原创 新型蚀刻溶液与单晶硅产生的金字塔纹的工艺

引言

减少单晶硅（Si）全反射的结构通常是通过化学蚀刻、机械蚀槽、激光蚀槽或等离子体蚀刻等方法来进行。在这些方法中，由于化学蚀刻过程的各向异性，化学蚀刻法是唯一允许随机金字塔结构的方法。在这里，各向异性意味着蚀刻速率取决于单晶硅（Si）的晶体取向。化学蚀刻主要在由氢氧化钾（KOH）、异丙醇（IPA）和水（标准KOH-IPA蚀刻溶液）组成的蚀刻溶液中进行。在标准的氢氧化钾（NaOH）-异丙醇（IPA）蚀刻溶液中找到一种合适的可以替代异丙醇（IPA）的醇是很重要的。

实验与讨论

在实验中，使用了具有（100）取向的p型硅晶片，电阻率为1-3Ωcm，两种蚀刻溶液被用于纹理硅晶片。在由120克氢氧化钾、300毫升异丙醇和6升去离子水(标准KOH-IPA蚀刻溶液）组成的第一蚀刻溶液中，使用温度为80℃，蚀刻时间为40 min。在第二种蚀刻溶液中，使用了氢氧化钾、高沸点醇（HBA）和6升去离子水（新的KOH-HBA蚀刻溶液），温度为100℃，蚀刻时间为30 min。为了光学表征硅晶片上的纹理，我们进行了反射测量，并拍摄扫描了电子显微镜（SEM）图像。

图1显示了用标准的KOH-IPA和新的KOH-HBA蚀刻溶液蚀刻的硅晶片的反射测量值。KOH-IPA和KOH-HBA纹理分别在400-1100nm波长范围内得到12.6%和11.5%的反射。因此，KOH-HBA纹理的反射值比标准KOH-IPA纹理的绝对值大约低1%。这一事实可能是由于从新的KOH-HBA蚀刻解决方案中获得的小金字塔尺寸（见图2）。用标准KOH-IPA蚀刻溶液纹理的硅晶片的硅去除率为26.6µm。对于新的KOH-HBA蚀刻溶液，它为26.1µm。

图1：p型单晶硅晶片的反射测量

图2：使用KOH-IPA（80o C，40 min，左）和KOH-HBA（100o C，30 min，右）绘制的随机金字塔纹理的电子显微镜图片

结论

在标准的氢氧化钾-异丙醇（KOH-IPA）蚀刻溶液中，英思特发现了一种较高沸点的醇（HBA）可以替代异丙醇。我们在新的KOH-HBA蚀刻溶液中进行了4次纹理单晶硅晶片，没有HBA或水重新加药。在同一溶液中蚀刻四次后，发现反射率和除硅率几乎保持不变。我们发现通过将蚀刻温度提高到100℃，可以将蚀刻时间减少到30 min（脱硅= 26.1µm），并获得了非常好的均匀纹理。此外，所使用的HBA的特性允许了非常优雅的处理方式。

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