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引言
利用金剛石多絲鋸切割硅錠，制備了太陽能電池的硅晶片。近年來，由于對(duì)超薄硅晶片的需求不斷增加，迫切需要采用不產(chǎn)生硅表面損傷的切片方法。本研究提出了一種基于化學(xué)蝕刻技術(shù)的新型硅切片方法。在該方法中，在含有硝酸和HF的蝕刻溶液中用運(yùn)行絲摩擦硅錠。研究了切片硅的去除特性和表面質(zhì)量。隨著蝕刻劑化學(xué)品濃度的增加，去除率提高，而通過優(yōu)化蝕刻劑的成分，可以降低切角。掃描電鏡觀察和拉曼光譜分析結(jié)果表明，該方法對(duì)硅表面無損傷作用。該方法比傳統(tǒng)的金剛石線切割產(chǎn)生了更平滑的硅表面。
太陽能電池用硅晶圓是通過金剛石線鋸從硅錠上同時(shí)切出多個(gè)晶圓的方法制作出來的。 晶圓損壞， 由于這是破損的原因，薄壁晶圓的切出是有限度的1）。另外，從晶圓制作成本削減的觀點(diǎn)出發(fā)，要求減少成為削邊的卡洛斯（切斷溝）。因此，通過使用化學(xué)作用的新加工方法，進(jìn)行了硅晶圓的切斷技術(shù)的開發(fā)。在本研究中，嘗試了使用能夠進(jìn)行硅的高效蝕刻的氟硝酸的切斷技術(shù)的開發(fā)。由于氟硝酸的硅的蝕刻是各向同性地進(jìn)行的，因此有必要將蝕刻的進(jìn)行限定在切片方向上。在蝕刻劑浴中，通過用導(dǎo)線摩擦硅，探討了促進(jìn)縱向蝕刻的方法，并評(píng)價(jià)了其加工特性。
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實(shí)驗(yàn)
? ? ? 過程中顯示了開發(fā)的切斷實(shí)驗(yàn)裝置。在固定在加工槽中的硅膠的上面供給蝕刻劑，在那里使鋼絲和硅膠接觸，通過運(yùn)行進(jìn)行加工。裝置的材質(zhì)考慮到耐化學(xué)性，使用了氯乙烯樹脂。另外，鋼絲使用了對(duì)硝酸氫氟酸具有很強(qiáng)耐腐蝕性的鎳鉻和不銹鋼（SUS316）鋼絲。進(jìn)行了加工速度的鋼絲運(yùn)行速度依賴性的評(píng)價(jià)。
? ? ? 如圖2所示，與鋼絲運(yùn)行速度的增加成比例地提高了加工速度。這是由于鋼絲運(yùn)行速度的增加同時(shí)鋼絲和硅之間的摩擦能量增加，由此促進(jìn)了蝕刻。市售的線鋸采用了700m/min左右的鋼絲運(yùn)行速度，本技術(shù)也有望通過增加鋼絲運(yùn)行速度進(jìn)一步提高加工速度。接下來調(diào)查了蝕刻劑組成對(duì)加工特性的影響。
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圖2加工速度的鋼絲移動(dòng)速度依賴性
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圖3腐蝕劑組成對(duì)加工特性的影響
圖3中加工硝酸及氫氟酸濃度顯示了對(duì)速度和切斷溝寬度的影響。調(diào)查了氟硝酸的氟酸濃度和硝酸濃度各自對(duì)加工特性的影響。加工速度隨著氟酸濃度和硝酸濃度的增加而提高。另一方面， 溝寬只有在氫氟酸濃度增加的情況下才變大，在硝酸濃度增加的情況下沒有看到大的變化。這是因?yàn)樵谙跛釢舛雀叩臈l件下，在加工過程中，在切片面上形成了妨礙向切片面方向蝕刻進(jìn)行的保護(hù)膜。使用直徑φ160μm和φ100μm的金屬絲進(jìn)行加工時(shí)的加工溝的光學(xué)顯微鏡像。無論哪種情況，都可以將溝寬從金屬絲的直徑控制在10μm左右。根據(jù)以上的結(jié)果，通過使用硝酸濃度高的蝕刻劑，可以降低溝寬。
為了調(diào)查切片引入晶圓表面的損傷， 用拉曼光譜法對(duì)切面進(jìn)行了評(píng)價(jià)。晶體硅（c―Si）在521cm―1附近作為尖銳的峰被檢出。 有報(bào)告指出，非晶質(zhì)（a―Si）在470cm―1附近作為寬峰被檢測(cè)出來3）。 在利用金剛石線鋸的切片面上，檢測(cè)出了非晶質(zhì)的峰值。與此相對(duì)，在蝕刻援用切片的切片面上，只檢測(cè)出了晶體硅的峰值。由此，通過開發(fā)技術(shù)，確認(rèn)了可以得到?jīng)]有損傷的切面。接著，通過相移干涉顯微鏡進(jìn)行了切片面粗糙度的測(cè)定。在利用蝕刻的切片方法中，通過蝕刻形成的圖案，確認(rèn)了切面是粗糙的面?？梢哉J(rèn)為，這是由于利用氟硝酸對(duì)硅進(jìn)行蝕刻而產(chǎn)生的氣泡。有報(bào)告稱，通過減少氟硝酸中的水量，可以減少氣泡的產(chǎn)生。因此，在使用用水稀釋了硝酸氫氟酸的蝕刻劑、用醋酸稀釋了的蝕刻劑、高硝酸濃度的蝕刻劑的情況下，分別測(cè)定了切斷面的粗糙度，并與金剛石線鋸的切斷面的粗糙度進(jìn)行了比較。在用醋酸稀釋了蝕刻劑的情況和沒有稀釋的情況下，成功地降低了切片面的粗糙度。最后，為了評(píng)價(jià)工具線的耐久性，對(duì)加工前后的工具線進(jìn)行了觀察。
圖7顯示了加工前后的工具線的光學(xué)顯微鏡像。在測(cè)量加工60分鐘后的線的直徑時(shí)，沒有確認(rèn)直徑的減少。
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結(jié)果和討論
? ? ? 作為太陽能電池用硅的無損傷的新切片方法，開發(fā)了利用氟硝酸對(duì)硅進(jìn)行蝕刻的方法。 對(duì)其加工特性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。其結(jié)果證實(shí)了以下幾點(diǎn):（1）通過在蝕刻劑液體中用線材摩擦硅來進(jìn)行硅的切片加工；（2）通過提高線材運(yùn)行速度來提高加工速度；（3）通過優(yōu)化蝕刻劑的組成來進(jìn)行低槽寬的加工；通過提高蝕刻劑的濃度來提高加工速度；（4）通過使用乙酸或高硝酸濃度的蝕刻劑作為蝕刻劑的稀釋劑來改善切片表面的粗糙度；（5）通過應(yīng)用濕蝕刻劑的硅切片方法來進(jìn)行無損傷的加工。