[发明专利]一种金属辅助化学刻蚀抛光硅片的方法

说明书

一种金属辅助化学刻蚀抛光硅片的方法，属于材料表面处理领域。金属辅助化学刻蚀法的基本原理就是在金属颗粒/刻蚀剂/硅中自发的进行原电池反应，其中常用的金属颗粒有Au、Ag、Pt等贵金属材料，本发明主要以Ag为例作说明。以Ag颗粒为阴极发生还原反应，硅片为阳极发生氧化反应。随着反应不断进行，完成硅片抛光。本发明采用Ag颗粒(50nm～1mm)并且在实验中加上搅拌条件，使Ag颗粒和凹凸不平的硅片一起在刻蚀剂中搅拌转动，转动过程中，硅片凸起部分接触到Ag颗粒就会被刻蚀，从而达到抛光的目的。

技术领域

本发明涉及抛光硅片的新方法，即采用金属辅助化学刻蚀法抛光硅片，属于材料表面处理领域。

背景技术

硅片在信息、传感及太阳能电池等许多领域有着广泛的应用，抛光硅片的表面质量直接影响着器件的性能、集成度、可靠性以及成品率，但是现有的抛光硅片技术在抛光过程中效率低、成本高，因此探索新的抛光技术有着重要的应用价值。

现在人们常用的抛光硅片的方法为化学机械抛光法，即化学反应和机械磨削共同作用的抛光工艺。其基本原理是将硅片压在抛光垫和抛光盘中间，使其与抛光液中的氧化剂发生化学反应，在硅片表面生成一层软质层，在一定压力下，旋转抛光液中的磨粒与抛光盘，利用机械磨削作用将硅片表面软质层去除，硅片表面重新裸露出来，继续进行化学作用，直到机械作用和化学反应达到平衡，完成抛光目的。虽然此技术研究已经较成熟，但是仍存在不可避免的短板。比如化学作用产生会产生腐蚀坑，机械作用会造成表层和亚表层的损伤；随着抛光压力的增加，抛光效率会提高，但是硅片表面抛光质量降低，即抛光效率和抛光质量之间存在矛盾问题；还有此方法抛光的硅片表面应力大且效率低成本高等。

基于以上问题，提出了一种抛光硅片的新方法，即采用金属辅助化学刻蚀法抛光硅片。

发明内容

本发明的目的在于提出一种抛光硅片的新思路，采用金属辅助化学刻蚀法抛光硅片旨在降低硅片表面应力同时降低抛光成本，提高抛光效率。

金属辅助化学刻蚀法的基本原理就是在金属颗粒/刻蚀剂/硅中自发的进行原电池反应，其中常用的金属颗粒有Au、Ag、Pt等贵金属材料，本发明主要以Ag为例作说明。以Ag颗粒为阴极发生还原反应，硅片为阳极发生氧化反应。随着反应不断进行，完成硅片抛光。

本发明采用Ag颗粒(50nm～1mm)并且在实验中加上搅拌条件，使Ag颗粒和凹凸不平的硅片一起在刻蚀剂中搅拌转动，转动过程中，硅片凸起部分接触到Ag颗粒就会被刻蚀，从而达到抛光的目的。具体抛光硅片示意图如图1所示。

具体的抛光硅片的步骤如下：

(1)清洗硅片：分别将硅片放入甲苯、丙酮、无水乙醇中超声清洗，去除硅片表面油脂；再将硅片放入H₂SO₄和H₂O₂配置的食人鱼溶液中清洗，去除表面残留有机物；然后将硅片放入HF溶液中清洗，去除表面氧化层，用去离子水冲洗后氮气吹干；

(2)配制刻蚀溶液：将HF和H₂O₂混合后，配置成刻蚀溶液待用；

(3)称量Ag颗粒；

(4)抛光硅片：将清洗好的硅片和称量好的Ag颗粒同时放入刻蚀溶液中，搅拌溶液带动Ag颗粒和硅片转动，使得Ag颗粒不断碰撞硅片的表面并进行转动，以进行刻蚀反应，达到抛光的目的；

(5)清洗干燥：将刻蚀好的硅片取出放入HNO₃溶液去除表面残留的Ag颗粒，取出后用去离子水冲洗吹干后放入烘箱烘干。

进一步，步骤(1)食人鱼溶液配比时，采用30wt％的H₂O₂溶液和98％的H₂SO₄按1:1-5体积混合；HF溶液质量分数为5％～20％；