TWI430354B - 製造具金字塔結構矽表面之方法 - Google Patents

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Description

製造具金字塔結構矽表面之方法
本發明係一種具有如申請專利範圍第1項之特徵之製造具金字塔結構之矽表面的方法。
例如專利EP 0 994 114 B1有提及此種方法。為了製造大陽能電池用之具金字塔結構之矽表面，此專利建議腐蝕溶液中異丙醇所佔的比例應大於乙二醇的比例。這樣做的好處是可以在一定的範圍內調整規定的金字塔尺寸分佈。
但實務上顯示，使用同一種腐蝕溶液會隨著要加工的矽表面品質的不同而產生不同的金字塔尺寸分佈。因此，為了產生一致的金字塔尺寸分佈，實務上必須根據要加工的矽表面品質調整腐蝕溶液的配方。除了改變腐蝕溶液的配方外，在某些情況下還必須改變腐蝕時間及溫度。為獲得所需要的金字塔尺寸分佈，有時需花費很多時間及經過繁瑣的過程才 能調整到適當的參數。
這種已知的製造具金字塔結構之矽表面的方法的另外一個缺點是，附著在矽表面上的污染物會造成結構改變。
這種結構改變會使矽表面的外觀變得不均勻。這種矽表面會被視為是有缺陷的。
為了消除上述缺點，現有技術提出的一種方法是在製造金字塔結構所需的以鹼性腐蝕溶液加工的步驟之前另外增加一個腐蝕步驟。這種方法是先以一種高濃度的鹼性溶液腐蝕被鋸開的矽晶圓。但是另外增加一個腐蝕步驟會使加工過程變得更複雜。即使是不考慮加工過程變複雜的缺點，這種方法也不是一定能夠完全抵銷被鋸開的矽晶圓的品質差異。
另外一種可能的方式是以具有氧化能力的酸進行這個增加的腐蝕步驟。但同樣的，這個增加的腐蝕步驟也是會使加工過程變得更複雜。即使是不考慮加工過程變複雜的缺點，這種方法同樣也不是一定能夠完全抵銷被鋸開的矽晶圓的品質差異。另外一個缺點是，在這種情況下使用的高濃度的具有氧化能力的酸在操作上是具有危險性的。
本發明的一個目的是消除以上提及之現有技術的缺點，尤其是提出一種能夠以簡單且低成本之方式執行的製造具金字塔結構之矽表面的方法。本發明的另外一個目的是對任何品質的矽晶圓都無需改變腐蝕溶液的成分及/或濃度，就可以製造出具規定之金字塔結構之矽表面。
採用具有申請專利範圍第1項之特徵的方法即可達到上述目的。申請專利範圍第2項至第14項之內容是本發明的各種有利的實施方式。
本發明提出之製造具金字塔結構之矽表面的方法的特徵是 在矽表面與腐蝕溶液接觸前先以臭氧處理矽表面。經過臭氧處理後，即使是不同品質的矽表面，在經過後續以腐蝕溶液進行的加工步驟後也可以產生非常均勻的金字塔結構。也就是說，在矽表面上製造出的金字塔具有一個相當窄小的尺寸分佈。本發明的方法無需根據要加工之矽晶圓的品質調整腐蝕溶液的成分或其他參數(例如溫度或腐蝕時間)。此外，本發明的方法可以用很簡單且低成本的方式執行。
所謂”品質”是指矽晶圓的一種化學表面特性。矽晶圓的不同的化學表面特性來自於鋸開矽晶圓時所使用的不同的液體。例如可以用油或乙二醇作為鋸開矽晶圓時用的液體。應根據所使用的液體決定以何種方式清洗被鋸開的矽晶圓。可以將矽表面的品質區分為親水性或非親水性，或是上一個清洗步驟使用的液體有殘留在矽表面上。
根據一種特別有利的實施方式，矽表面是在氣相中以臭氧處理。這是一個可以很容易且可以快速執行的加工步驟。接下來並不需要使矽表面乾燥。經證實在氣相中的臭氧濃度最好是大於20g/m3。氣相的空氣濕度應在60%至95%之間，或最好是在75%至85%之間。
另外一種可行的方式是將矽晶圓浸泡在消電離水中以臭氧處理，其中臭氧濃度應大於1ppm，或最好是在3ppm至50ppm之間。
不管是以含有臭質的氣相或含有臭氧的液體處理矽表面，處理溫度皆應在15℃至60℃之間，或最好是在20℃至40℃之間。處理時間應在15秒至60分鐘之間，或最好是3分鐘至40分鐘之間。經驗顯示，通常3分鐘至10分鐘的處理時間即可達到很好的處理效果。
另外一種有利的實施方式是先將晶圓鋸開，然後再以臭氧進 行處理。也就是以傳統方式沿著平行於<100>-面的方向將矽晶圓鋸開。在按照本發明的方式以臭氧處理之前，可以先用濕洗的方式將被鋸開的矽晶圓洗乾淨。這個步驟的目的是去除鋸開時可能附著在矽表面上的液體。在這種情況下，以臭氧處理的步驟是在濕式清洗之後進行。另外一種可能性是將上述的濕式清洗步驟與本發明的以臭氧處理的步驟結合在一起。如果是這樣，應使用與臭氧混合的水液體作為進行濕式清洗。
接下來可以將經過臭氧處理過的矽晶圓弄乾燥，然後包裝起來。也就是說，包裝好的矽晶圓就成為一種可以銷售的中間產品，購買此種中間產品的客戶可以根據自身的特定需求以腐蝕溶液處理，以製造具金字塔結構之矽表面。
但是有許多情況是以連續、準連續、或批次方式供應矽晶圓，而且要對這些矽晶圓執行本發明的臭氧處理步驟及腐蝕步驟。在這種情況下，可以在一條腐蝕及清洗生產線上設置一個承裝腐蝕溶液的儲存槽，以及在逆流方向上設置一個承裝與臭氧混合之消電離水的儲存槽。另外一種可行的方式是設置一個可以用蓋子封住的容器，並使矽晶圓及含有臭氧的氣相在這個容器內接觸。例如以臭氧及水蒸汽沖擊要處理的矽表面，或是將含有臭氧的水蒸汽吹向矽表面。
經過臭氧處理後，接著可以按照已知的傳統方法將矽晶圓浸泡在一種鹼性腐蝕溶液中。例如腐蝕溶液的成分可以包含KOH或NaOH。此外，可以在腐蝕溶液中加入一種或多種醇類，例如最好是加入異丙醇。腐蝕溶液的溫度應在70℃至90℃之間。腐蝕時間應依要在矽表面上產生的金字塔尺寸大小而定，通常是在5分鐘至20分鐘之間。
以下將配合實施例對本發明的內容作進一步的說明：
實施例1：
將一個裝有100片矽晶圓的裝載架置於一個容器內，並用蓋子將容器蓋住。接著引入水蒸汽將容器內的相對濕度調整成介於85%至95%之間。另外一種方式是在容器內產生水蒸汽。接著引入臭氧將容器內的臭氧濃度調整到20g/m3至40g/m3之間。以上述氣相沖擊矽晶圓約15分鐘。接著以氮氣或氧氣噴沖洗容器內部。將蓋子打開，並將裝載架上的矽晶圓直接浸泡在一種腐蝕溶液中(不需經過任何中間步驟)，以製造金字塔結構。
實施例2：
將一個裝有100片矽晶圓的裝載架浸泡在一個裝滿消電離水的處理槽中。將臭氧引入消電離水中，使臭氧濃達到約10ppm。消電離水的溫度在25℃至30℃之間。經過10分鐘的處理時間後，將裝載架從處理槽中取出並直接浸泡在一種腐蝕溶液中(不需經過任何中間步驟)，以製造金字塔結構。

Claims (12)

  1. 一種製造具金字塔結構之一矽表面的方法，其基本上由以下步驟所組成：在氣相中以臭氧處理一矽晶圓的該矽表面；以及以一腐蝕溶液處理該矽晶圓的該矽表面以形成該金字塔結構。
  2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，在該氣相中的臭氧濃度大於20g/m3。
  3. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，該氣相具有一空氣濕度，該空氣濕度在60%至95%之間。
  4. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，該處理是在15℃至60℃之間的一溫度而執行。
  5. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，該處理是執行15秒至60分鐘之間的一持續時間。
  6. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，先將該矽晶圓鋸開，然後再以臭氧進行處理。
  7. 如申請專利範圍第6項的方法，其中，該矽晶圓被鋸開後，以濕洗方式洗乾淨。
  8. 如申請專利範圍第7項的方法，其中，以臭氧進行的該處理是在經過濕洗後執行。
  9. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，將經過臭氧處理過的矽晶圓弄乾燥，然後包裝起來。
  10. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，該腐蝕溶液是一種鹼性腐蝕溶液。
  11. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，該腐蝕溶液包含KOH或NaOH以 作為主要成分。
  12. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，該腐蝕溶液包含醇類，該醇類包含異丙醇。
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