一种硅片刻蚀的方法、在硅片表面制备减反射绒面的方法和在硅片表面刻蚀特定图形的方法技术

本发明专利技术提供了一种硅片刻蚀的方法、在硅片表面制备减反射绒面的方法和在硅片表面刻蚀特定图形的方法，属于半导体刻蚀技术领域。本发明专利技术以固体MnO2作为氧化剂，而HF和其他非氧化性酸用于提供可增强固体MnO2氧化性的酸性环境，在酸性环境中，固体MnO2表现出氧化性，与硅片接触可以将硅氧化，生成的SiO2被HF酸刻蚀，露出新的硅表面与固体MnO2接触，继续被氧化，随着反应进行，在硅片与固体MnO2接触的位置形成刻蚀结构，固体MnO2最终被还原成可溶性的Mn

A silicon wafer etching method, a method of preparing anti-reflection suede on the surface of silicon wafer and a method of etching specific patterns on the surface of silicon wafer

【技术实现步骤摘要】
一种硅片刻蚀的方法、在硅片表面制备减反射绒面的方法和在硅片表面刻蚀特定图形的方法
本专利技术涉及半导体刻蚀
，尤其涉及一种硅片刻蚀的方法、在硅片表面制备减反射绒面的方法和在硅片表面刻蚀特定图形的方法。
技术介绍
对硅片进行刻蚀形成图形化或者随机分布的微纳结构是制备很多半导体器件的必需步骤。对硅片进行刻蚀的技术主要分为干法刻蚀与湿法刻蚀。干法刻蚀主要利用反应气体或/和等离子体通过化学或/和物理作用进行刻蚀。对硅片进行干法刻蚀的代表性方法是反应离子刻蚀(RIE:ReactiveIonEtching)，其通常是将含有卤素原子的反应气体组合(比如CF4/O2、SF6/O2等)通入到等离子体电场中，结合利用卤素原子对硅片的化学刻蚀作用与高能离子对硅片的物理轰击作用来在硅片表面制备出所期望的刻蚀结构，该方法设备投资较大、工艺复杂。湿法刻蚀主要利用包含化学刻蚀剂的溶液与硅片之间发生化学反应来进行刻蚀。由于湿法刻蚀操作简便、对设备要求低、易于实现大批量生产，被广泛用在光电、传感、微机电器件等的制造中。但现有的硅片刻蚀技术，无论是干法刻蚀还是湿法刻蚀，要实现对硅片局部区域的选择性刻蚀，刻蚀出所希望的图形，通常都需要先制备掩膜，制备掩膜主要靠光刻工艺来实现，刻蚀完成后再附加一定的步骤将掩膜去除，工艺较为复杂。利用硅片刻蚀在硅片表面制备减反射绒面是提高硅太阳电池转换效率的重要手段。在多晶硅片上制备减反射绒面一般采用HNO3/HF水溶液，依靠HNO3将硅氧化，再利用HF刻蚀去除SiO2，在硅片表面上形成由椭圆形坑状结构构成的绒面。但是，这种方法存在氮排放，并且在金刚线切割的多晶硅片上制备的绒面反射率较高，难以满足高性能硅太阳电池的制备要求。针对金刚线切割的多晶硅片，目前也产生了一些新型制绒技术。RIE技术首先被采用，但因投资大、工艺复杂等原因并没有形成大范围的产业化应用。湿法金属催化化学腐蚀(MCCE:Metalcatalyzedchemicaletching)是另外一种新兴技术，其主要采用贵金属颗粒Cu、Ag、Pt、Au等作为催化剂，在HF/H2O2水溶液中对硅片表面进行绒面刻蚀。该技术存在的问题是需要以贵金属为催化剂，工艺成本较高，且在所得硅片表面上存在金属污染，需要后续清除处理步骤，工艺较繁琐。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种硅片刻蚀的方法、在硅片表面制备减反射绒面的方法和在硅片表面刻蚀特定图形的方法，本专利技术提供的硅片刻蚀的方法工艺简单，且能够低成本的实现对硅片的定点刻蚀，当将本专利技术的方法用于硅片表面制绒时，可以在多晶硅片特别是金刚线切割的多晶硅片表面上刻蚀出反射率低的高性能绒面，并且不使用贵金属，也不使用HNO3，不产生影响环境的氮排放。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种硅片刻蚀的方法，以固体MnO2为氧化剂，在非氧化性混合酸溶液中对硅片进行刻蚀；所述非氧化性混合酸溶液中的酸包括HF和其他非氧化性酸。优选的，所述其他非氧化性酸为HCl。优选的，在所述刻蚀完成后，将刻蚀后的硅片进行洗涤，所述洗涤包括依次进行的碱洗、酸洗和水洗。优选的，所述碱洗用碱洗液为强碱水溶液，所述强碱水溶液中的强碱为NaOH和KOH中的至少一种，所述强碱水溶液的浓度为2.0～8.0wt.％。优选的，所述酸洗用酸洗液为HF和HCl的混合水溶液，所述酸洗液中HF的浓度为2.0～3.0mol/L，HCl的浓度为2.5～3.5mol/L。优选的，进行所述刻蚀前，将硅片进行清洗，所述清洗的方法为标准RCA清洗步骤中的一步或多步。本专利技术还提供了一种在硅片表面制备减反射绒面的方法，采用上述技术方案所述的硅片刻蚀的方法在硅片表面制备减反射绒面，具体包括如下步骤：将固体MnO2颗粒与非氧化性混合酸溶液混合，得到悬浊液；将硅片放入所述悬浊液中，固体MnO2颗粒沉降在硅片表面，进行刻蚀，在硅片表面形成减反射绒面。优选的，所述其他非氧化性酸为HCl，所述HF的浓度为1.9～22.6mol/L，所述HCl的浓度为3.3～19.8mol/L。优选的，所述固体MnO2颗粒的粒径≤10μm，所述悬浊液中固体MnO2颗粒的浓度为8.3～33.3g/L。本专利技术还提供了一种在硅片表面刻蚀特定图形的方法，采用上述技术方案所述的硅片刻蚀的方法在硅片表面刻蚀特定图形，包括如下步骤：在硅片需要刻蚀特定图形的位置施加固体MnO2，然后在非氧化性混合酸溶液中进行刻蚀，在硅片表面得到特定图形。本专利技术提供了一种硅片刻蚀的方法，以固体MnO2为氧化剂，在非氧化性混合酸溶液中对硅片进行刻蚀；所述非氧化性混合酸溶液中的酸包括HF和其他非氧化性酸。本专利技术以固体MnO2作为氧化剂，而HF和其他非氧化性酸用于提供可增强固体MnO2氧化性的酸性环境，在酸性环境中，固体MnO2表现出氧化性，与硅片接触可以将硅氧化，生成的SiO2再被HF酸刻蚀掉，露出新的硅表面与固体MnO2接触，继续被氧化，随着反应进行，可在硅片与固体MnO2接触的位置形成刻蚀结构，固体MnO2最终被还原成可溶性的Mn2+离子，不会在硅片表面上产生锰金属污染。由于该方法仅在与固体MnO2接触的地方发生刻蚀，因此可根据需要在硅片表面需要刻蚀的地方进行定点刻蚀，并且该方法还可以用于多晶硅片，特别是金刚线切割的多晶硅片表面减反射绒面的制备，不使用贵金属也不使用硝酸，即可得到反射率低的绒面。附图说明图1为实施例1在金刚线切割的多晶硅片表面上获得的绒面形貌图；图2为对比例1在金刚线切割的多晶硅片表面上获得的绒面形貌图；图3为实施例1～4和对比例1在金刚线切割的多晶硅片表面上获得的绒面的反射率谱图。具体实施方式本专利技术提供了一种硅片刻蚀的方法，以固体MnO2为氧化剂，在非氧化性混合酸溶液中对硅片进行刻蚀；所述非氧化性混合酸溶液中的酸包括HF和其他非氧化性酸。在本专利技术中，在固体MnO2和硅片接触的位置，非氧化性混合酸溶液和MnO2共同作用将硅片刻蚀，该过程中发生式(1)所示化学反应：Si+2MnO2+4H++6HF→H2SiF6+2Mn2++4H2O(1)在式(1)所示化学反应中，硅片的氧化由固体MnO2引起，该反应只发生在固体MnO2、硅片和非氧化性混合酸溶液三者接触的位置，固体MnO2起到很好的定点刻蚀的作用。固体MnO2将硅片氧化，HF刻蚀掉生成的氧化物形成H2SiF6，随着反应进行逐渐在硅片和固体MnO2接触的位置形成刻蚀结构。本专利技术提供的方法中，刻蚀结构形貌主要由固体MnO2决定，这大大降低了对混合酸溶液配比的要求，无论刻蚀速率快慢，只要刻蚀时间足够长，保证固体MnO2的有效反应，均能获得所需要的刻蚀结构，与通常的刻蚀体系需要精细控制刻蚀液配比、反应速率和刻蚀时间相比，本专利技术所述的硅刻蚀的方法工艺更简单，操作控制更方便。且当需要在硅片表面制备减反射绒面时，将硅片浸入固体MnO2和非氧化性混合酸溶液的混合液中，固体MnO2沉降在硅片表面，进行刻蚀，在硅片表面即可形成减反射绒面；当需要在硅片表面刻蚀特定图形时，可以依照所需要的图形在硅片上施加固体MnO2，然后在非氧化性混合酸溶液中进行定点刻蚀，而不必制备掩膜，在刻蚀过程中MnO2会逐渐消耗，当MnO2消耗完毕时，刻蚀将自动终止，即使硅片在非氧化性酸溶液中保持的时间延长也不会本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅片刻蚀的方法，其特征在于，以固体MnO2为氧化剂，在非氧化性混合酸溶液中对硅片进行刻蚀；所述非氧化性混合酸溶液中的酸包括HF和其他非氧化性酸。

【技术特征摘要】
1.一种硅片刻蚀的方法，其特征在于，以固体MnO2为氧化剂，在非氧化性混合酸溶液中对硅片进行刻蚀；所述非氧化性混合酸溶液中的酸包括HF和其他非氧化性酸。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述其他非氧化性酸为HCl。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述刻蚀完成后，将刻蚀后的硅片进行洗涤，所述洗涤包括依次进行的碱洗、酸洗和水洗。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述碱洗用碱洗液为强碱水溶液，所述强碱水溶液中的强碱为NaOH和KOH中的至少一种，所述强碱水溶液的浓度为2.0～8.0wt.％。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述酸洗用酸洗液为HF和HCl的混合水溶液，所述酸洗液中HF的浓度为2.0～3.0mol/L，HCl的浓度为2.5～3.5mol/L。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行所述刻蚀前，将硅片进行清洗，所述清洗的方法为标准RCA清洗步骤中的一步或多步。7.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘欢，赵雷，王文静，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11