用于从硅晶片吸除杂质的氧化物介质的制作方法_4

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19686A、W02012119685A1和W02012119684A是已知的。这些说明书的内容因此 通过引用的方式并入本申请的公开内容中。
[0111] 根据本发明,氧化物介质可以凝胶化直至得到高粘度、近似玻璃状的材料,并且得 到的产物通过加入合适的溶剂或溶剂混合物再溶解或在强剪切混合设备的辅助下转变成 溶胶态,并且允许通过部分或完全结构恢复(凝胶化)恢复得到均匀凝胶。
[0112] 已经证明在未添加增稠剂的情况下调配高粘度氧化物介质是特别有利的。以此方 式,根据本发明获得了以油墨或糊剂形式的稳定的氧化物介质作为吸除介质,其在至少三 个月时间的储存下是稳定的。
[0113] 如果在制备期间将选自乙酰氧基三烷基硅烷、烷氧基三烷基硅烷、卤代三烷基硅 烷和其衍生物的"封端剂"加入到氧化物介质中,则这导致所获得介质的稳定性的改善。在 制备低粘度氧化物介质的情况下,加入封端剂在存储稳定性上产生了显著地增加。加入的 "封端剂"不必须需要引入到缩合和凝胶反应中,而是也可以选择它们的添加时间使得它们 在凝胶完成后搅拌入所得到的糊剂材料中,其中封端剂与存在于网络中的反应性端基(例 如,硅醇基团)化学反应并且因此防止它们经受以不受控制和不希望的方式发生的另外的 缩合事件。
[0114] 取决于一致性,根据本发明制备的氧化物介质可以通过以下方法印刷:旋涂或浸 涂、滴涂、帘式或狭缝型挤压涂布、丝网或柔性版涂覆、凹版印刷、喷墨或气溶胶喷射印刷、 胶版印刷、微接触印刷、电流体动力分配、辊涂或喷涂、超声喷涂、管喷射、激光转印印刷、移 印或旋转丝网印刷。
[0115] 相应制备的氧化物介质特别适合于生产PERC-、PERL-、PERT-、IBC-太阳能电池 等,其中太阳能电池进一步具有结构特征例如MWT、EWT、选择性发射器、选择性前表面场、选 择性背表面场和双面性,或适用于生产薄的致密玻璃层,其由于热处理充当LCD技术中的 钠和钾扩散阻挡层,特别是适用于生产显示器的防护玻璃上的由掺杂的Si02组成的薄的致 密的玻璃层,其防止离子由防护玻璃扩散至液晶相中。
[0116] 因此,本发明还涉及根据本发明制备的新氧化物介质,其已经通过上述方法制备 并且其包含在制备期间通过使用铝、锗、锌、锡、钛、锆或铅的醇盐或酯、乙酸盐、氢氧化物或 氧化物产生的Si02-P205、Si02-B203和Si02-P205-B203和Si02-A1203_B203的二元或三元体系和 /或更高级混合物。如以上所陈述的,以低于化学计量比至充分化学计量比添加合适的掩蔽 剂、复合剂和螯合剂一方面使得这些混杂溶胶空间上稳定,并且另一方面使得其针对其缩 合和凝胶速率以及流变性能受到特定影响和控制。适用于本目的的掩蔽剂和复合剂以及螯 合剂对本领域技术人员由专利申请WO2012/119686A、W02012119685A1和W02012119684 A是已知的。
[0117] 以这种方式获得的氧化物介质使得在硅晶片上能够制备耐处理和耐腐蚀的层。这 可以在这样的方法中进行,其中通过根据本发明的方法制备并且在表面上印刷的氧化物介 质通过一个或多个依序进行的热处理步骤(通过阶梯函数的热处理)和/或坡度在50°C和 750°C之间,优选50°C和500°C之间,特别优选50°C和400°C之间的温度范围热处理来干燥 并且致密化以便玻璃化,形成具有最高至500nm厚度的耐处理和耐磨损层。
[0118] 在根据本发明的氧化物介质的干燥和致密化之后以及在硅晶片通过上述氧化物 介质的辅助下可能的掺杂之后获得的玻璃层可使用包含氢氟酸和任选的磷酸的酸混合 物以不含残余物的方式蚀刻以得到疏水性的硅表面,其中所使用的蚀刻混合物可以包含 0? 001-10wt%浓度的氢氟酸或0? 001-10wt%浓度的氢氟酸和0? 001-10wt%的磷酸的混合 物作为蚀刻剂。此外,可以使用蚀刻混合物从晶片表面移除经过干燥和致密化的掺杂玻璃。 蚀刻混合物可以是组合物例如缓冲的氢氟酸混合物(BHF)、缓冲的氧化物蚀刻混合物、由氢 氟酸和硝酸组成的蚀刻混合物,例如所谓的P蚀刻剂、R蚀刻剂、S蚀刻剂或包含氢氟酸和硫 酸的蚀刻混合物,在此该该列举并没有列举完全。
[0119] 所制备层的所需和有利的吸除效应在500°C和800°C,特别优选600°C和750°C之 间范围的升高温度下处理之后,在存在和不存在扩散(吸除扩散)的情况下获得。
[0120] 印刷于硅晶片表面上的氧化物介质在干燥和致密化之后在未掺杂基板的情况下 对印刷的硅有利地发挥了吸除作用,并且同时对少数电荷载流子的寿命具有正面影响。
[0121] 令人惊讶地,根据本发明的通过溶胶-凝胶方法制备并且因此可获得的可印刷的 粘性氧化物介质可以解决先前描述的问题。为了本发明的目的,这些氧化物介质还可以通 过合适的添加剂配制成可印刷的掺杂介质。这也意味着这些新的氧化物介质可以基于溶 胶-凝胶方法合成,并且必要时进行进一步调配。
[0122] 溶胶和/或凝胶的合成可以通过添加不含水的缩合引发剂例如羧酸酐和/或强羧 酸来具体控制。因此,粘度可通过添加化学计量的例如酸酐来控制。可以通过超化学计量 添加来调整二氧化硅颗粒的交联程度,使得形成高度膨胀的网络。在相对低程度交联的情 况下,得到的油墨具有低粘度且是可印刷的,并且可以通过多种印刷方法施加于表面,优选 硅表面。
[0123] 合适的印刷方法可以是如下:
[0124] 旋涂或浸涂、滴涂、帘式或狭缝型挤压涂布、丝网或柔性版涂覆、凹版印刷或喷墨 或气溶胶喷射印刷、胶版印刷、微接触印刷、电流体动力分配、辊涂或喷涂、超声喷涂、管喷 射,激光转印印刷,移印、丝网印刷和旋转丝网印刷。
[0125] 此列举并不完全,其它印刷方法也可以是合适的。
[0126] 此外,根据本发明的吸除材料的性能可以通过添加另外的添加剂更具体地调整, 使得它们理想地适用于具体的印刷方法和施用于某些表面(它们与这些表面可以强烈地 相互作用)。以这种方式,可以具体设置例如表面张力、粘度、润湿行为、干燥行为和粘结能 力的性能。取决于制备的吸除材料的要求,也可以添加另外的添加剂,它们可以是:
[0127] ?影响润湿和干燥行为的表面活性剂、张力活性化合物(tensioaktive),
[0128] ?影响干燥行为的消泡剂和脱气剂,
[0129] ?影响粒度分布的、预缩合程度、缩合、润湿和干燥行为以及印刷行为的另外的 高-和低-沸点极性质子性和非质子溶剂,
[0130] ?影响粒度分布、预缩合程度、缩合、润湿和干燥行为和印刷行为的另外的高-和 低-沸点非极性溶剂,
[0131] ?影响流变性能的颗粒添加剂,
[0132] ?影响干燥后得到的干燥膜厚度以及其形态的颗粒添加剂(例如氢氧化铝和氧化 铝,二氧化硅),
[0133] ?影响经干燥的膜的耐划擦性地颗粒添加剂(例如氢氧化铝和氧化铝,二氧化 娃),
[0134] ?用于配制混杂溶胶的硼、镓、娃、锗、锌、锡、磷、钛、错、纪、镍、钴、铁、铺、银、5申、铅 等的氧化物、氢氧化物、碱性氧化物、烷氧化物、预缩合的烷氧化物,
[0135] ?特别是用于配制对半导体,特别是硅具有掺杂作用的混合物的硼和磷的简单和 和聚合氧化物、氢氧化物、烷氧化物。
[0136] 在这方面,显然每一种印刷涂覆方法构成其自身对于待印刷的油墨和/或由所述 油墨得到的糊剂的要求。对于相应印刷方法单独设置的参数通常是例如油墨或由其产生的 糊剂的表面张力、粘度和总蒸气压的那些。
[0137] 除了它们用作吸除材料,所述可印刷的介质可以用作划擦保护和腐蚀保护层,例 如在金属工业中的组件制造中,优选在电子工业中和此处特别是在微电子、光伏和微电机 械(MEMS)组件的制造中。在此方面,光伏组件特别是指太阳能电池和模块。此外,在电子 工业中的应用的特征是在以下领域中使用所述油墨和糊剂,其通过实施例的方式提及,但 不全面:由薄膜太阳能模块制造薄膜太阳能电池,生产有机太阳能电池、生产印刷电路和有 机电子器件,生产基于薄膜晶体管(TFT)、液晶(LCD)、有机发光二极管(OLED)和触敏电容 和电阻感应器技术的显示器元件。
[0138] 根据本发明的施加油墨或糊剂理想地在硅表面上形成薄的均匀膜或层,其甚至在 干燥和致密化之后形成了光滑的表面。在非常粗糙的表面(例如纹理化硅晶片表面的那 些)上,这是更有要求并且必须使用适应性的应用。
[0139] 也可以简单的方式施加到所需表面且可以有利地加入到生产方法中的合适的吸 除介质必须满足多种要求。特别地,起始物质的纯度代表了迄今对于此目的的已知材料的 问题。
[0140] 通常,对于糊剂制剂所需的助剂和此处特别地聚合粘合剂代表了难以控制的污染 源并且对于硅晶片和其寿命的性能具有不利的影响。
[0141] 通常用于配制糊剂所添加的粘合剂通常极其困难或甚至不可能化学纯化或不含 金属痕量元素。对其纯化的努力很多并且归功于高成本代表了竞争性生产方法的情况下的 问题。这些助剂因此代表了恒定的污染源,通过其强烈地促成了不希望的金属物质形式的 污染。
[0142] 在应用过程中,在介质延长的储存期间的情况下出现了其它的缺点。延长的存储 例如导致其在丝网印刷的丝网上聚结或其迅速部分干燥(干透),这使得在晶片的热处理 后需要的残留物的复杂移除。因为污染一般限制载流子寿命,甚至粘附于晶片表面通过在 晶片表面显著增加重组速率导致其降低。
[0143] 令人惊讶地,这些问题可以通过本发明得以解决,更准确地说是通过根据本发明 的可印刷的粘性氧化物介质来解决,其可以通过溶胶-凝胶方法制备。在本发明的范围内, 这些氧化物介质可以作为可印刷的吸除材料制备。特别地,相应地调整的制备方法和优化 的合成方法能够使得可印刷的吸除材料的配制剂
[0144] ?具有优异的储存稳定性,
[0145] ?展现出优异的印刷性能,防止在丝网上聚结和结块,
[0146] ?具有极低的固有金属物质污染负担,且因此不会不利地影响经处理的硅晶片的 寿命,
[0147] ?有助于非常均匀地印刷经处理的硅晶片,并形成光滑的表面,
[0148] 和
[0149] ?由于制备,不包含任何常规已知的增稠剂。
[0150] 本说明书使得本领域技术人员能够全面地应用本发明。甚至不需要另外的注解, 因此假定本领域技术人员将能够以最宽的范围利用以上描述。
[0151] 如果存在任何不清楚,显然应当查阅所引用的出版物和专利文献。因此,这些文献 被认为是本说明书公开内容的一部分。
[0152] 为了更好的理解和为了阐明本发明,以下给出了实施例,其在本发明的保护范围 内。这些实施例也用来阐明可能的变体。然而,归功于所描述的发明原理的一般正确性,实 例并不适用于将本申请的保护范围缩小至仅这些实施例。
[0153] 此外,显然对于本领域技术人员,在给出的实施例中和在说明书的其它部分,在组 合物中存在的组分量基于整个组合物总是仅相加至最多100wt%,mol%或vol%,并且不 能超出此,即使更高的值可由指定的百分比范围产生,除非另有指明,%数据因此被认为是 wt%、mol%或vol%。
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