專利名稱：尤其指太陽能電池的半導體裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體裝置，尤其是一種太陽能電池。
背景技術：
表面狀態會促進復合活性的半導體表面的載流子復合是限制半導體器件和半導體裝置效率的一個因素。這個問題對于太陽能電池來說特別重要。因為復合后的載流子無法再用來發電。為了防止發生復合現象，必須借助于相應的表面狀態降低載流子復合活性， 以便將半導體表面鈍化。目前主要利用各種氧化鋁(Al2O3或AlOx，后者統一指鋁和氧的任何一種合適的化學計量組成)來鈍化半導體表面。氧化鋁具有較高的表面負電荷密度，如果直接將氧化鋁涂覆在半導體表面或者在半導體表面涂覆中間層后再在該中間層上涂覆氧化鋁，就可將半導體表面的載流子轉移到半導體內腔。這種場效應鈍化作用可有效鈍化半導體表面但是，這種氧化鋁鈍化層的缺點是無法耐受某些制造過程，特別是無法耐受制造太陽能電池時所實施的處理過程，例如濕式化學法中的凈化過程或蝕刻過程。因此必須增設覆蓋層來為其提供保護。這會增加生產成本，延長生產時間。另外，尤其是在制造太陽能電池的過程中，不僅要注意各層的電特性，還要確保各層的光學特性間的相互匹配。但是，如果鈍化層的材料僅采用了氧化鋁，那么太陽能電池的設計就會被局限于一定的折射率，這個折射率大約為1. 6。

發明內容
因此，本發明的目的是提供一種半導體裝置，特別是太陽能電池，其不僅制造成本相對較低，制造時間相對較短，而且還具有有效且能耐受制造時的各種處理步驟的鈍化結構。本發明用以達成上述目的的解決方案是一種具有權利要求1所述特征的半導體裝置。本發明的有利改進方案由從屬權利要求給出。所述半導體裝置優選為一種太陽能電池，其半導體襯底表面的表面鈍化經過改良，因而能將入射光更有效地轉化成電流。而且，在半導體技術的其他領域，良好的表面鈍化同樣具有重要意義。本文所述的表面鈍化適用于太陽能電池的正面(即太陽能電池的迎光面)、背面(即太陽能電池的背光面)或上述兩面。半導體襯底優選由硅構成。該半導體襯底可包括半導體晶片。本發明基于這樣一種認識通過在鈍化層的氧化鋁化合物中進一步添加其他元素，可以優化該鈍化層的化學特性、電特性和/或光學特性。無論從表面鈍化還是從所述半導體裝置上的鈍化層在該半導體裝置制造期間和/或制成之后所承擔的功能性任務看，都是如此。為此，所述鈍化層采用一種化合物作為其材料，該化合物含有氧化鋁、氮化鋁或氮氧化鋁以及至少一種除鋁以外的其他元素。這種材料的化學式可統一表達成AlxMy0z、AlxMyNz或AlxMmOyNz，其中，通過適當選擇x、y、z和m可以達到想要的化學計量比。其中的M 代表上述其他元素。就最后一種情況而言，如果AlxMmOyNz中的M代表其他金屬元素，就可通過適當選擇化學計量比來調節該材料的折射率，也即，從ζ = 0時的1.6左右調節至y = 0 時的2.0左右。也就是說，通過添加所述其他元素可以改變所述鈍化層的折射率，特別是通過選擇性地影響所述半導體裝置上的鈍化層的反射性能和/或吸收性能，使其進一步具有光學功能。上述折射率值是在可見光譜中的測量結果。需要指出的是，只有當從化學計量角度而言，所述其他元素在所述鈍化層中達到較大含量時，所述其他元素才能與氧化鋁、氮化鋁或氮氧化鋁形成化合物。也即，所述其他元素不是制造過程中必然會出現的天然雜質。所述其他元素在所述鈍化層的材料中的密度至少為ι個原子百分比(at% )。所述其他元素在所述鈍化層的材料中的密度優選至少約為 2&{%、53{%、8&{%、1(^{%、153{%或 20at%。根據一種優選實施方式，所述鈍化層的化合物中包含有氮、碳、磷、硼和/或氟作為所述其他元素。制造所述鈍化層時添加氮或者用氮氧化鋁(AlxOyNz)來制造所述鈍化層， 可以獲得相對較高的穩定性，尤其是化學穩定性。現有技術中，在氧化硅層中添加氮時已經取得了這種效果。添加氮可以提高鈍化層的折射率，添加氟則可以減小該折射率。氟化鋁的折射率例如約為1. 4。通過摻雜硼或磷還可提高鈍化層的耐化學性。此外，經過這種摻雜處理的鈍化層還可被用作位于其下方的半導體層的選擇性摻雜源，例如借助激光摻雜。通過在氧化鋁中添加碳可以影響所述鈍化層的其他特性。可以在沉積所述鈍化層的過程中通過調節半導體襯底的溫度來選擇性地控制碳濃度。降低溫度可以提高鈍化層中的碳濃度。作為替代或補充方案，可以利用二氧化碳等離子體來影響鈍化層中的碳濃度。根據一種有利的改進方案，所述鈍化層的化合物中包含金屬作為所述其他元素。 根據一種特別合理的方案，所述鈍化層的化合物中包含稀土金屬作為所述其他元素。舉例而言，可以通過添加適量的光學活性元素如鉺離子(Er 3+)來對上轉換 (Up-Conversion)效應加以利用。在此過程中，兩個不會被太陽能電池吸收的長波光子生成一個短波光子，半導體將該短波光子吸收后可將其用于發電。一般而言，可以通過添加原子或離子形式的鉺、鐿或鋱來改善頻譜轉換(上轉換、下轉換或頻移)，同時使半導體襯底表面實現高度的表面鈍化。需要指出的是，在氧化鋁中添加少量鉺會提高結晶溫度。其他元素也會產生這種效果。一般而言，由此可以推導出結晶可以提高熱穩定性這一結論。這一點對于太陽能電池的電鍍而言特別重要，因為電鍍過程需要對太陽能電池進行熱處理，又稱加熱步驟。所述鈍化層優選直接布置在半導體襯底表面。換言之，在該實施方式中，鈍化層和半導體襯底表面之間不存在任何的其他層。在本文所述的所有實施方式中，半導體襯底表面都可具有經過不同摻雜處理的區域，以便在半導體襯底中形成基極區和發射極區。根據一種合理的實施方案，所述鈍化結構包括一或多個布置在所述鈍化層和所述半導體 襯底表面之間的其他鈍化層。例如，可以直接在半導體襯底表面設置具有化學鈍化作用的其他鈍化層。該其他鈍化層可以通過氧化半導體襯底表面或者通過沉積過程而有效產生。
根據一種有利的實施方案，所述鈍化結構包括至少一個其他鈍化層，所述其他鈍化層布置在所述鈍化層遠離所述半導體襯底表面的一側。根據一種優選改進方案，所述鈍化結構包括由交替布置的所述鈍化層和其他鈍化層所構成的層序列。該層序列優選包括2到1000個鈍化層，更優選包括至少10個或至少 100個鈍化層。例如由氧化鈦和氧化鋁構成的層序列(Ti02/A10x/Ti02/A10x/Ti02/A10x···)或者由氧化硅和氧化鋁構成的層序列(Si02/A10x/Si02/A10x/Si02/Al(V··)。構成所述鈍化結構的每個鈍化層優選都是由相應材料構成的單層，也可以為每個鈍化層設置更多的單層， 例如5個、10個或10個以上的單層。 由于各分層/單層可能具有不同于基體材料(bulk material)的物理特性、光學特性和/或電特性，因此這種疊層的性能不同于由兩種基體材料構成的疊層。此外，由極薄的單層構成的多層系統的光學特性會發生變化。舉例而言，現有技術可以用交替布置的氧化鋁層和氧化鈦層制造出所謂的納米板，通過兩分層之間的層厚比例可以在1.6(氧化鋁的折射率)和2. 4( 二氧化鈦的折射率)之間連續調節該納米板的整體或全局折射率。借助沉積過程制造上述鈍化層時，可在沉積過程中將不同的元素添加到起始材料中。既可采用化學氣相沉積法，也可采用物理氣相沉積法，優選采用等離子體輔助的化學或物理氣相沉積法。也可采用濕式化學沉積法。所述鈍化層優選是原子層沉積層。換言之，所述鈍化層是在用等離子體輔助的原子層沉積(atomic layer deposition-ALD)技術進行制造時形成的。在此過程中可以選擇性地添加其他元素，具體方法是將這些元素周期性地送入沉積反應器內的起始材料或等離子氣中。這種循環沉積還可以逐步改變層的特性，例如垂直于層表面的折射率。舉例而言， 這對太陽能電池迎光面上的光學調整是有利的。此外，通過逐步改變處理參數還可以優化處理速度，因為所述鈍化層的密度會在此過程中發生變化，從而對沉積速率產生影響。根據一種優選實施方案，所述鈍化層設計為抗反射層、反射層或者抗反射層或反射層的一部分。所述鈍化層也可具有其他功能，特別是具有制造所述半導體裝置過程中的功能。所述鈍化層可以起到例如蝕刻阻擋層、組織化阻擋層和/或擴散阻擋層的作用。
具體實施例方式下面以實施例形式對一個由氮氧化鋁(AlxOyNz)構成的鈍化層的沉積處理結果進行說明。采用等離子體輔助原子層沉積法，等離子體功率約為150W，反應室壓力約為170毫托，將襯底溫度保持在200°C。鋁前體采用的是劑量時間為20ms的三甲基鋁(TMA)。將氣體流量為20標準狀態毫升/分(sccm)的氬氣送入反應室。沉積時間為3. 5秒。用上述參數實施三個氮氣(N2)和氧氣(O2)的氣體濃度各不相同的沉積過程，由此形成的層具有各不相同的折射率和生長率。當N2的氣體流量為lOsccm，O2的氣體流量為40sCCm時，所產生的氮氧化鋁層的生長率約為GPC = 0. 36nm(GPC growth per cycle，每周期的生長)，折射率約為η = 1. 57。當N2的氣體流量為25sCCm，O2的氣體流量為25sCCm時，所產生的氮氧化鋁層的生長率約為GPC = 0. 33nm，折射率約為η = 1. 59。當N2的氣體流量為40sCCm，O2的氣體流量為IOsccm時，所產生的氮氧化鋁層的生長率約為GPC = 0. 29nm，折射率約為η = 1. 63。
在不添加氧氣的情況下所形成的層的生長率只有GPC = 0. 06nm左右。
權利要求
1.一種半導體裝置，特別是太陽能電池，包括半導體襯底和鈍化結構，所述半導體襯底具有半導體襯底表面，所述鈍化結構由至少一個鈍化層構成，所述鈍化結構將所述半導體襯底表面鈍化，其中，所述鈍化層包含化合物，所述化合物由氧化鋁、氮化鋁或氮氧化鋁以及至少一種其他元素構成。
2.如權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于，所述鈍化層的化合物中包含有氮、 碳、磷、硼和/或氟作為所述其他元素。
3.如權利要求1或2所述的半導體裝置，其特征在于，所述鈍化層的化合物中包含金屬作為所述其他元素。
4.如權利要求3所述的半導體裝置，其特征在于，所述鈍化層的化合物中包含稀土金屬作為所述其他元素。
5.如上述權利要求中任一項所述的半導體裝置，其特征在于，所述鈍化層直接布置在所述半導體襯底表面。
6.如權利要求1至4中任一項所述的半導體裝置，其特征在于，所述鈍化結構包括一或多個布置在所述鈍化層和所述半導體襯底表面之間的其他鈍化層。
7.如上述權利要求中任一項所述的半導體裝置，其特征在于，所述鈍化結構包括至少一個其他鈍化層，所述其他鈍化層布置在所述鈍化層遠離所述半導體襯底表面的一側。
8.如權利要求7所述的半導體裝置，其特征在于，所述鈍化結構包括由交替布置的所述鈍化層和其他鈍化層所構成的層序列。
9.如上述權利要求中任一項所述的半導體裝置，其特征在于，所述鈍化層為原子層沉積層。
10.如上述權利要求中任一項所述的半導體裝置，其特征在于，所述鈍化層設計為抗反射層、反射層或者抗反射層或反射層的一部分。
全文摘要
本發明涉及一種半導體裝置，特別是太陽能電池，包括半導體襯底和鈍化結構，所述半導體襯底具有半導體襯底表面，所述鈍化結構由至少一個鈍化層構成，所述鈍化結構將所述半導體襯底表面鈍化，其中，所述鈍化層包含化合物，所述化合物由氧化鋁、氮化鋁或氮氧化鋁以及至少一種其他元素構成。
文檔編號H01L31/0216GK102263142SQ20111013936
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月27日 優先權日2010年5月31日
發明者吉耶斯·丁格門斯, 威海姆斯·馬提伊斯·瑪麗·克搜斯, 彼得·恩茍哈特, 羅伯特·色金 申請人:Q-電池歐洲公司