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研究生:林鉅洋
研究生(外文):LIN,JYU-YANG
論文名稱:電鍍鈷鎢合金作為擴散阻障層之研究
論文名稱(外文):Co-W Diffusion Barrier for Cu Metallization of Silicon Solar Cells
指導教授:陳文照陳文照引用關係
指導教授(外文):CHEN, WEN-JAUH
口試委員:王行達謝淑惠
口試委員(外文):WANG, SHING-DARSHU,HUEI- HSIEH
口試日期:2020-07-28
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:材料科技研究所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2020
畢業學年度:108
語文別:中文
論文頁數:60
中文關鍵詞:無電鍍電鍍鈷鎢擴散阻擋層結構化矽晶電鍍
外文關鍵詞:Textured siliconDiffusion barrierSolar cellsElectroplating
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本研究主要是以無電鍍及電鍍的方式,將已織構化單晶矽上析鍍鈷鎢合金來作為熱擴散阻障層,首先以無電鍍之方式在已織構化矽基材上,用pH=5.0、溫度70℃的酸性鍍液來析鍍1分鐘的薄層鎳,接著在Ar/H2(95% Ar + 5% H2)的環境下,進行500℃十分鐘之退火來形成鎳矽化合物。再來利用電鍍的方式將鈷鎢析鍍於已形成鎳矽化物之結構上,最後再電鍍上2µm厚的銅,形成Cu/CoxW1-x/ NiSiy/Si的結構。本研究電鍍鈷鎢合金層的時間為80秒,並用兩種不同比例的鈷鎢鍍液,分別以20g/L比例的鈷液中添加30g/L、60g/L的鎢酸鈉作為電鍍液,電鍍之電流為0.007A~0.025A~(0.04A~0.09A),析鍍出不同比例的鈷鎢合金層。再藉由SEM中EDS確認鈷鎢合金成份比例。結果顯示,在分為兩階段電流與三階段電流的控制下,鎢元素會隨著電流的升高提高鎢元素在鈷鎢合金中的比例。而後發現在矽/純鈷阻障層/銅試片中,於500℃退火時就會產生銅矽化合物(Cu3Si),另外在矽/Co80W20/銅的系統中,於500℃時會產生Cu3Si。最後鎢元素的比例在80%的矽/Co20W80/銅系統則在退火700℃ 時才會產Cu3Si。此顯示電鍍鈷鎢阻障層中,鎢含量愈高則阻擋銅擴散的效果愈好,而鈷鎢合金阻擋溫度最高能達到700℃。


This study is aimed at experimenting electroless plating and electroplating the composition of cobalt tungsten alloys on textured silicon as thermal diffusion barriers.
Firstly, electroless plating was applied to the thin film Ni on etched Si substrates using 70℃ acid plating solution of pH 5.0 for one minute. Later at the condition of Ar/H2(95% Ar + 5% H2), Nickel Silzin was formed by being annealed at 500℃ for ten minutes. Finally, Cu/CoxW1-x/ NiSiy/Si were completed by electroplating CoW on structured-silicon that has already formed silzin and 2µm of copper. The length of time was 80 seconds on electroplating the composition of cobalt tungsten alloys. Furthermore, there were two different ratio of plating solution applied in this experiment. One was with 20g/L cobalt-tungsten solution and 30g/L sodium tungstate as a plating solution. The other was with 20g/L cobalt-tungsten solution and 60g/L sodium tungstate. Different ratio of the cobalt tungsten alloy layers were done by the electroplating current of 0.007A~0.025A~(0.04A~0.09A).
Afterwards, observe the ratio of cobalt tungsten alloys through EDS of SEM. The results show that under the control of two-stage current and three-stage current, the ratio of tungsten will increase with the current in cobalt tungsten alloys.
Furthermore, in pure cobalt diffusion barrier, Cu3si will develop while annealed at 500℃. And in Co80W20, Cu3si will develop while annealed at 500℃. Lastly, in Co20W80, Cu3si will develop while annealed at 700℃. It shows that while electroplating the Co-W diffusion barrier, the higher ratio of tungsten was applied the better effect of Cu metallization of silicon solar cells it would get. Additionally, the temperature of Co-W diffusion barrier could reach 700℃.

摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章、緒論 1
1.1 前言 1
第二章、原理與文獻回顧 3
2.1 太陽能電池製程 3
2.2-1 無電鍍(Electroless plating) 4
2.2-2 電鍍(Electroplating) 7
2.3 擴散阻擋層 9
2.3-1 擴散阻障層的種類 10
2.3-2 擴散阻障層的選擇 10
2.3-3 選擇鈷鎢合金作為擴散阻障層 11
2.5 薄膜介面附著強度的情況 12
2.5-1 薄膜與基材界面附著形式[15] 12
2.5-2 鎢金屬特性 12
2.5-3 膜界面附著力 13
2.5-4 影響附著力之因素 14
2.6 文獻回顧 14
2.6-1 P含量對於CoWP薄膜當作擴散阻擋層的影響 14
2.6-2 純鎳與鎳鎢層當作阻障層對銅擴散之影響 15
第三章、實驗方法與步驟 16
3.1 實驗藥品 16
3.2 實驗流程圖 17
3.3 矽基材清潔與無電鍍前處理 19
3.4 進行無電鍍/熱處理/電鍍鈷鎢銅 20
3.4-1 無電鍍 20
3.4-2 退火熱處理 20
3.4-3 電鍍鈷鎢/銅 20
3.5 分析設備 20
第四章、結果與討論 22
4.1 無電鍍法析鍍鎳經過不同溫度熱處理之分析 22
4.2 無電鍍鎳不同熱處理溫度量測四點探針變化 26
4.3 電鍍鈷鎢分析 27
4.3-1 利用電流控制鈷鎢(CoxW1-x)層比例之SEM-EDS分析 28
4.4 電鍍不同比例鈷鎢合金鍍銅完熱處理後之分析 37
4.4-1 XRD圖分析 37
4.4-2 片電阻量測分析 41
4.5 電鍍不同比例的鈷鎢合金後鍍銅經不同溫度熱處理後之SEM分析 45
4.5-1 SEM分析-電鍍鈷鎢( Co80W20 )後鍍銅不同溫度熱處理 45
4.5-2 SEM分析-電鍍鈷鎢( Co50W50 )後鍍銅不同溫度熱處理 46
4.5-3 SEM分析-電鍍鈷鎢( Co20W80 )後鍍銅不同溫度熱處理 47
第五章、結論 48
參考文獻 49


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