CN103579416A - 一种具有倒金字塔结构模板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微纳米加工技术领域，具体为一种具有倒金字塔结构模板的制备方法。首先在单晶硅衬底正反两面都用PECVD的方法沉积氮化硅保护层；再在上述已沉积氮化硅保护层的硅片正面上旋涂光刻胶，并利用光刻制备光刻胶方块阵列结构；在光刻胶结构上利用电子束蒸镀的方法沉积一层金属铬，经过举离后得到铬的方格阵列结构；再以铬方格阵列结构为掩膜，用ICP刻蚀氮化硅，得到氮化硅的方格阵列结构；最后用异丙醇、KOH、水配成腐蚀液，利用湿法腐蚀硅从而得到倒金字塔结构。本发明方法制备的倒金字塔结构模板面积大，结构均匀完整，能有效的用于太阳能电池表面制绒等方向。

Description

一种具有倒金字塔结构模板的制备方法
技术领域
本发明属于微纳米加工领域，具体涉及倒金字塔结构模板的制备方法。
背景技术
随着现代经济的发展，人们对能源的需求量日益增大。太阳能是取之不尽用之不竭的可再生能源，而且清洁无污染，所以太阳能电池作为一种新兴的能源已经走上世界的舞台。然而如何提高太阳能的转化效率和降低成本是目前研究的重要问题，有效的减少太阳光在表面的反射损失，提高电池的陷光效应是提高太阳能电池转化效率的重要手段。目前降低太阳能电池表面反射效率主要有表面制绒和表面沉积减反膜两种方法，表面制绒就是在太阳能电池表面制备减反结构，其中一种方法就是在太阳能电池表面制备金字塔的绒面结构，这样就可以得到均匀、规则的绒面结构，对降低表面反射效率和提高光生载流子密度有着明显的效果，从而提高太阳能电池的光电转化效率。
近年来，纳米压印技术得到了迅猛的发展。纳米压印因其廉价、快速、高效的优点在太阳能电池表面制绒方面得到了广泛应用。而在纳米压印中，模板的制备是关键所在。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有倒金字塔结构模板的制备方法，用于太阳能电池表面制绒。
本发明采用的技术方案如下：
一种具有倒金字塔结构模板的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
a)用PECVD的方法在处理过的(100)单晶硅衬底的正反两面分别生长一层氮化硅保护层;
b)在上述已沉积氮化硅保护层的硅片正面上旋涂AZ1500光刻胶，再在120℃下烘烤60秒以除去残余溶剂，并利用光刻方法制备光刻胶方块阵列结构；
c)在做好的光刻胶方块阵列结构上利用电子束蒸镀的方法沉积一层铬，然后放在丙酮中超声10分钟，得到铬方格阵列结构；
d)利用ICP刻蚀，以铬方格阵列结构为掩膜，刻蚀氮化硅保护层，得到氮化硅的方格阵列结构；
e)用异丙醇、KOH和水配成腐蚀液，质量分数分别为10%、30%和60%，温度控制在50℃，湿法腐蚀硅，根据湿法腐蚀的选择性，腐蚀得到倒金字塔结构；
f)如果有需要，可再用ICP将氮化硅刻蚀掉，得到硅的倒金字塔结构。
所述步骤a)中，先在单晶硅衬底上蒸镀一层100纳米厚的二氧化硅作为连接层，再蒸镀一层400纳米厚的氮化硅作为湿法腐蚀的阻隔层；然后以此方法循环蒸镀1次，得到共计1微米厚的二氧化硅和氮化硅层。
所述步骤b)中AZ1500光刻胶的厚度为2微米，光刻胶方块阵列结构的周期为100微米。
所述步骤c)中铬的厚度为60纳米。
使用本发明方法制备倒金字塔结构模板具有以下有益效果：
（1）PECVD生长的氮化镓膜均匀致密，能够在湿法腐蚀中有效保护下层硅，从而使结构很完整；（2）湿法腐蚀中异丙醇的加入使得腐蚀面十分光滑，得到的倒金字塔结构完整、表面光滑；（3）使用本方法制备的倒金字塔结构模板面积大，结构均匀完整，能有效的用于太阳能电池表面制绒等方向。
附图说明
图1是本发明具有倒金字塔结构模板的制备流程图；其中，1-氮化硅；2-硅衬底；3-光刻掩模板；4-光刻胶；5-铬；6-倒金字塔结构。
图2是利用本发明制备的模板压印得到的压印图案的SEM照片。
具体实施方式
本发明具有倒金字塔结构模板的制备主要涉及PECVD，光刻，电子束蒸镀，ICP刻蚀，湿法刻蚀等工艺步骤，具体过程如下：
(1)生长氮化硅保护层。
用PECVD（PECVD，Plasmalab System 80Plus）在处理过的(100)单晶硅衬底的正反两面分别生长一层氮化硅层。由于氮化硅层和硅表面的粘附性不如二氧化硅好，所以依次镀上100纳米二氧化硅和400纳米氮化硅（循环2次共计1微米厚），二氧化硅作为连接层，氮化硅作为湿法腐蚀的阻隔层。考虑到湿法腐蚀时背面也会腐蚀，所以背面也镀了一层氮化硅保护层。
(2)光刻。
在镀好氮化硅薄膜的硅片上旋涂一层2微米厚的AZ1500光刻胶（涂胶机，SUSS elta 80RC，转速4000r/s），再在120℃下烘烤60秒以除去残余溶剂。然后做光刻（光刻机，SUSS MJB4，曝光7秒，显影10秒），得到100微米周期的光刻胶的方块阵列结构。
(3)举离。
在光刻胶的方块阵列结构上利用真空镀膜仪（PVD，Kurt-Lesker）蒸镀一层60纳米的金属铬，再置于丙酮中超声10分钟以去除光刻胶及光刻胶上的铬从而得到硅衬底上的100微米周期的铬方格阵列结构。
(4)刻蚀。
利用ICP（ICP，ULVAC CE-300I）刻蚀，以铬的方格阵列结构为掩膜，刻蚀氮化硅，得到氮化硅的格子结构。刻蚀的时候要注意氮化硅膜的剩余厚度，如果没有刻蚀干净，由于湿法腐蚀无法腐蚀氮化硅，也就无法腐蚀硅，这样就无法转移结构。
(5)湿法腐蚀。
用异丙醇10%，KOH 30%，水60%（质量分数）配成腐蚀液，在50℃水浴加热下湿法腐蚀硅，根据湿法腐蚀的选择性，KOH溶液对单晶硅腐蚀具有各项异性的特点，经过3小时的腐蚀得到倒金字塔结构。
(6)后期处理。
如果需要，可以用ICP将氮化硅刻蚀掉，得到Si的倒金字塔结构；如果不需要，残余的氮化硅不会影响结构。
本发明制备的倒金字塔结构模板面积大，结构均匀完整。图2为利用该模板压印得到的压印图案，可以在太阳能电池表面制备得到均匀、规则的倒金字塔绒面结构，提高太阳能电池的光电转化效率。

Claims (4)

1.一种具有倒金字塔结构模板的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
a)用PECVD的方法在处理过的(100)单晶硅衬底的正反两面分别生长一层氮化硅保护层；
b)在上述已沉积氮化硅保护层的硅片正面上旋涂AZ1500光刻胶，再在120℃下烘烤60秒以除去残余溶剂，并利用光刻方法制备光刻胶方块阵列结构；
c)在做好的光刻胶方块阵列结构上利用电子束蒸镀的方法沉积一层铬，然后放在丙酮中超声10分钟，得到铬方格阵列结构；
d)利用ICP刻蚀，以铬方格阵列结构为掩膜，刻蚀氮化硅保护层，得到氮化硅的方格阵列结构；
e)用异丙醇、KOH和水配成腐蚀液，质量分数分别为10%、30%和60%，温度控制在50℃，湿法腐蚀硅，根据湿法腐蚀的选择性，腐蚀得到倒金字塔结构；
f)如果有需要，可再用ICP将氮化硅刻蚀掉，得到硅的倒金字塔结构。
2.根据权利要求1所述的一种具有倒金字塔结构模板的制备方法，其特征在于，所述步骤a)中，先在单晶硅衬底上蒸镀一层100纳米厚的二氧化硅作为连接层，再蒸镀一层400纳米厚的氮化硅作为湿法腐蚀的阻隔层；然后以此方法循环蒸镀1次，得到共计1微米厚的二氧化硅和氮化硅层。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有倒金字塔结构模板的制备方法，其特征在于，所述步骤b)中AZ1500光刻胶的厚度为2微米，光刻胶方块阵列结构的周期为100微米。
4.根据权利要求3所述的一种具有倒金字塔结构模板的制备方法，其特征在于，所述步骤c)中铬的厚度为60纳米。
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