硅片制絨工藝-課件

硅片制絨工藝1ppt課件制備絨面的目的減少光的反射率，提高短路電流，以致提高光電轉(zhuǎn)換效率陷光原理當光入射到一定角度的斜面，光會反射到另一角度的斜面，形成二次或者多次吸收，從而增加吸收率絨面光學(xué)原理2ppt課件單晶制絨單晶制絨流程：預(yù)清洗+制絨預(yù)清洗目的：通過預(yù)清洗去除硅片表面臟污，以及部分損傷層。機械損傷層（5-7微米）硅片3ppt課件單晶制絨預(yù)清洗方法：1、10%NaOH，78oC，50sec；

2、①1000gNaOH，65-70oC(超聲)，3min；②1000gNa2SiO3+4LIPA，65oC，2min。2NaOH+Si+H2O=Na2SiO3+2H2SiO32-+3H2O=H4SiO4+2OH-4ppt課件單晶制絨預(yù)清洗原理：1、10%NaOH，78oC，50sec；利用濃堿液在高溫下對硅片進行快速腐蝕。損傷層存在時，采用上述工藝，硅片腐蝕速率可達5μm/min；損傷去除完全后，硅片腐蝕速率約為1.2μm/min。經(jīng)腐蝕，硅片表面臟污及表面顆粒脫離硅片表面進入溶液，從而完成硅片的表面清洗。經(jīng)50sec腐蝕處理，硅片單面減薄量約3μm。采用上述配比，不考慮損傷層影響，硅片不同晶面的腐蝕速率比為:(110):(100):(111)=25：15：1，硅片不會因各向異性產(chǎn)生預(yù)出絨，從而獲得理想的預(yù)清洗結(jié)果。缺點：油污片處理困難，清洗后表面殘留物去除困難。5ppt課件單晶制絨預(yù)清洗原理：2、①1000gNaOH，65-70oC(超聲)，3min；②1000gNa2SiO3+4LIPA，65oC，2min。①利用NaOH腐蝕配合超聲對硅片表面顆粒進行去除；

②通過SiO32-水解生成的H4SiO4(原硅酸)，以及IPA對硅片表面有機物進行去除。6ppt課件單晶制絨單晶絨面：

絨面一般要求：制絨后，硅片表面無明顯色差；絨面小而均勻。單晶絨面顯微結(jié)構(gòu)（左：金相顯微鏡；右：掃描電鏡）7ppt課件單晶制絨制絨原理：簡言之，即利用硅在低濃度堿液中的各向異性腐蝕，即硅在(110)及(100)晶面的腐蝕速率遠大于(111)晶面的腐蝕速率。經(jīng)一定時間腐蝕后，在(100)單晶硅片表面留下四個由(111)面組成的金字塔，即上圖所示金字塔。根據(jù)文獻報道，在較低濃度下，硅片腐蝕速率差異最大可達V(110)：V(100)：V(111)

=400：200：1。盡管NaOH(KOH)，Na2SiO3，IPA(或乙醇)混合體系制絨在工業(yè)中的應(yīng)用已有近二十年，但制絨過程中各向異性腐蝕以及絨面形成機理解釋仍存爭議，本文將列出部分機理解釋。8ppt課件單晶制絨各向異性腐蝕機理：1967年，F(xiàn)inne和Klein第一次提出了由OH-，H2O與硅反應(yīng)的各向異性反應(yīng)過程的氧化還原方程式：Si+2OH-+4H2O→Si(OH)62-+2H2；

1973年，Price提出硅的不同晶面的懸掛鍵密度可能在各項異性腐蝕中起主要作用；

1975年，Kendall提出濕法腐蝕過程中，（111）較（100）面易生長鈍化層；

1985年，Palik提出硅的各向異性腐蝕與各晶面的激活能和背鍵結(jié)構(gòu)兩種因素相關(guān)，并提出SiO2（OH）22-是基本的反應(yīng)產(chǎn)物；9ppt課件單晶制絨各向異性腐蝕機理：1990年，Seidel提出了目前最具說服力的電化學(xué)模型，模型認為各向異性腐蝕是由硅表面的懸掛鍵密度和背鍵結(jié)構(gòu)，能級不同而引起的；1991年，Glembocki和Palik考慮水和作用提出了水和模型，即各向異性腐蝕由腐蝕劑中自由水和OH-同時參與反應(yīng)；最近，Elwenspolk等人試著用晶體生長理論來解釋單晶硅的各向異性腐蝕，即不同晶向上的結(jié)位(kinksites)數(shù)目不同；另一種晶體學(xué)理論則認為(111)面屬于光滑表面，(100)面屬于粗糙表面。10ppt課件單晶制絨各向異性腐蝕機理：Seidel電化學(xué)模型：11ppt課件單晶制絨絨面形成機理：A、金字塔從硅片缺陷處產(chǎn)生；B、缺陷和表面沾污造成金字塔形成；C、化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的硅水合物不易溶解，從而導(dǎo)致金字塔形成；D、異丙醇和硅酸鈉是產(chǎn)生金字塔的原因。硅對堿的擇優(yōu)腐蝕是金字塔形成的本質(zhì)，缺陷、沾污、異丙醇及硅酸鈉含量會影響金字塔的連續(xù)性及金字塔大小。12ppt課件單晶制絨絨面形成最終取決于兩個因素：

腐蝕速率及各向異性腐蝕速率快慢影響因子：1、腐蝕液流至被腐蝕物表面的移動速率；2、腐蝕液與被腐蝕物表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率；3、生成物從被腐蝕物表面離開的速率。13ppt課件單晶制絨具體影響因子：NaOH濃度溶液溫度異丙醇濃度制絨時間硅酸鈉含量槽體密封程度、異丙醇揮發(fā)攪拌及鼓泡14ppt課件NaOH濃度對絨面形貌影響：

NaOH對硅片反應(yīng)速率有重要影響。制絨過程中，由于所用NaOH濃度均為低堿濃度，隨NaOH濃度升高，硅片腐蝕速率相對上升。與此同時，隨NaOH濃度改變，硅片腐蝕各向異性因子也發(fā)生改變，因此，NaOH濃度對金字塔的角錐度也有重要影響。85oC，30min，IPAvol10%單晶制絨15ppt課件NaOH濃度對絨面反射率影響：

單晶制絨16ppt課件單晶制絨溫度影響：溫度過高，IPA揮發(fā)加劇，晶面擇優(yōu)性下降，絨面連續(xù)性降低；同時腐蝕速率過快，控制困難；溫度過低，腐蝕速率過慢，制絨周期延長；制絨溫度范圍：75-90oC。17ppt課件IPA影響：1、降低硅片表面張力，減少氣泡在硅片表面的粘附，使金字塔更加均勻一致；2、氣泡直徑、密度對絨面結(jié)構(gòu)及腐蝕速率有重要影響。氣泡大小及在硅片表面的停留時間，與溶液粘度、表面張力有關(guān)，所以需要異丙醇來調(diào)節(jié)溶液粘滯特性。單晶制絨18ppt課件IPA影響：

除改善消泡及溶液粘度外，也有報道指出IPA將與腐蝕下的硅生成絡(luò)合物而溶于溶液。單晶制絨19ppt課件時間影響：

制絨包括金字塔的行核及長大過程，因此制絨時間對絨面的形貌及硅片腐蝕量均有重要影響。1min;5min;10min;30min.單晶制絨20ppt課件時間影響：

經(jīng)去除損傷層，硅片表面留下了許多淺的準方形腐蝕坑。1分鐘后，金字塔如雨后春筍，零星的冒出了頭；5分鐘后，硅片表面基本被小金字塔覆蓋，少數(shù)已開始長大。我們稱絨面形成初期的這種變化為金字塔“成核”。10分鐘后，密布的金字塔絨面已經(jīng)形成，只是大小不均勻，反射率也降到了比較低的水平。隨時間延長，金字塔向外擴張兼并，體積逐漸膨脹，尺寸趨于均勻。隨制絨時間進一步延長，絨面結(jié)構(gòu)均勻性反而下降，如圖e，f所示。

單晶制絨21ppt課件時間影響：

e.35min;f.45min單晶制絨22ppt課件硅酸鈉含量影響：

硅酸鈉具體含量測量是沒必要的，只要判定它的含量是否過量即可。實驗用濃鹽酸滴定，若滴定一段時間后出現(xiàn)少量絮狀物，說明硅酸鈉含量適中；若滴定開始就出現(xiàn)一團膠狀固體且隨滴定的進行變多，說明硅酸鈉過量。相對而言，制絨過程中，硅酸鈉含量具有很寬的窗口。實驗證實，初拋液硅酸鈉含量不超過30wt%，制絨液硅酸鈉含量不超過15wt%，均能獲得效果良好的絨面。盡管如此，含量上限的確定需根據(jù)實際生產(chǎn)確認。

單晶制絨23ppt課件槽體密封程度、異丙醇揮發(fā)：

槽體密封程度，異丙醇揮發(fā)對制絨槽內(nèi)的溶液成分及溫度分布有重要影響。

制絨槽密封程度差，導(dǎo)致溶液揮發(fā)加劇，溶液液位的及時恢復(fù)非常必要，否則制絨液濃度將會偏離實際設(shè)定值。異丙醇的揮發(fā)增加化學(xué)藥品消耗量增加的同時，絨面顯微結(jié)構(gòu)也將因異丙醇含量改變發(fā)生相應(yīng)變化。

單晶制絨24ppt課件攪拌及鼓泡：

攪拌及鼓泡有利于提高溶液均勻度，制絨過程中附加攪拌及鼓泡，硅片表面的氣泡能得到很好的脫附，制絨后的硅片表面顯微結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為絨面連續(xù)，金字塔大小均勻。

但攪拌及鼓泡會略加劇溶液的揮發(fā)，制絨過程硅片的腐蝕速率也略為加快。

單晶制絨25ppt課件小結(jié)：

單晶制絨原理為硅的各向異性腐蝕。硅片的表面沾污，缺陷等對絨面形成有重要影響。

影響硅片腐蝕速率及絨面顯微結(jié)構(gòu)的因素眾多，主要包括如下因子：NaOH濃度；溶液溫度；異丙醇濃度；制絨時間；硅酸鈉含量；槽體密封程度；異丙醇揮發(fā)；攪拌及鼓泡等。單晶制絨26ppt課件多晶制絨工藝：由于多晶硅片由大小不一的多個晶粒組成，多晶面的共同存在導(dǎo)致多晶制絨不能采用單晶的各向異性堿腐蝕(OrientationDependentEtching)方法完成。

已有研究的多晶制絨工藝：

高濃度酸制絨；機械研磨；噴砂，線切；激光刻槽；金屬催化多孔硅；等離子刻蝕等。

綜合成本及最終效果，當前工業(yè)中主要使用的多晶制絨方法為高濃度酸制絨。

多晶制絨27ppt課件多晶制絨工藝：

線上工藝：

均為HNO3，HF，DIWater混合體系。常用的兩個溶液配比大致如下：

HNO3：HF：DIWater=3：1：2.7；

HNO3：HF：DIWater=1：2.7：2

制絨溫度6-10℃，制絨時間120-300sec。反應(yīng)方程式：HNO3+Si=SiO2+NOx+H2OSiO2+6HF=H2[SiF6]+2H2O

多晶制絨28ppt課件多晶制絨工藝：

制絨原理：HNO3：HF：DIWater=3：1：2.7該配比制絨液與位錯腐蝕Dash液的配比基本一致，反應(yīng)原理也一致，即利用硅片在缺陷或損傷區(qū)更快的腐蝕速率來形成局部凹坑。同時，低溫反應(yīng)氣泡的吸附也是絨面形成的關(guān)鍵點。

由于Dash溶液進行缺陷顯示時，反應(yīng)速率很慢，因此，進行多晶制絨時，需提高硅片的腐蝕速率(通常通過降低溶液配比中水的含量完成)。多晶制絨29ppt課件多晶制絨多晶制絨工藝：

制絨原理：HNO3：HF：DIWater=1：2.7：2該配比制絨液利用硅片的染色腐蝕。染色腐蝕是指在電化學(xué)腐蝕過程中，硅片的反應(yīng)速率受硅片基體載流子濃度影響很大。載流子濃度差異導(dǎo)致硅片腐蝕速率產(chǎn)生差異，從而形成腐蝕坑，完成硅片的制絨。

相比上一配比，該配比下硅片腐蝕速率非常快，對制絨過程中溫度要求進一步提高。同時，在該工藝下，硅片表面顏色將變得較深。30ppt課件多晶制絨工藝：

兩種工藝配比下的絨面照片：

配比1配比2多晶制絨31ppt課件新型制絨工藝：新型制絨工藝：Rena浮法鏈式制絨（解決熱排放問題）；緩沖液調(diào)節(jié)制絨（控制自催化以及熱量生成問題）；放棄傳統(tǒng)制絨體系衍生的新制絨體系。多晶制絨32ppt課件槽式多晶制絨：

槽式批量制絨方式比較適合單晶，但對多晶酸