專利名稱：改進(jìn)的多晶織構(gòu)組合物和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的酸性多晶半導(dǎo)體織構(gòu)組合物和方法。本發(fā)明尤其涉及一種提供各向同性蝕刻并減小入射光反射率的改進(jìn)的酸性多晶半導(dǎo)體織構(gòu)組合物和方法。
背景技術(shù)：
典型地，多晶半導(dǎo)體晶片由硅或其它相似的陶瓷材料制成并具有從幾千埃到2_3μπι變化的粒度。這種晶片可以用于光電裝置，例如太陽能電池的制備。太陽能電池是一種將入射到其表面的光能如陽光轉(zhuǎn)化為電能的裝置。利用化學(xué)氣相沉積工藝來制備多晶硅半導(dǎo)體晶片，其中硅烷在高溫分解到襯底表面上從而形成錠或相似種類的物品。所述錠利用合適的切割鋸和行業(yè)中常規(guī)的方法切割成不同尺寸和形狀的晶片。對晶片表面的鋸傷可能會增加晶片的反射率達(dá)35%及更大。高反射率降低晶片的入射光吸收能力，并影響使 用所述晶片的太陽能電池的性能。已經(jīng)嘗試了多種通過減小入射到太陽能電池表面上的光的反射率來增加光的吸收率的方法。減小入射光的反射率提高了將光轉(zhuǎn)化電能的效率。代表性地，對半導(dǎo)體晶片的表面進(jìn)行織構(gòu)從而減小入射光反射率。常用堿性材料如氫氧化鈉和氫氧化鉀進(jìn)行織構(gòu)(texturing);然而，這些堿性織構(gòu)材料表現(xiàn)的各向異性太強(qiáng)而不能成為有效的多晶晶片織構(gòu)試劑。另外，這些堿性金屬氫氧化物趨于在晶片上留下不希望有的可能難于去除的硬殼或殘?jiān)?。盡管氫氧化四甲基銨蝕刻的各向異性比所述堿性金屬氫氧化物低，但是還是很容易暴露晶界。在各向異性蝕刻中，一些晶體取向比其它的蝕刻得要快并暴露出晶界，從而成為重組的位置并降低太陽能電池的效率。通常，重組是一個(gè)移動電子和電子空穴被消除并且能量以不能被太陽能電池利用的方式損失的過程。晶界暴露引起的另一個(gè)問題是減小的分流電阻，Rsho低的分流電阻通過為光生電流提供一個(gè)替代電流通路來引起太陽能電池中的電力損失。這樣一個(gè)轉(zhuǎn)換降低了流過太陽能電池接合點(diǎn)的電流量并降低了來自太陽能電池的電壓。分流電阻的影響在低光能級尤其嚴(yán)重，因?yàn)楣馍娏骱苌?。因此，流到分路的電流的損失對電池性能有嚴(yán)重的影響。盡管例如氫氟酸和硝酸的混合物的酸蝕刻為硅多晶半導(dǎo)體晶片提供了可接受的各向同性蝕刻，它們還是表現(xiàn)出很多問題。這些材料是危險(xiǎn)的，在處理、儲存、使用和清除中需要極度小心。取決于當(dāng)?shù)睾蛥^(qū)域的處理要求，在清除這些化學(xué)藥品時(shí)可能需要相當(dāng)大的費(fèi)用。利用氫氟酸和硝酸的混合物對多晶晶片進(jìn)行織構(gòu)包括將濃度49 %的氫氟酸和69 %的硝酸進(jìn)行稀釋從而得到一個(gè)包含10%的氫氟酸和35%的硝酸的酸浴。這是一個(gè)可能對處理這些酸的工作者造成危險(xiǎn)的放熱反應(yīng)。另外，所述酸混合物的流動浴包括補(bǔ)充大量酸并產(chǎn)生大量的酸廢物，這會導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)的高額費(fèi)用并對環(huán)境造成廢物危險(xiǎn)。通常，利用氫氟酸和硝酸混合物處理的并在400nm-1100nm的光波長下具有27%的平均反射率的多晶硅半導(dǎo)體晶片對產(chǎn)業(yè)來說是可接受的；然而，反射率越低，太陽能電池越高效。現(xiàn)在的產(chǎn)業(yè)目標(biāo)是在400nm-l IOOnm的光波長下具有20%或更低的反射率。因此，需要一種改進(jìn)的各向同性織構(gòu)組合物和方法來改進(jìn)太陽能電池的性能。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，一種組合物包括一種或多種堿性化合物，一種或多種氟化物離子源，一種或多種氧化劑源，并且PH小于7。另一方面，一種方法包括提供多晶半導(dǎo)體晶片；將所述多晶半導(dǎo)體晶片與一種組合物接觸從而各向同性地蝕刻所述多晶半導(dǎo)體晶片，所述組合物包括一種或多種堿性化合物，一種或多種氟化物離子源，一種或多種氧化劑源，并且PH小于7。所述酸性組合物和方法各向同性地對多晶半導(dǎo)體晶片進(jìn)行織構(gòu)，而基本上不暴露晶界，從而減小或防止重組和分流。與許多常規(guī)的酸性和堿性織構(gòu)組合物和方法相比，入射光反射率也減小了。沉積在晶片表面上的金屬的附著力也提高了。因此，利用所述組合物和方法織構(gòu)的多晶半導(dǎo)體晶片提高了太陽能電池的效率和性能。另外，處理、使用和存儲所述酸性組合物不會對工作者或環(huán)境造成與常規(guī)氫氟酸和硝酸各向同性織構(gòu)溶液相同程度的危險(xiǎn)。進(jìn)一步，產(chǎn)業(yè)中制備、維持和廢物處理的花費(fèi)少于常規(guī)氫氟酸和硝酸各向同性織構(gòu)溶液的花費(fèi)?！?br>

圖I是利用10%的氫氟酸和50%的硝酸的混合物對硅多晶體摻雜(bulk-doped)半導(dǎo)體晶片進(jìn)行織構(gòu)的5000倍SEM ；圖2是利用7. 5%的TMAH，I %的過氧化氫和15%的氟化氫銨的混合物對硅多晶體摻雜半導(dǎo)體晶片進(jìn)行織構(gòu)的5000倍SEM ；圖3是利用9%的TMAH水溶液對硅多晶體摻雜半導(dǎo)體晶片進(jìn)行織構(gòu)的2500倍SEM。
具體實(shí)施例方式正如在整個(gè)說明書中使用的那樣，術(shù)語“組合物”和“溶液”可交換地使用。術(shù)語“各向同性”表不相對于方向是不變的。術(shù)語“各向異性”表不隨著方向改變的性質(zhì)。正如在整個(gè)說明書中使用的那樣，除非文章指出，下列縮寫具有下面的意思°C=攝氏度；A =安培；dm =分米；μ m =微米；nm =納米；SEM =掃描電子顯微照片;UV =紫外線；IR =紅外線。除非指出，所有百分比和比例都以重量計(jì)。所有數(shù)值范圍都包括端點(diǎn)并可以任何順序結(jié)合，除非這些數(shù)值范圍總計(jì)達(dá)到100%是合乎邏輯的。組合物包括一種或多種氨的衍生物，一種或多種氟化物離子源，一種或多種氧化劑源，并且PH小于7。所述組合物為酸性水溶液。所述組合物基本上不含堿金屬氫氧化物。所述酸性組合物各向同性地對多晶半導(dǎo)體晶片進(jìn)行織構(gòu)，而基本上不暴露晶界，從而減少或防止重組和分流。與許多常規(guī)的酸性和堿性織構(gòu)組合物和方法相比，還降低了入射光反射率。在400nm到IlOOnm的光波長下，光反射率平均為22%或更小。金屬對晶片表面的附著力也提高了。因此，利用所述組合物和方法織構(gòu)的多晶半導(dǎo)體晶片提高了太陽能電池的效率和性能。另外，處理、使用和存儲所述酸性組合物不會對工作者或環(huán)境造成與常規(guī)的氫氟酸和硝酸各向同性織構(gòu)溶液相同程度的危險(xiǎn)。進(jìn)一步，產(chǎn)業(yè)上用于制備、保持和廢物處理的費(fèi)用少于常規(guī)的氫氟酸和硝酸織構(gòu)溶液的費(fèi)用。
所述織構(gòu)組合物包括一種或多種用于各向同性地對多晶半導(dǎo)體晶片進(jìn)行織構(gòu)的堿性化合物。所述堿性化合物包括，但不限于胺類如鏈烷醇胺和季銨化合物。所述化合物在所述組合物中的含量為織構(gòu)組合物的1% -20%，或例如1% -10%，或例如1% -5%。鏈烷醇胺包括，但不限于，具有下列通式的化合物R3-nN(CmH2m(0H))n，其中R是氫原子或具有1-4個(gè)碳的烷基，m是2-4的整數(shù)，η是1_3的整數(shù)。這些化合物的例子是單乙醇胺，二乙醇胺，三乙醇胺，丙醇胺，二丙醇胺，三丙醇胺，異丙醇胺，二異丙醇胺，三異丙醇胺，丁醇胺，N-甲基乙醇胺，N-甲基二乙醇胺，N, N- 二甲基氨基乙醇，N-乙基乙醇胺，N-乙基二乙醇胺，N，N-二乙醇胺，Ν，Ν-丁基乙醇胺，N，N-二丁基乙醇胺以及它們的鹽。鏈烷醇胺優(yōu)選為單乙醇胺，二乙醇胺和三乙醇胺。季銨化合物包括，但不限于，具有下列通式的化合物
權(quán)利要求
1.一種組合物，包括一種或多種堿性化合物，一種或多種氟化物離子源，一種或多種氧化劑源，并且pH小于7。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合物，所述一種或多種堿性化合物選自鏈烷醇胺和季銨化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合物，所述鏈烷醇胺具有通式 R3-nN(CmH2m(OH))n，其中R是氫原子或具有1-4個(gè)碳的烷基，m是2-4的整數(shù)，η是1_3的整數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合物，所述季銨化合物具有通式
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合物，所述一種或多種氟化物離子選自二氟化合物和氟化鹽。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合物，所述一種或多種氧化劑選自過氧化氫及其鹽，次氯酸鹽，過硫酸鹽，過氧有機(jī)酸，高錳酸鹽，次氯酸鈉，過碳酸鈉，氯酸鹽，硝酸及其鹽，高碘酸鹽，過溴酸鹽，碘酸鹽，高氯酸鹽和溴酸鹽。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述PH為3-5。
8.一種方法，包括 a)提供多晶半導(dǎo)體晶片；和 b)將所述多晶半導(dǎo)體晶片與一種組合物相接觸從而各向同性地蝕刻未摻雜的半導(dǎo)體晶片，其中所述組合物包括一種或多種堿性化合物，一種或多種氟化物離子源，一種或多種氧化劑源，并且PH小于7。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述方法處理的多晶半導(dǎo)體晶片，其中所述多晶半導(dǎo)體晶片在400nm到IlOOnm的入射光波長下具有22%或更小的入射光反射率。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多晶半導(dǎo)體晶片，其中所述多晶半導(dǎo)體晶片在400nm到IlOOnm的入射光波長下具有20%或更小的入射光反射率。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多晶半導(dǎo)體晶片，其中所述多晶半導(dǎo)體的表面基本上沒有暴露的晶界。
全文摘要
提供了一種用于織構(gòu)多晶半導(dǎo)體的水溶性酸性組合物，其包括堿性化合物，氟化物離子和氧化劑。還提供了一種織構(gòu)方法?？棙?gòu)后的多晶半導(dǎo)體具有減小的光入射反射率。
文檔編號C23F1/24GK102839377SQ201210195828
公開日2012年12月26日 申請日期2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月21日
發(fā)明者R·K·巴爾, C·歐康納 申請人:羅門哈斯電子材料有限公司