在此披露了一种形成扩散区的方法。该方法包括在一个晶片的表面上沉积一种纳米颗粒墨以形成一个非致密的薄膜，该纳米颗粒墨具有成组的纳米颗粒，其中该纳米颗粒组中的至少一些纳米颗粒中包括掺杂剂原子。该方法还包括将非致密的薄膜加热到一个第一温度并持续第一时间段以便从沉积纳米颗粒墨中去除一种溶剂，并将非致密的薄膜加热到一个第二温度并持续第二时间段以形成一个致密化薄膜，其中至少一些掺杂剂原子扩散进入晶片之中以形成扩散区。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本披露总体上涉及纳米颗粒，并且具体是IV族纳米颗粒结以及由其形成的器件。
技术介绍
半导体形成了现代电子学的基础。由于具有在导电与绝缘之间可以选择性地进行 改变和控制的物理特性，半导体在大多数现代电子器件(例如，计算机、蜂窝式电话、光伏 电池、等等)中是必不可少的。IV族半导体一般是指元素周期表第四列中的那些元素(例 如，碳、硅、锗等)。一般而言，固态半导体倾向于以三种形式存在晶格的、多晶格的、以及非晶格的。 在晶格形式中，半导体原子位于一种无晶粒边界的单独的连续完整的晶格之中。在多晶格 形式中，半导体原子定位于多个较小的随机取向的微晶体之中(较小的晶体)。这些微晶体 经常被称作晶粒。在非晶格形式中，半导体原子表现为没有大范围的位置顺序。总体上，导电一般是指带电载流子，如电子或空穴(即，缺少电子)穿过电磁场的 运动。金属倾向于具有大量可供使用的带电颗粒，而绝缘体几乎没有。在没有杂质(称作掺杂剂)的情况下，半导体倾向于表现为绝缘体，从而抑制电流 的流动。然而，在添加相对小量的掺杂剂之后，一个半导体的电学特性可以通过增加带电载 流子的数量而急剧地变成一种导体。例如，在一个被称为光激励的过程中，所吸收的光一般 将会产生一个电子-空穴对(光生载流子)，该电子-空穴对进而趋向于增加总的电导率 (光电导率)。取决于杂质的种类，一个半导体的掺杂区可以具有更多电子(η型)或更多空穴(P 型)。例如，在一种常见结构中，一个P型区被置于紧邻η型区以便产生一个具有“内建”电 势的(ρ-η)结。这就是两个费米能级之间的能量差。根据量子力学的公认原理，一个原子的多个电子只能以特定的状态而存在，因此 只可能有一些特定的能级是可能的。然而，所占有的具体能态却无法明确地确定。因此，对 于多个原子的全体(例如，固体)，通常使用一种概率分布或概率密度，被称作费米能级。一 般而言，费米能级描述了给定温度下的能级，其中能态的1/2被填满。能态都是唯一的并对应于一个量子数。因此，在电场内结区的ρ型侧的电子于是可以被吸引到η型区并从P型区被排斥 出来，而电场内结的η型侧的空穴于是可以被吸引到该ρ型区并从η型区被排斥出来。通 常，该η型区和/或ρ型区可以各自对应地包括不同水平的有关掺杂剂浓度，经常示为η-、 η+、η++、ρ-、ρ+、ρ++、等等。这种内建电势以及因此电场大小一般取决于两个相邻层之间的 掺杂水平。存在着多种掺杂半导体的方法。一种方法包括在一个半导体基底(如Si晶片) 上沉积一种掺杂的玻璃。一旦暴露于相对高的温度(例如，800°C -1100°C )，这些掺杂剂将 趋向于从该高掺杂玻璃扩散到该基底之中。此外，这种高温还趋于使该基底退火。退火通常是将一种材料加热到一个特定的临界温度之上以便减小材料的内应力、或改善其物理和电学特性的工艺。在半导体基底的 情况下，退火允许这些掺杂剂原子适当地扩散(从一个高浓度区向一个较低浓度区)并将 它们自己定位在晶格中，从而使得这些额外的电子或空穴(它们对应地来自该η型和P型 掺杂剂)可用于电流传输。这一般被称为激活(或“赠予”的有效性)并且对产生一个有 效的ρ-η结是关键性的。存在着多种掺杂半导体的方法。然而，它们中的大多数都是有问题的。例如，一种 常用的方法包括通过一种丝网在一个半导体基底上沉积一种掺杂玻璃。作为利用一个胶辊 的一种印刷技术，丝网印刷直接将一种液体，如一种高度掺杂的玻璃糊剂，机械地施加到一 个基底上。在将该液体干燥之后，这个晶片被放置在穿过熔炉的一个传送带上。尽管熔炉 是开放的，但它内部的温度可以在几个区内进行调整，并且可以提供气体。一个循环开始于 在600°C左右持续几分钟，用洁净空气将糊剂中的有机物质烧除，随后是在较高的温度(例 如800°C -IlOO0C )下的扩散步骤，其中这些掺杂剂趋于从高度掺杂的玻璃扩散到该基底之 中。这种高温还将使该基底退火。然而，胶辊向下的机械力还倾向于使该基底经受应力，并因此可能不利地影响基 底的电学和物理特性。对于那些需要多个沉积步骤的器件，如背接触式太阳能电池，这种应 力被加重。一般而言，由于损坏或破碎，每个额外的丝网印刷步骤倾向于降低工艺产出(并 且增加成本)。另外，对准丝网图案还可能出现很大的问题。例如，如果图案对准较差，所形 成的太阳能电池可能出现故障(短路)，进而降低工艺产出。在一种可替代的掺杂方法中，掺杂剂可以通过离子注入来沉积到一个晶格的或者 多晶格的基底之中。离子注入一般以高能量来使得掺杂剂离子加速进入基底之中。如同扩 散掺杂，该基底一般也必须在高温下进行退火，以修复该基底并激活这些掺杂剂。然而，尽 管可以高精度地控制掺杂剂的剂量，离子注入通常还是非常昂贵，因为它需要使用专用而 且昂贵的半导体制造设备。同样，使用化学气相沉积(CVD)来添加掺杂剂也会有缺点。在一个典型的CVD工 艺中，基底(它可以是绝缘体、半导体或金属)被暴露于一种或多种挥发性的前躯体，它们 在该基底表面上反应和/或分解以产生一个掺杂膜。然而，如同离子注入，由于它需要专用 而且昂贵的半导体制造设备，所以CVD是昂贵的。此外，CVD还倾向于是非常慢的，因为这 些膜层是每次一个单独的原子的方式来构建的。其他常用的掺杂技术包括气相掺杂。在这些技术中，装载在石英舟皿中待扩散单 元被放置在一个电阻加热的石英管中，并且保持在加工温度下。这些单元通过一端进出该 加热炉，而气体通过相反的一端送入。掺杂剂本身就能够以此方式来提供，通常是通过在注 入熔炉之前将氮气鼓泡穿过液体掺杂剂前躯体。固体掺杂剂源与加热炉工艺也是兼容的。 处于从大约900°C至约950°C范围内的温度下五至十五分钟可以被认为是代表性的。然而， 这些方法受制于缺乏同时图案化P型和η型掺杂的能力。此外，该方法与在线加工的要求 不符并且可能具有有限的制造处理量。鉴于上述情况，在此一种生产IV族纳米颗粒结以及由此生产器件的方法是令人 希望的。
技术实现思路
在一个实施方案中，本专利技术涉及一种用于形成扩散区的方法。该方法包括在一个 晶片的表面上沉积一种纳米颗粒墨以形成一个非致密的薄膜，该纳米颗粒墨具有成组的纳 米颗粒，其中该纳米颗粒组中的至少一些纳米颗粒中包括掺杂剂原子。该方法还包括将该 非致密的薄膜加热到一个第一温度并持续一个第一时间段以便从该沉积的纳米颗粒墨中 去除一种溶剂，并将该非致密的薄膜加热到一个第二温度并持续一个第二时间段以形成一 个致密化薄膜，其中至少一些该掺杂剂原子扩散到该晶片之中，以该形成扩散区。附图说明本专利技术以附图中的图形中通过举例而非通过限制来进行展示，并且附图中同样的 参考号指代类似的元件，并且在附图中图IA-D示出了根据本专利技术用于通过一个任选氧化物层来掺杂一个晶片的一个示 例性工艺流程的一组简化的截面示图；图2示出根据本专利技术产生一个结区的一种示例性方法的简化流程图；图3示出了一个简图，其中示出根据本专利技术硼由一个重掺杂的ρ型烧结层扩散到 C-Si晶片之中的次级离子质谱分析结果；图4A-B示出了根据本专利技术用于形成多个掺杂区的示例性工艺流程的一组简化截 面图；和图5示出了根据本专利技术形成多个掺杂区的示例性方法的一个简化流程图。 具体实施例方式现在将参照附图所示的本专利技术的几个优选的实施方案，对本本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种形成扩散区的方法，该方法包括： 在一个晶片的表面上沉积一种纳米颗粒墨以形成一个非致密的薄膜，该纳米颗粒墨具有成组的纳米颗粒，其中该纳米颗粒组中的至少一些纳米颗粒中包括掺杂剂原子； 将该非致密的薄膜加热至一个第一温度并且持续一个第一时间段以便从该沉积的纳米颗粒墨中去除一种溶剂；并且 将该非致密的薄膜加热至一个第二温度并且持续一个第二时间段来形成一个致密化薄膜，其中这些掺杂剂原子的至少一些扩散进入该晶片之中以形成该扩散区。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：梅森特里，霍默安东尼阿迪斯，德米特里波普拉夫斯基，马克西姆克尔曼，
申请(专利权)人：英诺瓦莱特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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