CN110148554A - 一种利用光刻及金属催化腐蚀切割晶体硅的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用光刻及金属催化腐蚀切割晶体硅的方法，具有如下步骤：对开方后的晶体硅锭依次进行单面抛光，清洗和烘干；烘干后的抛光面进行涂底、旋涂光刻胶和软烘后，将掩模板置于其上；对置有掩模板的抛光面进行对准曝光；将曝光后的抛光面依次进行后烘、显影和硬烘，得到光刻后的抛光面；在光刻后的抛光面上沉积金属催化剂，并浸入到腐蚀液中；腐蚀过程完成后将腐蚀后获得的硅片从腐蚀液中取出，并除去硅片表面剩余的催化剂，获得切割后的硅片。通过本发明可以实现在指定区域上进行硅锭的切割以获得硅片，大幅度减少了加工区域，减少了晶体硅的浪费；通过本发明可以有效减少切割过程中杂质及机械应力的引入，减少硅片缺陷的产生。

Description

一种利用光刻及金属催化腐蚀切割晶体硅的方法
技术领域
本发明涉及一种切割晶体硅方法，具体地说是一种利用光刻及金属催化腐蚀切割晶体硅的方法。
背景技术
21世纪太阳能将会成为世界能源组成中一个重要的部分，在太阳能光伏产业发展的整个产业链中，晶硅太阳能电池的生产主要包括以下过程：硅料→晶体硅→硅棒、硅锭→硅片→电池片→太阳能组件。其中将晶体硅加工成硅片是一个至关重要的过程。
目前主要采用的切割硅片的方法为砂浆切割和金刚线切割，均属于机械切割，两者的切割线分别为浸在碳化硅切割液中的切割线以及表面固结有金刚石磨粒的切割线。缠绕在导线轮上的切割线构成一张水平的、平行的“切割网”。当电机转动导线轮时，整张切割网就会以每秒5米到25米的速度运行。在整个切割过程中切割线的速度及其线性(往复)运动可以进行调整。将硅片安装到切割台上，切割台纵向运动并穿过移动的切割网，将硅块切割成硅片。
但采用上述方式对硅片切割后，只有45％-50％左右的硅料以硅片的形式存在，其余的50％-55％的硅料在切割过程中以切割废浆料的形式流失。而且在机械切割过程中会伴随着较大的摩擦热释放，同时由于切割磨粒与硅棒之间的碰撞和摩擦而产生的破碎磨粒和硅颗粒也将混入切割体系中，造成废液难回收等问题。此外，切割过程中还易引入机械应力，从而在晶体硅中引入缺陷。
发明内容
本发明提供一种光刻及金属催化腐蚀的方法切割硅片，可以通过光刻的方法精确控制催化剂的分布进而控制切割区域，此方法可以减小加工区域，避免晶体硅的浪费；同时，采用化学腐蚀的方法可以阻止机械应力的带入，进而避免缺陷产生。本发明采用的技术手段如下：
一种利用光刻及金属催化腐蚀切割晶体硅的方法，具有如下步骤：
对开方后的晶体硅锭依次进行单面抛光，清洗和烘干；
烘干后的抛光面进行涂底、旋涂光刻胶和软烘后，将掩模板置于其上，掩模板具有多个相互平行的狭缝组，所述狭缝组具有多个相互平行的狭缝；
对置有掩模板的抛光面进行对准曝光；
将曝光后的抛光面依次进行后烘、显影和硬烘，得到光刻后的抛光面；
在光刻后的抛光面上沉积金属催化剂，以获得覆盖在抛光面上的催化剂线；
将上述具有催化剂线的晶体硅锭浸入到腐蚀液中进行腐蚀；
腐蚀过程完成后将腐蚀后的晶体硅从腐蚀液中取出，并除去硅片表面剩余的催化剂，获得切割后的硅片。
所述清洗的具体步骤如下：
单面抛光后的晶体硅锭在乙醇溶液中超声清洗5-20min，后放入浓度为5％-20％的氢氟酸溶液中超声清洗5-20min，最后放入去离子水中超声清洗5-20min。
所述烘干的具体步骤如下：
清洗后的晶体硅锭置于40-100℃的烘干箱中，烘干0.5-3h。
所述狭缝组的宽为5-100μm，所述狭缝组的间距为100-300μm。
所述光刻胶为耐氢氟酸腐蚀的正光刻胶。
所述沉积金属催化剂的方法包括磁控溅射沉积、蒸镀、喷涂或化学反应沉积；
利用光刻技术及磁控溅射、蒸镀或喷涂技术在晶体硅表面获得指定位置的催化剂线，宽度较窄的催化剂线可以极大地减小加工区域，减少硅材料的浪费。
所述金属催化剂为银、铂、钯、金中的一种或者几种组合。
所述腐蚀液含有氢氟酸和双氧水并加入醇类及醛类的表面活性剂和反应催化剂，氢氟酸和双氧水浓度分别为1-10M和0.5-10M，腐蚀温度为10-80℃。
利用金属催化化学腐蚀法对晶体硅进行腐蚀切割，可以有效避免机械切割过程中引入杂质、引入机械应力等问题，减少晶体硅加工后的缺陷。
除去硅片表面剩余的催化剂的具体步骤如下：
将腐蚀后获得的硅片浸入到体积比为1:0.1-1:10的氨水和双氧水混合溶液中，浸泡1-10min。
与现有技术相比，本发明具有如下效果：
1、通过本发明可以实现在指定区域上进行晶体硅的切割，获得硅片，大幅度减少了加工区域，减少了晶体硅的浪费；
2、通过本发明可以有效减少切割过程中杂质及机械应力的引入，减少硅片缺陷的产生。
基于上述理由本发明可在晶体硅切割等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的具体实施方式中利用光刻及金属催化腐蚀切割晶体硅的方法的流程图。
图2是本发明的具体实施方式中掩模板的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，一种利用光刻及金属催化腐蚀切割晶体硅的方法，选用开方后的晶体硅锭作为加工对象，按加工尺寸要求进行切割，具有如下步骤：
先对晶体硅锭进行单面抛光，然后进行清洗，在乙醇溶液中超声清洗5-20min，后放入浓度为5％-20％的氢氟酸溶液中超声清洗5-20min，最后放入去离子水中超声清洗5-20min，取出后置于40-100℃的烘干箱中0.5-3个小时；
对清洗烘干后的抛光面进行涂底、旋涂光刻胶、软烘等步骤，此处采用的光刻胶为耐氢氟酸腐蚀的正光刻胶；将掩模板置于晶体硅表面，然后进行对准曝光；将曝光后的硅片依次进行后烘、显影、硬烘等步骤；
掩模板如图2所示，共有8组平行排列的狭缝组，每组10个狭缝，狭缝组宽为5-100μm，狭缝组间距为100-300μm，以达到在指定区域沉积催化剂线的效果；
采用磁控溅射沉积、蒸镀、喷镀或化学反应沉积的方法在光刻后获得的抛光面上沉积金属催化剂，金属催化剂可以是银、金、铂、钯中的一种或几种；此时，催化剂可以在晶体硅表面均匀沉积，且催化剂线可以覆盖在曝光处，与晶体硅直接接触，从而获得与掩模板形貌一致的均匀分布、平行的催化剂线，本实施例采用银作为金属催化剂；
将上述具有银线的晶体硅锭浸入到腐蚀液中进行腐蚀，所述腐蚀液含有氢氟酸和双氧水并加入醇类及醛类的表面活性剂和反应催化剂，氢氟酸和双氧水浓度分别为1-10M和0.5-10M，腐蚀温度为10-80℃；
腐蚀过程完成后将腐蚀后获得的硅片从腐蚀液中取出，浸入到体积比为1:0.1-1:10的氨水和双氧水混合溶液中，浸泡1-10min，以除去硅片表面剩余的银，获得切割后的硅片。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种利用光刻及金属催化腐蚀切割晶体硅的方法，其特征在于具有如下步骤：
对开方后的晶体硅锭依次进行单面抛光，清洗和烘干；
烘干后的抛光面进行涂底、旋涂光刻胶和软烘后，将掩模板置于其上，掩模板具有多个相互平行的狭缝组，所述狭缝组具有多个相互平行的狭缝；
对置有掩模板的抛光面进行对准曝光；
将曝光后的抛光面依次进行后烘、显影和硬烘，得到光刻后的抛光面；
在光刻后的抛光面上沉积金属催化剂，以获得覆盖在抛光面上的催化剂线；
将上述具有催化剂线的晶体硅锭浸入到腐蚀液中进行腐蚀；
腐蚀过程完成后将腐蚀后获得的硅片从腐蚀液中取出，并除去硅片表面剩余的催化剂，获得切割后的硅片。
2.根据权利要求1所述的利用光刻及金属催化腐蚀切割晶体硅的方法，其特征在于：所述清洗的具体步骤如下：
单面抛光后的晶体硅锭在乙醇溶液中超声清洗5-20min，后放入浓度为5％-20％的氢氟酸溶液中超声清洗5-20min，最后放入去离子水中超声清洗5-20min。
3.根据权利要求1所述的利用光刻及金属催化腐蚀切割晶体硅的方法，其特征在于：所述烘干的具体步骤如下：
清洗后的晶体硅锭置于40-100℃的烘干箱中，烘干0.5-3h。
4.根据权利要求1所述的利用光刻及金属催化腐蚀切割晶体硅的方法，其特征在于：所述狭缝组的宽为5-100μm，所述狭缝组的间距为100-300μm。
5.根据权利要求1所述的利用光刻及金属催化腐蚀切割晶体硅的方法，其特征在于：所述光刻胶为耐氢氟酸腐蚀的正光刻胶。
6.根据权利要求1所述的利用光刻及金属催化腐蚀切割晶体硅的方法，其特征在于：所述沉积金属催化剂的方法包括磁控溅射沉积、蒸镀、喷涂或化学反应沉积；
所述金属催化剂为银、铂、钯、金中的一种或者几种组合。
7.根据权利要求1所述的利用光刻及金属催化腐蚀切割晶体硅的方法，其特征在于：所述腐蚀液含有氢氟酸和双氧水并加入醇类及醛类的表面活性剂和反应催化剂，氢氟酸和双氧水浓度分别为1-10M和0.5-10M，腐蚀温度为10-80℃。
8.根据权利要求1所述的利用光刻及金属催化腐蚀切割晶体硅的方法，其特征在于：除去硅片表面剩余的催化剂的具体步骤如下：
将腐蚀后获得的硅片浸入到体积比为1:0.1-1:10的氨水和双氧水混合溶液中，浸泡1-10min。
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