多晶硅晶面指數(shù)的檢測(cè)方法和檢測(cè)裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種多晶硅晶面指數(shù)的檢測(cè)方法和檢測(cè)裝置，所述檢測(cè)方法包括下列步驟：1)利用表面形貌分析技術(shù)獲得經(jīng)各向異性制絨后的多晶硅表面的凹坑的形貌；2)確定所述凹坑的形貌的截面圖；3)根據(jù)所述截面圖確定所述多晶硅表面的晶面指數(shù)。本發(fā)明的檢測(cè)方法對(duì)晶粒的尺寸并沒(méi)有限制，檢測(cè)的成本低，可根據(jù)凹坑的形狀直觀地、準(zhǔn)確地獲得晶面指數(shù)，檢測(cè)速度快、效率高。
【專利說(shuō)明】
多晶硅晶面指數(shù)的檢測(cè)方法和檢測(cè)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體涉及硅片晶面指數(shù)的檢測(cè)方法和檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，利用太陽(yáng)能發(fā)電具有許多優(yōu)點(diǎn)。要使得太陽(yáng)能電池具有較大的市場(chǎng)，并 被廣大消費(fèi)者所接受，除了提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率外，降低成本也是目前追求的 一個(gè)目標(biāo)。
[0003] 從目前的市場(chǎng)份額來(lái)看，多晶硅一直占有大部分的太陽(yáng)能電池市場(chǎng)份額，且在可 預(yù)見(jiàn)的未來(lái)內(nèi)仍然保持著領(lǐng)先的地位。主要原因是:通過(guò)澆鑄法和直接凝固法可獲得大體 積的方形多晶硅，多晶硅片成本低，雖然多晶硅太陽(yáng)能電池的效率低于單晶硅，但是綜合考 慮成本與電池組件的發(fā)電量，多晶硅太陽(yáng)能電池是市場(chǎng)的主要選擇主體。多晶硅上的不同 晶面結(jié)構(gòu)具有不同的表面復(fù)合速率，因此多晶硅片上的晶粒的晶向會(huì)影響太陽(yáng)能電池的性 能參數(shù)。對(duì)多晶娃片晶向的準(zhǔn)確檢測(cè)，有利于選擇并優(yōu)化多晶娃的鑄徒工藝和評(píng)估多晶娃 的質(zhì)量，從而促進(jìn)多晶硅電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
[0004] 目前采用X射線衍射技術(shù)和電子背散射衍射分析技術(shù)測(cè)量晶粒的晶向。X射線衍射 技術(shù)的束斑直徑為毫米量級(jí)，因此X射線衍射技術(shù)無(wú)法測(cè)量微米量級(jí)晶粒的晶向，只能夠?qū)?大的晶粒進(jìn)行測(cè)量，另外也無(wú)法測(cè)量具體晶向所在的位置。電子背散射衍射分析技術(shù)可以 測(cè)量微米量級(jí)晶粒的晶向，但是儀器的成本太高，精度卻比X射線要低。
[0005] 因此，目前需要一種低成本、高效的晶面指數(shù)檢測(cè)技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種多晶硅晶面指數(shù) 的檢測(cè)方法，包括下列步驟：
[0007] 1)利用表面形貌分析技術(shù)獲得經(jīng)各向異性制絨后的多晶硅表面的凹坑的形貌；
[0008] 2)確定所述凹坑的形貌的截面圖；
[0009] 3)根據(jù)所述截面圖確定所述多晶硅表面的晶面指數(shù)。
[0010]優(yōu)選的，在所述步驟2)中，沿所述凹坑的邊緣用多條直線依次連接形成多邊形。 [0011]優(yōu)選的，沿著所述凹坑中的每一條棱畫出一條直線。
[0012] 優(yōu)選的，在所述步驟3)中，計(jì)算所述截面圖中相交的兩條邊的夾角，和/或相交的 兩條棱的夾角，和/或相交的棱與邊之間的夾角。
[0013] 優(yōu)選的，在所述步驟1)中，所述凹坑的側(cè)面屬于所述多晶硅的{111}晶面族。
[0014] 本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種多晶硅晶面指數(shù)的檢測(cè)裝置，包括：
[0015] 表面形貌分析裝置，其用于獲得經(jīng)各向異性制絨后的多晶硅表面的凹坑的形貌；
[0016] 截面圖繪制裝置，其用于確定所述凹坑的形貌的截面圖；
[0017] 晶面指數(shù)計(jì)算裝置，其用于根據(jù)所述截面圖確定所述多晶硅表面的晶面指數(shù)。
[0018] 優(yōu)選的，所述截面圖繪制裝置用于沿所述凹坑的邊緣用多條直線依次連接形成多 邊形。
[0019] 優(yōu)選的，所述截面圖繪制裝置用于沿著所述凹坑中的每一條棱畫出一條直線。
[0020] 優(yōu)選的，所述晶面指數(shù)計(jì)算裝置用于計(jì)算所述截面圖中相交的兩條邊的夾角，和/ 或相交的兩條棱的夾角，和/或相交的棱與邊之間的夾角。
[0021] 優(yōu)選的，所述凹坑的側(cè)面屬于所述多晶硅的{111}晶面族。
[0022] 本發(fā)明的檢測(cè)方法對(duì)晶粒的尺寸并沒(méi)有限制，檢測(cè)的成本低，可根據(jù)凹坑的形狀 直觀地、準(zhǔn)確地獲得晶面指數(shù)，檢測(cè)速度快、效率高。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 以下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明，其中：
[0024]圖1是硅的(abc)晶面與{111}晶面族在硅的三個(gè)晶軸構(gòu)成的直角坐標(biāo)系中的示意 圖。
[0025]圖2是(001)晶面經(jīng)過(guò)酸性制絨后的理論截面圖。
[0026]圖3是（IlX)晶面經(jīng)過(guò)酸性制絨后形成的凹坑的理論截面圖。
[0027]圖4是(OAB)晶面經(jīng)過(guò)酸性制絨后形成的凹坑的理論截面圖。
[0028]圖5是(hkl)晶面經(jīng)過(guò)酸性制絨后形成的凹坑的理論截面圖。
[0029]圖6是硅的(a b b)晶面與{111}晶面族在硅的三個(gè)晶軸構(gòu)成的直角坐標(biāo)系中的示意 圖。
[0030]圖7是(011)晶面經(jīng)過(guò)酸性制絨后形成的凹坑的理論截面圖。
[0031]圖8是（122)晶面經(jīng)過(guò)酸性制絨后形成的凹坑的理論截面圖。
[0032]圖9是經(jīng)過(guò)酸性制絨的多晶硅片的某一區(qū)域的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。
[0033]圖10是經(jīng)過(guò)酸性制絨的多晶硅片的（112)晶面的SEM圖像。
[0034]圖11是經(jīng)過(guò)酸性制絨的多晶硅片的（012)晶面的SEM圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖通過(guò)具體實(shí) 施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0036] 酸性制絨液對(duì)硅片的不同晶面具有各向異性腐蝕，在對(duì)硅片進(jìn)行刻蝕過(guò)程中，由 于（100)晶面上的硅原子具有兩個(gè)懸掛鍵，而（111)晶面上的硅原子只有一個(gè)懸掛鍵，因此 (100)晶面上的硅原子失去電子的能力要強(qiáng)于（111)晶面上的硅原子，因此會(huì)將硅的{111} 晶面族暴露出來(lái)，最終形成凹坑。其中凹坑的表面為待測(cè)晶面，凹坑的側(cè)面屬于{111}晶面 族。
[0037] 根據(jù)凹坑的形狀，下面將分兩種情況分別介紹凹坑的理論截面圖。
[0038] 圖1示出了硅的(abc)晶面(其中a<b〈c)與{111}晶面族在硅的三個(gè)晶軸構(gòu)成的直 角坐標(biāo)系中的示意圖。硅的{111}晶面族形成了一個(gè)正八面體(其中心O為坐標(biāo)原點(diǎn)），（abc) 晶面與正八面體相交形成截平面Q 1Q2Q3Q4,正八面體的頂點(diǎn)P與截平面Q1Q 2Q3Q4形成的多面體 P-Q1Q2Q3Q4即為在硅的（abc)晶面上經(jīng)過(guò)酸性制絨液制絨后形成的凹坑的理論形狀(類倒金 字塔形），其中多面體的頂點(diǎn)P為凹坑的最低點(diǎn)。
[0039]當(dāng)垂直于(abc)晶面觀測(cè)凹坑時(shí)，可以觀測(cè)到四個(gè)頂點(diǎn)^、^^、^^、^^，以及頂點(diǎn)卩投 影在(abc)晶面上的點(diǎn)Pi共五個(gè)點(diǎn)。
[0040]假定(abc)晶面在xyz軸上的截距分別為(1/&、(1/13、(1/(3，其對(duì)應(yīng)的平面方程式為 &計(jì) by+cz = d，因此這五個(gè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)由下列方程式表示如下：
[0044] 將平面ax + by + cz = d上的點(diǎn)91、92、〇3、〇4以及點(diǎn)？1通過(guò)旋轉(zhuǎn)矩陣
轉(zhuǎn)換到x-y平面上。用直線將點(diǎn)Qi、Q2、Q 3、Q4依次連接起來(lái) 形成四邊形QiQ2Q3Q4,再用直線將點(diǎn)Pi分別與點(diǎn)〇1、〇2、〇3、〇4連接起來(lái)，從而畫出凹坑的理論 截面圖。其中四邊形QiQ2Q3Q4的四條邊對(duì)應(yīng)凹坑的邊緣，四條直線PiQi、PiQ 2、PiQ3、PiQ4對(duì)應(yīng)凹 坑中的四條棱。
[0045] 下面介紹在硅的常見(jiàn)晶面上經(jīng)過(guò)酸性制絨液制絨形成的凹坑的理論截面圖。
[0046] (001)晶面
[0047]圖2是(001)晶面經(jīng)過(guò)酸性制絨液制絨后形成的凹坑的理論截面圖。理論截面圖中 的四邊形為正方形，根據(jù)理論截面圖可判斷出凹坑為標(biāo)準(zhǔn)的倒金字塔結(jié)構(gòu)。
[0048] (111)晶面
[0049] 由于酸性制絨液對(duì)（111)晶面的刻蝕速度相同，因此理論上刻蝕出來(lái)的表面為平 面，并不會(huì)出現(xiàn)類倒金字塔形的凹坑。
[0050] (IlX)晶面，其中 X>1
[0051 ]如圖3所示，從左到右依次是（112)晶面、（113)晶面、（114)晶面和（115)晶面經(jīng)過(guò) 酸性制絨液制絨后形成的凹坑的理論截面圖。根據(jù)四邊形的四個(gè)頂點(diǎn)在x-y平面上的坐標(biāo)， 可得知（IlX)晶面上的凹坑的理論截面圖都為等腰梯形。從圖3也可以看出四個(gè)理論截面圖 都為等腰梯形，且四條棱關(guān)于等腰梯形的對(duì)稱軸對(duì)稱。另外（112)晶面上的凹坑的理論截面 圖中的兩條棱與等腰梯形的一條邊幾乎是重合的。
[0052] (OAB)晶面
[0053] 如圖4所示，從左到右依次是(012)晶面、（013)晶面、（014)晶面和(015)晶面經(jīng)過(guò) 酸性制絨液制絨后形成的凹坑的理論截面圖。根據(jù)四邊形的四個(gè)頂點(diǎn)在χ-y平面上的坐標(biāo)， 可得(OAB)晶面上的凹坑的理論截面圖都呈軸對(duì)稱，并且其中的兩條棱與對(duì)稱軸重合。
[0054] (hkl)晶面
[0055] 如圖5所示，從左到右依次是（123)晶面、（124)晶面、（125)晶面和（134)晶面經(jīng)過(guò) 酸性制絨液制絨后形成的凹坑的理論截面圖。
[0056]圖6是硅的（abb) (a〈b)晶面與{111}晶面族在硅的三個(gè)晶軸構(gòu)成的直角坐標(biāo)系中 的示意圖。如圖6所示，（abb)晶面與正八面體相交形成截平面T1T2T3T 4T5T6,頂點(diǎn)S1J2與截平 面T 1T2T3T4T5T6形成的多面體S 1S2-T1T2T3T4T 5T6即為在硅的(abb)晶面上經(jīng)過(guò)酸性制絨液制絨 后形成的凹坑的理論形狀。
[0057]當(dāng)垂直于(abb)晶面觀測(cè)凹坑時(shí)，可以觀測(cè)到六個(gè)頂點(diǎn)T1、T2、T3、T 4、T5、T6，以及頂 點(diǎn)S1、S2投影在(abb)晶面上的兩個(gè)點(diǎn)S1 '、S2 '（圖6未標(biāo)示出）。
[0058]同樣假定(abb)晶面在xyz軸上的截距分別為(1/&、(1/13、(1/13，其對(duì)應(yīng)的平面方程式 為ax+by+bz = d，因此這八個(gè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)由下列方程式表示如下：
x-y平面上。用直線將點(diǎn)1'1、1'2、1'334、1'5、1' 6依次連接起來(lái)形成多邊形，再用直線將點(diǎn)31'、32' 連接起來(lái)，從而畫出凹坑的理論截面圖。其中多邊形的邊對(duì)應(yīng)凹坑的邊緣，直線Si'S2'即對(duì) 應(yīng)凹坑底部的棱。由于直線S1S2平行于平面ax+by+bz = d，因此根據(jù)上述理論分析可知，直線 S1 ' S2 '至少平行于多邊形中的一條邊。
[0064]圖7是(011)晶面經(jīng)過(guò)酸性制絨液制絨后形成的凹坑的理論截面圖。根據(jù)六個(gè)頂點(diǎn) 在x-y平面上的坐標(biāo)，可得知：點(diǎn)、S2'分別與點(diǎn)T2、T5幾乎是重合的，（011)晶面上的凹坑 的理論截面圖呈軸對(duì)稱，且具有兩條對(duì)稱軸，其中一條對(duì)稱軸垂直于直線3 1 ' S2 '。
[0065]圖8是（122)晶面經(jīng)過(guò)酸性制絨液制絨后形成的凹坑的理論截面圖。圖8左邊是平 面x+2y+2z = l截正八面體的截面圖，右邊是平面x+2y+2z = l .5截正八面體的截面圖。同樣 可推論出（122)晶面上的凹坑的理論截面呈軸對(duì)稱，且對(duì)稱軸垂直于直線31'&'。
[0066] 根據(jù)上述分析可知，對(duì)硅的不同晶面進(jìn)行制絨后，形成的凹坑的理論截面圖都不 相同。通過(guò)對(duì)凹坑的理論截面圖進(jìn)行分析，即可獲得多邊形的形狀、多邊形中相交的兩條邊 的夾角、相交的兩條棱的夾角、以及相交的棱和邊之間的夾角等數(shù)據(jù)。
[0067] 下面將利用上述結(jié)論來(lái)說(shuō)明多晶硅晶面指數(shù)的檢測(cè)方法。
[0068]將多晶硅片浸入酸性制絨液中，其中酸性制絨液包括5mmol/L硝酸銅、4mol/L的氫 氟酸和0.3mol/L的雙氧水，將該酸性制絨液加熱至50攝氏度，5分鐘后取出多晶硅片。
[0069]將制絨后的多晶硅片用濃度為60wt%的硝酸超聲清洗去除表面銅顆粒，然后用去 離子水超聲清洗，用高純氮吹干，制成待檢測(cè)樣品。
[0070]將待檢測(cè)樣品在掃描電子顯微鏡(SEM)下進(jìn)行表征測(cè)試，在測(cè)試過(guò)程中，使得掃描 電鏡的探頭(或探測(cè)器)垂直于多晶硅表面，圖9是經(jīng)過(guò)酸性制絨的多晶硅片的某一區(qū)域的 SEM圖像。從圖9可以看出具有彼此相鄰的二個(gè)晶粒，可以直觀看到相鄰的兩個(gè)晶粒之間具 有晶界。
[0071 ]圖10是經(jīng)過(guò)酸性制絨的多晶硅片的（112)晶面的SEM圖像，圖10中的凹坑彼此重 疊。選取一個(gè)凹坑作為研究對(duì)象，沿凹坑的邊緣用四條直線依次連接形成四邊形，沿著凹坑 的每一條棱畫一條直線，最終得到該凹坑的實(shí)際截面圖。從凹坑的實(shí)際截面圖可以看出，該 截面圖為等腰梯形，且僅有兩條棱，因此可知對(duì)應(yīng)的是（112)晶面。對(duì)于特殊的截面圖，本發(fā) 明的檢測(cè)方法可以快速、直觀地得到晶面指數(shù)。
[0072]圖11是經(jīng)過(guò)酸性制絨的多晶硅片的（012)晶面的SEM圖像，圖11中的凹坑彼此重 疊。選取一個(gè)凹坑作為研究對(duì)象，沿凹坑的邊緣用四條直線依次連接形成四邊形，并沿著凹 坑中的每一條棱畫一條直線，最終得到該凹坑的實(shí)際截面圖。從凹坑的實(shí)際截面圖可看出， 該截面圖呈軸對(duì)稱，其中的兩條棱與對(duì)稱軸重合。首先可以得知對(duì)應(yīng)的是(OAB)晶面。再根 據(jù)四條邊之間的夾角，棱之間的夾角，以及棱與邊之間的夾角，判斷出晶面指數(shù)是(012)。
[0073]本發(fā)明并不意欲限制酸性制絨液的成分，可以選用現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)硅的不同晶面具 有各向異性刻蝕的酸性制絨液。
[0074]在對(duì)凹坑的形貌進(jìn)行表征過(guò)程中，除了可以使用SEM外，還可以使用光學(xué)顯微鏡或 電子隧道顯微鏡等表征表面形貌的裝置。
[0075] 采用本發(fā)明的晶向檢測(cè)方法，對(duì)晶粒的尺寸并沒(méi)有限制，檢測(cè)的成本低。可根據(jù)凹 坑的形狀直觀、直接、準(zhǔn)確地得到晶面指數(shù)，檢測(cè)速度快，效率高。
[0076] 本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種多晶硅晶面指數(shù)的檢測(cè)裝置，包括：
[0077] 表面形貌分析裝置，其用于獲得經(jīng)各向異性制絨后的多晶硅表面的凹坑的形貌； [0078]截面圖繪制裝置，其用于確定所述凹坑的形貌的截面圖；
[0079] 晶面指數(shù)計(jì)算裝置，其用于根據(jù)所述截面圖確定所述多晶硅表面的晶面指數(shù)。
[0080] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述截面圖繪制裝置用于沿所述凹坑的邊緣用多條 直線依次連接形成多邊形。
[0081] 在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，所述截面圖繪制裝置用于沿著所述凹坑中的每一條 棱畫出一條直線。
[0082]在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例中，所述晶面指數(shù)計(jì)算裝置用于計(jì)算所述截面圖中相交 的兩條邊的夾角，和/或相交的兩條棱的夾角，和/或相交的棱與邊之間的夾角。
[0083] 雖然本發(fā)明已經(jīng)通過(guò)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，然而本發(fā)明并非局限于這里所描述 的實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下還包括所作出的各種改變以及變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多晶硅晶面指數(shù)的檢測(cè)方法，其特征在于，包括下列步驟： 1) 利用表面形貌分析技術(shù)獲得經(jīng)各向異性制絨后的多晶硅表面的凹坑的形貌； 2) 確定所述凹坑的形貌的截面圖； 3) 根據(jù)所述截面圖確定所述多晶硅表面的晶面指數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅晶面指數(shù)的檢測(cè)方法，其特征在于，在所述步驟2)中， 沿所述凹坑的邊緣用多條直線依次連接形成多邊形。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多晶硅晶面指數(shù)的檢測(cè)方法，其特征在于，沿著所述凹坑中的 每一條棱畫出一條直線。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多晶硅晶面指數(shù)的檢測(cè)方法，其特征在于，在所述步驟3)中， 計(jì)算所述截面圖中相交的兩條邊的夾角，和/或相交的兩條棱的夾角，和/或相交的棱與邊 之間的夾角。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的多晶硅晶面指數(shù)的檢測(cè)方法，其特征在于，在所 述步驟1)中，所述凹坑的側(cè)面屬于所述多晶硅的{111}晶面族。6. -種多晶硅晶面指數(shù)的檢測(cè)裝置，其特征在于，包括： 表面形貌分析裝置，其用于獲得經(jīng)各向異性制絨后的多晶硅表面的凹坑的形貌； 截面圖繪制裝置，其用于確定所述凹坑的形貌的截面圖； 晶面指數(shù)計(jì)算裝置，其用于根據(jù)所述截面圖確定所述多晶硅表面的晶面指數(shù)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的多晶硅晶面指數(shù)的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述截面圖繪制裝 置用于沿所述凹坑的邊緣用多條直線依次連接形成多邊形。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的多晶硅晶面指數(shù)的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述截面圖繪制裝 置用于沿著所述凹坑中的每一條棱畫出一條直線。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的多晶硅晶面指數(shù)的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述晶面指數(shù)計(jì)算 裝置用于計(jì)算所述截面圖中相交的兩條邊的夾角，和/或相交的兩條棱的夾角，和/或相交 的棱與邊之間的夾角。10. 根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的多晶硅晶面指數(shù)的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述 凹坑的側(cè)面屬于所述多晶硅的{111}晶面族。
【文檔編號(hào)】G01N33/00GK105938137SQ201610395946
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年6月7日
【發(fā)明人】陳全勝, 劉堯平, 楊麗霞, 陳偉, 吳俊桃, 杜小龍
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院物理研究所