硅片表面染色對銅輔助化學(xué)蝕刻的影響

引言

在硅基光伏產(chǎn)業(yè)鏈中，硅晶片的制造是最基本的步驟。金剛石切片是主要的硅片切片技術(shù)，采用高速線性摩擦將硅切割成薄片。在硅片切片過程中，由于金剛石線和硅片的反復(fù)摩擦，硅片表面發(fā)生了大量的脆性損傷和塑性損傷。

目前，在硅片清洗過程中，大部分的污漬將很容易被去除。然而，清洗后的硅片表面仍有白斑污漬，對這些頑固污漬的詳細(xì)研究也很少。硅晶片需要進(jìn)行紋理化，以降低表面反射率，提高光電轉(zhuǎn)換效率。

本文采用x射線能量色散能譜（EDS）和x射線光電子能譜（XPS）對硅片表面白斑污漬的化學(xué)成分進(jìn)行了表征。英思特公司為了確定白斑斑的來源，采用銅輔助化學(xué)蝕刻法在化學(xué)沉積沉積銅的硅片上蝕刻白斑斑，研究了污垢對蝕刻和沉積的影響。（江蘇英思特半導(dǎo)體科技有限公司）

實驗與討論

蝕刻溶液由2.76 M HF（鉿）、1.2 M過氧化氫、0.05M Cu（硝酸鹽）2和去離子水（DI）水組成。白斑點(diǎn)染色的硅片放入蝕刻溶液中，反應(yīng)7 min。蝕刻后，樣品用蒸餾水徹底沖洗，并用氮?dú)飧稍?。在室溫下放置在燒杯上的四盒中。將染色的硅片置于沉積溶液中，反應(yīng)10 s。沉積后，樣品用蒸餾水徹底沖洗，然后用氮?dú)飧稍?。實驗結(jié)束后，用掃描電鏡研究了蝕沉積前后白斑染色的形態(tài)。

圖1a為白斑染色硅片的照片。照片中的三個黃色盒子中顯示了可見的白斑點(diǎn)。掃描電鏡觀察到白斑染色的不規(guī)則形態(tài)，如圖1b所示。該斑點(diǎn)長約144 μm，寬約155 μm，材料表面分布有不同大小的高光。

圖1：(a)白斑硅片照片，白斑硅片(b)SEM圖像，硅元素

為了了解氫氧化鉀溶液對染色去除的影響，英思特使用金相顯微鏡（MO）觀察了不同清洗時間下染色形態(tài)的變化。圖2a顯示了未清洗的硅片的Mo圖像。大量的黑色材料染色了硅片的表面。（江蘇英思特半導(dǎo)體科技有限公司）

圖2b為清洗1 min后的染色形態(tài)。污漬脫落的量非常小，暴露了硅襯底。清洗3 min后，染色劑脫落速度加快，染色面積逐漸縮小。去除左上角和右下角的污漬，中間部分的污漬更加稀疏。清洗4 min后，晶圓片上只剩下幾個斑點(diǎn)。5 min時，顯微鏡下未見染色，完全去除。

圖2：白點(diǎn)隨清洗時間下降的演化圖

結(jié)論

結(jié)果表明，染色中含有碳酸鈣和二氧化硅，與粘膠的成分分析一致。由此，英思特推斷白斑染色是由切割過程中金剛石絲表面的膠污染引起的。在HF/Cu（硝酸鹽）2/過氧化氫體系中進(jìn)行金屬銅催化刻蝕刻處理后，硅片表面殘留白斑染色，具有良好的耐酸性。

染色劑的存在影響了銅顆粒的均勻沉積，阻礙了硅片的表面紋理化。最后，英思特公司提出了氫氧化鉀溶液結(jié)合超聲場去除硅片表面的污漬，并在5 min內(nèi)完全去除。本研究對制造高效太陽能電池的硅片污染的知識和清潔有重要的指導(dǎo)意義。

江蘇英思特半導(dǎo)體科技有限公司主要從事濕法制程設(shè)備，晶圓清潔設(shè)備，RCA清洗機(jī)，KOH腐殖清洗機(jī)等設(shè)備的設(shè)計、生產(chǎn)和維護(hù)。

審核編輯黃宇