TW202030791A - 矽基板表面粗糙化的方法 - Google Patents

Abstract

一種矽基板表面粗糙化的方法，包括以下步驟：提供矽基板。使用第一蝕刻液對矽基板進行第一蝕刻處理，其中第一蝕刻液包括氫氟酸、過氧化氫以及奈米銀。使用第一酸液對矽基板進行酸擴孔處理。對矽基板進行清潔處理。

Description

矽基板表面粗糙化的方法

本發明是有關於一種表面粗糙化的方法，且特別是有關於一種矽基板表面粗糙化的方法。

在半導體元件的製程中，前處理程序通常包括切片製程，用以將矽基板裁切成理想的尺寸。目前，切片製程的主流已逐漸由傳統砂漿線切片轉換為鑽石線切片，這是因為鑽石線切片相較於砂漿線切片可增加切片產能以及增加矽料每公斤產出的片數。然而，經鑽石線切片製程後的矽基板表面平滑，容易反射環境光而導致表面過亮，不利於半導體元件的效能，故需藉由一道表面處理製程以降低矽基板的表面反射率。

習知的表面處理製程例如是先使用物理性方法對矽基板進行加工後，再使用化學性方法對矽基板進行二次加工，以粗糙化矽基板的表面，或者是在蝕刻液中加入雙合金作為添加劑，以提升蝕刻均勻度。然而上述這些矽基板的表面處理製程不僅成本高，使用包含雙合金的蝕刻液需較長的沉積時間，而無法達到量產的目的。因此，如何以低成本又快速的方法達到降低矽基板的表面反射率，以提升後續半導體元件的效能，便成為此領域研發人員亟欲解決的問題之一。

本發明提供一種矽基板表面粗糙化的方法，以快速且低成本的方式達到矽基板表面粗糙化的目的，且降低表面粗糙化後的矽基板的表面反射率並提升矽基板的轉換效率。

本發明的矽基板表面粗糙化的方法，包括以下步驟：提供矽基板。使用第一蝕刻液對矽基板進行第一蝕刻處理，其中第一蝕刻液包括氫氟酸、過氧化氫以及奈米銀。使用第一酸液對矽基板進行酸擴孔處理。對矽基板進行清潔處理。

在本發明的一實施例中，上述的氫氟酸的濃度介於2.5%至4.5%之間，過氧化氫的濃度介於5%至7%之間，奈米銀的濃度介於10 ppm至30 ppm之間。

在本發明的一實施例中，上述的第一蝕刻處理的反應時間介於120秒至220秒之間。

在本發明的一實施例中，上述的第一酸液包括氫氟酸以及硝酸。

在本發明的一實施例中，上述的氫氟酸的濃度介於6%至9%之間，硝酸的濃度介於36%至40%之間。

在本發明的一實施例中，上述的酸擴孔處理的反應時間介於60秒至180秒之間。

在本發明的一實施例中，上述的酸擴孔處理的反應溫度介於4˚C至15˚C之間。

在本發明的一實施例中，在上述的第一蝕刻處理與酸擴孔處理之間更包括使用第二蝕刻液對矽基板進行第二蝕刻處理，其中第二蝕刻液包括氫氟酸、過氧化氫以及硝酸。

在本發明的一實施例中，在上述的第一蝕刻處理與酸擴孔處理之間更包括對矽基板進行去金屬離子處理。

在本發明的一實施例中，在上述的酸擴孔處理後更包括使用鹼液對矽基板進行鹼拋處理。

基於上述，在本發明的矽基板表面粗糙化方法中，矽基板藉由化學性的蝕刻方法即可達到表面粗糙化的效果，且表面粗糙化後的矽基板的表面反射率降低，矽基板的轉換效率提升。此外，本發明蝕刻液中的奈米銀有助於蝕刻孔洞，並進一步提升矽基板表面的蝕刻均勻度，以快速且低成本的方式達到矽基板表面粗糙化的目的。因此，經由本發明的表面粗糙化方法處理後的矽基板可提升後續製成的半導體元件的效能。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是依照本發明的一實施例的一種矽基板表面粗糙化的方法的流程圖。圖2A和圖2B分別是掃描電子顯微鏡表面粗糙化前所觀測的矽基板的上視圖和側視圖圖像。

請參照圖1，矽基板表面粗糙化的方法包括以下步驟。首先，提供矽基板（步驟S10）。在一些實施例中，矽基板可以是任何欲進行表面粗糙化的矽基板。舉例來說，矽基板可以是經鑽石線切割後的矽基板。以下，矽基板是以經鑽石線切割後的矽基板為例進行說明，但本發明不限於此。

請參照圖2A和圖2B，圖2A和圖2B示出矽基板經鑽石線切割後的表面（上視圖和側視圖）。如圖2A和圖2B所示，矽基板在鑽石線切割後，由於鑽石線的切割應力，會在矽基板的表面生成多條線痕（晶格紋），線痕即代表該切割面為平滑的表面。然而，在一些特定範疇的半導體元件（例如，太陽能電池元件）中，平滑的表面容易將環境光反射，不利於光子的吸收，而影響半導體元件的效能。此外，經鑽石線切割後的矽基板表面也可能生成不同程度的缺陷或損傷，而影響後續的製程。因此，矽基板在進行後續半導體元件製程之前，需先經過表面粗糙化處理以去除這些線痕以及缺陷或損傷。

在一些實施例中，矽基板在進行第一蝕刻處理之前會先進行表面前處理。舉例而言，表面前處理例如是先對矽基板進行鹼拋以去除矽基板表面的損傷及髒污，接著，再將鹼拋處理後的矽基板使用酸液處理以去除矽基板表面的氧化物。在一具體實施例中，鹼拋處理例如是使用氫氧化鉀（KOH）對矽基板表面進行反應，其中氫氧化鉀的濃度例如是介於20%至60%之間，反應溫度例如是介於70˚C至80˚C之間，反應時間例如是介於130秒至170秒之間，但本發明不限於此。接著，使用熱水（溫度例如是介於80˚C至90˚C之間）清洗經鹼拋處理後的矽基板，以去除矽基板表面的損傷及髒污。然後，可先使用去離子水（DI water）或逆滲透水（RO water）將矽基板的表面於室溫下清洗潤濕，再使用氫氟酸（HF）對矽基板表面進行反應以將矽基板表面的氧化物去除，其中氫氟酸的濃度例如是介於8%至12%之間，反應溫度例如是室溫，反應時間例如是60秒至120秒之間，但本發明不限於此。至此，即完成進行第一蝕刻處理之前的矽基板表面前處理。

接著，請繼續參照圖1，使用第一蝕刻液對矽基板進行第一蝕刻處理（步驟S12），其中第一蝕刻液包括氫氟酸、過氧化氫以及奈米銀。在一些實施例中，氫氟酸的濃度例如是介於2.5%至4.5%之間，過氧化氫的濃度例如是介於5%至7%之間，奈米銀的濃度例如是介於10 ppm至30 ppm之間，但本發明不限於此。在一些實施例中，第一蝕刻處理的反應時間例如是介於120秒至220秒之間，反應溫度例如是室溫，但本發明不限於此。詳細來說，過氧化氫會先與矽基板的矽結合形成二氧化矽（SiO₂ ），以在矽基板的表面形成一層氧化層。接著，氫氟酸會與二氧化矽反應，而蝕刻掉矽基板表面的氧化層。在此，第一蝕刻液中的奈米銀有助於蝕刻孔洞及表面更為均勻。值得一提的是，在本發明中藉由在蝕刻液中加入奈米銀即可提升蝕刻均勻度，而不需在蝕刻液中另外加入雙合金，故不僅降低成本，且蝕刻反應時間快速，而可達到量產的目的。至此，第一蝕刻處理後的矽基板即達到表面粗糙化的效果，而使矽基板表面的反射率降低。

接著，在一些實施例中，為了加強矽基板表面蝕刻的均勻性以及調整晶花高低的一致性，矽基板經第一蝕刻處理後，可進一步使用第二蝕刻液對矽基板進行第二蝕刻處理，其中第二蝕刻液包括氫氟酸、過氧化氫以及硝酸。在一些實施例中，氫氟酸的濃度例如是介於4%至6%之間，過氧化氫的濃度例如是介於4%至6%之間，硝酸的濃度例如是介於4%至6%之間，但本發明不限於此。在一些實施例中，第二蝕刻處理的反應時間例如是介於120秒至220秒之間，反應溫度例如是介於20˚C至40˚C之間，但本發明不限於此。

接著，在一些實施例中，可對矽基板進行去金屬離子處理。舉例來說，可以使用硝酸對矽基板進行去金屬離子處理。在一些實施例中，硝酸的濃度例如是介於20%至40%之間，反應時間例如是介於150秒至300秒之間，反應溫度例如是室溫，但本發明不限於此。詳細來說，由於在前述第一蝕刻處理中的第一蝕刻液包括奈米銀，若奈米銀殘留在矽基板的表面，可能會對後續的製程（例如，電池的擴散製程）產生不良的影響。因此，藉由去金屬離子處理可避免矽基板表面的奈米銀殘留。

接著，請繼續參照圖1，使用第一酸液對矽基板進行酸擴孔處理（步驟S14）。在一些實施例中，第一酸液例如包括氫氟酸以及硝酸。在一些實施例中，氫氟酸的濃度例如是介於6%至9%之間，硝酸的濃度例如是介於36%至40%之間，但本發明不限於此。在一些實施例中，酸擴孔處理的反應時間例如是介於60秒至180秒之間，酸擴孔處理的反應溫度例如是介於4˚C至15˚C之間，但本發明不限於此。具體來說，經酸擴孔處理後的矽基板表面，可提升後續矽基板的轉換效率。

接著，在一些實施例中，為了去除酸擴孔處理所產生的毛刺，矽基板經酸擴孔處理後，可進一步使用鹼液對矽基板進行鹼拋處理。在一些實施例中，鹼液例如包括氫氧化鉀，但本發明不限於此。在一些實施例中，氫氧化鉀的濃度例如是介於2%至5%之間，反應溫度例如是室溫，反應時間例如是介於10秒至90秒之間，但本發明不限於此。

接著，在一些實施例中，為了確保矽基板表面的潔淨度，也可以使用酸液對矽基板進行擴孔後處理，但本發明不限於此。舉例來說，酸液可以例如包括氫氟酸以及鹽酸。在一些實施例中，氫氟酸的濃度例如是介於8%至12%之間，鹽酸的濃度例如是介於8%至12%之間，但本發明不限於此。在一些實施例中，擴孔後處理的反應溫度例如是室溫，擴孔後處理的反應時間例如是60秒至180秒之間，但本發明不限於此。

最後，請繼續參照圖1，對矽基板進行清潔處理（步驟S16）。在一些實施例中，為了避免上述步驟殘留在矽基板表面的溶液或殘留物影響後續步驟的製程，可以使用去離子水或逆滲透水於常溫下清洗矽基板。值得一提的是，清潔處理也可以是在每道蝕刻步驟之間進行，可視製程需要調整清潔處理進行的次數，以確保每道蝕刻步驟的蝕刻效率。至此，本發明的矽基板表面粗糙化的方法即完成，接著，矽基板可進一步進行乾燥處理以接續後續的半導體元件製程。

圖3A和圖3B分別是掃描電子顯微鏡表面粗糙化後所觀測的矽基板的上視圖和側視圖圖像。圖4A和圖4B分別是表面粗糙化前矽基板的表面外觀照片以及所量測的表面反射率結果。圖5A和圖5B分別是表面粗糙化後矽基板的表面外觀照片以及所量測的表面反射率結果。

請參照圖3A和圖3B，圖3A和圖3B示出矽基板經表面粗糙化後的表面（上視圖和側視圖）。如圖3A和圖3B所示，經表面粗糙化後的矽基板表面呈現多個圓形孔洞，原本經鑽石線切割後生成的多條線痕（晶格紋）已不存在，且經表面粗糙化後的矽基板表面蝕刻均勻度佳。經量測，生成的圓形孔洞的直徑D1例如介於400奈米至800奈米之間，深度H1例如介於700奈米至900奈米之間，較佳是介於750奈米至850奈米之間。

請參照圖4A至圖5B，圖4A和圖5A分別代表表面粗糙化前、後矽基板的表面外觀照片，另外，分別針對圖4A和圖5A中的9點量測矽基板的表面反射率，其中圖4B是矽基板粗糙化前所量測的表面反射率結果，圖5B是矽基板粗糙化後所量測的表面反射率結果。如圖4B所示，矽基板粗糙化前所量測的表面反射率數值分別為32.32%、38.61%、33.67%、36.18%、33.64%、36.35%、36.59%、38.59%、38.53%，平均值約36.05%。如圖5B所示，矽基板粗糙化後所量測的表面反射率數值分別為15.32%、16.18%、15.60%、16.38%、15.64%、15.75%、16.59%、16.39%、15.53%，平均值約15.93%。因此，由上述結果可知，矽基板經表面粗糙化後的表面反射率顯著降低。

值得一提的是，經上述表面粗糙化處理後的矽基板的表面蝕刻均勻度高，且矽基板的表面反射率相較於表面粗糙化處理前明顯降低，例如是介於15%至20%之間。此外，本發明的表面粗糙化方法直接經由化學性方法即可達到表面粗糙化的目的，而不需先經物理性方法處理，故可降低整體製程的成本。

綜上所述，在本發明的矽基板表面粗糙化方法中，矽基板藉由化學性的蝕刻方法即可達到表面粗糙化的效果，且表面粗糙化後的矽基板的表面反射率降低，矽基板的轉換效率提升。此外，本發明蝕刻液中的奈米銀有助於蝕刻孔洞，並進一步提升矽基板表面的蝕刻均勻度，以快速且低成本的方式達到矽基板表面粗糙化的目的。因此，經由本發明的表面粗糙化方法處理後的矽基板可提升後續製成的半導體元件的效能。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

D1:直徑 H1:深度 S10、S12、S14、S16:步驟

圖1是依照本發明的一實施例的一種矽基板表面粗糙化的方法的流程圖。 圖2A和圖2B分別是掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope，SEM）表面粗糙化前所觀測的矽基板的上視圖和側視圖圖像。 圖3A和圖3B分別是掃描電子顯微鏡表面粗糙化後所觀測的矽基板的上視圖和側視圖圖像。 圖4A和圖4B分別是表面粗糙化前矽基板的表面外觀照片以及所量測的表面反射率結果。 圖5A和圖5B分別是表面粗糙化後矽基板的表面外觀照片以及所量測的表面反射率結果。

S10、S12、S14、S16:步驟

Claims (10)

1. 一種矽基板表面粗糙化的方法，包括： 提供矽基板； 使用第一蝕刻液對所述矽基板進行第一蝕刻處理，其中所述第一蝕刻液包括氫氟酸、過氧化氫以及奈米銀； 使用第一酸液對所述矽基板進行酸擴孔處理；以及 對所述矽基板進行清潔處理。
2. 如申請專利範圍第1項所述的矽基板表面粗糙化的方法，其中所述氫氟酸的濃度介於2.5%至4.5%之間，所述過氧化氫的濃度介於5%至7%之間，所述奈米銀的濃度介於10 ppm至30 ppm之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述的矽基板表面粗糙化的方法，其中所述第一蝕刻處理的反應時間介於120秒至220秒之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述的矽基板表面粗糙化的方法，其中所述第一酸液包括氫氟酸以及硝酸。
5. 如申請專利範圍第1項所述的矽基板表面粗糙化的方法，其中所述氫氟酸的濃度介於6%至9%之間，所述硝酸的濃度介於36%至40%之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述的矽基板表面粗糙化的方法，其中所述酸擴孔處理的反應時間介於60秒至180秒之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述的矽基板表面粗糙化的方法，其中所述酸擴孔處理的反應溫度介於4˚C至15˚C之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述的矽基板表面粗糙化的方法，其中在所述第一蝕刻處理與在所述酸擴孔處理之間更包括： 使用第二蝕刻液對所述矽基板進行第二蝕刻處理，其中所述第二蝕刻液包括氫氟酸、過氧化氫以及硝酸。
9. 如申請專利範圍第1項所述的矽基板表面粗糙化的方法，其中在所述第一蝕刻處理與在所述酸擴孔處理之間更包括： 對所述矽基板進行去金屬離子處理。
10. 如申請專利範圍第1項所述的矽基板表面粗糙化的方法，其中在所述酸擴孔處理後更包括： 使用鹼液對所述矽基板進行鹼拋處理。

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