CN103872172A - 一种太阳能电池的制绒方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能电池的制绒方法，将基片放置于等离子体处理腔室中进行制程，其中，所述制绒方法包括：向腔室内部通入反应气体和侧壁保护气体；同时对所述基片表面进行刻蚀和侧壁保护，并在上述制程中施加脉冲式偏置射频电压，以形成绒面。本发明能够形成较好的表面绒面。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种太阳能电池的制绒方法。
背景技术
目前，在制作太阳能电池的过程中，通常将硅片放置在电容耦合式的等离子体处理腔室的反应腔的下电极，通过在下电极或与其对应设置的上电极之间形成电场，将引入反应腔的反应气体电离形成其等离子体。或是在电感耦合等离子体处理腔室的反应腔的顶板外侧设置若干线圈，通入交变电流后产生一个感应电场，将引入的反应气体解离形成其等离子体。
通过该反应气体的等离子体对硅片进行制绒，即去除硅片表面由于之前机械切割等产生的损伤，去除表现的杂志金属离子，并在单晶硅表面形成金字塔形的绒面，而在多晶硅上形成凹坑状的绒面，以减少光的反射率，增强对太阳光的吸收，并提高光生电流密度，最终提高太阳能电池的光电转换效率。
当将射频电压施加到所述上电极或下电极上时，会对应在贴近上电极或下电极表面的位置形成等离子体鞘层（sheath），类似的等离子体鞘层也对应形成在所述线圈下方的反应腔内。由于等离子体中质量较轻的店子响应射频电压的变化，会在等离子体鞘层中形成直流自偏压，并对入手到硅片表面的等离子体中的粒子能量分布进行控制。
理想的太阳能电池表面（即绒面）是金字塔形，并且在其表面还覆盖有一层均匀的保护层。在太阳能电池制程过程中，一般同时输入刻蚀气体、侧壁保护气体以及调制气体，以便刻蚀出金字塔形。然而，由于气体同时输入，同时刻蚀和侧壁形成效果会相互抵消。
因此，业内需要一种太阳能电池的制绒制程，其能够形成效果较好的金字塔图形。
发明内容
针对背景技术中的上述问题，本发明提出了一种太阳能电池的制绒方法。
本发明提供了一种太阳能电池的制绒方法，将基片放置于等离子体处理腔室中进行制程，其中，所述制绒方法包括：
向腔室内部通入反应气体和侧壁保护气体；
同时对所述基片表面进行刻蚀和侧壁保护，并在上述制程中施加脉冲式偏置射频电压，以形成绒面。
进一步地，所述反应气体包括SF6、CF4、NF3、SiF4、CF3Br、Cl2。
进一步地，所述侧壁保护气体包括O2、N2O、O3。
进一步地，所述方法还包括如下步骤：向腔室内部通入调制气体。
进一步地，所述调制气体包括CHF3。
进一步地，所述脉冲频率小于50khz。
进一步地，所述脉冲式偏置射频电压的占空比为10%~90%。
进一步地，所述等离子体处理腔室的射频功率源频率为10mhz~120mhz。
进一步地，所述脉冲式偏置射频电压包括多个功率级。
进一步地，所述脉冲式偏置射频电压包括两个功率级。
本发明提供的太阳能电池的制绒方法能够形成较好的表面金字塔绒面。
附图说明
图1是等离子体处理腔室的结构示意图；
图2是太阳能电池表面的绒面放大示意图；
图3是本发明的脉冲式偏置射频电压的波形曲线图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的具体实施方式进行说明。
图1是等离子体处理腔室的结构示意图。如图所示的等离子体处理腔室100具有一个腔体102，腔体102基本上为柱形，且其腔体侧壁基本上垂直，腔体102内具有相互平行设置的上电极109和下电极106。通常，在上电极109与下电极106之间的区域为制程区域P，该区域将由连接于所述下电极106的射频功率源104形成高频能量以点燃和维持等离子体。在下电极106上方放置待要加工的基片W。反应气体从气体源103中被输入至处理腔体102内，一个或多个射频电源104可以被单独地施加在下电极106上或同时被分别地施加在上电极109与下电极106上，用以将射频功率输送到下电极106上或上电极109与下电极106上（该应用场景未图示），从而在腔体102内部产生大的电场。大多数电场线被包含在上电极102和下电极106之间的制程区域P内，此电场对少量存在于腔体102内部的电子进行加速，使之与输入的反应气体的气体分子碰撞。这些碰撞导致反应气体的离子化和等离子体的激发，从而在腔体102内产生等离子体。反应气体的中性气体分子在经受这些强电场时失去了电子，留下带正电的离子。带正电的离子向着下电极106方向加速，与被处理的基片中的中性物质结合，激发基片加工，即刻蚀。在等离子体处理腔室中设置了约束环107,用以控制用过的反应气体的排出并且当反应气体中的带电粒子通过该等离子体约束装置时将它们电中和，从而将放电基本约束在制程区域P以内，以防止等离子处理装置使用过程中可能造成的腔体污染问题。在等离子体处理腔室100的下方还设置有排气区域域，排气区域域与外置的排气装置相连接，用以在处理过程中将用过的反应气体及副产品气体抽出制程区域。其中，所述排气装置特别地为一真空泵105。
图2是太阳能电池表面的绒面放大示意图。BSM（Black SiliconMethod）太阳能电池制造工艺是以SF6、O2、NF3等为制程气体。其中，SF6气体用于提供自由基F*，以对基片的硅衬底进行刻蚀以最终形成金字塔图形。O2气体用于在刻蚀图形表面形成氧化层SiOxFy，以防止上层刻蚀形成的图形（例如金字塔顶端）被刻蚀气体进一步刻蚀。
在现有技术中，SF6、O2、NF3等气体是一同送入等离子体处理腔室的，也就是说，刻蚀和侧壁保护制程是同时进行的。现有技术理想的状态是，从金字塔顶部开始，每用SF6气体刻蚀一部分硅衬底，O2便对该部分的刻蚀图形做侧壁保护制程，以防止在后续进一步刻蚀过程中破坏已经刻蚀完成的部分。然而，在衬底硅表面既要有一定厚度的侧壁保护层（钝化层），又要保证刻蚀效果，因此刻蚀出的金字塔形形貌的刻蚀窗口较小。同时刻蚀和侧壁形成效果也会相互抵消，刻蚀气体往往也会将侧壁保护的部分侵蚀掉部分或者完全侵蚀掉，这会导致太阳能电池表面绒面结构不能形成完美的“金字塔”形。
此外，由于主要用于刻蚀的自由基F*主要是从上而下地进行刻蚀，因此对金字塔图形的侧壁部分侵蚀得较慢，对金字塔底部侵蚀得较快，从而在两个金字塔图形的中间（图2中虚线部分所示）侧壁保护层难以形成。
本发明提供了一种太阳能电池的制绒方法，将基片放置于如图1所示的等离子体处理腔室100中进行制程，其中，所述等离子体处理腔室典型地为等离子体刻蚀腔室。本实施例中采用的刻蚀气体是SF6，侧壁保护气体是O2。
其中，所述制绒方法包括：首先执行步骤S1，向腔,100内部通入反应气体和侧壁保护气体；然后，同时对所述基片表面进行刻蚀和侧壁保护，并在上述制程中施加脉冲式偏置射频电压，以形成绒面。
本步骤中，除了采用等离子体干法刻蚀过程中的施加射频激励电压外，还施加偏置射频电压，且该偏置射频电压为脉冲式。这样，在一个周期内，部分时间段加偏置射频电压，提供偏置射频功率，该偏置射频功率与激励射频功率一起提供刻蚀气体的动能。图3是本发明的脉冲式偏置射频电压的波形曲线图，具体地，power1指示的是高功率的偏置射频电压，power2指示的是低功率的偏置射频电压。需要说明的是，侧壁保护气体是O2比SF6更容易电离。而且自由基F*的lifetime小于自由基O*,因此高功率的偏置射频电压时生成的自由基F*会快速复合，而自由基O*可以维持较长的时间。在高功率的偏置射频电压下，等离子体处理腔室中的制成空间中主要存在自由基F*，因此是以刻蚀为主导的。而在低功率的偏置射频电压下，等离子体处理腔室中的制成空间中主要存在自由基O*，因此是以侧壁保护制程为主导的。本发明其实是将原本同时进行的刻蚀和侧壁保护制程，通过脉冲（高低偏置射频电压的切换）的方式使之交替地进行刻蚀或者侧壁保护制程。而且，由于高低偏置射频电压切换得足够快，整个制程呈现地结果就是均匀地刻蚀以及均匀地在刻蚀好的图形侧壁上沉积侧壁保护层。
具体地，在本实施例中，当以脉冲等离子体来进行制绒时，（a）在图3所示的高功率的偏置射频电压power1下，等离子体处理腔室中的制成空间中主要存在自由基F*对硅衬底进行刻蚀。此时制程空间中的自由基O*比自由基F*少，侧壁保护制程缓慢进行，甚至可以看为不进行。（b）在图3所示的低功率的偏置频率电压power2下，等离子体处理腔室中的制成空间中主要存在自由基O*，因此是以侧壁保护制程为主导的，将步骤（a）刻蚀好的图形执行侧壁保护，形成SiOxFy侧壁。此时制程空间中的自由基F*比自由基O*少，刻蚀制程缓慢进行，甚至可以看为不进行。按照图3所示的脉冲进行高功率和低功率的射频电压频繁切换，则可以逐渐形成如图2所示的太阳能电池的“金字塔形”绒面。
进一步地，所述反应气体包括SF6、CF4、NF3、SiF4、CF3Br、Cl2。
进一步地，所述侧壁保护气体包括O2、N2O、O3。
进一步地，所述方法还包括如下步骤：向腔室内部通入调制气体。特别地，所述调制气体包括CHF3。
进一步地，所述脉冲频率小于50khz。
进一步地，所述脉冲式偏置射频电压的占空比为10%~90%。本发明调节占空比（duty cycle）可以控制太阳能电池表面绒面的金字塔形状及斜度。脉冲式偏置射频电压的占空比的具体数值可以根据制程所需进行调整。
进一步地，所述等离子体处理腔室的射频功率源频率为10mhz~120mhz。
在上述实施例中，所述脉冲式偏置射频电压包括两个功率级。但是本领域技术人员可以理解，所述脉冲式偏置射频电压可以包括多个功率级，其具体应根据制程需要进行调整。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种太阳能电池的制绒方法，将基片放置于等离子体处理腔室中进行制程，其中，所述制绒方法包括：
向腔室内部通入反应气体和侧壁保护气体；
同时对所述基片表面进行刻蚀和侧壁保护，并在上述制程中施加脉冲式偏置射频电压，以形成绒面。
2.根据权利要求1所述的制绒方法，其特征在于，所述反应气体包括SF6、CF4、NF3、SiF4、CF3Br、Cl2。
3.根据权利要求1所述的制绒方法，其特征在于，所述侧壁保护气体包括O2、N2O、O3。
4.根据权利要求1所述的制绒方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：向腔室内部通入调制气体。
5.根据权利要求1所述的制绒方法，其特征在于，所述调制气体包括CHF3。
6.根据权利要求1所述的制绒方法，其特征在于，所述脉冲频率小于50khz。
7.根据权利要求1所述的制绒方法，其特征在于，所述脉冲式偏置射频电压的占空比为10%~90%。
8.根据权利要求1所述的制绒方法，其特征在于，所述等离子体处理腔室的射频功率源频率为10mhz~120mhz。
9.根据权利要求1所述的制绒方法，其特征在于，所述脉冲式偏置射频电压包括多个功率级。
10.根据权利要求1所述的制绒方法，其特征在于，所述脉冲式偏置射频电压包括两个功率级。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140618 |