專(zhuān)利名稱(chēng)：用于硅表面和層的蝕刻糊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于全表面(full-area)和選擇性蝕刻硅表面和層的蝕刻糊形式的新型蝕刻介質(zhì)及其用途。
現(xiàn)有技術(shù)在光電池、電子器件和半導(dǎo)體工業(yè)中，經(jīng)常要通過(guò)濕法化學(xué)法在浸漬浴中蝕刻硅表面和層。這種全表面蝕刻可以在酸性介質(zhì)(各向同性蝕刻)或在堿性介質(zhì)(各向異性蝕刻)中進(jìn)行。在酸性蝕刻中，常常使用氫氟酸和硝酸的混合物，在堿性介質(zhì)中，常常使用強(qiáng)堿，例如氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液、氫氧化四甲銨(TMAH)等。
為制造規(guī)定的精密蝕刻圖案/結(jié)構(gòu)(例如埋入式結(jié)構(gòu))，在全表面蝕刻(例如拋光蝕刻、紋理蝕刻)之外，在實(shí)際蝕刻步驟之前必須經(jīng)過(guò)材料密集、耗時(shí)且昂貴的工序，例如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的光刻掩蔽工藝。
在這種掩蔽工藝中，原材料是硅片。在其上通過(guò)熱氧化作用制造致密氧化層，并如下建構(gòu)該氧化層。
通過(guò)涂上光致抗蝕劑、干燥、使用光掩模暴露在UV光下、隨后顯影來(lái)使氧化物在所需位置上暴露出來(lái)，然后使用氫氟酸去除。隨后例如使用溶劑去除(“剝除”)殘存的光致抗蝕劑。然后在強(qiáng)堿(例如30％的KOH)中選擇性地在沒(méi)有被氧化物覆蓋的位置上蝕刻如上制得的帶有氧化物掩模的硅片。氧化物掩模對(duì)堿具有抗蝕性。對(duì)硅進(jìn)行選擇性蝕刻后，通常再使用氫氟酸去除氧化物掩模。
這種光刻法由于成本原因不用于太陽(yáng)能電池的工業(yè)生產(chǎn)[1]。然而，硅表面或?qū)拥倪x擇性建構(gòu)/開(kāi)口必須通過(guò)下列程序進(jìn)行。
在標(biāo)準(zhǔn)硅太陽(yáng)能電池的制造方法中，通過(guò)例如在POCl3烘箱中的氣體擴(kuò)散在p-摻雜晶片上形成光電效應(yīng)所必須的p-n結(jié)。在該方法中，在整個(gè)晶片周?chē)纬珊穸燃s為500納米的n-摻雜硅層，該硅層必須部分開(kāi)口/切割以用于此后的光致電壓應(yīng)用。
這種開(kāi)口可以通過(guò)機(jī)械方法、激光切割法或干法蝕刻法(例如等離子體蝕刻)進(jìn)行。
機(jī)械切割-例如在生成過(guò)程的最后步驟(金屬化之后)中磨削電池邊緣-的缺點(diǎn)在于硅材料(和金屬糊)的大量損耗、機(jī)械應(yīng)力和太陽(yáng)能電池中晶體缺陷的形成。
等離子體蝕刻是用氟化烴，例如CF4或C2F6氣體，在昂貴的真空設(shè)備中進(jìn)行。在此方法中，預(yù)先將電池堆疊在一起并在等離子體-蝕刻組件中蝕刻電池邊緣。此方法會(huì)在堆疊過(guò)程中產(chǎn)生嚴(yán)重的操作問(wèn)題并產(chǎn)生較高的晶片破損率。這些技術(shù)問(wèn)題在將來(lái)甚至?xí)M(jìn)一步加劇，這是因?yàn)橛捎诓牧铣杀靖?，將?lái)的目標(biāo)是使用比目前常用的厚度為250-330微米的襯底更薄的多晶硅起始襯底(＜200微米)。
由于點(diǎn)狀激光源的必要的線性(XY)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)激光進(jìn)行p-n結(jié)的隔離是一種耗時(shí)且處理量有限的方法。投資費(fèi)用可觀。此外，還會(huì)產(chǎn)生局部晶體缺陷。
在昂貴的制造選擇性發(fā)射極的方法(這些方法目前僅以實(shí)驗(yàn)室規(guī)模開(kāi)發(fā)和使用)中，使用的是上述光刻氧化物掩蔽法。氧化物以使得之后存在觸點(diǎn)的區(qū)域不被掩蔽的方式掩蔽晶片。在未掩蔽的區(qū)域?qū)κ苎诒蔚木M(jìn)行磷擴(kuò)散和n++摻雜。去除氧化物掩模后，整個(gè)晶片被n+摻雜[2]。
這樣制得的太陽(yáng)能電池具有選擇性發(fā)射極，即具有深度為2-3微米、摻雜濃度約為1×1020cm-3的高度摻雜的n++區(qū)域(沒(méi)有氧化物掩模并且以后位于觸點(diǎn)下方的區(qū)域)，和在整個(gè)太陽(yáng)能電池上的摻雜濃度約為1×1019cm-3的平面(0.5-1微米)n+摻雜發(fā)射極。
另一種光刻法是使用絲網(wǎng)印刷成的接觸線作為蝕刻掩模。濕法化學(xué)蝕刻和等離子體-化學(xué)蝕刻都在文獻(xiàn)中有所描述。將絲網(wǎng)印刷成的太陽(yáng)能電池浸入HF/HNO3混合物中的缺點(diǎn)一除了預(yù)定的接觸線之間硅的去除之外一是對(duì)接觸線下方的硅的侵蝕和對(duì)金屬接觸線自身的腐蝕破壞。這導(dǎo)致填充系數(shù)的迅速減損[3]。
等離子體-化學(xué)蝕刻(反應(yīng)性離子蝕刻，RIE)是使用氣體(例如SF6或SF6/O2)在昂貴的真空設(shè)備中進(jìn)行，并已為該方法做出大量的技術(shù)最優(yōu)化努力[4]、[5]、[6]。
除了形成選擇性發(fā)射極之外，還以提高太陽(yáng)能電池的抗反射性能的方式在該發(fā)射極一側(cè)上構(gòu)建(粗糙化、“結(jié)構(gòu)化”)硅表面。
本發(fā)明的目標(biāo)是找出材料損耗較低且較為廉價(jià)的開(kāi)放(opening)太陽(yáng)能電池中的p-n結(jié)的方法。
因此，本發(fā)明的目標(biāo)還包括提供一種簡(jiǎn)單廉價(jià)的方法，其可在太陽(yáng)能電池工業(yè)中實(shí)施，并可以通過(guò)該方法選擇性地蝕刻硅表面以制造發(fā)射極并提高抗反射性能。同時(shí)，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種實(shí)施該蝕刻法用的廉價(jià)蝕刻劑。
具體通過(guò)增稠的堿液形式的用于蝕刻硅表面和層的蝕刻介質(zhì)實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，其中蝕刻過(guò)程是在堿性、含溶劑的液體中進(jìn)行的。
因此通過(guò)提供一種可以迅速且選擇性地，例如使用絲網(wǎng)印刷機(jī)或分配器，施用于待蝕刻區(qū)域并由此明顯使蝕刻化學(xué)品的消耗和太陽(yáng)能電池上材料的損耗最小化的廉價(jià)蝕刻糊來(lái)實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。
除了上述開(kāi)放太陽(yáng)能電池的p-n結(jié)之外，使用蝕刻糊選擇性地蝕刻硅能夠大規(guī)模地生產(chǎn)選擇性(及兩級(jí))發(fā)射極并提高太陽(yáng)能電池的抗反射性能。
本發(fā)明因此有別于將堿性粘性鹽溶液施用于例如陶瓷部件并干燥(溶劑蒸發(fā))、并在300-400℃的堿性熔體中進(jìn)行實(shí)際蝕刻過(guò)程的方法[7]。
本發(fā)明是蝕刻糊形式的可印刷和可分布(dispensable)蝕刻介質(zhì)，其含有a.至少一種溶劑b.增稠劑和c.非必要的例如消泡劑、觸變劑、流動(dòng)調(diào)節(jié)劑、脫氣劑和增粘劑之類(lèi)的添加劑，
并且該蝕刻介質(zhì)在70至150℃下有效和/或如果需要可以通過(guò)輸入能量使其活化。
這種蝕刻介質(zhì)含有作為蝕刻組分的有機(jī)或無(wú)機(jī)堿，其濃度為總量的2至50重量％，優(yōu)選為5至48重量％。
可以使用的蝕刻組分是選自由氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨、乙醇胺、乙二胺、氫氧化四烷基銨、或乙二胺/鄰苯二酚和乙醇胺/鞣酸混合物中之一組成的組的至少一種組分。
本發(fā)明因此涉及含有溶劑的蝕刻介質(zhì)，該溶劑選自由以下物質(zhì)組成的組水、異丙醇、二甘醇、二丙二醇、聚乙二醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、1，3-丁二醇、甘油、1，5-戊二醇、2-乙基-1-己醇或它們的混合物，或選自由以下物質(zhì)組成的組苯乙酮、甲基-2-己酮、2-辛酮、4-羥基-4-甲基-2-戊酮、1-甲基-2-吡咯烷酮、乙二醇單丁醚、乙二醇單甲醚、三甘醇單甲醚、二甘醇單丁醚、二丙二醇單甲醚、羧酸酯，例如乙酸[2，2-丁氧基(乙氧基)]乙酯、碳酸亞丙酯等，或使用其混合物，使用量是介質(zhì)總量的10至90重量％，優(yōu)選15至85重量％。
本發(fā)明的蝕刻介質(zhì)進(jìn)一步含有增稠劑，其選自由以下物質(zhì)組成的組羥烷基瓜爾豆膠(hydroxyalkylguar)、黃原酸膠、纖維素和/或乙基纖維素、羥丙基纖維素或羥乙基纖維素、羧甲基纖維素、羧甲基羥乙基纖維素鈉、以丙烯酸、丙烯酸酯和甲基丙烯酸烷基酯(C10-C30)的官能化乙烯單元為基礎(chǔ)的均聚物或共聚物，它們單獨(dú)或混合使用，其含量為蝕刻介質(zhì)總量的0.5至25重量％，優(yōu)選1至10重量％。
除了這些組分外，還可以存在占總量0至2重量％的選自由消泡劑、觸變劑、流動(dòng)調(diào)節(jié)劑、脫氣劑和增粘劑組成的組的添加劑。
本發(fā)明還涉及蝕刻硅表面和層的方法，其中將本發(fā)明的蝕刻介質(zhì)施用于在整個(gè)表面上或根據(jù)蝕刻結(jié)構(gòu)掩模僅專(zhuān)門(mén)涂布于需要進(jìn)行蝕刻的區(qū)域，并在30秒至5分鐘的作用時(shí)間后去除蝕刻介質(zhì)。
按照本發(fā)明，蝕刻介質(zhì)在70至150℃發(fā)揮作用。如果需要，通過(guò)輸入能量、優(yōu)選利用IR輻射使其活化。
在本發(fā)明的方法中，通過(guò)絲網(wǎng)印刷、模板印刷、壓印、印花印刷(stampprinting)印刷、噴墨印刷或手工印刷法或通過(guò)分布技術(shù)將蝕刻介質(zhì)施用到待蝕刻的表面上。作用之后并且在完成蝕刻時(shí)，使用溶劑或溶劑混合物沖洗掉蝕刻介質(zhì)。
本發(fā)明的蝕刻介質(zhì)可用于光電池、半導(dǎo)體技術(shù)、高性能電子設(shè)備中，特別是用于制造光電二極管、電路、電子元件、或用于為隔離太陽(yáng)能電池中的p-n結(jié)而進(jìn)行的硅表面和層的蝕刻。它們也可用于為制造太陽(yáng)能電池的選擇性發(fā)射極而進(jìn)行的硅表面和層的蝕刻、用于為提高抗反射性能而進(jìn)行的太陽(yáng)能電池的硅表面和層的蝕刻、用于半導(dǎo)體元件及其電路的制造工藝中的硅表面和層的蝕刻、或用于高性能電子設(shè)備中的元件制造工藝中的硅表面和層的蝕刻。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是使用蝕刻糊在整個(gè)表面蝕刻或選擇性地建構(gòu)半導(dǎo)體表面和層，特別是硅表面和層。適合將蝕刻糊轉(zhuǎn)移到待蝕刻區(qū)域的具有高度自動(dòng)化和高處理量的技術(shù)是印刷和分布。具體而言，絲網(wǎng)印刷、模板印刷、壓印、印花印刷和噴墨印刷法以及分布方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。手工涂敷，例如利用刷子/施料輥也是可行的。
根據(jù)絲網(wǎng)、模板、印版(klischee)或印花的設(shè)計(jì)或墨盒或計(jì)量單元控制，可以將本發(fā)明描述的蝕刻糊施用于整個(gè)表面上或選擇性地根據(jù)蝕刻結(jié)構(gòu)掩模僅施用于需要蝕刻的區(qū)域。在這種情況下所有的掩蔽和光刻步驟都是多余的。
由此可以明顯縮短并更廉價(jià)地進(jìn)行使用復(fù)雜掩蔽的建構(gòu)方法和激光建構(gòu)之類(lèi)的方法，或者可以用印刷和分布技術(shù)代替容易產(chǎn)生技術(shù)缺陷的方法，例如等離子體蝕刻法。此外，由于蝕刻糊僅施用于待蝕刻的區(qū)域，因而可以明顯降低蝕刻方法中蝕刻化學(xué)品的消耗。
特別是在制造硅太陽(yáng)能電池中的隔離p-n結(jié)的過(guò)程中，通過(guò)蝕刻糊的使用可以實(shí)現(xiàn)下列優(yōu)點(diǎn)
●無(wú)需昂貴的等離子體-蝕刻裝置●降低電池的高破損率●將機(jī)械分離過(guò)程中的材料高損耗最小化●避免表面缺陷在使用蝕刻糊制造選擇性發(fā)射極時(shí)，同樣可以用氧化物掩蔽和昂貴的等離子體蝕刻進(jìn)行分布。此外，蝕刻糊的選擇性施用避免了接觸區(qū)的蝕刻不足(underetching)。由于無(wú)需掩蔽，即使使用絲網(wǎng)印刷成的金屬接觸線，也不會(huì)對(duì)觸點(diǎn)造成蝕刻損壞。
還應(yīng)該指明的是，與迄今使用的光刻法、等離子體-化學(xué)法和激光法相比，使用本發(fā)明的蝕刻糊可以使選擇性發(fā)射極的制造和抗反射性能的提高明顯縮短和簡(jiǎn)化。晶片在整個(gè)表面上被均勻n++摻雜。觸點(diǎn)之間的區(qū)域被蝕刻糊蝕刻掉，由此被n+摻雜并且抗反射性能得到提高。由此省卻了多個(gè)工序。
蝕刻操作優(yōu)選在輸入能量(例如熱輻射形式(IR燈)或利用電熱板)的情況下進(jìn)行。蝕刻完成時(shí)，使用合適的溶劑或溶劑混合物沖洗掉蝕刻表面的蝕刻糊。
根據(jù)應(yīng)用、蝕刻結(jié)構(gòu)的所需蝕刻深度和/或邊緣銳度及蝕刻溫度設(shè)置，蝕刻期間可以在數(shù)秒至數(shù)分鐘之間。
蝕刻糊含有下列組分●蝕刻組分●溶劑●增稠劑●如果需要還可以含有添加劑，例如消泡劑、觸變劑、流動(dòng)調(diào)節(jié)劑、脫氣劑和增粘劑為了蝕刻元素周期表第4主族中的半導(dǎo)體元素，例如硅，可以使用濃苛性堿液[7]。因此本發(fā)明中描述的蝕刻糊的蝕刻作用是基于使用堿性的、可以蝕刻硅的溶液。
基于HF或氟化物的酸性蝕刻糊—如所述的針對(duì)氧化物的蝕刻糊[8]、[9]—對(duì)硅沒(méi)有表現(xiàn)出蝕刻作用。
本發(fā)明所述的蝕刻糊中使用的堿性蝕刻組分可以是無(wú)機(jī)堿的水溶液，例如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨，也可以是有機(jī)基的堿性蝕刻混合物，例如乙二胺/鄰苯二酚、乙醇胺/鞣酸、氫氧化四烷基銨或其中兩種的組合。
所用蝕刻組分的比例是占蝕刻糊總重量的2至50重量％，優(yōu)選5至48重量％的濃度范圍。特別優(yōu)選的是其中蝕刻組分的存在量為10至45重量％的蝕刻介質(zhì)。特別合適的是其中蝕刻組分的存在量為占蝕刻糊總重量的30至40重量％的蝕刻介質(zhì)，因?yàn)橐呀?jīng)發(fā)現(xiàn)這種蝕刻介質(zhì)的蝕刻速率有利于促進(jìn)p-n結(jié)的完全開(kāi)放且易于獲得高處理量，同時(shí)表現(xiàn)出高選擇性。
蝕刻組分在70至150℃時(shí)在蝕刻糊中有效。在硅表面和層上，低于100℃獲得了低于1微米的蝕刻深度，而在高于100℃的溫度下獲得了最高達(dá)2至3微米的蝕刻深度。
合適的無(wú)機(jī)和/或有機(jī)溶劑和/或它們的混合物可以是●水●簡(jiǎn)單或多元醇(例如異丙醇、二甘醇、二丙二醇、聚乙二醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、1，3-丁二醇、甘油、1，5-戊二醇、2-乙基-1-己醇)或它們的混合物●酮類(lèi)(例如苯乙酮、甲基-2-己酮、2-辛酮、4-羥基-4-甲基-2-戊酮、1-甲基-2-吡咯烷酮)●醚類(lèi)(例如乙二醇單丁醚、乙二醇單甲醚、三甘醇單甲醚、二甘醇單丁醚、二丙二醇單甲醚)●羧酸酯(例如乙酸[2，2-丁氧基(乙氧基)]乙酯)●碳酸酯(例如碳酸亞丙酯)優(yōu)選使用水和選自由醚類(lèi)和酮類(lèi)組成的組的溶劑。
水已經(jīng)證明是特別適合的。
溶劑的比例是蝕刻糊總重量的10至90重量％，優(yōu)選15至85重量％。特別優(yōu)選的組合物已經(jīng)證明是其中溶劑含量為蝕刻糊總重量55-75重量％的組合物。
可以使用在液相中膨脹的可形成網(wǎng)狀物的增稠劑調(diào)整本發(fā)明所述蝕刻糊的粘度，并且該粘度可根據(jù)所需應(yīng)用領(lǐng)域變化。
可能的增稠劑是基于例如官能化的乙烯基單元之類(lèi)的單體單元(例如丙烯酸、丙烯酸酯和甲基丙烯酸烷基酯(C10-C30))的交聯(lián)和不交聯(lián)的均聚物和共聚物，和羥烷基瓜爾豆膠、黃原膠和β-糖苷連接的葡萄糖單體，即纖維素和/或纖維素衍生物，例如纖維素醚，特別是乙基纖維素、羥丙基纖維素或羥乙基纖維素、羧甲基纖維素、及纖維素的乙醇酸醚的鹽，特別是羧甲基纖維素鈉。這些增稠劑可以單獨(dú)使用和/或與其它增稠劑結(jié)合使用。優(yōu)選使用羧甲基纖維素的鹽和交聯(lián)的丙烯酸聚合物作為增稠劑。羧甲基纖維素(Finnfix)和交聯(lián)的丙烯酸均聚物(Carbomers)已經(jīng)證明非常適合此用途。
具體設(shè)置粘度范圍和形成可印刷或可分布糊所必須的增稠劑的比例是蝕刻糊總重量的0.5至25重量％、優(yōu)選1至10重量％。特別合適的組合物已經(jīng)證明是那些增稠劑的存在量為1.5至6重量％的組合物。
具有對(duì)所需用途有利的性能的添加劑是消泡劑(例如TEGOFoamexN(二甲基聚硅氧烷))、觸變劑(例如BYK410(改性尿素)、BorchigelThixo2)、流動(dòng)調(diào)節(jié)劑(例如TEGOGlide ZG400(聚醚-硅氧烷共聚物))、脫氣劑(例如TEGOAirex 986(具有硅酮尖端的聚合物))和增粘劑(例如BayowetFT 929(氟化表面活性劑))。這些物質(zhì)對(duì)蝕刻糊的可印性和可分布性具有積極影響。添加劑的比例為蝕刻糊總重量的0至2重量％。
經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用于制備蝕刻介質(zhì)的組分的選擇和蝕刻介質(zhì)中各組分互相之間的混合比率都是非常重要的。根據(jù)蝕刻介質(zhì)施用于待蝕刻區(qū)域的方式，可以不同地設(shè)定各組分互相之間的百分比，因?yàn)槠渲腥軇┖驮龀韯┑暮刻貏e會(huì)極大地影響粘度和流動(dòng)性或觸變性的設(shè)定。溶劑和增稠劑的含量會(huì)反過(guò)來(lái)影響蝕刻性能。根據(jù)本發(fā)明方法的應(yīng)用類(lèi)型，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以選擇進(jìn)行過(guò)相應(yīng)調(diào)整的蝕刻介質(zhì)組成。
應(yīng)用領(lǐng)域本發(fā)明蝕刻糊的應(yīng)用領(lǐng)域是●太陽(yáng)能電池工業(yè)●半導(dǎo)體工業(yè)●高性能電子器件本發(fā)明的蝕刻糊可用于所有需要對(duì)硅表面或?qū)舆M(jìn)行全表面和/或結(jié)構(gòu)化蝕刻的領(lǐng)域。因此，在各種情況下，在硅表面或?qū)又?，可以在全表面或者選擇性地將單個(gè)結(jié)構(gòu)體蝕刻到所需的深度。
應(yīng)用領(lǐng)域是，例如●制造光電元件，例如太陽(yáng)能電池、光電二極管之類(lèi)的元件，特別是隔離硅太陽(yáng)能電池中的p-n結(jié)和部分去除摻雜層(選擇性發(fā)射極)所需的所有蝕刻步驟(與建構(gòu)步驟同義)，包括硅表面和層的表面清潔/粗糙化●制造半導(dǎo)體元件和電路所需的所有在硅表面和層上進(jìn)行的蝕刻步驟●制造高性能電子器件(IGBT、功率可控硅整流器、GTO等等)中的元件所需的所有在硅表面和層上進(jìn)行的蝕刻步驟。
為了更好地理解和闡釋本發(fā)明，下面給出實(shí)施例，它們落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)，但是不能將本發(fā)明限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例實(shí)施例140.0克KOH59.0克去離子水1.5克乙二醇單丁醚4.9克Carbomer(丙烯酸均聚物)
將這些化學(xué)制劑稱(chēng)入燒杯中，混合并溶解，攪拌加入增稠劑。
將混合物在短時(shí)間靜置后轉(zhuǎn)移到容器中。該混合物產(chǎn)生蝕刻糊，用該蝕刻糊在輸入和/或不輸入能量的情況下可例如將硅表面和層在整個(gè)表面上或在結(jié)構(gòu)體中特定地蝕刻到所需深度。
將蝕刻糊例如通過(guò)絲網(wǎng)印刷或使用分布器(例如銷(xiāo)釘直徑260微米)施用于硅表面上，并在電熱板上于100℃蝕刻3分鐘。在n-摻雜(100)的硅片上制造線寬約為1毫米的蝕刻結(jié)構(gòu)體時(shí)，確定的蝕刻深度(取決于印刷和分布參數(shù))是0.3至1微米?？梢酝ㄟ^(guò)增加KOH濃度和線寬來(lái)增加蝕刻深度。對(duì)于4毫米的線寬和20至50重量％的KOH濃度而言，蝕刻深度是2至3微米。
制成的蝕刻糊在儲(chǔ)存時(shí)穩(wěn)定，易于處理而且可印刷?？梢允褂萌軇缡褂盟?，將其從印刷表面或?qū)踊驈暮妮d體(篩網(wǎng)、刮刀、模板、印模、印版、墨盒等)上去除。
實(shí)施例28.0克KOH26.4克去離子水4.0克N-甲基吡咯烷酮2.3克羧甲基纖維素的鈉鹽(Finnfix)如實(shí)施例1所述進(jìn)行分批和處理。
使用分布器(銷(xiāo)釘直徑450微米)將蝕刻糊施用于硅表面，并于130℃的蝕刻溫度蝕刻3分鐘。在n-摻雜(100)硅片上制造線寬約為1毫米的蝕刻結(jié)構(gòu)體時(shí)，確定的蝕刻深度(取決于印刷和分布參數(shù))是0.2至1微米。
實(shí)施例337.8重量％的水0.8重量％的乙醇胺
50.0重量％的乙二醇4.7重量％的氫氧化四乙銨4.7重量％的氫氧化四丙銨0.3重量％的鞣酸＜0.1重量％的吡嗪1.8重量％的羧甲基纖維素的鈉鹽(Finnfix)如實(shí)施例1所述進(jìn)行分批和處理。
通過(guò)絲網(wǎng)印刷或使用分布器(銷(xiāo)釘直徑450微米)將蝕刻糊施用于硅表面，并于130℃的蝕刻溫度蝕刻3分鐘。在制造線寬約為1毫米的蝕刻結(jié)構(gòu)體時(shí)確定的蝕刻深度在硅片上約為200納米。
實(shí)施例439.4重量％的去離子水49.3重量％的乙二醇4.9重量％的氫氧化四乙銨4.9重量％的氫氧化四丙銨1.5重量％的羧甲基纖維素的鈉鹽(Finnfix)如實(shí)施例1所述進(jìn)行分批和處理。
通過(guò)絲網(wǎng)印刷或使用分布器(銷(xiāo)釘直徑450微米)將蝕刻糊施用于硅表面，并于130℃的蝕刻溫度蝕刻3分鐘。在制造線寬約為1毫米的蝕刻結(jié)構(gòu)體時(shí)確定的蝕刻深度在硅片上約為300納米。
實(shí)施例550體積％的氫氧化四乙銨20體積％的乙二胺20體積％的去離子水10體積％的三亞乙基四胺0.25克鞣酸
＜0.1重量％的吡嗪3重量％的黃原膠如實(shí)施例1所述進(jìn)行分批和處理。
通過(guò)絲網(wǎng)印刷或使用分布器(銷(xiāo)釘直徑450微米)將蝕刻糊施用于硅表面，并于100℃的蝕刻溫度蝕刻3分鐘。在制造線寬約為4毫米的蝕刻結(jié)構(gòu)體時(shí)確定的蝕刻深度在硅片上約為1微米。W.Wettling.Phys.Bl.12(1997)，pp.1197-1202[2]J.Horzel，J.Slufzik，J.Nijs，R.Mertens，Proc.26thIEEE PVSC，(1997)，pp.139-42[3]M.Schnell，R.Lüdemann，S.Schfer，Proc.16thEU PVSEC，(2000)，pp.1482-85[4]D.S.Ruby，P.Yang，S.Zaidi，S.Brueck，M.Roy，S.Narayanan，Proc.2ndWorld Conference and Exhibition on PVSEC，(1998)，pp.1460-63[5]US 6,091,021(2000)，D.S.Ruby，W.K.Schubert，J.M.Gee，S.H.Zaidi[6]US 5,871,591(1999)，D.S.Ruby，J.M.Gee，W.K.Schubert[7]EP 0229915(1986)，M.Bock，K.Heymann，H.-J.Middeke，D.Tenbrink[8]WO 00/40518(1998)，M.Luly，R.Singh，C.Redmon，J.Mckown，R.Pratt[9]DE 10101926(2000)，S.Klein，L.Heider，C.Zielinski，A.Kübelbeck，W.Stockum[10]A.F.Bogenschütz，Atzpraxis für Halbleiter[Etching practice forSemiconductors]，Carl Hanser Verlag，Munich 196權(quán)利要求
1.用于蝕刻硅表面和層的蝕刻介質(zhì)，其特征在于該蝕刻介質(zhì)是增稠的、堿性液體。
2.按照權(quán)利要求1的可印刷蝕刻介質(zhì)，其特征在于它是含有下列物質(zhì)的蝕刻糊a.至少一種溶劑b.增稠劑和c.非必要的的添加劑，例如消泡劑、觸變劑、流動(dòng)調(diào)節(jié)劑、脫氣劑和增粘劑之類(lèi)，而且該蝕刻介質(zhì)在低至70至150℃的溫度下有效，和/或如果需要可以通過(guò)輸入能量使其活化。
3.按照權(quán)利要求1和2的蝕刻介質(zhì)，其特征在于含有作為蝕刻組分的有機(jī)堿或無(wú)機(jī)堿，其濃度為總量的2至50重量％，優(yōu)選5至48重量％。
4.按照權(quán)利要求3的蝕刻介質(zhì)，其特征在于含有至少一種選自由以下物質(zhì)組成的組的組分作為蝕刻組分氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨、乙醇胺、乙二胺、氫氧化四烷基銨、或乙二胺/鄰苯二酚和乙醇胺/鞣酸混合物中之一。
5.按照權(quán)利要求2的蝕刻介質(zhì)，其特征在于所述溶劑選自由以下物質(zhì)組成的組水、異丙醇、二甘醇、二丙二醇、聚乙二醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、1，3-丁二醇、甘油、1，5-戊二醇、2-乙基-1-己醇或它們的混合物，或選自由以下物質(zhì)組成的組苯乙酮、甲基-2-己酮、2-辛酮、4-羥基4-甲基-2-戊酮、1-甲基-2-吡咯烷酮、乙二醇單丁醚、乙二醇單甲醚、三甘醇單甲醚、二甘醇單丁醚、二丙二醇單甲醚、羧酸酯，例如乙酸[2，2-丁氧基(乙氧基)]乙酯、碳酸亞丙酯等，單獨(dú)使用或以混合物使用，使用量是介質(zhì)總量的10至90重量％，優(yōu)選15至85重量％。
6.按照權(quán)利要求2的蝕刻介質(zhì)，其特征在于含有選自由以下物質(zhì)組成的組的增稠劑羥烷基瓜爾豆膠、黃原酸膠、纖維素和/或乙基纖維素、羥丙基纖維素或羥乙基纖維素、羧甲基纖維素、羧甲基羥乙基纖維素鈉、以丙烯酸、丙烯酸酯和甲基丙烯酸烷基酯(C10-C30)的官能化乙烯單元為基礎(chǔ)的均聚物或共聚物，單獨(dú)或混合使用，其含量為蝕刻介質(zhì)總量的0.5至25重量％，優(yōu)選1至10重量％。
7.按照權(quán)利要求3的蝕刻介質(zhì)，其特征在于含有占總量0至2重量％的選自由消泡劑、觸變劑、流動(dòng)調(diào)節(jié)劑、脫氣劑和增粘劑組成的組的添加劑。
8.蝕刻硅表面和層的方法，其特征在于將按照權(quán)利要求1至7的蝕刻介質(zhì)施用于整個(gè)表面上或根據(jù)蝕刻結(jié)構(gòu)掩模僅專(zhuān)門(mén)施用于需要進(jìn)行蝕刻的區(qū)域，并在30秒至5分鐘的作用時(shí)間后去除這些蝕刻介質(zhì)。
9.按照權(quán)利要求8的方法，其特征在于蝕刻介質(zhì)在70至150℃發(fā)揮作用，和/或如果需要，通過(guò)輸入能量使其活化。
10.按照權(quán)利要求9的方法，其特征在于通過(guò)將其暴露在熱中(IR燈、電熱板)使蝕刻介質(zhì)活化。
11.按照權(quán)利要求8的方法，其特征在于通過(guò)絲網(wǎng)印刷、模板印刷、壓印、印花印刷、噴墨印刷或手工印刷的方法或通過(guò)分布技術(shù)將蝕刻介質(zhì)施用于待蝕刻的表面上。
12.按照權(quán)利要求8的方法，其特征在于完成蝕刻時(shí)使用溶劑或溶劑混合物沖洗掉蝕刻介質(zhì)。
13.按照權(quán)利要求1至7的蝕刻介質(zhì)在光電池、半導(dǎo)體技術(shù)、高性能電子設(shè)備中的用途，用于制造光電二極管、電路、電子元件。
14.按照權(quán)利要求1至7的蝕刻介質(zhì)的用途，用于為隔離太陽(yáng)能電池中的p-n結(jié)而對(duì)硅表面和層進(jìn)行的蝕刻。
15.按照權(quán)利要求1至7的蝕刻介質(zhì)的用途，用于為制造太陽(yáng)能電池的選擇性發(fā)射極而對(duì)硅表面和層進(jìn)行的蝕刻。
16.按照權(quán)利要求1至7的蝕刻介質(zhì)的用途，用于為提高抗反射性能而對(duì)太陽(yáng)能電池的硅表面和層進(jìn)行的蝕刻。
17.按照權(quán)利要求1至7的蝕刻介質(zhì)的用途，用于在半導(dǎo)體元件及其電路的制造工藝中對(duì)硅表面和層進(jìn)行的蝕刻。
18.按照權(quán)利要求1至7的蝕刻介質(zhì)的用途，用于在高性能電子設(shè)備的元件制造工藝中對(duì)硅表面和層進(jìn)行的蝕刻。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于全表面或選擇性蝕刻硅表面和層的蝕刻糊形式的新型蝕刻介質(zhì)及其用途。
文檔編號(hào)C09K13/02GK1679147SQ03820998
公開(kāi)日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2003年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月4日
發(fā)明者A·屈貝爾可, S·克萊因, W·斯托庫(kù)姆 申請(qǐng)人:默克專(zhuān)利有限公司