JP6584571B1 - 多結晶ブラックシリコンのテクスチャリングプロセス - Google Patents
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Abstract
【課題】テクスチャリング過程を制御可能で、外観が良好で孔が均一な、性能が高い多結晶ブラックシリコンの製造方法を提供する。【解決手段】１）研磨液で多結晶シリコンウエハに研磨処理を行うステップと、２）スロッティング処理液で研磨処理済みのシリコンウエハーにスロッティング処理を行って、シリコンウエハの表面にナノ孔を形成するステップと、３）スロッティング処理済みのシリコンウエハに脱銀処理を行って、シリコンウエハにおける銀粒子を除去するステップと、４）拡孔処理液で脱銀処理済みのシリコンウエハに拡孔処理を行って、シリコンウエハの表面にマイクロ・ナノ孔を形成するステップとを含む多結晶ブラックシリコンのテクスチャリングプロセスを開示する。【選択図】図２
Description
本発明は多結晶ブラックシリコンのテクスチャリングプロセスに関する。
多結晶シリコンウエハのダイヤモンドワイヤーカットは、遊離砥粒ワイヤーソーカットよりもカットコストが０．３〜０．７に低下するため、市場では、ウエハの遊離砥粒ワイヤーソーカットをダイヤモンドワイヤーカットへ移行することが熱望されている。しかしながら、ダイヤモンドワイヤーによる多結晶シリコンウエハのテクスチャリングが大きな課題となっている。多結晶シリコンウエハのダイヤモンドワイヤーカットでは損害層が浅く、ワイヤーカット跡領域と非ワイヤーカット跡領域の差異が大きいことから、通常の酸を用いてテクスチャリングすると、シリコンウエハの表面の反射とワイヤーカット跡が深刻になり、テクスチャリング率が低く、且つ反射率が高く、このため、製造された電池セルは、効率が低いだけでなく、外観も好ましくない。
従来の解決手段には、添加剤によるテクスチャリング、金属イオン誘導によるブラックシリコンのテクスチャリング、ＲＩＥブラックシリコンのテクスチャリング、機械的表面処理等がある。その中でも、金属イオン誘導によるブラックシリコンのテクスチャリングは、優れた性能と低コストのため、大幅に普及している。しかしながら、金属イオン誘導によるブラックシリコンのテクスチャリングプロセスは複雑であり、適切に制御できなければ、外観が悪く、性能が低いシリコンウエハになる。このため、外観が良好であるとともに性能に優れたブラックシリコン電池セルを制御するために、過程を制御するのに有効な助剤とプロセスが必要である。
本発明の目的は、研磨処理、スロッティング処理、拡孔処理の三つの重要なステップを制御することにより、ブラックシリコンテクのスチャリング過程全体を制御可能にし、外観が良好で、性能が高い多結晶ブラックシリコンを製造でき、製造された多結晶ブラックシリコンでは、外観がファジーで、孔が均一である、多結晶ブラックシリコンのテクスチャリングプロセスを提供することである。
上記目的を達成させるために、本発明の技術案は、下記ステップを含む多結晶ブラックシリコンのテクスチャリングプロセスを設計することである。
１）研磨液で多結晶シリコンウエハに研磨処理を行う。
前記研磨液は水酸化カリウム又は水酸化ナトリウム５％〜１５％、研磨助剤０．３％〜０．８％及び残量の脱イオン水からなり、
前記研磨助剤は安息香酸ナトリウム１．０％〜３．０％、酢酸ナトリウム１．０％〜２．０％、グリセロール０．５％〜２．０％、ポリエチレングリコール０．２％〜１．０％、ケイ酸ナトリウム５．０％〜１０．０％及び残量の脱イオン水からなる。
２）スロッティング処理液で研磨処理済みのシリコンウエハにスロッティング処理を行って、シリコンウエハの表面にナノ孔を形成する。
前記スロッティング処理液は過酸化水素０．２％〜０．５％、フッ化水素酸２％〜５％、スロッティング助剤０．４％〜１．２％及び残量の脱イオン水からなり、
前記スロッティング助剤はクエン酸０．５％〜３．０％、ブタンジオール０．５％〜３．０％、硝酸銀０．０５％〜０．２％、ヒドロキシエチルセルロース０．１５％〜０．８％、酒石酸１．５％〜５．０％、ポリエチレングリコール０．５％〜１．０％、シランカップリング剤０．２％〜１．０％、トリエタノールアミン０．８％〜１．０％、ポリアスパラギン酸０．４％〜０．８％、ポリビニルアルコール０．５％〜２．０％、ラウリルアルコールポリオキシエチレンエーテル０．５％〜１．５％及び残量の脱イオン水からなる。
３）スロッティング処理済みのシリコンウエハに脱銀処理を行って、シリコンウエハにおける銀粒子を除去する。
４）拡孔処理液で脱銀処理済みのシリコンウエハに拡孔処理を行って、シリコンウエハに表面にマイクロ・ナノ孔を形成する。
前記拡孔処理液はフッ化水素酸１０％〜１５％、硝酸３０％〜４５％及び残量の脱イオン水からなる。
各百分率は質量体積百分率である。
１）研磨液で多結晶シリコンウエハに研磨処理を行う。
前記研磨液は水酸化カリウム又は水酸化ナトリウム５％〜１５％、研磨助剤０．３％〜０．８％及び残量の脱イオン水からなり、
前記研磨助剤は安息香酸ナトリウム１．０％〜３．０％、酢酸ナトリウム１．０％〜２．０％、グリセロール０．５％〜２．０％、ポリエチレングリコール０．２％〜１．０％、ケイ酸ナトリウム５．０％〜１０．０％及び残量の脱イオン水からなる。
２）スロッティング処理液で研磨処理済みのシリコンウエハにスロッティング処理を行って、シリコンウエハの表面にナノ孔を形成する。
前記スロッティング処理液は過酸化水素０．２％〜０．５％、フッ化水素酸２％〜５％、スロッティング助剤０．４％〜１．２％及び残量の脱イオン水からなり、
前記スロッティング助剤はクエン酸０．５％〜３．０％、ブタンジオール０．５％〜３．０％、硝酸銀０．０５％〜０．２％、ヒドロキシエチルセルロース０．１５％〜０．８％、酒石酸１．５％〜５．０％、ポリエチレングリコール０．５％〜１．０％、シランカップリング剤０．２％〜１．０％、トリエタノールアミン０．８％〜１．０％、ポリアスパラギン酸０．４％〜０．８％、ポリビニルアルコール０．５％〜２．０％、ラウリルアルコールポリオキシエチレンエーテル０．５％〜１．５％及び残量の脱イオン水からなる。
３）スロッティング処理済みのシリコンウエハに脱銀処理を行って、シリコンウエハにおける銀粒子を除去する。
４）拡孔処理液で脱銀処理済みのシリコンウエハに拡孔処理を行って、シリコンウエハに表面にマイクロ・ナノ孔を形成する。
前記拡孔処理液はフッ化水素酸１０％〜１５％、硝酸３０％〜４５％及び残量の脱イオン水からなる。
各百分率は質量体積百分率である。
好ましくは、ステップ１）では、研磨処理の温度は７０〜８０℃、時間は２００〜２５０ｓである。
好ましくは、ステップ２）では、スロッティング処理の温度は３０〜４０℃、時間は１８０〜２５０ｓである。
好ましくは、ステップ４）では、拡孔処理の温度は１０〜２０℃、時間は６０〜１２０ｓである。
好ましくは、前記研磨液は水酸化カリウム又は水酸化ナトリウム８％〜１２％、研磨助剤０．４％〜０．７％及び残量の脱イオン水からなり、
前記研磨助剤は安息香酸ナトリウム１．５％〜２．０％、酢酸ナトリウム１．５％〜２．０％、グリセロール１．０％〜２．０％、ポリエチレングリコール０．５％〜０．８％、ケイ酸ナトリウム５．０％〜８．０％及び残量の脱イオン水からなり、
各百分率は質量体積百分率である。
前記研磨助剤は安息香酸ナトリウム１．５％〜２．０％、酢酸ナトリウム１．５％〜２．０％、グリセロール１．０％〜２．０％、ポリエチレングリコール０．５％〜０．８％、ケイ酸ナトリウム５．０％〜８．０％及び残量の脱イオン水からなり、
各百分率は質量体積百分率である。
好ましくは、前記スロッティング処理液は過酸化水素０．２％〜０．４％、フッ化水素酸２％〜４％、スロッティング助剤０．５％〜１．０％及び残量の脱イオン水からなり、
前記スロッティング助剤はクエン酸１．０％〜２．０％、ブタンジオール１．０％〜２．０％、硝酸銀０．０５％〜０．１％、ヒドロキシエチルセルロース０．２％〜０．５％、酒石酸１．５％〜３．０％、ポリエチレングリコール０．５％〜０．８％、シランカップリング剤０．５％〜０．８％、トリエタノールアミン０．８％〜１．０％、ポリアスパラギン酸０．５％〜０．８％、ポリビニルアルコール０．５％〜１．０％、ラウリルアルコールポリオキシエチレンエーテル０．５％〜１．０％及び残量の脱イオン水からなり、
各百分率は質量体積百分率である。
前記スロッティング助剤はクエン酸１．０％〜２．０％、ブタンジオール１．０％〜２．０％、硝酸銀０．０５％〜０．１％、ヒドロキシエチルセルロース０．２％〜０．５％、酒石酸１．５％〜３．０％、ポリエチレングリコール０．５％〜０．８％、シランカップリング剤０．５％〜０．８％、トリエタノールアミン０．８％〜１．０％、ポリアスパラギン酸０．５％〜０．８％、ポリビニルアルコール０．５％〜１．０％、ラウリルアルコールポリオキシエチレンエーテル０．５％〜１．０％及び残量の脱イオン水からなり、
各百分率は質量体積百分率である。
好ましくは、前記拡孔処理液はフッ化水素酸１０％〜１２％、硝酸３０％〜４０％及び残量の脱イオン水からなり、各百分率は質量体積百分率である。
本発明の利点及び有益な効果は以下のとおりである。研磨処理、スロッティング処理、拡孔処理の三つの重要なステップを制御することにより、ブラックシリコンテクのスチャリング過程全体を制御可能にし、外観が良好で、性能が高い多結晶ブラックシリコンを製造でき、製造された多結晶ブラックシリコンでは、外観がファジーで、孔が均一である、多結晶ブラックシリコンのテクスチャリングプロセスを提供する。
本発明に係る多結晶ブラックシリコンのテクスチャリングプロセスは、まず、アルカリ研磨で多結晶シリコンウエハに同一結晶方向のテクスチャ面を得て、次にメタルアシスト湿式化学エッチングでスロッティングを行い、ダイヤモンドワイヤーカットによる多結晶シリコンウエハをナノ孔付きの多結晶ブラックシリコンにし、最後に上記ナノ孔付きの多結晶ブラックシリコンに拡孔処理を行う。
本発明では、研磨処理中に研磨助剤を加えることで、損害層を除去すると同時に、研磨後のシリコンウエハに同一結晶方向の結晶面を付与し、このように、スロッティング処理際、各ナノ孔を同一方向に腐食するようにする。
本発明では、スロッティング処理中にスロッティング助剤を加えることで、スロッティング処理の速度とナノ孔構造の均一性を制御し、各ナノ孔の直径と深さを一致させ、均一なナノ孔構造を形成できる。
上記研磨助剤とスロッティング助剤の効果によって、拡孔処理際、各結晶面の拡孔方向と速度が一致になりつつ、結晶パターンがファジーな外観が得られ得る。
以下、図面と実施例によって、本発明の実施形態について更に説明する。以下の実施例は本発明の技術案をより明瞭に説明するためのものに過ぎず、本発明の保護範囲を制限するものではない。
本発明の技術案は以下のとおりである。
実施例１
多結晶ブラックシリコンのテクスチャリングプロセスは、以下のステップを含む。
１）研磨液で多結晶シリコンウエハに研磨処理を行う。
前記研磨液は水酸化カリウム又は水酸化ナトリウム５％〜１５％、研磨助剤０．３％〜０．８％及び残量の脱イオン水からなり、
前記研磨助剤は安息香酸ナトリウム１．０％〜３．０％、酢酸ナトリウム１．０％〜２．０％、グリセロール０．５％〜２．０％、ポリエチレングリコール０．２％〜１．０％、ケイ酸ナトリウム５．０％〜１０．０％及び残量の脱イオン水からなり、
研磨処理の温度は７０〜８０℃、時間は２００〜２５０ｓである。
２）スロッティング処理液で研磨処理済みのシリコンウエハにスロッティング処理を行って、シリコンウエハの表面にナノ孔を形成する。
前記スロッティング処理液は過酸化水素０．２％〜０．５％、フッ化水素酸２％〜５％、スロッティング助剤０．４％〜１．２％及び残量の脱イオン水からなり、
前記スロッティング助剤はクエン酸０．５％〜３．０％、ブタンジオール０．５％〜３．０％、硝酸銀０．０５％〜０．２％、ヒドロキシエチルセルロース０．１５％〜０．８％、酒石酸１．５％〜５．０％、ポリエチレングリコール０．５％〜１．０％、シランカップリング剤０．２％〜１．０％、トリエタノールアミン０．８％〜１．０％、ポリアスパラギン酸０．４％〜０．８％、ポリビニルアルコール０．５％〜２．０％、ラウリルアルコールポリオキシエチレンエーテル０．５％〜１．５％及び残量の脱イオン水からなり、
スロッティング処理の温度は３０〜４０℃、時間は１８０〜２５０ｓである。
３）スロッティング処理済みのシリコンウエハに脱銀処理を行って、シリコンウエハにおける銀粒子を除去する。
４）拡孔処理液で脱銀処理済みのシリコンウエハに拡孔処理を行って、シリコンウエハに表面にマイクロ・ナノ孔を形成する。
前記拡孔処理液はフッ化水素酸１０％〜１５％、硝酸３０％〜４５％及び残量の脱イオン水からなり、
拡孔処理の温度は１０〜２０℃、時間は６０〜１２０ｓであり、
各百分率は質量体積百分率である。
多結晶ブラックシリコンのテクスチャリングプロセスは、以下のステップを含む。
１）研磨液で多結晶シリコンウエハに研磨処理を行う。
前記研磨液は水酸化カリウム又は水酸化ナトリウム５％〜１５％、研磨助剤０．３％〜０．８％及び残量の脱イオン水からなり、
前記研磨助剤は安息香酸ナトリウム１．０％〜３．０％、酢酸ナトリウム１．０％〜２．０％、グリセロール０．５％〜２．０％、ポリエチレングリコール０．２％〜１．０％、ケイ酸ナトリウム５．０％〜１０．０％及び残量の脱イオン水からなり、
研磨処理の温度は７０〜８０℃、時間は２００〜２５０ｓである。
２）スロッティング処理液で研磨処理済みのシリコンウエハにスロッティング処理を行って、シリコンウエハの表面にナノ孔を形成する。
前記スロッティング処理液は過酸化水素０．２％〜０．５％、フッ化水素酸２％〜５％、スロッティング助剤０．４％〜１．２％及び残量の脱イオン水からなり、
前記スロッティング助剤はクエン酸０．５％〜３．０％、ブタンジオール０．５％〜３．０％、硝酸銀０．０５％〜０．２％、ヒドロキシエチルセルロース０．１５％〜０．８％、酒石酸１．５％〜５．０％、ポリエチレングリコール０．５％〜１．０％、シランカップリング剤０．２％〜１．０％、トリエタノールアミン０．８％〜１．０％、ポリアスパラギン酸０．４％〜０．８％、ポリビニルアルコール０．５％〜２．０％、ラウリルアルコールポリオキシエチレンエーテル０．５％〜１．５％及び残量の脱イオン水からなり、
スロッティング処理の温度は３０〜４０℃、時間は１８０〜２５０ｓである。
３）スロッティング処理済みのシリコンウエハに脱銀処理を行って、シリコンウエハにおける銀粒子を除去する。
４）拡孔処理液で脱銀処理済みのシリコンウエハに拡孔処理を行って、シリコンウエハに表面にマイクロ・ナノ孔を形成する。
前記拡孔処理液はフッ化水素酸１０％〜１５％、硝酸３０％〜４５％及び残量の脱イオン水からなり、
拡孔処理の温度は１０〜２０℃、時間は６０〜１２０ｓであり、
各百分率は質量体積百分率である。
実施例２
前記研磨液は水酸化カリウム又は水酸化ナトリウム８％〜１２％、研磨助剤０．４％〜０．７％及び残量の脱イオン水からなり、
前記研磨助剤は安息香酸ナトリウム１．５％〜２．０％、酢酸ナトリウム１．５％〜２．０％、グリセロール１．０％〜２．０％、ポリエチレングリコール０．５％〜０．８％、ケイ酸ナトリウム５．０％〜８．０％及び残量の脱イオン水からなり、
各百分率は質量体積百分率である。
それ以外は、実施例１と同様であった。
前記研磨液は水酸化カリウム又は水酸化ナトリウム８％〜１２％、研磨助剤０．４％〜０．７％及び残量の脱イオン水からなり、
前記研磨助剤は安息香酸ナトリウム１．５％〜２．０％、酢酸ナトリウム１．５％〜２．０％、グリセロール１．０％〜２．０％、ポリエチレングリコール０．５％〜０．８％、ケイ酸ナトリウム５．０％〜８．０％及び残量の脱イオン水からなり、
各百分率は質量体積百分率である。
それ以外は、実施例１と同様であった。
実施例３
前記スロッティング処理液は過酸化水素０．２％〜０．４％、フッ化水素酸２％〜４％、スロッティング助剤０．５％〜１．０％及び残量の脱イオン水からなり、
前記スロッティング助剤はクエン酸１．０％〜２．０％、ブタンジオール１．０％〜２．０％、硝酸銀０．０５％〜０．１％、ヒドロキシエチルセルロース０．２％〜０．５％、酒石酸１．５％〜３．０％、ポリエチレングリコール０．５％〜０．８％、シランカップリング剤０．５％〜０．８％、トリエタノールアミン０．８％〜１．０％、ポリアスパラギン酸０．５％〜０．８％、ポリビニルアルコール０．５％〜１．０％、ラウリルアルコールポリオキシエチレンエーテル０．５％〜１．０％及び残量の脱イオン水からなり、
各百分率は質量体積百分率である。
それ以外は、実施例１と同様であった。
前記スロッティング処理液は過酸化水素０．２％〜０．４％、フッ化水素酸２％〜４％、スロッティング助剤０．５％〜１．０％及び残量の脱イオン水からなり、
前記スロッティング助剤はクエン酸１．０％〜２．０％、ブタンジオール１．０％〜２．０％、硝酸銀０．０５％〜０．１％、ヒドロキシエチルセルロース０．２％〜０．５％、酒石酸１．５％〜３．０％、ポリエチレングリコール０．５％〜０．８％、シランカップリング剤０．５％〜０．８％、トリエタノールアミン０．８％〜１．０％、ポリアスパラギン酸０．５％〜０．８％、ポリビニルアルコール０．５％〜１．０％、ラウリルアルコールポリオキシエチレンエーテル０．５％〜１．０％及び残量の脱イオン水からなり、
各百分率は質量体積百分率である。
それ以外は、実施例１と同様であった。
実施例４
前記拡孔処理液はフッ化水素酸１０％〜１２％、硝酸３０％〜４０％及び残量の脱イオン水からなり、各百分率は質量体積百分率である。
それ以外は、実施例１と同様であった。
前記拡孔処理液はフッ化水素酸１０％〜１２％、硝酸３０％〜４０％及び残量の脱イオン水からなり、各百分率は質量体積百分率である。
それ以外は、実施例１と同様であった。
本発明に係るテクスチャリングした多結晶ブラックシリコンの外観写真は図１に示され、テクスチャリングした多結晶ブラックシリコンのシリコンウエハの電界放出型走査型電子顕微鏡像は図２に示され、図１、図２から明らかなように、製造された多結晶ブラックシリコンは、外観がファジーで、孔が均一である。
以上は本発明の好適実施形態に過ぎず、なお、当業者であれば、本発明の技術原理を逸脱することなく、いくつかの改良や修飾をすることができ、これら改良及び修飾は本発明の保護範囲に属するとみされるべきである。
Claims (7)
- １）研磨液で多結晶シリコンウエハに研磨処理を行うステップと、
２）スロッティング処理液で研磨処理済みのシリコンウエハにスロッティング処理を行って、シリコンウエハの表面にナノ孔を形成するステップと、
３）スロッティング処理済みのシリコンウエハに脱銀処理を行って、シリコンウエハにおける銀粒子を除去するステップと、
４）拡孔処理液で脱銀処理済みのシリコンウエハに拡孔処理を行って、シリコンウエハに表面にマイクロ・ナノ孔を形成するステップとを含み、
ステップ１）において、前記研磨液は、水酸化カリウム又は水酸化ナトリウム５％〜１５％、研磨助剤０．３％〜０．８％及び残量の脱イオン水からなり、
前記研磨助剤は、安息香酸ナトリウム１．０％〜３．０％、酢酸ナトリウム１．０％〜２．０％、グリセロール０．５％〜２．０％、ポリエチレングリコール０．２％〜１．０％、ケイ酸ナトリウム５．０％〜１０．０％及び残量の脱イオン水からなり、
ステップ２）において、前記スロッティング処理液は過酸化水素０．２％〜０．５％、フッ化水素酸２％〜５％、スロッティング助剤０．４％〜１．２％及び残量の脱イオン水からなり、
前記スロッティング助剤は、クエン酸０．５％〜３．０％、ブタンジオール０．５％〜３．０％、硝酸銀０．０５％〜０．２％、ヒドロキシエチルセルロース０．１５％〜０．８％、酒石酸１．５％〜５．０％、ポリエチレングリコール０．５％〜１．０％、シランカップリング剤０．２％〜１．０％、トリエタノールアミン０．８％〜１．０％、ポリアスパラギン酸０．４％〜０．８％、ポリビニルアルコール０．５％〜２．０％、ラウリルアルコールポリオキシエチレンエーテル０．５％〜１．５％及び残量の脱イオン水からなり、
前記拡孔処理液はフッ化水素酸１０％〜１５％、硝酸３０％〜４５％及び残量の脱イオン水からなり、
各百分率は質量体積百分率であることを特徴とする多結晶ブラックシリコンのテクスチャリングプロセス。 - ステップ１）では、研磨処理の温度は７０〜８０℃、時間は２００〜２５０ｓであることを特徴とする請求項１に記載の多結晶ブラックシリコンのテクスチャリングプロセス。
- ステップ２）では、スロッティング処理の温度は３０〜４０℃、時間は１８０〜２５０ｓであることを特徴とする請求項２に記載の多結晶ブラックシリコンのテクスチャリングプロセス。
- ステップ４）では、拡孔処理の温度は１０〜２０℃、時間は６０〜１２０ｓであることを特徴とする請求項３に記載の多結晶ブラックシリコンのテクスチャリングプロセス。
- 前記研磨液は水酸化カリウム又は水酸化ナトリウム８％〜１２％、研磨助剤０．４％〜０．７％及び残量の脱イオン水からなり、
前記研磨助剤は安息香酸ナトリウム１．５％〜２．０％、酢酸ナトリウム１．５％〜２．０％、グリセロール１．０％〜２．０％、ポリエチレングリコール０．５％〜０．８％、ケイ酸ナトリウム５．０％〜８．０％及び残量の脱イオン水からなり、
各百分率は質量体積百分率であることを特徴とする請求項４に記載の多結晶ブラックシリコンのテクスチャリングプロセス。 - 前記スロッティング処理液は過酸化水素０．２％〜０．４％、フッ化水素酸２％〜４％、スロッティング助剤０．５％〜１．０％及び残量の脱イオン水からなり、
前記スロッティング助剤はクエン酸１．０％〜２．０％、ブタンジオール１．０％〜２．０％、硝酸銀０．０５％〜０．１％、ヒドロキシエチルセルロース０．２％〜０．５％、酒石酸１．５％〜３．０％、ポリエチレングリコール０．５％〜０．８％、シランカップリング剤０．５％〜０．８％、トリエタノールアミン０．８％〜１．０％、ポリアスパラギン酸０．５％〜０．８％、ポリビニルアルコール０．５％〜１．０％、ラウリルアルコールポリオキシエチレンエーテル０．５％〜１．０％及び残量の脱イオン水からなり、
各百分率は質量体積百分率であることを特徴とする請求項５に記載の多結晶ブラックシリコンのテクスチャリングプロセス。 - 前記拡孔処理液はフッ化水素酸１０％〜１２％、硝酸３０％〜４０％及び残量の脱イオン水からなり、
各百分率は質量体積百分率であることを特徴とする請求項６に記載の多結晶ブラックシリコンのテクスチャリングプロセス。
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