硅片的抛光方法
【专利摘要】本发明提供一种硅片的抛光方法。所述抛光方法包括以下步骤：S1，将硅片置于一等离子体发生装置中的基片架上；其中所述基片架周围设有用以提供一垂直于所述基片架表面的约束磁场的磁线圈或磁钢；S2，向所述等离子体发生装置中通入反应气体；S3，开启等离子体发生装置中的激发电源，反应气体经激发形成等离子体；S4，等离子体在所述磁线圈或磁钢产生的约束磁场的作用下对所述硅片进行刻蚀抛光。本发明所述抛光方法不但可减少环境污染，而且抛光效果较好。
【专利说明】硅片的抛光方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及晶体硅太阳能电池制造领域，尤其涉及一种用以制造太阳能电池片的娃片的抛光方法。
【背景技术】
[0002]太阳能电池，也称光伏电池，是一种将太阳的光能直接转化为电能的半导体器件。由于太阳能电池是绿色环保产品，不会引起环境污染，而且是可再生资源，所以在当今能源短缺的情形下，太阳能电池是一种具有广阔发展前景的新型能源。“降本增效”是竞争日益激烈的光伏产业追求的目标。降低硅原料的成本，加速了硅片向薄片化发展。在硅片厚度不断减薄的趋势下，为了获得更高的转换效率，就必须为晶体硅太阳能电池的前、背表面提供高效的钝化技术和较好的背反射效果。
[0003]为了获得更好的钝化和背反射效果，在沉积介质膜钝化之前，需要对硅片背表面进行平坦化抛光处理。现有的晶体硅背钝化处理前的抛光方法主要是采用化学试剂抛光，主要有碱抛和酸抛两种。其中碱液抛光后的多晶硅背表面晶界处台阶明显，严重影响随后沉积的介质膜的钝化效果；酸液抛光后的硅片背表面粗糙度较大，沉积介质膜后背反射效果有限。另外，经过多次化学试剂的冲击后，多晶硅片脆性增加，在工业化生产中碎片率增大。同时大量腐蚀性、有毒化学药品的使用也给环境带来了破坏。
[0004]因此，有必要提供一种改进的硅片的抛光方法以解决上述问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种可减少环境污染且抛光效果较好的硅片的抛光方法。
[0006]为实现上述发明目的，本发明提供了一种硅片的抛光方法，包括以下步骤:
SI，将硅片置于一等离子体发生装置中的基片架上；其中所述基片架周围设有用以提供一垂直于所述基片架表面的约束磁场的磁线圈或磁钢；
S2，向所述等离子体发生装置中通入反应气体；
S3，开启等离子体发生装置中的激发电源，反应气体经激发形成等离子体；
S4，等离子体在所述磁线圈或磁钢产生的约束磁场的作用下对所述硅片进行刻蚀抛光。
[0007]作为本发明的进一步改进，在所述SI步骤之前还包括:S0，采用化学腐蚀液对硅片进行去损伤。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述SI步骤在将所述硅片放置于所述基片架上后还包括对所述等离子体发生装置中的反应腔室进行抽真空处理，抽真空后的反应腔室内的真空度为 0.01mTorr 至 lmTorr。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述S2步骤中通入的反应气体为NF3、SF6, CF4, C2H6,CHF3> F2和Cl2中的至少一种。
[0010]作为本发明的进一步改进，S2步骤中通入反应气体的流量为IOOsccm至lOOOsccm。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述S2步骤中反应气体为SF6、CF4、C2H6和CHF3中的任意一种时，同时通入氧化性气体为02、03或队0中的一种。
[0012]作为本发明的进一步改进，所述S2步骤中通入氧化性气体的流量与通入的反应气体为SFpCFpC2Hf^P CHF3中的任意一种的流量比范围为1:10至1:20。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述激发电源为射频电源或微波电源，所述S3步骤中反应气体通过射频电源或微波电源采用射频容性耦合激发、或者射频感性耦合激发或者微波激发方式激发形成所述等离子体。
[0014]作为本发明的进一步改进，采用射频电源激发形成等离子体的功率为100W至2000W，采用微波电源激发形成等离子体的功率为100W至2000W。
[0015]作为本发明的进一步改进，所述等离子体的放电气压为50mTorr至300mTorr。
[0016]作为本发明的进一步改进，所述等离子体刻蚀抛光得到的硅片的抛光深度为3um至 10um。
[0017]作为本发明的进一步改进，所述硅片为多晶硅片、或者单晶硅片、或者准单晶硅片。
[0018]本发明的有益效果是:本发明通过反应气体经激发形成等离子体对硅片进行刻蚀抛光是一种干法腐蚀抛光，相对化学湿法抛光来说，本发明抛光方法不需要消耗酸碱液，因此可节省水资源，且本发明抛光方法可避免湿法抛光过程后化学废液对环境的污染；另外，经本发明抛光方法抛光后的硅片表面粗糙度较低，反射率为30%至35%，背反射效果好；而且等离子体抛光不依赖于晶向和衬底条件，抛光后的背表面晶界台阶不明显，钝化效果更好；此外，本发明抛光方法在 抛光过程中反应物和生成物均为气态，因而不存在湿法抛光对硅片的机械冲击损伤，提高了太阳能电池的机械强度，大大降低了硅片的破损率。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明硅片的抛光方法的流程图。
【具体实施方式】
[0020]以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
[0021]请参照图1所示，本发明提供一种硅片的抛光方法。在本发明中，所述硅片为多晶硅片、或者单晶硅片、或者准单晶硅片。
[0022]本发明所述硅片的抛光方法包括以下步骤:
SI，将硅片置于一等离子体发生装置中的基片架上；其中所述基片架周围设有用以提供一垂直于所述基片架表面的约束磁场的磁线圈或磁钢；另外，在将所述硅片放置于所述基片架上后还包括对所述等离子体发生装置中的反应腔室进行抽真空处理，抽真空后的反应腔室内的真空度为0.01mTorr至ImTorr。
[0023]S2，向所述等离子体发生装置中通入反应气体；在本发明中，所述反应气体为NF3> SF6, CF4, C2H6, CHF3> F2和Cl2中的至少一种，并且通入反应气体的流量为IOOsccm至lOOOsccm。其中当所述反应气体为SF6、CF4, C2H6和CHF3中的任意一种时，同时通入氧化性气体为02、O3或N2O中的一种，并且通入的02、O3或N2O氧化性气体的流量与通入的反应气体SF6、CFpC2Hf^P CHF3中的任意一种的流量比范围为1:10至1:20。
[0024]S3，开启等离子体发生装置中的激发电源，反应气体经激发形成等离子体；所述激发电源为射频电源或微波电源，所述反应气体通过射频电源或微波电源采用射频容性耦合激发、或者射频感性耦合激发或者微波激发方式激发形成所述等离子体；其中采用射频电源激发形成等离子体的功率为100W至2000W，采用微波电源激发形成等离子体的功率为IOOff至2000W。所述等离子体的放电气压为50mTorr至300mTorr,即待通入的反应气体稳定后，调节反应腔室的气压使其保持在50mTorr至300mTorr之间。
[0025]S4，所述等离子体在所述磁线圈或磁钢产生的约束磁场的作用下在所述基片架上方做螺旋运动以对所述硅片进行刻蚀抛光。
[0026]此外，本发明在上述SI步骤之前还可包括:S0，采用化学腐蚀液对硅片进行去损伤。[0027]本发明上述硅片的抛光方法原理如下:在等离子体发生装置的真空反应腔室的低气压下，用以抛光刻蚀的反应气体在射频电源或者微波电源的激发作用下电离，从而形成非平衡的低温等离子体，该等离子体中带有大量的活性基，等离子体中的活性基团F很容易与硅反应生成挥发性的SiF4，从而实现硅片的刻蚀。并且约束磁场的存在，进一步增加了等离子体中电子的自由程，增加了电子和反应气体的碰撞几率，提高活性基团的密度；另一方面，该垂直于基片架表面的约束磁场使等离子体在基片架上方做螺旋运动，提高了硅片的抛光效果。经过本发明等离子体刻蚀抛光得到的硅片的抛光深度为3um至lOum。
[0028]另外，本发明的硅片抛光可以是单面或者双面抛光，并且将此抛光方法应用于新型的背面钝化电池，通过该抛光方法生产的太阳能电池具有较好的背钝化和背反射效果。
[0029]下面以两个具体实施例来详细描述本发明所提供的硅片的抛光方法。
[0030]其中实施例一主要以P型多晶硅片表面抛光为例进行说明。将所述多晶硅放入具有射频电源激发的容性耦合等离子体发生装置中的下基板上；然后对所述等离子体发生装置中的反应腔室进行抽真空，一般抽至0.01mTorr至ImTorr范围即可；此时，向所述等离子体发生装置的反应腔室内通入NF3气体，气体流量通过质量流量控制器控制在500SCCm ；待通入的反应气体稳定后，调节反应腔室的气压使其保持在约150mTorr ;之后开启射频电源，所述射频电源的激发频率为40.68MHz,功率为500W ；NF3在射频电源的激发作用下被激发形成等离子体，所述等离子体对下基板上的多晶硅表面进行刻蚀，控制刻蚀时间为IOmin;之后关闭射频电源，停止向反应腔室中通入反应气体，再对所述反应腔室进行抽真空至0.01mTorr至ImTorr范围，最后向反应腔室中充氮气使反应腔室的气压达到约I个大气压，打开反应腔室，取出多晶硅片。经测试得出该多晶硅片的刻蚀深度约为5um，表面反射率在700nm的波段时为30%，表面粗糙度为0.8um。
[0031]实施例二仍然以P型多晶硅片表面抛光为例进行说明。该实施例二与实施例一所不同的是，本实施例二中控制刻蚀时间为15min，其他各条件及步骤等均与实施例一相同，最终对所述多晶硅片进行抛光后，经过测试得出该多晶硅片刻蚀深度约为7um，表面的反射率在700nm的波段时为35%，表面粗糙度为0.6um。相对实施例一来说，硅片表面的反射率得到了进一步的提高，粗糙度得到了进一步的降低。[0032]下面仍以P型多晶硅片为例进行一对比说明。将该硅片进行去损伤，然后采用80度5%的碱液抛光2min，经测试得出经过该方法得到的多晶硅片的刻蚀深度为6um，表面的反射率在700nm的波段时为32%，表面粗糙度为lum。由此可见，与传统的碱液抛光相比，本发明采用等离子体抛光后的多晶硅片表面不存在晶界台阶，粗糙度较低，且表面平坦度更好。
[0033]本发明的抛光方法可以用于常规的晶体硅太阳能电池片的制造，提高背面反射；也可以用于高效的PERC(passivated emitter and rear cell,钝化发射区和背表面电池)电池片的制造，由于该种电池片对多晶硅的抛光晶界台阶不明显，抛光效果更佳。
[0034]经由以上可以得出，本发明通过反应气体形成等离子体对硅片进行刻蚀抛光是一种干法腐蚀抛光，相对化学湿法抛光来说，本发明硅片的抛光方法不需要消耗酸碱液，因此可节省水资源，且本发明抛光方法可避免湿法抛光过程后化学废液对环境的污染；另外，经本发明抛光方法抛光后的硅片表面粗糙度较低，反射率为30%至35%，背反射效果好；而且等离子体抛光不依赖于晶向和衬底条件，抛光后的背表面晶界台阶不明显，钝化效果更好；此外，本发明抛光方法在抛光过程中反应物和生成物均为气态，因而不存在湿法抛光对硅片的机械冲击损伤，提高了太阳能电池的机械强度，大大降低了硅片的破损率。除了上述优点外，本发明抛光方法还不依赖于晶体硅表面的形态，而湿法抛光则不然，因此，本发明抛光方法具有工艺操作方便，易于控制的优点，具有更好的可靠性和重复性。
[0035]应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0036]上文所列出的 一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种硅片的抛光方法，其特征在于:所述抛光方法包括以下步骤: SI，将硅片置于一等离子体发生装置中的基片架上；其中所述基片架周围设有用以提供一垂直于所述基片架表面的约束磁场的磁线圈或磁钢； S2，向所述等离子体发生装置中通入反应气体； S3，开启等离子体发生装置中的激发电源，反应气体经激发形成等离子体； S4，等离子体在所述磁线圈或磁钢产生的约束磁场的作用下对所述硅片进行刻蚀抛光。
2.根据权利要求1所述的硅片的抛光方法，其特征在于:在所述SI步骤之前还包括:S0，采用化学腐蚀液对硅片进行去损伤。
3.根据权利要求1所述的硅片的抛光方法，其特征在于:所述SI步骤在将所述硅片放置于所述基片架上后还包括对所述等离子体发生装置中的反应腔室进行抽真空处理，抽真空后的反应腔室内的真空度为0.01mTorr至ImTorr。
4.根据权利要求1所述的硅片的抛光方法，其特征在于:所述S2步骤中通入的反应气体为 NF3、SF6, CF4, C2H6, CHF3> F2 和 Cl2 中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的硅片的抛光方法，其特征在于:S2步骤中通入反应气体的流量为 1OOsccm 至 lOOOsccm。
6.根据权利要求4所述的硅片的抛光方法，其特征在于:所述S2步骤中反应气体为SF6, CF4, C2H6和CHF3中的任意一种时，同时通入氧化性气体为02、O3或N2O中的一种。
7.根据权利要求6所述的硅片的抛光方法，其特征在于:所述S2步骤中通入氧化性气体的流量与通入的反应气体为SF6、CF4, C2H6和CHF3中的任意一种的流量比范围为1:10至1:20。
8.根据权利要求1所述的硅片的抛光方法，其特征在于:所述激发电源为射频电源或微波电源，所述S3步骤中反应气体通过射频电源或微波电源采用射频容性耦合激发、或者射频感性耦合激发或者微波激发方式激发形成所述等离子体。
9.根据权利要求8所述的硅片的抛光方法，其特征在于:采用射频电源激发形成等离子体的功率为IOOW至2000W，采用微波电源激发形成等离子体的功率为100W至2000W。
10.根据权利要求1所述的硅片的抛光方法，其特征在于:所述等离子体的放电气压为50mTorr 至 300mTor;r。
11.根据权利要求1至10中任意一项所述的硅片的抛光方法，其特征在于:所述等离子体刻蚀抛光得到的硅片的抛光深度为3um至10um。
12.根据权利要求1至10中任意一项所述的硅片的抛光方法，其特征在于:所述硅片为多晶硅片、或者单晶硅片、或者准单晶硅片。
【文档编号】C23F4/00GK103668468SQ201210323897
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月5日 优先权日:2012年9月5日
【发明者】邹帅, 王栩生, 章灵军 申请人:苏州阿特斯阳光电力科技有限公司, 阿特斯(中国)投资有限公司