CN115161032A - 一种适用于单晶硅片的腐蚀溶液及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于单晶硅片的腐蚀溶液及方法，属于单晶硅腐蚀技术领域，可用于单晶硅表面微纳米结构的腐蚀加工与制备。本发明公开的基于氢氟酸的腐蚀溶液中不需要添加银、铜、金等贵金属离子，也不含钠离子、钾离子等金属离子。利用本发明公开的腐蚀溶液及方法可以在单晶硅片表面腐蚀制备表面光滑、微纳米尺寸的正金字塔和倒金字塔绒面结构，同时具有较低的反射率。
Description
技术领域
本发明属于单晶硅腐蚀技术领域，具体涉及一种适用于单晶硅片的腐蚀溶液及方法。
背景技术
单晶硅各向异性腐蚀技术在微电子器件、光伏电池、微机电系统等领域具有至关重要的作用。单晶硅各向异性腐蚀技术主要依赖碱性溶液如氢氧化钠、氢氧化钾[参见：中国专利CN201310562781.9]或四甲基氢氧化铵腐蚀液[参见：中国专利ZL200410017032.9]。利用银或金等贵金属作为催化剂，含有氧化剂的氢氟酸溶液可以实现单晶硅高度位置选择性和高度各向异性腐蚀[参见：中国专利ZL 02104179.2；中国专利ZL 200510011753.3；中国专利ZL 200810183135.0]。利用硝酸铜、双氧水和氢氟酸混合腐蚀溶液也可以实现单晶硅各向异性腐蚀，在晶体硅表面腐蚀形成倒金字塔结构[参见：Y.Wang,L.X.Yang,Y.P.Liu,Z.X.Mei,W.Chen,J.Q.Li,H.L.Liang,A.Kuznetsov,X.L.Du,Maskless inverted pyramidtexturization of silicon.Sci.Rep.,2015,5,10843]。利用含有可溶性铜盐的氢氟酸可以各向异性腐蚀晶体硅，在晶体硅表面腐蚀形成正金字塔绒面结构，该方法不需要加入双氧水、硝酸等氧化剂，简单易行[参见：中国专利ZL 201710127031.7]。无论是使用碱腐蚀溶液技术，还是使用基于氢氟酸溶液的金属催化腐蚀技术，腐蚀溶液中均含有金属离子(碱金属离子，银离子或铜离子等)。本发明采用了一种基于醇催化的氢氟酸各向异性腐蚀单晶硅技术，避免了在腐蚀溶液中出现金属离子，可大大降低硅片表面复合率以提高硅片的少子寿命，进而有效提高器件性能。
发明内容
本发明的目的在于提出一种适用于单晶硅片的腐蚀溶液及方法，腐蚀溶液中不含金属离子，可以对单晶硅片表面进行各向异性腐蚀。
根据本发明的第一个方面，提供一种适用于单晶硅片的腐蚀溶液，包括如下质量百分比含量的各组分：5％-40％醇催化剂，0.5％-40％氢氟酸，余量为去离子水。
优选的，所述醇催化剂选自甘醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、甲醇、乙醇中的一种或多种。
根据本发明的第二个方面，所述的一种适用于单晶硅片的腐蚀溶液可以加入0.005％-5％氧化剂。
优选的，所述氧化剂选自双氧水、硝酸的一种或两种
本发明利用上述腐蚀溶液对单晶硅片进行腐蚀加工，方法按照如下步骤1和2单独进行：
(1)将质量百分比含量为5％-40％的醇催化剂和0.5％-40％的氢氟酸加入到余量的去离子水中，混合均匀配制成腐蚀溶液，将单晶硅片浸入得到的腐蚀溶液中进行腐蚀，腐蚀温度为50-80℃，腐蚀时间为1-24小时，然后将完成腐蚀的单晶硅片放入去离子水清洗，随后烘干。
(2)将质量百分比含量为5％-40％的醇催化剂、0.5％-40％的氢氟酸和0.005％-5％的氧化剂加入到余量的去离子水中，混合均匀配制成腐蚀溶液，将单晶硅片浸入得到的腐蚀溶液中进行腐蚀，腐蚀温度为50-80℃，腐蚀时间为1-24小时，然后将完成腐蚀的单晶硅片放入去离子水清洗，随后烘干。
本发明提供了一种适用于单晶硅片的腐蚀溶液及方法，可以在单晶硅片表面腐蚀制备正金字塔和倒金字塔绒面，腐蚀的单晶硅片无需经过盐酸和双氧水清洗去除金属离子，降低了化学品的耗量。
附图说明
图1是本发明实施例1的单晶硅片腐蚀后表面形成的正金字塔形貌图
图2是本发明实施例2的单晶硅片腐蚀后表面形成的倒金字塔形貌图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
将质量百分比含量为10％的甘醇和10％的氢氟酸加入到余量的去离子水中，混合均匀配制成腐蚀溶液，将单晶硅片浸入到腐蚀溶液中进行腐蚀，腐蚀温度为80℃，腐蚀时间为10小时，然后将完成腐蚀的单晶硅片放入去离子水清洗，随后烘干。
观察腐蚀后单晶硅片的表面形貌，如图1所示，可以发现单晶硅片表面布满正金字塔微观结构。
实施例2
将质量百分比含量为10％的甲醇、1％的双氧水和10％的氢氟酸加入到余量的去离子水中，混合均匀配制成腐蚀溶液，将单晶硅片浸入到腐蚀溶液中进行腐蚀，腐蚀温度为80℃，腐蚀时间为10小时，然后将完成腐蚀的单晶硅片放入去离子水清洗，随后烘干。
观察腐蚀后单晶硅片的表面形貌，如图2所示，可以发现单晶硅片表面布满倒金字塔微观结构。
实施例3
将质量百分比含量为20％的甲醇和10％的氢氟酸加入到余量的去离子水中，混合均匀配制成腐蚀溶液，将单晶硅片浸入到腐蚀溶液中进行腐蚀，腐蚀温度为80℃，腐蚀时间为12小时，然后将完成腐蚀的单晶硅片放入去离子水清洗，随后烘干。
实施例4
将质量百分比含量为20％的二甘醇和5％的氢氟酸加入到余量的去离子水中，混合均匀配制成腐蚀溶液，将单晶硅片浸入到腐蚀溶液中进行腐蚀，腐蚀温度为80℃，腐蚀时间为20小时，然后将完成腐蚀的单晶硅片放入去离子水清洗，随后烘干。
实施例5
将质量百分比含量为20％的二甘醇和5％的氢氟酸加入到余量的去离子水中，混合均匀配制成腐蚀溶液，将单晶硅片浸入到腐蚀溶液中进行腐蚀，腐蚀温度为80℃，腐蚀时间为10小时，然后将完成腐蚀的单晶硅片放入去离子水清洗，随后烘干。
实施例6
将质量百分比含量为40％的甲醇和10％的氢氟酸加入到余量的去离子水中，混合均匀配制成腐蚀溶液，将单晶硅片浸入到腐蚀溶液中进行腐蚀，腐蚀温度为80℃，腐蚀时间为15小时，然后将完成腐蚀的单晶硅片放入去离子水清洗，随后烘干。
实施例7
将质量百分比含量为40％的甲醇、1％的双氧水和10％的氢氟酸加入到余量的去离子水中，混合均匀配制成腐蚀溶液，将单晶硅片浸入到腐蚀溶液中进行腐蚀，腐蚀温度为80℃，腐蚀时间为10小时，然后将完成腐蚀的单晶硅片放入去离子水清洗，随后烘干。
实施例8
将质量百分比含量为40％的甘醇、2％的双氧水和10％的氢氟酸加入到余量的去离子水中，混合均匀配制成腐蚀溶液，将单晶硅片浸入到腐蚀溶液中进行腐蚀，腐蚀温度为80℃，腐蚀时间为10小时，然后将完成腐蚀的单晶硅片放入去离子水清洗，随后烘干。
实施例9
将质量百分比含量为40％的甲醇、3％的双氧水和10％的氢氟酸加入到余量的去离子水中，混合均匀配制成腐蚀溶液，将单晶硅片浸入到腐蚀溶液中进行腐蚀，腐蚀温度为80℃，腐蚀时间为10小时，然后将完成腐蚀的单晶硅片放入去离子水清洗，随后烘干。
实施例10
将质量百分比含量为20％的三甘醇和10％的氢氟酸加入到余量的去离子水中，混合均匀配制成腐蚀溶液，将单晶硅片浸入到腐蚀溶液中进行腐蚀，腐蚀温度为80℃，腐蚀时间为20小时，然后将完成腐蚀的单晶硅片放入去离子水清洗，随后烘干。
实施例11
将质量百分比含量为40％的甲醇、0.5％的双氧水和10％的氢氟酸加入到余量的去离子水中，混合均匀配制成腐蚀溶液，将单晶硅片浸入到腐蚀溶液中进行腐蚀，腐蚀温度为80℃，腐蚀时间为10小时，然后将完成腐蚀的单晶硅片放入去离子水清洗，随后烘干。
实施例12
将质量百分比含量为40％的甲醇、1％的硝酸和10％的氢氟酸加入到余量的去离子水中，混合均匀配制成腐蚀溶液，将单晶硅片浸入到腐蚀溶液中进行腐蚀，腐蚀温度为80℃，腐蚀时间为10小时，然后将完成腐蚀的单晶硅片放入去离子水清洗，随后烘干。
以上实施例仅用来对本发明进行具体描述，不应当理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴。
Claims (8)
1.一种适用于单晶硅片的腐蚀溶液，其特征在于，包括如下质量百分比含量的各组分：5％-40％醇催化剂，0.5％-40％氢氟酸，余量为去离子水。
2.根据权利要求1所述的一种适用于单晶硅片的腐蚀溶液，其特征在于，所述醇催化剂选自甘醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、甲醇和乙醇中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种适用于单晶硅片的腐蚀溶液，其特征在于，所述腐蚀溶液中还可以加入0.005％-5％氧化剂。
4.根据权利要求3所述的一种适用于单晶硅片的腐蚀溶液中还可以加入强氧化剂，其特征在于，所述氧化剂选自双氧水、硝酸的一种或两种。
5.一种适用于单晶硅片的腐蚀溶液及方法，其特征在于，利用权利要求1或4所述的腐蚀溶液对单晶硅片进行腐蚀。
6.一种适用于单晶硅片的腐蚀溶液及方法，其特征在于，利用权利要求1所述的腐蚀溶液可以在单晶硅片表面腐蚀制备正金字塔绒面。
7.一种适用于单晶硅片的腐蚀溶液及方法，其特征在于，利用权利要求4所述的腐蚀溶液可以在单晶硅片表面腐蚀制备倒金字塔绒面。
8.根据权利要求5所述的腐蚀溶液对单晶硅片进行腐蚀，其特征在于，所述方法按照如下步骤1和2单独进行：
(1)将质量百分比含量为5％-40％的醇催化剂和0.5％-40％的氢氟酸加入到余量的去离子水中，混合均匀配制成腐蚀溶液，将单晶硅片浸入得到的腐蚀溶液中进行腐蚀，腐蚀温度为50-80℃，腐蚀时间为1-24小时，然后将完成腐蚀的单晶硅片放入去离子水清洗，随后烘干。
(2)将质量百分比含量为5％-40％的醇催化剂、0.5％-40％的氢氟酸和0.005％-5％的氧化剂加入到余量的去离子水中，混合均匀配制成腐蚀溶液，将单晶硅片浸入得到的腐蚀溶液中进行腐蚀，腐蚀温度为50-80℃，腐蚀时间为1-24小时，然后将完成腐蚀的单晶硅片放入去离子水清洗，随后烘干。
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