用于处理半导体器件中的TCO材料的表面的方法和装置与流程

本发明总体上涉及半导体器件制造领域，并且具体地，涉及处理半导体器件中的透明导电氧化物(tco)材料的表面的方法和装置。

背景技术：

1、半导体器件经常具有可以被用于在器件和其它外部组件之间产生电接触的金属元件。金属元件还可以被用于对半导体器件的不同部分进行互连。

2、例如，太阳能电池具有允许从器件中提取光生电荷载流子作为电流的金属电极。这些金属电极可以由经构图的金属结构(诸如通过母线互连的金属指状物(finger)网格)或全平面金属层组成。经构图的结构通常用于太阳能电池的暴露在太阳辐射下的一个或更多个表面。

3、电化学金属镀是用于将金属材料沉积到太阳能电池表面以形成金属电极的可行替代选择。例如，为了制造双面异质结太阳能电池，必须在布置于太阳能电池的两面的tco层上形成金属电极。这些tco层一般由沉积在太阳能电池的p型氢化非晶硅层和n型氢化非晶硅层上的铟锡氧化物(ito)组成。

4、作为在太阳能电池制造业中使用的主要金属的银是最昂贵的金属之一。由此，通过用较便宜的金属取代银可以大大降低太阳能电池的制造成本。然而，已发现由于金属与ito的粘附力的问题，通过电化学法对ito形成金属电极是具有挑战性的工作。这个问题对于铜电极来说尤为明显。发现构图的镀覆铜电极与ito层的粘附力较差，这是因为发现被直接镀覆到ito层的铜在镀覆之后或在移除掩模期间会脱落。由于高串联电阻，这种较差的粘附力导致太阳能电池较差的电性能。如果铜电极从ito上脱落，还会发生结构问题。

5、具有缓解上述粘附力问题的对ito形成镀覆铜电极的方法是有益的。

技术实现思路

1、根据第一方面，本发明提供了用于处理半导体器件中的tco材料的表面部分的方法，所述半导体器件包括被设置成促进一个方向上的电流流动的结构，所述方法包括以下步骤：

2、将所述tco材料的所述表面部分暴露于电解液，所述电解液适于在tco材料的区域中产生了电流时对所述tco材料的部分进行电化学还原；以及

3、在所述tco材料中产生电流；

4、其中，所述方法按照如下方式执行，产生的电流还原所述tco材料并且相比于金属材料与非暴露的表面部分的粘附力提高所述金属材料与所暴露的表面部分的粘附力。

5、在实施方式中，被设置成促进一个方向上的电流流动的所述结构包括光吸收层和至少一个载流子选择层。例如，所述结构可以包括被布置于电子选择薄膜与空穴选择薄膜之间的吸收层。

6、在另选实施方式中，被设置成促进一个方向上的电流流动的所述结构包括p-n结。在所述tco材料中产生电流的步骤可以包括通过例如对所述p-n结进行“偏置”而在所述半导体器件中产生电流。通过将所述p-n结暴露于辐射或通过在所述p-n结上施加电压来对所述p-n结进行偏置。

7、在一些实施方式中，所述方法进一步包括将电极元件与所述半导体器件进行电互连的步骤。此外，可以将湿电极置于所述电解液中，使得所产生的电流可以流经包括所述电解液、所述半导体器件、所述tco材料、所述电极元件以及所述湿电极的电路。

8、在执行所述方法时，所述器件的至少一部分保持在所述电解液之外。

9、在一些实施方式中，所述tco材料被设置为所述半导体器件的n型或p型区域上的连续层，并且所产生的电流在与该连续层交叉的方向上流动。

10、有利地，这在所述层上提供了所述tco的粘附特性的更好的均匀性。

11、所述tco材料可以被设置为所述半导体器件n型区域上的连续层，并且通过将所述半导体器件的一部分暴露于电磁辐射中可以产生电流。

12、在一些实施方式中，在所述半导体器件与所述电解液中的所述湿电极之间施加电压，以减少由所述p-n结上的所述电磁辐射引起的电压降。

13、有利地，所施加的电压可以补偿由所述辐射产生的所述p-n结的自偏置，并且促进电流流动。

14、通过调节诸如所产生的电流的大小的特性，可以控制所述tco层的表面的一种或更多种结构特性或电特性。这可以通过调节辐射的强度或施加的电压来完成。

15、另选地，所述tco材料可以被设置为所述半导体器件的p型区域上的连续层，并且可以利用所述电极元件对所述结施加正向偏置电压来产生所述电流。

16、通过调节诸如施加的电压的大小的特性，可以控制所述tco层的表面的一种或更多种结构特性或电特性。

17、在实施方式中，所述方法按照以下方式执行，在执行所述方法时，刻蚀所述tco材料。在执行所述方法时，还可以增加所述tco材料的表面中的金属元素的浓度。在一些情况下，暴露部分的粗糙度也会增大。

18、可以有目的地选择电解液的一种或更多种特性，以在处理之后影响所述tco材料的表面的特性。

19、在一些实施方式中，在将所述tco材料的表面暴露于所述电解液之前，在所述tco材料上形成掩模，以规定将暴露于所述电解液的构图表面。

20、在实施方式中，所述电解液包含h2so4。所述电解液中的h2so4的重量浓度可以在0.1％到10％之间。所述电解液可以进一步包含重量浓度在0.05％到0.25％之间的na2so4。

21、在一些实施方式中，在整个过程中转移到所述tco材料的电荷总量介于1mc/cm2到50mc/cm2之间，或者在特定的实施方式中，介于15mc/cm2到25mc/cm2之间。

22、在实施方式中，所述方法可以包括将金属镀覆到所述tco材料的表面的步骤。所述镀覆步骤可以通过场诱发镀(field induced plating)、光诱发镀或电镀来执行。

23、在执行根据第一方面的所述方法后，提高了镀覆的金属与所述tco的粘附力。

24、在一些实施方式中，当用母线拉力测试仪(busbar pull tester)测量时，所述金属与所述tco材料的粘附力高于0.5n/mm母线宽度。

25、通过测量使用在与金属指状物交叉的方向上沿着所述tco材料的表面向所述金属指状物移动的触针以剥离附连至所述tco材料上的所述金属指状物所需的力，也可以测量粘附力。在实施方式中，通过使用这种测量技术，对于宽度至少为30μm并且高度至少为8μm的指状物，剥离金属指状物所需的力至少为1n。

26、根据第二方面，本发明提供了用于将金属材料镀覆至半导体器件中的tco材料的方法，所述半导体器件包括p-n结，所述方法包括以下步骤：

27、将所述tco材料的表面暴露于电解液，所述电解液适合在所述tco材料的区域中产生了电流时对所述tco材料进行电化学还原；以及

28、通过偏置所述p-n结在所述tco材料中产生电流；

29、允许通过所述电流和所述电解液按照提高所述金属材料与所暴露的表面的粘附力的方式还原所述tco材料的表面；

30、将所述金属材料镀覆至所述tco材料的表面。

31、所述tco材料可以包括铟锡氧化物(ito)，并且在执行所述方法时，所述ito中的sno2部分可以还原为sno。此外，在执行所述方法时，sno部分可以还原为sn。

32、在实施方式中，所述半导体器件是硅太阳能电池，并且第一或第二方面的所述方法用于形成允许从所述器件中提取光生电荷载流子作为电流的金属电极。

33、根据第三方面，本发明提供一种制造装置，所述制造装置包括适合容纳电解液的槽和适合执行根据前述要求中任一项所述的方法的电装置。

34、根据第四方面，本发明提供光伏电池，所述光伏电池包括：

35、p-n结；

36、至少一个ito层；以及

37、沉积到所述ito层上的至少一个金属触点，

38、其中，所述ito层具有介于50nm到100nm之间的厚度，并根据第一方面的方法处理，以提高所述金属触点与所述ito层的粘附力。

39、在实施方式中，所述ito层包含in2o3和sno2，并且所述ito层中的sno2的浓度介于5％到20％之间。

40、本发明的实施方式的优点涉及在镀覆前对tco执行的预处理过程。所述过程可以针对沉积在异质结太阳能电池的n型区域或p型区域上的tco层执行。有利地，所述预处理过程是由在太阳能电池中循环的电流驱动的。这可以是光生电流，或是通过对电池施加偏置电压而产生的电流。这种方法允许高度均匀地控制“预处理电流”。