本公開內(nèi)容的實(shí)施方式一般地涉及半導(dǎo)體處理，并且更具體地涉及用于形成多孔硅層的方法和設(shè)備。

背景技術(shù)：

結(jié)晶硅(包括多晶硅和單晶硅)為市售太陽能光伏(pv)應(yīng)用的最主要的吸收體材料，目前占據(jù)太陽能pv市場的遠(yuǎn)超80％。形成單晶硅膜和釋放或傳輸生長的半導(dǎo)體(例如，單晶硅)層存在不同已知方法。無論什么方法，具有釋放層形成的大量、高生產(chǎn)價(jià)值的低成本的方法的低成本的外延硅沉積工藝是廣泛使用硅太陽能電池的先決條件。

多孔硅(poroussil1con；ps)形成是具有擴(kuò)展應(yīng)用前景的全新領(lǐng)域。多孔硅通過在電解液浴中適當(dāng)摻雜來電化學(xué)蝕刻硅(si)模板基板而生成。用于多孔硅的電解液為：氟化氫(hf)(通常h20中49％)、異丙醇(ipa)(和/或乙酸)和去離子水(dih20)。ipa(和/或乙酸)在多孔硅的均勻形成中充當(dāng)表面活性劑和助劑。額外添加劑諸如某些鹽類可以用來增強(qiáng)電解液的導(dǎo)電性，從而通過減少因電阻損耗造成的熱量損耗和功率損耗。

在mems和相關(guān)應(yīng)用中多孔硅已經(jīng)用作犧牲層，其中基板和所得產(chǎn)物要比太陽能pv具有更高的每單位面積的成本容限。通常，多孔硅在更為簡單且更小的單基板電化學(xué)處理腔室上產(chǎn)生，更簡單和更小單個(gè)基板電化學(xué)處理腔室在更小基板占用面積上具有相對低的產(chǎn)量。目前，并不存在允許高產(chǎn)量、有成本效益的多孔硅制造的市售多孔硅裝置。在太陽能pv應(yīng)用中的技術(shù)的可行性是取決于大規(guī)模(在更低成本下)工業(yè)化工藝的能力，從而需要發(fā)展非常低擁有成本、高生產(chǎn)力的多孔硅制造裝置。

另一個(gè)主要成本為起始硅模板基板本身。起始硅模板基板可高度摻雜硼以控制多孔硅性質(zhì)，諸如，例如厚度以及包括孔徑大小、分布和密度的孔隙率。降低模板成本的一個(gè)方法為在從模板基板的頂部和底部剝除外延層后修復(fù)基板表面和解決邊緣不規(guī)則問題后多次再使用模板。另外，基板邊緣的部分在批量處理期間可不被陽極化，導(dǎo)致在基板邊緣處沒有多孔硅層形成。在基板邊緣部分上形成的多孔硅層的缺失將外延層鎖定在所述部分上。

為了重新使用具有不規(guī)則邊緣的此類基板，必需花費(fèi)額外成本進(jìn)行額外邊緣處理。常規(guī)邊緣機(jī)械斜面和邊緣拋光在基板制造時(shí)用來提供用于各種器件和集成電路的圓形半導(dǎo)體基板。這種方法在高產(chǎn)量的平滑邊緣質(zhì)量上已經(jīng)非常成熟，然而，它相當(dāng)?shù)匕嘿F。對于pv應(yīng)用，正方形基板通常用于處理pv單元，但是表面和邊緣質(zhì)量遠(yuǎn)次于圓形半導(dǎo)體基板。

因而，本發(fā)明人已提供了用于以減少的成本大量形成具有高產(chǎn)量的多孔硅層的方法和設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文中提供了用于全卷繞多孔硅形成的方法和系統(tǒng)。在一些實(shí)施方式中，用于全卷繞多孔硅形成的基板保持器可以包括：主體，所述主體沿主體的第一邊緣具有錐形開口，其中錐形開口被配置為釋放在由基板保持器支撐的基板上的多孔硅形成期間產(chǎn)生的副產(chǎn)物氣體；第一真空通道，所述第一真空通道形成于主體中并延伸至主體的第一表面；以及第一密封元件，所述第一密封元件設(shè)置在主體的第一表面上并流體耦接至第一真空通道，其中當(dāng)基板設(shè)置在第一密封元件上時(shí)，第一密封元件支撐基板。

在一些實(shí)施方式中，用于全卷繞多孔硅形成的電化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)可以包括：反應(yīng)槽，所述反應(yīng)槽被配置為儲存液體化學(xué)溶液以陽極化一個(gè)或多個(gè)基板；多個(gè)基板保持器，所述多個(gè)基板保持器設(shè)置在反應(yīng)槽中，每個(gè)保持器被配置為當(dāng)基板設(shè)置在保持器上時(shí)經(jīng)由真空卡緊力保持基板；第一電極，所述設(shè)置在反應(yīng)槽的第一端部；第二電極，所述第二電極設(shè)置在反應(yīng)槽的與第一端部相對的第二端部；以及化學(xué)溢流系統(tǒng)(chemicaloverflowsystem)，所述化學(xué)溢流系統(tǒng)被配置為在基板處理期間收集溢流反應(yīng)化學(xué)物質(zhì)。

在一些實(shí)施方式中，用于全卷繞多孔硅的方法可以包括：將多個(gè)硅基板設(shè)置在對應(yīng)多個(gè)基板保持器上，多個(gè)基板保持器設(shè)置在反應(yīng)槽中，反應(yīng)槽填充有電化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)的氟化氫(hf)溶液；經(jīng)由真空卡盤將多個(gè)硅基板中的每個(gè)保持在對應(yīng)基板保持器的第一側(cè)面上；使用設(shè)置在反應(yīng)槽中的正電極和負(fù)電極提供穿過氟化氫(hf)溶液的電流；在多個(gè)硅基板中的每個(gè)的第一表面上形成第一多孔硅層，其中硅基板的第一表面面向負(fù)電極；重新定位多個(gè)硅基板中的每個(gè)以將硅基板的第二表面暴露于負(fù)電極下；以及在硅基板的第二表面上形成第二多孔硅層。

在下文描述了本公開內(nèi)容的其他和進(jìn)一步的外實(shí)施方式。

附圖說明

通過參考附圖中描述的本公開內(nèi)容的說明性的實(shí)施方式，可以理解在上文簡要概述并在下文更詳細(xì)討論的本公開內(nèi)容的實(shí)施方式。然而，應(yīng)當(dāng)注意，附圖僅示例了本公開內(nèi)容的典型實(shí)施方式，并且因此不被視為限制本公開內(nèi)容的范圍，因?yàn)楸竟_內(nèi)容可允許其他同等有效的實(shí)施方式。

圖1a-1d描繪了根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式的用于利用多孔硅完全覆蓋基板表面的工藝和基板載體組件的總體概覽。

圖1e描繪了根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式的用于利用多孔硅覆蓋基板表面的基板載體組件的另一個(gè)實(shí)施方式。

圖2描繪了根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式的包括用于進(jìn)行批量處理的多個(gè)基板載體組件的化學(xué)浴反應(yīng)槽。

圖3描繪了根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式的基板保持器的俯視圖。

圖4和圖5描繪了根據(jù)本公開內(nèi)容的替代實(shí)施方式的用于利用多孔硅完全覆蓋基板表面的工藝和雙面式基板保持器。

圖6描繪了根據(jù)本公開內(nèi)容的一些實(shí)施方式的在化學(xué)浴中將多個(gè)基板傳送至基板保持器的運(yùn)輸系統(tǒng)。

為了便于理解，在盡可能的情況下，使用相同參考數(shù)字來指示附圖中共有的相同元件。附圖不按比例繪制并且為清晰起見而可以簡化。預(yù)期的是，一個(gè)實(shí)施方式的元件和特征可有利地并入其他實(shí)施方式，而不另外贅述。此外，在本文檔中，諸如第一和第二、頂部和底部、前部和后部等的關(guān)系術(shù)語可僅用于將一個(gè)實(shí)體或動(dòng)作與另一個(gè)實(shí)體或動(dòng)作區(qū)分開來，而不必要求或暗示任何實(shí)際這種關(guān)系或在這種實(shí)體或動(dòng)作之間的順序。

具體實(shí)施方式

本文中提供了大量生產(chǎn)多孔硅制造工具和方法的實(shí)施方式。在至少一些實(shí)施方式中，本文中公開的創(chuàng)造性方法和設(shè)備可有利地在低成本下提供在整個(gè)基板表面具有完全的多孔硅層覆蓋的高產(chǎn)量的多孔硅層，所述整個(gè)基板表面可以包括基板的前表面和后表面以及基板邊緣斜面區(qū)域。另外，根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施方式有利地增強(qiáng)了同時(shí)在模板基板兩側(cè)的多孔硅層的頂部上生成一個(gè)或多個(gè)外延層的可制造性。因此，本發(fā)明的實(shí)施方式有利地提高了外延產(chǎn)量，外延產(chǎn)量是用以生產(chǎn)pv外基板的擁有成本的主要部分。另外，根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施方式提供改進(jìn)邊緣密封方法，所述改進(jìn)邊緣密封方法有利地避免了起始模板基板的低劣邊緣質(zhì)量的問題，以及尤其用以去除在基板邊緣的頂端處的鎖定的外延殘余物的修復(fù)成本降低。

圖1a-1d描繪了用于利用多孔硅完全覆蓋所有基板表面的工藝和基板載體組件101的總體概覽。這種工藝也稱為全卷繞(allwraparound；awa)多孔硅(si)工藝。圖1a描繪基板載體組件101，在一些實(shí)施方式中，基板載體組件包括基板102，基板設(shè)置在基板保持器110上，基板背面經(jīng)由真空卡盤的一個(gè)或多個(gè)真空通道114以及密封元件112密封。真空通道114延伸至基板保持器110的基板支撐面。在一些實(shí)施方式中，真空通道114在基板保持器110的基板支撐面的周邊周圍設(shè)置。真空通道114被流體耦接至密封元件112。密封元件112通過真空卡緊力支撐和保持基板102。在一些實(shí)施方式中，靜電卡盤(electrostat1cchuck；esc)可以用于經(jīng)由靜電力而不是真空卡盤來保持基板。

基板102和基板保持器110可以在處理腔室或化學(xué)浴中使用。基板102具有第一表面104，第一表面104此處也稱最初暴露于處理腔室或化學(xué)浴的處理環(huán)境的前表面?；?02也具有第二表面106，第二表面106此處也稱最初不暴露于處理腔室或化學(xué)浴的處理環(huán)境的背表面。圖1a描繪在任一多孔硅在前表面104或背表面106上形成/陽極化之前的基板102。

在圖1b中，多孔硅層105在暴露的第一表面104(即，陽極化第一表面104)上形成而形成單面式多孔硅基板102。在一些實(shí)施方式中，多孔硅層105使用氫氟酸(hf)浴并且經(jīng)由電極116、118將基板102的第一表面104暴露于電荷下而形成在基板102的第一表面104上。在一些實(shí)施方式中，多孔硅層105經(jīng)由電極116(例如，陰極或帶負(fù)電荷的電極)在經(jīng)受負(fù)電荷的表面上形成。在一些實(shí)施方式中，多孔硅層105形成于所有暴露表面上(例如，前表面、端面和靠近基板102的超過密封元件112的邊緣的一些背表面)。

在圖1c中，來自圖1b的單面式多孔硅基板102與作為暴露表面的未陽極化的硅第二表面106放置在一起(例如，翻轉(zhuǎn)/轉(zhuǎn)動(dòng)基板102)。在圖1d中，多孔硅層107在暴露的第二表面106上(即，陽極化第二表面106)形成而形成雙面式多孔硅基板102。在一些實(shí)施方式中，使用上文關(guān)于圖1b描述的相同工藝，多孔硅層107在基板102的第二表面106上形成。

在一些實(shí)施方式中，正面和背面多孔硅形成在不同的工藝槽中發(fā)生。每個(gè)槽的保持器的幾何形狀可以變化。具體地說，在圖1a-1d中所示的基板保持器110可以用于在暴露的第一表面104上形成多孔硅層105。在圖1a-1d中，基板遠(yuǎn)離保持器，并且暴露基板的斜面以允許電流流過表面，從而導(dǎo)致多孔硅形成。然而，在一些實(shí)施方式中，在圖1e中所示的第二類基板保持器120可在第二槽中使用以在暴露的第二表面106上形成多孔硅層107。在圖1e中，基板102凹陷到淺凹(shallowpocket)122中凹進(jìn)使得流過斜面的電流最小化。這防止了多余多孔硅在基板的斜面上的生長。

圖2描繪包括用于批量處理的多個(gè)基板載體組件101的電化學(xué)反應(yīng)槽100(此處也稱處理腔室或反應(yīng)槽)。在一些實(shí)施方式中，基板102為p型或p++硅基板。在一些實(shí)施方式中，用于基板的基板p型摻雜劑具有大于1e7-8/cm3的硼體積。在一些實(shí)施方式中，基板102可為正方形或圓形基板?；?02通過真空卡緊在基板102的背面上而放置在陽極化電化學(xué)反應(yīng)槽100中的液體化學(xué)溶液230中的保持器110上。在一些實(shí)施方式中，在電化學(xué)反應(yīng)槽100中的化學(xué)溶液可由hf、異丙醇(ipa)和/或h20組成。在一些實(shí)施方式中，其他溶液也可用于陽極化/多孔硅形成，諸如hf/乙醇/去離子水(diw)、hf/乙酸/diw、hf/ipa、或hf/乙醇。

基板保持器110包括通向化學(xué)溶液230的錐形開口232，錐形開口232有利地允許氫副產(chǎn)物氣體228在化學(xué)溶液中有效地向上釋放以蒸發(fā)成空氣，而有助于防止氫副產(chǎn)物氣體228阻擋可能導(dǎo)致不均勻多孔硅層的陽極電流。在如圖2所示的陽極化期間，氫副產(chǎn)物氣體228氣泡通過使化學(xué)溶液230溢流和在化學(xué)溶液230中循環(huán)而有效地釋放。陽極電流由兩個(gè)電極116、118提供。在一些實(shí)施方式中，電極116、118可由鉑(pt)形成。在其他實(shí)施方式中，電極116、118可由金剛石或類金剛石碳涂覆的摻雜硅、或具有金屬背板的硼摻雜金剛石膜形成。在dc和/或ac中，電極116、118可以位于電化學(xué)反應(yīng)槽100的兩個(gè)端部。暴露于負(fù)電極的硅基板表面與hf反應(yīng)以去除(即，蝕刻)硅原子。蝕刻工藝留下被稱為孔的納米大小空位。如圖2所示，氫副產(chǎn)物氣體228為在硅基板表面上方的陽極反應(yīng)的副產(chǎn)物。在一些實(shí)施方式中，在陽極化的基板表面(例如，105和107)上形成的期望的孔厚度、孔密度(孔隙率)和孔大小可通過控制流過位于兩個(gè)電極116、118之間的全部基板的陽極電流而在每個(gè)硅基板上均勻地形成。在一些實(shí)施方式中，基板102中的每個(gè)可由密封元件112彼此電隔離，以有助于控制流過位于兩個(gè)電極116、118之間的全部基板的陽極電流。非導(dǎo)電密封元件112傾向于在槽的每個(gè)階段之間流動(dòng)傳送，從而阻止電流繞過晶片。也就是說，相同多孔硅層可通過控制流過位于兩個(gè)電極116、118之間的全部基板的陽極電流而在每個(gè)硅基板上形成。在一些實(shí)施方式中，多孔硅層可通過逆轉(zhuǎn)定向電流而在每個(gè)基板的背面上形成。改變陽極電流或調(diào)制電流能夠?qū)崿F(xiàn)多孔硅的多個(gè)層的形成，多孔硅通常用作隔離層以使多孔硅層的頂部上的外延層剝離。

如圖2所示，多個(gè)基板載體組件101(每個(gè)包括基板102和基板保持器110)設(shè)置在陽極浴(即，化學(xué)溶液230)中。穿過所有基板102提供相同電流，基板102通過經(jīng)由密封元件112在每個(gè)基板保持器110處密封而彼此電隔離。密封元件112可由電絕緣材料形成。因此，多孔硅層105、107在朝向負(fù)電極116的表面上的基板102上以及包括錐形開口232的基板邊緣區(qū)域上形成。在一些實(shí)施方式中，硅基板的背面的小部分(即，面向陽電極118的基板表面)被陽極化以形成多孔硅層。

氫副產(chǎn)物氣體228氣泡被形成為在基板兩側(cè)上的hf與硅之間的電化學(xué)反應(yīng)的副產(chǎn)物，從而在基板表面上產(chǎn)生氫氣。在一些實(shí)施方式中，氫副產(chǎn)物氣體228氣泡積聚在基板保持器110邊緣與基板102之間的上部界面的角落處。所積聚的氫副產(chǎn)物氣體228氣泡凝聚成屏蔽電流流動(dòng)的更大氣泡，從而由于因氫氣積聚而引起的屏蔽效應(yīng)造成的電荷供應(yīng)不足，產(chǎn)生具有較低密度的孔的更薄的多孔硅。為了減少由氫副產(chǎn)物氣體228氣泡引起的問題，基板保持器110的一側(cè)為錐形開口232。在基板保持器110的上部處的錐形開口232允許氫副產(chǎn)物氣體228氣泡的更有效的通氣。

圖3描繪包括密封元件112、真空通道114和示出錐形開口232的基板保持器110的俯視圖。在一些實(shí)施方式中，如圖3中所示，密封元件112可為雙密封環(huán)(例如，雙o形環(huán)或扁平環(huán))。盡管圖3描繪用于保持正方形基板的正方形基板保持器110，但是其他形狀基板保持器110和基板可與匹配密封元件(例如，圓形基板和保持器等等)一起使用。

在其他實(shí)施方式中，密封元件112為聚合物或橡膠泡沫的雙環(huán)。橡膠泡沫密封件優(yōu)于彈性o形環(huán)密封件，因?yàn)橄鹉z泡沫密封件需要低壓縮力和因此更少的真空表面積。整個(gè)的密封件可被容納在基板的邊緣排除區(qū)域中，而不用于太陽能電池。這引起了活性區(qū)域中的更低epi缺陷級。同時(shí)，小幾何形狀密封件減少保持器的電流掩蔽效應(yīng)，使得基板可以在浴中緊密放置在一起而同時(shí)保持均勻電流分布。

在一些實(shí)施方式中，化學(xué)溢流系統(tǒng)250被包括在電化學(xué)反應(yīng)槽100中，用于解決由積聚的氫副產(chǎn)物氣體228氣泡引起的問題?；瘜W(xué)溢流系統(tǒng)250包括溢流接收器224，溢流接收器224具有設(shè)置在電化學(xué)反應(yīng)槽100內(nèi)的各個(gè)位置中的入口252。溢流接收器224收集溢流反應(yīng)化學(xué)物質(zhì)并將它們灌進(jìn)溢流浴212。在一些實(shí)施方式中，溢流接收器正好位于浴下面。來自浴的每個(gè)節(jié)段的溢流保持隔離，因?yàn)樗鼈円绯鲈〔⑾侣渲两邮掌?。這最小化穿過溢流接收器的在浴節(jié)段與電極之間的漏電流路徑。溢流反應(yīng)化學(xué)物質(zhì)被監(jiān)測和處理成適當(dāng)化學(xué)成分水平(下面討論)，并且由電阻泵送系統(tǒng)254從電化學(xué)反應(yīng)槽100的底部穿過歧管210而返回到化學(xué)溶液230。在一些實(shí)施方式中，電阻泵送系統(tǒng)254包括泵216、閥門218、導(dǎo)管220、歧管210和導(dǎo)管222。hf/ipa傳感器和添加系統(tǒng)(spikingsystem)214用以控制hf/ipa化學(xué)物質(zhì)合成速率。hf/ipa傳感器和添加系統(tǒng)214包括監(jiān)測化學(xué)溶液230和溢流浴212的感應(yīng)監(jiān)測器?；诨瘜W(xué)溶液230和/或溢流浴212的所監(jiān)測的化學(xué)物質(zhì)水平，hf/ipa傳感器和添加系統(tǒng)214將供應(yīng)必要化學(xué)組分以保持化學(xué)溶液230和/或溢流浴212化學(xué)物質(zhì)處于在期望水平下以形成均勻多孔硅層。電阻泵送系統(tǒng)254也用于在基板在電化學(xué)反應(yīng)槽100中裝卸時(shí)從浴傾泄化學(xué)物質(zhì)。

在一些實(shí)施方式中，替代在保持器110上翻轉(zhuǎn)基板102，如在圖4和圖5所示，可以使用雙面式基板保持器410。雙面式基板保持器410在保持器的每個(gè)側(cè)面上包括密封元件412、413。密封元件412、413中的每個(gè)被耦接至真空通道414、415，以便提供保持基板102的真空卡緊力。以此方式，如圖4所示，多孔硅層105形成在暴露的第一表面上(例如，面向負(fù)電極118的側(cè)面)。在圖5中，將基板102移動(dòng)至雙面式基板保持器410的另一面，并且逆轉(zhuǎn)電極116、118的極性使得在圖5中的左邊上示出負(fù)電極。雙面式基板保持器410提供雙面真空卡緊，這種雙面真空卡緊可獨(dú)立地操作，并且基板首先放置在右邊的保持器上以便在基板的面向負(fù)電極116的前面上形成單面式多孔硅層。陽極化基板未被機(jī)械指卡緊并且由機(jī)械指升降，轉(zhuǎn)移至保持器的配備有另一卡緊系統(tǒng)的另一側(cè)上。當(dāng)改變電極極性時(shí)，如圖5所示，陽極化基板的第二表面以形成多孔硅層。

圖6描繪運(yùn)輸系統(tǒng)600，運(yùn)輸系統(tǒng)600將多個(gè)基板102運(yùn)輸至電化學(xué)反應(yīng)槽100中的基板保持器110。所有基板102通過傳送機(jī)械手602從載體604升高。每個(gè)基板必須由傳送機(jī)械手602的手指固持，然而同時(shí)將多個(gè)基板傳送進(jìn)浴中以便增大產(chǎn)量。

在一些實(shí)施方式中，運(yùn)輸系統(tǒng)包括用于保持晶片的一套兼容端部執(zhí)行器。兼容端部執(zhí)行器被自動(dòng)對準(zhǔn)至基板保持器中的特征。這使得晶片精確定位至密封元件以確保良好密封，并精確定位至浴的壁以確保均勻電流流過基板斜面。這導(dǎo)致了多孔硅圍繞基板的斜面均勻形成。兼容端部執(zhí)行器使得相同裝載機(jī)能夠裝載多個(gè)浴或相同浴中的多個(gè)位置，而不需要繁瑣對準(zhǔn)程序。

在一些實(shí)施方式中，基板保持器110包括柔性隔膜的在密封件外的區(qū)段。這個(gè)柔性區(qū)段允許端部執(zhí)行器將基板壓進(jìn)密封件中，并且確保密封表面可以順應(yīng)于基板的平坦表面。在本實(shí)施方式的一些型式中，剛性板在裝載期間按壓保持器的背面以迫使密封平面平坦抵靠基板。在具有順應(yīng)性泡沫的密封件的實(shí)施方式中，大量壓縮泡沫確保在裝載期間的密封件的順應(yīng)性。

盡管前述內(nèi)容涉及本發(fā)明的實(shí)施方式，但在不脫離本發(fā)明的基本范圍的情況下，可以設(shè)計(jì)本發(fā)明的其他實(shí)施方式和進(jìn)一步的實(shí)施方式。