CN107706267A - 一种硅片表面钝化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅片表面钝化方法，包括以下步骤：1)将硅片经去离子水清洗后使用第一酸液洗去损伤层，所述第一酸液包括HF和HNO3；2)将步骤1)中经过第一酸液酸洗的硅片再次经去离子水洗后进行碱漂洗；3)将步骤2)中经过碱漂洗的硅片再次经去离子水洗后使用第二酸液进行酸洗，所述第二酸液包括HF和HCl；4)将步骤3)中经过第二酸液酸洗的硅片再次经去离子水洗后烘干，得到预处理好的硅片；5)将所述预处理好的硅片采用ALD技术进行双面Al2O3镀膜；6)将镀好Al2O3膜的硅片进行退火处理，得到钝化处理完的硅片；7)对所述钝化处理完的硅片进行少子寿命测试。本发明提供的硅片表面钝化方法能够解决碘酒钝化不均匀，少子寿命低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种硅片表面钝化方法。
背景技术
在半导体材料中，光生电子和空穴从开始产生直到复合消失的时间称为寿命即少数载流子寿命，它是硅材料的一项重要参数，硅片少子寿命的高低直接影响太阳能电池片开路电压等各项参数输出。原生硅片由于表面切割损伤及晶格匹配失调，造成表面悬挂键增多，缺陷态能级较多，因而在硅禁带中引入缺陷能级使得硅片表面复合增强，导致所测硅片少子寿命远低于体少子寿命。
在测量硅片体少子寿命时，需要对其表面进行钝化处理，减少表面悬挂键，降低硅片表面复合速率，使得测量值无限接近体少子寿命。硅片钝化方法常用有碘酒钝化，但碘酒钝化时易挥发，钝化均匀性差，测量时需即时操作，可操作时间短，通过碘酒钝化后的硅片表面其测试少子寿命较低，对体少子寿命反映精度较差。
发明内容
为此，本发明的目的在于提出一种硅片表面钝化方法，解决碘酒钝化不均匀，少子寿命低的问题。
一种硅片表面钝化方法，包括以下步骤：
1)将硅片经去离子水清洗后使用第一酸液洗去损伤层，所述第一酸液包括HF和HNO3；
2)将步骤1)中经过第一酸液酸洗的硅片再次经去离子水洗后进行碱漂洗；
3)将步骤2)中经过碱漂洗的硅片再次经去离子水洗后使用第二酸液进行酸洗，所述第二酸液包括HF和HCl；
4)将步骤3)中经过第二酸液酸洗的硅片再次经去离子水洗后烘干，得到预处理好的硅片；
5)将所述预处理好的硅片采用ALD技术进行双面Al2O3镀膜；
6)将镀好Al2O3膜的硅片进行退火处理，得到钝化处理完的硅片；
7)对所述钝化处理完的硅片进行少子寿命测试。
根据本发明提出的硅片表面钝化方法，通过两次酸洗、一次碱洗，且第一次酸洗采用HF和HNO3；第二次酸洗采用HF和HCl，对硅片的损伤处理效果好，去除方法简捷，之后采用双面Al2O3镀膜钝化，生产周期短，钝化均匀性及钝化效果优良，对体少子寿命表征精度高。本发明提供的硅片表面钝化方法适用于P型、N型多晶硅片，同样适用于P型、N型单晶硅片，实用性更强。
另外，根据本发明上述的硅片表面钝化方法，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述步骤1)中HF和HNO3的浓度比为HF：HNO3＝60g/L：350g/L，反应时间为110～130s，反应温度为6～8℃。
进一步地，所述步骤2)中使用KOH进行碱漂洗，KOH的浓度为55g/L，反应时间为110～130s，反应温度为18～22℃。
进一步地，所述步骤3)中HF和HCl的浓度比为HF：HCl＝60g/L：120g/L，反应时间为50～70s，反应温度为18～22℃。
进一步地，所述步骤5)中前驱体采用Al(CH3)3与H2O蒸汽，N2作为载气及吹扫作用，反应温度为200℃，单面镀膜厚度为18～22nm，Al(CH3)3的浓度为3.1～3.5mg/L，流量为9～12slm，H2O的浓度为48～52mg/L，流量为13～17slm。
进一步地，所述步骤6)中退火工艺如下；
a.采用TEMPRESS管式炉进行退火，首先通入N2氛围排除空气并维持N2氛围，维持流量20slm；
b.以10℃/min升温速率将炉温升至380～420℃，期间维持N2流量为18～22slm并保温25～35min；
c.程序运行结束后随炉冷却，关闭N2。
进一步地，所述步骤1)中HF和HNO3的浓度比为HF：HNO3＝60g/L：350g/L，反应时间为120s，反应温度为7℃。
进一步地，所述步骤2)中使用KOH进行碱漂洗，KOH的浓度为55g/L，反应时间为120s，反应温度为20℃。
进一步地，所述步骤3)中HF和HCl的浓度比为HF：HCl＝60g/L：120g/L，反应时间为60s，反应温度为20℃。
进一步地，所述步骤5)中单面镀膜厚度为20nm，Al(CH3)3的浓度为3.3mg/L，流量为10slm，H2O的浓度为50mg/L，流量为15slm。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
一种硅片表面钝化方法，包括以下步骤：
1)将硅片经去离子水清洗后使用第一酸液洗去损伤层，所述第一酸液包括HF和HNO3，其中，HF和HNO3的浓度比为HF：HNO3＝60g/L：350g/L，反应时间为120s，反应温度为7℃；
2)将步骤1)中经过第一酸液酸洗的硅片再次经去离子水洗后进行碱漂洗，其中，使用KOH进行碱漂洗，KOH的浓度为55g/L，反应时间为120s，反应温度为20℃；
3)将步骤2)中经过碱漂洗的硅片再次经去离子水洗后使用第二酸液进行酸洗，所述第二酸液包括HF和HCl，其中，HF和HCl的浓度比为HF：HCl＝60g/L：120g/L，反应时间为60s，反应温度为20℃；
4)将步骤3)中经过第二酸液酸洗的硅片再次经去离子水洗后烘干，得到预处理好的硅片；
5)将所述预处理好的硅片采用ALD技术进行双面Al2O3镀膜；
其中，前驱体采用Al(CH3)3与H2O蒸汽，N2作为载气及吹扫作用，反应温度为200℃，单面镀膜厚度为20nm，Al(CH3)3的浓度为3.3mg/L，流量为10slm，H2O的浓度为50mg/L，流量为15slm。
6)将镀好Al2O3膜的硅片进行退火处理，得到钝化处理完的硅片；
其中，退火工艺如下；
a.采用TEMPRESS管式炉进行退火，首先通入N2氛围排除空气并维持N2氛围，维持流量20slm；
b.以10℃/min升温速率将炉温升至400℃，期间维持N2流量为20slm并保温30min；
c.程序运行结束后随炉冷却，关闭N2。
7)对所述钝化处理完的硅片进行少子寿命测试。
其中，采用Sinton-WCT-120进行少子寿命测试。
根据本实施例提供的硅片表面钝化方法，钝化前测试少子寿命为1.6μs的硅片，经钝化后提高到233.5μs。
实施例2
一种硅片表面钝化方法，包括以下步骤：
1)将硅片经去离子水清洗后使用第一酸液洗去损伤层，所述第一酸液包括HF和HNO3，其中，HF和HNO3的浓度比为HF：HNO3＝60g/L：350g/L，反应时间为110s，反应温度为8℃；
2)将步骤1)中经过第一酸液酸洗的硅片再次经去离子水洗后进行碱漂洗，其中，使用KOH进行碱漂洗，KOH的浓度为55g/L，反应时间为110s，反应温度为22℃；
3)将步骤2)中经过碱漂洗的硅片再次经去离子水洗后使用第二酸液进行酸洗，所述第二酸液包括HF和HCl，其中，HF和HCl的浓度比为HF：HCl＝60g/L：120g/L，反应时间为50s，反应温度为22℃；
4)将步骤3)中经过第二酸液酸洗的硅片再次经去离子水洗后烘干，得到预处理好的硅片；
5)将所述预处理好的硅片采用ALD技术进行双面Al2O3镀膜；
其中，前驱体采用Al(CH3)3与H2O蒸汽，N2作为载气及吹扫作用，反应温度为200℃，单面镀膜厚度为18nm，Al(CH3)3的浓度为3.5mg/L，流量为9slm，H2O的浓度为52mg/L，流量为13slm。
6)将镀好Al2O3膜的硅片进行退火处理，得到钝化处理完的硅片；
其中，退火工艺如下；
a.采用TEMPRESS管式炉进行退火，首先通入N2氛围排除空气并维持N2氛围，维持流量22slm；
b.以10℃/min升温速率将炉温升至380℃，期间维持N2流量为22slm并保温35min；
c.程序运行结束后随炉冷却，关闭N2。
7)对所述钝化处理完的硅片进行少子寿命测试。
其中，采用sinton-WCT-120进行少子寿命测试。
根据本实施例提供的硅片表面钝化方法，钝化前测试少子寿命为1.5μs的硅片，经钝化后提高到224.4μs。
实施例3
一种硅片表面钝化方法，包括以下步骤：
1)将硅片经去离子水清洗后使用第一酸液洗去损伤层，所述第一酸液包括HF和HNO3，其中，HF和HNO3的浓度比为HF：HNO3＝60g/L：350g/L，反应时间为130s，反应温度为6℃；
2)将步骤1)中经过第一酸液酸洗的硅片再次经去离子水洗后进行碱漂洗，其中，使用KOH进行碱漂洗，KOH的浓度为55g/L，反应时间为130s，反应温度为18℃；
3)将步骤2)中经过碱漂洗的硅片再次经去离子水洗后使用第二酸液进行酸洗，所述第二酸液包括HF和HCl，其中，HF和HCl的浓度比为HF：HCl＝60g/L：120g/L，反应时间为70s，反应温度为18℃；
4)将步骤3)中经过第二酸液酸洗的硅片再次经去离子水洗后烘干，得到预处理好的硅片；
5)将所述预处理好的硅片采用ALD技术进行双面Al2O3镀膜；
其中，前驱体采用Al(CH3)3与H2O蒸汽，N2作为载气及吹扫作用，反应温度为200℃，单面镀膜厚度为22nm，Al(CH3)3的浓度为3.1mg/L，流量为12slm，H2O的浓度为48mg/L，流量为17slm。
6)将镀好Al2O3膜的硅片进行退火处理，得到钝化处理完的硅片；
其中，退火工艺如下；
a.采用TEMPRESS管式炉进行退火，首先通入N2氛围排除空气并维持N2氛围，维持流量20slm；
b.以10℃/min升温速率将炉温升至420℃，期间维持N2流量为18slm并保温25min；
c.程序运行结束后随炉冷却，关闭N2。
7)对所述钝化处理完的硅片进行少子寿命测试。
其中，采用sinton-WCT-120进行少子寿命测试。
根据本实施例提供的硅片表面钝化方法，钝化前测试少子寿命为1.5μs的硅片，经钝化后提高到227.5μs，寿命提高明显。
实施例4
一种硅片表面钝化方法，包括以下步骤：
1)将硅片经去离子水清洗后使用第一酸液洗去损伤层，所述第一酸液包括HF和HNO3，其中，HF和HNO3的浓度比为HF：HNO3＝60g/L：350g/L，反应时间为115s，反应温度为7℃；
2)将步骤1)中经过第一酸液酸洗的硅片再次经去离子水洗后进行碱漂洗，其中，使用KOH进行碱漂洗，KOH的浓度为55g/L，反应时间为125s，反应温度为19℃；
3)将步骤2)中经过碱漂洗的硅片再次经去离子水洗后使用第二酸液进行酸洗，所述第二酸液包括HF和HCl，其中，HF和HCl的浓度比为HF：HCl＝60g/L：120g/L，反应时间为65s，反应温度为21℃；
4)将步骤3)中经过第二酸液酸洗的硅片再次经去离子水洗后烘干，得到预处理好的硅片；
5)将所述预处理好的硅片采用ALD技术进行双面Al2O3镀膜；
其中，前驱体采用Al(CH3)3与H2O蒸汽，N2作为载气及吹扫作用，反应温度为200℃，单面镀膜厚度为21nm，Al(CH3)3的浓度为3.2mg/L，流量为11slm，H2O的浓度为50mg/L，流量为16slm。
6)将镀好Al2O3膜的硅片进行退火处理，得到钝化处理完的硅片；
其中，退火工艺如下；
a.采用TEMPRESS管式炉进行退火，首先通入N2氛围排除空气并维持N2氛围，维持流量20slm；
b.以10℃/min升温速率将炉温升至410℃，期间维持N2流量为21slm并保温30min；
c.程序运行结束后随炉冷却，关闭N2。
7)对所述钝化处理完的硅片进行少子寿命测试。
其中，采用sinton-WCT-120进行少子寿命测试。
根据本实施例提供的硅片表面钝化方法，钝化前测试少子寿命为1.4μs的硅片，经钝化后提高到226.8μs，寿命提高明显。
上述四个实施例通过不同的实验条件使待测硅片钝化后测得硅片少子寿命均远大于未钝化的硅片少子寿命。
而现有技术的钝化方法具体为：硅片表面经过RCA溶液漂洗后浸入由氢氟酸、硝酸混合去离子水制得的酸性漂洗液中浸泡；将浸泡后硅片置于去离子水中漂洗后用氮气吹干；将吹干后硅片置于氟化铵溶液中浸泡；将浸泡后硅片再次置于去离子水中漂洗后用氮气吹干；最后将样片用0.04mol/L的碘酒钝化后采用Sinton-WCT-120进行少子寿命测试。
将上述四个实施例中相同规格的硅片，在现有技术的钝化方法条件下进行钝化后(即将实施例1中的硅片采用现有技术进行钝化后测试少子寿命，其它同理)，所测实验值与上述四个实施例的测试结果对比如下：
从上表中可以看出，本发明的各实施例相比现有技术均能够有效提升少子寿命的测试值，本发明提供的硅片表面钝化方法通过两次酸洗、一次碱洗，且第一次酸洗采用HF和HNO3；第二次酸洗采用HF和HCl，对硅片的损伤处理效果好，去除方法简捷，之后采用双面Al2O3镀膜钝化，生产周期短，钝化均匀性及钝化效果优良，且少子寿命较高，从而提升对体少子寿命表征精度高，本发明提供的硅片表面钝化方法适用于P型、N型多晶硅片，同样适用于P型、N型单晶硅片，实用性更强。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种硅片表面钝化方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将硅片经去离子水清洗后使用第一酸液洗去损伤层，所述第一酸液包括HF和HNO3；
2)将步骤1)中经过第一酸液酸洗的硅片再次经去离子水洗后进行碱漂洗；
3)将步骤2)中经过碱漂洗的硅片再次经去离子水洗后使用第二酸液进行酸洗，所述第二酸液包括HF和HCl；
4)将步骤3)中经过第二酸液酸洗的硅片再次经去离子水洗后烘干，得到预处理好的硅片；
5)将所述预处理好的硅片采用ALD技术进行双面Al2O3镀膜；
6)将镀好Al2O3膜的硅片进行退火处理，得到钝化处理完的硅片；
7)对所述钝化处理完的硅片进行少子寿命测试。
2.根据权利要求1所述的多晶硅片表面钝化方法，其特征在于，所述步骤1)中HF和HNO3的浓度比为HF：HNO3＝60g/L：350g/L，反应时间为110～130s，反应温度为6～8℃。
3.根据权利要求1所述的硅片表面钝化方法，其特征在于，所述步骤2)中使用KOH进行碱漂洗，KOH的浓度为55g/L，反应时间为110～130s，反应温度为18～22℃。
4.根据权利要求1所述的硅片表面钝化方法，其特征在于，所述步骤3)中HF和HCl的浓度比为HF：HCl＝60g/L：120g/L，反应时间为50～70s，反应温度为18～22℃。
5.根据权利要求1所述的硅片表面钝化方法，其特征在于，所述步骤5)中前驱体采用Al(CH3)3与H2O蒸汽，N2作为载气及吹扫作用，反应温度为200℃，单面镀膜厚度为18～22nm，Al(CH3)3的浓度为3.1～3.5mg/L，流量为9～12slm，H2O的浓度为48～52mg/L，流量为13～17slm。
6.根据权利要求1所述的多晶硅片表面钝化方法，其特征在于，所述步骤6)中退火工艺如下；
a.采用TEMPRESS管式炉进行退火，首先通入N2氛围排除空气并维持N2氛围，维持流量20slm；
b.以10℃/min升温速率将炉温升至380～420℃，期间维持N2流量为18～22slm并保温25～35min；
c.程序运行结束后随炉冷却，关闭N2。
7.根据权利要求2所述的多晶硅片表面钝化方法，其特征在于，所述步骤1)中HF和HNO3的浓度比为HF：HNO3＝60g/L：350g/L，反应时间为120s，反应温度为7℃。
8.根据权利要求3所述的硅片表面钝化方法，其特征在于，所述步骤2)中使用KOH进行碱漂洗，KOH的浓度为55g/L，反应时间为120s，反应温度为20℃。
9.根据权利要求4所述的硅片表面钝化方法，其特征在于，所述步骤3)中HF和HCl的浓度比为HF：HCl＝60g/L：120g/L，反应时间为60s，反应温度为20℃。
10.根据权利要求5所述的硅片表面钝化方法，其特征在于，所述步骤5)中单面镀膜厚度为20nm，Al(CH3)3的浓度为3.3mg/L，流量为10slm，H2O的浓度为50mg/L，流量为15slm。
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