改良的太阳能硅晶圆的制造方法以及太阳能硅晶圆

摘要

本发明公开了一种改良的太阳能硅晶圆的制造方法以及太阳能硅晶圆，是先移除太阳能硅晶棒的两重工区域以保留一常态区域，然后从太阳能硅晶棒的常态区域分割出太阳能硅晶圆，并经由加热至一反应温度之后持温一反应时间的退火处理后形成本发明的太阳能硅晶圆，本发明的制造方法可有效提升太阳能硅晶圆的硬度及增加抗折强度，减少后续制程中产生硅晶圆裂痕或硅晶圆破片的问题，以增加制程良率及降低生产成本；并且，通过本发明制造方法所制得的太阳能硅晶圆可提高其光电转换效率，达到产生效能更好的太阳能电池的目的。

权利要求

1.一种改良的太阳能硅晶圆的制造方法，其特征在于：按下述步骤进行：一、提供一太阳能硅晶棒；

二、移除该太阳能硅晶棒的两重工区域以保留一常态区域；

三、对该太阳能硅晶棒的该常态区域进行切片处理，以形成至少一个太阳能硅晶圆；

四、将该些太阳能硅晶圆放置于一高温设备中，并将该些太阳能硅晶圆进行退火处理：加热升温至一反应温度之后持温一反应时间，之后进行降温。

2.如权利要求1所述的改良的太阳能硅晶圆的制造方法，其特征在于：该太阳能硅晶棒为多晶硅晶棒，该太阳能硅晶圆为多晶硅晶圆。

3.如权利要求1所述的改良的太阳能硅晶圆的制造方法，其特征在于：该常态区域的定义为载子寿命高于一预定数值，该预定数值的范围介于2至5微秒之间。

4.如权利要求1所述的改良的太阳能硅晶圆的制造方法，其特征在于：该两重工区域分别位于该太阳能硅晶棒的两端。

5.如权利要求1所述的改良的太阳能硅晶圆的制造方法，其特征在于：该反应温度为大于330℃。

6.如权利要求1所述的改良的太阳能硅晶圆的制造方法，其特征在于：该反应时间为大于30分钟。

7.如权利要求1所述的改良的太阳能硅晶圆的制造方法，其特征在于：该加热升温过程中更包括通入纯的惰性气体于该高温设备内，该惰性气体的气体流量范围介于每分钟3至7升之间。

8.一种太阳能硅晶圆，其特征在于：其是由一太阳能硅晶棒的一常态区域分割出来，并经由加热至一反应温度之后持温一反应时间的退火处理所形成的该太阳能硅晶圆。

9.如权利要求8所述的太阳能硅晶圆，其特征在于：该反应温度为大于330℃。

10.如权利要求8所述的太阳能硅晶圆，其特征在于：该反应时间为大于30分钟。

说明书

改良的太阳能硅晶圆的制造方法以及太阳能硅晶圆

技术领域

[0001] 本发明有关于一种太阳能硅晶圆的制造方法以及太阳能硅晶圆，尤其是指一种可提高硬度及增加抗折强度的改良的太阳能硅晶圆的制造方法以及太阳能硅晶圆。

背景技术

[0002] 由于太阳能具有清洁、安全及环保的特性，因此最近成为产生电力的新兴能源。一般太阳能电池即为将太阳能转换成电能的装置，其是通过P型半导体与N型半导体结合形成P-N接面，当太阳光照射至P-N接面上时，由于太阳光的能量将使得半导体内生成电洞及电子。在P-N接面电场作用下，电洞向P型半导体漂移，电子向N型半导体漂移，因此可产生电流。

[0003] 太阳能电池广义上可划分为晶圆型太阳能电池以及薄膜型太阳能电池。而晶圆型太阳能电池系利用硅晶圆所制成，硅晶圆则是由单晶硅或多晶硅晶棒（Ingot）切割而成。在硅晶棒切割形成硅晶圆的过程，就决定所生产硅晶圆的数量，而且也会影响到太阳能电池后续制程的质量。由于硅晶圆与其所制造而成的太阳能电池均具有薄型化及易脆裂的特性，当外力超出硅晶圆的最大负载或是应力过度集中时就会造成硅晶圆裂痕或硅晶圆破片的问题，而导致生产制程的良率下降。尤其是破片问题对后续制程的太阳能电池（cell）厂有相当大的影响，由于硅晶圆产生破片之后就不能再使用，只能回收与重熔，将会提高其生产成本。因此，有效提高硅晶圆的硬度及抗折强度将成为重要的制程目标。

发明内容

[0004] 为了克服上述缺陷，本发明提供了一种改良的太阳能硅晶圆的制造方法以及太阳能硅晶圆，该改良的太阳能硅晶圆的制造方法以及太阳能硅晶圆可有效提高硅晶圆的硬度及抗折强度，以降低硅晶圆产生裂痕或破片的问题。

[0005] 本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0006] 本发明提供了一种改良的太阳能硅晶圆的制造方法，按下述步骤进行：

[0007] 一、提供一太阳能硅晶棒；

[0008] 二、移除该太阳能硅晶棒的两重工区域以保留一常态区域；

[0009] 三、对该太阳能硅晶棒的该常态区域进行切片处理，以形成至少一个太阳能硅晶圆；

[0010] 四、将该些太阳能硅晶圆放置于一高温设备中，并将该些太阳能硅晶圆进行退火处理：加热升温至一反应温度之后持温一反应时间，之后进行降温。

[0011] 进一步地说，该太阳能硅晶棒为多晶硅晶棒，该太阳能硅晶圆为多晶硅晶圆。

[0012] 进一步地说，该常态区域的定义为载子寿命高于一预定数值，该预定数值的范围介于2至5微秒之间。

[0013] 进一步地说，该两重工区域分别位于该太阳能硅晶棒的两端。

[0014] 进一步地说，该反应温度为大于330℃，该反应温度较佳的范围介于450至900℃之间。

[0015] 进一步地说，该反应时间为大于30分钟，该反应时间较佳的范围介于30至90分钟之间。

[0016] 进一步地说，该加热升温过程中更包括通入纯的惰性气体于该高温设备内，该惰性气体的气体流量范围介于每分钟3至7升之间。

[0017] 本发明还提供了一种太阳能硅晶圆，其是由一太阳能硅晶棒的一常态区域分割出来，并经由加热至一反应温度之后持温一反应时间的退火处理所形成的该太阳能硅晶圆。

[0018] 进一步地说，该反应温度为大于330℃，该反应温度较佳的范围介于450至900℃之间。

[0019] 进一步地说，该反应时间为大于30分钟，该反应时间较佳的范围介于30至90分钟之间。

[0020] 本发明的有益效果是：本发明的改良的太阳能硅晶圆的制造方法，是从太阳能硅晶棒的常态区域分割出太阳能硅晶圆，并经由加热至一反应温度之后持温一反应时间的退火处理后形成本发明的太阳能硅晶圆，本发明的制造方法可有效提升太阳能硅晶圆的硬度及增加抗折强度，减少后续制程中产生硅晶圆裂痕或硅晶圆破片的问题，以增加制程良率及降低生产成本；并且，通过本发明制造方法所制得的太阳能硅晶圆可提高其光电转换效率，达到产生效能更好的太阳能电池的目的。

附图说明

[0021] 图1为本发明的改良的太阳能硅晶圆的制造方法的流程图；

[0022] 图2为本发明的改良的太阳能硅晶圆的制造方法的太阳能硅晶棒移除重工区域前的示意图；

[0023] 图3为本发明的改良的太阳能硅晶圆的制造方法的太阳能硅晶棒其载子寿命分布的曲线图；

[0024] 图4为本发明的改良的太阳能硅晶圆的制造方法的太阳能硅晶棒移除重工区域后的示意图；

[0025] 图5为本发明的改良的太阳能硅晶圆的制造方法的太阳能硅晶棒进行切片以形成硅晶圆的示意图。

具体实施方式

[0026] 以下通过特定的具体实施例结合附图说明本发明的具体实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的优点及功效。本发明也可以其它不同的方式予以实施，即，在不悖离本发明所揭示的范畴下，能予不同的修饰与改变。

[0027] 实施例：本发明提供一种改良的太阳能硅晶圆的制造方法，如图1所示，按下述步骤进行：

[0028] 步骤一、提供一太阳能硅晶棒1，其中太阳能硅晶棒1可为多晶硅晶棒，然而太阳能硅晶棒1的种类不加以限定。

[0029] 请参考图2及图3所示，图2为本发明的改良的太阳能硅晶圆的制造方法的太阳能硅晶棒去除重工区域前的示意图，图3为本发明的改良的太阳能硅晶圆的制造方法的太阳能硅晶棒其载子寿命（Life-time）分布的曲线图。太阳能硅晶棒1整体包括一常态区域11及两重工区域（第一重工区域12，第二重工区域13），两重工区域（第一重工区域12，第二重工区域13）是分别位于太阳能硅晶棒1的两端，两重工区域（第一重工区域12，第二重工区域13）之间则为常态区域11。常态区域11的长度为第一长度L1，在本实施例中第一长度L1约为250毫米，然而第一长度L1的范围也可介于150至300毫米之间。位于太阳能硅晶棒1顶部的重工区域（第一重工区域12）的长度为第二长度L2，在本实施例中第二长度L2约为20毫米，第二长度L2的范围也可介于5至35毫米之间。位于太阳能硅晶棒1底部的重工区域（第二重工区域13）的长度为第三长度L3，在本实施例中第三长度L3约为40毫米，第三长度L3的范围也可介于20至60毫米之间。因此，第一长度L1是大于第二长度L2及第三长度L3的相加总合。

[0030] 其中，定义常态区域11及重工区域（第一重工区域12，第二重工区域13）的方式，如图2所示，常态区域11的定义为载子寿命高于预定数值及重工区域（第一重工区域12，第二重工区域13）的定义为载子寿命低于预定数值，该预定数值的范围介于2至5微秒之间，然而预定数值可依不同的需求而做调整，故预定数值不加以限制。

[0031] 步骤二、移除该太阳能硅晶棒1两侧的重工区域（第一重工区域12，第二重工区域13）以保留常态区域11。如图4所示，图4为本发明的改良的太阳能硅晶圆的制造方法的太阳能硅晶棒移除重工区域后的示意图。由于该些常态区域11进行切片之后所形成的太阳能硅晶圆20相较于重工区域（第一重工区域12，第二重工区域13）进行切片之后所形成的太阳能硅晶圆，会具有较好的芯片电性，以及较好的光电转换效率。因此，一般而言，太阳能硅晶棒1会移除特性较差的重工区域（第一重工区域12，第二重工区域13），并将重工区域（第一重工区域12，第二重工区域13）进行重工制程，而大部分特性较佳的常态区域11将进行后续切片的处理。

[0032] 步骤三、请参考图5所示，图5为本发明的改良的太阳能硅晶圆的制造方法的太阳能硅晶棒进行切片以形成硅晶圆的示意图。对太阳能硅晶棒的该常态区域11进行切片的处理，以形成多个太阳能硅晶圆20，其中太阳能硅晶圆20可为多晶硅晶圆，然而太阳能硅晶圆20的种类不加以限定。

[0033] 多晶硅晶棒进行切片的处理可采用内径锯或线锯（wire saw）等方式将多晶硅晶棒切割成多晶硅晶圆。而在切片步骤之前，更包括结晶定位，例如利用X-ray绕射、平行光束折射等方法来决定多晶硅晶棒在进行切片的正确位置。

[0034] 步骤四、将该些太阳能硅晶圆20放置于一高温设备（图未示）中，以进行加热升温，高温设备可为高温炉、退火炉或烤箱等，然而高温设备不加以限制。其中，该些太阳能硅晶圆20可通过承载装置（图未示）的承载，承载装置可为晶舟或晶圆搬运盒等，然而承载装置不加以限制，承载太阳能硅晶圆20的方式也不加以限制。

[0035] 之后，该些太阳能硅晶圆20进行退火处理，退火处理是通过高温设备的加热升温，使得太阳能硅晶圆20的温度升温至一反应温度，之后持温一反应时间。其中该反应温度为大于330℃，然而反应温度较佳的范围介于450至900℃之间，该反应时间为大于30分钟，然而该反应时间较佳的范围介于30至90分钟之间。

[0036] 在加热过程中更包括通入纯的惰性气体于高温设备内，惰性气体的气体流量范围介于每分钟3至7升之间，惰性气体可为氮气、氦气或氩气等，然而惰性气体的种类不以上述为限，惰性气体的气体流量也不以上述为限，并且惰性气体的浓度至少为99.9%以上，以达到充分保护太阳能硅晶圆20隔绝氧气的效果。

[0037] 最后，对该些太阳能硅晶圆20进行降温步骤，降温的过程可维持固定的降温速率，也可为非固定的降温速率。其中，降温步骤在本实施例中，可将太阳能硅晶圆20从高温设备内取出，并使用气冷或自然冷却的方式，以使该些太阳能硅晶圆20的温度冷却至室温。也可通过冷却设备辅助的方式进行降温，降温步骤不加以限制。

[0038] 本发明还提供一种太阳能硅晶圆20，其是通过上述的改良的太阳能硅晶圆的制造方法所制造而成，是由太阳能硅晶棒1的常态区域11所分割出来的太阳能硅晶圆20，再经过加热至一反应温度之后持温一反应时间的退火处理，所形成的太阳能硅晶圆20。其中，反应温度为大于330℃，反应温度较佳的范围介于450至900℃之间，反应时间为大于30分钟，反应时间较佳的范围介于30至90分钟之间。

[0039] 使用本发明的改良的太阳能硅晶圆的制造方法所制造而成的太阳能硅晶圆，其制程数据如下表一所示。

[0040] 表一：太阳能硅晶圆的抗折强度与温度关系的制程数据

[0041]温度 时间 抗折强度提升效率
330℃ 60分 19.2%
480℃ 60分 34.7%
880℃ 60分 59.1%

[0042] 由表一的制程数据可得知，在退火温度330℃即可使其抗折强度提升19.2%，退火温度480℃可使其抗折强度提升34.7%，退火温度880℃即可使其抗折强度提升59.1%。因此，从制程数据得知退火温度在330℃以上即可提升其抗折强度，退火温度至880℃可达到大幅提升其抗折强度的效果，一般而言，经由退火处理之后的太阳能硅晶圆即可使其抗折强度提升至少20%。

[0043] 除此之外，太阳能硅晶圆于退火处理之后，由于可改变太阳能硅晶圆的晶相，将使得导电载子更容易跨过晶界，进而有助于光电转换效率的提升。因此，如将太阳能硅晶圆进行退火处理将可得到如本发明的效果，亦即抗折强度提升至少20%以上以及提升光电转换效率，皆为本发明的功效。

[0044] 由于通过退火处理之后的太阳能硅晶圆，将可使得其抗折强度提升及增加硬度，进而使得太阳能硅晶圆的破片率下降。由数据统计而得知，原本太阳能硅晶圆的破片率约为1.0%至1.3%，经过退火处理之后将下降至小于1%。由于太阳能硅晶圆在产业上皆为大量制造的情况下，破片率下降至小于1%，将可有效降低生产成本，以及提高制程良率，达到更具竞争力的生产优势。

[0045] 综上所述，本发明具有下列诸项优点：

[0046] 1、本发明的改良的太阳能硅晶圆的制造方法，将可有效提升太阳能硅晶圆的硬度及增加抗折强度，减少后续制程中产生硅晶圆裂痕或硅晶圆破片的问题，以增加制程良率及降低生产成本，达到更具竞争力的生产优势。

[0047] 2、通过本发明的改良的太阳能硅晶圆的制造方法所制造而成的太阳能硅晶圆，可提高其光电转换效率，达到产生效能更好的太阳能电池的目的。

[0048] 上述实施例仅为例示性说明本发明原理及其功效，而非用于限制本发明。本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。