专利名称：清洁硅基底的表面的方法
清洁硅基底的表面的方法本发明涉及一种清洁用于异质结(heterojunction)太阳能电池制造的娃基底的表面的方法。结晶硅太阳能电池由于它们的高效率被广泛应用在光伏产业中。甚至对于由非常薄的硅晶片( IOOiim(微米))制得的太阳能电池，异质结太阳能电池可被使用以得到高效率(> 22% )。已知的是在使具有结构化表面的步骤之后，硅基底经过湿化学蚀刻工艺来清洁硅基底的表面，即，来移除在基底表面上自然形成的二氧化硅(SiO2)层。从文献Katrn Reinhardt 和 Werner Kern, “Handbook of Semiconductor Wafer Cleaning Technology，，第2版(2007)中，湿化学法是已知的。湿化学清洁方法需要使用诸如那些基于例如氢氟酸(HF)和去离子水的溶液。然而在那些湿法中使用的相对大量的去离子水和化学物质代表了主要的污染源和导致高制造成本。因此，本发明的目标是提供一种使用能够避免使用污染液体化学物质和减少制造成本的干法技术清洁硅基底的表面的方法。为了此目的，本发明提供了一种清洁硅基底的表面的方法，所述的表面最初为二
氧化硅层所覆盖。根据本发明，所述方法包含以下步骤a)在反应室中将所述表面暴露于由氟化气体产生的射频等离子体下，导致二氧化硅层剥离，并且使氟化元素被吸附到硅基底的表面上，所述的暴露在60s (秒)到900s的范围的时间内进行，由等离子体产生的功率密度在10mW/cm2 (毫瓦每平方厘米)到350mW/cm2范围内，在反应室中的氟化气体的压力为IOmTorr [毫托]到200mTorr，硅基底的温度为300°C或更低；以及b)在反应室中将所述包括氟化元素的表面暴露于氢射频等离子体下，以从基底的表面消除氟化元素，所述的暴露在5S (秒)到120s的范围的时间内进行，由等离子体产生的功率密度在10mW/cm2到350mW/cm2范围内，在反应室中的氢的压力为IOmTorr [毫托]到ITorr，硅基底的温度为300°C或更低。在各种可能的实施方案中，本发明还提供以下可单独或者以任何它们的技术上可行的组合考虑的特征，每一个提供专门的优势-在步骤a)和b)中，射频等离子体的功率是10W[瓦特];-在步骤a)中，使用的氟化气体是SiF4气体；-在步骤a)中，反应室中SiF4的压力是30mTorr;和-步骤a)进行380s的时间；-在步骤a)和b)中，硅基底的表面的温度是150°C;-步骤b)的持续时间是30s，反应室中氢的压力是500mTorr；-反应室是等离子体增强化学气相沉积反应器的室。因此，本发明提供了一种使用能够避免使用污染液体化学物质和减少制造成本的干法技术清洁硅基底的表面的方法。另外，用本发明的方法得到基底的电光性质接近于用现有技术的湿法技术得到的那些。所述方法还可以被用于实施在包含多个反应室(用于形成结构，蚀刻，沉积)的簇中的太阳能电池的制造的主要步骤。不同的真空室相互连通，因此避免外部污染物对基底的污染。以下根据附图
详细描述本发明，在其中-图I表示对于在步骤a)中使用的不同SiF4/H2之比的E2值；
-图2表示在步骤a)中作为暴露于SiF4等离子体的时间的函数E2的幅度。在本发明的一个实施方案中，清洁最初为原生的(native) 二氧化硅层所覆盖的硅基底的表面的方法包括在反应室中将表面暴露于由氟化气体产生的射频等离子体的步骤a)，通过气相蚀刻(干法技术)导致二氧化硅层剥离。将氟化气体注入到等离子体增强化学气相沉积反应器(PECVD)的反应室中。等离子体被包含氟基元素(分子、原子、离子)的射频电压(RF)激发。该步骤a)在从60s到900s范围的时间内进行。等离子体的功率是在IW到30W，相应的功率密度在10mW/cm2到350mW/cm2范围内。氟化气体的压力为IOmTorr [毫托]至Ij200mTorro氟化(或者氟基)气体优选是SiF4气体。其他可以使用的氟化气体是例如SF6。该步骤a)包含在硅基底的表面上固定或者吸收氟化元素，导致表面缺陷，特别是断裂的Si键。清洁娃基底的表面的方法还包括将包含氟化兀素的娃基底的表面暴露于氢射频等离子体以从硅基底的表面上移除氟化元素的步骤b)。在步骤a)和b)中得到的等离子体是低温等离子体(300°C或更低的温度)。该步骤b)在5s到120s范围的时间内进行，并等离子体功率在IW到30W的范围内(功率密度在10mW/cm2到350mW/cm2范围内)。氢压力是在IOmTorr到ITorr范围内。步骤a)和b)在操作在13. 56MHz [兆赫]的频率下的传统的等离子体增强化学气相沉积反应器(PECVD)中进行。在步骤a)和b)中，硅基底的温度是300 V或更低。本发明的清洁方法可被用于任何类型的硅基底，例如，单晶(C-Si)或者多晶，P-或n-掺杂的，和具有取向〈100〉、<110>或〈111〉，例如具有在0. 5 Q . cm[欧姆-厘米]到30 cm范围内的电阻率。娃基底的假-介电常数(Im[ e ])的假想部分(imaginary portion)可以在I. 5eV(电子伏特)到4. 5eV的能量范围内通过UV-可见光椭圆光度法(ellipsometry)来测量。E2表示在4. 2eV的Im[ e ]值(Im[ e ]峰)。E2的幅度(amplitude)与硅基底的表面质量和基底表面上SiO2存在有关。图I表示，对于不同的SiF4/H2之比，暴露于RF等离子体中5分钟后的E2的值I。
横轴2表示SiF4/H2之比，并且纵轴3表示E2的幅度。
随着SiF4/H2之比，E2的幅度增加到对于纯的SiF4等离子体的最大值4。这些结果表明，在步骤a)中，与基于SiF4/H2混合物的等离子体相比，使用纯的SiF4等离子体在蚀刻原生SiO2方面是更加有效的。图2表示作为暴露于SiF4等离子体的时间6的函数的E2的幅度5，对于4种不同的基底和两种基底温度，1500C (曲线7)，和200°C (曲线8)。图A对应于具有在14 Q . cm到22 Q . cm范围内的电导率的p_掺杂基底CZ〈100>。图B对应于具有在5 Q . cm到10 Q . cm范围内的电导率的p_掺杂基底FZ〈100>。图C对应于具有在I Q . cm到5 Q . cm范围内的电导率的n_掺杂基底FZ〈100>。 图D对应于具有在I Q . cm到5 Q . cm范围内的电导率的n_掺杂基底FZ〈111>。等离子体的功率是IOW ;反应室中的压力是30mTorr, SiF4流率是100sccm[标准立方厘米每分钟]。一般来说，对于所有的基底，在开始暴露于等离子体时，E2的幅度降低。在这个阶段，在从硅基底的表面上干法蚀刻SiO2期间，等离子体产生粗糙。在较长的等离子体暴露期后，由于SiO2完全剥离，E2的幅度增加到最大9。对于更长等离子体暴露时间，由于通过用SiF4等离子体蚀刻硅产生的基底表面的粗糙，E2的幅度降低。E2的幅度达到最大需要的时间取决于基底的温度。在200°C，对于4种基底类型，优选的蚀刻时间是约300s，当温度在150°C时，优选的蚀刻时间是约380s。当SiO2在2001的基底温度下被等离子体蚀刻时，该E2的幅度大于对应于用150 0C的基底温度实施蚀刻的，这暗示着更好的基底质量。然而，清洁的基底的高E2值不一定暗示着表面的电子性质适用于太阳能电池。为了优化清洁方法，在使用SiH4等离子体使基底的表面钝化的步骤后表征硅基底是必要的。这个钝化步骤通过用a_Si:H硅的层覆盖基底的表面来实现。不同处理方法已经在用于暴露至SiF4等离子体的步骤a)和a_Si:H沉积之间被用于结晶娃基底。这些研究在表I中概述。使用具有在I Q. cm到5 Q. cm范围内的电导率和280 iim的厚度的FZ〈100>n-型掺杂基底。在消除原生SiO2后，然后使用纯SiH4等离子体将40纳米的a-Si:H层沉积在基底的两面上，而不破坏反应室中的真空。以下表I中的研究用于定义优化用于有效清洁所述硅基底的处理条件。
权利要求
1.一种清洁硅基底的表面的方法，所述的表面被二氧化硅层覆盖；其特征在于，所述方法包含以下步骤 a)在反应室中将所述表面暴露于由氟化气体产生的射频等离子体下，导致二氧化硅层的剥离，并且使氟化元素被吸附到硅基底的表面上，所述的暴露在60s到900s的范围的时间内进行，由等离子体产生的功率密度在lOmW/cm2到350mW/cm2的范围内，在反应室中的氟化气体的压力为IOmTorr到200mTorr，硅基底的温度为300°C或更低；以及 b)在所述反应室中将包括氟化元素的所述表面暴露于氢射频等离子体下，以从基底的表面消除氟化元素，所述暴露在5s到120s的范围的时间内进行，由等离子体产生的功率密度在10mW/cm2到350mW/cm2的范围内，反应室中氢的压力在IOmTorr到ITorr,娃基底的温度为300°C或更低。
2.根据权利要求I所述的清洁硅基底的表面的方法，其特征，在于在步骤a)和步骤b)中，射频等离子体的功率是10W。
3.根据权利要求I或2所述的清洁硅基底的表面的方法，其特征，在于在步骤a)中，使用的氟化气体是SiF4气体。
4.根据权利要求I到3中任一项所述的清洁硅基底的表面的方法，其特征在于，在步骤a)中，在反应室中SiF4气体的压力是30mTorr。
5.根据权利要求I到4中任一项所述的清洁硅基底的表面的方法，其特征在于，步骤a)进行380s的时间。
6.根据权利要求I到5中任一项所述的清洁硅基底的表面的方法，其特征在于，在步骤a)和步骤b)中，硅基底的温度是150°C。
7.根据权利要求I到6中任一项所述的清洁硅基底的表面的方法，其特征在于，步骤b)的时间是30s，在反应室中的氢压力是500mTorr0
8.根据权利要求I到7中任一项所述的清洁硅基底的表面的方法，其特征在于，反应室是等离子体增强化学气相沉积反应器的室。
全文摘要
本发明提供了一种清洁硅基底的表面的方法，所述的表面最初用二氧化硅层覆盖。该方法包含以下步骤a)在反应室中将所述表面暴露于由氟化气体产生的射频等离子体下，导致二氧化硅层剥离，并且使氟化元素被吸附到硅基底的表面上，所述的暴露进行在60s到900s的范围内的时间，由等离子体产生的功率密度在10mW/cm2到350mW/cm2范围内，在反应室中的氟化气体的压力在10mTorr到200mTorr，硅基底的温度在300℃或更低；以及b)在反应室中将所述包括氟化元素的表面暴露于氢射频等离子体下，以从基底的表面消除氟化元素，所述的暴露进行在5s到120s的范围内的时间，由等离子体产生的功率密度在10mW/cm2到350mW/cm2范围内，在反应室中的氢的压力在10mTorr到1Torr，硅基底的温度在300℃或更低。
文档编号C30B33/12GK102648533SQ201080047800
公开日2012年8月22日 申请日期2010年8月23日 优先权日2009年8月24日
发明者M·莫雷诺, P·罗卡伊卡瓦鲁卡斯 申请人:科学研究国家中心, 综合工科学校