半導體基材表面結構與形成此表面結構之方法

专利摘要:
一種半導體基材表面結構與形成此表面結構之方法。在此形成半導體基材表面結構之方法中，首先提供網狀電極模板，其中此網狀電極模板包含複數條互相交錯之導線。接著，進行陽極氧化處理步驟，以利用網狀電極模板來於半導體基材之表面上形成複數條互相交錯之棒狀氧化物，其中這些棒狀氧化物係於半導體基材之表面上定義出複數個半導體區域。然後，對半導體基材之表面進行蝕刻，以於每一半導體區域中形成凹陷部。接著，移除棒狀氧化物，以於半導體基材之表面上形成互相交錯之溝槽部。此半導體基材表面結構包含上述之溝槽部以及凹陷部。
公开号:TW201301549A
申请号:TW100121072
申请日:2011-06-16
公开日:2013-01-01
发明作者:Liang-Pin Chen
申请人:Motech Ind Inc；
IPC主号:Y02E10-00

专利说明:
半導體基材表面結構與形成此表面結構之方法
本揭露是有關於一種半導體基材表面結構與形成此表面結構之方法，特別是有關於一種可實現太陽能電池之表面粗糙化的半導體基材表面結構與形成此表面結構之方法。
近年來，由於環境污染的問題越來越嚴重，很多國家開始開發新的綠色能源來減少環境污染的問題。太陽能電池可將太陽的光能轉為電能，且這種轉換不會產生任何污染性的物質，因此太陽能電池逐漸受到重視。
太陽能電池是利用半導體的光電效應直接吸收太陽光來發電。太陽能電池之發電原理是當太陽光照射在太陽能電池上時，太陽能電池會吸收太陽光能，而使太陽能電池之P型半導體與N型半導體分別產生電子與電洞，並使電子與電洞分離來形成電壓降，進而產生電流。
在太陽能電池的製造過程中，通常會對太陽能電池的半導體基板進行表面粗糙化步驟。表面粗糙化步驟係利用化學蝕刻液來將太陽電池表面蝕刻成金字塔狀或多角錐狀的顆粒形狀。粗糙化的表面可使得太陽能電池在接收太陽光的過程中，減少因光線反射而無法吸收的太陽光，如此即可增加太陽能電池的發電效率。
另言之，上述粗糙化步驟所形成之表面結構有所謂如金字塔形狀之結構以及呈凹入形式之倒金字塔結構，其中具有倒金字塔結構之太陽能電池最終所能產生之轉換效率係高於一般金字塔結構，故於本產業中係一有潛力之技術。
承上述，當習知太陽能電池的粗糙表面為倒金字塔型態時，其表面粗糙化步驟係在半導體基板上沉積出遮罩，然後利用此遮罩來於半導體基板上蝕刻出具有倒金字塔結構的表面，接著再將遮罩移除。在習知的表面粗糙化步驟中，遮罩的沉積和移除皆需花費不少的成本與時間，如此將使得太陽能電池的製造成本與製造時間增加。
本發明之一方面是在提供一種半導體基材表面結構與形成此表面結構之方法，透過此方法可製作出倒金字塔型態之表面結構，而且形成此表面結構之方法所耗費的成本與時間也比習知以曝光、顯影等製程製作倒金字塔結構的方法更低。
根據本發明之一實施例，此半導體基材表面結構包含複數個溝槽部以及複數個凹陷部。這些溝槽部係互相交錯設置於半導體基材之表面上，並定義出複數個半導體區域。凹陷部為倒金字塔狀，且一對一設置於這些半導體區域中。
根據本發明之一實施例，在形成上述半導體基材表面結構之方法中，首先提供網狀電極模板，其中此網狀電極模板包含複數條互相交錯之導線。接著，進行陽極氧化處理(anodic oxidation treatment)步驟，以利用網狀電極模板來於半導體基材之表面上形成複數條互相交錯之棒狀氧化物，其中這些棒狀氧化物係於半導體基材之表面上定義出複數個半導體區域。然後，對半導體基材之表面進行蝕刻，以於每一半導體區域中形成倒金字塔狀之凹陷部。接著，移除棒狀氧化物。
由以上說明可知，本發明實施例之形成半導體基材表面結構之方法利用了陽極氧化處理後進一步來形成倒金字塔結構，因此本發明實施例之形成半導體基材表面結構之方法較習知形成倒金字塔結構的技術更為簡便快速，且成本低廉。
請同時參照第1圖，其係繪示根據本發明實施例之形成半導體基材表面結構之方法100的流程示意圖。在形成半導體基材表面結構之方法100中，首先進行網狀電極模板提供步驟110，以提供網狀電極模板200，如第2a圖所示。第2a圖係繪示根據本發明實施例之網狀電極模板200的結構示意圖，網狀電極模板200包含複數條互相交錯之導線210，而這些導線210係構成複數個矩型的中空區域220。在本實施例中，導線210為金屬導線，但在本發明之其他實施例中，導線210亦可為非導電線材於外包覆有導電材料之形式。
在網狀電極模板提供步驟110之後，接著進行陽極氧化處理步驟120，以利用網狀電極模板200來對半導體基材300進行陽極氧化處理，如第2b圖所示。第2b圖係繪示網狀電極模板200以及經過陽極氧化處理後之半導體基材300的部份剖面結構示意圖。在陽極氧化處理步驟120中，網狀電極模板200被設置於半導體基材300上方，且網狀電極模板200被電性連接至電源400之陰極，半導體基材300被電性連接至電源400之陽極，如此即可在半導體基材300之表面上形成複數條互相交錯之棒狀氧化物310。
請參照第2c圖，其係繪示經過陽極氧化處理後之半導體基材300的上視圖。棒狀氧化物310係在半導體基材300之表面上互相交錯且藉此定義出複數個半導體區域320。伴半導體區域320的形狀係由網狀電極模板200之中空區域210的形狀來決定。在本實施例中，中空區域210為矩形區域因此半導體區域320也為矩形。在本發明之其他實施例中，中空區域210可設計為圓形區域，而半導體區域320也可因此變成圓形區域。
在陽極氧化處理步驟120後，接著進行蝕刻步驟130，以對半導體基材300的表面進行蝕刻，如第2d-2e圖所示。第2d圖係繪示經過蝕刻後之半導體基材300的上視圖，第2e圖係繪示沿著第2d圖之切線A-A’觀察而得之半導體基材300的部份剖面結構示意圖。由於棒狀氧化物310可抵抗蝕刻液體的侵蝕，因此未覆蓋氧化物的半導體區域320會被蝕刻液體侵蝕而形成凹陷部330。由於本實施例之半導體區域320為矩形區域，因此若由半導體基材300表面上方觀之，可看出凹陷部330為倒金字塔狀的結構。另外，在本發明之其他實施例中，當半導體區域320為圓形區域時，凹陷部330則為倒圓錐狀的結構。
另外，值得一提的是，本實施例之蝕刻步驟130係利用溼式蝕刻來進行，但本發明實施例並不受限於此。在本發明之其他實施例中，蝕刻步驟130可利用乾式蝕刻或電漿蝕刻來進行。
在蝕刻步驟130後，接著進行氧化物移除步驟140，以將棒狀氧化物310自半導體基材300的表面上移除，如第2f-2g圖所示。第2f圖係繪示經過氧化物移除步驟140後之半導體基材300的上視圖，第2g圖係繪示沿著第2f圖之切線B-B’觀察而得之半導體基材300的部份剖面結構示意圖。本實施例之氧化物移除步驟140係利用氫氟酸來完成，但本發明之實施例並不受限於此。當棒狀氧化物310自半導體基材300的表面上移除後，位於棒狀氧化物310下方的半導體基材表面會露出而形成互相交錯之溝槽部340，因此半導體基材300之表面結構將包含倒金字塔狀(或倒圓錐狀)的凹陷部330以及互相交錯之溝槽部340。其中，如此製作出之半導體基材300之表面結構將呈現週期性之陣列結構。由上述說明可知，本發明實施例之形成半導體基材表面結構之方法100係利用陽極氧化處理之方式後，進一步於半導體基材的表面上形成倒金字塔狀的結構。由於網狀電極模板200可重複利用，因此本發明實施例之形成半導體基材表面結構之方法100比起習知技術而言，只需較少的成本和製造時間即可完成太陽能電池的表面粗糙化步驟。再者，本發明實施例之半導體基材表面結構不但包含了倒金字塔狀的凹陷部330更包含了相互交錯的溝槽部340，當然，此溝槽部340之形狀除如第2g圖所示呈內凹之矩形外，於製作上，其亦可能呈內凹之圓弧或V形等其他形狀，而此類內凹圓弧或V形等形狀更有助於降低光線之反射效果，提昇光電轉換效率。換言之，本發明實施例之半導體基材之倒金字塔型態之表面結構除較習知之半導體基材表面之金字塔型態之結構具有更強的光導入性而可提昇電池效率外，本發明實施例於製作倒金字塔結構上所需的製造成本，也較習知以曝光、顯影等製程所製作之倒金字塔型態之費用與時間成本較為低廉。
請參照第3圖，其係繪示根據本發明實施例之網狀電極模板提供步驟110之流程示意圖。由上述說明可知，本發明實施例之形成半導體基材表面結構之方法100係利用陽極氧化處理之方式來於半導體基材的表面上形成倒金字塔狀的結構，因此本實施例將提供一種網狀電極模板的製造方法，以提供低成本與低製造時間的網狀電極模板。
在網狀電極模板提供步驟110中，首先進行導線提供步驟112，以提供線寬從約0.1微米(um)至約10微米的導線210。此種超細線材之製作可藉由習知技術來完成，如李少豪在超細線材成型技術，金屬工業，第3期第35卷第26-36之內容中所揭露的技術，但本發明之實施例並不受限於此。接著，進行編織步驟114，以將導線210編織成如第2a圖所繪示之網狀電極模板200，其中由交錯之導線210所構成的矩形(或為正方形)中空區域220具有約0.1微米至約100微米的邊長。
由上述說明可知，本實施例之網狀電極模板提供步驟110係利用編織的方式來提供本實施例形成半導體基材表面結構所需的網狀電極模板，如此本發明實施例之形成半導體基材表面結構之方法100的處理時間可更進一步地縮短。
請參照第4圖，其係繪示根據本發明實施例之網狀電極模板提供步驟510之流程示意圖。網狀電極模板提供步驟510係類似網狀電極模板提供步驟110，其皆用來提供形成半導體基材表面結構所需的網狀電極模板，但不同之處在於本實施例之網狀電極模板提供步驟510係利用沖壓的方式來提供網狀電極模板。
在網狀電極模板提供步驟510中，首先進行導線提供步驟512，以提供一塊導電基板。導電基板係由導電材質所製成，且其尺寸係根據半導體基材300之尺寸來設計。接著，進行沖壓步驟514來對導電基板進行沖壓成形，以製成如第2a圖所繪示之網狀電極模板200。在本實施例中，沖壓步驟514係於導電基板上沖壓出具有約0.1微米至約100微米邊長的矩型中空區域220，而使得存留的導線210具有從約0.1微米至約10微米的線寬。此種微米沖壓加工可藉由習知技術來完成，如翁豊在於中國機械工程學會第二十三屆學術研討會論文集所發表的奈米微電極製造技術，但本發明之實施例並不受限於此。
值得注意的是，雖然本實施例係於導電基板上沖壓出矩型的中空區域220，但本發明之實施例並不受限於此。在本發明其他實施例中，沖壓步驟係於導電基板上沖壓出圓型的中空區域220，如此即可在半導體基材300上形成倒圓錐狀的凹陷部。當然，除上述之沖壓技術外，亦可採用雷射、水刀等類似之技術為之。再者，上述之導電基板亦可採用電鑄之方式而製作出來。
雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100．．．形成半導體基材表面結構之方法
110．．．網狀電極模板提供步驟112導線提供步驟
114．．．編織步驟
120．．．陽極氧化處理步驟
130．．．蝕刻步驟
140．．．氧化物移除步驟
200．．．網狀電極模板
210．．．導線
220．．．中空區域
300．．．半導體基材
310．．．棒狀氧化物
320．．．半導體區域
330．．．凹陷部
340．．．溝槽部
400．．．電源
510．．．網狀電極模板提供步驟
512．．．導線提供步驟
514．．．沖壓步驟
A-A’．．．切線
B-B’．．．切線
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，上文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
第1圖係繪示根據本發明實施例之形成半導體基材表面結構之方法的流程示意圖。
第2a圖係繪示根據本發明實施例之網狀電極模板的結構示意圖。
第2b圖係繪示根據本發明實施例之網狀電極模板以及經過陽極氧化處理後之半導體基材的部份剖面結構示意圖。
第2c圖係繪示根據本發明實施例之經過陽極氧化處理後之半導體基材的上視圖。
第2d圖係繪示根據本發明實施例之經過蝕刻後之半導體基材的上視圖。
第2e圖係繪示沿著第2d圖之切線A-A’觀察而得之半導體基材的部份剖面結構示意圖。
第2f圖係繪示根據本發明實施例之經過氧化物移除步驟後之半導體基材的上視圖。
第2g圖係繪示沿著第2f圖之切線B-B’觀察而得之半導體基材的部份剖面結構示意圖。
第3圖係繪示根據本發明實施例之網狀電極模板提供步驟之流程示意圖。
第4圖係繪示根據本發明實施例之網狀電極模板提供步驟之流程示意圖。
100．．．形成半導體基材表面結構之方法
110．．．網狀電極模板提供步驟
120．．．陽極氧化處理步驟
130．．．蝕刻步驟
140．．．氧化物移除步驟

权利要求:
Claims (10)
[1] 一種形成半導體基材表面結構之方法，包含：提供一網狀電極模板，其中該網狀電極模板包含複數條互相交錯之導線；進行一陽極氧化處理(anodic oxidation treatment)步驟，以利用該網狀電極模板來於一半導體基材之一表面上形成複數條互相交錯之棒狀氧化物，其中該些棒狀氧化物係於該半導體基材之該表面上定義出複數個半導體區域；對該半導體基材之該表面進行蝕刻，以於每一該些半導體區域中形成一凹陷部；以及移除該些棒狀氧化物。
[2] 如申請專利範圍第1項所述之形成半導體基材表面結構之方法，其中該陽極氧化處理步驟包含：將該網狀電極模板設置於該半導體基材之該表面上方；將一電源之陽極電性連接至該半導體基材；以及將該電源之陰極電性連接至該網狀電極模板。
[3] 如申請專利範圍第1項所述之形成半導體基材表面結構之方法，其中對該半導體基材之該表面進行蝕刻之步驟係利用乾式蝕刻或溼式蝕刻來進行。
[4] 如申請專利範圍第1項所述之形成半導體基材表面結構之方法，其中提供該網狀電極模板之步驟包含：提供該些導線；以及交錯編織該些導線，以形成該網狀電極模板。
[5] 如申請專利範圍第1項所述之形成半導體基材表面結構之方法，其中提供該網狀電極模板之步驟包含：提供一導電基板；以及對該導電基板進行沖壓，以於該導電基板上形成該些互相交錯之導線。
[6] 一種半導體基材表面結構，包含：複數個溝槽部，互相交錯設置於該半導體基材之一表面，且定義出複數個半導體區域；以及複數個凹陷部，一對一設置於該些半導體區域中。
[7] 如申請專利範圍第6項所述之半導體基材表面結構，其中每一該些凹陷部為倒金字塔之結構。
[8] 如申請專利範圍第6項所述之半導體基材表面結構，其中每一該些凹陷部為倒圓錐之結構。
[9] 如申請專利範圍第6項所述之半導體基材表面結構，其中每一該些溝槽部具有實質為0.1微米至10微米之寬度。
[10] 如申請專利範圍第6項所述之半導體基材表面結構，其中每一該些半導體區域為矩形，且具有實質為0.1微米至100微米之邊長。

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公开号 | 公开日

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TWI437722B|2014-05-11|

引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2020-02-21| MM4A| Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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TW100121072A|TWI437722B|2011-06-16|2011-06-16|半導體基材表面結構與形成此表面結構之方法|TW100121072A| TWI437722B|2011-06-16|2011-06-16|半導體基材表面結構與形成此表面結構之方法|