专利名称：选择性发射极电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及制作太阳能电池的相关技术，特别是涉及一种选择性发射极电池的制
作方法。
背景技术：
目前，发展高效电池技术是提高太阳能电池效率的关键。比较成熟的高效电池技术以选择性发射极(selective emitter, SE)电池为主。SE电池的结构有两个特征1)在栅线接触区域(栅线下及其附近，后续形成发射区)形成高掺杂深扩散区；幻在其他区域形成低掺杂浅扩散区。通过对发射区选择性掺杂， 在栅线接触区域和其他区域实现不同扩散方阻的效果，降低了串联电阻，提高了填充因子。SE电池的制造方法有许多种，其中成本较低、商业化程度较高的是丝网印刷型SE 电池，可以采用单晶也可以采用多晶。以单晶SE电池为例说明其主要工艺流程。首先使用碱液对单晶硅片的正反两面制绒；将带有绒面的硅片送入氧化炉中生长一层氧化层；对带有氧化层的硅片进行轻扩(即将所述硅片置于P0C13、O2和N2的混合气体中，在700 800°C的温度条件下扩散40 60min)；在氧化层上印刷腐蚀剂，有选择的腐蚀掉部分氧化层，形成重扩的掩膜层；接着将带有掩膜层的硅片送入扩散炉中进行重扩(即将所述硅片置于POCl3W2和N2的混合气体中，在800 900°C的温度条件下扩散1小时以上)；重扩工艺完成后从扩散炉中取出硅片对其进行清洗、腐蚀去掉所述掩膜层和整个硅片表面的杂质 (例如采用湿法刻蚀，刻蚀液为HF和HNO3的混合溶液)；镀减反膜；丝印(与重扩区对准) 金属线、烧结，完成SE电池的制造。通常，SE的制造是采用P型硅片进行的，目前的工艺流程中存在的一个最大的问题就是整个SE电池的制作过程中要经历两次较长时间的高温工艺一次是在氧化层形成时，将硅片放在800 900°C的氧化炉中进行一个小时以上的氧化处理；另一次是在重P扩散时，为了降低掺杂区的方块电阻，往往采用提高扩散温度并延长扩散时间的方式。这种高温热负荷，尤其是氧化层形成时的热负荷，会造成硅片中金属杂质的再分布，以及晶格缺陷和损伤，增加了少子复合，并影响了 SE电池的电特性和输出稳定性。对于N型硅片，也存在由高温热负荷造成晶格缺陷和损伤的问题。针对上述问题，现有技术中存在一种SE电池的制造方法，其修改了氧化层的形成方法，由原有的干法氧化改善为湿法氧化。具体过程是将硅片浸入hno3+H》2的强氧化溶液中，硅片表面发生强烈的化学反应生成SiO2，虽然反应是放热反应，但温度远远低于干法氧化所需要的温度。然而，这种方法的成膜的致密性不高，当氧化层作为掩膜层在重扩时，阻挡P型杂质源的能力有限。另外，在清洗去氧化层时，硅片表面原有的金字塔或者凹槽形状被破坏， 不利于光线的透射
发明内容
本发明的目的是提供一种选择性发射极电池的制作方法，既能够保证氧化层的成膜致密性，又能够避免硅片中晶格缺陷和损伤。本发明提供了一种选择性发射极电池的制作方法，包括提供一半导体基底； 在所述半导体基底上制绒；采用等离子体增强化学气相沉积工艺对所述半导体基底进行氧化，在所述半导体基底的表面形成氧化层；对所述半导体基底进行轻扩；在半导体基底正面的氧化层上印刷腐蚀剂，形成与栅线图案相对应的沟槽；对所述半导体基底进行重扩；去除残留的氧化层以及半导体基底底面和侧面的杂边；在半导体基底正面镀减反膜；在半导体基底正面和底面分别丝印栅线图案和背电极图案，烧结完成选择性发射极电池的制作。进行所述等离子体增强化学气相沉积工艺的腔室气压可以为60 801^。所述等离子体增强化学气相沉积的起辉功率可以为1000 1500w。所述等离子体增强化学气相沉积的工艺气体可以为SiH4和队0的混合气体，所述 SiH4的流量为400 450sccm，N2O的流量可以为4500 6000sccm。所述等离子体增强化学气相沉积的反应时间可以为180 200s。所述等离子体增强化学气相沉积的工艺腔室的工艺温度可以为350 400°C。本发明还提供了一种选择性发射极电池的制作方法，包括提供一半导体基底；在所述半导体基底上制绒，得到带有绒面的半导体基底；采用等离子体增强化学气相沉积工艺对所述半导体基底进行氧化，在所述半导体基底的表面形成氧化层；在所述半导体基底正面的氧化层上进行激光开槽，形成与栅线图案相对应的沟槽；对所述半导体基底进行重扩；去除残留的氧化层； 对所述半导体基底进行轻扩；去除半导体基底底面和侧面的杂边；在半导体基底正面镀减反膜；在半导体基底正面和底面分别丝印栅线图案和背电极图案，烧结完成选择性发射极电池的制作。进行所述等离子体增强化学气相沉积工艺的腔室气压可以为60 801^。所述等离子体增强化学气相沉积的起辉功率可以为1000 1500w。所述等离子体增强化学气相沉积的工艺气体可以为SiH4和队0的混合气体，所述 SiH4 的流量为 400 450sccm，N2O 的流量为 4500 6000sccm。所述等离子体增强化学气相沉积的工艺时间可以为180 200s。CN 102456765 A说明书3/7 页所述等离子体增强化学气相沉积的工艺腔室的工艺温度可以为350 400°C。本发明的SE电池制作方法，在形成氧化层时，采用PECVD工艺对制绒后的半导体基底进行低温氧化以形成氧化层，能够避免由于高温造成的硅片中晶格缺陷和损伤。而且， PECVD可以通过调整起辉功率控制带电离子的轰击能量以及调整温度，来控制S^2的成晶率，使晶格按照一定的生长方向完整的向上生长，从而能够形成致密性较高的氧化层。
图1是本发明SE电池制作方法的第一实施例的流程示意图；图2A-2J是本发明第一实施例的SE电池在制作过程中半导体基底的截面示意图；图3是本发明SE电池制作方法的第二实施例的流程示意图；图4A-4J是本发明第二实施例的SE电池在制作过程中半导体基底的截面示意图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明实施例作进一步详细的说明。实施例一本实施例提供了一种SE电池的制作方法，对现有的采用印刷腐蚀方法制作SE电池的工艺进行了改进，如图1所示，方法包括如下步骤S101，提供一半导体基底100(参见图2A)。半导体基底100通常可选择单晶硅或多晶硅，也可以为单晶硅锗或多晶硅锗等。S102，在半导体基底100上制绒，得到带有绒面的半导体基底101(参见图2B)。
可以仅在半导体基底100的正面制绒，也可以在半导体基底100的两面同时制绒。 一般地，对于单晶硅，采用碱液制绒；对于多晶硅，则采用酸液制绒。S103，采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺对半导体基底101进行氧化， 在半导体基底101的表面形成氧化层200(参见图2C)。与现有技术中在制绒后的半导体基底101上形成氧化层的步骤不同，本步骤采用 PECVD工艺对制绒后的半导体基底101进行低温氧化以形成氧化层。由于PECVD工艺具备低温的特点(工艺腔室的工艺温度约350 400°C )，因此相对于现有的热氧化法(在氧化炉中持续加热超过1小时，氧化炉中的工艺温度在800 900°C )，该形成氧化层的步骤能够避免由于高温氧化而对制绒后的半导体基底101所造成的损伤。而且，在PECVD工艺中， 可通过调整起辉功率控制带电离子的轰击能量以及调整温度，来控制S^2的成晶率，使晶格按照一定的生长方向完整的向上生长，从而能够形成致密性较高的氧化层。实际应用中，PECVD工艺可由相关的等离子体装置所提供。在进行PECVD工艺的过程中，首先往工艺腔室内通入SiH4和队0所混合的工艺气体(SiH4的流量可为400 450sccm，&0的流量可为4500 6000sccm)，以使工艺腔室内的腔室气压维持在60 80 之间，其中，气体流量的选择主要是考虑到SiO2的折射率、成膜速率和钝化性能，SiH4太多会导致S^2的成膜速率低和钝化性能差，而且会生成SiN和Si 的副产物，影响折射率；而腔室气压范围维持在60 80 之间，不但能够保证在制绒后的
6半导体基底101上进行PECVD工艺所沉积的氧化层均勻性较好、而且能够保证等离子体对制绒后的半导体基底101表面的轰击减弱而对制绒后的半导体基底101的损伤较小。接着使工艺腔室的工艺温度加热到350 400°C之间；温度的选择主要是考虑离子的重排，运动到半导体基底101表面的离子从高温获得能量，运动在能量态比较稳定的位置，并饱和一些悬挂键，形成致密的S^2膜，但是温度过高会造成半导体基底101损伤。最后等离子体装置以1000 1500W的功率起辉对工艺气体电离，以生成等离子体，合适的功率能够被工艺气体充分吸收并将工艺气体离解成等离子体，过低的功率成膜慢，过高的功率则比较浪费， 甚至还会引起电场分布不均勻或者启辉不稳定。由此可实现在半导体基底101的表面形成氧化层200的目的；PECVD的工艺时间可维持在180 200s的时间范围内，形成的氧化层 200的厚度可为10 50nm。基于上述等离子体装置其各种工艺参数可选择的范围，实际应用中所优选的两套等离子体装置工艺参数可为1)腔室气压为60Pa，起辉功率为lOOOw，工艺混合气体中SiH4的流量为400sCCm 且N2O的流量为4500SCCm，PECVD工艺的反应时间设置为180s，反应温度控制在350°C ；2)腔室气压为80Pa，起辉功率为1500w，工艺混合气体中SiH4的流量为450sCCm 且N2O的流量为6000SCCm，PECVD工艺的反应时间设置为200s，反应温度控制在400°C。进一步地，等离子体装置内PECVD工艺的工艺气体还可选择正硅酸乙酯(TEOS)和氧气的混合气体，且在进行PECVD的过程中，TEOS的流量为400 450sCCm，氧气的流量为 4500 eOOOsccm ；且在采用TEOS和氧气的混合气体作为工艺气体的前提下，等离子体装置进行PECVD工艺的工艺时间约持续100s，等离子体装置进行PECVD工艺的工艺温度可在 350 400°C之间选择；其他工艺参数可以参照以SiH4和队0的混合气体作为工艺气体时的工艺参数进行设置。如图2C所示，采用PECVD工艺对制绒后的半导体基底101进行低温氧化以形成的氧化层200的厚度可为10 50nm。S104，对半导体基底101进行轻扩(参见图2D)。对半导体基底101进行轻扩可以参照现有技术的轻扩，例如，采用的气体可以包括 POCL3(流量为 lOOOsccm)、Nj2.3slm)、02(3000sccm)，反应温度为 800°C，扩散时间为 50min。轻扩后，在半导体基底102的表面附近形成浅掺杂层300。S105，在半导体基底正面的氧化层200上印刷腐蚀剂，形成与栅线图案相对应的沟槽210(参见图2E)。在氧化层200上与即将形成的栅线相对应的位置印刷腐蚀剂形成沟槽210，例如， 腐蚀剂可以采用浓度为5% 10%的NH4F溶液。腐蚀最终会停止在半导体基底102的表面。S106，对半导体基底102进行重扩(参见图2F)。由于以形成有沟槽210的氧化层201作为掩模，重扩可以针对暴露的半导体基底 102进行选择性扩散。在半导体基底102中形成重掺杂区400，重掺杂区400与即将形成栅线的位置相对应。S107，去除残留的氧化层201以及半导体基底103底面和侧面的杂边(参见图 2G)。
去除氧化层201可以采用湿法刻蚀，例如，刻蚀液为HF和HNO3的混合溶液；氧化层去除后，去边可以采用“水上漂”工艺，腐蚀液可以采用HF、HNO3*H2SO4的混合溶液。S108，在半导体基底104正面镀减反膜500(参见图2H)。减反膜又称增透膜，其主要功能是减少或消除元件光学表面的反射光，从而增加这些元件的透光量，减少或消除系统的杂散光。镀减反膜500可以采用PVD、PECVD等工艺。减反膜500可以为SiNx。S109，在半导体基底104正面和底面分别丝印栅线图案和背电极图案，烧结完成 SE电池的制作(参见图21)。在半导体基底104正面和底面可以分别按照栅线图案和背电极图案丝印玻璃体银浆。之后，对半导体基底104进行烧结，半导体基底104正面的银浆在高温时会烧蚀其下的减反膜，与减反膜中的SiNx形成共晶的AgSi，使形成的栅线600和重掺杂区400具有良好的电连接(参见图2J)。至此，SE电池制作完成。由于本实施例在形成氧化层时，采用PECVD工艺对制绒后的半导体基底进行低温氧化(约350 400°C)以形成氧化层，相对于现有的热氧化法(在氧化炉中持续加热超过 1小时，反应温度在800 900°C )，能够避免由于高温造成的硅片中晶格缺陷和损伤。而且，PECVD可以通过调整起辉功率控制带电离子的轰击能量以及调整温度，来控制SiO2的成晶率，使晶格按照一定的生长方向完整的向上生长，从而能够形成致密性较高的氧化层。实施例二本实施例提供了一种SE电池的制作方法，对现有的采用激光开槽方法制作SE电池的工艺进行了改进，如图3所示，方法包括如下步骤S201，提供一半导体基底110(参见图4A)。半导体基底110通常可选择单晶硅或多晶硅，也可以为单晶硅锗或多晶硅锗等。S202，在半导体基底110上制绒，得到带有绒面的半导体基底111 (参见图4B)。可以仅在半导体基底110的正面制绒，也可以在半导体基底110的两面同时制绒； 对于单晶硅，采用碱液制绒；对于多晶硅，则采用酸液制绒。S203，采用PECVD工艺对半导体基底111进行氧化，在半导体基底111的表面形成氧化层220(参见图4C)。与现有技术中在制绒后的半导体基底上形成氧化层的步骤不同，本步骤采用 PECVD工艺对制绒后的半导体基底111进行低温氧化以形成氧化层。由于PECVD工艺具备低温的特点(工艺腔室的工艺温度约350 400°C )，因此相对于现有的热氧化法(在氧化炉中持续加热超过1小时，氧化炉中的工艺温度在800 900°C )，该形成氧化层的步骤能够避免由于高温氧化而对制绒后的半导体基底111所造成的损伤。而且，在PECVD工艺中， 可通过调整起辉功率控制带电离子的轰击能量以及调整温度，来控制SiO2的成晶率，使晶格按照一定的生长方向完整的向上生长，从而能够形成致密性较高的氧化层。在进行PECVD工艺的过程中，首先往工艺腔室内通入SiH4和队0所混合的工艺气体(SiH4的流量可为400 450sccm，&0的流量可为4500 6000sccm)，以使工艺腔室内的腔室气压维持在60 80 之间，其中，气体流量的选择主要是考虑到SiO2的折射率、成膜速率和钝化性能，SiH4太多会导致S^2的成膜速率低和钝化性能差，而且会生成SiN和Si的副产物，影响折射率；而腔室气压范围维持在60 80 之间，不但能够保证在制绒后的半导体基底101上进行PECVD工艺所沉积的氧化层均勻性较好、而且能够保证等离子体对制绒后的半导体基底101表面的轰击减弱而对制绒后的半导体基底101的损伤较小。接着使工艺腔室的工艺温度加热到350 400°C之间；温度的选择主要是考虑离子的重排，运动到半导体基底101表面的离子从高温获得能量，运动在能量态比较稳定的位置，并饱和一些悬挂键，形成致密的SiO2膜，但是温度过高会造成半导体基底101损伤。最后等离子体装置以1000 1500w的功率起辉对工艺气体电离，以生成等离子体，合适的功率能够被工艺气体充分吸收并将工艺气体离解成等离子体，过低的功率成膜慢，过高的功率则比较浪费， 甚至还会引起电场分布不均勻或者启辉不稳定。由此可实现在半导体基底101的表面形成氧化层200的目的；PECVD的工艺时间可维持在180 200s的时间范围内，形成的氧化层 200的厚度可为10 50nm。基于上述等离子体装置其工艺参数可选择的范围，实际应用中所优选的两套等离子体装置工艺参数可为1)腔室气压为60Pa，起辉功率为lOOOw，工艺混合气体中SiH4的流量为400sCCm 且N20的流量为4500SCCm，PECVD工艺的反应时间设置为180s，反应温度控制在350°C ；2)腔室气压为80Pa，起辉功率为1500w，工艺混合气体中SiH4的流量为450sCCm 且N20的流量为6000SCCm，PECVD工艺的反应时间设置为200s，反应温度控制在400°C。进一步地，等离子体装置内PECVD工艺的工艺气体还可选择TEOS和氧气的混合气体，且在进行PECVD的过程中，TEOS的流量为400 450sccm，氧气的流量为4500 eOOOsccm;且在采用TEOS和氧气的混合气体作为工艺气体的前提下，等离子体装置进行PECVD工艺的工艺时间可设置为100s，等离子体装置进行PECVD工艺的工艺温度可在 350 400°C之间选择；其他工艺参数可以参照以SiH4和队0的混合气体作为工艺气体时的工艺参数进行设置。如图2C所示，采用PECVD工艺对制绒后的半导体基底101进行低温氧化以形成的氧化层200的厚度可为10 50nm。S204，在半导体基底111正面的氧化层200上进行激光开槽，形成与栅线图案相对应的沟槽230(参见图4D)。激光开槽刻蚀氧化层的波长通常为355歷，功率为1 10mw。S205，对半导体基底111进行重扩，在半导体基底112中形成重掺杂区440(参见图 4E)；S206，去除残留的氧化层221 (参见图4F)；S207，对半导体基底112进行轻扩，在半导体基底113的表面附近形成浅掺杂层 330(参见图4G)；S208，去除半导体基底113底面和侧面的杂边(参见图4H)S209，在半导体基底114正面镀减反膜550(参见图41)；S210，在半导体基底114正面和底面分别丝印栅线图案和背电极图案，烧结完成 SE电池的制作(参见图4J)。上述S205 S210可以参照实施例一中的相应步骤，此处不再赘述。至此，SE电池制作完成。
由于本发明在形成氧化层时，采用PECVD工艺对制绒后的半导体基底进行低温氧化(约350 400°C )以形成氧化层，相对于现有的热氧化法(在氧化炉中持续加热超过1 小时，反应温度在800 900°C )，能够避免由于高温造成的硅片中晶格缺陷和损伤。而且， PECVD可以通过调整起辉功率控制带电离子的轰击能量以及调整温度，来控制S^2的成晶率，使晶格按照一定的生长方向完整的向上生长，从而能够形成致密性较高的氧化层。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种选择性发射极电池的制作方法，其特征在于，包括 提供一半导体基底；在所述半导体基底上制绒；采用等离子体增强化学气相沉积工艺对所述半导体基底进行氧化，在所述半导体基底的表面形成氧化层；对所述半导体基底进行轻扩；在半导体基底正面的氧化层上印刷腐蚀剂，形成与栅线图案相对应的沟槽； 对所述半导体基底进行重扩；去除残留的氧化层以及半导体基底底面和侧面的杂边； 在半导体基底正面镀减反膜；在半导体基底正面和底面分别丝印栅线图案和背电极图案，烧结完成选择性发射极电池的制作。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进行所述等离子体增强化学气相沉积工艺的腔室气压为60 801^。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等离子体增强化学气相沉积的起辉功率为 1000 1500W。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等离子体增强化学气相沉积的工艺气体为SiH4和N2O的混合气体，所述SiH4的流量为400 450sccm，N2O的流量为4500 6000sccmo
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述等离子体增强化学气相沉积的工艺时间为180 200s。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等离子体增强化学气相沉积的工艺腔室的工艺温度为350 400°C。
7.一种选择性发射极电池的制作方法，其特征在于，包括 提供一半导体基底；在所述半导体基底上制绒，得到带有绒面的半导体基底；采用等离子体增强化学气相沉积工艺对所述半导体基底进行氧化，在所述半导体基底的表面形成氧化层；在所述半导体基底正面的氧化层上进行激光开槽，形成与栅线图案相对应的沟槽；对所述半导体基底进行重扩；去除残留的氧化层；对所述半导体基底进行轻扩；去除半导体基底底面和侧面的杂边；在半导体基底正面镀减反膜；在半导体基底正面和底面分别丝印栅线图案和背电极图案，烧结完成选择性发射极电池的制作。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，如权利要求1所述的方法，其特征在于，进行所述等离子体增强化学气相沉积工艺的腔室气压为60 801^。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述等离子体增强化学气相沉积的起辉功率为 1000 1500W。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述等离子体增强化学气相沉积的工艺气体为SiH4和N2O的混合气体，所述SiH4的流量为400 450sccm，N2O的流量为4500 6000sccmo
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述等离子体增强化学气相沉积的工艺时间为180 200s。
12.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述等离子体增强化学气相沉积的工艺腔室的工艺温度为350 400°C。
全文摘要
本发明公开了一种选择性发射极电池的制作方法，包括提供一半导体基底；在所述半导体基底上制绒；采用等离子体增强化学气相沉积工艺对所述半导体基底进行氧化，在所述半导体基底的表面形成氧化层；对所述半导体基底进行轻扩；在半导体基底正面的氧化层上印刷腐蚀剂，形成与栅线图案相对应的沟槽；对所述半导体基底进行重扩；去除残留的氧化层以及半导体基底底面和侧面的杂边；在半导体基底正面镀减反膜；在半导体基底正面和底面分别丝印栅线图案和背电极图案，烧结完成选择性发射极电池的制作。本发明所提供的选择性发射极电池的制作方法，采用PECVD工艺对制绒后的半导体基底进行低温氧化以形成氧化层，既能够保证氧化层的成膜致密性，又能够避免硅片中晶格缺陷和损伤。
文档编号H01L31/18GK102456765SQ20101051248
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月14日 优先权日2010年10月14日
发明者白志民 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司