硅片表面染色对铜辅助化学蚀刻的影响

引言

在硅基光伏产业链中，硅晶片的制造是最基本的步骤。金刚石切片是主要的硅片切片技术，采用高速线性摩擦将硅切割成薄片。在硅片切片过程中，由于金刚石线和硅片的反复摩擦，硅片表面发生了大量的脆性损伤和塑性损伤。

目前，在硅片清洗过程中，大部分的污渍将很容易被去除。然而，清洗后的硅片表面仍有白斑污渍，对这些顽固污渍的详细研究也很少。硅晶片需要进行纹理化，以降低表面反射率，提高光电转换效率。

本文采用x射线能量色散能谱（EDS）和x射线光电子能谱（XPS）对硅片表面白斑污渍的化学成分进行了表征。英思特公司为了确定白斑斑的来源，采用铜辅助化学蚀刻法在化学沉积沉积铜的硅片上蚀刻白斑斑，研究了污垢对蚀刻和沉积的影响。（江苏英思特半导体科技有限公司）

实验与讨论

蚀刻溶液由2.76 M HF（铪）、1.2 M过氧化氢、0.05M Cu（硝酸盐）2和去离子水（DI）水组成。白斑点染色的硅片放入蚀刻溶液中，反应7 min。蚀刻后，样品用蒸馏水彻底冲洗，并用氮气干燥。在室温下放置在烧杯上的四盒中。将染色的硅片置于沉积溶液中，反应10 s。沉积后，样品用蒸馏水彻底冲洗，然后用氮气干燥。实验结束后，用扫描电镜研究了蚀沉积前后白斑染色的形态。

图1a为白斑染色硅片的照片。照片中的三个黄色盒子中显示了可见的白斑点。扫描电镜观察到白斑染色的不规则形态，如图1b所示。该斑点长约144 μm，宽约155 μm，材料表面分布有不同大小的高光。

图1：(a)白斑硅片照片，白斑硅片(b)SEM图像，硅元素

为了了解氢氧化钾溶液对染色去除的影响，英思特使用金相显微镜（MO）观察了不同清洗时间下染色形态的变化。图2a显示了未清洗的硅片的Mo图像。大量的黑色材料染色了硅片的表面。（江苏英思特半导体科技有限公司）

图2b为清洗1 min后的染色形态。污渍脱落的量非常小，暴露了硅衬底。清洗3 min后，染色剂脱落速度加快，染色面积逐渐缩小。去除左上角和右下角的污渍，中间部分的污渍更加稀疏。清洗4 min后，晶圆片上只剩下几个斑点。5 min时，显微镜下未见染色，完全去除。

图2：白点随清洗时间下降的演化图

结论

结果表明，染色中含有碳酸钙和二氧化硅，与粘胶的成分分析一致。由此，英思特推断白斑染色是由切割过程中金刚石丝表面的胶污染引起的。在HF/Cu（硝酸盐）2/过氧化氢体系中进行金属铜催化刻蚀刻处理后，硅片表面残留白斑染色，具有良好的耐酸性。

染色剂的存在影响了铜颗粒的均匀沉积，阻碍了硅片的表面纹理化。最后，英思特公司提出了氢氧化钾溶液结合超声场去除硅片表面的污渍，并在5 min内完全去除。本研究对制造高效太阳能电池的硅片污染的知识和清洁有重要的指导意义。

江苏英思特半导体科技有限公司主要从事湿法制程设备，晶圆清洁设备，RCA清洗机，KOH腐殖清洗机等设备的设计、生产和维护。

审核编辑 黄宇