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引言
利用金剛石多絲鋸切割硅錠，制備了太陽(yáng)能電池的硅晶片。近年來(lái)，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(guò)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(wú)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(yáng)能電池用硅晶圓是通過(guò)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(lái)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(guò)程中顯示了開(kāi)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(guò)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(shù)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(guò)增加鋼絲運(yùn)行速度進(jìn)一步提高加工速度。接下來(lái)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(méi)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(guò)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(wú)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(guò)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(lái)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(guò)開(kāi)發(fā)技術(shù)，確認(rèn)了可以得到?jīng)]有損傷的切面。接著，通過(guò)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(guò)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(guò)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(méi)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(méi)有確認(rèn)直徑的減少。
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結(jié)果和討論
? ? ? 作為太陽(yáng)能電池用硅的無(wú)損傷的新切片方法，開(kāi)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(guò)在蝕刻劑液體中用線材摩擦硅來(lái)進(jìn)行硅的切片加工；（2）通過(guò)提高線材運(yùn)行速度來(lái)提高加工速度；（3）通過(guò)優(yōu)化蝕刻劑的組成來(lái)進(jìn)行低槽寬的加工；通過(guò)提高蝕刻劑的濃度來(lái)提高加工速度；（4）通過(guò)使用乙酸或高硝酸濃度的蝕刻劑作為蝕刻劑的稀釋劑來(lái)改善切片表面的粗糙度；（5）通過(guò)應(yīng)用濕蝕刻劑的硅切片方法來(lái)進(jìn)行無(wú)損傷的加工。