硅片制绒工艺课件.ppt
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- 硅片 工艺 课件
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1、硅片制绒工艺硅片制绒工艺 zhejiang university 1制备绒面的目的制备绒面的目的减少光的反射率,提高短路电流,以致提高光电转换效率陷光原理陷光原理当光入射到一定角度的斜面,光会反射到另一角度的斜面,形成二次或者多次吸收,从而增加吸收率7/23/2022绒面光学原理2单晶制绒单晶制绒7/23/2022单晶制绒流程:预清洗+制绒预清洗目的:通过预清洗去除硅片表面脏污,以及部分损伤层。机械损伤层(5-7微米)硅片3单晶制绒单晶制绒7/23/2022预清洗方法:1、10%NaOH,78oC,50sec;2、1000gNaOH,65-70oC(超声),3min;1000g Na2SiO3
2、+4L IPA,65oC,2min。2NaOH+Si+H2O=Na2SiO3+2H2SiO32-+3H2O=H4SiO4+2OH-4单晶制绒单晶制绒7/23/2022预清洗原理:1、10%NaOH,78oC,50sec;利用浓碱液在高温下对硅片进行快速腐蚀。损伤层存在时,采用上述工艺,硅片腐蚀速率可达5m/min;损伤去除完全后,硅片腐蚀速率约为1.2m/min。经腐蚀,硅片表面脏污及表面颗粒脱离硅片表面进入溶液,从而完成硅片的表面清洗。经50sec腐蚀处理,硅片单面减薄量约3m。采用上述配比,不考虑损伤层影响,硅片不同晶面的腐蚀速率比为:(110):(100):(111)=25:15:1,硅
3、片不会因各向异性产生预出绒,从而获得理想的预清洗结果。缺点:油污片处理困难,清洗后表面残留物去除困难。5单晶制绒单晶制绒7/23/2022预清洗原理:2、1000gNaOH,65-70oC(超声),3min;1000g Na2SiO3+4L IPA,65oC,2min。利用NaOH腐蚀配合超声对硅片表面颗粒进行去除;通过SiO32-水解生成的H4SiO4(原硅酸),以及IPA对硅片表面有机物进行去除。6单晶制绒单晶制绒7/23/2022单晶绒面:绒面一般要求:制绒后,硅片表面无明显色差;绒面小而均匀。单晶绒面显微结构(左:金相显微镜;右:扫描电镜)7单晶制绒单晶制绒7/23/2022制绒原理:
4、简言之,即利用硅在低浓度碱液中的各向异性腐蚀,即硅在(110)及(100)晶面的腐蚀速率远大于(111)晶面的腐蚀速率。经一定时间腐蚀后,在(100)单晶硅片表面留下四个由(111)面组成的金字塔,即上图所示金字塔。根据文献报道,在较低浓度下,硅片腐蚀速率差异最大可达V(110):V(100):V(111)=400:200:1。尽管NaOH(KOH),Na2SiO3,IPA(或乙醇)混合体系制绒在工业中的应用已有近二十年,但制绒过程中各向异性腐蚀以及绒面形成机理解释仍存争议,本文将列出部分机理解释。8单晶制绒单晶制绒7/23/2022各向异性腐蚀机理:1967年,Finne和Klein第一次提
5、出了由OH-,H2O与硅反应的各向异性反应过程的氧化还原方程式:Si+2OH-+4H2OSi(OH)62-+2H2;1973年,Price提出硅的不同晶面的悬挂键密度可能在各项异性腐蚀中起主要作用;1975年,Kendall提出湿法腐蚀过程中,(111)较(100)面易生长钝化层;1985年,Palik提出硅的各向异性腐蚀与各晶面的激活能和背键结构两种因素相关,并提出SiO2(OH)22-是基本的反应产物;9单晶制绒单晶制绒7/23/2022各向异性腐蚀机理:1990年,Seidel提出了目前最具说服力的电化学模型,模型认为各向异性腐蚀是由硅表面的悬挂键密度和背键结构,能级不同而引起的;199
6、1年,Glembocki和Palik考虑水和作用提出了水和模型,即各向异性腐蚀由腐蚀剂中自由水和OH-同时参与反应;最近,Elwenspolk等人试着用晶体生长理论来解释单晶硅的各向异性腐蚀,即不同晶向上的结位(kinksites)数目不同;另一种晶体学理论则认为(111)面属于光滑表面,(100)面属于粗糙表面。10单晶制绒单晶制绒7/23/2022各向异性腐蚀机理:Seidel电化学模型:11单晶制绒单晶制绒7/23/2022绒面形成机理:A、金字塔从硅片缺陷处产生;B、缺陷和表面沾污造成金字塔形成;C、化学反应产生的硅水合物不易溶解,从而导致金字塔形成;D、异丙醇和硅酸钠是产生金字塔的原
7、因。硅对碱的择优腐蚀是金字塔形成的本质,缺陷、沾污、异丙醇及硅酸钠含量会影响金字塔的连续性及金字塔大小。12单晶制绒单晶制绒7/23/2022绒面形成最终取决于两个因素:腐蚀速率及各向异性腐蚀速率快慢影响因子:1、腐蚀液流至被腐蚀物表面的移动速率;2、腐蚀液与被腐蚀物表面产生化学反应的反应速率;3、生成物从被腐蚀物表面离开的速率。13单晶制绒单晶制绒7/23/2022具体影响因子:NaOH浓度溶液温度异丙醇浓度制绒时间硅酸钠含量槽体密封程度、异丙醇挥发搅拌及鼓泡147/23/2022NaOH浓度对绒面形貌影响:NaOH对硅片反应速率有重要影响。制绒过程中,由于所用NaOH浓度均为低碱浓度,随N
8、aOH浓度升高,硅片腐蚀速率相对上升。与此同时,随 NaOH浓度改变,硅片腐蚀各向异性因子也发生改变,因此,NaOH浓度对金字塔的角锥度也有重要影响。85oC,30min,IPA vol10%单晶制绒单晶制绒157/23/2022NaOH浓度对绒面反射率影响:0.130.140.150.16051015202530354045505560Concentration of NaOH(g/l)Average Reflectance单晶制绒单晶制绒167/23/2022单晶制绒单晶制绒温度影响:温度过高,IPA挥发加剧,晶面择优性下降,绒面连续性降低;同时腐蚀速率过快,控制困难;温度过低,腐蚀速率过
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