[发明专利]半导体镀金属的改进方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体镀金属的改进方法。更具体地，本发明涉及一种通过消除烧结并使用低内应力的铜镀液来提高金属与半导体的结合力的半导体镀金属改进方法。

背景技术

在如光伏器件和太阳能电池的掺杂半导体上镀金属涉及在半导体的正面和背面形成导电接触层。金属涂层需要能够与半导体建立欧姆接触从而保证载荷子从半导体产生进入导电接触层，而不受阻碍。为了避免电流损失，金属化的接触栅极必须具有足够的电流导电率或足够高的导体轨迹横截面。

对太阳能电池的背面上涂覆金属来说，存在多种满足上述需求的方法。例如，为了提高太阳能电池背面的电流传导，加强了背面正下方的p掺杂。通常铝用于该目的。例如，通过气相沉积或印制在背面并将其驱入或与之合金化，来施加铝。当金属涂覆正面或光入射面时，达到的目标是活性半导体表面最小程度地遮蔽从而使用尽可能多的表面来捕捉光子。

用于制造正面接触层的过程使用激光或摄影技术来对电流轨迹的结构进行限定。随后金属化电流轨迹。一般来说，使用各种金属涂覆步骤，以便施加金属涂层，以试图达到对导电性来说足够的结合强度和理想的厚度。在如太阳能电池的光伏器件的制造中，铜是在硅上形成电流轨迹的相当理想的金属。铜可以被涂覆一薄层的锡或银来保护其不被氧化。然而，在硅表面直接镀的铜会扩散入硅并破坏导电性或污染光伏器件。而且，在硅上直接镀铜并不总能在铜和硅之间得到足够的结合力。为解决这些问题，常常将镍镀在导体轨迹的硅表面附近，并起到阻止铜扩散入硅的底层或阻挡层的作用。为了获得金属层相对硅的足够结合力，会在镀铜前形成硅化镍。然而，在形成硅化镍过程中使用的烧结温度会导致镍扩散通过发射层而使器件分流。

低分流电阻R_sh的存在会导致显著的功率损耗。低分流电阳通过为光产生的电流提供替代电流路径而导致光伏器件功率损耗。这种分散减少了流过光伏器件节的电流量，并降低了来自器件的电压。在低光水平下分流电阻的影响尤其严重，原因是存在较小的光产生的电流。因此这种分流的电流损失具有更大的影响。另外，在器件的有效电阻较高而电压较低的情况下，并联电阻的影响很大。

另一个与烧结相关的问题是再活化硅化物的金属，使得铜可以被镀覆。用例如稀氢氟酸之类的活化材料来再活化金属硅化物常常不可靠并导致镀在活化的镍/硅化镍层上的铜或其他金属的结合力较差。而且，用稀氢氟酸再活化包括附加步骤并破坏抗反射层。

另一提高金属与硅结合力的方法是在发射层的顶面形成薄纳米多孔层。纳米多孔层提供细小的孔，其使得金属可沉积在孔中和沉积在硅表面上，从而形成机械结合，以将金属固定于硅表面。这种纳米孔可使用多种蚀刻方法，如阳极蚀刻形成。这种方法的缺点包括附加的耗时步骤和附加的设备。另一缺点是在发射层上形成的纳米孔的深度必须要小心控制。如果纳米孔在发射层中形成得过深，就会损害电性能。对硅进行纳米孔处理也会显著地破坏氮化硅和氧化硅抗反射涂层，而导致不期望的背景镀的增加，这会影响光的传输并大大降低光伏和太阳能电池的性能。

在光伏模块制造中在连接互连带(joining interconnecting ribbon)附连到独立的光伏器件或太阳能电池时，在装配过程中还会出现另一结合力问题。这种带通常由涂覆有锡或锡合金和一种或多种附加金属的铜芯构成。该带通常通过在250℃至400℃的温度下焊接而连接于光伏器件的汇流条上。该带允许多个光伏器件或太阳能电池串联地连接在一起，而后封装入电介质材料中而形成模块。模块中相互连接的带中的一个失去结合力会导致电流开路或短路以及整个模块失效。

因此，需要一种在形成正面电流轨迹的过程中在半导体晶片上镀铜的改进方法，其提供好的结合力并减少处理步骤的数量，从而提供更加高效的金属化方法。

发明内容

方法包括：提供包括正面、背面和pn结的半导体，所述正面包括导电轨迹图案和汇流条，导电轨迹和汇流条包括底层，所述背面包括金属接触层；将半导体与低内应力镀铜组合物接触；在导电轨迹和汇流条的底层附近镀覆低内应力铜层。

该方法消除了形成硅化物而烧结金属，因此降低或消除了分流。由于铜能够在底层沉积后马上镀覆，避免了在镀覆低内应力铜之前再活化金属底层。金属化步骤的总数量减少，由此，与很多传统方法相比，使得半导体的金属化更高效和更经济。光伏器件上互连带与汇流条的附连在与传统模块装配中典型实现的相比可在更低温度下实现，与焊接相反，也可以使用低温粘结剂。

具体实施方式