半导体基材表面结构与形成此表面结构的方法

摘要

本发明涉及一种半导体基材表面结构与形成此表面结构的方法。在此形成半导体基材表面结构的方法中，首先提供网状电极模板，其中此网状电极模板包含多条互相交错的导线。接着，进行阳极氧化处理步骤，以利用网状电极模板来于半导体基材的表面上形成多条互相交错的棒状氧化物，其中这些棒状氧化物是于半导体基材的表面上定义出多个半导体区域。然后，对半导体基材的表面进行蚀刻，以于每一半导体区域中形成凹陷部。接着，移除棒状氧化物，以于半导体基材的表面上形成互相交错的沟槽部。此半导体基材表面结构包含上述的沟槽部以及凹陷部。

说明书

技术领域

本发明是有关于一种半导体基材表面结构与形成此表面结构的方法，特别是有关于一种可实现太阳能电池的表面粗糙化的半导体基材表面结构与形成此表面结构的方法。

背景技术

近年来，由于环境污染的问题越来越严重，很多国家开始开发新的绿色能源来减少环境污染的问题。太阳能电池可将太阳的光能转为电能，且这种转换不会产生任何污染性的物质，因此太阳能电池逐渐受到重视。

太阳能电池是利用半导体的光电效应直接吸收太阳光来发电。太阳能电池的发电原理是当太阳光照射在太阳能电池上时，太阳能电池会吸收太阳光能，而使太阳能电池的P型半导体与N型半导体分别产生电子与空穴，并使电子与空穴分离来形成电压降，进而产生电流。

在太阳能电池的制造过程中，通常会对太阳能电池的半导体基板进行表面粗糙化步骤。表面粗糙化步骤是利用化学蚀刻液来将太阳电池表面蚀刻成金字塔状或多角锥状的颗粒形状。粗糙化的表面可使得太阳能电池在接收太阳光的过程中，减少因光线反射而无法吸收的太阳光，如此即可增加太阳能电池的发电效率。

另言之，上述粗糙化步骤所形成的表面结构有所谓如金字塔形状的结构以及呈凹入形式的倒金字塔结构，其中具有倒金字塔结构的太阳能电池最终所能产生的转换效率高于一般金字塔结构，故于本产业中是一有潜力的技术。

承上述，当已知太阳能电池的粗糙表面为倒金字塔型态时，其表面粗糙化步骤是在半导体基板上沉积出屏蔽，然后利用此屏蔽来于半导体基板上蚀刻出具有倒金字塔结构的表面，接着再将屏蔽移除。在已知的表面粗糙化步骤中，屏蔽的沉积和移除皆需花费不少的成本与时间，如此将使得太阳能电池的制造成本与制造时间增加。

发明内容

本发明的一方面是在提供一种半导体基材表面结构与形成此表面结构的方法，透过此方法可制作出倒金字塔型态的表面结构，而且形成此表面结构的方法所耗费的成本与时间也比已知以曝光、显影等制程制作倒金字塔结构的方法更低。

根据本发明的一实施例，此半导体基材表面结构包含多个沟槽部以及多个凹陷部。这些沟槽部是互相交错设置于半导体基材的表面上，并定义出多个半导体区域。凹陷部为倒金字塔状，且一对一设置于这些半导体区域中。

根据本发明的一实施例，在形成上述半导体基材表面结构的方法中，首先提供网状电极模板，其中此网状电极模板包含多条互相交错的导线。接着，进行阳极氧化处理(anodic oxidation treatment)步骤，以利用网状电极模板来于半导体基材的表面上形成多条互相交错的棒状氧化物，其中这些棒状氧化物是于半导体基材的表面上定义出多个半导体区域。然后，对半导体基材的表面进行蚀刻，以于每一半导体区域中形成倒金字塔状的凹陷部。接着，移除棒状氧化物。

由以上说明可知，本发明实施例的形成半导体基材表面结构的方法利用了阳极氧化处理后进一步来形成倒金字塔结构，因此本发明实施例的形成半导体基材表面结构的方法较已知形成倒金字塔结构的技术更为简便快速，且成本低廉。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，上文特举数个较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：

图1是绘示根据本发明实施例的形成半导体基材表面结构的方法的流程示意图；

图2a是绘示根据本发明实施例的网状电极模板的结构示意图；

图2b是绘示根据本发明实施例的网状电极模板以及经过阳极氧化处理后的半导体基材的部分剖面结构示意图；

图2c是绘示根据本发明实施例的经过阳极氧化处理后的半导体基材的上视图；

图2d是绘示根据本发明实施例的经过蚀刻后的半导体基材的上视图；

图2e是绘示沿着图2d的切线A-A’观察而得的半导体基材的部分剖面结构示意图；

图2f是绘示根据本发明实施例的经过氧化物移除步骤后的半导体基材的上视图；

图2g是绘示沿着图2f的切线B-B’观察而得的半导体基材的部分剖面结构示意图；

图3是绘示根据本发明实施例的网状电极模板提供步骤的流程示意图；

图4是绘示根据本发明实施例的网状电极模板提供步骤的流程示意图。

【主要组件符号说明】

具体实施方式

请同时参照图1，其是绘示根据本发明实施例的形成半导体基材表面结构的方法100的流程示意图。在形成半导体基材表面结构的方法100中，首先进行网状电极模板提供步骤110，以提供网状电极模板200，如图2a所示。图2a是绘示根据本发明实施例的网状电极模板200的结构示意图，网状电极模板200包含多条互相交错的导线210，而这些导线210是构成多个矩型的中空区域220。在本实施例中，导线210为金属导线，但在本发明的其它实施例中，导线210亦可为非导电线材于外包覆有导电材料的形式。

在网状电极模板提供步骤110之后，接着进行阳极氧化处理步骤120，以利用网状电极模板200来对半导体基材300进行阳极氧化处理，如图2b所示。图2b是绘示网状电极模板200以及经过阳极氧化处理后的半导体基材300的部分剖面结构示意图。在阳极氧化处理步骤120中，网状电极模板200被设置于半导体基材300上方，且网状电极模板200被电性连接至电源400的阴极，半导体基材300被电性连接至电源400的阳极，如此即可在半导体基材300的表面上形成多条互相交错的棒状氧化物310。

请参照图2c，其是绘示经过阳极氧化处理后的半导体基材300的上视图。棒状氧化物310是在半导体基材300的表面上互相交错且借此定义出多个半导体区域320。伴半导体区域320的形状是由网状电极模板200的中空区域210的形状来决定。在本实施例中，中空区域210为矩形区域因此半导体区域320也为矩形。在本发明的其它实施例中，中空区域210可设计为圆形区域，而半导体区域320也可因此变成圆形区域。

在阳极氧化处理步骤120后，接着进行蚀刻步骤130，以对半导体基材300的表面进行蚀刻，如第2d-2e图所示。图2d是绘示经过蚀刻后的半导体基材300的上视图，图2e是绘示沿着图2d的切线A-A’观察而得的半导体基材300的部分剖面结构示意图。由于棒状氧化物310可抵抗蚀刻液体的侵蚀，因此未覆盖氧化物的半导体区域320会被蚀刻液体侵蚀而形成凹陷部330。由于本实施例的半导体区域320为矩形区域，因此若由半导体基材300表面上方观之，可看出凹陷部330为倒金字塔状的结构。另外，在本发明的其它实施例中，当半导体区域320为圆形区域时，凹陷部330则为倒圆锥状的结构。

另外，值得一提的是，本实施例的蚀刻步骤130是利用湿式蚀刻来进行，但本发明实施例并不受限于此。在本发明的其它实施例中，蚀刻步骤130可利用干式蚀刻或等离子蚀刻来进行。

在蚀刻步骤130后，接着进行氧化物移除步骤140，以将棒状氧化物310自半导体基材300的表面上移除，如图2f-2g所示。图2f是绘示经过氧化物移除步骤140后的半导体基材300的上视图，图2g是绘示沿着图2f的切线B-B’观察而得的半导体基材300的部分剖面结构示意图。本实施例的氧化物移除步骤140是利用氢氟酸来完成，但本发明的实施例并不受限于此。当棒状氧化物310自半导体基材300的表面上移除后，位于棒状氧化物310下方的半导体基材表面会露出而形成互相交错的沟槽部340，因此半导体基材300的表面结构将包含倒金字塔状(或倒圆锥状)的凹陷部330以及互相交错的沟槽部340。其中，如此制作出的半导体基材300的表面结构将呈现周期性的阵列结构。由上述说明可知，本发明实施例的形成半导体基材表面结构的方法100是利用阳极氧化处理的方式后，进一步于半导体基材的表面上形成倒金字塔状的结构。由于网状电极模板200可重复利用，因此本发明实施例的形成半导体基材表面结构的方法100比起已知技术而言，只需较少的成本和制造时间即可完成太阳能电池的表面粗糙化步骤。再者，本发明实施例的半导体基材表面结构不但包含了倒金字塔状的凹陷部330更包含了相互交错的沟槽部340，当然，此沟槽部340的形状除如图2g所示呈内凹的矩形外，于制作上，其亦可能呈内凹的圆弧或V形等其它形状，而此类内凹圆弧或V形等形状更有助于降低光线的反射效果，提升光电转换效率。换言之，本发明实施例的半导体基材的倒金字塔型态的表面结构除较已知的半导体基材表面的金字塔型态的结构具有更强的光导入性而可提升电池效率外，本发明实施例于制作倒金字塔结构上所需的制造成本，也较已知以曝光、显影等制程所制作的倒金字塔型态的费用与时间成本较为低廉。

请参照图3，其是绘示根据本发明实施例的网状电极模板提供步骤110的流程示意图。由上述说明可知，本发明实施例的形成半导体基材表面结构的方法100是利用阳极氧化处理的方式来于半导体基材的表面上形成倒金字塔状的结构，因此本实施例将提供一种网状电极模板的制造方法，以提供低成本与低制造时间的网状电极模板。

在网状电极模板提供步骤110中，首先进行导线提供步骤112，以提供线宽从约0.1微米(um)至约10微米的导线210。此种超细线材的制作可通过已知技术来完成，如李少豪在超细线材成型技术，金属工业，第3期第35卷第26-36的内容中所揭露的技术，但本发明的实施例并不受限于此。接着，进行编织步骤114，以将导线210编织成如图2a所绘示的网状电极模板200，其中由交错的导线210所构成的矩形(或为正方形)中空区域220具有约0.1微米至约100微米的边长。

由上述说明可知，本实施例的网状电极模板提供步骤110是利用编织的方式来提供本实施例形成半导体基材表面结构所需的网状电极模板，如此本发明实施例的形成半导体基材表面结构的方法100的处理时间可更进一步地缩短。

请参照图4，其是绘示根据本发明实施例的网状电极模板提供步骤510的流程示意图。网状电极模板提供步骤510是类似网状电极模板提供步骤110，其皆用来提供形成半导体基材表面结构所需的网状电极模板，但不同之处在于本实施例的网状电极模板提供步骤510是利用冲压的方式来提供网状电极模板。

在网状电极模板提供步骤510中，首先进行导线提供步骤512，以提供一块导电基板。导电基板是由导电材质所制成，且其尺寸是根据半导体基材300的尺寸来设计。接着，进行冲压步骤514来对导电基板进行冲压成形，以制成如图2a所绘示的网状电极模板200。在本实施例中，冲压步骤514是于导电基板上冲压出具有约0.1微米至约100微米边长的矩型中空区域220，而使得存留的导线210具有从约0.1微米至约10微米的线宽。此种微米冲压加工可通过已知技术来完成，如翁豊在于中国机械工程学会第二十三届学术研讨会论文集所发表的纳米微电极制造技术，但本发明的实施例并不受限于此。

值得注意的是，虽然本实施例是于导电基板上冲压出矩型的中空区域220，但本发明的实施例并不受限于此。在本发明其它实施例中，冲压步骤是于导电基板上冲压出圆型的中空区域220，如此即可在半导体基材300上形成倒圆锥状的凹陷部。当然，除上述的冲压技术外，亦可采用激光、水刀等类似的技术为之。再者，上述的导电基板亦可采用电铸的方式而制作出来。

虽然本发明已以数个实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，在本发明所属技术领域中任何具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。