一種高強(qiáng)度高韌性超薄鍺單晶片腐蝕方法與流程
1.本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度高韌性超薄鍺單晶片腐蝕方法，屬于半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
2.超薄鍺單晶片作為襯底材料廣泛應(yīng)用于航空航天太陽能電池制作。不論是多節(jié)還是單節(jié)太陽能電池，其制作過程中，超薄鍺單晶片的拋光和清洗，以及后續(xù)外延工藝都是必須的過程。而襯底材料的強(qiáng)度和韌性對超薄鍺單晶片拋光，清洗的成品率，外延片外延的質(zhì)量和電池可靠性都有很大的影響，因此，確保襯底材料的強(qiáng)度和韌性是非常重要的。
3.現(xiàn)有超薄鍺單晶片的腐蝕方法主要包括三種，分別為溴素腐蝕法、單步腐蝕法和堿液加氧化劑腐蝕法。溴素腐蝕方法，由于化學(xué)腐蝕腐蝕速度快，操作要求高，操作人員難控制，腐蝕后晶片表面易出現(xiàn)腐蝕花紋，卡塞兩邊位置表面有架子印，腐蝕厚度難控制，片與片之間厚度差超過10μm；而單步腐蝕方法加工的鍺單晶片，機(jī)械強(qiáng)度普遍偏低，且易出現(xiàn)不透亮等表面缺陷問題；用堿液加氧化劑腐蝕的鍺單晶片，存在腐蝕效率低下，表面暗點(diǎn)、無光澤、不透亮等問題，難以滿足超薄鍺單晶片拋光、清洗和太陽能電池的制作要求。因此，迫切需要開發(fā)一種既可以提高超薄鍺單晶片強(qiáng)度，又能確保腐蝕去除量均勻、腐蝕后表面質(zhì)量穩(wěn)定的腐蝕方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
4.本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度高韌性超薄鍺單晶片腐蝕方法，解決了晶片表面腐蝕花紋等問題，腐蝕后晶片表面透亮、腐蝕操作簡單、腐蝕效率高等，同時本方法腐蝕的超薄鍺單晶片強(qiáng)度高、韌性大，可很好地滿足超薄鍺單晶片的制作要求。
5.為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
6.一種高強(qiáng)度高韌性超薄鍺單晶片腐蝕方法，分兩步完成腐蝕，然后甩干，具體包括如下步驟：
7.1)將鍺單晶片插入卡塞在酸性腐蝕液1中腐蝕，酸性腐蝕液1的組成以體積比計，包括高純水:hf：h2o2＝(8-10):(0.5-1)：(0.5-0.8)；
8.2)將完成步驟1)的鍺單晶片在酸性腐蝕液2中腐蝕，酸性腐蝕液2的組成以體積比計，包括高純水:hf：h2o2＝(1-2):(1-1.5)：(0.05-0.1)；
9.3)將完成步驟2)的鍺單晶片連同卡塞放入甩干機(jī)甩干。
10.上述步驟1-3)鍺單晶片均在卡塞中，完成，操作簡單方便。
11.需要說明的是：本技術(shù)為輕度腐蝕，不同于位錯腐蝕，本技術(shù)輕度腐蝕的目的是：去除表面的損傷層，同時起到增強(qiáng)的效果；而位錯腐蝕是為了腐蝕形成有規(guī)則的圖形，以判斷位錯有沒有達(dá)到要求。
12.本技術(shù)通過兩步腐蝕，不僅顯著提高了鍺單晶片的表面質(zhì)量，而且促進(jìn)了鍺單晶片強(qiáng)度的提升，同時還保持了鍺單晶片優(yōu)異的韌性；操作簡單，為后續(xù)拋光、清洗提供有效
幫助，用本方法腐蝕的超薄鍺單晶片，完全滿足空間太陽能電池使用要求。
13.由于晶片存在應(yīng)力，鍺單晶片在加工過程中，在其表面形成損傷層，導(dǎo)致晶片強(qiáng)度低，通過本技術(shù)特定步驟的化學(xué)腐蝕，可以有效釋放晶片應(yīng)力，同時修復(fù)加工時產(chǎn)生的損傷層，從而使晶片強(qiáng)度提高。
14.作為常識，卡塞一頭為h頭、另一頭為u頭，從h頭到u頭共25個插槽。本技術(shù)對晶片在卡塞中的插入位置沒有限制。
15.通常，厚度小于200微米的晶片視為超薄晶片。
16.為了更好地確保腐蝕效果，優(yōu)選，步驟1)和2)中，酸性腐蝕液1和酸性腐蝕液2 所用高純水的電阻率均為18.2～18.3mω.cm，所用hf均為質(zhì)量濃度為40
±
1％的水溶液；所用h2o2均為質(zhì)量濃度為30
±
1％的水溶液。
17.作為其中一種優(yōu)選的實(shí)施方案，步驟1)中，酸性腐蝕液1由體積比為9：(0.5-0.6)： (0.5-0.6)的高純水、hf和h2o2混合而成。步驟2)中，酸性腐蝕液2由體積比為1.5： (1.1-1.2)：(0.07-0.08)的高純水、hf和h2o2混合而成。這樣可更好地促進(jìn)鍺單晶片強(qiáng)度的提升，同時更好地保持鍺單晶片優(yōu)異的韌性。
18.為了提高腐蝕效果，上述步驟1)為，將鍺單晶片插入卡塞，在溫度不高于50℃的酸性腐蝕液1中腐蝕8-10秒，取出帶鍺單晶片的卡塞并水沖洗鍺單晶片20-30秒。
19.上述步驟1)中，腐蝕溫度優(yōu)選為35～45℃。
20.為了進(jìn)一步提高腐蝕效果，上述步驟2)為，將步驟1)水沖洗后的帶鍺單晶片的卡塞放入溫度不高于50℃的酸性腐蝕液2中腐蝕25-35秒，取出帶鍺單晶片的卡塞，置入裝滿水的溢流水盒中用水沖洗20-30秒，然后移出溢流水盒用水沖洗鍺單晶片及其卡塞45
??
90秒。
21.上述步驟2)中，腐蝕溫度優(yōu)選為20～30℃。
22.步驟1)-2)中，水沖洗時，水水壓控制≥2.0kg/cm2。
23.甩干的控制也是比較關(guān)鍵的，控制不好，會在鍺單晶片表面留有水漬等，進(jìn)而影響表面質(zhì)量，為了更好地確保表面質(zhì)量，上述步驟3)的過程優(yōu)選為，將完成步驟2)的鍺單晶片連同卡塞放入45所生產(chǎn)cxs-2150c型旋轉(zhuǎn)甩干機(jī)，依次進(jìn)行如下操作：轉(zhuǎn)速為 800
±
50轉(zhuǎn)/min的條件下、沖水120
±
10s，轉(zhuǎn)速為1800
±
50轉(zhuǎn)/min的條件下、氮?dú)獯蹈蓵r間240
±
10s，轉(zhuǎn)速為1500
±
50轉(zhuǎn)/min的條件下、氮?dú)夂娓?80
±
10s，轉(zhuǎn)速為800
±
50轉(zhuǎn)/min 的條件下、氮?dú)夂娓?0
±
10s。
24.上述沖水時，水溫為15-20℃，水壓為2.5
±
0.5kg/cm2；氮?dú)獯蹈蓵r間的溫度為20
±
5℃；氮?dú)夂娓傻臏囟葹?0-50℃。
25.本發(fā)明未提及的技術(shù)均參照現(xiàn)有技術(shù)。
26.本發(fā)明高強(qiáng)度高韌性超薄鍺單晶片腐蝕方法，通過兩步腐蝕法和甩干步驟，結(jié)合特定腐蝕液的選擇，有效提高了超薄鍺單晶片的強(qiáng)度和韌性，且表面光亮、均一，無花紋、水漬、暗點(diǎn)等，可更好地滿足空間太陽能電池使用要求；且本腐蝕方法操作簡單、控制簡單，容易實(shí)現(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)。
附圖說明
27.圖1為實(shí)施例1所得超薄鍺晶片腐蝕強(qiáng)度、壓縮位移測試圖；
28.圖2為實(shí)施例1所得超薄鍺晶片圖；
具體實(shí)施方式
29.為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
30.各例中，高純水的電阻率均為18.3mω.cm，所用hf均為質(zhì)量濃度為40％的水溶液；所用h2o2均為質(zhì)量濃度為30％的h2o2水溶液；硝酸質(zhì)量濃度為65％，醋酸質(zhì)量濃度為99.5％，質(zhì)量濃度為41％，溴素質(zhì)量濃度大于99.5％；水水壓控制≥2.0kg/cm2。
31.實(shí)施例1
32.超薄鍺片晶向?yàn)閜《100》9
°
偏《111》，電阻率為：0.001～0.02ω
·
cm，晶片厚度為： 175
±
15μm。
33.分兩步完成腐蝕，然后甩干，具體包括如下步驟：
34.1、將超薄鍺單晶片20片依次插入特氟龍卡塞，將裝有鍺單晶片的卡塞放入溫度為40℃的酸性腐蝕液1中腐蝕9秒，腐蝕液1由高純水、hf和h2o2按其體積比為高純水:hf： h2o2＝9：0.5：0.6混合而成，此步驟可去除鍺單晶片厚度2μm～3μm；之后取出帶鍺單晶片的卡塞并水沖洗鍺單晶片25秒。
35.2、再將帶鍺單晶片的卡塞放入溫度為25℃的酸性腐蝕液2中腐蝕30秒，腐蝕液2 由高純水、hf和h2o2按其體積比為高純水:hf：h2o2＝1.5：1.2：0.08混合而成，此步驟可去除鍺單晶片厚度8μm～12μm；之后取出帶鍺單晶片的卡塞，置入裝滿水的溢流水盒中用水沖洗25秒，然后移出溢流水盒用水沖洗鍺單晶片及其卡塞50秒。
36.3、將完成腐蝕的鍺單晶片連同卡塞放入45所生產(chǎn)的cxs-2150c型旋轉(zhuǎn)甩干機(jī)，依次進(jìn)行如下操作：轉(zhuǎn)速為800轉(zhuǎn)/min的條件下、沖水120s(水溫為18℃，水壓為2.5kg/cm2)，轉(zhuǎn)速為1800轉(zhuǎn)/min的條件下、氮?dú)獯蹈蓵r間240s(溫度為20℃)，轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/min 的條件下、氮?dú)夂娓?80s(溫度為45℃)，轉(zhuǎn)速為800轉(zhuǎn)/min的條件下、氮?dú)夂娓?0s (溫度為45℃)。
37.完成上述腐蝕步驟后，用機(jī)械強(qiáng)度測試儀測試鍺單晶片的機(jī)械強(qiáng)度。機(jī)械強(qiáng)度測試結(jié)果如表1所示，隨機(jī)挑去4片鍺單晶片，測試腐蝕強(qiáng)度、壓縮位移測試，結(jié)果如圖1所示。
38.表1
[0039][0040][0041]
結(jié)論：從表1中數(shù)據(jù)可知，本方法腐蝕的強(qiáng)度在8.4-10.06lbf之間，其腐蝕強(qiáng)度均勻，腐蝕強(qiáng)度高，壓縮位移大于0.072in，說明晶片韌性大，不容易破碎，兩步腐蝕共去除厚度11μm-13μm，超薄鍺單晶片機(jī)械強(qiáng)度高，韌性大。圖2為腐蝕后的鍺單晶片，可看出表面光亮，沒有腐蝕花紋，沒有暗點(diǎn)。
[0042]
經(jīng)實(shí)驗(yàn)，若只進(jìn)行實(shí)施例1中的步驟1或步驟2的腐蝕，則掉量不夠，鍺單晶片的表面質(zhì)量無法滿足要求。延長實(shí)施例1中的步驟1的腐蝕時間至39秒，省去步驟2，作為對比例1，延長實(shí)施例1中的步驟2的腐蝕時間至39秒，省去步驟1，作為對比例2，具體如下：
[0043]
對比例1
[0044]
超薄鍺片晶向?yàn)閜《100》9
°
偏《111》，電阻率為：0.001～0.02ω
·
cm，晶片厚度為： 175
±
15μm。
38℃的堿性腐蝕液中腐蝕120秒，堿性腐蝕液由高純水、氫氧化鈉和h2o2按其體積比為高純水：氫氧化鈉：h2o2＝2：1.：1混合而成，之后取出帶鍺單晶片的卡塞，置入裝滿水的溢流水盒中用水沖洗25秒，然后移出溢流水盒用水沖洗鍺單晶片及其卡塞50秒。
[0061]
2、將完成腐蝕的鍺單晶片連同卡塞放入45所生產(chǎn)的cxs-2150c型旋轉(zhuǎn)甩干機(jī)，依次進(jìn)行如下操作：轉(zhuǎn)速為800轉(zhuǎn)/min的條件下、沖水120s(水溫為18℃，水壓為2.5kg/cm2)，轉(zhuǎn)速為1800轉(zhuǎn)/min的條件下、氮?dú)獯蹈蓵r間240s(溫度為20℃)，轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/min 的條件下、氮?dú)夂娓?80s(溫度為45℃)，轉(zhuǎn)速為800轉(zhuǎn)/min的條件下、氮?dú)夂娓?0s (溫度為45℃)。
[0062]
鍺單晶片表面有不透亮、暗斑多，片與片之間厚度差超過10μm；最大強(qiáng)度小于2.236 lbf，壓縮位移小于0.01798in。
技術(shù)特征：
1.一種高強(qiáng)度高韌性超薄鍺單晶片腐蝕方法，其特征在于：分兩步完成腐蝕，然后甩干，具體包括如下步驟：1)將鍺單晶片插入卡塞在酸性腐蝕液1中腐蝕，酸性腐蝕液1的組成以體積比計，包括高純水:hf：h2o2＝(8-10):(0.5-1)：(0.5-0.8)；2)將完成步驟1)的鍺單晶片在酸性腐蝕液2中腐蝕，酸性腐蝕液2的組成以體積比計，包括高純水:hf：h2o2＝(1-2):(1-1.5)：(0.05-0.1)；3)將完成步驟2)的鍺單晶片連同卡塞放入甩干機(jī)甩干。2.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度高韌性超薄鍺單晶片腐蝕方法，其特征在于：步驟1)和2)中，酸性腐蝕液1和酸性腐蝕液2，所用高純水的電阻率均為18.2～18.3mω.cm，所用hf均為質(zhì)量濃度為40
±
1％的水溶液；所用h2o2均為質(zhì)量濃度為30
±
1％的水溶液。3.如權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)度高韌性超薄鍺單晶片腐蝕方法，其特征在于：步驟1)中，酸性腐蝕液1由體積比為9：(0.5-0.6)：(0.5-0.6)的高純水、hf和h2o2混合而成。4.如權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)度高韌性超薄鍺單晶片腐蝕方法，其特征在于：步驟2)中，酸性腐蝕液2由體積比為1.5：(1.1-1.2)：(0.07-0.08)的高純水、hf和h2o2混合而成。5.如權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)度高韌性超薄鍺單晶片腐蝕方法，其特征在于：步驟1)為，將鍺單晶片插入卡塞，在溫度不高于50℃的酸性腐蝕液1中腐蝕8-10秒，取出帶鍺單晶片的卡塞并水沖洗鍺單晶片20-30秒。6.如權(quán)利要求5所述的高強(qiáng)度高韌性超薄鍺單晶片腐蝕方法，其特征在于：步驟1)中，腐蝕溫度為35～45℃。7.如權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)度高韌性超薄鍺單晶片腐蝕方法，其特征在于：步驟2)為，將步驟1)水沖洗后的帶鍺單晶片的卡塞放入溫度不高于50℃的酸性腐蝕液2中腐蝕25-35秒，取出帶鍺單晶片的卡塞，置入裝滿水的溢流水盒中用水沖洗20-30秒，然后移出溢流水盒用水沖洗鍺單晶片及其卡塞45
??
90秒。8.如權(quán)利要求7所述的高強(qiáng)度高韌性超薄鍺單晶片腐蝕方法，其特征在于：步驟2)中，腐蝕溫度為20～30℃。9.如權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)度高韌性超薄鍺單晶片腐蝕方法，其特征在于：步驟3)為，將完成步驟2)的鍺單晶片連同卡塞放入cxs-2150c型旋轉(zhuǎn)甩干機(jī)，依次進(jìn)行如下操作：轉(zhuǎn)速為800
±
50轉(zhuǎn)/min的條件下、沖水120
±
10s，轉(zhuǎn)速為1800
±
50轉(zhuǎn)/min的條件下、氮?dú)獯蹈蓵r間240
±
10s，轉(zhuǎn)速為1500
±
50轉(zhuǎn)/min的條件下、氮?dú)夂娓?80
±
10s，轉(zhuǎn)速為800
±
50轉(zhuǎn)/min的條件下、氮?dú)夂娓?0
±
10s。10.如權(quán)利要求9所述的高強(qiáng)度高韌性超薄鍺單晶片腐蝕方法，其特征在于：步驟3)中，沖水時，水溫為15-20℃，水壓為2.5
±
0.5kg/cm2；氮?dú)獯蹈蓵r間的溫度為20
±
5℃；氮?dú)夂娓傻臏囟葹?0-50℃。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)度高韌性超薄鍺單晶片腐蝕方法，分兩步完成腐蝕，然后甩干，具體包括如下步驟：1)將鍺單晶片插入卡塞在酸性腐蝕液1中腐蝕，酸性腐蝕液1的組成以體積比計，包括高純水:HF：H2O2＝(8-10):(0.5-1)：(0.5-0.8)；2)將完成步驟1)的鍺單晶片在酸性腐蝕液2中腐蝕，酸性腐蝕液2的組成以體積比計，包括高純水:HF：H2O2＝(1-2):(1-1.5)：(0.05-0.1)；3)將完成步驟2)的鍺單晶片連同卡塞放入甩干機(jī)甩干。本發(fā)明解決了晶片表面腐蝕花紋等問題，腐蝕后晶片表面透亮、腐蝕操作簡單、腐蝕效率高等，同時本方法腐蝕的超薄鍺單晶片強(qiáng)度高、韌性大，可很好地滿足超薄鍺單晶片的制作要求。要求。要求。
