织构化单晶半导体衬底以减小入射光反射制造技术

用碱性溶液织构化单晶半导体衬底以在其表面形成锥形结构从而减少入射光反射且提高晶圆的光吸收。碱性浴包含与烷氧基化二醇组合使用的乙内酰脲化合物及其衍生物，以抑制锥形结构之间平坦区域的形成，从而提高光的吸收。

【技术实现步骤摘要】
织构化单晶半导体衬底以减小入射光反射
本专利技术涉及一种在碱性浴中织构化单晶半导体衬底以减小入射光反射的方法。更具体地，本专利技术涉及一种在包含与烷氧基化二醇结合的乙内酰脲或乙内酰脲衍生物的碱性浴中织构化单晶半导体衬底以减小入射光反射的方法。
技术介绍
织构化的半导体表面减少了很大频带上的入射光的反射从而增加吸收的光密度。这种半导体可用于太阳能电池的制造。太阳能电池是一种将入射到其表面上的光能例如阳光转换成电能的装置。减小在其表面的入射光的反射提高转换成电能的效率。然而，该织构化并不限于太阳能电池制造中的半导体，通常还可以用于制造光伏器件、光学和电化学探测器/传感器、生物探测器/生物传感器、催化剂、电极和其它减小入射光的反射提高器件效率的装置。公知技术中使用碱性介质例如碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、氨或者胆碱的溶液织构化(100)-取向的硅表面形成湿法化学锥体(四角形的)结构。碱金属氢氧化物通过其自身制造导致高反射率区域的非均匀的织构化表面。通常具有添加剂以控制织构化速率并形成可重复的锥形结构。肼或乙二胺或邻苯二酚溶液可用于代替碱金属氢氧化物，但是由于对于工人的毒性它们是不利地。最通用的配方包括水、氢氧化钾或氢氧化钠和酒精。酒精成分可以用来控制碱金属氢氧化物的刻蚀速率。所使用的酒精成分可以是乙二醇或异丙醇。尽管在许多传统的织构化组合物中具有异丙醇，对于织构化组合物其低沸点和低闪点是不需要的特性。WO2011/052941公开了不包含异丙醇的碱性刻蚀组合物用于织构化单晶硅基晶圆以形成锥体结构的示例。刻蚀组合物包括至少一种碱性化合物，至少一种具有100-400℃沸点的环状化合物以及余量为水。碱性化合物包括环状化合物以抑制对硅的刻蚀。环状化合物为具有一个或多个从氮、氧和硫中选择的不同种类元素的C4-C10杂环化合物。环状化合物占刻蚀组合物的0.1-50wt％。尽管存在用于在晶体硅晶圆上形成锥形结构的不包括异丙醇的碱性织构化组合物，仍然需要改进的用于在晶体硅晶圆上形成锥形结构的碱性织构化组合物和方法。
技术实现思路
本专利技术方法包括提供单晶半导体衬底；提供包含选自乙内酰脲或乙内酰脲衍生物的一种或多种化合物，一种或多种烷氧基化二醇和一种或多种碱性化合物的组合物；且使得所述单晶半导体衬底与所述组合物相接触，以各向异性地织构化单晶半导体衬底。组合物包含选自乙内酰脲或乙内酰脲衍生物的一种或多种化合物，一种或多种烷氧基化二醇和一种或多种碱性化合物。所述方法和组合物用于各向异性织构化用于光伏器件的单晶半导体，包括制造太阳能电池的半导体。添加一种或多种乙内酰脲或乙内酰脲衍生物与一种或多种烷氧基化二醇结合组合能抑制或减少在织构化的单晶半导体上的锥形结构间形成平面区域，以增加入射光吸收并提高器件效率。此外，乙内酰脲化合物能提高织构化方法的效率。附图说明图1为在无乙内酰脲化合物的碱性浴中织构化的单晶硅半导体晶圆的30o角得到的1000XSEM图像。图2为在包含乙内酰脲的碱性浴中织构化的单晶硅半导体晶圆的30o角得到的1000XSEM图像。专利技术的详细描述贯穿本说明书所使用的，使用的术语“沉积”和“镀覆”是可互换的。使用的术语“电流通路”和“电流线”是可互换的。使用的术语“溶液”、“浴”和“组合物”是可互换的。使用的术语“织构化”和“刻蚀”是可互换的。不定冠词“一”和“一个”既指单数也指复数。术语“选择性沉积”意味着沉积发生在衬底上特定希望的区域。术语“闪点”意味着易燃液体的蒸汽可以在空气中点燃的最低温度。单位“达因”是压力单位厘米-克-秒。接下来的简称具有如下含义，除非上下文清楚地表述为其他意思：℃＝摄氏度；g＝克；L＝升；bv＝按体积；A＝安培；m＝米；dm＝分米；cm＝厘米；μm＝微米；nm＝纳米；min.＝分钟；ppm＝百万分之一；ppb＝十亿分之一；SEM＝扫描电子显微图；UV＝紫外；以及IR＝红外。所有百分比和比率基于重量，除非另外指明。所有范围是以任何顺序包含和可结合的，除非数字范围逻辑上限制为合计100％。用于织构化半导体衬底的组合物包括一种或多种乙内酰脲或乙内酰脲衍生物。这些乙内酰脲或乙内酰脲衍生物包括，但不限于，具有通用化学式的化合物：其中R1，R2，R3和R4可以相同或不同，且可以为氢，C1-C5烷基，C1-C4烷氧基，羟基，C1-C4醇基或C5-C6芳基，且R2或R3也可以为－NH-C(O)NH2,且X为氧或硫。此化合物的例子为乙内酰脲、1-甲基乙内酰脲、1,3-二甲基乙内酰脲、5,5-二甲基乙内酰脲、尿囊素和2-硫代乙内酰脲。优选地，化合物为乙内酰脲、5,5-二甲基乙内酰脲和2-硫代乙内酰脲。通常，这些乙内酰脲或乙内酰脲衍生物在室温下以及更高温度下为固态。优选地这些化合物具有170℃的熔点或更高。更优选地熔点为200℃到240℃。典型地，这些化合物在变为液态前分解，因此典型地他们没有沸点。包含的乙内酰脲或乙内酰脲衍生物的含量为0.001wt％到1wt％,优选为0.005wt％到0.5wt％,更优选为0.01wt％到0.1wt％。所述一种或多种乙内酰脲和乙内酰脲衍生物的用量为所述组合物的0.005wt％到0.09wt％。用于织构化半导体衬底的溶液包括一种或多种烷氧基化二醇。这些烷氧基化二醇的重均分子量为100克/摩尔或更大，例如，二丙二醇、二甘醇和二丙二醇单甲醚。优选地，烷氧基化二醇的重均分子量为170克/摩尔或更大且闪点为75℃或更大。更优选地，烷氧基化二醇的重均分子量范围为170克/摩尔到4000克/摩尔，更优选从190克/摩尔到500克/摩尔。闪点优选范围从75℃到300℃或如100℃到300℃。更优选地，闪点范围从140℃从200℃。用于织构化溶液的烷氧基化二醇是水溶性的或至少水混溶性的。75℃或更高的闪点提供非挥发性织构化溶液而阻止溶液成分的大量蒸发。此外，优选的烷氧基化二醇具有190℃的沸点或更高以进一步减少在工作温度下的数量损耗。因此，织构化溶液比许多传统织构化溶液能使用更长的时间。这减少了制造工艺的停工期和减少了溶液更换的频率，因此提高了织构化方法的整体效率。同样，此方法效率的提高同时减少了客户和制造者的成本。溶液中包括的烷氧基化二醇在量上占溶液的0.001wt％到3wt％。优选地，包括的烷氧基化二醇在量上占溶液的0.1wt％到2wt％。烷氧基化二醇为非环状化合物而是直链或支链化合物。烷氧基化二醇，包括但不限定于，具有通用化学式的化合物：HO(CXH2XO)mH(II)其中m为整数2或更大，或例如3或更大，或例如从8到66。优选地，m为3到6，更优选从3到5的整数，且x为3到6的整数，或例如从3到4。这样的烷氧基化二醇的例子为二丙二醇、三丙二醇、四丙二醇、聚丙二醇、三丁二醇、四丁二醇、聚丁二醇、三戊二醇、四戊二醇和聚戊二醇。烷氧基化二醇也包括，但不限定于，具有通用化学式的化合物：HO(CH2CH2O)nH(III)其中n为整数2或更大，或例如3或更大，或例如从5到200。优选地，n为3到5，更优选从3到4的整数。这样的烷氧基化二醇的例子为二甘醇、三甘醇、四甘醇和聚乙二醇。乙内酰脲化合物和烷氧基化二醇的组合提供均匀的织构化以及在半导体上形成锥形结构的可再现性。减少或消除了不存在锥形结构的晶圆表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，所述方法包括：a)提供单晶半导体衬底；b)提供包含选自乙内酰脲和乙内酰脲衍生物的一种或多种化合物，一种或多种烷氧基化二醇和一种或多种碱性化合物的组合物；c)将所述单晶半导体衬底与所述组合物接触，以各向异性地织构化所述单晶半导体衬底。

【技术特征摘要】
2012.08.28 US 13/597,2441.一种在碱性浴中织构化单晶半导体衬底以减小入射光反射的方法，所述方法包括：a)提供单晶半导体衬底；b)提供包含以下物质的组合物：选自乙内酰脲和乙内酰脲衍生物的一种或多种化合物，其含量为所述组合物的0.001-1重量％，一种或多种烷氧基化二醇，其重均分子量为100-4000克/摩尔，含量为所述组合物的0.001-3重量％，和一种或...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·P·托本，R·K·巴尔，C·奥康纳，
申请(专利权)人：罗门哈斯电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US