[发明专利]半导体装置的制造工艺和半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体装置的制造工艺和一种半导体装置。本发明具体涉及的是一种太阳能电池单元的制造工艺和一种太阳能电池单元。

背景技术

在制造半导体装置时，特别是在制造太阳能电池单元时，通过在半导体衬底上采用掺杂或离析技术生成掺杂区，与衬底材料结合，根据使用目的不同，可以形成pn结、pp+结或nn+结。在光伏元件上，例如太阳能电池单元，pn结可以起到分离光线射入时产生的自由载流子的作用。与此相反，pp+结或nn+结则为所谓的高低结，置于金属触点下方会提高半导体装置的接触性能，另一方面还能够降低复合速率，从而提高半导体装置的效率。

半导体装置的正反两面均可生成此类结。例如可通过局部掺杂区生成，特别是通过局部重掺杂区，如选择性发射极即为此类情况。局部掺杂通常借助激光扩散方法来实现。典型范例即通过激光点射在置于金属层下方的半导体衬底上向内扩散生成铝合金。此种合金工艺同样应用于在铝膜和半导体衬底之间通过激光烧结建立接触，其触点即被称为激光烧结触点(LFC)。

其它常见的局部掺杂区生成方法有：通过置于半导体衬底上的扩散源进行局部扩散，或穿透扩散遮层进行局部扩散。但是此类工艺一般复杂且昂贵，因为所需扩散源价格高昂或是扩散遮层加工工艺复杂，而且此类工艺的制作过程容许度经常很小。此外的另一个问题是，在完成掺杂步骤之后，还须在掺杂后的半导体衬底上另加一道功能层，例如一道钝化层、反射层或防反射层。要想在完成后接触掺杂区，必须在功能层上制作准确朝向掺杂区的接触开口。

发明内容

因此，本发明的目的在于：设计一种半导体装置的制作工艺和一种半导体装置，其掺杂区的生成方法经济高效，尤其针对功能层开口问题，可以尽量准确对准掺杂区或可以准确调校。

根据发明，这一目的通过符合权利要求1中所述特性的半导体装置的制造工艺，以及一个符合权利要求14中所述特性的半导体装置得以实现。此发明的其它优势参见从属权利要求内容。

完成此发明的知识基础是：半导体装置制造过程中在衬底表面上添加的功能层，同时可以为功能层下方的衬底掺杂工序提供掺杂材料，从而生成掺杂区。添加的这一功能层在制造过程中直到完成起到钝化作用，并可在完成后作为半导体衬底表面的钝化层。由功能层提供的掺杂材料在半导体表面的既定位置被压入半导体衬底，以达到掺杂衬底的目的。

功能层作为钝化层仅在紧靠半导体表面的非掺杂区位置保持其钝化的效果。换句话说，即半导体表面上功能层的一部分作为掺杂材料被压入衬底，而剩余部分的功能层随后作为钝化层发挥作用。钝化效果在掺杂区会由于掺杂材料的压入工序而降低甚至破坏。也有可能发生的情况是，掺杂区的功能层由于压入工序在一定程度上或彻底被破坏。

由功能层构成的钝化层在半导体表面通过化学和/或场效应发挥钝化效果。在发生化学作用时，例如自由悬挂键(即Dangling Bond)一类的复合中心会被钝化层去除，而发生场效应钝化作用时，复合活性会由于自由载流子被半导体表面排斥而降低。

首选制造方式为：将掺杂材料从功能层压入半导体衬底的过程通过能量输入实现。能量输入最好采用局部方式，而且最好仅限于功能层下方需要生成掺杂区的位置。在适当的能量输入下，半导体表面上的半导体衬底会发生局部熔化，从而使掺杂材料成功扩散至熔化的衬底中。

根据需要，将掺杂材料从功能层压入半导体衬底的过程通过采用激光源来实现。此处使用激光点的尺寸或直径大小应大约介于10nm至100nm之时，理想值介于10nm至50nm之间。入射激光通量或能量密度可介于0.1至10J/cm²之间，理想值介于0.2至2J/cm²之间，最佳值约介于0.5至1.5J/cm²之间。此处使用的激光波长最好应大约介于300nm至1200nm之间，更佳范围为大约300nm至600nm之间。从优势角度特别是费用角度考虑，可采用可见波长范围内或大约介于400nm至600nm之间的激光。本节所述的三类激光参数可互不关联分别选用。

理想设计是：借助能量输入在功能层上制造一个开口，在半导体装置上作为钝化层的开口使用。通过此方法制造钝化层开口的优点在于，其朝向会对准或校准至借助能量输入生成的掺杂区，也就是自动完成校准过程。

根据需要可采用下列制造方式：在功能层之上添加一个接触层，此接触层穿过开口在掺杂区与半导体衬底发生电接触。此处的接触层可采用金属层，可通过分离法或其它适当方法添加于功能层之上，并渗入开口。在掺杂区生成的同时也生成一个接触开口。