TWI408211B - 紋理化半導體基板 - Google Patents
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Description
本申請基於35 U.S.C. §119(e)，主張於2009年9月24日提出之美國臨時申請案第61/277,409號之優先權，該申請案之整體內容係藉由引用形式併入本文。
本發明係涉及使用包括非揮發性、高分子量之烷氧基化二醇及其醚及醚乙酸酯衍生物的水溶液將半導體基板紋理化的方法。更具體而言，本發明係涉及使用包括非揮發性、高分子量之烷氧基化二醇及其醚及醚乙酸酯衍生物的水溶液將半導體基板紋理化，以降低來自該半導體基板之光反射度的方法。
經紋理化之半導體表面係降低寬頻帶範圍之入射光的反射，從而增加所吸收之光強度。此等半導體可用於太陽能電池之製造。太陽能電池為將入射於其表面上之光能如陽光轉換為電能的裝置。降低入射於該表面上之光的反射度可提升轉換為電能的轉換效率。然而，紋理化並不限於用於太陽能電池之製造的半導體，一般而言，亦可用於光伏裝置、光學及電化學偵檢器/感測器、生物偵檢器/生物感測器、催化劑、電極及其他降低入射光之反射度可提升該裝置之效率的裝置之製造。
用於將(100)-取向(orientated)之矽表面進行濕式化學稜錐形(四角形)結構紋理化的已知技術為使用鹼性介質，如鹼金屬氫氧化物(alkali hydroxide)、鹼金屬碳酸鹽(alkali carbonate)、氨及膽鹼之溶液。鹼金屬氫氧化物自身會產生不均勻紋理化之表面，該表面形成高反射率之區域。需要添加劑來控制紋理化速率並形成可重複之稜錐結構。亦可使用肼或伸乙二胺或兒茶酚之溶液，但由於他們對工作者而言具有毒性，因此是不利的。最常用之配方係包括水、氫氧化鈉或氫氧化鉀、以及醇。所使用之該醇組分可為乙二醇或異丙醇。
以含有乙二醇之紋理化溶液為基礎的方法係揭示於EP 0477424A1中。所使用之紋理化溶液係包括水、氫氧化鉀、乙二醇及矽。亦加入氧作為另外的組分。對矽表面進行濕式化學結構紋理化之後，藉由將該紋理化溶液充氧而獲得可再現之均勻稜錐。可藉由該紋理化溶液之充氣時間來改變該稜錐之高度。以更長之時間引入氧，亦即該二醇之氧化程度更高，則導致更小之稜錐。可產生2微米(μm)或更小之稜錐尺寸。此配方之一個缺點為，該紋理化溶液無法臨時使用，因為其需要於施加之前溶解矽。研究業經顯示，需要若干小時之後續靜止期以形成平滑之(111)面。簡單地將矽酸鹽加入該溶液中並不能導致該有益結果。
U.S.3,998,659揭露了以異丙醇(IPA)為基礎之濕式紋理化方法。與使用以乙二醇為基礎之溶液的紋理化相反，IPA系溶液可立即使用於進行紋理化。此紋理化溶液可與矽酸鹽併用或可在沒有矽酸鹽時使用。通常，此紋理化係於約80℃之溫度進行10分鐘至30分鐘之時間。這導致IPA之高速蒸發，因為IPA之沸點為82℃。IPA之閃點為12℃，其揮發性也非常高。這導致關於均勻紋理化及該稜錐結構之可再現性以及IPA之巨大消耗的問題。半導體基板之非均勻紋理化導致入射光之反射度增加。可再現性之重要性在於，降低缺陷產品之可能性及提供可靠且高效率之製造，從而降低消費者與製造商兩者之成本。IPA之高消耗也增加了製造之高成本且增加了所耗費之化學品的高廢料處理成本。再者，通常，此IPA系統傾向於在入射光波長360奈米(nm)至750nm之範圍具有14%至27%之反射度。於此波長範圍內理想的反射度為13%至14%。
U.S. 6,451,218揭露了另一種紋理化溶液，其係包括鹼性試劑、IPA及鹼性乙二醇。該專利宣稱，該溶液提供良好之紋理化可再現性以及該稜錐尺寸為可調節者。其亦宣稱，該配方不受如同常規IPA溶液之高IPA蒸發速率之苦，因此降低了於紋理化過程中必須替換該溶液之頻率。然而，儘管存在可提供紋理化可再現性及降低之溶液組分蒸發的紋理化溶液，但仍需要具有提升之紋理化均勻性、可再現性、降低之組分蒸發及提升之反射度效能的紋理化溶液。
於一態樣中，方法係包括提供半導體基板；以及將包含下列者之水溶液施加至該半導體基板以紋理化該半導體基板：一種或多種選自烷氧基化二醇、其單甲基醚及單甲基醚乙酸酯衍生物之具有170公克(g)/莫耳(mole)或更大之重量平均分子量及75℃或更高之閃點的化合物，以及一種或多種鹼性化合物。
於另一態樣中，方法係包括提供半導體基板；以包含下列者之水溶液將該半導體基板之表面紋理化：一種或多種選自烷氧基化二醇、其單甲基醚及單甲基醚乙酸酯衍生物之具有170 g/mole或更大之重量平均分子量及75℃或更高之閃點的化合物，以及一種或多種鹼性化合物；摻雜該半導體基板以形成p/n接面；將抗反射層沉積於該經紋理化之表面上；選擇性地蝕刻該抗反射層，以曝露部份該經紋理化之表面，而形成圖案；以及於該經紋理化之表面的曝露部份上沉積一層或多層金屬層以形成電流軌跡。
該方法係於半導體上提供均勻之紋理化以及形成稜錐結構之可再現性。這致使入射光反射度降低以及入射光轉換為電能的轉換效率提升。此外，與常規紋理化溶液中所使用之組分不同，該用以將半導體基板紋理化之水溶液係含有具高閃點之組分，因而可防止溶液組分之實質蒸發。因此，該紋理化溶液之使用期可比多數常規紋理化溶液更長。這降低了製造製程之停工時間並降低了溶液更換之頻率，因此提升了該紋理化方法之整體效率。該方法之此提升效率同樣降低了消費者及製造商兩者的成本。
該方法一般而言可用以紋理化用於光伏裝置之半導體，包括用於製造太陽能電池之半導體。該方法亦可用以紋理化用於製造下列者之半導體：光學及電化學偵檢器/感測器、生物偵檢器/生物感測器、催化劑、電極、閘電極、歐姆接觸、互連線、肖特基能障二極體接觸(Schottky barrier diode contact)、光電元件及其他降低入射光之反射度可提升該裝置之效率的物件。
如本說明書全文所使用者，術語“沉積”及“鍍覆”係互換地使用。術語“電流軌跡”及“電流線”係互換地使用。術語“組成物”及“浴”係互換地使用。不定冠詞「一(“a”及“an”)」係意欲包括單數及複數兩者。術語“選擇性地沉積”係意指沉積係發生於基板上特定之所欲區域。術語“閃點”係意指可燃液體之蒸氣可於空氣中點燃之最低溫度。術語“lux=lx”係照度之單位，等於1流明(lumen)/m2
；且1 lux=在540兆赫之頻率下1.46毫瓦之輻射電磁(EM)功率。單位“達因(dyne)”係力之公分-公克-秒制單位。除了特別明確指出者外，下述縮寫係具有下列意義：℃=攝氏度；g=公克；mL=毫升；L=公升；A=安培；m=米；dm=分米；cm=公分；μm=微米；nm=奈米；min.=分鐘；SEM=掃描式電子顯微術；UV=紫外線；以及IR=紅外線。除了特別指出者之外，所有百分率及比例皆以重量計。所有範圍皆包括上下限值且可以任何順序組合使用，除非此等數值範圍於邏輯上受到總和至多為100%之限制。
用於紋理化半導體基板之水溶液係包括選自具有170 g/mole或更大之重量平均分子量及75℃或更高之閃點的烷氧基化二醇、其單甲基醚及單甲基醚乙酸酯衍生物的一種或多種化合物，以及一種或多種鹼性化合物。典型地，該烷氧基化二醇、其單甲基醚及單甲基醚乙酸酯衍生物的重量平均分子量範圍為170 g/mole至4000 g/mole，更典型為190 g/mole至500 g/mole。閃點之範圍典型為75℃至300℃，或諸如100℃至300℃。更典型地，閃點之範圍為140℃至200℃。於該紋理化水溶液中所使用之烷氧基化二醇、其單甲基醚及單甲基醚乙酸酯衍生物為水溶性或至少可與水混溶。該等水溶液於半導體上提供均勻之紋理化以及形成稜錐結構之可再現性。這致使降低入射光反射度以及提升入射光轉換為電能的轉換效率。75℃或更高之閃點提供非揮發性紋理化溶液，防止溶液組分之實質蒸發。此外，具有190℃或更高之沸點的烷氧基化二醇、其單甲基醚及單甲基醚乙酸酯衍生物進一步降低了於操作溫度損失之組分的量。因此，該紋理化溶液之使用期可比多數常規紋理化溶液更長。這降低了製造製程之停工時間並降低了溶液更換之頻率，因此提升了該紋理化方法之整體效率。該方法之此提升效率同樣降低了消費者及製造商兩者的成本。
烷氧基化二醇、其單甲基醚及單甲基醚乙酸酯衍生物係以該水溶液之0.001wt%至2wt%之量包含於該水溶液中。典型地，該烷氧基化二醇、其單甲基醚及單甲基醚乙酸酯衍生物係以該水溶液之0.1wt%至1wt%之量包含於該水溶液中。該烷氧基化二醇、其單甲基醚及單甲基醚乙酸酯衍生物係非環狀，但為線性或分支鏈化合物。烷氧基化二醇、其單甲基醚及單甲基醚乙酸酯衍生物係包括，但不限於具有下述通式之化合物：
RO(Cx
H2x
O)m
Y (I)
其中，R為-CH3
或-H，Y為-H或-C(O)CH3
，以及m為3或更大之整數，或諸如8至66之整數。典型地，m為3至6之整數，更典型為3至5之整數；以及x為3至6之整數，或諸如3至4之整數。典型地，R為-H，以及Y為-H。此等烷氧基化二醇之實例為三丙二醇、四丙二醇、聚丙二醇、三丁二醇、四丁二醇、聚丁二醇、三戊二醇、四戊二醇及聚戊二醇。
烷氧基化二醇亦包括，但不限於具有下述通式之化合物：
HO(CH2
CH2
O)n
H (II)
其中，n為3或更大之整數，或諸如5至200之整數。典型地，n為3至5，更典型為3至4之整數。此等烷氧基化二醇之實例為三乙二醇、四乙二醇及聚乙二醇。
該紋理化水溶液亦包括一種或多種鹼性化合物。此等鹼性化合物係包括，但不限於，鹼金屬氫氧化物如氫氧化鉀、氫氧化鈉及氫氧化鋰，以及四級銨氫氧化物如氫氧化四甲基銨、氫氧化四丙基銨、氫氧化四丁基銨、氫氧化四甲基-2-羥基乙基銨(膽鹼)、氫氧化三甲基-3-羥基丙基銨、氫氧化三甲基-3-羥基丁基銨、氫氧化三甲基-4-羥基丁基銨、氫氧化三乙基-2-羥基乙基銨、氫氧化三丙基-2-羥基乙基銨、氫氧化三丁基-2-羥基乙基銨、氫氧化二甲基乙基-2-羥基乙基銨、氫氧化二甲基二(2-羥基乙基)銨、氫氧化單甲基三(2-羥基乙基)銨、氫氧化單甲基三乙基銨、氫氧化單甲基三丙基銨、氫氧化單甲基三丁基銨、氫氧化單乙基三甲基銨、氫氧化單乙基三丁基銨、氫氧化二甲基二乙基銨及氫氧化二甲基二丁基銨。
其他鹼性組分係包括氫氧化銨；烷醇胺如2-胺基乙醇(單乙醇胺)、1-胺基-2-丙醇、1-胺基-3-丙醇、2-(2-胺基-乙氧基)乙醇、2-(2-胺基乙基胺基)乙醇。其他適當之鹼性化合物係包括3-甲氧基丙胺、嗎啉、烷二胺如1,3-戊二胺及2-甲基-1,5-戊二胺、以及胍。
典型地，包含於該紋理化水溶液中之鹼性化合物係選自一種或多種氫氧化物。更典型地，該鹼性化合物係選自一種或多種鹼金屬氫氧化物及氫氧化烷基銨。鹼性化合物係以該水溶液之0.5wt%至15wt%之量包含於該紋理化水溶液中。典型地，該鹼性化合物係以1wt%至10wt%之量包含於該紋理化水溶液中。
視需要，該紋理化水溶液可包含一種或多種鹼金屬氯化物，如氯化鈉及氯化鉀；以及一種或多種矽酸鹽，如鹼金屬矽酸鹽，如矽酸鈉及矽酸鉀。可使用金屬氯化物及金屬矽酸鹽之混合物。此等金屬氯化物及金屬矽酸鹽可以該水溶液之0.01wt%至2wt%之量，或諸如以該水溶液之0.5wt%至1wt%之量包含於該水溶液中。
於一具體實施例中，該紋理化水溶液主要係由選自具有170 g/mole或更大之重量平均分子量及75℃或更高之閃點的烷氧基化二醇、其單甲基醚及單甲基醚乙酸酯衍生物的一種或多種化合物；一種或多種鹼性化合物；以及水所組成。於另一具體實施例中，該紋理化水溶液主要係由選自具有170 g/mole或更大之重量平均分子量及75℃或更高之閃點的烷氧基化二醇、其單甲基醚及單甲基醚乙酸酯衍生物的一種或多種化合物；一種或多種鹼性化合物；一種或多種選自鹼金屬氯化物及鹼金屬矽酸鹽之化合物；以及水所組成。
可藉由該技藝中已知之任何適當方法將該紋理化水溶液施加至半導體基板之表面。可於70℃或更高之溫度，典型為80℃至200℃，或諸如90℃至150℃將該紋理化水溶液施加至該半導體基板之表面上。典型地，係藉由水平或垂直製程將該紋理化水溶液施加至該半導體基板之表面。此等方法係該技藝中習知者。簡而言之，水平方法係包括使該半導體基板通過輸送系統，並將該水溶液噴灑於該基板之表面。於該垂直製程中，係將該基板浸漬於該紋理化水溶液中。用於此等製程之各種常規設備為該技藝中習知者。
該半導體基板可由單晶或多晶或非晶矽構成。典型地，該半導體基板為單晶或多晶。該紋理化水溶液係施加於該半導體基板之表面，停留時間為5 min.至40 min.，典型為10 min.至30 min。隨後用水沖洗該半導體基板。該紋理化方法為各向異性，且於該半導體基板之整個經處理之表面上形成均勻且可重複之稜錐(四角形)結構。該稜錐結構係隨機地分佈於整個經處理之表面上。該稜錐結構之高度範圍可為1μm至10μm。
以該水溶液紋理化之半導體降低了施加至其經紋理化之表面的入射光之反射度。於360nm至1000nm波長範圍內之入射光的反射度為7%至20%。典型地，入射光之反射度為12%至15%。可使用該技藝中習知之常規反射儀來測量反射度。因此，藉由使用該水溶液之方法予以紋理化之半導體係適用於將入射光(如來自陽光、雷射、螢光以及其他光源之光)轉換為電能的裝置中。此等裝置係包括，但不限於，光伏裝置，如太陽能電池、光學及電化學偵檢器/感測器、生物偵檢器/生物感測器、催化劑、電極、閘電極、歐姆接觸、互連線、肖特基能障二極體接觸及光電元件。
儘管該紋理化方法可用以紋理化用於各種裝置之半導體基板，但典型地，該紋理化方法係用於光伏裝置如太陽能電池之製造。光伏裝置及太陽能電池可由含有單晶或多晶或非晶矽之半導體晶圓構成。此等晶圓典型係具有p-型基底摻雜。然而，可於製造光伏裝置之任何摻雜或其他加工步驟之前於半導體晶圓上進行紋理化。通常，可於該光伏裝置之製造過程中的任何合宜時間進行紋理化。典型地，該半導體基板係於該摻雜製程完成之前予以紋理化。
該半導體基板典型為晶圓，其可為圓形、方形或矩形或可為任何其他適當之形狀。此等晶圓可具有廣泛多種尺寸及表面電阻。舉例而言，圓形晶圓可具有150 nm、200 nm、300 nm、400 nm或更大之直徑。
該晶圓之整個背面可塗覆有金屬，或該背面之一部份可塗覆有金屬，以形成諸如格柵。可藉由各種技術提供此背面之金屬化，且可於該晶圓之正面金屬化之前進行背面之金屬化。於一具體實施例中，係以導電膠(如含銀膠、含鋁膠或含銀鋁膠)之形式將金屬塗層施加至該背面；然而，也可使用該技藝中已知之其他適當之膠。此等導電膠典型係包括包埋於玻璃基質中之導電粒子以及有機黏合劑。可藉由各種技術(如網版印刷)將導電膠施加至晶圓。施加該膠之後，燒製(firing)以移除該有機黏合劑。當使用含鋁之導電膠時，鋁部份地擴散至該晶圓之背面中，或者，如果所使用之膠中亦含有銀，鋁可與銀形成合金。使用此含鋁膠可提升電阻性接觸，並提供“p+”摻雜之區域。也可藉由先施加鋁或硼然後再進行互相擴散而製備重度摻雜之“p+”型區域。視需要，可將晶種層(seed layer)沉積於該晶圓之背面，以及可藉由無電鍍覆或電鍍將金屬塗層沉積於該晶種層上。
為了製備該半導體接面，係於該晶圓之正面發生磷擴散或鐵植入以製備n-摻雜(n+或n++)之區域並對該晶圓提供PN接面。該n-摻雜之區域可稱為射極層(emitter layer)。
將該晶圓之正面或射極層進行紋理化，以賦予該表面經提升之光入射幾何學(其使反射降低)。將包含一種或多種選自烷氧基化二醇、其單甲基醚及單甲基醚乙酸酯衍生物之具有170 g/mole或更大之重量平均分子量及75℃或更高之閃點的化合物以及一種或多種鹼性化合物的水溶液施加至該射極層10 min.至30 min.，典型為10 min.至15 min.，以於該射極層上形成均勻且隨機分佈之稜錐結構。該紋理化水溶液具有64 dynes/cm或更小之表面張力，且係使用常規液體施加設備如噴灑裝置或僅僅藉由將該晶圓浸泡於該紋理化溶液中而輕易地將該紋理化溶液施加至該晶圓。該水溶液之溫度範圍為80℃至110℃。於10 min.至30 min.之停留時間後，以水沖洗該晶圓以移除該紋理化溶液。
將抗反射層加至該晶圓之正面或射極層。此外，該抗反射層可作為鈍化層。適當之抗反射層係包括，但不限於，矽氧化物層如SiOx
；矽氮化物層如Si3
N4
；矽氧化物層及矽氮化物層之組合；以及矽氧化物層、矽氮化物層與鈦氧化物層如TiOx
之組合。於前述式中，x係表示氧原子數目之整數。可藉由若干技術(如藉由諸如化學氣相沉積及物理氣相沉積之各種氣相沉積方法)來沉積此等抗反射層。
晶圓之正面係含有經金屬化之圖案。舉例而言，晶圓之正面可由電流匯集線(current collecting line)及電流匯流排(current busbar)構成。電流匯集線典型地橫切於匯流排，且相對於電流匯流排，電流匯集線典型地具有相當精細之結構(亦即尺寸)。
該圖案穿透該抗反射層，以曝露該晶圓之半導體本體的表面。或者，可於開口中形成溝槽，以產生選擇性射極。此等溝槽可為高摻雜之區域。可使用各種製程來形成該圖案，該等製程為諸如，但不限於，雷射剝蝕、機械方式以及微影製程，所有該等製程均為該技藝中習知者。此等機械方式係包括鋸切及擦刻(scratching)。典型之光微影製程係包括將可成像之材料配置於該晶圓之表面上，圖案化該可成像之材料以於該抗反射層中形成開口，將該圖案轉移至該晶圓，於該等開口中沉積鎳層，以及移除該可成像之材料。於一具體實施例中，該可成像之材料係於將金屬層沉積於該等開口中之步驟前移除。於另一具體實施態樣中，該可成像之材料係於將金屬層沉積於該等開口中之步驟後移除。當該可成像之材料於該金屬沉積步驟期間存在時，此可成像之材料典型地係避免使用任何會吸收該鎳沉積步驟期間所使用之輻射波長的染料如對比染料(contrast dye)。於該鍍覆步驟期間存在之可成像之材料典型係含有最小透光率為40%至60%的染料。
可使用任何適當之聚合物移除劑來移除該可成像之材料。此等移除劑可為鹼性、酸性或實質中性，且為該技藝中習知者。
於一具體實施例中，可使用導電膠將該晶圓之正面金屬化，該導電膠可與該晶圓背面上所使用之任何導電膠相同或不同。用以將該晶圓之正面金屬化的任何導電膠典型係不含鋁。於該膠之燒製製程中所使用之溫度係取決於所使用之特定膠、所使用之任何抗反射層之厚度、以及其他因素。此溫度之選擇係在熟習該技藝之人士的能力範圍內。再者，熟習該技藝之人士可理解，該燒製製程可於含氧氣氛、惰性氣氛、還原氣氛或此等氣氛之任何組合中進行。舉例而言，該燒製製程可先於含有少量氧之氣氛中於第一溫度進行，隨後再於惰性氣氛下或還原氣氛下於第二溫度進行，其中，該第二溫度係高於該第一溫度。
於該燒製製程之後，可視需要使該晶圓與酸緩衝溶液如氫氟酸緩衝溶液接觸，以移除於該燒製過程中產生之任何氧化物。此接觸可係藉由將該溶液噴灑於該晶圓上或藉由將該晶圓浸漬於此溶液中或藉由任何其他適當之方式進行。
使用導電膠將該晶圓之正面圖案及背面金屬化之後，接著將金屬層沉積於該正面導電圖案上。此金屬層可為任何適當之導電金屬如金、銀或銅，且典型為銀。可藉由該技藝中已知之方法來沉積此等金屬。於一具體實施例中，所沉積之金屬層係由使用於該導電膠中之相同金屬構成。舉例而言，係將銀層沉積於含銀導電膠上。
可藉由光誘導鍍覆(light induced plating,LIP)或該技藝中習知之常規銀電鍍方法來沉積銀。當使用LIP時，該半導體晶圓之背面係與外電路電流(external current)之來源(整流器)相連接。將放置於該銀鍍覆組成物中之銀陽極與該整流器相連接，從而於該等元件之間形成完整之電路。典型之電流密度為0.1 A/dm2
至5 A/dm2
。總電流需求係取決於所使用之晶圓的特定尺寸。此外，該銀陽極係提供現成之銀離子來源，以補充該銀鍍覆組成物之銀離子，而不需要使用外加之來源。設置光源以使用光能量照射該半導體晶圓。舉例而言，該光源可為提供該半導體晶圓光伏敏感性之波長範圍內的能量之螢光或LED燈。可使用各種其他光源，例如但不限於，白熾燈如75瓦(watt)及250瓦燈、汞燈、鹵素燈以及150瓦IR燈。商業用之銀鍍覆組成物的實例為市售之ENIGHTTM
Silver Plate 600及620(來自羅門哈斯電子材料有限公司(Rohm and Haas Electronic Materials,LLC,Marlborough,MA,U.S.A.))。
該鍍覆槽係由對該銀鍍覆組成物呈化學惰性之材料所製成，且具有40%至60%之最小透光率。或者，可將該晶圓水平設置於該鍍覆槽中，並自該銀鍍覆組成物上方進行照明，於該例中，該鍍覆槽至少不需要具有最小透光率。
於另一具體實施例中，可將金屬晶種層沉積於該正面導電圖案上代替金屬膠。典型地，該金屬晶種層為鎳。可藉由該技藝中已知之任何常規鎳沉積方法來沉積該鎳晶種層。典型地，該鎳晶種層係藉由光輔助鎳沉積法予以沉積。若該鎳來源為無電鎳組成物，則無需施加外電路電流(external current)即可完成鍍覆。若該鎳來源係來自電解鎳組成物，則需將背面電位(rear side potential)(整流器)施加至該半導體晶圓基板。該光可為連續光或脈衝光。於沉積鎳之前，典型係使用1%氫氟酸溶液將表面氧化物自該導電圖案移除。
可於該鍍覆製程中使用之光係包括，但不限於，可見光、IR、UV及X-射線。光源係包括，但不限於，白熾燈、LED光(發光二極體)、紅外線燈、螢光燈、鹵素燈及雷射。通常，施加至該半導體之光的量可為8000 lx至20,000 lx。
典型地，係使用無電鎳鍍覆組成物透過該抗反射層中之開口將鎳沉積於該曝露之經紋理化的半導體晶圓表面上。可商業購得之無電鎳組成物的實例係包括DURAPOSITTM
SMT 88 Electroless Nickel及NIPOSITTM
PM 980與PM 988 Electroless Nickel。全部皆可自羅門哈斯電子材料有限公司(Rohm and Haas Electronic Materials,LLC,Marlborough,MA,U.S.A.)購得。
或者，可使用電解鎳組成物。當使用電解組成物時，除了光之外，還需使用外加之背面電位(整流器)以沉積鎳。典型之電流密度為0.1 A/dm2
至2 A/dm2
。特定之電流需求係取決於所使用之晶圓的特定尺寸。所使用之電鍍製程係習用者。適當之電解鎳鍍覆浴為可商業購得者以及於文獻中所揭露者。可商業購得之電解鎳浴的實例為可自羅門哈斯電子材料有限公司獲得之NICKEL GLEAMTM
Electrolytic Nickel產品。
藉由使用光能量照射該半導體晶圓之正面，使鍍覆發生於該正面。照射之光能量於該半導體中產生電流。可藉由調節該光強度、浴溫度、還原劑活性、起始晶圓條件(starting wafer condition)、摻雜程度以及該技藝中之工作者已知的其他因素來控制該正面之鍍覆速率。若該鍍覆浴為電解浴，則亦可藉由整流器來調節鍍覆速率。典型所欲者係厚度為20nm至300nm之鎳層，確切之厚度係取決於各種因素，如用途、尺寸、圖案及幾何學。
在透過該等開口沉積鎳而使鎳鄰接於該半導體晶圓基板之經曝露表面之後，接著再沉積銀而使銀鄰接於鎳。可使用常規電鍍銀組成物。該銀組成物可為含氰化物之銀組成物或不含氰化物之銀組成物。
可藉由光誘導鍍覆(LIP)或該技藝中習知之常規銀電鍍方法將銀沉積於鎳上。該LIP之鍍覆過程係與上述鍍覆銀膠之過程相似。典型所欲者係厚度為1μm至30μm之銀層，確切之厚度係取決於各種因素，如用途、尺寸、圖案及幾何學。
將銀金屬沉積於鎳上並鄰接於該鎳之後，接著燒結該半導體以形成矽化鎳。燒結係在銀沉積於該鎳表面上之後進行，以提升銀與鎳之間的黏合性。經提升之該鎳與矽間的結合會降低該矽化鎳與銀間的黏合失敗可能性。再者，由於銀不會因該燒結溫度而併入該矽化物中，因此銀於燒結過程中保護鎳不被氧化，因而使矽化鎳形成。可使用提供晶圓峰值溫度為380℃至550℃的爐。典型地，峰值溫度時間範圍為2秒至20秒。適當之爐的實例為燈式爐(lamp based furnace；IR)。
由於該銀層於燒結過程中保護鎳不被氧化，因此可在含氧環境以及惰性氣氛或真空中進行燒結。通常，燒結係進行3 min.至10 min.。半導體通過該爐之線速度可隨所使用之爐改變。可進行少量實驗來決定適宜之線速度。典型地，該線速度為330 cm/min.至430 cm/min.。
與多數形成稜錐結構之常規方法相反，以上述水溶液紋理化之半導體表面係提供降低入射光之反射度的半導體。這增加了該半導體所吸收之入射光的量，並且提升了將光轉換為電能的效率。
下述實施例係用以例示性說明本發明，但並非意圖限制本發明之範圍。
實施例
實施例1
使用具有下表1中所揭露之配方的紋理化水溶液噴灑正面具有n+摻雜區域或射極層且於該射極層下方具有pn-接面之摻雜單晶矽晶圓。
1
重量平均分子量=192 g/mole
閃點=140.5℃
沸點=268℃
於90℃將該紋理化水溶液施加至該晶圓，停留時間為15 min.。15 min.之後，用水沖洗該紋理化水溶液並使其於室溫乾燥。
隨後對該經處理之射極層的表面進行紋理化品質之檢查。使用掃描式電子顯微鏡(AMRAY 1510場發射掃描式電子顯微鏡)檢查該表面。結果顯示，該射極層之整個表面遍佈隨機且均勻之四角形稜錐結構。此結果係顯示於第1圖中，第1圖為該經紋理化表面之200X的SEM。峰高分佈亦良好，多數峰介於6.5μm至8μm之範圍內，僅少數峰介於1μm至3μm之範圍內。
隨後使用反射儀(MacBeth Coloreye Reflectometer 7000)於360nm至750nm之波長範圍內測量經紋理化表面的反射度。該入射光源為脈衝氙氣燈炮。橫跨該表面取得6個反射度讀數之平均值。該反射度範圍為13%至15%，平均值為14%。該平均反射度落在13%至14%之理想範圍內。
實施例2
除了使用二丙二醇替代三丙二醇外，重複實施例1中所揭示之方法。該紋理化水溶液具有下表2中所示之配方。
2
重量平均分子量=134.18 g/mole
閃點=138℃
沸點=232℃
於90℃將該紋理化水溶液施加至該晶圓，停留時間為15 min.。15 min.之後，用水沖洗該紋理化水溶液並使其於室溫乾燥。
隨後對該經處理之射極層的表面進行紋理化品質之檢查。使用掃描式電子顯微鏡檢查該表面。儘管存在隨機分佈之稜錐結構，但該等稜錐結構並未均勻遍佈於該射極層之整個表面。第2圖為該經紋理化表面之SEM。再者，存在許多平面區域。與實施例1之經紋理化表面相比，該等稜錐結構之均勻度的缺乏以及該等平面區域增加了入射光之反射度。與實施例1相反，峰高分佈不佳。多數峰分佈於2μm至8μm之範圍內，部分峰分佈於10μm至12μm之範圍內。此廣泛之峰高分佈亦導致反射度增加。使用MacBeth Coloreye Reflectometer 7000測得，於360nm至750nm之波長範圍內的平均反射度為27%。
第1圖為多晶矽晶圓之經紋理化表面的5000X SEM，其顯示以本發明之溶液形成的稜錐結構。
第2圖為多晶矽晶圓之經紋理化表面的5000X SEM，其顯示以低閃點二醇之鹼性溶液形成的稜錐結構。
無元件符號說明
Claims (9)
- 一種方法，係包含：a)提供半導體基板；以及b)將包含下列者之水溶液施加至該半導體基板以紋理化該半導體基板：一種或多種選自烷氧基化二醇、其單甲基醚及單甲基醚乙酸酯衍生物之具有170 g/mole或更大之分子量及75℃或更高之閃點的化合物，以及一種或多種鹼性化合物。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該一種或多種選自烷氧基化二醇、其單甲基醚及單甲基醚乙酸酯衍生物之化合物係具有下式：RO(Cx H2x O)m Y (I)其中，R為-CH3 或-H，Y為-H或-C(O)CH3 ，m為3或更大之整數，以及x為3至6之整數。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該烷氧基化二醇係具有下式：HO(CH2 CH2 O)n H (II)其中，n為3或更大之整數。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該一種或多種鹼性化合物係選自氫氧化物及烷醇胺。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其進一步包含一種或多種鹼金屬氯化物或一種或多種矽酸鹽、或其混合物。
- 一種方法，係包含：a)提供半導體基板；b)使用包含下列者之水溶液將該半導體基板之表面紋理化：一種或多種選自烷氧基化二醇、其單甲基醚及單甲基醚乙酸酯衍生物之具有170 g/mole或更大之分子量及75℃或更高之閃點的化合物，以及一種或多種鹼；c)摻雜該半導體基板以提供p/n接面；d)將抗反射層沉積於該經紋理化之表面上；e)選擇性地蝕刻該抗反射層，以曝露部份該經紋理化之表面，而形成圖案；以及f)於該經紋理化之表面的曝露部份上沉積一層或多層金屬層。
- 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中，該一層或多層金屬為金、銀、銅或鎳。
- 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中，該含矽基板為光伏裝置、電極、歐姆接觸、互連線、肖特基能障二極體接觸、光電元件、光學及電化學偵檢器/感測器用元件、催化劑、歐姆接觸及互連線。
- 一種紋理化水溶液，主要係由下列者組成：一種或多種選自烷氧基化二醇、其單甲基醚及單甲基醚乙酸酯衍生物之具有170 g/mole或更大之重量平均分子量及75℃或更高之閃點的化合物；一種或多種鹼性化合物；以及水。
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