[发明专利]使用非接触印刷工艺在半导体衬底中形成掺杂区域的方法以及使用非接触印刷来形成该掺杂区域的含掺杂剂的墨水

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2008年3月24日提交的申请号为12/053820的美国申请的部分连续案。

技术领域

本发明通常涉及半导体衬底区域掺杂的方法，更具体地涉及使用非接触印刷工艺在半导体衬底中形成掺杂区域的方法以及使用非接触印刷工艺来形成该掺杂区域的含掺杂剂的墨水。

背景技术

在半导体衬底中掺入例如n型和p型离子的既定导电类型杂质，被用于要求改变半导体衬底电学特性的多种应用中。执行半导体衬底掺杂的已知方法包括光刻和丝网印刷。光刻要求使用在半导体衬底上形成并图案化的掩模。随后执行离子注入以将既定导电类型的离子注入至半导体衬底中。类似地，丝网印刷使用位于半导体衬底上的图案化的丝网。包含既定导电类型离子的丝网印刷胶被涂敷至丝网上的半导体衬底，以使得胶以与丝网图案相应的图形的方式沉积在半导体衬底上。在该两方法之后，执行高温退火以使得掺杂杂质扩散进入半导体衬底中。

在某些应用中，例如太阳能电池，需要对具有超精细线宽或特征图案的半导体衬底进行掺杂。最常见类型的太阳能电池被设置为硅制成的大面积p-n结。在如图1所示的一种该类型太阳能电池10中，对具有光接收正面14和背面16的硅晶片12进行基础掺杂，其中基础掺杂可为n型或p型。在硅晶片一端(如图1，正面14)进一步掺入与基础掺杂相反电荷的掺杂剂，因此在硅晶片中形成p-n结18。来自光线的光子被硅的光接收面14吸收至p-n结，其中电荷载流子(即电子和空穴)被分隔和导引至导电接触，因此形成电流。太阳能电池通常在光接收正面以及背面上分别具有金属化接触20、22，以移运由太阳能电池产生的电流。光接收正面上的金属接触造成有关于太阳能电池效率的问题，因为正面表面的金属覆盖引起太阳能电池有效面积的遮蔽。尽管可能需要尽可能地减少金属接触以便减少遮蔽，但由于必须以确保电损失小的方式来金属化，因而约10％的金属覆盖仍不可避免。此外，当金属接触尺寸降低时，与电接触相邻的硅中的接触电阻增大。但是，可通过在与光接收正面14上的金属接触直接相邻的窄区域24中对硅掺杂来降低接触电阻。

图2显示了另一种常见类型的太阳能电池30。太阳能电池30也具有包含光接收正面14和背面16的硅晶片12，对硅晶片12进行基础掺杂，其中基础掺杂可为n型或p型。光接收正面14具有粗糙或纹理表面，作为光阱，防止所吸收的光被反射出太阳能电池。太阳能电池的金属接触32形成在晶片的背面16上。在相对于金属接触的背侧对硅晶片掺杂，从而在硅晶片中形成p-n结18。太阳能电池30与太阳能电池10相比优点在于，电池的所有金属接触均位于背面16上。因此，不再遮蔽太阳能电池的有效面积。但是，对于所有将要形成在背面16上的接触而言，与接触相邻的掺杂区域必须相当窄。

如上所述，太阳能电池10和太阳能电池30均得益于在半导体衬底中形成超精细、狭窄的掺杂区域的应用。但是，如上所述的当前掺杂方法，也即光刻和丝网印刷，会带来许多缺点。例如，使用丝网印刷在半导体衬底中得到超精细和/或窄的掺杂区域，这即便不是不可能也是相当困难的。此外，尽管可能使用光刻对精细线条图形的衬底掺杂，但光刻是昂贵和耗时的工艺。此外，光刻和丝网印刷均涉及到接触半导体衬底。但是，在例如太阳能电池的应用中，半导体衬底变得非常薄。接触薄衬底将导致衬底破裂。此外，无法使用丝网印刷来对粗糙或纹理表面掺杂，粗糙或纹理表面通常用在太阳能电池设计中以收集半导体衬底中的光。此外，因为光刻和丝网印刷使用定制的掩模和丝网来分别对图形化半导体衬底掺杂，重新配置掺杂图形是昂贵的，因为必须采用新的掩模和丝网。

因此，需要提供一种使用非接触印刷工艺在半导体衬底中形成掺杂区域的方法。此外，需要提供一种使用非接触印刷工艺形成该掺杂区域所用的含掺杂剂的墨水。此外，结合本发明的附图和背景技术，并参考本发明的后续详述以及所附权利要求，将使本发明的其他优良特征和特性变得显而易见。

发明内容

依照本发明的示例性实施方案提供一种在半导体衬底中形成掺杂区域的方法。该方法包括步骤：提供包含既定导电类型掺杂剂的墨水，使用非接触印刷工艺将墨水施加至半导体衬底，并对半导体衬底进行热处理以使得既定导电类型掺杂剂扩散进入半导体衬底。

依照本发明的示例性实施方案提供一种包含掺杂剂的墨水。该包含掺杂剂的墨水包括掺杂剂硅酸盐载体和溶剂。包含掺杂剂的墨水具有范围从约1.5至约6的扩散因子。

依照本发明的另一示例性实施方案提供一种包含掺杂剂的墨水。该包含掺杂剂的墨水包括封端的掺杂剂硅酸盐载体和溶剂。

附图说明