单晶硅制绒
单晶硅制绒
—(碱各向异性腐蚀)
㈠、目的和原理
形成表面金字塔结构，降低反射，增加光的吸收。
利用氢氧化钠对单晶硅各向异性腐蚀及不同浓度下的各向异性因子(AF)：粗抛光去除硅片在多线切割锯切片时产生的表面损伤层，细抛光实现表面较低反射率表面织构。
--在100面上的腐蚀速率R100与111面上的腐蚀速率R111的比值R100：R111在一定的弱碱溶液中可以达到500。
制绒方法：弱碱溶液在一定的温度、时间下与硅片反应形成绒面。
↑+++223222H SiO Na O H NaOH Si 加热
解释
①现有单晶硅片是由长方体晶锭在多线切割锯切成一片片单晶硅方片。
由于切片是钢丝在金刚砂溶液作用下多次往返削切成硅片，金刚砂硬度很高，会在硅片表面带来一定的机械损伤。
如果损伤不去除，会影响太阳电池的填充因子。
②氢氧化钠俗称烧碱，是国民经济生产中大量应用的化工产品。
由电解食盐水而得，价格比较便宜，每500克6元。
化学反应方程式为：
↑+↑+=+222222H Cl NaOH O H NaCl 电解
分析纯氢氧化锂、氢氧化钾也可以与硅起反应，但价格较贵。
如氢氧化锂每500克23元，用于镉-镍电池电解液中。
③碱性腐蚀优点是反应生成物无毒，不污染环境。
不像HF-HNO 3酸性系统会生成有毒的NO x 气体污染大气。
另外，碱性系统与硅反应，基本处于受控状态。
有利于大面积硅片的腐蚀，可以保证一定的平行度。
㈡、工艺步骤
制绒液配比（老数据）
制绒过程：1、用去离子水清洗 2、制绒 3、检测4、清洗
1. 本工艺步骤由施博士制定，是可行的具有指导意义的两步法碱腐蚀工艺。
第一步粗抛光去掉硅片的损伤层；第二步细抛光，表面产生出部分反射率较低的织构表面，如果含有[100]晶向的晶粒，就可以长出金字塔体状的绒面；第五步是通过盐酸中和残余的氢氧化钠，化学反应方程式为：O H NaCl NaOH HCl 2+=+；第七步氢氟酸络合掉硅片表面的二氧化硅层，化学反应方程式为：O H SiF H HF SiO 26222][6+=+。
2. 就粗抛实验如下，投入50片硅片：
1. 在20%NaOH 溶液中，温度为80℃，反应了10分钟，硅片厚度平均去掉了32μm 。
2. 在15%NaOH 溶液中，温度为80℃，反应了10分钟，硅片厚度平均去掉了25μm
（此数据来源于小片实验）。
硅片粗抛是放热反应且反应激烈，反应速度与温度上升有点正反馈的态势：温度高，浓度高反应就会更激烈。
新硅片由于表面粗糙，表面积大一些反应也会激烈一些。
3.由于每次投片量较大，125×125可投300片，103×103可投400片，因而反应会
很激烈，通过积累可以求出在受控条件下最佳浓度和时间。
4.按照施博士的意见硅片去掉20~25μm的厚度，硅片损伤层也就去除干净了，这
也可以作为检验标准。
5.本反应以125×125的硅片计，每一片每次反应去掉25μm的厚度为准，每片将
消耗0.9克硅，也将消耗2.6克氢氧化钠，300片硅片将消耗780克氢氧化钠，加上溶液加热蒸气带走一部分氢氧化钠，先加上1000克氢氧化钠为宜。
6.同理，如e那样每次生成832克硅酸钠，反应槽内的溶剂以170千克计，一旦
溶液出现明显白色絮状硅酸钠，就应更换氢氧化钠溶液。
7.工序3中利用氢氧化钠对硅腐蚀的各向异性，用2%氢氧化钠溶液在多晶硅表面
产生反射率较低织构表面，在[100]晶向的晶粒表面上会腐蚀出金字塔体的绒面来。
多晶硅总会存在着[100]晶向的晶粒，只是多少而已。
8.溶液配比方法是采取质量百分比法，如20%氢氧化钠溶液是1000ml纯水中加
200克氢氧化钠。
㈢、注意事项
1.在工序1和3中氢氧化钠溶液与硅片反应时会有碱蒸气产生，故设备运行时请
关闭有机玻璃门。
2.盐酸是挥发性强酸，不要去闻其味道。
3.氢氟酸会腐蚀玻璃，故不与玻璃器械接触，也不要去闻氢氟酸的味道。
4.如果酸或碱不小心溅入眼内或溅到脸上，请立即打开洗脸洗眼池上盖冲洗。
单晶制绒培训
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二、制绒的作用与原理
3 制绒的原理
利用低浓度碱溶液对晶体硅在不同晶体取向上具有不同腐蚀速率的各向异性 腐蚀特性，在硅片表面腐蚀形成角锥体密布的表面形貌 ，就称为表面织构化。 角锥体四面全是由〈111〉面包围形成。 反应式为： Si+2NaOH+H2O →Na2SiO3 +2H2 ↑
无IPA
IPA浓度3%
IPA浓度10%
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三 制绒的过程及工艺控制
时间的影响
经热的浓碱去除损伤层后，硅片表面留下了许多肤浅的准方形的腐蚀坑。1分钟后，金字
塔如雨后春笋，零星的冒出了头；5分钟后，硅片表面基本上被小金字塔覆盖，少数已开 始长大。我们称绒面形成初期的这种变化为金字塔“成核”。10分钟后，金字塔密布的 绒面已经形成，只是大小不均匀，反射率也降到了比较低的水平。随着时间的延长，金 字塔向外扩张兼并，体积逐渐膨胀，尺寸趋于均等。
Reflectance
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 300
400Βιβλιοθήκη 500600700 Wavelength (nm) smooth texture
800
900
1000
1100
单晶硅片表面的 金字塔状绒面
单晶硅片表面反射率
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当NaOH处于合适范围内时，乙醇或异丙醇的浓度的上升会使腐蚀速率大幅度下降。目前，
工业上NaOH浓度控制在1.5-2%之间。
单多晶制绒基础知识
单晶绒面图片
多晶绒面图片
四、制绒生产过程控制
4.1、单晶制绒液的组成及其作用
制绒溶液主要是由碱性物质（NaOH、KOH、Na2CO3 等）及添加剂（硅酸钠、酒精或异丙醇）组成的 混合溶液。
碱性物质发生电离或者水解出OH离子与硅发生反 应，从而形成绒面。碱的适宜浓度为5%以下。
酒精或异丙醇有三个作用：a、协助氢气泡从硅片 表面脱附；b、减缓硅的腐蚀速度；c、调节各向 异性因子。酒精或异丙醇的适宜浓度为5~10%。
I0
I3
A
I1
I4
I2
B
二、单晶制绒原理
单晶制绒原理:利用碱性溶液对单晶硅片进行各向异性
腐蚀的特点来制备绒面。
从本质上讲,绒面形成过程是: NaOH溶液对不同晶面 的腐蚀速率不同，(100)面的腐蚀速度比(111)面大十倍以 上,所以(100)晶向的单晶硅片经各向异性腐蚀后，最终在 表面形成许许多多表面为(111)的四面方锥体,即 “金字 塔”结构。
4.5影响制绒液稳定性的因素:
1、初配液NaOH浓度及异丙醇浓度
2、制绒槽内硅酸钠的累计量
3、制绒腐蚀的温度及制绒腐蚀时间的长短
4、中途NaOH和异丙醇的添加量 5、槽体密封程度、异丙醇的挥发程度
4.6理想单晶绒面的要求
1、绒面外观应清秀，不能有白点、 发花、水印等 2、金字塔大小均匀，单体尺寸在2~10чm之间 3、相邻金字塔之间没有空隙，即覆盖率达100%。
五、HCL及HF漂洗过程
5.1 HCL漂洗过程
采用盐酸水溶液,HCl可以去除硅片表面金 属杂质及残留的NaOH： 盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子 能与 Pt铂 2+、Au金 3+、Ag银 +、Cu铜 +、Cd 镉2+、Hg 汞2+等金属离子形成可溶于水的络 合物。
__制绒工艺__扩散工艺刻蚀工艺
扩散工艺的过程中的问题及解决方案
问题 1. 方块电阻在源一侧低，炉口 处高 2. 3. 1. 单片（交叉）方块电阻在源 一侧低，炉口处高 2. 3. 1. 单片（交叉）方块电阻均匀 2. 性差 3. 1. 2. 原因 炉门与炉管的密封性不 好 尾部排气严重 假片数量太少 炉门与炉管的密封性不 好 尾部排气严重 假片数量太少 POCl3 不够 排气压力过高 沉积温度过高 舟被污染 校准硅片不是最好的 （可能被磨光） 硅片在炉管中的位置太 高 桨比硅片和炉管温度低 1. 2. 3. 1. 2. 3. 1. 2. 3. 1. 2. 3. 4. 解决方法 调整炉门密封性 减少尾部排气气流 使用更多的假片 调整炉门密封性 减少尾部排气气流 使用更多的假片 增加小N2流量 降低排气压力 降低沉积温度 使用新的干净的舟 使用好的校准硅片，而 不是磨光。 使用低脚的舟。 在升温步后插入回温步 骤。
顶部的方块电阻低，底部的 3. 高 4.
刻蚀工艺
为什么要边缘刻蚀？ 由于扩散过程中，即使采用背对背扩散，硅片的所有表面（包括边缘） 都将不可避免地扩散上磷，PN结的正面收集到光生电子会沿着边缘扩 散有磷的区域流到PN结的背面，而造成短路。
边缘刻蚀的目的：去除PN结，防止短路。
刻蚀工艺
去磷硅玻璃： 目的：扩散过程中，POCl3分解产生的P2O5沉积在 硅片表面，P2O5与Si生成二氧化硅与磷原子，这层 含有磷原子的二氧化硅层称为磷硅玻璃，玻璃层的存 在会在电极印刷过程中，影响到金属电极和硅片的接 触，降低电池的转换效率，同时玻璃层还有多层金属 离子杂质，会降低少子寿命，因此引入HF清洗工艺。 基本原理：SIO2+6HF=H2[SiF6]+2H2O(过量氢氟酸)
硅片表面制绒
硅片表面制绒 制绒 目录简介 分类单晶制绒多晶酸制绒 制绒目的和作用 展开 编辑本段简介 制绒，光伏行业术语，处理硅片的一种工艺方法，硅太阳能电池片生产的首道工序。
编辑本段分类 按硅原料分类状况可分为单晶制绒与多晶制绒；按腐蚀液的酸碱性可分为酸制绒与碱制绒。
单晶制绒 原理单晶硅片在一定浓度范围的碱溶液中被腐蚀时是各向异性的，不同晶向上的腐蚀速率不一样。利用这一原理，将特定晶向的单晶硅片放入碱溶液中腐蚀，即可在硅片表面产生出许多细小的金字塔状外观，这一过程称为单晶碱制绒。
多晶酸制绒 原理常规条件下，硅与单纯的HF、HNO3（硅表面会被钝化，二氧化硅与HNO3不反应）认为是不反应的。但在两种混合酸的体系中，硅则可以与溶液进行持续的反应，主要反应原理及步骤如下：1.硅的氧化硝酸/亚硝酸（HNO2）将硅氧化成二氧化硅（主要是亚硝酸将硅氧化）Si+4HNO3=SiO2+4NO2+2H2O(慢反应)Si+2HNO3=SiO2+2NO+2H2O(慢反应)二氧化氮、一氧化氮与水反应，生成亚硝酸，亚硝酸很快地将硅氧化成二氧化硅2NO2+H2O=HNO2+HNO3(快反应)Si+4HNO2=SiO2+4NO+2H2O(快反应)（第一步的主反应）4HNO3+NO+H2O=6HNO2(快反应)只要有少量的二氧化氮生成，就会和水反应变成亚硝酸，只要少量的一氧化氮生成，就会和硝酸、水反应很快地生成亚硝酸，亚硝酸会很快的将硅氧化，生成一氧化氮，一氧化氮又与硝酸、水反应。。。这样一系列化学反应最终的结果是造成硅的表面被快速氧化，硝酸被还原成氮氧化物。2.二氧化硅的溶解二氧化硅生成以后，很快与氢
氟酸反应SiO2+4HF=SiF4+2H2O;(四氟化硅是气体)SiF4+2HF=H2SiF6。总反应SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O最终反应掉的硅以氟硅酸的形式进入溶液。这样，二氧化硅被溶解之后，硅又重新露出来，一步、二步的反应不断重复，硅片就可以被持续的腐蚀下去。
单晶制绒工艺
6
7制绒Βιβλιοθήκη 制绒78℃78℃
900s
900s
有
有
有
有
无
无
有
有
有
有
瑞能制绒设备结构及工艺说明
槽号 功能 温度 时间 有无循 有无电 有无超 有无鼓 有无盖 环泵 加热 声 泡 板
8
9 10 11 12 13
制绒
溢流漂 洗 超声 溢流漂 洗
78℃
RT
50℃
900s
120s 300s 120s 300s 120s
硅片表面的机械损伤层
（四）切割损伤层的腐蚀(初抛) 若损伤层去除不足会出现3种可能情况：残余 缺陷、残余缺陷在后续高温处理过程中向材料深 处继续延伸、切割过程中导致的杂质未能完全去 除。 硅酸钠的热导性很差。一般硅酸钠超过一定的量时， 腐蚀产生的热量超过从溶液表面和容器侧面所散发 的热量，使溶液的温度持续升高。所以初抛液必须 定期更换或排出部分溶液。
硅片绒面腐蚀原理
利用低浓度碱溶液对晶体硅在不同晶体取向上具 有不同腐蚀速率的各向异性腐蚀特性，在硅片表面腐 蚀形成角锥体密布的表面形貌 ，就称为表面织构化。 角锥体四面全是由〈111〉面包围形成。
反应式为: 2K(Na)OH+H2O+Si=K2(Na) SiO3+2H2 ↑
角锥体形成的原理
• 角锥体的密度和它们的几何特征同时影响着太阳电池 的陷光效率和前表面产生反射损失的最低限。尺寸一 般控制在3～5微米。 • 推测腐蚀反应期间的产物氢气泡的发展对角锥 体的形成起着重要的作用 。气泡粘附在硅片 表面，它们的掩蔽作用导致了溶液的侧向腐蚀， 这是角锥体形成过程的要素 。
1. 2. 3. 4. 5. 6. NaOH浓度 无水乙醇或异丙醇浓度 制绒槽内硅酸钠的累计量 制绒腐蚀的温度 制绒腐蚀时间的长短 槽体密封程度、乙醇或异丙醇的挥发程度
单晶制绒培训
技术部 2011-03
中电投西安太阳能电力有限公司 CPI XI’AN SOLAR POWER CO., LTD
目录
一 硅的基本性质 二 制绒的作用与原理
三 制绒的过程及工艺控制
四 绒面质量的检测
五 安全注意事项
中电投西安太阳能电力有限公司 CPI XI’AN SOLAR POWER CO., LTD
肉 眼 表面呈深灰色，颜色均匀，无白斑和亮斑，表 面没有手指印和划痕 。
电 子 称 显 微 镜 积分反 射仪 抽检的硅片刻蚀减重量为0.6~0.7g。
金字塔大小均匀，布满硅片表面，尺寸在35μm。
反射率为10%-20%。
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五 安全注意事项
化学品介绍 氢氧化钠：
1、健康危害 在工业上，氢氧化钠通常称为烧碱，或叫火碱、苛性钠。这是因为较浓的氢氧化钠溶液 溅到皮肤上，会腐蚀表皮，造成烧伤。它对蛋白质有溶解作用，有强烈刺激性和腐蚀 性（由于其对蛋白质有溶解作用，与酸烧伤相比，碱烧伤更不容易愈合）。粉尘刺激 眼和呼吸道，腐蚀鼻中隔；溅到皮肤上，尤其是溅到粘膜，可产生软痂，并能渗入深 层组制，灼伤后留有瘢痕；溅入眼内，不仅损伤角膜，而且可使眼睛深部组制损伤， 严重者可致失明；误服可造成消化道灼伤，绞痛、粘膜糜烂、呕吐血性胃内容物、血 性腹泻，有时发生声哑、吞咽困难、休克、消化道穿孔，后期可发生胃肠道狭窄。由 于强碱性，对水体可造成污染，对植物和水生生物应予以注意。 2、急救措施 碱液触及皮肤，可用5～10%硫酸镁溶液清洗；如溅入眼睛里，应立即用大量硼酸水溶 液清洗；少量误食时立即用食醋、3～5%醋酸或5%稀盐酸、大量橘汁或柠檬汁等中和 ，给饮蛋清、牛奶或植物油并迅速就医，禁忌催吐和洗胃。
简述单晶硅片制绒操作的工艺流程
简述单晶硅片制绒操作的工艺流程下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Downloaded tips: This document is carefully compiled by the editor. I hope that after you download them, they can help you solve practical problems. The documents can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!单晶硅片制绒操作是半导体工业中的一项关键工艺，它在集成电路制造中扮演着至关重要的角色。
制绒
硅 氧化 成二 氧化 硅（ 主要 是亚 硝酸 将硅 氧化 ） Si+4HNO3=SiO2+4NO2+2H2O (慢
反应 ) Si+2HNO3=SiO2+2NO+2H2O (慢反 应) 二氧 化氮、 一氧化 氮与水 反应 ，
生成 亚硝酸 ，亚硝 酸很快 地将硅 氧化成 二氧化 硅 2NO2+H2O=HNO2+HNO3 (快反
多晶酸制绒
原 理 常 规 条 件 下 ， 硅 与 单 纯 的 HF 、 HNO3（ 硅 表 面 会 被 钝 化 ， 二 氧 化 硅 与
HNO3不 反应） 认为是 不反应 的。但 在两种 混合酸 的体系 中，硅 则可以 与溶液 进行持
续的 反应， 主要反 应原理 及步骤 如下： 1.硅的 氧化 硝酸 /亚硝 酸（ HNO2）将
制绒工序：
粗抛——漂洗——碱腐蚀——盐酸清洗——HF 清洗 粗抛的原理：
各个晶面在高浓度的碱溶液将不再具备有各向异性腐蚀特征。 粗抛目的：去除表面的机械损伤层及其杂质。 清洗目的：去除在硅片表面上粘附的杂质。
碱腐蚀原理：
利用低浓度碱溶液对晶体硅各个晶面腐蚀速率的不同，在硅表面腐蚀的形成角锥密布的 表面形貌，就称为表面织构化，俗称制绒。 角锥体四面全是由，<1 1 1>面包围形成。
硅来料的控制：
由于位错将对制绒效果有影响（标 A、B 的晶棒分别代表无位错与位错的晶棒）因此需要与 硅片车间协商，在包装时，不能将 ABC 的晶棒混合在一起（100 片小包装）将相同硅片尽量 放在一起。同时将标号相同放在同一箱内。 KOH、HCL、HF 都是强腐蚀的化学药品，其溶液蒸气会伤害人的皮肤、眼睛、呼吸道及操作 人员需要按照规定的穿戴防护服，防护面具、防护眼镜、长袖胶皮手套=一旦伤及身体 30 分钟清洗（纯净水）后进医院治疗。
晶硅制绒技术 卢菁
添加部分亚硝酸钠的制绒液，反射率27.8%。
完全用亚硝酸钠代替硝酸的制绒液，反射率23.5%。 但是反应速度过慢，所以实际生产中并不采用此方 案。
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电池工艺原理
硝酸、亚硝酸和亚硝酸钠对反应的影响关系
电池工艺原理
添加剂用于解决制绒中出现的两个问题：
a)反应过快所导致的绒面被破坏;
b)绒面不均匀。
常用添加剂： 醋酸、水、磷酸、硫酸、亚硝酸钠、各种有机醇类。
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电池工艺原理
2.1.1 水和醋酸对制绒的影响
c d
注：E值反应所释放的吉布斯自由能，E>0 释放吉布斯自由能，E<0 吸收吉布 斯自由能反应；化学反应朝着生成物质吉布斯自由能最小的方向进行，因此E 越大，反应越剧烈，反应越容易进行。
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电池工艺原理
黑色线为制绒后硅片的反射率光谱曲线。
图中黑色线为制绒后再沉积 SiNx:H 薄膜的反 射光谱线。
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电池工艺原理
腐蚀速率的决定因素： a) 腐蚀液流至被腐蚀物表面的移动速 率； b) 腐蚀液与被腐蚀物表面产生化学反 应的反应速率； c) 生成物从被腐蚀物表面离开的速率。
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简述单晶硅片制绒操作的工艺流程
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在进行单晶硅片制绒操作之前，需要做好充分的准备工作。