掃碼添加微信，獲取更多半導體相關資料
引言
為了進一步增加太陽能電池的普及率，降低太陽能電池板的成本變得很重要。在晶體Si系太陽能電池板中，Si晶圓的材料成本和制造成本占整個電池板的成本的比例不少。通過將金剛石磨粒附著在線材上的金剛石線材進行固定磨粒切割的方法正在普及。 切出的Si晶圓表面發(fā)生損傷，切斷槽寬度（卡洛斯）的降低有界限等問題。
在這樣的背景下，作為不依靠機械加工的新Si的切斷技術，正在討論放電加工和電解加工，等離子蝕刻等加工技術的應用1―3）。作為不依靠機械加工的切片法之一，筆者們開發(fā)了利用濕法蝕刻的新切斷技術“蝕刻援用切片”4）。
該加工技術的特征是，在蝕刻液（蝕刻劑）中行進的金屬絲，通過與Si錠接觸進行相對運動，以化學作用為主體進行加工。本報告將利用開發(fā)的加工技術對單晶Si進行加工，并介紹其加工特性和加工面質(zhì)量。
?
實驗
由于濕法蝕刻通常是各向同性蝕刻，因此即使在Si表面上施加掩模，蝕刻劑也會侵入掩模的下部，從而產(chǎn)生底切通常很難進行加工。另一方面，在濕法蝕刻中，如果能夠在抑制溝的寬度方向的蝕刻速度的同時，促進深度方向的蝕刻速度，就可以實現(xiàn)各向異性的加工。
? ? ? 因此， 向Si錠提供蝕刻劑， 設想了用行進的金屬絲摩擦鑄錠的加工方法。在Si鑄錠和金屬金屬絲的接觸點，通過產(chǎn)生摩擦熱和引入新鮮的蝕刻劑等，可以提高向深度方向的蝕刻速度。另一方面，通過蝕刻劑組成的最優(yōu)化，研究了溝寬方向的蝕刻的抑制。
? ? ? 如果能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的加工方法，由于是基于化學作用的材料去除，在金剛石金屬絲切斷時不會對成為問題的切斷面產(chǎn)生機械損傷，可以進行加工。另外，與金剛石金屬絲相比，由于可以降低工具金屬絲的負荷，因此可以通過使用細金屬絲來降低卡洛斯等優(yōu)點。在Si的濕法蝕刻中，多使用KOH和TMAH等的堿溶液，以及硝酸和氫氟酸（氫氟酸）的混合酸--硝基氫氟酸。其中，硝基氫氟酸的晶體方位依賴性小，可以得到實用的蝕刻速度（最大800μm/min）5）等，因此選擇了本加工技術中的蝕刻劑
?
圖4 線速度（運行速度）與加工速度的關系
? ? ? 如圖4所示，隨著鋼絲運行速度的增加，加工速度也幾乎成比例地增加，最大可以得到120μm/min的加工速度。根據(jù)上述結(jié)果，決定蝕刻劑的組成為硝酸濃度40 wt%，氫氟酸濃度4 wt%，用不同線徑的線進行加工時，顯示的是卡牙線，如圖5所示?？ㄑ谰€依賴于線徑，顯示出比線徑大10μm左右的值。
?
圖5 線徑和線牙線的關系
? ? ? 整個加工槽中卡牙線基本固定，從圖5插入圖的切面觀察來看如圖所示，即使在溝的入口部也不會擴大，具有高長寬比。如上所述，盡管使用了一般為各向同性蝕刻的氟硝酸，但在開發(fā)的加工技術中卻變成了各向異性蝕刻，實現(xiàn)了高長寬比的加工。
? ? ? 氟硝酸的Si蝕刻，如下式所示，通過硝酸對Si表面的氧化（式（1））和氟酸對氧化膜的溶解（式（2））進行反應。Si+4HNO3→3SiO2+4NO+2H2O（1）SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O（2）硝酸濃度高。 氫氟酸濃度低的蝕刻劑中， Si的氧化速度足夠大， 氫氟酸對氧化膜的溶解速度較小，這就是限速過程。因此，導線接觸部以外的蝕刻速度（也就是溝寬方向的蝕刻速度）變小。另一方面，在導線和Si的接觸點，可以預想到Si表面生成的氧化膜會通過與導線的摩擦而被除去。另外，在與導線的接觸點，會產(chǎn)生摩擦熱，氧化膜的溶解速度會增加。在蝕刻過程中，Si表面生成的NO氣體和H2SiF6等反應生成物會妨礙蝕刻。在導線的附近，由于導線的運動，蝕刻劑會被攪拌，而在遠離導線的部分，蝕刻劑會滯留，反應生成物不會被除去，蝕刻速度會顯著降低。
因此，相對于加工槽的寬度方向的蝕刻速度度小到可以忽略不計，與此相對，深度方向的蝕刻速度足夠大，可以認為實現(xiàn)了各向異性的蝕刻。另一方面，如果提高氫氟酸濃度，氧化膜的去除速度就會提高，鋼絲摩擦點以外的蝕刻速度也會變大，結(jié)果導致了卡洛斯的增大
為了在本技術中改善加工面粗糙度， 對蝕刻劑組成進行了探討。在Si的氟硝酸蝕刻中， 通過在稀釋劑（氫氟酸和硝酸以外的成分）中添加醋酸， 有報告指出可以改善表面粗糙度。如果用光學顯微鏡觀察各個加工面的話， 在不添加醋酸的情況下，觀察到了大小為數(shù)十μm的橢圓形結(jié)構。這是用氟硝酸進行Si蝕刻時所看到的典型結(jié)構，有報告稱其起因是蝕刻劑中的活性反應種（亞硝基鎓離子，NO+）不均分布在Si表面7）。
隨著醋酸濃度的增加，該橢圓形結(jié)構的大小變小，在醋酸濃度最高的蝕刻劑中幾乎沒有觀察到。這是因為添加醋酸抑制了蝕刻劑中反應種的不均分布。另外，評價了向蝕刻劑中添加醋酸對加工特性的影響的結(jié)果，加工速度以及碳牙線是醋酸濃無論程度如何，都顯示出基本恒定的值，確認了添加醋酸不會對加工特性產(chǎn)生不良影響。
如上所述，通過在蝕刻劑的稀釋液中使用醋酸，可以改善加工表面粗糙度，而不會使加工特性惡化，并且可以獲得與金剛石線加工表面基本相同的表面粗糙度。
?
結(jié)果和討論
在本報告中，介紹了利用濕法蝕刻的新Si切片法。與以往的機械加工切片不同，最大的特征是可以在無損傷的情況下進行加工。另一方面，提高加工速度和處理含有氫氟酸的有害蝕刻劑成為課題?，F(xiàn)在，通過賦予某種能量，試圖解決上述課題。