一种与半导体形成欧姆接触的方法技术

本发明专利技术提供一种用于产生与硅装置自掺杂接触的系统和方法，其中该接触金属被涂覆一层杂质，并经过高温，从而使银与硅形成合金，同时掺入硅基板，形成与硅基板的低电阻欧姆接触。可以从未合金化的银来形成自掺杂负接触，可以通过溅射、丝网印刷一种糊或蒸发来将银施加给硅基板。该银涂覆有一层杂质。一旦完成涂覆，将银、基板、和杂质加热到高于Ａｇ－Ｓｉ低共熔温度（但低于硅的熔点）。与硅基板的低共熔部分相比，银溶解的更多。然后将温度朝低共熔温度降低。随着温度的降低，通过液相外延熔融的硅再次形成，杂质原子被加入到再次生长的硅晶格中。一旦温度降到银－硅低共熔温度以下，没有通过外延再次生长而被加入基板中的硅与银形成固相合金。该银与硅的合金是最终的接触材料，包括硅和银的低共熔部分。在低共熔部分中，显然在最终的接触材料中银比硅要多，从而确保最终接触材料良好的导电性。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
1.专利
本专利技术涉及与硅基板和其它半导体的金属接触，其中接触材料包括掺杂原子的供给源，从而起到其自身的杂质源的作用，便于形成接触材料与基板之间的低电阻欧姆接触。2.
技术介绍
的描述在正确设计的p-n结太阳能电池中，电子运动到与n型硅相接触的金属电极，空穴运动到与p型硅相接触的金属电极。这些接触对于电池的性能极为重要，因为来自电池的有用能量迫使电流穿过高电阻硅/金属界面，或者通过高电阻电极材料棒。包括界面和电极材料在内的电池的总特定串联电阻应该不大于1Ω-cm2。由于低电阻接触的需要，对半导体表面处的掺杂原子的浓度有相当高的要求。对于n型硅，掺杂浓度必须≥1×1019原子/cm3(在5×1022原子/cm3硅密度的基础上，为百万个原子分之200(ppma))。对于p型硅，要求不那么严格，要求表面浓度≥1×1017原子/cm3(2ppma)。而且，为了使光能到电能的转换效率最大，特别是对于n型表面，通常要求在除了直接位于金属电极下方之外的被照射一侧的任何地方都具有较低的表面掺杂浓度。因此，理想的接触材料是这样一种材料，向其紧下面的硅提供足够量的杂质(也称为自掺杂)，具有高导电性，与硅的强机械连接，并且不会因可由复合而失去电子和空穴的引入位置而降低硅的电学性质。最后，这种理想的接触材料应该是廉价的，而且应该通过经济的方法，诸如丝网印刷，使其本身被施加。在很大程度上具有上述所需特性的一种已知的接触材料为铝。当用于与p型硅相接触从而在硅太阳能电池中形成正极时，铝具有这些性质。这是由于在硅中，铝本身是p型杂质。只要处理温度超过577℃的铝-硅低共熔温度，铝就能掺入硅，作为铝与硅合金化过程的一部分。对于传统的太阳能电池结构，由于缺少与铝相似的材料用于与n型硅相接触以便形成太阳能电池的负极，因此难以制造简单而经济的太阳能电池。在具有p型基质的传统太阳能电池结构中，负极(与n型发射体相接触)一般在电池的前(被照射)侧，正极在后侧。为了提高这种电池的能量转换效率，需要对与n-型硅接触的金属下方进行高掺杂，在这些接触点之间进行低掺杂。因此，由于对接触金属下方高掺杂密度和接触金属区域之间低掺杂密度的相反的要求，目前传统的硅太阳能电池结构其性能受到损失。与硅(Si)接触的太阳能电池的现有技术，利用了具有在≈760℃烧结的玻璃熔接物(例如，Santa Barbara，CA的Electronic Materials Division of FerroCorporation制造的Ferro3347)的银(Ag)糊。玻璃熔接物促进Ag层与Si表面的粘结。这种接触要求Si基板具有一高掺杂表面层(面电阻＜45Ω/□)。Si与接触材料之间的界面通常决定整个电池的串联电阻。因此，为了使界面电阻达到所能接受的大小，这种技术也迫使电池设计者生成一个比所需要的更高掺杂的表面层。因此，需要的是一种用于与半导体进行自掺杂接触的方法和装置，所述接触在与半导体的连接点的下面被高掺杂，而在接触点之间被低掺杂，具有高导电性和强机械连接，易于制造并且是经济的。专利技术概述本专利技术提供了一种用于形成与硅装置自掺杂接触的系统和方法，其中接触金属被覆盖一层杂质，与硅形成合金，并经过高温处理，从而同时对硅基板进行掺杂并形成与硅基板的低电阻欧姆接触。可以由未合金化的Ag来形成自掺杂负接触，可以通过溅射，丝网印刷糊剂或蒸发而将Ag施加给硅基板。在Ag上涂覆一层杂质。一旦完成涂覆，将Ag、基板和杂质加热到高于Ag-Si低共熔温度(但低于Si的熔点)的温度。Ag比硅基板的低共熔部分溶化的更多。然后将温度朝低共熔温度方向降低。当温度被降低时，通过液相外延重新形成熔化的硅，这样杂质原子就被包含在再次生长的晶格中。一旦温度降到银-硅低共熔温度以下，没有通过外延再次生长而被包含在基板中的硅与银形成固相合金。这种银和硅的合金是最终的接触材料，由硅和银的低共熔部分组成。在低共熔部分中，在最终接触材料中银明显多于硅，从而保证最终的接触材料具有良好的导电性。自掺杂接触的一个优点包括，不需要预先存在高掺杂层，从而减少了加工步骤的数量。不需要高掺杂层还允许使用比现有技术可能的更高掺杂的发射体。这增加了电池效率，因为导致了更高的电池光电流。而且，通过特殊的在Ag和Si之间产生合金，与现有技术相比，可以改善与硅表面的接触的粘结性。与沉积接触相比，合金化接触具有更好的粘着性，尽管沉积接触具有玻璃熔接物。另外，与具有玻璃熔接物、通过浸入HF而从Si基板中除去玻璃熔接物的沉积接触不同，已经证实在浸入HF之后，合金化的146A接触保持不变。对于合金化接触，这种对HF的不敏感性开启了沉积接触所不可能的加工选择空间。在下面的描述中将给出本专利技术的其它优点，本领域普通技术人员从描述中将能够了解到这些优点，或者可以从本专利技术的实现中了解到这些优点。利用所附权利要求和其等同物中特别指出的元件和组合，将可以实现和得到本专利技术的优点。附图的简要说明附图说明图1A表示具有涂覆有液体杂质的Ag表面的Si基板的剖面图；图1B表示在形成合金之后，图1A的基板的剖面图，表示形成了高掺杂Si层；图2A表示具有作为n-型杂质源的磷和作为p-型杂质源的铝的n-型Si基板的剖面图；图2B表示根据本专利技术的一种实施方式的具有由图2A的结构所形成的自掺杂接触的p-n结二极管的剖面图；图3A表示具有作为n-型杂质源的磷和作为p-型杂质源的硼的n-型Si基板的剖面图；图3B表示根据的本专利技术的一种实施方式的具有由图3A的结构所形成的自掺杂接触的p-n结二极管的剖面图；图4表示涂覆有液体杂质的银颗粒的横截面图，这种被涂覆的颗粒适合于加入丝网印刷糊中；图5表示本专利技术所利用的银-硅相图；图6表示在800℃两分钟热处理之后，Ag/np+/Al样品结构的电流-电压曲线；图7表示在900℃两分钟热处理之后，Ag/n+np+/Al样品结构的电流-电压曲线；图8表示对两个Ag表面掺入磷杂质，在900℃进行两分钟处理之后，所得到的Ag/n+nn+/Ag电阻器结构的电流-电压曲线；图9表示对一个Ag表面掺入磷杂质，对另一个Ag表面掺入硼杂质，在900℃处理两分钟之后所得到的Ag/n+np+/Ag二极管的电流-电压曲线；图10表示在1000℃进行两分钟合金化，在去除前银表面之后，样品的磷和银的深度分布；图11表示根据本专利技术的一种实施方式所形成的，具有自掺杂接触的完全金属化的电阻器结构的电流-电压曲线；图12表示根据本专利技术的一种实施方式所形成的，具有自掺杂接触的完全金属化的二极管结构的电流-电压曲线；图13表示在100mW/cm2照明水平下测得的，根据本专利技术的一种实施方式所形成的，具有自掺杂接触的完全金属化的太阳能电池的电流-电压曲线。优选实施方式的详细说明提供下面的描述，使本领域任何普通技术人员能够制造和使用本专利技术，并且提供了有关特定应用和其要求的说明。显然本领域普通技术人员可以对这些实施方式进行多种变型，在不偏离本专利技术精神和范围的条件下，此处所定义的一般原理，可应用于其它实施方式和应用。因此，本专利技术不受所示实施方式的限制，而是与此处所披露的原理、特征和教导的最宽范围一致。自掺杂接触的一种制造方法，使用材料和处理条件的组合，制造用于硅太阳能电池的自掺杂负极，其功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造接触的方法，其包括： 提供具有半导体表面的半导体； 向该半导体的至少一部分表面施加一个银层； 向该银层的至少一部分施加一种杂质，该杂质能够掺入该半导体中； 将该半导体表面、银层、和杂质加热至第一温度； 保持该第一温度直到至少部分银层、部分杂质、和部分半导体表面形成熔融合金为止；以及 将该熔融合金冷却到低于第一温度的第二温度，使得熔融合金中所包含的至少一部分杂质被加入到至少一部分半导体的外延再次生长区域中，熔融合金形成基本上为固体的包含半导体原子和杂质原子的第一区域和基本上为固体的包含银原子和杂质原子的第二区域，并且在该基本上为固体的第二区域的至少一部分与该外延再次生长区域的至少一部分之间形成欧姆电接触。

【技术特征摘要】
US 1999-11-23 60/167,358;US 2000-3-29 09/538,0341.一种制造接触的方法，其包括提供具有半导体表面的半导体；向该半导体的至少一部分表面施加一个银层；向该银层的至少一部分施加一种杂质，该杂质能够掺入该半导体中；将该半导体表面、银层、和杂质加热至第一温度；保持该第一温度直到至少部分银层、部分杂质、和部分半导体表面形成熔融合金为止；以及将该熔融合金冷却到低于第一温度的第二温度，使得熔融合金中所包含的至少一部分杂质被加入到至少一部分半导体的外延再次生长区域中，熔融合金形成基本上为固体的包含半导体原子和杂质原子的第一区域和基本上为固体的包含银原子和杂质原子的第二区域，并且在该基本上为固体的第二区域的至少一部分与该外延再次生长区域的至少一部分之间形成欧姆电接触。2.如权利要求1所述的方法，其中所述熔融合金包括银和半导体部分，半导体部分的浓度等于或大于低共熔浓度。3.如权利要求1所述的方法，其中所述半导体选自由硅、锗、和硅-锗合金所组成的组中。4.如权利要求1所述的方法，其中所述杂质选自由磷、硼、锑、砷、铟、铝、和镓所组成的组中。5.如权利要求1所述的方法，其中通过施加液态杂质来完成杂质的施加。6.如权利要求1所述的方法，其中通过施加元素涂层来实现杂质的施加。7.如权利要求1所述的方法，其中银层的厚度在1μm至15μm范围内。8.如权利要求1所述的方法，其中第一温度在银层与半导体的低共熔温度之上。9.如权利要求1所述的方法，其中保持包括将第一温度保持至少一分钟的持续时间。10.一种制造半导体装置的方法，其包括提供具有第一和第二相对表面的半导体；向该第一表面的至少一部分施加银层；向该银层的至少一部分施加一种杂质，该杂质能够掺入半导体中；向该第二表面的至少一部分施加一金属层；将该第一和第二相对表面、银层、金属层、和杂质加热至第一温度；保持该第一温度直到至少一部分银层、一部分杂质、和一部分半导体形成第一熔融合金，并且至少一部分金属层和一部分半导体形成第二熔融合金；将所述第一和第二熔融合金冷却至低于第一温度的第二温度，使得第一熔融合金中所包含的至少一部分杂质被加入到至少一部分的第一外延再次生长区域中，并且至少一部分第二熔融合金被加入到至少一部分的第二外延再次生长区域中，使得第一熔融合金形成基本上为固体的与至少一部分第一外延再次生长区域欧姆电接触的第一区域，第二熔融合金形成基本上为固体的与至少一部分第二外延再次生长区域欧姆电接触的第二区域；和形成与基本上为固体的第一区域的第一电接触，和形成与基本上为固体的第二区域的第二电接触。11.如权利要求10所述的方法，其中所述第一熔融合金包括银部分和半导体第一表面部分，半导体部分的浓度等于或大于低共熔浓度；所述第二熔融合金包括金属部分和半导体第二表面部分，半导体部分的浓度等于或大于低共熔浓度。12.如权利要求10所述的方法，其中所述半导体选自由硅、锗、和硅-锗合金所组成的组中。13.如权利要求10所述的方法，其中所述金属层为铝。14.如权利要求10所述的方法，其中所述杂质选自由磷、硼、锑、砷、铟、铝、和镓所组成的组中。15.如权利要求10所述的方法，其中通过施加液态杂质来实现杂质的施加。16.如权利要求10所述的方法，其中通过施加元素涂层来实现杂质的施加。17.如权利要求10所述的方法，其中银层的厚度在1μm至15μm范围内。18.如权利要求10所述的方法，其中所述第一温度在银层与半导体的低共熔温度之上。19.如权利要求10所述的方法，其中所述保持包括将第一温度保持至少一分钟的持续时间。20.如权利要求10所述的方法，该方法进一步包括向金属层的至少一部分施加第二杂质，该第二杂质能够掺入半导体中；将第二杂质加热至第一温度；保持该第一温度直到至少一部分金属层、一部分第二杂质、和一部分半导体形成第二熔融合金；以及将第二熔融合金冷却至低于第一温度的第二温度，使得至少一部分第二杂质被加入到至少一部分第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔L迈耶，休伯特P戴维斯，鲁斯A加西亚，乔伊斯A杰瑟普，
申请(专利权)人：荏原太阳能公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]