电池制造工艺硅片的化学腐蚀
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1.利用硝酸（HNO3）氧化硅片表面
Si+2HNO3SiO2+2HNO2 2HNO2NO+NO2+H2O
2.利用氢氟酸（HF）与氧化硅生成可溶于水的络合物．
SiO2+6HFH2SiF6+2H2O
第3页，共16页。
HF/HNO3体系化学品浓度与其腐蚀速率关系？
➢ 若HF含量多，则腐蚀速率受氧化反应控制. 氧化对硅片晶向，搀杂浓度和晶体缺陷较敏感 ➢ 若HNO3含量多，则腐蚀速率受反应生成物溶解速率
电池制造工艺硅片的 化学腐蚀
第1页，共16页。
为什么要进行化学腐蚀？
➢ 硅片在切片和研磨等机械加工之后，其表面因加工应力形成 一层损伤层及污染．
➢ 对硅片进行化学腐蚀有哪些手段？ 1. 酸性腐蚀
2. 碱性腐蚀
第2页，共16页。
酸性腐蚀的原理是什么？
➢ 常用的酸性腐蚀液，通常由不同比率的硝酸（HNO3）,氢 氟酸（HF）及缓冲液等组成，其腐蚀的机理为：
➢ 金属含量
第10页，共16页。
太阳能电池中的硅片ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ学腐蚀
硅表面制绒和边缘刻蚀
第11页，共16页。
为什么要制作绒面？
➢ 光在非垂直入射至硅表面，会发生反射现象，为了降低光反射，增强光吸收，需 要在硅表面形成绒面．
➢ 为什么降低反射会增加光的吸收 • 因为需要满足能量守恒定律 光反射＋光吸收＋光透射＝光总能量
➢ 在HF/HNO3中化学性质稳定 ➢ 在腐蚀过程中，不会与反应产物发生进一步反应 ➢ 可溶解在HF/HNO3之中 ➢ 可以湿化晶片表面
➢ 不会产生化学泡沫
第7页，共16页。
碱性腐蚀的原理是什么？
➢ 常用的碱性腐蚀化学药品为KOH或NaOH，其腐蚀的机理
为： Si+2KOH+H2O K2SiO3+2H2↑
的限制． 溶解过程是一种扩散过程，会受到液体对流速度的
影响．
第4页，共16页。
HF/HNO3体系腐蚀设计的原则？
➢ 腐蚀速率的可控性．
➢ 某种表面结构特殊工艺需求，如多晶绒面制作． ➢ 寻求添加剂，使腐蚀速率更可控，可满足高产能的需求．
第5页，共16页。
HF/HNO3体系中的添加剂有什么作用？
➢ 抛光化学药液的配置
• 通常可以使用HF/HNO3或KOH溶液
第15页，共16页。
化学腐蚀在边缘刻蚀上的应用？
• 通常使用HF/HNO3体系，利用其各向同性腐蚀特性，可以在特定设备条件下 完成对硅片边缘的腐蚀，而不影响太阳电池的工艺结构．
• 通常使用in-line式结构的设备，利用表面张力和毛细作用力的作用完成这一过 程．
➢ 缓冲腐蚀速率
➢ 改善表面湿化（Wetting）程度 ➢ 加速腐蚀速率
目的 缓冲腐蚀速率 加速腐蚀速率
可采用化学药品
原因
水（H2O）,醋酸（CH3COOH）,磷酸（H3PO4） 浓度稀释
亚硝酸钠（Na2NO2）,氟硅酸（H2SiF6）
反应中间产物
第6页，共16页。
HF/HNO3体系的缓冲添加剂选择条件？
3. 添加剂，如异丙醇IPA，通常用来减缓刻蚀速率
第13页，共16页。
酸腐蚀在绒面制作上的应用？
➢ 利用HF/HNO3在较高化学浓度比时的缺陷腐蚀特性，使损 伤层区域优先腐蚀，形成不同于单晶金字塔结构的坑洞 结构．
第14页，共16页。
化学腐蚀在表面抛光处理上的应用
➢ 什么是抛光？ • 抛光指形成完全反射的表面，即镜面 ➢ 化学抛光的原理？ • 对硅片表面的均匀刻蚀
第12页，共16页。
碱腐蚀在绒面制作上的应用？
➢ 利用KOH或NaOH在腐蚀单晶硅片时在不同晶向腐蚀 速率的差异性
• 不同晶向的刻蚀速率为<110> ＞ <100> ＞ <111>
➢ 不同晶向腐蚀速率的差异（各向异性腐蚀）与什么有关？ 1. 溶液浓度，有关系，但关系不大，因为腐蚀过程受表面过程
控制． 2. 温度,温度越低，腐蚀速率差异越大
简单设备结构与工艺说明图示
第16页，共16页。
第8页，共16页。
碱腐蚀速率影响因素？
➢ 表面悬挂键密度，与晶向有关 ➢ 化学浓度 ➢ 温度
➢ 表面机械损伤
第9页，共16页。
硅片在化学腐蚀后的表面特性？
➢ TTV（Total Thickness Variation） ➢ TIR（Total Indicator Reading） ➢ 粗糙度（Roughness） ➢ 反射度（Reflectivity） ➢ 波度（Waviness）
Si+2HNO3SiO2+2HNO2 2HNO2NO+NO2+H2O
2.利用氢氟酸（HF）与氧化硅生成可溶于水的络合物．
SiO2+6HFH2SiF6+2H2O
第3页，共16页。
HF/HNO3体系化学品浓度与其腐蚀速率关系？
➢ 若HF含量多，则腐蚀速率受氧化反应控制. 氧化对硅片晶向，搀杂浓度和晶体缺陷较敏感 ➢ 若HNO3含量多，则腐蚀速率受反应生成物溶解速率
电池制造工艺硅片的 化学腐蚀
第1页，共16页。
为什么要进行化学腐蚀？
➢ 硅片在切片和研磨等机械加工之后，其表面因加工应力形成 一层损伤层及污染．
➢ 对硅片进行化学腐蚀有哪些手段？ 1. 酸性腐蚀
2. 碱性腐蚀
第2页，共16页。
酸性腐蚀的原理是什么？
➢ 常用的酸性腐蚀液，通常由不同比率的硝酸（HNO3）,氢 氟酸（HF）及缓冲液等组成，其腐蚀的机理为：
➢ 金属含量
第10页，共16页。
太阳能电池中的硅片ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ学腐蚀
硅表面制绒和边缘刻蚀
第11页，共16页。
为什么要制作绒面？
➢ 光在非垂直入射至硅表面，会发生反射现象，为了降低光反射，增强光吸收，需 要在硅表面形成绒面．
➢ 为什么降低反射会增加光的吸收 • 因为需要满足能量守恒定律 光反射＋光吸收＋光透射＝光总能量
➢ 在HF/HNO3中化学性质稳定 ➢ 在腐蚀过程中，不会与反应产物发生进一步反应 ➢ 可溶解在HF/HNO3之中 ➢ 可以湿化晶片表面
➢ 不会产生化学泡沫
第7页，共16页。
碱性腐蚀的原理是什么？
➢ 常用的碱性腐蚀化学药品为KOH或NaOH，其腐蚀的机理
为： Si+2KOH+H2O K2SiO3+2H2↑
的限制． 溶解过程是一种扩散过程，会受到液体对流速度的
影响．
第4页，共16页。
HF/HNO3体系腐蚀设计的原则？
➢ 腐蚀速率的可控性．
➢ 某种表面结构特殊工艺需求，如多晶绒面制作． ➢ 寻求添加剂，使腐蚀速率更可控，可满足高产能的需求．
第5页，共16页。
HF/HNO3体系中的添加剂有什么作用？
➢ 抛光化学药液的配置
• 通常可以使用HF/HNO3或KOH溶液
第15页，共16页。
化学腐蚀在边缘刻蚀上的应用？
• 通常使用HF/HNO3体系，利用其各向同性腐蚀特性，可以在特定设备条件下 完成对硅片边缘的腐蚀，而不影响太阳电池的工艺结构．
• 通常使用in-line式结构的设备，利用表面张力和毛细作用力的作用完成这一过 程．
➢ 缓冲腐蚀速率
➢ 改善表面湿化（Wetting）程度 ➢ 加速腐蚀速率
目的 缓冲腐蚀速率 加速腐蚀速率
可采用化学药品
原因
水（H2O）,醋酸（CH3COOH）,磷酸（H3PO4） 浓度稀释
亚硝酸钠（Na2NO2）,氟硅酸（H2SiF6）
反应中间产物
第6页，共16页。
HF/HNO3体系的缓冲添加剂选择条件？
3. 添加剂，如异丙醇IPA，通常用来减缓刻蚀速率
第13页，共16页。
酸腐蚀在绒面制作上的应用？
➢ 利用HF/HNO3在较高化学浓度比时的缺陷腐蚀特性，使损 伤层区域优先腐蚀，形成不同于单晶金字塔结构的坑洞 结构．
第14页，共16页。
化学腐蚀在表面抛光处理上的应用
➢ 什么是抛光？ • 抛光指形成完全反射的表面，即镜面 ➢ 化学抛光的原理？ • 对硅片表面的均匀刻蚀
第12页，共16页。
碱腐蚀在绒面制作上的应用？
➢ 利用KOH或NaOH在腐蚀单晶硅片时在不同晶向腐蚀 速率的差异性
• 不同晶向的刻蚀速率为<110> ＞ <100> ＞ <111>
➢ 不同晶向腐蚀速率的差异（各向异性腐蚀）与什么有关？ 1. 溶液浓度，有关系，但关系不大，因为腐蚀过程受表面过程
控制． 2. 温度,温度越低，腐蚀速率差异越大
简单设备结构与工艺说明图示
第16页，共16页。
第8页，共16页。
碱腐蚀速率影响因素？
➢ 表面悬挂键密度，与晶向有关 ➢ 化学浓度 ➢ 温度
➢ 表面机械损伤
第9页，共16页。
硅片在化学腐蚀后的表面特性？
➢ TTV（Total Thickness Variation） ➢ TIR（Total Indicator Reading） ➢ 粗糙度（Roughness） ➢ 反射度（Reflectivity） ➢ 波度（Waviness）