光伏器件的金屬觸頭形成和窗口蝕刻停止的製作方法

2023-06-22 13:06:36 3

專利名稱：光伏器件的金屬觸頭形成和窗口蝕刻停止的製作方法
光伏器件的金屬觸頭形成和窗ロ蝕刻停止發明背景發明領域本發明的實施方案通常涉及光伏器件例如太陽能電池，以及用於製造這樣的光伏器件的方法。相關技術的描述在引入太陽能電池中的問題是生產電池的當前高成本。這個增加的成本的ー個原因是金屬觸頭形成的方式。在太陽能電池上形成觸頭的當前生產方法可包括在太陽能電池的吸收層上形成窗ロ層以及在窗ロ層上形成接觸層。前金屬觸頭期望在接觸層上形成，但蝕刻這樣的金屬觸頭需要也可潛在地蝕刻到下面的窗ロ層中的化學蝕刻劑，該窗ロ層具有需要相對精確地被控制的厚度。因此，不同的方法一般用於形成金屬觸頭。 例如，可使用提離エ藝，其中金屬層通過使用圖案化工藝來蝕刻到前金屬觸頭中，圖案化工藝將不在下面的層中蝕刻。在該エ藝中，抗蝕劑或犧牲層沉積在接觸層上，抗蝕劑層被圖案化到期望金屬觸頭圖案的反面，金屬沉積在抗蝕劑部分之間的接觸層的被暴露部分上，且抗蝕劑層被洗棹。接著，執行單獨的溼化學蝕刻步驟，以除去在金屬層觸頭之間的區域中的接觸層的被暴露部分，其中可在將不侵襲窗ロ層的接觸層上使用化學蝕刻劑。然而，提離エ藝的問題是，這些エ藝往往昂貴且比其它エ藝緩慢，因此不適合於大的和高產量的生產エ藝。此外，當使用提離エ藝時，將金屬觸頭製造得與對ー些類型的光伏器件所期望的一祥厚可能不是可能的。因此，需要用於在光伏器件中形成金屬觸頭的增加效率和生產兼容的方法。發明概述本發明的實施方案涉及布置在光伏器件上的金屬觸頭，且涉及用於形成這樣的金屬觸頭的製造エ藝。在一個實施方案中，用於在光伏器件上的觸頭圖案化的方法包括提供包括前接觸層和在前接觸層下面的窗ロ層的半導體結構，其中窗ロ層還充當蝕刻停止層。至少ー個金屬層沉積在前接觸層上，且抗蝕劑塗敷在所述至少ー個金屬層的部分上。所述至少ー個金屬層和前接觸層被蝕穿以實現期望的金屬化。在另ー實施方案中，用於圖案化光伏器件上的ー個或多個金屬觸頭的方法包括提供半導體結構，半導體結構包括前接觸層和在前接觸層下面的窗ロ層，其中窗ロ層還充當蝕刻停止層。至少ー個金屬層使用濺射或蒸發エ藝沉積在前接觸層上，且抗蝕劑塗敷在金屬層的部分上。金屬層的未被抗蝕劑覆蓋的ー個或多個區域被電鍍以形成ー個或多個金屬觸頭。抗蝕劑被除去，且金屬層和前接觸層都在金屬層的未被所述ー個或多個金屬觸頭覆蓋的區域中被蝕刻。在另ー實施方案中，光伏器件包括至少ー個半導體層；窗ロ層，其沉積在所述至少ー個半導體層上，其中窗ロ層包括在蝕刻過程期間抵抗蝕刻劑的蝕刻停止材料；前接觸層，其沉積在窗ロ層上並被蝕刻在金屬化圖案中；以及至少ー個金屬觸頭，其沉積在前接觸層上。在金屬化圖案中蝕刻的金屬觸頭至少5 μ m厚。附圖簡述圖I是根據本文所述的ー個實施方案的半導體結構的橫截面視圖；圖2示出沉積有金屬層的圖I的半導體結構的橫截面視圖；圖3示出塗覆並圖案化了抗蝕劑的圖2的半導體結構的橫截面視圖；圖4示出蝕刻有金屬層和接觸層的圖3的半導體結構的橫截面視圖；圖5示出除去了抗蝕劑的圖4的半導體結構的橫截面視圖；圖6是說明根據本文公開的ー些實施方案的用於形成金屬觸頭的方法的流程圖；
圖7示出塗覆了抗蝕劑的根據本文描述的另一實施方案的半導體結構的橫截面視圖；圖8示出圖7的半導體結構的橫截面視圖，其中電鍍應用於該結構；圖9示出在除去了抗蝕劑之後的圖8的半導體結構的橫截面視圖；

圖10示出在蝕刻了金屬層和接觸層之後的圖9的半導體結構的橫截面視圖；圖11是說明根據本文公開的其它實施方案的用於形成金屬觸頭的方法的流程圖。詳細描述本發明的實施方案通常涉及光伏器件和エ藝，且更具體地涉及光伏電池、在光伏電池上形成的金屬觸頭、以及用於形成這樣的光伏電池和金屬觸頭的製造エ藝。下面的描述被提出以使本領域的普通技術人員能夠製造並使用本發明，並在專利申請及其要求的背景下被提供。對優選實施方案的各種修改以及本文所述的一般原理和特徵對本領域技術人員將是容易明顯的。因此，本發明並沒有被規定為限於所示的實施方案，而應符合與本文所述的原理和特徵一致的最寬範圍。本文所述的金屬觸頭形成的實施方案提供了金屬層和接觸層的蝕刻，同時在半導體結構中使用蝕刻停止層，其防止進ー步蝕刻到器件中。這允許在一個步驟中以ー個蝕刻化學性質圖案化前金屬層並蝕刻接觸層，其中蝕刻在需要的地方被停止。這樣的創新可允許與常規太陽能製造エ藝比較在形成光伏器件時更大的效率和靈活性。在半導體器件實施方案的描述中提到了摻雜濃度。在本文中，「摻雜濃度」指材料中的活性摻雜劑的濃度，即，多數載流子濃度。圖I示出光伏器件10的一部分的橫截面視圖，光伏器件10在所述實施方案中包括基於神化鎵(GaA)的半導體結構12。結構12可使用各種層和材料形成。例如，在ー些實施方案中，基於神化鎵的結構12可包括包含沉積在ρ型膜堆棧上的η摻雜神化鎵材料的η型膜堆棧，P型膜堆棧包含P摻雜神化鎵材料。η型膜堆棧和ρ型膜堆棧的每個獨立地包含多層變化成分的材料。η型膜堆棧可面對正面，而ρ型膜堆棧在結構的背面上。在其它實施方案中，P型膜堆棧可面對正面，而η型膜堆棧面對背面。在一個例子中，包含變化的成分的多層外延材料沉積在光伏器件10內。不同層的外延材料可生長或另外通過沉積エ藝例如化學氣相沉積(CVD)エ藝、金屬有機CVD(MOCVD)或分子束外延(MBE)エ藝形成。這些層可由III-V族材料製成，並且是外延地生長的層的薄膜。在一些實施方案中，形成器件10的エ藝包括在處理系統內將晶片加熱到大約550°C或更大(或其它範圍)的沉積溫度，使晶片暴露於包含化學前驅體例如用於神化鎵沉積エ藝的鎵前驅體氣體和胂的沉積氣體，以及將包含神化鎵的層沉積在晶片上。在圖I所示的例子中，可形成包括外延提離(ELO)エ藝或其它エ藝的使用的半導體結構12。一旦分離，圖I所示的結構12就可進ー步被處理，以形成各種光伏器件，包括光伏電池和模塊。其它實施方案可使用其它エ藝來形成圖I所示的結構12。在一些實施方案中，半導體結構12可包括相鄰的層，例如任選的半導體前接觸層20、磷化物前窗ロ層22、多個器件層23、金屬背接觸和反射層28、粘合層30和襯背32。例如，在一個實施方案中，η型膜堆棧可包括η型接觸層20、磷化物前窗ロ層22和相鄰於前窗ロ 22而形成的η型吸收層24。ρ型膜堆棧可包括ρ型發射層26以及相鄰於ρ型發射層26而形成的金屬接觸和反射層28。在其它實施方案中，η型和ρ型堆棧可以是分別ρ型和η型的。光學接觸層20可包含III-V族材料，例如神化鎵，取決於最終光伏単元的期望組 成。在一些實施方案中，接觸層20可以是重摻雜的，例如η摻雜的，並在ー些實施方案中可摻雜有摻雜物例如矽(Si)、硒(Se)或碲(Te)。例如，摻雜濃度可以在大於大約lX1018cm_3例如大於IXlO19cnT3的範圍內，例如從大於大約IXlO18cnT3到大約lX1019cm_3。一些實施方案提供具有神化鎵的摻雜濃度為5 X IO18或更大的接觸層。接觸層20可在大約IOnm或更大例如大約50nm的厚度處形成。在一些實施方案中，接觸層20可在使結構12與生長晶片分離的ELOエ藝之前形成，或在這樣的ELOエ藝之後的稍後階段形成。也稱為鈍化層的磷化物前窗ロ 22可相鄰於接觸層22而形成。在一些實施方案中，窗ロ 22由磷化鋁銦鎵(AlGaInP)、其合金、其衍生物或其組合製成。例如，一個實施方案可使用以Ala3GaaJIna48P的摩爾比的AlGaInP。一些實施方案可通常使用AlxGayIni_x_yP的摩爾比。在其它實施方案中，可使用不同的磷化物材料，例如磷化鋁銦(AlInP)、其合金、其衍生物或其組合。例如，一個實施方案可使用以Ala52Ina48P的摩爾比的AllnP。這些材料可提供高的帶隙鈍化。在本文描述的實施方案中，前窗ロ 22在製造結構的エ藝中用作蝕刻停止層，且在成品器件10的操作期間用作窗ロ層。這在下面更詳細地被描述。在一些實施方案中，前窗ロ層22的材料可被摻雜。例如,在窗ロ 22是η摻雜的一些實施方案中，摻雜濃度可以在大於大約I X IO18CnT3例如大於3X IO18CnT3的範圍內，例如從大於大約1父1018011_3到大約1\1019011_3。在其它實施方案中，前窗ロ層22的材料可以是非摻雜的。前窗ロ 22可被沉積為具有在從大約5nm到大約75nm的範圍內的厚度。例如，在使用Ala3Gaci 22Intl 48P的實施方案中，可沉積大約20_35nm的厚度，而在使用Ala52Ιηα48Ρ的實施方案中，可沉積大約15-30nm的厚度。可根據前窗ロ 22的摻雜、摩爾比和所期望的鈍化使用其它厚度。前窗ロ 22可以是透明的，以允許入射光的光子穿過基於神化鎵的結構12的正面上的前窗ロ 22到達其它下面的層。在一些實施方案中，前窗ロ層22可包含多個窗ロ層。例如,第一最外窗ロ層(例如，最接近於結構12的正面的窗ロ層)可包含如上所述的磷化物材料，而第二窗ロ層可相鄰於器件層23而沉積。在一些實施方案中，第二窗ロ層可包含與第一窗ロ層中的磷化物不同的成分的磷化物。例如，第一窗ロ層可包含Ala52Ina48P,而下面的第二窗ロ層可包含Al0 3Ga0 221 % 48P。在一些實施方案中,第二窗ロ層的較低招含量是有用的，因為對在形成結構12的前面ELOエ藝中的蝕刻更有抵抗力。
在一些實施方案中，第二窗ロ層可包含任何適當的材料，例如鋁鎵砷，並可以是摻雜的或非摻雜的。一些實施方案可提供三個或更多窗ロ層，和/或可提供具有連續地從ー種材料分級到另ー種的材料的窗ロ層。此外，最外窗ロ層可在抗反射塗層被塗敷(未示出)之前被粗糙化或紋理化。器件層23可相鄰於前窗ロ 22而形成。例如，器件層23可包括吸收層24和發射層26。一些實施方案可提供相鄰於(或較接近幹)前窗ロ 22的吸收層24以及在(或較遠離)前窗ロ 22下面的發射層26，而其它實施方案可提供相鄰於(或較接近幹)前窗ロ 22的發射層。在一些實施方案中，吸收層24可包含III-V族化合物半導體，例如神化鎵。ー些實施方案可提供單晶的吸收層24。吸收層24可例如具有一種類型的摻雜，例如η摻雜。在一些實施方案中，吸收層24的厚度可以在從大約300nm到大約3，500nm的範圍內，例如800nm或更小。吸收層可以在ー些實施方案中是η型的，而在其它實施方案中是ρ型的。

在一些實施方案中也稱為背窗ロ的發射層26可相鄰於吸收層24而形成。如果吸收層是η摻雜的，發射層26可例如是ρ摻雜的，反之亦然。發射層26可包含用於形成形成與吸收層24的p-n結的III-V族化合物半導體。發射層26可以是單晶的和/或可以是重摻雜的。發射層26的厚度可以在從大約IOOnm到大約500nm的範圍內。額外的層(未示出)可包括在器件層23中，例如在吸收層24和發射層26之間，或相鄰於層24和26的任ー個。例如，中間層可設置在層24和26之間。此外，半導體背接觸層27可設置在器件層23的底部並相鄰於層28。例如，這樣的半導體背接觸層可由非金屬III-V組化合物半導體例如神化鎵製成。例如，在一個例子中，半導體背接觸層27可通常是單晶的和P摻雜的，而對於一些實施方案，背接觸層27的摻雜濃度可以大於lX1018cm_3。在一個例子中，層27的接觸部分可具有在從大約IOnm到大約IOOnm的範圍內的厚度。任選地，金屬背接觸和反射層28可相鄰於器件層23而形成。在一些實施方案中，金屬背接觸材料包括反射器特徵。在一些實施方案中，粘合層30可相鄰於金屬背接觸和反射層28而形成。粘合層30提供對結構12的背接觸或反射層28的相鄰材料的良好粘附，並提供結構12的上層到放置成相鄰於粘合層30的襯背32的粘附。在其它實施方案中，可在上面討論的層中使用相反類型的摻雜，和/或可使用可提供所述P-n結的材料。此外，在其它實施方案中，這些層可按與上面描述的順序不同的順序沉積或形成。圖2示出在ー個或多個金屬層沉積在圖I的結構12上之後的光伏結構12。金屬層包含接觸材料，其為導電材料，例如金屬或金屬合金。優選地，包含在金屬層內的接觸材料在金屬沉積エ藝本身期間或在成品光伏電池的製造期間利用的隨後的エ藝步驟的任一個期間不擴散到半導體接觸層20之外(例如，之下)。通常，金屬層包含多層相同或不同的接觸材料。金屬接觸材料可具有與接觸層20的歐姆接觸，以允許器件10中的電流在正向和反向偏壓中隨著電壓線性地按比例調節。在一些實施方案中，金屬層可具有3 X IO-3 Ω -cm2或更小的特定接觸電阻。在一些實施方案中，半導體接觸層20是高度摻雜的，例如在大約5X IO18到大約IXlO19Cnr3的摻雜濃度。在其它實施方案中，可在接觸層20中提供較低的摻雜物濃度，且退火可用於提供在金屬層和接觸層20之間的歐姆接觸。在圖2的例子中，金屬層包括包含鎳(Ni)的粘合金屬層40和包含銅(Cu)的導電金屬層42。在一些實施方案中，鎳層40是使用諸如濺射或蒸發的技術沉積在接觸層20上的敷層。銅層42於是為再次使用諸如濺射或蒸發的技術沉積在鎳層40上的敷層。在ー個例子中，鎳層具有3到IOnm的厚度，而銅層具有70到IOOnm的厚度。在其它實施方案中可使用其它厚度。導電金屬層的厚度可基於正被製造的電池的尺寸而變化。例如，導電金屬層可形成到大約5μπι或更大的厚度(而沒有如下所述的電鍍)。在一些實施方案中，可使用銅和鎳的合金。在導電金屬層42包含具有小於期望粘附カ的材料的實施方案中，粘合金屬層可首先被沉積，以允許導電金屬層粘附到接觸層20。Ni-Cu金屬層40-42在一些實施方案中是有利的，因為它是廉價的，並提供與接觸層20中的η+砷化鎵的歐姆(隧穿)觸頭(如果接觸層20中的摻雜水平足夠高的話)。此夕卜，鎳和銅層比很多其它類型的金屬相對更容易使用溼蝕刻劑來蝕刻。例如，金屬層40-42可用作太陽能電池或其它光伏器件10的前柵格接觸。

對金屬層可以可選地或額外地使用其它金屬。例如，對於導電金屬層42可使用高導電金屬例如銀(Ag)或鋁(Al)來代替銅。其它適當的導電接觸材料可包括金(Au)、鉬(Pt)、其衍生物、其合金或其組合。其它金屬可代替鎳用於粘合層40，例如鈦(Ti)、鉻(Cr)、其衍生物、其合金或其組合。其它實施方案可包括三個或更多金屬層。在一些實施方案中，其它製造方法可用於沉積金屬層40和/或42。在η摻雜GaAs接觸層20的摻雜濃度足夠高例如是5 X IO18CnT3或更大的實施方案中，結構12於是不必被退火以形成在金屬層和半導體接觸層20之間的歐姆接觸；歐姆接觸將在沒有退火的情況下出現。在其它實施方案中，退火可在結構12上預先形成以形成在金屬層和接觸層之間的歐姆接觸，例如使用鈀(Pd)和鍺(Ge)(或Pd和Ge的合金)作為層40和/或42。在這樣的情況下，退火可在一些實施方案中在金屬觸頭中產生混合材料。這樣的材料可具有與組成材料不同的蝕刻特性，以便可能需要對因而形成的層的適當蝕刻劑(和蝕刻停止窗ロ 22的相應停止材料)。與在以前使用的提離エ藝中需要的金屬層的有限厚度比較，金屬層40和42在使用本文描述的蝕刻過程時可被製造得厚得多。例如，在金屬圖案化提離エ藝中，金屬層厚度被蝕刻劑(或犧牲層)厚度限制。蝕刻劑一般為大約2-4 μ m厚，這將金屬層限制到大約3ym厚。相反，使用所述實施方案的蝕刻過程，可能產生厚達5μπι或更大的金屬觸頭(且電鍍可用於產生甚至更厚的金屬觸頭，如下所述)。較厚的金屬層在很多實施方案中是合乎需要的，因為有更小的電阻，電流比在更薄的層中流動得更好。這減小了太陽能電池所產生的電流中的損失。此外，金屬接觸層越厚，觸頭就可被製造得越窄，而不改變金屬化的總電阻，這在很多應用中是合乎需要的。例如，在太陽能電池應用中，較薄的觸頭覆蓋太陽能電池的較小的表面積，因此引起來自入射光的較小的陰影以及電池的較高電流和性能。在其它實施方案中，可將金屬層40和42製得薄，且可使用另ー處理步驟在稍後的時間將金屬層製得更薄。例如，可使用電鍍，例如電鍍頂部金屬層42以產生更厚的金屬觸頭。下面關於圖7到10更詳細地描述了該實施方案。所述實施方案的蝕刻過程在這樣的實施方案中幫助提供蝕刻選擇性以例如幫助定義薄特徵，以及本文所述的其它優點。在一些可選的實施方案中，可在光伏結構12的背面上執行如本文所述的金屬接觸層蝕刻。
圖3示出在抗蝕劑44塗敷到頂表面並被圖案化之後的光伏結構12。結構12在一層或多層中塗有抗蝕劑層，例如光致抗蝕劑或幹抗蝕劑(例如，抗蝕劑層可包括一層或多層)。例如，在一些實施方案中，抗蝕劑可以是旋塗的S1818或其它光致抗蝕劑，或層狀幹膜抗蝕劑。如果必要，抗蝕劑44可以被軟烘焙，以從抗蝕劑驅走溶剤，提高抗蝕劑到下面的層的粘附，使從塗覆抗蝕劑產生的應カ退火，等等。在結構被塗有抗蝕劑之後，抗蝕劑層在幾何上被圖案化成期望的金屬化圖案。例如，在一些實施方案中，可使用光刻術例如通過暴露於輻射如UV輻射經由抗蝕劑掩模來圖案化抗蝕劑，抗蝕劑掩模限定抗蝕劑表面的將暴露於輻射並將被覆蓋的區域。暴露的抗蝕劑接著使用顯影劑例如Microposit MF -319被顯影或溶解在期望抗蝕劑圖案中。如果必要，例如如果使用非化學放大的抗蝕劑，則可以烘焙抗蝕劑，以使剰餘的光致抗蝕劑凝固。在抗蝕劑上使用的圖案實現光伏器件12的期望金屬接觸圖案。抗蝕劑留在金屬層40-42上需要金屬化的地方，即，在金屬觸頭被期望的位置上。圖4示出在金屬層和接觸層的化學蝕刻發生之後的光伏結構12。抗蝕劑44之間 的區域被蝕刻。在一些實施方案中，溼化學蝕刻劑用於除去金屬層40和42以及接觸層20的區域。例如，在金屬層40和42是分別鎳和銅的上述實施方案中，可使用蝕刻劑，其為硫酸(H2SO4).過氧化氫(H2O2)和水(H2O)混合物。例如，在一個實施方案中，蝕刻劑可以是按體積計大約I 8 100的比的H2SO4 H2O2 H2O,且蝕刻可以在大約一到ニ(1-2)分鐘的持續時間內。該蝕刻劑(或類似的蝕刻劑，包括H2SO4)侵襲和神化鎵層和鋁鎵砷層，但將被磷化物例如磷化停止蝕刻層22停止，因此下部器件層的任何相當大的進一步蝕刻被防止。這樣的蝕刻劑通常不用於蝕刻銅層，但在本文所述的實施方案中對蝕刻金屬層並允許磷化窗ロ層22的蝕刻停止能力是有用的。因此，足夠強的化學蝕刻劑可用於在另外的層的最小蝕刻的情況下蝕刻金屬層和接觸層。用於蝕穿金屬層40和42以及接觸層20的蝕刻過程不需要如在以前方法中的提離エ藝，從而允許更有效的エ藝。圖5示出在除去了抗蝕劑44之後的光伏結構12。例如，可以在異丙醇的衝洗和使用氮(N2)乾燥之後使用丙酮來除去抗蝕劑。在一些實施方案中，可使用氫氧化鈉或使用氫氧化鉀或另ー鹼基來除去抗蝕劑44。在除去抗蝕劑之後，可接著如正常一樣構造光伏器件12的其餘部分。本文所述的實施方案提供了將用作太陽能電池的蝕刻停止層和鈍化/窗ロ層的一層半導體材料。這允許使用溼化學蝕刻過程並在非常少的蝕刻出現在接觸層下面的窗ロ層中的情況下蝕刻前金屬層和下面的接觸層，並可在使用提離エ藝來圖案化金屬觸頭時在執行單獨的金屬圖案化步驟的單個步驟中被執行，與以前的多步驟處理不同。如本文所述的，金屬觸頭的蝕刻允許金屬觸頭的高度精確的尺寸形成，且具有比提離エ藝所允許的更大的厚度(和更小的寬度)。圖6是說明如根據本文公開的實施方案所述的用於蝕刻金屬觸頭的方法100。該方法在102開始，且在步驟104中，提供了光伏結構12，其包括一直到頂部半導體接觸層的半導體層，如上面參考圖I所述的。在步驟106中，ー個或多個金屬層(例如，層40和42)沉積在接觸層上，如上面參考圖2所述的。在步驟108中，結構12被塗有抗蝕劑層，且抗蝕劑層被圖案化以為金屬層提供期望的蝕刻圖案，如上面參考圖3所述的。
在步驟110中，執行蝕刻過程以在單個步驟中蝕穿金屬層並蝕穿接觸層，如上面參考圖4所述的。蝕刻劑被蝕刻停止層22停止，蝕刻停止層22在一些實施方案中包括磷化物材料。在步驟112中，除去剩餘的蝕刻劑，且在步驟114中，器件構造エ藝的其餘步驟如正常一祥繼續以在光伏器件中製造半導體結構12。例如，隨後的隔離蝕刻步驟可能需要限定電池區域，且其它層例如抗反射塗層可沉積在金屬接觸層和暴露的窗ロ層部分上。該過程在116結束。圖7-10示出包括半導體結構150的光伏器件10的另ー實施方案，其中結構150包括在金屬觸頭上的額外金屬鍍層以増加觸頭的高度。圖7示出類似於上面關於圖2所述的結構12的結構150，其中導電金屬層42沉積在粘合金屬層40上，粘合金屬層40沉積在包括任選的半導體接觸層20、磷化物前窗ロ層22、器件層23、任選的半導體接觸層27、金屬背接觸和反射層28、粘合層30和襯背32的層上。可以使用與上面對圖2中的結構12描述的類似的エ藝來製造結構50。

結構150包括抗蝕劑152，其沉積在導電金屬層42上。抗蝕劑52可以是首先沉積在ー層中並任選地被軟烘焙的光致抗蝕劑或幹抗蝕劑，類似於上面關於圖3所述的抗蝕劑44。在一些實施方案中，抗蝕劑152可沉積在多層不同的抗蝕劑材料中。抗蝕劑152接著基於期望的金屬接觸幾何結構在幾何上被圖案化。然而，與圖3的實施方案不同，抗蝕劑152被圖案化為期望金屬接觸幾何結構的反面，使得抗蝕劑留在金屬層42上沒有金屬觸頭的位置上。例如，在一些實施方案中，可使用光刻木通過抗蝕劑掩模來圖案化抗蝕劑，其中暴露的抗蝕劑接著使用顯影劑被顯影或溶解在期望的抗蝕劑圖案中。如果必要，可烘焙抗蝕劑152以使剩餘的抗蝕劑凝固。圖8示出在電鍍應用於具有如圖7所示的抗蝕劑152的結構之後的結構150。金屬觸頭154使用電鍍エ藝沉積在金屬層32的被暴露區域上。例如，結構(或其一部分)可浸沒在溶液中，且電流被施加來使金屬離子偏置以從陽極(未示出)移動到陰扱，陰極是導電金屬層42的被暴露部分，因而塗覆那些被暴露部分並進一歩在電鍍的部分上構造以提供較大的厚度(電鍍的觸頭154也可由於電鍍而具有在抗蝕劑152的水平之上的較大厚度，但這與觸頭寬度尺寸比較通常不是明顯的)。觸頭154可具有比金屬層42大得多的厚度；例如，在一些實施方案中，金屬觸頭154可沉積到大約5μπι或更大的厚度，例如大約10至Ij 12 μ m0電鍍的金屬觸頭154可包含導電層42包含的相同的導電金屬。例如，在導電層42包含銅的實施方案中，電鍍的觸頭154也可包含銅。可選地，觸頭154可包含與層42和/或40不同的導電金屬。在一些實施方案中，多層不同的導電金屬可被電鍍在層42上。觸頭154的期望特徵類似於如上所述的導電金屬42的特徵。使用電鍍エ藝允許半導體結構150的金屬觸頭比僅使用金屬層沉積和蝕刻的上述實施方案中的厚得多。較厚的金屬觸頭允許觸頭被製得更窄而不增加電阻，這在太陽能電池應用中對增加效率和性能是有利的。圖9示出在使用各種抗蝕劑去除技術的任ー種除去了抗蝕劑152之後的結構150。例如，可以在異丙醇的衝洗和使用氮(N2)乾燥之後使用丙酮來除去抗蝕劑152。在ー些實施方案中，可使用氫氧化鈉或使用氫氧化鉀或另一鹼基來除去抗蝕劑44。圖10示出在金屬層和接觸層的化學蝕刻發生之後的結構150。在抗蝕劑觸頭154之間的區域被向下蝕刻到磷化物窗ロ層22。該蝕刻類似於上面關於圖4和結構12描述的蝕刻。例如，在一些實施方案中，溼化學蝕刻劑可用於除去金屬層40和42以及接觸層20的區域。例如，在例如，在金屬層40和42是分別鎳和銅的上述實施方案中，可使用蝕刻劑，其為硫酸(H2SO4)、過氧化氫(H2O2)和水(H2O)混合物。例如，在一個實施方案中，蝕刻劑可以是按容積以大約I : 8 100的比的H2SO4 H2O2 H2O,且蝕刻可以在大約一到ニ(1-2)分鐘的持續時間內，或可使用其它化學製品、化學比和蝕刻時間。在一些實施方案中，蝕刻劑可在小的程度上蝕刻電鍍的金屬觸頭154，其通常對器件的操作不是重要的。在其它實施方案中，抗蝕劑或保護金屬例如金或錫(Sn)可塗敷到電鍍的金屬觸頭154，使得蝕刻劑將不侵襲觸頭154。因而產生的金屬觸頭包括金屬層40和42以及電鍍的金屬觸頭154的部分。這提供比使用現有技術可能的厚得多例如10-12 μ m厚的金屬觸頭。圖11是說明如本文公開的金屬觸頭圖案化的另ー實施方案的方法200的流程圖。該方法在202開始，且在步驟204中，提供了結構12，其包括一直到頂部半導體接觸層的半導體層，如上面參考圖I和7所述的。在步驟206中，ー個或多個金屬層(例如，層40和 42)沉積在接觸層上，如上面參考圖2所述的。在步驟208中，結構12被塗有抗蝕劑152，且抗蝕劑被圖案化用於電鍍金屬觸頭，如上面參考圖7所述的。在步驟210中，在抗蝕劑152外部的頂部金屬層42的被暴露區域被電鍍以提供較大厚度的金屬觸頭，如上面關於圖8所述的。在步驟212中，如上面參考圖9所述的除去抗蝕劑152。在步驟214中，執行蝕刻過程以在單個步驟中蝕穿金屬層40和42並蝕穿接觸層20，如上面參考圖10所述的。在步驟216中，器件構造エ藝的其餘步驟如正常一祥繼續以在光伏器件中製造半導體結構12。例如，隨後的隔離蝕刻步驟可能需要限定電池區域，且其它層例如抗反射塗層可沉積在金屬接觸層和暴露的窗ロ層部分上。該過程在218結束。雖然根據所示實施方案描述了本發明，本領域的普通技術人員將容易認識到，可能有對實施方案的變更，旦那些變更將在本發明的精神和範圍內。因此，本領域的普通技術人員可進行很多修改，而不偏離所附權利要求的精神和範圍。
權利要求
1.一種用於在光伏器件上的接觸圖案化的方法，所述方法包括 提供半導體結構，所述半導體結構包括前接觸層和在所述前接觸層下面的窗ロ層，其中所述窗ロ層還充當蝕刻停止層； 將至少ー個金屬層沉積在所述前接觸層上； 將抗蝕劑塗敷在所述至少ー個金屬層的部分上；以及 蝕穿所述至少ー個金屬層和所述前接觸層以實現期望的金屬化。
2.如權利要求I所述的方法，其中所述至少ー個金屬層包括鎳和銅。
3.如權利要求I所述的方法，其中所述至少ー個金屬層包括沉積在所述前接觸層上的鎳層和沉積在所述鎳層上的銅層。
4.如權利要求I所述的方法，其中所述窗ロ層包括磷化物。
5.如權利要求4所述的方法，其中所述磷化物包括AlGaInP和AlInP的至少ー個。
6.如權利要求I所述的方法，其中沉積包括將接觸金屬化沉積在所述前接觸層上的敷層。
7.如權利要求I所述的方法，其中提供抗蝕劑包括通過將抗蝕劑留在期望金屬化的位置上來光刻地圖案化所述至少ー個金屬層。
8.如權利要求I所述的方法，其中所述前接觸層是重摻雜的砷化鎵(GaAs)接觸層。
9.如權利要求I所述的方法，其中所述蝕穿所述至少ー個金屬層和所述前接觸層包括使用溼蝕刻劑。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述溼蝕刻劑包括硫酸(H2SO4)。
11.如權利要求I所述的方法，還包括 電鍍尚未覆蓋有所述抗蝕劑的所述至少ー個金屬層的至少ー個區域，以形成一個或多個金屬觸頭；以及 在所述蝕刻之前除去所述抗蝕劑， 其中蝕穿所述至少ー個金屬層和所述前接觸層在尚未覆蓋有所述ー個或多個金屬觸頭的所述至少ー個金屬層的區域中執行。
12.如權利要求11所述的方法，其中所述金屬觸頭包括銅。
13.如權利要求12所述的方法，其中所述ー個或多個金屬觸頭至少5μ m厚。
14.一種光伏器件，包括 至少ー個半導體層； 窗ロ層，其沉積在所述至少ー個半導體層上，其中所述窗ロ層包括在蝕刻過程期間抵抗蝕刻劑的蝕刻停止材料； 前接觸層，其沉積在所述窗ロ層上並蝕刻在金屬化圖案中；以及至少ー個金屬觸頭，其沉積在所述前接觸層上，其中所述至少ー個金屬觸頭蝕刻在所述金屬化圖案中且至少5 μ m厚。
15.如權利要求14所述的光伏器件，其中所述至少ー個金屬層包括鎳和銅，且其中在所述窗ロ層中的所述蝕刻停止材料包括磷化物。
全文摘要
本發明的實施方案通常涉及光伏器件，且更具體地，涉及布置在光伏器件上的金屬觸頭以及用於形成這樣的金屬觸頭的製造工藝。在一個方面，用於在光伏器件上的觸頭圖案化的方法包括提供包括前接觸層和在所述前接觸層下面的窗口層的半導體結構，其中所述窗口層還充當蝕刻停止層。至少一個金屬層沉積在所述前接觸層上，且抗蝕劑塗敷在所述至少一個金屬層的部分上。所述至少一個金屬層和所述前接觸層被蝕穿以實現期望的金屬化。
文檔編號H01L31/18GK102683480SQ20121002795
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月9日 優先權日2011年2月9日
發明者B·M·卡耶斯, H·聶, I·C·凱茲亞力 申請人:埃爾塔設備公司