用氧化钨对单晶硅表面进行钝化的方法技术

本发明专利技术公开了用氧化钨对单晶硅表面进行钝化的方法，清洗硅片，得到干净疏水的硅片表面，将其放在浓硝酸中生长一层不超过1nm的二氧化硅层，以隔绝硅片表面与外界的接触；再在硅片表面蒸镀一层氧化钨薄膜；然后在200‑250℃下于管式炉中用氮气进行退火。该方法通过蒸镀的方法将氧化钨粉末沉积在硅片表面，具有成膜方法简单、薄膜纯度和致密性高、膜结构和性能独特等优点。

Passivation of Monocrystalline Silicon Surface by Tungsten Oxide

【技术实现步骤摘要】
用氧化钨对单晶硅表面进行钝化的方法
本专利技术属于太阳能级硅片的制造
，特别涉及到单晶硅表面钝化问题，通过加入氧化钨(WO3)来实现硅片的有效钝化，从而提高少数载流子的寿命。
技术介绍
在硅片表面，晶体的周期性被破坏从而会产生悬挂键，使得晶体表面存在大量位于带隙中的缺陷能级；另外位错、化学残留物、表面金属的沉积都会引入缺陷能级。这些都使得硅片表面成为复合中心。表面复合速率对太阳电池的性能影响很大。有研究表明，当背面的复合速率从10cm/s分别上升到103cm/s和105cm/s时，200μm厚，扩散长度为1000μm的太阳电池的效率分别下降2％和4％。由此可见，表面钝化的重要性。当半导体材料的掺杂水平和载流子的注入水平一定时，减小态密度可以有效降低载流子的表面复合。态密度的减小也就是减少晶体硅表面的悬挂键数量。即通过某种方式将那些不饱和的悬挂键饱和。氢原子可以很好的实现这一目的。因为氢的最外层只有一个电子，所以它很容易与不饱和的悬挂键结合配对，从而钝化悬挂键。很多介质薄膜中富含有氢元素。如氮化硅、非晶硅薄膜等。这些氢元素在热处理过程中可以扩散到介质膜与晶体硅的界面，从而钝化晶体硅表面。目前通常采用等离子体增强化学气相沉积法(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition，PECVD)生长氮化硅钝化膜和非晶硅薄膜。这种方法基本温度低、沉积速率快、且成膜质量好。但是其设备投资大、成本高，对气体的纯度要求高，涂层过程中产生的剧烈噪音、强光辐射、有害气体、金属蒸汽粉尘等对人体有害，沉积之后产生的尾气不易处理。此外，将晶体硅在高温下氧化，使其表面通过非晶化形成二氧化硅薄膜的方法，也可以显著地降低晶体硅的表面态。这种薄膜是通过将晶体硅在氧气气氛中进行高温(～1000℃)氧化，在硅表面形成一层厚度为几十纳米的SiO2薄膜。由于SiO2薄膜的形成需要在高温下进行，这使得硅片很容易被污染。因为在高温下，一些杂质原子可以很容易的扩散到晶体硅内部，从而使硅片质量变差。此外，高温需要消耗更多的能量，而能量消耗会提升太阳电池的生产成本。所以，这种钝化方式在生产中没有被广泛采用。另外，一些特殊的化学溶液，由于其中含有一些物质的分子能与晶体硅表面发生物理、化学反应，从而减少表面悬挂键的数量，也可以有效地降低晶体硅的表面复合。目前，可以实现较好钝化效果的，并被广泛采用的化学钝化溶液是碘酒。但是，由于这种钝化方式是极不稳定的。所以，它不能应用于太阳电池工艺中，只是应用于某些测试之中。本专利技术是使用三氧化钨粉末作为膜料，用蒸镀的方法将其镀在晶体硅表面，形成一层氧化钨薄膜。蒸镀是使用较早、用途较广泛的气相沉积技术，具有成膜方法简单、薄膜纯度和致密性高、膜结构和性能独特等优点。为了获得更好的钝化效果，在蒸镀氧化钨之前，使用浓硝酸生长了一层薄的二氧化硅薄膜作为对比。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用氧化钨对单晶硅表面进行钝化的方法。为此，采用的技术方案是这样的：用氧化钨对单晶硅表面进行钝化的方法，其特征在于：清洗硅片，得到干净疏水的硅片表面，将其放在浓硝酸中生长一层不超过1nm的二氧化硅层，以隔绝硅片表面与外界的接触；再在硅片表面蒸镀一层氧化钨薄膜；然后在200-250℃下于管式炉中用氮气(N2)进行退火。硅片清洗后放于浓硝酸中生长一层薄的二氧化硅薄膜(～1nm)，测得的少子寿命为1.13μs。将长了一层二氧化硅薄膜的硅片蒸镀氧化钨，在表面形成一层～15nm厚的氧化钨薄膜，测得的少子寿命为43.57μs。再将镀有氧化钨薄膜的样品分别在100、150、200、250、300、400、500℃下用氮气退火，测得少子寿命分别为18.85μs、37.51μs、48.18μs、63.48μs、27.06μs、4.83μs、1.27μs。本专利技术的有益效果在于：该方法通过蒸镀的方法将氧化钨粉末沉积在硅片表面，具有成膜方法简单、薄膜纯度和致密性高、膜结构和性能独特等优点。使用氧化钨粉末作为新型的硅片表面钝化材料，它价格便宜，薄膜制作工艺简单，开拓了一种新的钝化方法，为硅片钝化工艺的发展做出了贡献。附图说明图1为无二氧化硅层的硅片在蒸镀氧化钨薄膜后，不同温度退火下的有效少子寿命分布图。A1是RCA清洗，A2是蒸镀氧化钨薄膜不退火，A3在100℃下退火，A4在150℃下退火，A5在200℃下退火，曲线A6在250℃下退火，A7在300℃下退火，A8在400℃下退火，A9在500℃下退火。图2为有二氧化硅层的硅片在蒸镀氧化钨薄膜后，不同温度退火下的有效少子寿命分布图。B1是仅有二氧化硅层，B2是蒸镀氧化钨薄膜不退火，B3在100℃下退火，B4在150℃下退火，B5在200℃下退火，B6在250℃下退火，B7在300℃下退火，B8在400℃下退火，B9在500℃下退火。具体实施方式本专利技术所用样品均为面积40mm*40mm，厚190μm的N<100>型单晶非抛光硅片，电阻率为1～5Ω·cm。以下将结合具体实施例，进一步阐述本专利技术的具体内涵。(一)无二氧化硅层：1.选取9片N<100>型单晶硅片为样品。2.对硅片统一进行去损伤层和RCA法清洗，每一步之间均用去离子水(DIW)超声清洗2min，具体步骤如下：1)丙酮超声清洗10min；2)无水乙醇超声清洗10min；3)配制浓度为25％的KOH溶液，80℃水浴加热20min；4)以(29％)NH4OH:(30％)H2O2:DIW＝1:1:5配制清洗溶液，80℃水浴加热10min；5)以(37％)HCl:(30％)H2O2:DIW＝1:1:5配制清洗溶液，80℃水浴加热10min；6)浸泡于1％HF溶液中180s；7)氮气吹干放于自然密封袋中；取出一片测其少子寿命，该样品记为A1。8)剩下的八片样品放入手套箱中蒸镀氧化钨粉末，速率厚度15nm，基片温度80℃。取出一片测其少子寿命，记为A2。3.剩下的七片样品分别放于管式炉中，在100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、400℃、500℃下用氮气退火。测其少子寿命，分别记为A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9。(二)有二氧化硅层：1.选取9片N<100>型单晶硅片为样品。2.对硅片统一进行去损伤层和RCA法清洗，每一步之间均用DIW超声清洗2min，具体步骤如下：1)丙酮超声清洗10min；2)无水乙醇超声清洗10min；3)配制浓度为25％的KOH溶液，80℃水浴加热20min；4)以(29％)NH4OH:(30％)H2O2:DIW＝1:1:5配制清洗溶液，80℃水浴加热10min；5)以(37％)HCl:(30％)H2O2:DIW＝1:1:5配制清洗溶液，80℃水浴加热10min；6)浸泡于1％HF溶液中180s；7)样品浸泡于68％的HNO3中，121℃油浴加热10min；8)氮气吹干。取出一片测其少子寿命，记为B1。9)剩下的八片样品放入手套箱中蒸镀氧化钨粉末，速率厚度15nm，基片温度80℃。取出一片测其少子寿命，记为B2。3.剩下的七片样品分别放于管式炉中，在100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、400℃、500℃下用氮气退火。测其少子寿命，分别记为B3、B4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用氧化钨对单晶硅表面进行钝化的方法，其特征在于：清洗硅片，得到干净疏水的硅片表面，将其放在浓硝酸中生长一层不超过1nm的二氧化硅层，以隔绝硅片表面与外界的接触；再在硅片表面蒸镀一层氧化钨薄膜；然后在200‑250℃下于管式炉中用氮气N2进行退火。

【技术特征摘要】
1.用氧化钨对单晶硅表面进行钝化的方法，其特征在于：清洗硅片，得到干净疏水的硅片表面，将其放在浓硝酸中生长一层不超过1nm的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄仕华，芮哲，陆肖励，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33