用於在半導體器件上製造功能層的方法和裝置的製作方法

2023-05-24 05:07:21 1

專利名稱：用於在半導體器件上製造功能層的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種通過把流體敷設到半導體器件表面的至少一個區域上而在該至 少一個區域上製造至少一個功能層的方法，所述半導體器件尤其是太陽能電池。另外，本發 明還涉及一種在半導體器件的至少一個區域上製造至少一個功能層的裝置。本發明尤其涉及一種通過把流體沉積到半導體器件表面的至少一個區域上而在 該至少一個區域上製造至少一個功能層的方法，所述半導體器件尤其是太陽能電池，其中 所述功能層具有層厚Cl1,為構造厚度為Cl1的該功能層所需要的流體具有層厚d2。
背景技術：
當在半導體器件製作的領域內製造功能層時，襯底中的摻雜層從氣相或從包含有 所選濃度的合適摻雜物質的被沉積的塗層中進行沉積。對於這種塗層例如可以採用摻雜介 質或摻雜物質或摻雜膏。在隨後高溫下的溫度處理之後再去除剩餘物。這些方法中的主要判據可以是，通過相應塗層材料中的均勻度、分布和濃度來調 定摻雜物質，所述塗層材料可以是膏或流體。在從氣相摻雜時，活性氣體的濃度以及流動狀 況決定要被施加塗層的襯底的表面近層內的均勻分布。在上述方法中，目的都是為了獲得均勻的塗層。當希望結構化的塗層時，譬如使用 印刷或剝皮工藝，其適用於製造平面的局部結構。對於所有的方法共同的是，有源層的厚度只能用高的費用得到良好地控制。這尤 其適用於優選在氣相工藝中被沉積的薄層。相反，浸泡和噴塗工藝提供具有低均勻度的較厚層。在W02006/131251中描述了摻雜半導體器件的各種方法。為此把摻雜源敷設到要 被摻雜的半導體器件上。可以使用CVD方法、絲網印刷方法、噴塗敷設或具有摻雜表面活性 劑的水溶液的沉積來製造功能層。US-A-5527389公開了一種用於在半導體襯底中構造pn結的方法。為此，首先通過 超聲噴頭把摻雜流體敷設到襯底上，接著使流體乾燥，然後進行溫度處理以便摻雜半導體 器件。為了從襯底去除腐蝕液或洗液，根據US-B-6334902將該襯底置為旋轉運動並同 時加溫。通過旋轉使襯底經受不利的強烈的機械負荷。根據US-A-4490192通過噴塗或離心工藝將一種摻雜懸浮液敷設到半導體上。後 者導致不理想的機械負荷並僅允許微小的物料通過量。

發明內容
本發明基於的任務是，如此地改進開頭所述的方法和裝置，使得能可再現地製造 理想的又薄又均勻厚度的功能層，而無需給襯底施加不理想的機械負荷。同時允許高的物 料通過量。為解決該任務，在方法方面主要建議應用如下方法步驟「在表面的至少一個區域過剩地敷設流體，以及 「從至少一個區域上的表面無接觸地剝離過剩流體。尤其規定，過剩地以層厚d3 (d3>d2)在所述表面的至少一個區域上敷設流體，並且 接著在平移運動的或靜止布置的半導體器件的情況下，在一個範圍內從表面無接觸地去除 過剩的流體，使得流體層具有厚度d2或約具有厚度d2。因此，本發明涉及一種在平移運動的或靜止布置的半導體器件的表面的至少一個 區域上製造至少一個功能層的方法，其中所述功能層具有層厚Cl1,為構造層厚為Cl1的該功 能層所需要的流體具有層厚d2，過剩地敷設的流體具有層厚d3 (d3>d2)，並且接著在一個範 圍內從表面無接觸地去除過剩流體，使得流體層具有厚度d2或約具有厚度d2。根據本發明構造功能層，無需將襯底置為旋轉運動並由此使之遭受不理想的離心 力。同時，可以允許高的物料通過量，因為襯底在構造層厚d2期間要麼是平移運動的，要麼 是靜止布置的。這裡尤其規定，藉助於至少一個氣流並同時在該至少一個氣流與半導體器件之間 形成相對運動而通過施加流體來無接觸地剝離過剩的流體，其中該氣流相對於從所述表面 所張開的平面的夾角應為β，其中1°彡β彡90°。這裡，過剩流體意味著，在表面上或在需要配備該功能層的一個或多個區域上構 成具有以下厚度的流體層，該厚度大於要製造的功能層的厚度，也即在可能的溫度處理之 前的厚度。根據本發明規定一種多級的方法，其中在第一方法步驟中例如通過噴塗、霧化、浸 泡或其他方法在半導體器件表面上產生一種流體，例如流體膜或流體層。這裡，原則上給需 要製作功能層的所有表面都配備過剩流體。但是也可以給表面的單個區域配備過剩流體。 這可以通過以下方式實現不需要用流體覆蓋的層被配備了疏水特性。半導體器件可以具有任意的形狀，但優選為片狀的幾何形狀。與此無關地，要配 備至少一個功能層的表面可以是平滑的、粗糙的、或被結構化的，被化學預處理的，或是在 與材料相對應的基態時被親水性或疏水性地預處理過的，或以其它方式和方法被預處理過 的。流體針對要製造的層的功能被設計，且可以具有不同的粘度，含有溶劑或無溶劑， 包含不同化學組分的混合物和不同混合比例的化合物。如果要在表面區域製造一個疏水功能層，那麼流體包含至少一種合適的物質，該 物質能實現流體對該區域進行所需要的浸潤。由此，至少一個氣流被調定為以β ^90° 的角度β傾斜於所述表面所張開的平面。給半導體器件塗敷流體優選地單面進行，但也可以涉及相對的面，其中尤其依次 地構造功能層。流體在一個方法步驟中被過剩地沉積到表面上，其中優選地將所述半導體器件浸 入流體中，或用衝刷方式(schwallartig)形成塗層。同樣可以考慮進行強烈的噴塗。為了 調定所需要的浸潤特性(在不限制本發明的情況下)，尤其規定作用時間為1秒-30分鐘，優 選0. 1-1分鐘。如果不需要浸潤整個表面，而僅僅是按區域用流體浸潤該表面，那麼可以按上述 方式在所需要的區域上進行相應地預處理，以便在表面上相應地調定浸潤特性。於是可以實行局部地調定譬如疏水或親水區域，這些區域根據所需要的結構分布在表面上。在過剩地沉積流體時，可以在某些情況下去除表面上有時存在的氧化物層，但也 可以有目的地沉積該氧化物層。尤其在過剩地敷設流體時，構造厚度為1000 μ m -100 μ m、尤其250 μ m -100 μ m範 圍的層。相應的層的均勻度應小於士 10%，優選為5-10%。在過剩地沉積流體之後，也即構造較厚的流體膜之後，在第二方法步驟中無接觸 地將過剩的流體去除。在無接觸地去除時，可以作為預備步驟將半導體器件傾斜，以便將 過剩流體的至少一部分排放出。但尤其規定，通過有目的地影響氣流來去除過剩的流體。 這裡，至少一個氣流從半導體器件表面的至少一個區域剝離流體，直到剩餘的層厚(12為 0. 1 μ m< d2 彡 5μ ，尤其 0. 5μ < d2 彡 1. 95 μ m，均勻度為 士 10%，尤其為 士 3%。這裡，氣流相對於半導體器件表面所張開的平面具有一個方向，該方向相對於該 平面的夾角β為1°彡β彡90°。為了排除在去除流體時該流體的回流，在本發明的改進方案中規定，在表 面的在相對運動方向上的後端(流體在該後端流出)，半導體器件具有一個剝除邊緣 (Abrisskante)0由此阻止了或大大地減小了流走的流體膜的返回。這裡，剝除邊緣可以在 穿過腐蝕槽時產生。但剝除邊緣並不是必需的，因為流體可以在所有的方向上「噴走」。氣流需要以速度l-25m/s投射到至少一個區域上。橫切於氣流與半導體器件之間 的相對運動，半導體器件每cm的氣體體積通過量應為0. 25-3. ONmVh的範圍。氣流與半導 體器件之間的相對速度應為0. 3-3. Om/s。尤其規定，半導體器件多次依次地經受一個氣流以便連續地去除流體。如果在過 剩地沉積流體層之後該流體層具有一個厚度，使得在施加氣流時形成一種在最終調定所需 要的層厚時需要避免的波，那麼這將是非常有利的，因為否則不能確保所需要的均勻度。換 句話說，首先要把層厚調定到所謂的初始層厚，在該層厚時基本阻止波的形成。於是在構 造範圍為21-99 μ m的初始層厚之後，通過吹除過剩的流體直到厚度為0. 1-5. 0 μ m、尤其 0. 9-1. 9 μ m來減小層厚，以便製造流體功能層。在本發明的改進中規定，所述半導體器件多次參照基本運行方向以相互不同的角 度相對於所述至少一個氣流運動。由此得到構造條形和有時交叉的功能層的可能性，它們 可以執行鈍化層或掩模層的功能。但是，即便在半導體襯底的基本運行方向不變的情況下，也可以通過如下方式來 在該半導體襯底上構造條形的功能層，即給具有過剩流體的層施加氣流，該氣流具有相互 不同的流動速度或體積通過量，結果是進行流體的不同的按量的剝離。在半導體器件因為無接觸地剝離過剩流體而具有規定厚度的流體層之後，接著可 以進行溫度處理。於是可以首先將較易揮發的成分蒸發以便如此使剩餘物在熔爐氣氛中進 行反應。尤其可以形成與流體的剩餘成分進行反應的氧化物層。尤其要提及，在包含矽的 半導體器件上形成玻璃層，其組分通過本發明方法可以非常準確地調定。如果相應地選擇 熔爐氣氛(N2或含C的氣氛，例如甲烷，CO2),那麼除了氧化外還可以進行氮化或碳化。這 裡，所需要的反應時間根據所參與的物質的化學特性和半導體器件表面形態來決定。
因此可以根據本發明給具有平滑或網紋表面的半導體器件配備功能層。但也可以在一個溫度處理步驟中，有目的地將存在於原流體中的或通過與半導體 器件的材料反應而產生的成分擴散到該半導體器件中。於是可以把譬如磷、碳、硼或類似元 素擴散到如矽、鍺、IIV/V化合物、II/VI化合物的半導體材料中。如果想在矽襯底中構造例如η導通的層，則作為流體可以敷設含水的磷酸層。相 反，如果想要P導通的層，則譬如使用含水的硼酸層。與此無關地，所需厚度的功能層在溫度處理步驟中被轉變到一種狀態，該狀態使 得在原子平面上的極限面積中與被敷有塗層的襯底的體積進行有效地相互作用。這尤其應 被理解為塗層中的原子成分擴散到襯底的近表面區域中，其導致材料的化學和物理特性的 變化。這涉及機械特性、例如硬度，但也涉及電特性、例如導電性。一種在半導體器件的至少一個區域上製造至少一個功能層的裝置，其特徵在於， 所述裝置包括一種流體沉積裝置以及一種氣流輸出裝置，所述氣流輸出裝置相對於半導體 器件是可調節的並具有一個或多個出氣口，通過該出氣口到所述半導體器表面所張開的平 面，所述半導體器件能以β <90°的角度β被施加氣體。所述氣流輸出裝置也可以 圍繞從所述平面出發的法線以角度Y旋轉，其中Y <90°。這裡，所述出氣口如此 地對準所述半導體器件，使得所述半導體器件能在平行於相對運動方向的導軌上被施加氣 體。根據本發明的尤其突出的結構，氣體也可以在所述導軌上具有相互不同的投射速度和 /或氣體體積通過量。所述流體沉積裝置可以包括浸泡池、噴塗裝置或衝刷裝置。另外，本發明規定，在所述氣流輸出裝置的後面布置溫度處理裝置。根據本發明，在出現過剩流體的第一方法步驟中沉積流體層的可能實施方案可例 如通過浸泡、霧化、噴塗或其他合適方法來進行。這裡，按體積沉積大量的流體，而無須控制層厚。在相應的溼處理中，可以如此來調定流體層與半導體器件表面的反應、也即一種 化學反應，使得該反應在器件製作完畢之後能有利地作用於器件的功能。通過相應的活性 化學劑，以合適的方式調定流體與襯底表面之間的浸潤比例、浸潤角。為此可以使用相應的 酸、鹼、還原劑、氧化劑和表面活性物質。尤其規定，半導體器件在上述的溼方法步驟中通過滾柱導軌被引導到浸泡池中， 並以連續的運動被引導穿過該浸泡池。停留時間應位於1秒至30分鐘之間。浸泡池包括 要被沉積的流體和必要時的其它活性化學劑。作為具有合適調定的粘度的要沉積的流體， 優選地採用一種在低溫或中等溫度時、也即在100°C-800°C的範圍內揮發的純態物質或溶 解在溶劑中，例如H3PO4, H3BO3,胺類或類似物。該流體中的活性添加成分譬如是酸(HF，HCl， H2SO4),鹼(NH4OH, HR4OffiR=烷基，芳基)NaOH，Κ0Η，Na2CO3, K2CO3,緩衝物質(NH4F, (NH4)3PO4), 氧化劑(HNO3, H2O2),還原劑(N2H4，NH2OH),等等。尤其規定，採用具有以下組中的至少一種成分的流體作為所述流體=H3PO4, H3B O3, NH4F, H2O2，HF, NH4OH (胺，矽氮烷)，Na2CO3, K2CO3，其中至少一種成分的濃度位於2m (質 量)%-100m%之間。優選地本發明規定，使用H3PO4或H3BO3的5m%_30m%水溶液作為流體。 也可以譬如使用H3PO4或H3BO3的2m%-5m%在酒精中的溶液作為流體，所述酒精譬如為甲醇、
乙醇和/或異丙醇。
與此無關地，可以使用具有均相和/或異相的流體，例如溶液、乳濁液或懸浮液。在離開浸泡池之後，通過傾斜半導體器件，結果相對於要製造的功能層具有過剩 的流體的較厚流體層被減小。但這不是必需的特徵。


本發明的其他細節、優點和特點不僅從權利要求和取自權利要求的特徵(本身和/ 或結合)得到，而且還從下面對取自附圖的優選實施例的說明中得到。圖1示出了用於製造功能層的裝置的原理圖， 圖2示出了用於從襯底去除流體的裝置的透視圖， 圖3示出了圖2所示裝置的側視圖，
圖4示出了用於從襯底結構化地剝離流體的裝置的俯視圖， 圖5示出了與圖4相應的裝置的正視圖， 圖6a-6d按照方法步驟示出了要配備功能層的襯底的圖示， 圖7示出了在不同厚度的層之間的過渡區域， 圖8示出了依賴於剝除邊緣的流體層的曲線，以及 圖9示出了本發明方法的流程圖。
具體實施例方式藉助於下面的附圖來闡述用於在半導體襯底上製造一個或多個功能層的本發明 教導。這裡，應該製造具有優選為0. 1-0. 5μπι範圍之間的均勻層厚的功能層。應該以高度 的可再現性來製造這些層，並具有能實現大批量生產的物料通過量。如果根據實施例也考慮熱處理，那麼這裡也涉及非必要的特徵，同時這是優選的。另外，下面藉助於半導體器件或其襯底來講述本發明，其尤其是被規定用於太陽 能電池的，而不應由此限制本發明的教導。關於要被敷設到襯底上的流體層，要指出的是，可以調定所需要的粘度，也即粘稠 的流體也應歸類到流體中。根據本發明在襯底上首先過剩地敷設一個流體層。這裡過剩意味著，該層具有一 個厚度，其大於所需要的功能層厚度所要求的厚度。為了過剩地敷設相應的流體層，根據圖1將襯底10引導通過浸泡池12。為此可 以使用滾柱導軌或相同作用的傳送介質。浸泡池12包含要沉積的流體8以及必要時還 有其他具有反應能力的化學劑。作為流體，優選地採用一種在低溫至中等溫度時、也即優 選在100°C-800°C的範圍內揮發的純態物質或溶解在溶劑中，例如H3PO4, H3BO3，胺類或類 似物。該流體中的活性添加成分譬如是酸(HF，HI, H2SO4),鹼(NH4OH, HR4OH (R=烷基，芳 基)NaOH，KOH, Na4CO3, K2CO3,緩衝物質(NH4F, (NH4) 3P04)，氧化劑(HNO3, H2O2)，還原劑(N2H4, NH2OH)，等等。在浸泡池12內的停留時間優選地位於0. 1-1分鐘的範圍。只要襯底10的整個表面要被過剩地配備流體層，而表面表現為疏水特性，那麼就 給該流體添加表面活性劑。只要對襯底10的處理不在整個表面上進行，那麼可以在需要的地方進行相應的
10預處理，以便調定浸潤性能。這意味著局部地調定按照所需要的結構被分布在襯底表面上 的譬如疏水或親水特性。在傳送通過流體8期間，必要時可以去除可能在襯底10上存在的氧化物層，或者 按照流體的組分如何，也即該流體中包含哪些物質，來有目的地沉積該氧化物層。但在這方 面可以參考長久以來公知的技術。在離開浸泡池12期間或之後，優選地翻轉襯底10，以便讓流體按規定流出。為了 避免流體因為存在的親和力而流回，襯底10應該在流體流出的邊緣被構造為剝除邊緣，這 將藉助於圖8進行闡述。但剝除邊緣並不是必要的特徵。於是，為了減小位於襯底10上的層厚，襯底10被引導通過一個氣流下方，這可以 通過圖2和3原則性地看出。相應的氣流輸入裝置在圖1中用附圖標記14、16表示。這裡 無需將襯底10依次經受多個氣流。具體說，必要時單個的氣流輸入裝置就夠了。另外，在襯底10的傳送路徑的側面和下方具有一個抽氣裝置18，以便將投射到並 導過該襯底10的或流過襯底10的氣體吸出。在襯底10的傳送路徑的下方另外還設置一 個流體接收槽20，以便收集被去除的流體和通過線路22再次輸入到浸泡池12。如從圖2和3所看到的，至少在襯底10的上方有一種氣體輸入裝置14、16，其可以 具有一個細長噴嘴24，用於針對目標地把氣體投射到襯底10上。替代細長噴嘴24，也可以 以習慣方式採用孔形噴嘴，其排成一行或相互錯開排列。這些孔形噴嘴可以具有相同或不 同的外徑。襯底10根據圖6a可以在浸泡過程之後具有較大的層厚，它可以導致通過出現的 空氣流(箭頭26)形成流體波28，該流體波導致在前面的區域中的層厚小於後面區域的層 厚。這種情形通過圖6a中的點線30被原理性地示出。為了最小化這種效應，如此地進行 兩級或多級處理，使得調定一個薄膜，它在需要配備功能層的襯底10的整個區域上具有相 同的厚度，如圖6b和6c所示。不理想的波28可以通過以下方式來減小或避免給襯底10配備一個剝除邊緣 52，這將藉助於圖8純原理性被示出。相應的剝除邊緣52原本是襯底10的被斷裂的端部 邊緣50。換句話說，剝除邊緣52表現為基本上連續彎曲的曲線。這例如可以通過腐蝕來實 現。如果襯底10具有相應的剝除邊緣52，那麼就避免了如虛線所示的流體波28。如果存在厚於100 μ m的層厚，那麼可以得到圖6a所示的波30，結果是，首先必須 在第一步如此地減小層厚，使得剩餘薄膜厚度通過表面應力再次放鬆到均勻的層厚(起始 層厚)。這在圖6a中通過虛線32得到。為了實現這方面的層厚輪廓，在圖2和3的實施例 中通過細長噴嘴24輸出的空氣流相對於襯底10被如下地調定
-離襯底表面的間距(h)為10-50mm，優選20_30mm， -氣體速度(ν)為l-15m/s，優選5-lOm/s，
-在波動寬度最大為+/-10%、優選小於+/-5%的應用的寬度上的氣體速度均勻性， -每cm襯底寬度的體積流為0. 25-2. 0Nm3/h，優選0. 5-1. 5Nm3/h, -流動的攻角(β )為45°-70°，優選45°-60°， -襯底的進刀速度為0. 3-3. Om/s，優選0. 7-1. 5m/s, -溫度為20-30°C，優選20-25°C，均勻度為+/-1_2°C。在通過考慮預先給定的參數從襯底10去除流體之後，產生一個層34，其厚度位於21ym_100ym、iftit 30 μ m_50 μ m 白勺於是，為了接下來將層34的減小調定到0. 1_5μπι範圍、優選0.5_1.9μπι範圍的 剩餘薄膜厚度，優選選擇以下參數
-離襯底表面的間距(h)為l-20mm，優選5_10mm， -氣體速度(ν)為5-25m/s，優選10-18m/s，
-在波動最大為+/_10%、優選小於+/-5%的應用的寬度上的氣體速度均勻性(這通過氣 流能無障礙地傳播來實現)，
-每cm襯底寬度的體積流為0. 5-3. ONmVh,優選1. 5-2. 0Nm3/h, -流動的攻角(β )為70°-90°，優選80°-90°， -襯底的進刀速度為0. 3-3. Om/s，優選0. 7-1. 5m/s。在各個方法步驟中所構成的層的檢驗，可以通過權重敷設(Gewichtsauftrag)或 其測量或通過諸如橢圓光度法的光學方法來確定。層均勻性自身可以根據相應的吹除步驟 來用光學方法估測。如圖2所示，也可以在襯底10的下方設置一個空氣流輸入裝置38，如同其被構造 在襯底上方一樣。圖4和5表明，襯底10並不一定整個表面都必須施加統一的空氣流。具體說，可 以局部地結構化一個或多個功能層。於是存在可能性在不應進行層厚減小的所需要的區 域消隱從空氣流輸入裝置14、16輸出的空氣流。為此可以遮蔽空氣流。於是可以在空氣流輸入裝置14、16和襯底10之間設置一 個擋板40或類似的元件。也可以使用空氣流輸入裝置，其具有到襯底10的橫向延伸，該橫 向延伸使得僅僅覆蓋一個所需要的條形區域。從圖得出，藉助於相應的裝置在襯底10的被遮住空氣流的區域可以產生一個較 厚的層42，以及在空氣流作用的區域可以產生一個薄層44。為了使厚層42不在襯底10的整個表面上延伸，整個層厚應該在襯底10穿過被部 分地遮蔽的氣流之前(圖4、圖5)具有15 μ m+/"5 μ m的層厚，以便在對層44減小層厚時避 免經歷較厚的層42。儘管如此，在層42、44之間將產生一個過渡區46，如圖7原理性地所示。為了實現預先變薄到層厚15 μ m+/-5 μ m，應該遵守以下參數 -離襯底表面的間距(h)為5-20mm，優選10_15mm，
-氣體速度(ν)為5-15m/s，優選10-15m/s,
-在波動寬度最大為+/-10%、優選小於+/-5%的應用的寬度上的氣體速度均勻性， -每cm襯底寬度的體積流為0. 5-2. ONmVh,優選1. 0-1. 5Nm3/h, -流動的攻角(β )為45°-90°，優選70°-80°， -襯底的進刀速度為0. 3-3. Om/s，優選0. 7-1. 5m/s, -溫度為20-30°C，優選20-25 均勻度為+/-lit。接著，襯底10被引導通過從圖4和5得到的具有部分封閉區域或遮蔽的氣流輸入 裝置，以便根據所述的參數在氣體所作用的區域實現一個0. 1-0. 5 μ m、優選0. 5-1. 9 μ m之 間的層厚，也即層44的厚度。對於氣流輸出裝置14、16，也即尤其對於噴嘴杆，需要注意的是，該噴嘴杆不但被構造成相對於襯底是高度可調的和相對於該襯底是以角度β可擺動的，而且還可以圍繞 一個垂直於由襯底表面所張開的平面的法線旋轉。這通過圖2中的角度Y來表示。這裡，噴 嘴杆可以從一個垂直於襯底10傳送方向的位置(γ=0°)開始旋轉，直到平行對準(γ=90°)。在實現所需要的層厚(層36，44)之後，可以根據圖1進行熱處理。於是，襯底10首先被經受升高的溫度，以便蒸發掉容易揮發的組分。流體的剩餘 部分然後可以在熔爐46的氣氛中進行反應。尤其可以在該階段形成氧化物層，其與流體的 剩餘組分進行反應。尤其要提到，在包含矽的襯底上形成玻璃層，其組分通過上述方法可以 非常準確地調定。如果相應地選擇熔爐氣氛(譬如N2或含C的氣氛，例如甲烷，CO2),那麼 除了氧化外還可以通過這種處理步驟進行氮化、碳化。在該處理步驟中所需要的反應時間由所參與的物質的化學特性和襯底10的表面 形態決定。另外，第二溫度處理中，從如此形成的由流體層36構成的功能層，有目的地將存 在於原流體中的或通過與襯底10反應而產生的成分擴散到襯底10的體積中。這可以是磷、 碳、硼或類似元素，它們被擴散到如矽、鍺、IIV/V化合物、II/VI化合物的襯底材料中。如果流體包含磷酸，則可以在由矽組成的襯底中產生η導通的層。在使用硼酸的 情況下，可以形成P導通的層。在氣流方面要注意的是，優選的氣體是空氣、氮氣、惰性氣體或與活性氣體的混合 物，以便支持與表面的反應或局部變化或粘度，例如HF，HCL, NH30氣體溫度在這裡可以被調 定在-70°與+300°之間。這裡，在熔爐46中的乾燥應該在一個範圍內進行，使得層48的厚度被調定在 0. 01-0. 3μπι的數值範圍。此外，要指出的是，不一定必須僅僅通過施加氣流來減小流體層厚度，必要時在通 過翻轉襯底10而預先進行流體流幹之後進行。具體說，為了減少流體在襯底10上的塗覆 量，也可以採用熱學的中間步驟，該步驟通過蒸發一部分流體而導致流體量降低，並且例如 支持流體與器件表面的化學反應。也可以濃縮流體中被有目的地添加的組分。下面來講述由矽組成的襯底上的功能層的優選應用情況。為了譬如產生掩模層或鈍化層，可以在沉積功能層之後在熱步驟中執行與矽表面 的化學反應。可以製造如下的功能層 SiO2功能層(二氧化矽或玻璃)
譬如通過與如空氣、氧氣、臭氧、過氧化氫H2O2、硝酸HNO3的氧化劑進行反應； 玻璃類物質的功能層(矽酸磷、矽酸硼化合物/玻璃)
譬如通過與磷酸、硼酸反應；有時也在具有酒精的溶液中，例如甲醇、乙醇、異丙醇；
Si3N4 (氮化矽)或SiXNY功能層
譬如通過與氨氣或胺溶液或N2進行反應；
SiC (碳化矽)功能層
譬如通過與碳酸鹽溶液或象C02、烷烴的氣體進行反應；
功能層被構造為底漆層、粘結劑和/或其他單分子層，例如表面活性劑，添加劑； HMDS (六甲基二矽胺烷)。
體矽(Bulk-Silizium)中的功能層可以被用於摻雜。這利用隨後與體矽進行進一 步反應並接著摻入摻雜元素來實現，以便產生功能層
-磷產生表面上的矽酸磷化合物，例如磷酸、磷酸酯；
-砷產生含砷的玻璃，例如利用砷酸，砷酸酯；
-硼利用矽酸硼化合物產生，例如利用硼酸，硼酸酯；
-鎵產生矽酸鎵化合物，例如利用沒食子酸酯(Gallatestern)。在沉積之後，首先與矽表面進行反應，接著在第二溫度步驟中把形成的摻雜物質 摻入到矽中。但也可以在襯底上沉積條形的功能層，這些功能層譬如形成交叉的或不同的圖 形。為此需要將襯底10在不同的方向中對準襯底到氣流的優先方向，氣流必須被構造成使 得優選只是呈條形地被施加到襯底表面上，結果是單單在這些區域通過考慮對附圖4和5 的說明而構造所需要的薄層。根據圖4和5或者前面所述的對表面的局部結構化，在接下來的熱步驟中產生一 個具有被沉積物質的高敷設量的表面部分和一個具有被沉積物質的低敷設量的表面部分。 要被沉積的物質在溶液中的濃度現在應如此地被選擇，使得局部剩餘的薄層44在接下來 的熱處理步驟中不會達到所需要的有效濃度，也即例如有關表面區域的電的、化學的和/ 或結構上的變化。這藉助於下面的例子來詳細闡述。基於本發明的教導，沉積一種由矽化合物構成的腐蝕屏障，例如氮化矽。該腐蝕屏 障通過厚層42構成。如果選擇腐蝕介質使得薄層44在短時間之後被腐蝕掉，而厚層42以 層差為係數更久地耐受該腐蝕，那麼基於本發明的教導提供一種掩模，其僅僅通過沉積功 能層及其上述的處理來形成。但是需要考慮的是，在薄層44和厚層42之間的過渡區域以 及由此還有掩模不具有尖銳的輪廓(見圖7)，而是特徵在於厚層42或多或少強烈地經過邊 界。對於襯底10需要注意以下事項。作為襯底10可以使用ρ或η摻雜的單晶或多晶 矽盤，其盤厚為40-500 μ m。這裡可以將襯底10用作盤厚為40-500 μ m的矩形單晶或多晶娃盤。尤其可以將盤厚為40-220 μ m的矩形單晶或多晶矽盤用作襯底，其邊緣長度為 100mm-400m，優選 120mm-160mm。本發明的方法或本發明的方法步驟還可以從圖9所示的自解釋的流程圖中再次 得到。
權利要求
1.一種通過把流體沉積到半導體器件表面的至少一個區域上而在該至少一個區域上 製造至少一個功能層的方法，所述半導體器件尤其是太陽能電池，其中所述功能層具有層 厚屯，為構造厚度為Cl1的該功能層所需要的流體具有層厚d2,其特徵在於，過剩地以層厚d3在所述表面的至少一個區域上敷設流體，其中d3>d2，並且接著在平移 運動的或靜止布置的半導體器件的情況下，在一個範圍內從所述表面無接觸地去除過剩的 流體，使得流體層具有厚度d2或約具有厚度d2。
2.一種通過把流體沉積到半導體器件表面的至少一個區域上而在該至少一個區域上 製造至少一個功能層的方法，所述半導體器件尤其是太陽能電池，其特徵在於以下步驟-過剩地在所述表面的至少一個區域上敷設流體，以及-從所述表面無接觸地去除過剩的流體。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，藉助於至少一個氣流並同時在該至少 一個氣流與半導體器件之間形成相對運動而通過施加流體來無接觸地實現所述的去除。
4.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，在所述襯底上構造在功能上具 有化學和/或物理特性的層，所述特性通過熱和/或活性氣氛的影響，導致從襯底表面到 襯底容積中的襯底特性的變化，其中所述活性氣氛由氧、氮、二氧化碳、碳氫化合物組成和/ 或包含氧、氮、二氧化碳、碳氫化合物。
5.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，在無接觸地去除過剩流體之後 將所述襯底進行熱處理。
6.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，所述功能層由多個層構成。
7.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，所述功能層與所述半導體器件 的材料進行化學反應。
8.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，為過剩地敷設流體，將所述半 導體器件浸入流體中，利用該流體用衝刷方式形成塗層，和/或利用該流體進行噴塗。
9.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，採用具有以下組中的至少一種 成分的流體作為所述流體=H3PO4, H3BO3, NH4F, H2O2，HF, NH4OH(胺，矽氮烷)，Na2CO3, K2CO3,其 中至少一種成分的濃度位於2m(質量)％-100m%之間。
10.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，使用H3PO4或H3BO3的 5m%-30m%水溶液作為流體。
11.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，使用H3PO4或H3BO3的2m%-5m% 在酒精中的溶液作為流體，所述酒精譬如為甲醇、乙醇和/或異丙醇。
12.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，使用腐蝕所述表面的流體、如 含HF或HNO3或KOH的流體作為流體。
13.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，在所述半導體器件表面的至 少一個區域的疏水性的情況下使用包含至少一種表面活性劑的流體。
14.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，所述至少一個氣流從表面的 至少一個區域剝離流體，直到剩餘層厚為0. 1-5 μ m,尤其0. 5-1. 9 μ m。
15.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，所述至少一個氣流被調定為 以1° < β < 90°的角度β傾斜於所述表面所張開的平面。
16.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，橫切於半導體器件和所述至少一個氣流之間的相對運動方向，所述半導體器件尤其通過其整個橫向延伸而被施加所述 至少一個氣流。
17.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，橫切於半導體器件和所述至 少一個氣流之間的相對運動方向，所述半導體器件被施加多個子氣流，所述多個子氣流具 有相互不同的氣體速度和/或氣體體積通過量。
18.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，所述至少一個氣流通過尤其 為細長噴嘴或沿直線布置的多個單噴嘴的形式的出氣口而被投射到半導體器件表面的至 少一個區域上。
19.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，所述氣體以lm/s^ v^ 25m/ s的氣體速度ν入射到半導體器件表面的至少一個區域上。
20.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，所述半導體器件多次參照基 本優先方向以相互不同的角度相對於所述至少一個氣流運動。
21.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，所述半導體器件多次經受一 個氣流或所述的氣流，其中為了實現範圍為21-99 μ m、優選為30-50 μ m的功能層厚度，選 擇以下參數-離襯底表面的間距(h)為10-50mm，優選20_30mm， -氣體速度(ν)為l-15m/s，優選5-lOm/s，-在波動寬度最大為+/-10%、優選小於+/-5%的應用的寬度上的氣體速度均勻性， -每cm襯底寬度的體積流為0. 25-2. ONmVh,優選0. 5-1. 5Nm3/h, -流動的攻角(β )為45°-70°，優選45°-60°， -襯底的進刀速度為0. 3-3. Om/s，優選0. 7-1. 5m/s, -溫度為20-30°C，優選20-25 均勻度為+/-lit。
22.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，為了產生0. 1-5 μ m範圍、優選0. 5-1. 9 μ m範圍的功能層的均勻層厚，選擇以下參數 -離襯底表面的間距(h)為l-20mm，優選5_10mm， -氣體速度(ν)為5-25m/s，優選10-18m/s，-在波動寬度最大為+/_10%、優選小於+/-5%的應用的寬度上的氣體速度均勻性， -每cm襯底寬度的體積流為0. 5-3. 0Nm3/h，優選1. 5-2. 0Nm3/h, -流動的攻角(β )為70°-90°，優選80°-90°， -襯底的進刀速度為0. 3-3. Om/s，優選0. 7-1. 5m/s。
23.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，為了實現層厚15μπι+/-5μπι， 選擇以下參數-離襯底表面的間距(h)為5-20mm，優選10_15mm， -氣體速度(ν)為5-15m/s，優選10-15m/s,-在波動寬度最大為+/_10%、優選小於+/-5%的應用的寬度上的氣體速度均勻性， -每cm襯底寬度的體積流為0. 5-2. ONmVh,優選1. 0-1. 5Nm3/h, -流動的攻角(β )為45°-90°，優選70°-80°， -襯底的進刀速度為0. 3-3. Om/s，優選0. 7-1. 5m/s, -溫度為20-30°C，優選20-25 均勻度為+/-lit。3
24.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，所述襯底的表面配備局部結 構化的功能層，其中所述表面利用所述功能層在所述表面的1_50%、優選5-20%的面積上被覆蓋。
25.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，使用具有單晶或多晶矽盤形 式的襯底的半導體器件。
26.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，採用根據Ere方法製造的矽 盤作為多晶矽盤。
27.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，採用盤厚為40-500μ m的ρ或 η摻雜的單晶或多晶矽盤作為襯底。
28.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，採用盤厚為40-500μ m的矩 形的單晶或多晶矽盤作為襯底。
29.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，採用盤厚為40-220μ m的矩 形的單晶或多晶矽盤作為襯底，其邊緣長度為100mm-400m，優選120_160mm。
30.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，在敷設流體期間腐蝕所述表 面的功能層被沉積到所述表面上。
31.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，半導體器件表面區域利用氣 流被施加相互不同的氣體體積通過量和/或氣體速度。
32.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，使用由氧、氮、二氧化碳、碳氫 化合物、惰性氣體組成的氣體或包含氧、氮、二氧化碳、碳氫化合物、惰性氣體的氣體作為氣 體。
33.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，採用空氣作為氣體。
34.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，採用活性氣體作為氣體。
35.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，所述活性氣體包括 HF, HCl, HNO3 和 / 或 NH3。
36.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，採用這樣的半導體器件作為 半導體器件，即在要去除的過剩流體的流動方向上該半導體器件在其後端具有一種剝除邊 緣，該剝除邊緣尤其被構造為被斷裂的邊緣或具有弧形或彎曲的曲線。
37.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，所述功能層是用於在所述半 導體器件中產生擴散輪廓的摻雜物質源。
38.如上述權利要求至少之一所述的方法，其特徵在於，所述擴散輪廓構成所述半導 體器件中的pn結。
39.一種在半導體器件(10)的至少一個區域上製造至少一個功能層的裝置，其特徵在 於，所述裝置包括一種流體沉積裝置(12)以及一種氣流輸出裝置(14，16)，所述氣流輸出 裝置相對於半導體器件(10)是可調節的並具有一個或多個出氣口，通過該出氣口到所述半 導體器表面所張開的平面，所述半導體器件能以β <90°的角度β被施加氣體。
40.如權利要求39所述的裝置，其特徵在於，所述氣流輸出裝置(14，16)能圍繞從所 述平面出發的法線以角度Y旋轉，其中尤其Y <90°。
41.如權利要求39或40所述的裝置，其特徵在於，所述出氣口如此地對準所述半導體 器件(10)，使得所述半導體器件在平行於相對運動方向的導軌上被施加氣體。
42.如權利要求39-41至少之一所述的裝置，其特徵在於，氣體在所述導軌上具有相 互不同的氣流速度和/或氣體體積通過量。
43.如權利要求39-42至少之一所述的裝置，其特徵在於，所述流體沉積裝置(12)是 浸泡池。
44.如權利要求39-43至少之一所述的裝置，其特徵在於，所述流體沉積裝置包括噴塗裝置。
45.如權利要求39-44至少之一所述的裝置，其特徵在於，所述流體沉積裝置包括衝 刷裝置。
46.如權利要求39-45至少之一所述的裝置，其特徵在於，在所述氣流輸出裝置(14， 16)的區域，在要被施加氣體的半導體器件(10)的下方和/或旁邊布置了抽氣裝置(18)。
47.如權利要求39-46至少之一所述的裝置，其特徵在於，在所述氣流輸出裝置(14， 16)的區域，在半導體器件(10)的下方布置了與所述流體沉積裝置(12)相連的流體收集裝 置(20)。
48.如權利要求39-47至少之一所述的裝置，其特徵在於，橫切於襯底(10)的相對運 動方向，所述出氣口(24)的有效延伸是可變化的。
49.如權利要求39-48至少之一所述的裝置，其特徵在於，在所述氣流輸出裝置(14， 16)和所述襯底(10)的表面之間的間距是可調的。
全文摘要
本發明涉及一種通過把流體沉積到半導體器件表面的至少一個區域上而在該至少一個區域上製造至少一個功能層的方法，其中所述功能層具有層厚d1，為構造厚度為di的該功能層所需要的流體具有層厚d2。為了可再現地製造所需要的薄的且厚度均勻的功能層，建議過剩地以層厚d3在所述表面的至少一個區域上敷設流體，其中d3>d2，並且接著在平移運動的或靜止布置的半導體器件的情況下，在一個範圍內從所述表面無接觸地去除過剩的流體，使得流體層具有厚度d2或約具有厚度d2。
文檔編號H01L21/228GK102138226SQ200980133396
公開日2011年7月27日 申請日期2009年8月26日 優先權日2008年8月28日
發明者B·舒姆, D·弗蘭克, I·施維爾特利希, K·瓦斯, W·施密特 申請人:肖特太陽能股份公司