TWI594312B - 用於鑽石線切割多晶矽晶圓的處理方法 - Google Patents

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Description

用於鑽石線切割多晶矽晶圓的處理方法
本發明係關於一種太陽能電池技術領域，特別是有關一種處理鑽石線切割多晶矽晶圓的方法。
已知，太陽能電池的製作過程通常會包含一表面粗糙化之程序，例如以酸蝕刻製程，接觸半導體晶圓的表面，形成金字塔型結構，藉以提升光電轉換效率。
目前，業界多使用砂漿切割多晶矽晶圓來製作太陽能電池。第7A圖為砂漿切割多晶矽晶圓在酸蝕刻前的雷射掃描共軛焦顯微鏡(Laser scanning Confocal Microscopy)圖，第7B圖為砂漿切割多晶矽晶圓在酸蝕刻後的雷射掃描共軛焦顯微鏡圖。
從第7A圖及第7B圖中可看出，其表面的切割損傷較不明顯，表面結構呈現不規則分佈且尺寸較小，有利於後續酸蝕刻製程的進行。因此，其可獲得效能較好的太陽能電池。然而，砂漿切割多晶矽晶圓相當耗時，幾乎要半天才能完整切割，且會產生大量廢料。
利用鑽石線切割多晶矽晶圓雖然切割速度較砂漿切割多晶矽晶圓來的快速，且更易回收利用冷卻液，然而，鑽石線切割多晶矽晶圓卻存在一些問題，如第8A圖所示，其為鑽石線切割多晶矽晶圓在酸蝕刻前的雷射掃描共軛焦顯微鏡圖，利用鑽石線切割多晶矽晶圓的表面結構呈現規則性分佈，例如經線分佈，形成明顯的切割損傷層，以目前傳統的酸蝕刻製程難以移除，如第8B圖所示，其為鑽石線切割多晶矽晶圓在酸蝕刻後的雷射掃描共軛焦顯微鏡圖。故，與使用砂漿切割多晶矽晶圓製作的太陽能電池相比較，以鑽石線切割多晶矽晶圓製作出的太陽能電池的效能較低。
如第9圖所示，鑽石線切割多晶矽晶圓表面的反射率在酸蝕刻製程前約為0.64，在酸蝕刻製程後約為0.46，而砂漿切割多晶矽晶圓表面的反射率在酸蝕刻製程前約為0.43，在酸蝕刻製程後約為0.31，可以看出在酸蝕刻製程前後，鑽石線切割多晶矽晶圓表面的反射率皆大於砂漿切割多晶矽晶圓表面的反射率。
因此，本領域仍需要一種用於鑽石線切割多晶矽晶圓的處理方法，能夠提升其效能，且無需透過繁瑣的製程，藉此增加鑽石線切割多晶矽晶圓的實用性。
本發明的主要目的在提供一種改良的鑽石線切割多晶矽晶圓的處理方法，可以進一步提升電池效率。
根據本發明一實施例，本發明提供一種製作多晶矽晶圓的方法，首先，提供一晶柱；接著，利用一鑽石線切割晶柱，形成一晶圓，其中晶圓具有一第一表面層，第一表面層具有規則性的切割損傷表面結構；隨後，對第一表面層進行一物理處理，形成一第二表面層，其中第二表面層具有不規則的表面結構；再對第二表面層進行一酸蝕刻製程，形成一第三表面層。
根據本發明一實施例，物理處理包含非接觸式物理方式。根據本發明一實施例，非接觸式物理方式為雷射能量。根據本發明一實施例，第一表面層的反射率大於第二表面層的反射率。根據本發明一實施例，第二表面層的反射率小於第三表面層的反射率。根據本發明一實施例，第一表面層的反射率為0.64，第二表面層的反射率為0.13，第三表面層的反射率為0.33。
為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施方式，並配合所附圖式，作詳細說明如下。然而如下之較佳實施方式與圖式僅供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
於下文中，係加以陳述本發明具體實施方式，該些具體實施方式可參考相對應的圖式，俾使該些圖式構成實施方式一部分。同時也藉由說明，揭露本發明可據以施行之方式。該等實施例已被清楚地描述足夠的細節，俾使該技術領域中具有通常技術者可據以實施本發明。其他實施例亦可被加以施行，且對於其結構或順序上所做改變仍屬本發明所涵蓋之範疇。
本發明一或多個實施例將參照附圖描述，其中，圖式中以相同元件符號表示相同元件，且其中闡述的結構未必按比例所繪製。
請參考第1圖至第6圖。第1圖至第6圖係根據本發明一實施例所繪示的用於鑽石線切割多晶矽晶圓的處理方法。
首先，如第1圖所示，提供一晶柱1。例如，多晶矽晶柱。
隨後，如第2圖所示，利用一鑽石線切割晶柱1，形成一切片狀態的晶圓101。
接著，如第3圖所示，其為晶圓101沿I-I’切線所示的剖面圖，在晶圓101的基材層100的正面(受光面)S 1具有一第一表面層110，其中第一表面層110為一切割損傷層(Saw Damage Layer)，其具有規則性的切割損傷表面結構。
如第8A圖所示，其為鑽石線切割多晶矽晶圓在酸蝕刻前的雷射掃描共軛焦顯微鏡(Laser scanning Confocal Microscopy，下稱LSCM)圖，可以看出其表面結構呈現規則性分佈，例如經線分佈，形成明顯的切割損傷層。
再參考第9圖，透過反射率圖譜儀量測波長300 奈米至1100 奈米的反射率，利用鑽石線切割多晶矽晶圓在酸蝕刻前的反射率約為0.64，相較於習知使用砂漿切割多晶矽晶圓的反射率(約為0.43)高出許多。
由於晶圓101的表面具有反射率較高的第一表面層110，以目前傳統的酸蝕刻製程難以移除，如第8B圖所示，其為鑽石線切割多晶矽晶圓在酸蝕刻後的LSCM圖，可以看出其表面結構仍然呈現規則性分佈，以目前的酸蝕刻製程並無法將其表面蝕刻成隨機分佈且尺寸較小的表面結構，因此，其反射率仍然過高，導致其製作出的太陽能電池的效能較低。
本發明的特點在於，在進行酸蝕刻製程之前，先對晶圓表面進行一物理處理，以改變晶圓表面的結構。
如第4圖所示，對第一表面層110進行一物理處理，例如雷射處理，形成一第二表面層210，其中第二表面層210具有不規則的表面結構，例如：表面結構凌亂且尺寸較小的雷射損傷層，利於後續酸蝕刻製程的進行。根據本發明一實施例，部分的第一表面層110會被移除。
根據本發明一實施例，物理處理包含非接觸式物理方式。根據本發明一實施例，非接觸式物理方式為雷射能量，例如：波長為532 奈米的雷射。
根據本發明一實施例，第二表面層210的反射率約為0.13。
值得注意的是，本發明僅對鑽石線切割多晶矽晶圓的正面S 1的第一表面層110進行物理處理，背面S 2則未進行上述物理處理，其後續將進行一般太陽能電池製程的流程，例如：晶背研磨製程或晶邊絕緣等步驟。
請參考第10A圖，其例示經物理處理後的鑽石線切割多晶矽晶圓的LSCM圖，由圖中可以看出原本表面結構呈現規則性分佈的第一表面層110，經過雷射處理後呈現不規則的表面結構(第二表面層210)，形成表面結構凌亂且尺寸較小的雷射損傷層，與使用砂漿切割多晶矽晶圓在蝕刻前的LSCM圖(第7A圖)相似，並透過反射率圖譜儀量測經物理處理後的鑽石線切割多晶矽晶圓表面之反射率約為0.13，相較於未經物理處理的鑽石線切割多晶矽晶圓表面之反射率(0.64)低了許多，因此，將利於後續酸蝕刻製程的進行。
之後，如第5圖所示，對第二表面層210進行一酸蝕刻製程，增加晶圓表面的粗糙度，形成一第三表面層310。第10B圖例示晶圓101在酸蝕刻後的LSCM圖。請參考第11圖，透過反射率圖譜儀量測波長300 奈米至1100 奈米的反射率，利用鑽石線切割多晶矽晶圓經物理處理後，在酸蝕刻後的反射率約為0.33，與習知使用砂漿切割多晶矽晶圓在酸蝕刻後的反射率(約為0.31)差異不大。
根據本發明一實施例，第三表面層的反射率約為0.33。
根據本發明一實施例，酸蝕刻製程的蝕刻液包含硝酸及氫氟酸，其中硝酸主要用於縱向蝕刻，氫氟酸則用於橫向蝕刻，而硝酸與氫氟酸的比例可以介於3：1至4：1，但不限於此。
如第6圖所示，後續可進行一般太陽能電池製程步驟，例如：擴散製程，在晶圓表面形成磷玻璃層及摻雜射極(emitter)區域410，隨後以蝕刻製程去除磷玻璃層、晶邊絕緣，再形成抗反射層420，然後，利用網印技術於電池正、背面以金屬漿料網印出電極圖案，再進行高溫燒結，形成電極520。最後，進行串焊將電池單元串接成模組。
如第11圖所示，比較砂漿切割多晶矽晶圓、未經物理處理的鑽石線切割多晶矽晶圓及經物理處理後的鑽石線切割多晶矽晶圓，在酸蝕刻後的反射率光譜圖，可以發現經物理處理後的鑽石線切割多晶矽晶圓在酸蝕刻後的反射率光譜圖與砂漿切割多晶矽晶圓在酸蝕刻後的反射率光譜圖幾乎重疊。
因此，本發明在酸蝕刻前，先對鑽石線切割多晶矽晶圓的正面進行一物理處理，使得鑽石線切割多晶矽晶圓可以達到與砂漿切割多晶矽晶圓幾乎相同的反射率光譜，藉此提高了鑽石線切割多晶矽晶圓製作出的太陽能電池的效能，且僅需增加一道物理方式的製程。
綜上所述，本發明提供一種用於鑽石線切割多晶矽晶圓的處理方法，其能改善傳統鑽石線切割多晶矽晶圓所製作出的太陽能電池的效能較差的問題，且本發明可以達到與使用砂漿切割多晶矽晶圓製作的太陽能電池幾乎一樣效能，且無須透過繁瑣的製程，如此可增加鑽石線切割多晶矽晶圓的實用性。
本發明製作多晶矽晶圓的方法，首先，提供一晶柱1；接著，利用一鑽石線切割晶柱1，形成一晶圓101，其中晶圓101具有一第一表面層110，第一表面層110具有規則性的切割損傷(Saw Damage)表面結構；隨後，對第一表面層110進行一物理處理，形成一第二表面層210，其中第二表面層210具有不規則的表面結構；再對第二表面層210進行一酸蝕刻製程，形成一第三表面層310。
根據本發明一實施例，物理處理包含非接觸式物理方式。根據本發明一實施例，非接觸式物理方式為雷射能量。根據本發明一實施例，第一表面層110的反射率大於第二表面層210的反射率。根據本發明一實施例，第二表面層210的反射率小於第三表面層310的反射率。根據本發明一實施例，第一表面層110的反射率為0.64，第二表面層210的反射率為0.13，第三表面層310的反射率為0.33。   以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
1‧‧‧晶柱
101‧‧‧晶圓
100‧‧‧基材層
S 1‧‧‧正面(受光面)
S 2‧‧‧背面
110‧‧‧第一表面層
210‧‧‧第二表面層
310‧‧‧第三表面層
410‧‧‧摻雜射極(emitter)區域
420‧‧‧抗反射層
520‧‧‧電極
第1圖例示一晶柱。 第2圖例示利用鑽石線切割晶柱後形成的晶圓。 第3圖例示晶圓沿I-I’切線的剖面圖。 第4圖例示對晶圓進行一物理處理後的剖面圖。 第5圖例示對晶圓進行一酸蝕刻製程後的剖面圖。 第6圖例示太陽能電池結構的剖面圖。 第7A圖例示砂漿切割多晶矽晶圓在酸蝕刻前的雷射掃描共軛焦顯微鏡(Laser scanning Confocal Microscopy)圖。第7B圖例示砂漿切割多晶矽晶圓在酸蝕刻後的雷射掃描共軛焦顯微鏡圖。 第8A圖例示鑽石線切割多晶矽晶圓在酸蝕刻前的雷射掃描共軛焦顯微鏡圖。 第8B圖例示鑽石線切割多晶矽晶圓在酸蝕刻後的雷射掃描共軛焦顯微鏡圖。 第9圖例示砂漿切割多晶矽晶圓與鑽石線切割多晶矽晶圓在酸蝕刻前後的反射率光譜圖。 第10A圖例示經物理處理的鑽石線切割多晶矽晶圓的雷射掃描共軛焦顯微鏡圖。 第10B圖例示經物理處理的鑽石線切割多晶矽晶圓在酸蝕刻後的雷射掃描共軛焦顯微鏡圖。 第11圖例示砂漿切割多晶矽晶圓、未經物理處理的鑽石線切割多晶矽晶圓及經物理處理的鑽石線切割多晶矽晶圓在酸蝕刻後的反射率光譜圖。
101‧‧‧晶圓
100‧‧‧基材層
S1‧‧‧正面(受光面)
S2‧‧‧背面
110‧‧‧第一表面層
210‧‧‧第二表面層

Claims (18)

  1. 一種製作多晶矽晶圓的方法，包含：提供一晶柱；利用一鑽石線切割該晶柱，形成一晶圓，其中該晶圓具有一第一表面層，該第一表面層具有規則性的切割損傷(Saw Damage)表面結構；對該第一表面層進行一物理處理，形成一第二表面層，其中該第二表面層具有不規則的表面結構；及對該第二表面層進行一酸蝕刻製程，形成一第三表面層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該物理處理包含非接觸式物理方式。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該非接觸式物理方式為一雷射能量。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一表面層的反射率大於該第二表面層的反射率。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該第二表面層的反射率小於該第三表面層的反射率。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該第一表面層的反射率為0.64。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該第二表面層的反射率為0.13。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該第三表面層的反射率為 0.33。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該酸蝕刻製程的蝕刻液包含硝酸及氫氟酸。
  10. 一種處理多晶矽晶圓的方法，包含：提供一鑽石線切割晶圓，其中該鑽石線切割晶圓具有一第一表面層，該第一表面層具有規則性的切割損傷表面結構；對該第一表面層進行一物理處理，形成一第二表面層，其中該第二表面層具有不規則的表面結構；及對該第二表面層進行一酸蝕刻製程，形成一第三表面層。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該物理處理包含非接觸式物理方式。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該非接觸式物理方式為一雷射能量。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該第一表面層的反射率大於該第二表面層的反射率。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該第二表面層的反射率小於該第三表面層的反射率。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該第一表面層的反射率為0.64。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該第二表面層的反射率為0.13。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該第三表面層的反射率為0.33。
  18. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該酸蝕刻製程的蝕刻液包含硝酸及氫氟酸。
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