用鈍化子層(31)配置在所述半導(dǎo)體層(2)和所述場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層(33)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體設(shè)備，其特征在于，所述鈍化子層(31，33)之一是以無(wú)針孔的方式形成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體設(shè)備，其特征在于，所述場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層(33)是通過(guò)原子層沉積、化學(xué)汽相沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積或物理汽相沉積所沉積的層，或者所述場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層(33)是溶膠-凝膠層。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體設(shè)備(I)，其特征在于，所述場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層(33)的厚度在0. Inm和IOnm之間、2nm和5nm之間或IOnm和15nm之間的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體設(shè)備(I)，其特征在于，所述鈍化層(3)被用作反射層或抗反射層。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體設(shè)備(I)，其特征在于，場(chǎng)效應(yīng)鈍化材料或所述場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層(33)基本上由表面電荷密度至少為1012cm_2、優(yōu)選至少為5X 1012cnT2、優(yōu)選至少為IO13CnT2的材料構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體設(shè)備(I)，其特征在于，所述場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層(33)基本上由具有負(fù)表面電荷密度的材料構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至10中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體設(shè)備(I)，其特征在于，所述場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層(33)包含氧化鋁、氟化鋁、氮化硅、氮氧化鋁和/或某種其它化合物，其中，所述某種其它化合物由氧化鋁和一種或多種其它元素構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求I至11中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體設(shè)備(I)，其特征在于，所述化學(xué)鈍化用鈍化子層(31)包含非晶半導(dǎo)體材料或半導(dǎo)體氧化物。
13.根據(jù)權(quán)利要求I至12中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體設(shè)備(I)，其特征在于，所述化學(xué)鈍化用鈍化子層(31)由硅與氧的化合物、硅與氮的化合物和/或硅與碳的化合物構(gòu)成。
14.根據(jù)權(quán)利要求I至13中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體設(shè)備(I)，其特征在于，所述鈍化層(3)幾乎延伸在整個(gè)所述半導(dǎo)體層表面(20)上方。
15.根據(jù)權(quán)利要求I至14中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體設(shè)備(I)，其特征在于，通過(guò)所述鈍化層(3)將兩個(gè)面鈍化。
16.根據(jù)權(quán)利要求I至15中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體設(shè)備(I)，其特征在于，所述鈍化層(3)在所述半導(dǎo)體層表面(20)處的界面電荷密度至多為1013cm_2、至多為IO12CnT2或者至多為 IO11Cm 2O
17.根據(jù)權(quán)利要求I至16中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體設(shè)備(I)，其特征在于，所述化學(xué)鈍化用鈍化子層(31)的層厚度至少為lnm、5nm、10nm、50nm或lOOnm。
18.根據(jù)權(quán)利要求I至17中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體設(shè)備(I)，其特征在于，所述化學(xué)鈍化用鈍化子層(31)和/或所述場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層(33)用作低溫層。
19.一種半導(dǎo)體設(shè)備(I)的制造方法，其特征在于，將化學(xué)鈍化用鈍化子層(31)和場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層(33)依次施加在所述半導(dǎo)體設(shè)備(I)的半導(dǎo)體層表面上，以共同形成鈍化層⑶。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的制造方法，其特征在于，在施加了所述化學(xué)鈍化用鈍化子層(31)之后施加所述場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層(33)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的制造方法，其特征在于，在施加所述場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層(33)之前，使用已施加的所述化學(xué)鈍化用鈍化子層(31)作為擴(kuò)散工藝中的擴(kuò)散阻擋層、蝕刻工藝中的蝕刻阻擋層和/或紋理工藝中的紋理阻擋層。
22.根據(jù)權(quán)利要求19至21中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征在于，通過(guò)將所產(chǎn)生的所述鈍化層(3)用作反射層或抗反射層的方式來(lái)施加所述化學(xué)鈍化用鈍化子層(31)和所述場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層(33)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體設(shè)備(1)以及半導(dǎo)體設(shè)備(1)的制造方法，其中，所述半導(dǎo)體設(shè)備(1)包括半導(dǎo)體層(2)；和鈍化層(3)，其配置在所述半導(dǎo)體層(2)的表面上，用于使半導(dǎo)體層表面(20)鈍化，其中，所述鈍化層(3)包括化學(xué)鈍化用鈍化子層(31)和場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層(33)，其中所述化學(xué)鈍化用鈍化子層(31)和所述場(chǎng)效應(yīng)鈍化用鈍化子層(33)以一個(gè)位于另一個(gè)之上的方式配置在所述半導(dǎo)體層表面(20)上。所述半導(dǎo)體設(shè)備優(yōu)選是太陽(yáng)能電池。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102804407SQ201080026335
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2010年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月16日
發(fā)明者皮特·恩格哈, 羅伯特·塞甘, 威廉頌·馬蒂杰斯·馬林·凱塞爾斯, 基杰斯·丁厄曼斯 申請(qǐng)人:Q-電池公司