[发明专利]在半导体上镀铜

说明书

技术领域

本发明涉及一种在半导体上镀铜的方法。具体来说，本发明涉及一种使用单价镀铜浴在半导体上镀铜的方法。

背景技术

掺杂半导体——例如光伏器件和太阳能电池——的金属镀覆涉及到在半导体的正面或背面上形成导电性接触件。为了确保半导体中产生的载流子毫无阻碍地进入该导电性接触件，金属涂层与半导体之间必须能够形成欧姆接触。为了避免电流损失，金属化接触网格必须具有足够的电流传导性能，即强导电性或足够高的导电轨横截面。

多种现有方法可以满足上述需要，用于对太阳能电池的背面进行金属镀覆。例如，为了改善太阳能电池背面的电流传导，增强直接在背面之下的p-掺杂。铝通常用于此目的。例如，铝通过气相沉积或通过印刷技术镀覆至背面，并且渗入背面，或相应地，以合金形式渗入背面。当金属涂覆在正面，或光入射面时，目的是使活性半导体表面遮挡程度最小，从而使尽可能多的表面去捕获光子。

通常对导电轨金属化的方法是使用厚膜(thick-film)技术实现金属镀覆。使用的浆料中包含金属颗粒，因而具有导电性。浆料通过丝网印刷，掩膜印刷，移印或浆料直写技术进行金属化。常用的方法是丝网印刷技术，可以制备最小线宽度为80μm至100μm手指形的金属镀覆线。即使是这样的网格宽度，与纯金属结构相比，电导性能损失也非常显著。此种损失对串联电阻和太阳能电池的填充因子和效率产生副作用。用来印刷的导电轨宽度越小，这种副作用越强，因为该方法导致导电轨变得更平。金属颗粒间的非导电氧化物和玻璃成分是上述电导性降低的主要原因。

生产正面接触件的更复杂方法是利用激光或摄影技术来确定导电轨的结构。随后，导电轨进行金属化。通常情况下，在试图获得足以满足电导性能所要求的粘着强度和期望的厚度时，经常使用不同的金属镀覆步骤进行金属镀覆。例如，当使用湿化学金属镀覆方法时，在钯催化作用下，在导电轨上沉积第一精细的金属覆层。这经常被镍的无电沉积所强化。为了提高导电性，铜可以通过无电沉积或电镀沉积在镍上。为了防止氧化，铜上可以进一步镀覆锡或银的细层。

掺杂半导体晶片镀铜的一个问题是铜会损害n-型掺杂和p-型掺杂的半导体晶片，因此寿命缩短。研究发现，铜污染和晶片掺杂之间存在协同效应。与其它金属例如铁相比，导致寿命大幅降低所需铜浓度水平相对较高，即使是重度污染的硅片，其寿命依然是相对可接受的。例如，1Ωcm p-型硅在铜浓度为3x10¹⁴cm^-3时寿命大约为10μs，对应的扩散长度为160μm。铜掺杂浓度更高时寿命会进一步降低，即使是在3x10¹⁵cm^-3的浓度下，上述趋势仍然未呈现出饱和。另外，值得一提的是，特定铜浓度下得到的寿命随着晶片电阻不同而有很大不同，电阻越低，寿命相应越短。由于铜掺杂以及其掺杂浓度对寿命的影响非常大，这对硅片中铜的深入研究以及用于光伏器件制备的镀铜浴的开发均非常重要。这个问题在J.Bartsch等人的文章Journal of The Electrochemical Society(电化学学报)，157(10)H942-H946(2010)，“铜金属化对硅太阳能电池的长期影响的快速测定(Quick Determination of Copper-Metallization Long-Term Impact on Silicon Solar Cells)”描述得更加详细。

掺杂半导体晶片镀铜的另一个问题是铜不利地沉积在背面含铝电极和银母线上，从而损害晶片性能。当镀浴中的铜离子是二价铜或Cu²⁺离子时，会出现上述不期望的镀铜情形。这种镀铜浴通常是酸性的。沿着电池背面的不同金属在不外加电流情况下产生的浸渍过程导致铜沉积发生。同时，沉积在背面的铜会向半导体迁移，对其造成损害。另外，含有上述二价铜离子的镀铜浴不是无色透明的，而是颜色发暗，因此它们在光致电镀方法中阻止光到达半导体。这可能造成镀铜不均匀，进而导致导电轨上的镀铜厚度差异较大；同时可能危害镀覆速率，因而导致镀覆过程效率下降。相应地，在形成正面导电轨的过程中需要对半导体晶片上镀铜方法加以改进。

发明内容

一种方法，该方法包括：提供一种包括正面，背面和PN结的半导体，正面包括含有底层的导电轨图案，背面包括金属接触件；使所述半导体与单价镀铜组合物接触；以及在导电轨底层上面镀覆铜层。

具体实施方式