硅片的清洗与制绒20140216范少博


硅片的清洗与制绒

范少博 20140215

清洗与制绒目的:
一、去除硅片表面机械损伤层; 二、清除表面油污、杂质颗粒及金属杂质; 三、形成起伏不平的绒面,增加硅对太阳光的吸收。

制绒目的与陷光原理:
制绒目的: 利用陷光原理,减少光的反射,增加PN结面积,提高短路电流 (Isc),最终提高电池的光电转换效率。 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。

绒面陷光示意图

单晶制绒
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。
硅片

机械损伤层(5-7微米)

预清洗方法:
1、10%NaOH,78oC,50sec;

2、① 1000gNaOH,65-70oC(超声),3min;②1000g Na2SiO3+4L IPA,65oC,2min。 2NaOH+Si+H2O=Na2SiO3+2H2
SiO32-+3H2O=H4SiO4+2OH-

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5μm/min;损伤去除完全后, 硅片腐蚀速率约为1.2μm/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3μm。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。 2、① 1000gNaOH,65-70oC(超声),3min;②1000g Na2SiO3+4L IPA, 65oC,2min。 ① 利用NaOH腐蚀配合超声对硅片表面颗粒进行去除; ② 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。

单晶制绒工艺: NaOH,Na2SiO3,IPA混合体系进行硅片制绒。 配比要求: NaOH浓度0.8wt%-2wt%; Na2SiO3浓度 0.8wt%-2wt%;IPA浓度5vol%-8vol%。 制绒时间:25-35min,制绒温度75-90oC。

单晶绒面:

单晶绒面显微结构(左:金相显微镜;右:扫描电镜)

绒面一般要求:制绒后,硅片表面无明显色差;绒面小 而均匀。

制绒原理: 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。

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。

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。 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

NaOH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NaOH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%

0.5%

1.5%

5.5%

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,腐蚀速率过慢,制绒周期延长; 制绒温度范围:75-90oC。

时间影响: 制绒包括金字塔的行核及长大过程,因此制绒时间对 绒面的形貌及硅片腐蚀量均有重要影响。

时间影响:
经去除损伤层,硅片表面留下了许多浅的准方形腐蚀 坑。1分钟后,金字塔如雨后春笋,零星的冒出了头;5分 钟后,硅片表面基本被小金字塔覆盖,少数已开始长大。 我们称绒面形成初期的这种变化为金字塔“成核”。10分 钟后,密布的金字塔绒面已经形成,只是大小不均匀,反 射率也降到了比较低的水平。随时间延长,金字塔向外扩 张兼并,体积逐渐膨胀,尺寸趋于均匀。随制绒时间进一 步延长,绒面结构均匀性反而下降,如图e,f所示。

时间影响:

NaOH的作用: 中和残余酸液: H++OH-=H2O HCl+HF的作用: 进一步去除金属离子,去除硅片表面氧化层,在 硅片表面形成Si-H钝化键。

H2SO4/H2O2 作用:硫酸、过氧化氢溶液通过氧化作用对有机薄膜 进行分解,从而完成有机物去除。清洗过程,金属杂质不 能去除,继续残留在硅片表面或进入氧化层。 溶液配比:H2SO4(98%):H2O2(30%)=2:1-4:1。 清洗方法:将溶液温度加热到100oC以上(130oC),将硅片 置于溶液中,浸泡10-15分钟,浸泡后的硅片先用大量去 离子冲洗,随后采用HF进行清洗。

硅片的烘干
硅片清洗的最后一个步骤就是硅片的烘干。烘干的目的主要 是防止硅片再污染及在硅片表面产生印记。 仅仅在去离子水冲洗后,在空气中风干是远远不够的。一 般可以通过旋转烘干,或通过热空气或热氮气使硅片变干 。另外的方法是通过在硅片表面涂拭易于挥发的液体,如 异丙醇等,通过液体的快速挥发来干燥硅片表面。


相关文档

更多相关文档

硅片的清洗与制绒
硅片的清洗与制绒.ppt
硅片制绒和清洗
晶硅片制绒与清洗
硅片的清洗与制绒-一次清洗培训材料-修改稿
01圆片制备与硅片清洗
硅片清洗与制绒
RENA+GmbH+硅片制绒清洗机
BE电子制造科学与技术计划中的硅片清洗
清洗和制绒工艺
电脑版