通过回流调节掩模制造技术

一种通过回流调节掩模的方法。作为在结构上实施该方法的步骤，在所述结构上形成的有机树脂掩模材料薄层中提供孔图案，以提供加工掩模。然后通过掩模中的开口实施加工步骤，在该加工步骤完成之后，通过回流工艺调整掩模，其中所述结构置于掩模材料溶剂的溶剂蒸气气氛中。通过回流加工，掩模材料软化并回流从而减小掩模中开口的尺寸，使得在其上执行加工步骤的表面区域的边缘被用于后续加工步骤的掩模所覆盖。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般性涉及用于半导体器件制造领域，具体而言，本专利技术提供一种用于在薄膜半导体器件中形成金属接触和其它结构的方法中的改进加工步骤。还提供一种用于薄膜光电器件的新型器件结构。
技术介绍
薄膜光电(PV)模块相比于传统晶片基模块的主要优点在于低成本生产的潜力。然而，实际上难以实现节省成本，因为成本的主要部分是制造工序所涉及的加工步骤的数量和复杂程度，并且这方面的成本可快速超过所节省的材料成本。具体来说，需要精确校准的步骤数量或用来执行步骤的装置速度可与成本具有很强的关系，工艺稳定性也是如此，在某些情况下这导致需要额外的补救步骤或由于材料劣化导致成品性能下降。因此，降低校准要求、减少步骤数量、减少对设备的损伤或允许步骤更快执行的工艺改进提供明显的优点。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种更改在结构上方形成的有机树脂掩模材料中的孔图案的方法，这种更改为在所述结构上进行加工的步骤，该方法包括以下步骤a)过在所述结构上方涂布有机树脂薄层(例如0.1-10μm)而形成掩模；b)在所述掩模上形成开口以提供孔图案；c)在通过掩模中的开口暴露出的所述结构表面区域执行加工步骤；d)将所述结构置于掩模材料溶剂的溶剂蒸气气氛中，由此掩模材料软化并回流以减小掩模中开口的尺寸，使得在其上执行加工步骤的表面区域的边缘被用于后续加工步骤的掩模所覆盖。在第一方面的优选实施方案中，开口步骤之后进行进一步加工步骤例如蚀刻、掺杂步骤或涂布步骤，并且在所述进一步加工之后执行回流步骤，以在又一加工之前改变掩模。例如，在一个实施方案中，打开掩模，通过掩模执行蚀刻步骤，通过回流减小掩模中的开口，以及在掩模上涂布接触层，所述接触层接触回流步骤所未覆盖的区域但与蚀刻所形成的孔的边缘相隔离。根据第二方面，本专利技术提供一种在沉积在玻璃衬底上的硅膜中形成光电器件的方法，所述膜包含最接近玻璃衬底的n+型区、n+型区上方的轻微掺杂区和轻微掺杂区上方的p+型区，该方法包括以下步骤1.通过形成隔离槽将硅膜分成多个单元区域；2.在硅膜上方形成有机树脂薄层(例如0.1-10μm)掩模；3.在掩模中需要形成n型接触的位置处形成第一组开口；4.蚀刻第一组开口中的硅膜以暴露出至少一些n+型硅；5.将所述结构置于掩模材料溶剂的溶剂蒸气气氛中，由此掩模材料软化并回流以减小掩模中开口的尺寸；6.在掩模中需要形成p型接触的位置处形成第二组开口；7.在掩模表面上方形成金属层并将金属延伸至第一和第二开口中，以接触n+型和p+型硅；8.在金属中形成隔离槽，以隔离每一单元内与p型和n型硅的接触。优选地，第二方面的方法还包括蚀刻第二组开口中的硅膜的步骤，从而在形成金属层之前，从p+型硅表面上除去受损材料。还优选在第二方面中的硅膜上方形成有机树脂材料掩模之前，在硅表面上形成坚硬、薄的氮化硅盖层。此外，在第二方面中，在沉积硅膜之前优选在玻璃衬底上形成抗反射层。有机树脂优选为线型酚醛树脂，但其他类似树脂也适用，例如常用的光刻胶。树脂层中的开口可通过使用腐蚀性物质如氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)溶液进行化学移除而形成。在根据本专利技术的优选方法中，将稀(15％)氢氧化钾液滴分布在将要打开掩模的位置处。优选使用喷墨打印技术来沉积KOH溶液。在掩模层中制备开口的其他方法包括激光消融和照相技术(使用光刻胶)。在优选实施方案中，通过使支撑结构或衬底在室温(例如21℃)下穿过含溶剂蒸气的区域而进行回流步骤。这导致有机树脂回流，缩小开口尺寸。当样品离开该区域时，优选对其加热以驱除残留的溶剂。回流速度随所用溶剂的侵蚀性、浓度和温度而变。有多种适于溶解有机树脂如线型酚醛树脂的挥发性溶剂，包括例如丙酮。丙酮是适用于本方法的合适溶剂，但其侵蚀性非常强，仅需几秒钟即可实现显著回流。利用侵蚀性较低的溶剂以及当树脂是线型酚醛树脂时可以实现更高的精确性，优选溶剂是丙二醇单甲基醚乙酸酯(PGMEA)。在优选实施方案中，将支撑结构或衬底放入含有PGMEA饱和蒸气的气氛中持续4分钟，直至观察到树脂中的孔轻微收缩。在使用PGMEA的情况下，在加热灯下于90℃温度执行加热步骤。回流步骤也可用来封闭掩模上存在的针孔以防止其干扰进一步步骤或成品器件的器件运行。回流步骤也可用来完全封闭在进一步加工之后的开口步骤中形成的开口。在掩模层中形成开口的优选方法包括将反应物质以预定图案沉积到掩模层表面上的方法，该方法包括a)将所述结构置于工作台上；b)将喷墨打印装置定位在所述表面上方并与所述表面贴近，所述喷墨装置和工作台相互之间可相对移动；c)将蚀刻剂装入所述喷墨装置中；d)在控制装置的控制下，使所述表面和所述喷墨装置相互之间相对移动；和e)当所述表面和所述喷墨装置相互之间相对移动时，控制所述喷墨装置以将预定量的蚀刻剂以预定图案沉积在所述表面上。优选工作台是X-Y平台并且所述喷墨装置是固定的，从而通过移动所述喷墨装置下的工作台而实现所述表面与打印头的相对移动。在实施方案中，当有机树脂是线型酚醛树脂或类似树脂如常用的光刻胶时，腐蚀性溶液优选例如氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)溶液。在根据本专利技术的优选方法中，所述溶液是15％的氢氧化钾溶液。还优选在所述溶液中加入适量甘油，从而为喷墨装置提供正确粘度。所述喷墨装置例如可以是Ink Jet Technologies Inc.制造的128ID、64ID2或64-30型号的喷墨打印头。所述打印头要求5-20厘泊的溶液粘度。通过掩模蚀刻硅的方法优选包括将氢氟酸(HF)和高锰酸钾(KMnO4)的稀溶液涂布至通过掩模而暴露的硅表面，从而蚀刻硅至所需深度。选择该溶液是因为其蚀刻硅而不损伤线型酚醛树脂。优选硅的待蚀刻区域的宽度和长度明显大于待蚀刻深度(即至少大一个数量级)。在优选实施方案中，待蚀刻硅是在异质衬底上的硅薄膜并且蚀刻受到基本向下蚀刻至衬底的硅的限制。然而，该方法也可以改进速率，使得蚀刻深度受蚀刻时间控制。HF和KMnO4的稀溶液优选包含1％HF和0.1％KMnO4的溶液。利用该溶液，将在室温(21℃)下于12分钟内基本蚀刻掉1.5μm的硅。附图说明现在将参照附图(未按比例绘制)通过实施例说明本专利技术的实施方案，其中图1是在玻璃衬底上涂布抗反射涂层和在抗反射涂层上沉积掺杂的半导体膜的初始步骤之后的半导体器件的截面图；图2是图1器件在完成刻线步骤以形成分隔各单元区域的单元隔离槽和在半导体层上涂布绝缘层之后的截面图；图3是采用喷墨技术、具有适合于直接涂布绝缘蚀刻剂的喷墨打印头的X-Y平台的示意图；图4是蚀刻剂图案已经直接沉积在绝缘层上之后的图2器件的截面图(略微向左偏移)，目的是打开绝缘层的需要接触半导体层的下层n+型区的区域；图5是绝缘层已经打开之后图4器件的截面图，其中打开的区域需要接触半导体层的下层n+型区域；图6是进一步的蚀刻步骤完成之后的图5器件的截面图，所述蚀刻步骤的目的是在需要接触半导体层的下层n+型区的区域中除去一些掺杂的半导体膜；图7是回流步骤之后的图6器件的截面图，所述回流步骤是在通过移除需要接触半导体层下层n+型区的区域中一些掺杂半导体膜而形成的孔中流入一些绝缘层，已经将腐蚀性溶液的图案直接沉积在绝缘层上以打开需要接触半导体层上层p+型区的区域中的绝缘层；图8是腐蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种更改在结构上方形成的有机树脂掩模材料中的孔图案的方法，这种更改为在所述结构上进行加工的步骤，该方法包括以下步骤：ａ）通过在所述结构上方涂布有机树脂薄层（例如０．１－１０μｍ）而形成掩模；ｂ）在所述掩模上形成开口以提供孔图 案；ｃ）在通过掩模中的开口暴露出的所述结构的表面区域执行加工步骤；ｄ）将所述结构置于掩模材料溶剂的溶剂蒸气气氛中，由此掩模材料软化并回流以减小掩模中开口的尺寸，使得在其上执行加工步骤的表面区域边缘被用于后续加工步骤的掩模所覆 盖。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】AU 2003-9-9 20039049351.一种更改在结构上方形成的有机树脂掩模材料中的孔图案的方法，这种更改为在所述结构上进行加工的步骤，该方法包括以下步骤a)通过在所述结构上方涂布有机树脂薄层(例如0.1-10μm)而形成掩模；b)在所述掩模上形成开口以提供孔图案；c)在通过掩模中的开口暴露出的所述结构的表面区域执行加工步骤；d)将所述结构置于掩模材料溶剂的溶剂蒸气气氛中，由此掩模材料软化并回流以减小掩模中开口的尺寸，使得在其上执行加工步骤的表面区域边缘被用于后续加工步骤的掩模所覆盖。2.权利要求1的方法，其中所述有机树脂材料是线型酚醛树脂。3.权利要求2的方法，其中所述有机树脂薄层的厚度为0.1-10μm。4.权利要求2或3的方法，其中掩模材料的回流通过将支撑结构或衬底穿过含有溶剂蒸气的区域而进行。5.权利要求4的方法，其中所述溶剂是丙二醇单甲基醚乙酸酯(PGMEA)。6.权利要求3或4的方法，其中当样品离开含有溶剂蒸气的区域时，对其加热以驱除残留的溶剂。7.权利要求1-6中任一项的方法，其中掩模材料回流是用于封闭掩模中存在的针孔，以防止其干扰进一步加工或成品器件的器件运行。8.权利要求1-7中任一项的方法，其中掩模材料回流用在进一步加工之后，以完全封闭提供在掩模上的开口。9.一种加工半导体结构的方法，其中在位于支撑结构上方的掩模材料中提供孔图案，并且掩模材料是形成为薄层的有机树脂，贯穿该掩模材料提供开口以形成孔图案，该方法包括a)将所述支撑结构或衬底置于掩模材料溶剂的溶剂蒸气气氛中，由此掩模材料软化并回流以减小掩模中开口的尺寸。10.权利要求9的方法，其中在掩模中形成开口之后，进行进一步加工，所述加工选自以下步骤之一a)蚀刻表面或区域；b)掺杂半导体区域或层；或c)涂布表面，以及在进一步加工之后进行掩模材料的回流。11.权利要求10的方法，其中所述进一步加工是蚀刻通过掩模中的开口所暴露的表面，该蚀刻通过掩模中的开口进行。12.权利要求9、10或11的方法，其中在通过回流减小掩模中的开口之后，在掩模上方涂布接触层，使该接触层接触掩模材料回流后未覆盖的剩余区域、但与通过蚀刻掩模材料所形成的孔的边缘相隔离，所述掩模材料已经回流从而缩小掩模中开口的尺寸。13.权利要求12的方法，其中所述有机树脂材料是线型酚醛树脂。14.权利要求13的方法，其中掩模材料的回流通过将支撑结构或衬底穿过含有溶剂蒸气的区域而进行。15.权利要求14的方法，其中所述溶剂是丙二醇单甲基醚乙酸酯(PGMEA)。16.权利要求14或15的方法，其中当样品离开含有溶剂蒸气的区域时，对其加热以驱除残留的溶剂。17.权利要求9-16中任一项的方法，其中掩模材料回流用于封闭掩模中存在的针孔，以防止其干扰进一步加工或成品器件的器件运行。18.权利要求9-17中任一项的方法，其中掩模回流用在进一步加工之后，以完全封闭提供在掩模上的开口。19.一种在沉积在玻璃衬底上的硅膜中形成光电器件结构的方法，所述膜包含最接近玻璃衬底的n+型区、n+型区上方的轻微掺杂区和轻微掺杂区上方的p+型区，该方法包括以下步骤a)通过形成隔离槽将硅膜分成多个单元区域；b)在硅膜上方形成有机树脂薄层掩模；c)在掩模中需要n型接触的位置处形成第一组开口；d)蚀刻第一组开口中的硅膜以暴露出至少一些n+型硅；e)将所述结构置于掩模材料溶剂的溶剂蒸气气氛中，由此掩模材料软化并回流以减小掩模中开口的尺寸；f)在掩模中需要p型接触的位置处形成第二组开口；g)在掩模表面上方形成金属层并将金属延伸至第一和第二开口中，以接触n+型和p+型硅；...

【专利技术属性】
技术研发人员：特雷沃林赛扬，雷特埃万斯，
申请(专利权)人：CSG索拉尔有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]