СПОСОБ ПАССИВИРОВАНИЯ СКВОЗНОГО ОТВЕРСТИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ПЛАСТИНЫ Российский патент 2021 года по МПК H01L31/18 

Изобретение относится к области полупроводниковой техники, в частности, к способу пассивирования сквозного отверстия полупроводниковой пластины.

Для уменьшения затенения фронтальной стороны солнечного элемента на его тыльной стороне можно расположить как положительную, так и отрицательную внешнюю контактную площадку. Фронтальная сторона солнечных элементов, выполненных в соответствии с так называемой технологией Metal Wrap Through (MWT), контактирует с тыльной стороной, например, посредством сквозного контактного отверстия.

При этом важным условием является надежное изолирование контактного металлического слоя внутри сквозного контактного отверстия относительно всех частичных элементов. Однако предпосылкой для создания надежного сплошного изолирующего слоя является как можно более гладкая и не имеющая поднутрений боковая стенка в зоне сквозного контактного отверстия.

Из публикации „Via Sidewall Insulation for Through Cell via Contacts“, Mathieu de Lafontaine et al., AIP Converence Proceedings 1881, 040002 (2017), doi 10.1063/1.5001424 известна методика тестирования качества изолирующего слоя на боковой стенке отверстия, проходящего внутри стопки солнечных элементов. Исследуют слои SiO₂, нанесенные на верхнюю сторону и боковую стенку нескольких отверстий методом поддерживаемого плазмой газофазного осаждения или методом поддерживаемого плазмой осаждения атомарных слоев. Отверстия выполнены посредством сухого травления. Было обнаружено, что 40 % изготовленных методом газофазного осаждения изолирующих слоев имеют дефекты.

С учетом вышеизложенного в основу настоящего изобретения была положена задача предложить устройство, превосходящее уровень техники.

Указанная задача согласно изобретению решается с помощью способа пассивирования сквозного отверстия полупроводниковой пластины (10), который включает по меньшей мере следующие стадии:

- предоставление включающей несколько стопок (12) солнечных элементов полупроводниковой пластины (10) с верхней стороной (10.1) и нижней стороной (10.2),

- причем каждая стопка (12) солнечных элементов включает германиевую подложку (14), образующую нижнюю сторону (10.1) полупроводниковой пластины (10), германиевый частичный элемент (16) и по меньшей мере два III-V-частичные элемента (18, 20) в указанной последовательности, а также по меньшей мере одно проходящее от верхней стороны (10.1) до нижней стороны (10.2) полупроводниковой пластины (10) сквозное отверстие (22) со сплошной боковой стенкой (22.1) и овальным поперечным сечением,

– нанесение диэлектрического изолирующего слоя (24) на верхнюю сторону (10.1) полупроводниковой пластины (10), нижнюю сторону (10.2) полупроводниковой пластины (10) и боковую стенку (22.1) сквозного отверстия (22) посредством химического газофазного осаждения.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Таким образом, объектом настоящего изобретения является способ пассивирования сквозного отверстия полупроводниковой пластины, который включает по меньшей мере следующие стадии:

предоставление включающей несколько стопок солнечных элементов полупроводниковой пластины с верхней стороной и нижней стороной, причем каждая стопка солнечных элементов включает германиевую подложку, образующую нижнюю сторону полупроводниковой пластины, германиевый частичный элемент и по меньшей мере два III-V-частичные элемента в указанной последовательности, а также по меньшей мере одно проходящее от верхней стороны до нижней стороны полупроводниковой пластины сквозное отверстие со сплошной боковой стенкой и овальным поперечным сечением,

нанесение диэлектрического изолирующего слоя на верхнюю сторону полупроводниковой пластины, нижнюю сторону полупроводниковой пластины и боковую стенку сквозного отверстия посредством химического газофазного осаждения.

Согласно изобретению каждый из отдельных частичных элементов стопки солнечных элементов имеет pn-переход, причем следующие после подложки слои выполнены друг на друге эпитактильно и/или соединены друг с другом с использованием основанной на склеивании технологии Wafer-Bonding (сращивание пластин).

Кроме того, согласно изобретению германиевый частичный элемент содержит германий или состоит из германия, причем состоящий из германия слой помимо германия при необходимости содержит также другие вещества, в частности, легирующие материалы, а также примеси.

То же относится к III-V-частичным элементам, которые содержат один или несколько материалов с элементами III-й и V-й главных групп периодической таблицы Менделеева или состоят из подобных материалов.

Посредством газофазного осаждения может быть обеспечено согласованное осаждение слоя, реализуемое таким образом, чтобы были полностью покрыты не только верхняя и нижняя стороны полупроводниковой пластины, но и соответствующие примыкающие участки боковой поверхности сквозного отверстия.

Двухстороннее газофазное осаждение по всей поверхности, в частности, обеспечивает формирование внутри сквозного отверстия сплошного и достаточно толстого изолирующего слоя.

Таким образом, преимущество предлагаемого в изобретении способа состоит в том, что благодаря реализуемому методом газофазного осаждения двухстороннему нанесению покрытия по всей поверхности внутри сквозного отверстия без больших дополнительных затрат формируется надежный изолирующий слой.

Кроме того, посредством газофазного осаждения удается простым образом последовательно наносить слои, которые состоят из разных материалов или обладают разной стехиометрией.

Слоевая система, состоящая по меньшей мере из двух различных изолирующих слоев, в свою очередь, позволяет уменьшить плотность микроотверстий и/или повысить адгезию при последующей металлизации.

Согласно улучшенному варианту осуществления изобретения диэлектрический изолирующий слой наносят методом поддерживаемого плазмой газофазного осаждения. Подобная технология осаждения может быть реализована при невысоких температурах, находящихся в примерном диапазоне от 100 до 500°С.

В другом варианте осуществления изобретения диэлектрический изолирующий слой, нанесенный на боковую стенку сквозного отверстия, имеет толщину по меньшей мере 10 нм.

Было обнаружено, что достаточная для надежного изолирования толщина слоя составляет 10 нм. Это прежде всего имеет место в том случае, если изолирующий слой характеризуется максимально низкой плотностью микроотверстий, что достигается, например, благодаря использованию в качестве изолирующего слоя системы, состоящей по меньшей мере из двух слоев, а также благодаря отсутствию подтравливаний сквозного отверстия.

Согласно альтернативным вариантам осуществления изобретения диэлектрический изолирующий слой содержит SiO_x и/или SiN_x. Нанесенный изолирующий слой, в частности, может являться системой по меньшей мере двух слоев из SiO_x и/или SiN_x. По меньшей мере два указанные слоя отличаются друг от друга, например, материалом или стехиометрией.

Согласно другому улучшенному варианту осуществления изобретения диэлектрический изолирующий слой сначала наносят на верхнюю сторону полупроводниковой пластины, затем полупроводниковую пластину поворачивают и диэлектрический изолирующий слой наносят на ее нижнюю сторону. Поворот полупроводниковой пластины предоставляет простую возможность нанесения двухстороннего покрытия в имеющемся в распоряжении устройстве для газофазного осаждения.

Согласно улучшенному варианту осуществления изобретения сквозное отверстие предоставленной полупроводниковой пластины на примыкающем к верхней стороне полупроводниковой пластины крае обладает первым диаметром, составляющим максимум 1 мм и по меньшей мере 50 мкм, и на примыкающем к нижней стороне полупроводниковой пластины крае обладает вторым диаметром, составляющим максимум 1 мм и по меньшей мере 50 мкм.

Предоставленная полупроводниковая пластина предпочтительно обладает общей толщиной, составляющей максимум 300 мкм и по меньшей мере 90 мкм.

Согласно другому варианту осуществления изобретения после нанесения диэлектрического изолирующего слоя его структурируют сначала на верхней стороне, а затем на нижней стороне, или сначала на нижней стороне, а затем на верхней стороне или одновременно на нижней стороне и верхней стороне.

Согласно улучшенному варианту осуществления изобретения диэлектрический изолирующий слой структурируют мокрым химическим методом, причем соответственно наносят, отверждают, засвечивают и проявляют первый лаковый слой, и/или методом трафаретной печати или струйной печати структурированно наносят органический материал, отличающийся от первого лакового слоя.

Согласно другому улучшенному варианту осуществления изобретения перед нанесением первого лакового слоя наносят повышающее адгезию средство, например, содержащее титан.

Согласно другому улучшенному варианту осуществления изобретения после нанесения первого лакового слоя и перед засвечиванием в зоне сквозного отверстия наносят второй лаковый слой. В качестве альтернативы в зоне сквозного отверстия в качестве дополнительного защитного слоя наносят другой органический наполнитель, стойкий к фтороводороду, например, воск, смолу, клей или термопласт. Согласно улучшенному варианту лаковый слой или другой органический наполнитель наносят методом печати, например, трафаретной печати.

Согласно улучшенному варианту осуществления изобретения изолирующий слой сформирован в виде слоевой системы, состоящей из первого слоя и по меньшей мере одного второго слоя.

Первый слой наносят до нанесения второго слоя.

Согласно изобретению каждый из обоих слоев наносят посредством газофазного осаждения.

При этом сначала на верхнюю сторону и нижнюю сторону полупроводниковой пластины наносят первый слой.

Затем на верхнюю и нижнюю стороны полупроводниковой пластины наносят второй слой.

В качестве альтернативы на первой стадии сначала на верхнюю сторону полупроводниковой пластины последовательно наносят первый слой и второй слой, а затем на нижнюю сторону полупроводниковой пластины также последовательно наносят первый слой и второй слой.

Комбинирование двух или более слоев из разных материалов или по меньшей мере с разной стехиометрией в качестве изолирующего слоя позволяет значительно уменьшить плотность микроотверстий. Благодаря этому возрастает целостность изолирующего слоя и надежность конструктивного элемента в целом.

Настоящее изобретение относится к любым комбинациям предпочтительных вариантов конструктивного исполнения полупроводниковой пластины и предпочтительных вариантов осуществления при условии, что они не являются взаимоисключающими.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи. При этом одинаковые детали обозначены идентичными позициями. Представленные на чертежах варианты осуществления изобретения сильно схематизированы, то есть горизонтальные и вертикальные расстояния указаны без соблюдения масштаба, а также, в отсутствие особых указаний, без соблюдения истинных геометрических пропорций. На чертежах показано:

на фиг. 1 сквозное отверстие полупроводниковой пластины, пассивированное в соответствии с первым вариантом предлагаемого в изобретении способа,

на фиг. 2 вид в плане пассивированного предлагаемым в изобретении способом сквозного отверстия полупроводниковой пластины,

на фиг. 3 полупроводниковая пластина.

На фиг. 1 показано сквозное отверстие полупроводниковой пластины, пассивированное в соответствии с первым вариантом предлагаемого в изобретении способа.

На этом чертеже представлена полупроводниковая пластина 10 в виде стопки солнечных элементов, обладающая верхней стороной 10.1, нижней стороной 10.2 и проходящим от верхней стороны 10.1 до нижней стороны 10.2 сквозным отверстием 22 со сплошной боковой стенкой 22.1 и овальным, например, округлым поперечным сечением.

Нижняя сторона 10.2 образована германиевой подложкой 14, после которой следует германиевый частичный элемент 16 и два III-V-частичные элемента.

Сквозное отверстие 22 на верхней стороне 10.1 полупроводниковой пластины 10 имеет первый диаметр В1, а на ее нижней стороне 10.2 второй диаметр В2, причем второй диаметр В2 меньше первого диаметра В1.

Кроме того, сквозное отверстие имеет два ступенчатые уступа, которые образуются вследствие скачкообразного уменьшения диаметра сквозного отверстия при взгляде в направлении от верхней стороны 10.1. Первый уступ имеет поверхность, образованную верхней стороной германиевого частичного элемента.

Второй уступ находится в зоне германиевого частичного элемента ниже pn-перехода германиевого частичного элемента.

Диэлектрический изолирующий слой 24 посредством химического газофазного осаждения наносят на верхнюю сторону 10.1 полупроводниковой пластины 10, а также на примыкающую к верхней стороне 10.1 часть боковой поверхности 22.1 сквозного отверстия 22.

Затем полупроводниковую пластину 10.1 поворачивают и посредством химического газофазного осаждения наносят диэлектрический изолирующий слой 24 на нижнюю сторону 10.2, а также на примыкающую к нижней стороне 10.2 часть боковой поверхности 22.1 сквозного отверстия 22.

Толщина D1 диэлектрического изолирующего слоя 24 внутри сквозного отверстия составляет по меньшей мере 10 нм.

На фиг. 2 представлен другой вариант осуществления изобретения. Ниже поясняются лишь отличия этого варианта от варианта, показанного на фиг. 1.

На виде в плане верхней стороны 10.1 полупроводниковой пластины со сквозным отверстием 22 показаны оба уступа, соответственно их поверхности. Поверхность первого ступенчатого уступа имеет ступеньку шириной S1. Второй уступ имеет выступающую поверхность S2.

На фиг. 3 представлен другой вариант осуществления изобретения. Ниже поясняются лишь отличия этого варианта от варианта, показанного на фиг. 1 или 2.

Способ пассивирования реализуют на уровне полупроводниковой пластины, то есть последняя включает несколько стопок 12 солнечных элементов, которые показаны на виде в плане верхней стороны 10.1 полупроводниковой пластины (фиг. 3).

В заявке описан способ пассивирования сквозного отверстия полупроводниковой пластины, который включает по меньшей мере следующие стадии: предоставление включающей несколько стопок солнечных элементов полупроводниковой пластины с верхней стороной и нижней стороной, причем каждая стопка солнечных элементов включает германиевую подложку, образующую нижнюю сторону полупроводниковой пластины, германиевый частичный элемент и по меньшей мере два III-V-частичные элемента в указанной последовательности, а также по меньшей мере одно проходящее от верхней стороны до нижней стороны полупроводниковой пластины сквозное отверстие со сплошной боковой стенкой и овальным поперечным сечением, и нанесение диэлектрического изолирующего слоя на верхнюю сторону полупроводниковой пластины, нижнюю сторону полупроводниковой пластины и боковую стенку сквозного отверстия, осуществляемое посредством химического газофазного осаждения. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ пассивирования сквозного отверстия полупроводниковой пластины (10), который включает по меньшей мере следующие стадии:

- предоставление включающей несколько стопок (12) солнечных элементов полупроводниковой пластины (10) с верхней стороной (10.1) и нижней стороной (10.2),

- причем каждая стопка (12) солнечных элементов включает германиевую подложку (14), образующую нижнюю сторону (10.1) полупроводниковой пластины (10), германиевый частичный элемент (16) и по меньшей мере два частичных элемента (18, 20) из элементов III-V-групп в указанной последовательности, а также по меньшей мере одно проходящее от верхней стороны (10.1) до нижней стороны (10.2) полупроводниковой пластины (10) сквозное отверстие (22) со сплошной боковой стенкой (22.1) и овальным поперечным сечением,

- нанесение диэлектрического изолирующего слоя (24) на верхнюю сторону (10.1) полупроводниковой пластины (10), нижнюю сторону (10.2) полупроводниковой пластины (10) и на боковую стенку (22.1) сквозного отверстия (22) посредством химического газофазного осаждения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрический изолирующий слой (24) наносят посредством поддерживаемого плазмой газофазного осаждения.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрический изолирующий слой (24), нанесенный на боковую стенку (22.1) сквозного отверстия (22), обладает толщиной (D1) по меньшей мере 10 нм.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрический изолирующий слой (24) содержит SiO_x и/или SiN_x.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрический изолирующий слой (24) сначала наносят на верхнюю сторону (10.1) полупроводниковой пластины (10), затем полупроводниковую пластину (10) поворачивают и диэлектрический изолирующий слой (24) наносят на нижнюю сторону (10.2).

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сквозное отверстие (22) предоставленной полупроводниковой пластины (10):

- на примыкающем к верхней стороне (10.1) полупроводниковой пластины (10) крае обладает первым диаметром (В1), составляющим максимум 1 мм и по меньшей мере 50 мкм, и

- на примыкающем к нижней стороне (10.2) полупроводниковой пластины (10) крае обладает вторым диаметром (В2), составляющим максимум 1 мм и по меньшей мере 50 мкм,

- причем предоставленная полупроводниковая пластина (10) обладает общей толщиной (Н1), составляющей максимум 300 мкм и по меньшей мере 90 мкм.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после нанесения диэлектрического изолирующего слоя (24) его структурируют сначала на верхней стороне (10.1), а затем на нижней стороне (10.2), или сначала на нижней стороне (10.2), а затем на верхней стороне (10.1), или одновременно на нижней стороне (10.2) и верхней стороне (10.1).

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что диэлектрический изолирующий слой (24) структурируют мокрым химическим методом, причем соответственно наносят, отверждают, засвечивают и проявляют первый лаковый слой, и/или методом трафаретной печати или струйной печати структурированно наносят органический материал, отличающийся от первого лакового слоя.

9. Способ по одному из пп. 1-8, отличающийся тем, что изолирующий слой (24) формируют в виде слоевой системы, состоящей из первого слоя и по меньшей мере одного второго слоя, причем первый слой наносят до нанесения второго слоя.