[go: up one dir, main page]

JP2014212231A - Forming method of silicon substrate having porous surface - Google Patents

Forming method of silicon substrate having porous surface Download PDF

Info

Publication number
JP2014212231A
JP2014212231A JP2013088093A JP2013088093A JP2014212231A JP 2014212231 A JP2014212231 A JP 2014212231A JP 2013088093 A JP2013088093 A JP 2013088093A JP 2013088093 A JP2013088093 A JP 2013088093A JP 2014212231 A JP2014212231 A JP 2014212231A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon substrate
gas
forming
substrate
porous shape
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013088093A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
田辺 浩
Hiroshi Tanabe
浩 田辺
山口 直志
Naoshi Yamaguchi
直志 山口
谷口 泰士
Hiroshi Taniguchi
泰士 谷口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2013088093A priority Critical patent/JP2014212231A/en
Publication of JP2014212231A publication Critical patent/JP2014212231A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Weting (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface treatment method of a silicon substrate having an ant nest-like porous surface in gas phase etching using a ClF3 gas of atmospheric pressure or less.SOLUTION: A silicon substrate is exposed to a gas mixture containing ClF3 gas the dilution ratio of which is 1-20% with respect to O2 gas and N2 gas. An uneven state of 3 μm or more in depth from the surface can be controlled in 50% or more area within the substrate. A textured structure of low reflection ratio of 10% or less can be formed.

Description

本発明は、例えばシリコン基板の表面を処理する技術に関し、シリコン基板の表面に太陽光を低反射する凹凸状のテクスチャーを形成した太陽電池向けシリコン基板の作製に関する。   The present invention relates to, for example, a technique for treating the surface of a silicon substrate, and relates to the production of a silicon substrate for solar cells in which a concavo-convex texture that reflects sunlight is formed on the surface of the silicon substrate.

シリコン太陽電池(光電変換素子)において、セルとなるシリコン基板に太陽光が到達した場合、基板内部に進入する光と基板表面で反射する光とに分離する。これらの光のうち、基板内部に進入する光のみが光起電力効果に寄与することから、基板表面における反射率を低減するため、基板表面において多数の凹凸部分が連続するテクスチャー形状に形成するようにしている。   In a silicon solar cell (photoelectric conversion element), when sunlight reaches a silicon substrate serving as a cell, the light is separated into light entering the substrate and light reflected from the substrate surface. Of these lights, only the light that enters the substrate contributes to the photovoltaic effect. Therefore, in order to reduce the reflectance on the substrate surface, a large number of uneven portions are formed in a continuous texture shape on the substrate surface. I have to.

従来のシリコン基板表面のテクスチャー化としては、特許文献1、2に開示されている如く、基板が単結晶構造の場合、アルカリ水溶液を使った異方性エッチングにより形成される。異方性エッチングとは、シリコンの結晶面によるエッチング速度の差を利用するものである。   As conventional texturing of the silicon substrate surface, as disclosed in Patent Documents 1 and 2, when the substrate has a single crystal structure, it is formed by anisotropic etching using an alkaline aqueous solution. Anisotropic etching utilizes the difference in etching rate due to the crystal plane of silicon.

ワイヤーソー等によってスライスされたシリコンの表面から、深さ10〜20μm程度のダメージ層をウエットエッチングなどで除去した後、連続して水酸化カリウムや水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ水溶液でのウエットエッチングによってシリコン基板表面の凹凸加工を実施することにより、テクスチャーを形成する方法である。   After removing a damaged layer having a depth of about 10 to 20 μm from the surface of silicon sliced by a wire saw or the like by wet etching or the like, it is continuously wet etched with an alkaline aqueous solution such as potassium hydroxide or sodium hydroxide aqueous solution. This is a method of forming a texture by performing uneven processing on the surface of a silicon substrate.

このエッチング方法は、単結晶シリコンのエッチング速度が結晶方位面(100)面の方が(111)面に比べて速いことを利用した異方性加工で量産化の主流となっている。しかし、前処理として表面洗浄工程が必要であることや設備が大型するなどコスト面から不利な点があった。しかも、ウエットプロセスにより形成できるシリコン基板は、結晶面方位が(100)の単結晶シリコン基板に限られ他の面方位を有するシリコン基板ではウエットプロセスではテクスチャーを形成することはできなかった。   This etching method has become the mainstream of mass production by anisotropic processing utilizing the fact that the etching rate of single crystal silicon is higher in the crystal orientation plane (100) than in the (111) plane. However, there are disadvantages in terms of cost, such as the need for a surface cleaning process as a pretreatment and an increase in equipment size. Moreover, the silicon substrate that can be formed by the wet process is limited to a single crystal silicon substrate having a crystal plane orientation of (100), and a silicon substrate having another plane orientation cannot form a texture by the wet process.

一方で、シリコン基板の表面へのテクスチャ形成をドライプロセスにて行う方法も提案されている。   On the other hand, a method for forming a texture on the surface of a silicon substrate by a dry process has also been proposed.

例えば、1)プラズマによる反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching)と言われる手法を用いる方法、2)シリコン基板を反応室中でClF3,XeF2,BrF3およびBrF5のいずれかのガスを導入することで、シリコン基板表面をエッチングする方法が提案されている。 For example, 1) a method using a method called reactive ion etching using plasma, 2) a gas of ClF 3 , XeF 2 , BrF 3, or BrF 5 is introduced into a silicon substrate in a reaction chamber Thus, a method of etching the silicon substrate surface has been proposed.

上記1)の反応性イオンエッチングによる方法などのドライエッチング方法は、減圧された反応容器の中に例えば三フッ化窒素ガスや塩素等のガスを流し、プラズマにより解離されたイオンなどでシリコン表面にエッチングを行うRIE(反応性イオンエッチング)法がある(特許文献3、4参照)。   In the dry etching method such as the reactive ion etching method of 1) above, for example, a gas such as nitrogen trifluoride gas or chlorine is allowed to flow in a decompressed reaction vessel, and ions dissociated by the plasma are applied to the silicon surface. There is an RIE (reactive ion etching) method for performing etching (see Patent Documents 3 and 4).

また、上記2)のプラズマを用いないドライエッチングによるテクスチャーの形成方法として、例えば三フッ化塩素ガスを用いたドライエッチング方法がある(特許文献5、6参照)。このドライエッチングの方法は、大気圧下を含む減圧チャンバー内のステージ上に載置されたシリコン基板にガスボンベからマスフローコントローラーを介して、所定の流量のCLF3ガスなどを導入し蒸気圧の高い三フッ化塩素ガスが分解し、シリコン基板に暴露させることでシリコンと爆発的に反応する発熱反応を利用したテクスチャーを形成方法である。   Further, as a method for forming a texture by dry etching without using plasma of 2) above, for example, there is a dry etching method using chlorine trifluoride gas (see Patent Documents 5 and 6). In this dry etching method, a CLF3 gas having a predetermined flow rate is introduced into a silicon substrate placed on a stage in a decompression chamber including under atmospheric pressure from a gas cylinder through a mass flow controller, and a high-vapor pressure three-fluid. This is a method for forming a texture using an exothermic reaction in which chlorine chloride gas decomposes and is exposed to a silicon substrate to react explosively with silicon.

特開2006−344765号公報JP 2006-344765 A 特開2005−311060号公報JP-A-2005-311060 特開2000−12517号公報JP 2000-12517 A 特開2000−164555号公報JP 2000-164555 A 特開2000−101111号公報JP 2000-101111 A 国際公開第2012/132433号International Publication No. 2012/132433

現在、太陽電池に要求されているのは高効率および製造コストの低減である。太陽電池メーカーによって構造は異なるがいずれの構造においてもテクスチャー構造は高効率化に向け必須の工程である。   Currently, what is required for solar cells is high efficiency and reduced manufacturing costs. Although the structure differs depending on the solar cell manufacturer, the texture structure is an indispensable process for improving efficiency in any structure.

特許文献1,2に記載の発明のように、現状主流のテクスチャー量産工法は、アルカリ水溶液によるウエットプロセスであるが、スライス工程などの前工程で付着した自然酸化膜や不純物、ダメージ層を除去するなどアルカリ水溶液でテクスチャー処理をするまでの前処理として、フッ化水素酸や純水などで基板表面を清浄化するなど複雑で多くの工程を通した後に連続的にウエットでのテクスチャーを実施しなければならない。   As in the inventions described in Patent Documents 1 and 2, the current mainstream texture mass production method is a wet process using an alkaline aqueous solution, but removes a natural oxide film, impurities, and damage layers attached in a previous process such as a slicing process. As a pretreatment until the texture treatment with alkaline aqueous solution, etc., we have to carry out wet texture continuously after going through many complicated processes such as cleaning the substrate surface with hydrofluoric acid or pure water etc. I must.

さらに連続して強酸や純水などの複雑かつ多くの工程管理が必要なため、設備が大型化するとともに量産に向けて複数台の製造装置を必要とするなど初期コストが上昇する課題があった。   Furthermore, since complicated and many process managements such as strong acid and pure water are necessary continuously, there is a problem that the initial cost rises because the equipment becomes larger and more than one manufacturing equipment is required for mass production. .

更に、薬品中に長時間浸漬しておく必要があり、またプロセスの再現性を確保するためには一定の濃度を維持するため、薬液交換コストなどに関わるランニングコストが高くなるなど製造コストの上昇する要因となっている。   In addition, it is necessary to immerse in chemicals for a long time, and in order to maintain process reproducibility, a constant concentration is maintained, so that the running costs associated with chemical replacement costs increase and the manufacturing costs increase. Is a factor.

また、ウエットによるテクスチャー形成には基板のエッチング量が20μm以上必要であることが多く、そのため割れなど品質確保など歩留まりの観点から基板の厚さも例えば100μm以上とならざるを得なかった。   In addition, the etching amount of the substrate is often required to be 20 μm or more for the texture formation by the wet. Therefore, the thickness of the substrate has to be, for example, 100 μm or more from the viewpoint of yield such as quality assurance such as cracking.

一方で、特許文献3、4に記載の発明のような、反応性イオンエッチングによるテクスチャーの形成方法では、真空雰囲気を形成するための真空ポンプやプラズマを発生させるための高周波電源などの高コスト部材が必要となる課題を有していた。   On the other hand, in the texture forming method by reactive ion etching as in the inventions described in Patent Documents 3 and 4, high-cost members such as a vacuum pump for forming a vacuum atmosphere and a high-frequency power source for generating plasma Had a problem that required it.

また、プラズマプロセスにより原料ガスが解離したイオンでシリコン基板をエッチングしていくため加工面の結晶面方位は存在せず、さらに被加工面に結合欠陥などのプラズマに起因するダメージを表面、或いは、基板内部に発生させることで十分な電流取り出しができなくなり、効率低下を招くという課題を有していた。   In addition, since the silicon substrate is etched with ions from which the source gas has been dissociated by the plasma process, there is no crystal plane orientation of the processed surface, and damage to the processed surface due to plasma, such as bond defects, on the surface, or When it is generated inside the substrate, there is a problem that sufficient current cannot be taken out and the efficiency is lowered.

また、例えば特許文献5記載の発明のように、ClF3ガスなどを用いた方法は、エッチングによるテクスチャーの大きさが小さく、ドライエッチング後に連続してウエット処理をすることで太陽光の可視光領域程度の波長を有効に吸収するため、数μm以上のテクスチャーサイズを確保することが困難であった。また、特許文献6記載の発明のように、一定のサイズ以上の凹凸を基板面内の広範囲で加工する制御が困難であり、光の反射率が下がらないなどの課題を有していた。   Further, for example, as in the invention described in Patent Document 5, the method using ClF3 gas has a small texture size by etching, and the wet process is continuously performed after dry etching, so that the visible light region of sunlight is about. It is difficult to ensure a texture size of several μm or more in order to effectively absorb the wavelength of. In addition, as in the invention described in Patent Document 6, it is difficult to control the processing of unevenness of a certain size or more in a wide range within the substrate surface, and there is a problem that the light reflectance does not decrease.

そこで本発明は、エッチングマスクを必要とせずClF3ガスに添加するガスとの希釈率を最適化することで自然酸化膜や不純物、ダメージ層を同時に除去するとともに3μm以上の深い凹部をシリコン基板面内の50%以上の広い領域で形成させることができる。   Therefore, the present invention eliminates a natural oxide film, an impurity, and a damaged layer at the same time by optimizing the dilution ratio with the gas added to the ClF 3 gas without requiring an etching mask, and at the same time, removes a deep recess of 3 μm or more in the silicon substrate Can be formed in a wide area of 50% or more.

これにより、テクスチャー処理の前後工程数を簡略化でき生産能力を下げずに製造コスト低減を実現することができ、さらに基板のエッチング量を最小にすることでシリコン基板の薄型化による材料コスト低減が可能となる。また、シリコン基板面内で3μm以上の深さをもつ凹部を一定以上の密度で確保することで太陽光に対して低反射な凹凸形状を有するシリコン基板を提供することを目的とする。また、それを含む太陽電池を提供することを目的とする。   This simplifies the number of processes before and after the texture process, reduces manufacturing costs without lowering production capacity, and minimizes the etching amount of the substrate to reduce material costs by making the silicon substrate thinner. It becomes possible. Another object of the present invention is to provide a silicon substrate having a concavo-convex shape that is low-reflective with respect to sunlight by securing concave portions having a depth of 3 μm or more in the silicon substrate surface at a certain density or higher. Moreover, it aims at providing the solar cell containing it.

上記目的を達成するために、本発明は以下に示すテクスチャー形成面を有するシリコン基板、およびそれを含む太陽電池に関する。   In order to achieve the above object, the present invention relates to a silicon substrate having a textured surface shown below and a solar cell including the same.

本発明のテクスチャー形成方法は、ClF3ガスを用いた大気圧を含む減圧下でのプラズマレスのドライエッチング方法であって、ClF3ガスとシリコンとの発熱反応を利用し添加するN2ガスおよびO2ガスの混合比を最適化することでシリコン基板の被加工部表面に太陽光に対して低反射の凹凸形状を有するテクスチャー付のシリコン基板を提供する。   The texture forming method of the present invention is a plasmaless dry etching method using ClF3 gas under a reduced pressure including atmospheric pressure, and uses an exothermic reaction between ClF3 gas and silicon to add N2 gas and O2 gas. Provided is a textured silicon substrate having a concavo-convex shape having low reflection with respect to sunlight on the surface of the processed portion of the silicon substrate by optimizing the mixing ratio.

すなわち、本発明は以下に示すテクスチャー形成面を有する基板、およびそれを含む太陽電池に関する。   That is, this invention relates to the board | substrate which has a texture formation surface shown below, and a solar cell including the same.

〔1〕シリコン基板に大気圧以下で窒素および酸素ガスに対して、1%以上かつ20%以下の濃度に希釈されたClF3ガスの混合ガスを照射することで、前記シリコン基板の表面にポーラス状に疎面化された凹凸を形成する。   [1] By irradiating a silicon substrate with a mixed gas of ClF3 gas diluted to a concentration of 1% or more and 20% or less with respect to nitrogen and oxygen gas at atmospheric pressure or less, the surface of the silicon substrate is porous. The surface is roughened.

〔2〕上記〔1〕において、疎面化された3μm以上の深さを有する凹凸部が加工面内の50%以上を有する。   [2] In the above [1], the roughened uneven portion having a depth of 3 μm or more has 50% or more of the processed surface.

〔3〕上記〔1〕又は〔2〕において、前記混合ガスは、分子中に窒素原子と酸素原子またはアルゴン原子の内少なくとも一つを含有するガスをさらに含む。   [3] In the above [1] or [2], the mixed gas further includes a gas containing in the molecule at least one of a nitrogen atom, an oxygen atom, and an argon atom.

〔4〕上記〔1〕〜〔3〕の何れか一項において、前記ClF3ガスで複数回のエッチングをすることで表面にポーラス状の凹凸形状を形成する。   [4] In any one of the above [1] to [3], a porous uneven shape is formed on the surface by etching a plurality of times with the ClF3 gas.

〔5〕上記〔1〕〜〔4〕の何れか一項において、前記シリコン基板にアルカリ性水溶液に浸漬することで被加工面が平滑な面を有する凹凸形状を形成する。   [5] In any one of the above [1] to [4], an uneven shape having a smooth surface to be processed is formed by immersing the silicon substrate in an alkaline aqueous solution.

〔6〕上記〔1〕〜〔5〕の何れか一項において、前記シリコン基板に水素原子を含む混合ガス雰囲気中で100℃以上に加熱してアニールさせる。   [6] In any one of the above [1] to [5], the silicon substrate is annealed by heating to 100 ° C. or higher in a mixed gas atmosphere containing hydrogen atoms.

〔7〕上記〔1〕〜〔6〕の何れか一項において、前記シリコン基板の面方位が(111)面である。   [7] In any one of the above [1] to [6], the plane orientation of the silicon substrate is a (111) plane.

〔8〕上記〔1〕〜〔6〕の何れか一項において、前記シリコン基板の面方位が(100)面である。   [8] In any one of the above [1] to [6], the plane orientation of the silicon substrate is a (100) plane.

〔9〕上記〔1〕〜〔8〕の何れか一項において、純水中に浸漬することで、表面の不純物を除去する。   [9] In any one of [1] to [8] above, surface impurities are removed by immersing in pure water.

〔10〕上記〔1〕において、前記シリコン基板は、多結晶シリコン基板である。   [10] In the above [1], the silicon substrate is a polycrystalline silicon substrate.

以上のように、本発明のClF3ガスを用いた大気圧を含む減圧でのドライエッチング方法を用いれば、シリコン基板面内の50%以上の領域で3μm以上の深く微細なテクスチャーにより、太陽光に低反射な凹凸形状を実現でき高効率な太陽電池を実現することができる。そのうえ、シリコン表面での加工が実現できるためシリコン基板を予め薄くすることができる。また、テクスチャー後は純水洗浄のみで不純物成分除去ができるので工程数も削減でき、高額な設備を導入することなく工程数を削減することができ、製造コストも削減できる。   As described above, when the dry etching method using the ClF3 gas of the present invention at a reduced pressure including the atmospheric pressure is used, the deep fine texture of 3 μm or more in the region of 50% or more in the silicon substrate surface causes sunlight. A low-reflection uneven shape can be realized, and a highly efficient solar cell can be realized. In addition, since the processing on the silicon surface can be realized, the silicon substrate can be thinned in advance. In addition, since the impurity components can be removed only by washing with pure water after texturing, the number of processes can be reduced, the number of processes can be reduced without introducing expensive equipment, and the manufacturing cost can be reduced.

本発明の実施の形態におけるエッチングフローを示す図The figure which shows the etching flow in embodiment of this invention 本発明の実施の形態を示す装置図Device diagram showing an embodiment of the present invention 本発明に係るテスクチャー構造を示す電子顕微鏡写真Electron micrograph showing the texture structure according to the present invention 従来例に係るテスクチャー構造を示す電子顕微鏡写真Electron micrograph showing a texture structure according to a conventional example 本発明で実施した3μm以上の凸部密度と反射率との関係を示す図The figure which shows the relationship between the convex part density of 3 micrometers or more implemented by this invention, and a reflectance. 本発明と従来例における波長と反射率との関係を示す図The figure which shows the relationship between the wavelength and reflectance in this invention and a prior art example 本発明の効果を示す図The figure which shows the effect of this invention

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施の形態におけるエッチングフローを示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing an etching flow in the embodiment of the present invention.

また、図2は、図1を実施するための装置構成の図である。図1のプロセスフローに基づき、図2を用いて説明する。   FIG. 2 is a diagram of a device configuration for implementing FIG. Based on the process flow of FIG. 1, it demonstrates using FIG.

エッチングを行う単結晶シリコンには、面方位(100)面方位の基板を使用した。太陽電池の製造に際し、引き上げ法により製造される単結晶シリコンのインゴットをスライスし、厚さ200μm程度のシリコンウエハを製造する工程[1]である。   A substrate having a plane orientation (100) plane orientation was used as the single crystal silicon to be etched. In the production of a solar cell, it is a step [1] of slicing a single crystal silicon ingot produced by a pulling method to produce a silicon wafer having a thickness of about 200 μm.

次に、スライス工程[2]を実施する。この工程によって、基板表面から約10〜20μm程度の深さまでワイヤーソーによって生じた機械的ダメージ層を除去するためNaOHなどのアルカリ溶液中に浸漬し約20μmの前記ダメージ層を除去する。   Next, the slicing step [2] is performed. By this step, in order to remove the mechanical damage layer generated by the wire saw from the substrate surface to a depth of about 10 to 20 μm, the damage layer of about 20 μm is removed by dipping in an alkaline solution such as NaOH.

次に、不純物拡散工程[3]を実施する。この工程[3]は、例えばN型シリコン基板ならば、オキシ塩化リン(POCl3)による熱拡散法を用いシリコン基板内にN型のP(リン)を拡散させる。次に、不純物拡散工程を処理したシリコン基板表面に付着する自然酸化膜除去工程を実施した後にリンをシリコン基板内に拡散する工程でシリコン基板内に生じたリン酸化物や潜在的に存在する金属成分、有機物などの不純物成分を除去する。   Next, an impurity diffusion step [3] is performed. In this step [3], for example, in the case of an N-type silicon substrate, N-type P (phosphorus) is diffused into the silicon substrate using a thermal diffusion method using phosphorus oxychloride (POCl3). Next, after performing the process of removing the natural oxide film adhering to the surface of the silicon substrate that has been subjected to the impurity diffusion process, phosphorous oxide generated in the silicon substrate in the process of diffusing phosphorus into the silicon substrate or potentially existing metal Impurities such as components and organic substances are removed.

次に、テクスチャー工程[4]を実施する。不純物拡散および除去工程[3]を実施したシリコン基板を減圧容器内の温度調節機構のついたステージ上に載置し、前記減圧容器内を真空保持する。シリコン基板表面は常温から100℃以下の基板温度に温度保持した状態でN2ガスおよびO2ガスで希釈されたClF3ガスとの混合プロセスガスを噴射し所定の圧力に調整する。   Next, the texture process [4] is performed. The silicon substrate that has been subjected to the impurity diffusion and removal step [3] is placed on a stage with a temperature control mechanism in a vacuum vessel, and the vacuum vessel is held in vacuum. The surface of the silicon substrate is adjusted to a predetermined pressure by injecting a mixed process gas of ClF 3 gas diluted with N 2 gas and O 2 gas while maintaining the substrate temperature from room temperature to 100 ° C. or less.

なお、この温度調節機構を備えたステージは加熱機構を備えたESC(Electro Static chuck:電気的静電吸着)ステージを使用した。このエッチングによる反応は等方性エッチングでありO2ガスおよびN2ガスにより20%以下に希釈された少なくとも1%以上のClF3ガスとの混合ガスをシリコン基板に照射することで被加工面にポーラス状の凹凸形状を有するテクスチャーを形成する。   Note that an ESC (Electro Static chuck) stage equipped with a heating mechanism was used as the stage equipped with this temperature control mechanism. The reaction by this etching is isotropic etching, and the surface to be processed is made porous by irradiating the silicon substrate with a mixed gas of at least 1% or more ClF3 gas diluted to 20% or less with O2 gas and N2 gas. A texture having an uneven shape is formed.

等方性のエッチング加工を支配的に進行させることで、面内の加工領域を広範囲にすることができ、20%の希釈率での結果では深さ3μm以上の凹凸部を有するポーラス形状のテクスチャー領域を基板面内の50%以上で形成することができる。   By making the isotropic etching process proceed dominantly, the in-plane processed area can be widened, and the result of 20% dilution rate is a porous texture having uneven portions with a depth of 3 μm or more. The region can be formed at 50% or more of the substrate surface.

O2ガスを添加する目的は被加工表面に原子状のシリコン酸化物を形成させながら、そのシリコンに結合した酸化物自体がエッチングマスクとなりエッチングを進行させるための起点となる。   The purpose of adding O2 gas is to form an atomic silicon oxide on the surface to be processed, and the oxide bonded to the silicon itself serves as an etching mask and serves as a starting point for etching.

次にシリコン基板洗浄工程[5]を実施する。   Next, a silicon substrate cleaning step [5] is performed.

このシリコン基板洗浄工程は、ClF3ガスとのエッチングによってシリコン表面に残留するフッ素や塩素成分を除去することで、大気中の水分と反応することを防止するためである。除去方法は純水に数十分超音波洗浄を実施することで除去される。   This silicon substrate cleaning step is to prevent reaction with moisture in the atmosphere by removing fluorine and chlorine components remaining on the silicon surface by etching with ClF 3 gas. The removal method is performed by performing ultrasonic cleaning on pure water for several tens of minutes.

インゴットから引き上げスライスされた単結晶シリコン基板に苛性ソーダ(NaOH)溶液でエッチング除去することで機械的ダメージや不純物を除去したシリコン基板を使用し、O2ガスおよびN2ガスに希釈されたClF3ガスとの混合ガスによりシリコン基板表面にポーラス状の凹凸形状を有するテクスチャーを形成した。   Using a silicon substrate from which mechanical damage and impurities have been removed by etching and removing the single crystal silicon substrate sliced up from the ingot with a caustic soda (NaOH) solution, mixed with O2 gas and ClF3 gas diluted in N2 gas A texture having a porous uneven shape was formed on the surface of the silicon substrate by gas.

使用した基板は面方位面(100)の単結晶シリコンウエハ(基板表面の面積:125mm×125mm、厚み200μm)を使用した。シリコン表面には不純物拡散工程後に生じた自然酸化膜を除去するため、あらかじめフッ化水素濃度(1%)のフッ化水素酸水溶液に浸漬し、自然酸化膜を除去する。この場合、室温程度の水溶液中に数十秒で表面が疎水性を呈してくるまで実施する程度でよい。   The substrate used was a single crystal silicon wafer having a plane orientation plane (100) (area of substrate surface: 125 mm × 125 mm, thickness 200 μm). In order to remove the natural oxide film generated after the impurity diffusion step on the silicon surface, the natural oxide film is removed by dipping in advance in a hydrofluoric acid aqueous solution having a hydrogen fluoride concentration (1%). In this case, it is sufficient to carry out until the surface becomes hydrophobic in several tens of seconds in an aqueous solution at about room temperature.

自然酸化膜除去を実施したシリコン基板を減圧可能な反応容器に載置した後、圧力計8をモニターしながら、真空ポンプ10を操作して、窒素ガスで90KPaの圧力保持を行った後、移載室などからシリコン基板4の搬送を行いチャンバー1内の温度調節可能なステージ2上に載置する。   After placing the silicon substrate from which the natural oxide film has been removed in a reaction vessel that can be depressurized, the vacuum pump 10 is operated while the pressure gauge 8 is being monitored, and the pressure is maintained at 90 KPa with nitrogen gas. The silicon substrate 4 is transported from a mounting chamber or the like and placed on the stage 2 in the chamber 1 where the temperature can be adjusted.

このとき移載室も予め不活性ガスで保持されている。なお、不活性ガスは窒素ガスを選択した。このとき、ステージ内に備えた加熱機構により常温に設定したが、100℃を越えない温度であることが好ましい。   At this time, the transfer chamber is also held in advance by an inert gas. Note that nitrogen gas was selected as the inert gas. At this time, the temperature is set to room temperature by the heating mechanism provided in the stage, but it is preferable that the temperature does not exceed 100 ° C.

この反応室内で不活性ガスと十分に空気との置換ができた場合には、チャンバー内の水分が存在しないため、チャンバー1のステージ2上にシリコン基板4を載置したのち、ガスボンベ5−1,2,3から、マスフローコントローラー6−1,2,3を通してN2:15SLM、O2:0.25SLM、ClF3:0.5SLMで流量制御を行いチャンバー1内のガス導入用のノズル7よりシリコン基板4に導入し圧力調整弁9で反応容器内の圧力を90KPaに制御し、60秒混合ガスを導入する。   When the inert gas can be sufficiently replaced with air in the reaction chamber, there is no moisture in the chamber. Therefore, after placing the silicon substrate 4 on the stage 2 of the chamber 1, the gas cylinder 5-1 , 2, 3, through the mass flow controllers 6-1, 2, 3, the flow rate is controlled at N2: 15 SLM, O2: 0.25 SLM, ClF3: 0.5 SLM, and the silicon substrate 4 from the gas introduction nozzle 7 in the chamber 1. Then, the pressure in the reaction vessel is controlled to 90 KPa by the pressure regulating valve 9 and the mixed gas is introduced for 60 seconds.

ここで、N2ガスとO2ガスに希釈されたClF3ガスとの混合は、ノズル7から導入され、90KPaの圧力を維持しながら真空ポンプ10より排気されている。ガスボンベ5が複数記載しているのは、プロセスガスを複数種類想定しているためである。   Here, the mixture of N2 gas and ClF3 gas diluted in O2 gas is introduced from the nozzle 7 and exhausted from the vacuum pump 10 while maintaining a pressure of 90 KPa. The plurality of gas cylinders 5 are described because a plurality of types of process gases are assumed.

ノズル7はチャンバー1の中にさらに設置されたインナーチャンバー13の中で拡散する2重構造になっており、シリコン基板4の全面にプロセスガスを均一に接触させるための構造になっている。   The nozzle 7 has a double structure that diffuses in an inner chamber 13 that is further installed in the chamber 1, and has a structure that allows the process gas to uniformly contact the entire surface of the silicon substrate 4.

実施例での混合ガスの流量で、図3に示すような疎面化された面積が加工面積の50%以上のシリコン基板の加工領域でポーラス状の凹凸を有するテクスチャーを形成する。ClF3ガスを含むテクスチャーを形成するメカニズムについては、次のように推測される。ClF3ガスはシリコンと非常に反応性が高く、化学反応してSiF4になり気層中に拡散していく。   With the flow rate of the mixed gas in the embodiment, a texture having porous irregularities is formed in the processing region of the silicon substrate having a sparse surface of 50% or more of the processing area as shown in FIG. About the mechanism which forms the texture containing ClF3 gas, it estimates as follows. ClF3 gas is very reactive with silicon and chemically reacts to become SiF4 and diffuses into the gas layer.

このとき面方位のエッチング速度比によって凹凸形状が起こると考えられるが、我々はClF3ガスのO2ガスとN2ガスに対する割合が1%以上かつ20%以下のときにポーラス状の凹凸を表面に形成することができる。   At this time, it is considered that the uneven shape is caused by the etching rate ratio of the plane orientation, but we form porous unevenness on the surface when the ratio of ClF3 gas to O2 gas and N2 gas is 1% or more and 20% or less. be able to.

さらに基板面内の50%以上の領域に加工表面から深さ3μm以上の凹部を形成できることを確認した。この形状の光反射率は700nmの可視光領域で10%以下となった。   Furthermore, it was confirmed that a recess having a depth of 3 μm or more from the processed surface can be formed in a region of 50% or more in the substrate surface. The light reflectance of this shape was 10% or less in the visible light region of 700 nm.

一方、従来例のClF3ガスの希釈率が20%以上の場合は図4に示すように加工領域が基板面内の50%以下となる。例えば希釈率25%のときの反射率も15%となる。   On the other hand, when the dilution rate of the ClF 3 gas in the conventional example is 20% or more, the processing region is 50% or less in the substrate surface as shown in FIG. For example, the reflectance when the dilution rate is 25% is also 15%.

図5は、3μm以上の凸部の基板面内の密度と波長700nmでの太陽光反射率の結果である。従来のClF3ガスの希釈率が20%以上の時は面内密度が50%以下となることで、加工不十分な領域が反射率を高める結果、基板面内全体の反射率を十分下げられず、太陽光の吸収効果が得られず電池デバイスとしての電流取り出しに十分な効果が得られにくかった。   FIG. 5 shows the results of the density within the substrate surface of the projections of 3 μm or more and the solar reflectance at a wavelength of 700 nm. When the dilution ratio of the conventional ClF3 gas is 20% or more, the in-plane density is 50% or less, and as a result of the insufficiently processed region increasing the reflectivity, the overall reflectivity in the substrate plane cannot be lowered sufficiently. The solar light absorption effect was not obtained, and it was difficult to obtain a sufficient effect for extracting current as a battery device.

本発明でのClF3ガスの希釈率を20%以下の加工条件では、前述したように3μm以上の凹凸部の加工領域が50%以上となり、基板面内全体の反射率を10%以下に抑えることができる。この結果、太陽電池としての短絡電流を増大させる効果が期待でき発電効率向上への期待ができる。   Under the processing conditions with a dilution rate of ClF3 gas of 20% or less in the present invention, as described above, the processing region of the uneven portion of 3 μm or more becomes 50% or more, and the overall reflectance within the substrate surface is suppressed to 10% or less. Can do. As a result, the effect of increasing the short-circuit current as a solar cell can be expected, and the improvement in power generation efficiency can be expected.

現状の量産テクスチャー工程の主流はウエット工法であるが、図6に示すように、ClF3ガスを使用したガスエッチングでは20%以上の希釈率では700nmでの波長領域で反射率:約11%であるが、本実施例で希釈率:10%条件では6%という従来の50%以下に抑える効果が得られた。   The mainstream of the current mass production texture process is the wet method, but as shown in FIG. 6, in the gas etching using ClF3 gas, the reflectivity is about 11% in the wavelength region at 700 nm when the dilution rate is 20% or more. However, in this example, the effect of suppressing to 50% or less of the conventional value of 6% under the condition of the dilution rate: 10% was obtained.

図7に示すように、ClF3ガスの希釈率を今回実施した10%、20%と従来例の25%、30%と比較した。その結果、希釈率20%を境界にしてそれ以下の場合、基板面内の加工領域が50%以上となり希釈率が10%の時、基板面内の70%で3μm以上の凹凸領域が得られ、波長700nmでの反射率も6%と最小になることがわかった。今回の実施例以下の希釈率で加工することでさらに加工領域の最大化と反射率のさらなる低下が期待できる。   As shown in FIG. 7, the dilution rate of the ClF 3 gas was compared with 10% and 20% that were performed this time, and 25% and 30% of the conventional example. As a result, when the dilution rate is 20% or less, the processing region in the substrate surface is 50% or more, and when the dilution rate is 10%, an uneven region of 3 μm or more is obtained in 70% of the substrate surface. It was also found that the reflectance at a wavelength of 700 nm was a minimum of 6%. By processing at a dilution rate equal to or less than that of the present embodiment, it is possible to further maximize the processing area and further reduce the reflectance.

このようにN2ガスとO2ガスに対してClF3ガスを1%以上かつ20%以下とすることで、シリコン被加工面に原子状の酸化物の形成する密度が高まることでエッチングによる加工面積が増加するため、比較的浅い3μm以上の深さの凹凸を基板面内の50%以上で加工することができる。   Thus, by making ClF3 gas 1% or more and 20% or less with respect to N2 gas and O2 gas, the processing area by etching increases because the density of atomic oxide formation on the silicon processing surface increases. Therefore, a relatively shallow unevenness having a depth of 3 μm or more can be processed in 50% or more of the substrate surface.

ここで、ClF3ガスと添加する酸素ガスの流量比は最適にコントロールされなければならない。チャンバー1内を空気で大気圧保持されている場合、空気中の酸素量が不安定なため、見かけの流量比と実際の流量比が異なるため、所望のテクスチャーが形成できない可能性がある。この意味でも、チャンバー内を予め不活性ガスで保持することは重要である。もし、このプロセス中にClF3と空気中の水分が化学反応した場合、ClF3と爆発的に反応することで基板表面温度が上がり、最適なテクスチャー形状の制御が困難になる。また、人体に有害なフッ酸(HF)が生成されチャンバー内部材に付着し装置メンテナンス時に人体に害を及ぼすことも考えられる。   Here, the flow rate ratio between the ClF 3 gas and the oxygen gas to be added must be optimally controlled. When the atmospheric pressure is maintained in the chamber 1 with air, the amount of oxygen in the air is unstable, and the apparent flow rate ratio and the actual flow rate ratio are different, so that a desired texture may not be formed. Also in this sense, it is important to hold the inside of the chamber with an inert gas in advance. If ClF3 and moisture in the air chemically react during this process, the substrate surface temperature rises due to explosive reaction with ClF3, making it difficult to control the optimal texture shape. It is also conceivable that hydrofluoric acid (HF) harmful to the human body is generated and adheres to the members in the chamber, causing harm to the human body during apparatus maintenance.

本発明のClF3ガスを用いた大気圧下でのドライエッチングによるテクスチャー形成方法は、フッ酸などの人体に有害な物質を生成するだけでなく、ClF3ガスと酸素なとの混合ガスでエッチングする場合には、ガス比のコントロールを容易にさせる効果も期待できる。この技術は、テクスチャー形成方法だけでなく、ClF3を用いた加工用途すべてに応用できる。   The texture formation method by dry etching using ClF3 gas of the present invention under atmospheric pressure not only generates a harmful substance to the human body such as hydrofluoric acid, but also etches with a mixed gas of ClF3 gas and oxygen. Can also be expected to easily control the gas ratio. This technique can be applied not only to the texture forming method but also to all processing applications using ClF3.

1 チャンバー
2 ステージ
4 シリコン基板
5 ガスボンベ
6 マスフローコントローラー
7 ノズル
8 圧力計
9 圧力調整弁
10 真空ポンプ
13 インナーチャンバー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chamber 2 Stage 4 Silicon substrate 5 Gas cylinder 6 Mass flow controller 7 Nozzle 8 Pressure gauge 9 Pressure control valve 10 Vacuum pump 13 Inner chamber

Claims (10)

シリコン基板に大気圧以下で窒素および酸素ガスに対して、1%以上かつ20%以下の濃度に希釈されたClF3ガスの混合ガスを照射することで、前記シリコン基板の表面にポーラス状に疎面化された凹凸を形成する、表面にポーラス形状を有するシリコン基板の形成方法。 By irradiating the silicon substrate with a mixed gas of ClF3 gas diluted to a concentration of 1% or more and 20% or less with respect to nitrogen and oxygen gas at atmospheric pressure or less, the surface of the silicon substrate is porously roughened A method for forming a silicon substrate having a porous shape on a surface thereof, wherein irregularities are formed. 疎面化された3μm以上の深さを有する凹凸部が加工面内の50%以上を有する、請求項1記載の表面にポーラス形状を有するシリコン基板の形成方法。 The method for forming a silicon substrate having a porous shape on a surface according to claim 1, wherein the roughened uneven portion having a depth of 3 µm or more has 50% or more of the processed surface. 前記混合ガスは、分子中に窒素原子と酸素原子またはアルゴン原子の内少なくとも一つを含有するガスをさらに含む、
請求項1又は2に記載の表面にポーラス形状を有するシリコン基板の形成方法。
The mixed gas further includes a gas containing at least one of a nitrogen atom and an oxygen atom or an argon atom in the molecule.
A method for forming a silicon substrate having a porous shape on a surface according to claim 1.
前記ClF3ガスで複数回のエッチングをすることで表面にポーラス状の凹凸形状を形成する、請求項1〜3の何れか一項に記載の表面にポーラス形状を有するシリコン基板の形成方法。 The method for forming a silicon substrate having a porous shape on a surface according to any one of claims 1 to 3, wherein a porous uneven shape is formed on the surface by etching a plurality of times with the ClF3 gas. 前記シリコン基板にアルカリ性水溶液に浸漬することで被加工面が平滑な面を有する凹凸形状を形成する、請求項1〜4の何れか一項に記載の表面にポーラス形状を有するシリコン基板の形成方法。 The method for forming a silicon substrate having a porous shape on a surface according to any one of claims 1 to 4, wherein an uneven shape having a smooth surface to be processed is formed by immersing the substrate in an alkaline aqueous solution. . 前記シリコン基板に水素原子を含む混合ガス雰囲気中で100℃以上に加熱してアニールさせる、請求項1〜5の何れか一項に記載の表面にポーラス形状を有するシリコン基板の形成方法。 The method for forming a silicon substrate having a porous shape on a surface according to any one of claims 1 to 5, wherein the silicon substrate is annealed by heating to 100 ° C or higher in a mixed gas atmosphere containing hydrogen atoms. 前記シリコン基板の面方位が(111)面である、請求項1〜6の何れか一項に記載の表面にポーラス形状を有するシリコン基板の形成方法。 The method for forming a silicon substrate having a porous shape on a surface according to any one of claims 1 to 6, wherein a plane orientation of the silicon substrate is a (111) plane. 前記シリコン基板の面方位が(100)面である、請求項1〜6の何れか一項に記載の表面にポーラス形状を有するシリコン基板の形成方法。 The method for forming a silicon substrate having a porous shape on a surface according to any one of claims 1 to 6, wherein a plane orientation of the silicon substrate is a (100) plane. 純水中に浸漬することで、表面の不純物を除去する、請求項1〜8の何れか一項に記載の表面にポーラス形状を有するシリコン基板の形成方法。 The method for forming a silicon substrate having a porous shape on a surface according to any one of claims 1 to 8, wherein impurities on the surface are removed by immersion in pure water. 前記シリコン基板は、多結晶シリコン基板である請求項1記載の表面にポーラス形状を有するシリコン基板の形成方法。 The method for forming a silicon substrate having a porous shape on a surface according to claim 1, wherein the silicon substrate is a polycrystalline silicon substrate.
JP2013088093A 2013-04-19 2013-04-19 Forming method of silicon substrate having porous surface Pending JP2014212231A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013088093A JP2014212231A (en) 2013-04-19 2013-04-19 Forming method of silicon substrate having porous surface

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013088093A JP2014212231A (en) 2013-04-19 2013-04-19 Forming method of silicon substrate having porous surface

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014212231A true JP2014212231A (en) 2014-11-13

Family

ID=51931763

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013088093A Pending JP2014212231A (en) 2013-04-19 2013-04-19 Forming method of silicon substrate having porous surface

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014212231A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2615634B1 (en) Method for cleaning silicon substrate, and method for producing solar cell
EP2182556B1 (en) Process for manufacturing solar cell
TWI472049B (en) Solar cell manufacturing method
TWI435452B (en) Method for treating surface of tantalum substrate for solar cell and method for manufacturing solar cell
JPH10313128A (en) Silicon substrate anisotropic etching method and solar cell manufacturing method
KR101052059B1 (en) Surface treatment method and solar cell manufacturing method of crystalline silicon substrate for solar cell
CN104966762A (en) Preparation method of texturized surface structure of crystalline silicon solar cell
CN104701407A (en) Surface texturing method of solar battery and of great-wall solar battery substrate
JP2000183378A (en) Manufacturing method of silicon solar cell
US8889536B2 (en) Method for forming a dopant profile
JP4553597B2 (en) Method for manufacturing silicon substrate and method for manufacturing solar cell
CN102498581A (en) Method for manufacturing wafers for solar cells under ambient pressure
JP3602323B2 (en) Solar cell manufacturing method
JP4652282B2 (en) Silicon substrate surface treatment method and solar cell manufacturing method
JP5295437B2 (en) Method for cleaning silicon substrate and method for manufacturing solar cell
JP2005340643A (en) Manufacturing method of semiconductor substrate for solar cell
JP2012054438A (en) Surface roughening method of silicon-based substrate, and device
JP2014192424A (en) Surface treatment method of solar cell substrate
JP2014212231A (en) Forming method of silicon substrate having porous surface
JP2009290013A (en) Method of manufacturing solar cell, and solar cell
CN108269884B (en) A kind of preparation method of Buddha's warrior attendant wire cutting polycrystalline silicon solar battery suede
CN108130599A (en) A kind of pre- etching method of Buddha's warrior attendant wire cutting polysilicon chip
US20140246092A1 (en) Silicon substrate and manufacturing method thereof
CN109037396A (en) A kind of preparation method of the black silicon of high minority carrier life time
JP2012169420A (en) Solar cell wafer manufacturing method, solar cell manufacturing method and solar cell module manufacturing method

Legal Events

Date Code Title Description
RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20141021

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20150312