專利名稱：半導體基底同時微結構化和摻雜的設備和方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體基底同時微結構化和硼摻雜的設備和方法，其中，利用激光束與包括至少一種硼化合物的液體射流耦合來處理半導體基底。根據本發明的方法用于太陽能電池技術領域，同時也用于在局部限定硼摻雜是很重要的半導體技術的其他領域中。
背景技術：
就太陽能電池生產中現有技術的已知硼摻雜而言，硼源被應用在待摻雜的表面區域上，所述源一般涉及硼氧化合物，例如，硼酸B (OH)3或者原硼酸(orthoboric acid)的縮合產物，例如四硼酸鈉(Na2B4O7)。利用水溶液實現硼源的應用。溶劑隨著后續回火而蒸發。 硼源使基底表面玻璃化以形成硼硅玻璃。利用對玻璃層的選擇性加熱，硼原子擴散進入基底表面并且在此處產生所需摻雜。在摻雜工藝結束后，通過繼摻雜工藝之后的蝕刻步驟，從基底表面移除硼源(硼硅玻璃)。為了避免基底表面的整個表面摻雜，例如，當打算僅摻雜基底表面的隨后施加金屬接觸的那些區域時，首先，需要在基底表面上應用蝕刻掩模，這使硼源僅進入打算被摻雜的那些區域。這些蝕刻掩模的應用和隨后的移除需要附加的工藝步驟。然而，這種方法具有以下缺陷1、硼硅玻璃代表一種極其富氧的硼源。借助于硼硅玻璃的硼摻雜具有嚴重的缺陷硼擴散的同時，還發生氧擴散進入基底。在硅基底中的氧原子對半導體的電性質具有極大的負面影響，特別是在太陽能電池的p-n結區域。2、硼氧鍵是所有共價鍵中最穩定的共價鍵之一，因此B-O鍵離解能非常高，并且要求在相對較高的工藝溫度下進行處理。上述過程同樣也促使存在系統中的雜質廣泛擴散到基底中。3、為防止基底的整個表面摻雜而使用蝕刻掩模處理，增加了部分工序的數量，因此導致太陽能電池處理中顯著增加的復雜度。4、此外，蝕刻掩模對于要處理的基底來說是又一污染源。
發明內容
由此，本發明的目的是提供一種方法，所述方法避免了現有技術所提及的缺陷并且使一種易于操作和快速的摻雜半導體方法成為可能。通過具有權利要求1的特征的方法，具有權利要求21，22的特征的硼化合物，以及具有權利要求23的特征的設備實現了這個目的。進一步的多個從屬權利揭示了優勢發展。根據本發明，提供了一種半導體基底同時微結構化和摻雜的方法，其中，指向基底表面并且包括至少一種硼化合物作為摻雜劑的液體射流被引導在待結構化的基底的一些區域上方，激光束耦合進該液體射流，結果基底表面被激光束局部加熱，由此至少一些區域被結構化，并且在被結構化的這些區域中，實現硼原子擴散進入該半導體基底。因此，根據本發明的方法具有以下優點1、本發明能夠在一個單獨的工序里完成硅基底的選擇性硼摻雜同時微結構化，并將摻雜工藝的處理時間縮短到亞秒級范圍。2、在此描述的方法顯著簡化了用于硼摻雜的技術支出。3、新的摻雜工藝從而摒棄了不利的硼源、硼硅玻璃。4、本方法第一次使生產基于多晶硅的η-型太陽能電池成為可能。優選地硼化合物包括，其中硼原子不與氧原子共價鍵合，而是優選地與氫原子或者與其他硼原子鍵合的化合物。這些化合物具有低解離能，并且規避了氧原子在摻雜過程同時產生的對基底交叉污染的缺點。優選地，硼化合物優選自包括堿金屬硼氫化物、乙硼烷、聚硼烷、硼氫化物簇團(boron hydride clusters)的組，在該硼氫化物簇團中，僅在多個硼原子彼此之間或在硼原子與氫原子之間存在(多中心)共價鍵，這些硼氫化物簇團能夠以電中性或者陰離子的離子形式存在。優選地，用于這些陰離子硼化物簇團的陽離子選自堿金屬組，也可以選自一些有機化合物類，例如叔烷基、季烷基或者(烷基)苯基磷鹽，叔烷基或者(烷基)苯基锍鹽，吡啶離子，嗎啉離子，哌啶離子，咪唑啉離子，吡咯烷離子，還有以上所述化合物的雜環衍生物。用于這些硼化物簇團的有機陽離子特別優選具有以下結構
權利要求
1.半導體基底同時微結構化和摻雜的方法，其中，引導液體射流在待結構化的基底的一些區域上方，該液體射流指向基底表面并且包括至少一種硼化合物作為摻雜劑，激光束耦合進該液體射流，結果該激光束局部加熱該基底表面，由此該基底表面的至少一些區域被結構化，并且在被結構化的這些區域中，實現硼原子擴散進入該半導體基底。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述硼化合物選自包括堿金屬硼氫化物、乙硼烷、聚硼烷、硼氫化物簇團的組，在該硼氫化物簇團中，僅在多個硼原子彼此之間或在硼原子與氫原子之間存在共價(多中心)鍵，這些硼氫化物簇團能夠以電中性或者陰離子的離子形式存在。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，用于陰離子硼氫化物簇團的陽離子選自包括叔烷基、季烷基或者(烷基)苯基胺鹽、叔烷基、季烷基或者(烷基)苯基磷鹽、叔烷基或者 (烷基)苯基锍鹽、吡啶離子、嗎啉離子、哌啶離子、咪唑啉離子、吡咯烷離子、還有以上所述化合物的雜環衍生物的組。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，用于所述硼氫化物簇團的陽離子具有下列結構式
5.根據前述權利要求之一所述的方法，其中，所述硼化合物選自包括堿金屬硼氫化物、十二硼烷堿鹽、丁基二甲基吡咯八氫三硼酸、丁基二甲基咪唑啉八氫三硼酸和其混合物的組。
6.根據前述權利要求之一所述的方法，其中，所述硼化合物被溶解在水溶液或有機溶劑中。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，所述溶劑基本無鍵合的氧原子，優選是全氟碳化合物，特別優選是全氟己烷、全氟庚烷、全氟三叔丁胺、全氟萘烷和全氟氮丙基嗎啉。
8.根據權利要求6所述的方法，其中，所述溶劑選自一系列的低可燃性的醚類，優選地，二叔丁基醚和乙基叔丁基醚。
9.根據權利要求6所述的方法，其中，所述溶劑是與硼化合物一起形成路易斯酸堿加合物的有機化合物，特別是根據化學式I和II的化合物
10.根據前述權利要求之一所述的方法，其中，所述液體射流還包括鋁化合物。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，所述鋁化合物選自鋁化合物的組，在該組鋁化合物中，鋁原子僅與氫原子、其他鋁原子或碳原子共價鍵合。
12.根據權利要求11所述的方法，其中，所述鋁化合物是氫化鋁鈉、Al2H6或者四烷基鋁酸鹽。
13.根據前述權利要求之一所述的方法，其中，通過全反射將所述激光束在所述液體射流中引導，優選地，該液體射流是層流狀的。
14.根據前述權利要求之一所述的方法，其中，所述液體射流的直徑在10-500μ m之間的范圍內，優選地，在20-100 μ m的范圍內。
15.根據前述權利要求之一所述的方法，其中，所述基底表面的局部加熱被界定在所述液體射流所限定的在基底表面上的區域。
16.根據前述權利要求之一所述的方法，其中，對所述基底表面進行局部加熱，以分解所述至少一種硼化合物。
17.根據前述權利要求之一所述的方法，其中，所述基底選自包括硅、玻璃、含硅陶瓷和其復合物的組。
18.根據前述權利要求之一所述的方法，其中，所述結構化是硅太陽能電池的邊緣絕緣化處理，特別是用于背面接觸或者隨后金屬化的太陽能電池。
19.根據前述權利要求之一所述的方法，其中，產生的所述摻雜用于在半導體器件中、 特別是在太陽能電池中形成高度正(P+型)摻雜發射極。
20.根據權利要求15所述的方法，其中，高度ρ+型摻雜發射極作為用于其上沉積的接觸金屬的擴散勢壘。
21.化學式III的硼化合物
22.化學式IV的硼化合物
23.實施根據權利要求1-20之一所述方法的設備包括具有用于耦合進激光束的窗口的噴嘴單元、激光束源、用于作為摻雜劑的至少一種硼化合物的液體供應源和指向所述基底的表面的噴嘴開口。
24.根據權利要求23所述的設備，其中，所述噴嘴單元和激光束源連接到導向裝置，用以控制引導該噴嘴單元在待結構化的表面上方。
25.根據權利要求23所述的設備，其中，所述噴嘴單元和激光束源是固定不動的，而所述基底連接到導向裝置，用以相對于該噴嘴單元和激光束源控制引導該基底。
全文摘要
本發明涉及一種半導體基底同時微結構化和硼摻雜的設備和方法，其中，利用激光束與包括至少一種硼化合物的液體射流耦合來處理半導體基底。根據本發明的方法用于太陽能電池技術領域，同時也用于在局部限定硼摻雜是很重要的半導體技術的其他領域中。
文檔編號C30B31/04GK102395445SQ201080015365
公開日2012年3月28日 申請日期2010年2月15日 優先權日2009年3月2日
發明者卡斯滕·納普, 安德里亞斯·羅多菲利, 庫諾·邁爾, 英戈·克羅斯辛, 菲利普·格拉內克, 馬蒂亞斯·梅塞茨 申請人:弗蘭霍菲爾運輸應用研究公司, 弗萊堡大學