基于穿硅过孔的光伏电池制造技术

实施例包括一种装置，该装置包括：第一光伏电池；第一穿硅过孔(TSV)，第一穿硅过孔包括在第一光伏电池中并穿过掺杂的硅衬底的至少一部分，第一TSV包括(a)(ⅰ)第一侧壁，第一侧壁被与掺杂的硅衬底相反地进行掺杂，以及(a)(ⅱ)第一接触部，第一接触部大体上填充第一TSV；以及第二TSV，第二TSV包括在第一光伏电池中并穿过掺杂的硅衬底的至少另一部分，第二TSV包括(b)(ⅰ)第二侧壁，该第二侧壁包括掺杂的硅衬底，以及(b)(ⅱ)第二接触部，第二接触部大体上填充第二TSV；其中，第一接触部和第二接触部均包括大体上透明的导电材料。本文中描述了其它实施例。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例属于半导体器件的领域，并且具体来说，属于光伏电池的领域。
技术介绍
芯片上系统或片上系统(SOC)是将计算机或其它电子系统的部件集成到单个芯片中的集成电路(IC)。SOC可以包含数字、模拟、混合信号、和/或射频功能——全都位于单个芯片衬底上。SOC可以使用将温度或光线中的振动、差异转换成功率的系统来进行自供电。例如，位于SOC上的光伏电池可以对SOC进行供电。光伏电池是使用光伏效应来将光能转换成功率的电设备。当光线入射到电池上时，电池的电流、电压、和电阻发生变化。当暴露于光线时，电池可以在不附接到任何外部电源的情况下生成电流。光线可以是可见的或不可见的(例如，红外光)。尽管常规的SOC可以包括光伏电池，但是根据照明水平，由常规的硅太阳能电池(其储存来自光伏电池的能量)生成的电流(以及因此生成的功率)可能是相当低的(例如，1mWh)。这种低量的电流/功率可能对于SOC上的许多电路(例如，常规的(互补型金属-氧化物-半导体)(CMOS)电路)是不够的。这样的常规系统因此可能需要附加的电池(例如，锂离子电池)来对SOC上的电路进行供电。附图说明根据所附权利要求、一个或多个示例性实施例的以下具体实施方式、以及对应的附图，本专利技术的实施例的特征和优点将变得显而易见，在附图中：图1包括采用由单阱CMOS工艺形成的片上太阳能电池的形式的常规的光伏电池。图2描绘了本专利技术的实施例中的基于多个TSV的光伏电池。图3a包括本专利技术的实施例中的SOC中的基于多个TSV的光伏电池(以线性图案布置的)。图3b包括本专利技术的实施例中的SOC中的基于多个TSV的光伏电池(以交替的图案布置的)。图4包括本专利技术的实施例中的方法。具体实施方式现在将参考附图，其中，类似的结构可以被提供有类似的后缀附图标记。为了更清楚地示出各实施例的结构，本文中所包括的附图是对半导体/电路结构的图示表示。因此，所制造的集成电路结构(例如在显微照片中)的实际外观可能表现不同，而同时仍并入所例示的实施例的要求保护的结构。此外，附图可以仅示出了对于理解所例示的实施例有用的结构。可能未包括本领域中公知的附加的结构以保持附图的清楚。例如，并非半导体器件的每一层都必须要示出。“实施例”、“各实施例”等等指示这样描述的(多个)实施例可以包括特定特征、结构、或特性，但并非每个实施例都必须包括这些特定特征、结构、或特性。一些实施例可能具有针对其它实施例所描述的特征中的一些特征、全部特征、或不包括这些特征。“第一”、“第二”、“第三”等等描述了共同的对象并指示所指代的类似对象的不同实例。这些副词并非暗示这样描述的对象必须以给定顺序，不管是时间上的、空间上的、排序上的、还是以任何其它方式。“连接”可以指示元件彼此直接物理或电接触，并且“耦合”可以指示元件彼此合作或交互作用，但它们可以或可以不直接物理或电接触。如以上所提及的，一些SOC包括光伏电池。这种光伏电池的示例在“Integrationofseries-connectedon-chipsolarbatteryinatriple-wellCMOSLSI”,Horiguchi,F.,IEEETransactionsonElectronDevices,Vol.59,No.6(2012):1580-1584中进行了讨论。例如，图1包括采用由单阱CMOS工艺形成的片上太阳能电池的形式的常规光伏电池。器件100包括片上太阳能电池，该片上太阳能电池包括由n-阱135和p+源极/漏极175组成的PN结光电二极管120以及由p-衬底105和n+源极/漏极125组成的光电二极管110。这些光电二极管使用NMOSFET160、PMOSFET165、短路元件150、155、n-阱节点130、以及p-衬底节点140、145进行串联连接。正光诱导电压被施加到VDD并且负电压被施加到VSS以形成太阳能电池。器件的部分(例如，CMOS电路115的部件)可以用遮蔽的金属层170来覆盖以避免CMOS电路中的不必要的光电流。由图1的平面的光伏电池生成的电流(以及因此生成的功率)可能相当低。相比之下，实施例通过使用穿硅过孔(TSV)(穿过衬底晶圆(例如，硅衬底)形成(例如，蚀刻)的过孔)增加PN结面积来提高可以由片上光伏电池生成的最大电流和功率密度。这实现了用于向SOC供应功率或者在待机期间对电池(位于与光伏电池相同的SOC上或之外，然而耦合到光伏电池)再充电(从而得到提高的电池寿命)的更有效的片上太阳能能量结果。例如，在形成TSV之后，N型(或P型掺杂物)的成浅角度的注入物被施加到P型(或N型)衬底，以沿着用于生成光电流的TSV的侧壁形成PN结。随后用透明的导电材料填充TSV，并且该透明的导电材料变成光伏电池的阳极(或阴极)。附加的TSV可能缺乏掺杂的侧壁，而相反依赖于其侧壁的P型(或N型)衬底。随后用透明的导电材料填充附加的TSV并且该透明的导电材料成为与具有掺杂的侧壁的TSV的节点相对的节点(阳极或阴极)，从而形成具有阳极和阴极的光伏电池。因此，图1示出了光伏电池的PN结如何常规地由硅晶圆的晶体管侧(前端的器件层)上的P+/NWELL、N+/PWELL和NWELL/PWELL结来形成。因此，PN结面积最好等于专用于光伏电池(例如，图1中包括未被金属170遮蔽的区域125、175的区域)的硅的面积。然而，在实施例中，沿着TSV沟槽的侧壁形成PN结。每TSV的PN结的有效面积(即，TSV沟槽的周长与硅晶圆的厚度的乘积)可以被制造为大于被平面电池或一对TSV占据的面积(由于常规系统的显著优点，其中，PN结区域最好等于专用于光伏电池的硅的面积)。因此，与平面电池相比，提高了单位面积生成的光电流(单位面积生成的功率)。本实施例和其它实施例的更详细的描述现如下。图2描绘了在本专利技术的实施例中的基于多个TSV的光伏电池。装置200包括穿过掺杂的硅衬底205的至少一部分的第一TSV210’。在本实施例中，衬底是P型掺杂衬底。第一TSV210’包括侧壁220、221，与掺杂的硅衬底相反地对侧壁进行掺杂。因此，衬底205是P型掺杂的，并且侧壁220、221是N型掺杂的。TSV210’包括大体上填充TSV210’的第一接触部210(其中，过孔是横贯衬底的孔，并且接触部是孔的金属填充)。图1还包括穿过掺杂的硅衬底205的至少另一部分的第二TSV215’。TSV215’包括侧壁222、223，其包括掺杂的硅衬底205(但是不像侧壁220、221那样掺杂)。TSV215’还包括大体上填充TSV215’的接触部215。接触部210、215均包括大体上透明的导电材料，例如铟锡氧化物(ITO)。接触部210形成阳极并且接触部215形成阴极，它们共同帮助形成光伏电池260。在实施例中，接触部210的底部耦合(直接或间接)到反射的金属部分230，并且接触部215的底部耦合(直接或间接)到反射的金属部分230。在实施例中，反射的金属部分230包括铜和铝中的至少一种，然而，其它实施例并非这样限制。在实施例中，反射的金属部分230直接接触掺杂的硅衬底205的底表面。图1还包括第二光伏电池261。更具体来说，装置200包括附加的TSV211’，其穿过掺杂的硅衬底本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，所述装置包括：第一光伏电池；第一穿硅过孔(TSV)，所述第一穿硅过孔包括在所述第一光伏电池中并穿过掺杂的硅衬底的至少一部分，所述第一TSV包括(a)(ⅰ)第一侧壁，所述第一侧壁被与所述掺杂的硅衬底相反地进行掺杂，以及(a)(ⅱ)第一接触部，所述第一接触部大体上填充所述第一TSV；以及第二TSV，所述第二TSV包括在所述第一光伏电池中并穿过所述掺杂的硅衬底的至少另一部分，所述第二TSV包括(b)(ⅰ)第二侧壁，所述第二侧壁包括所述掺杂的硅衬底，以及(b)(ⅱ)第二接触部，所述第二接触部大体上填充所述第二TSV；其中，所述第一接触部和所述第二接触部均包括大体上透明的导电材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种装置，所述装置包括：第一光伏电池；第一穿硅过孔(TSV)，所述第一穿硅过孔包括在所述第一光伏电池中并穿过掺杂的硅衬底的至少一部分，所述第一TSV包括(a)(ⅰ)第一侧壁，所述第一侧壁被与所述掺杂的硅衬底相反地进行掺杂，以及(a)(ⅱ)第一接触部，所述第一接触部大体上填充所述第一TSV；以及第二TSV，所述第二TSV包括在所述第一光伏电池中并穿过所述掺杂的硅衬底的至少另一部分，所述第二TSV包括(b)(ⅰ)第二侧壁，所述第二侧壁包括所述掺杂的硅衬底，以及(b)(ⅱ)第二接触部，所述第二接触部大体上填充所述第二TSV；其中，所述第一接触部和所述第二接触部均包括大体上透明的导电材料。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一接触部的第一底表面耦合到第一反射金属部分，并且所述第二接触部的第二底表面耦合到第二反射金属部分，所述第一反射金属部分和所述第二反射金属部分被配置为将光线反射到所述第一TSV和所述第二TSV中。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一反射金属部分包括铜和铝中的至少一种。4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一反射金属部分直接接触所述掺杂的硅衬底的底表面。5.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一接触部是阳极，所述第二接触部是阴极，所述掺杂的硅衬底是p掺杂的，并且所述第一侧壁是n掺杂的。6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一接触部的第一底部部分比所述第一接触部的第一顶部部分窄。7.根据权利要求1所述的装置，包括：第二光伏电池；附加的TSV，所述附加的TSV包括在所述第二光伏电池中并穿过所述掺杂的硅衬底的至少一部分，所述附加的TSV包括(c)(ⅰ)附加的侧壁，所述附加的侧壁被与所述掺杂的硅衬底相反地进行掺杂，以及(c)(ⅱ)附加的接触部，所述附加的接触部大体上填充所述附加的TSV；并且所述第二TSV包括在所述第一光伏电池和所述第二光伏电池两者中；其中，所述附加的接触部包括所述导电材料。8.根据权利要求1所述的装置，包括：第二光伏电池；附加的TSV，所述附加的TSV包括在所述第二光伏电池中并穿过所述掺杂的硅衬底的至少另一部分，所述附加的TSV包括(c)(ⅰ)附加的侧壁，所述附加的侧壁包括所述掺杂的硅衬底，以及(c)(ⅱ)附加的接触部，所述附加的接触部大体上填充所述附加的TSV；并且所述第一TSV包括在所述第一光伏电池和所述第二光伏电池两者中；其中，所述附加的接触部包括所述导电材料。9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一侧壁在包括PN结的界面处接触所述掺杂的硅衬底。10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述PN结从所述第一侧壁的顶部延伸到所述第一侧壁的底部，并且所述第一侧壁从所述掺杂的硅衬底的顶部延伸到所述掺杂的硅衬底的底部。11.根据权利要求9所述的装置，其中，所述PN结为至少50μm长。12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述PN结在形成在所述掺杂的硅衬底的顶部部分处的器件层下方延伸。13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一接触部的第一底部部分比所述第一接触部的第一顶部部分宽。14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一光伏电池包括在片上系统(SOC)上，并且电耦合到电池和晶体管的至少其中之一，所述电池和所述晶体管的所述至少其中之一位于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·弗阿，N·尼迪，CH·简，W·M·哈菲兹，Y·W·陈，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US