DE102010019079A1

DE102010019079A1 - Additiv für alkalische Ätzlösungen, insbesondere für Texturätzlösungen, sowie Verfahren zu dessen Herstellung

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Publication number: DE102010019079A1
Application number: DE102010019079A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: GP Solar GmbH
Current assignee: GP Solar GmbH
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2011-11-03
Also published as: KR101478892B1; JP5632533B2; KR20130028730A; JP2013526050A; WO2011135435A1; CN102695778B; TWI467054B; TW201211313A; CN102695778A; EP2470619A1

Abstract

Erzeugnis (56) erhältlich durch Mischen (10; 20) wenigstens eines Polyethylenglykols mit einer Base unter Ausbildung eines einphasigen Gemischs (52), Erwärmen (12; 22) des einphasigen Gemischs (52) auf eine Temperatur von 80°C und ruhen lassen (14) des einphasigen Gemischs (52) unter Umgebungsluft bis das einphasige Gemisch (52) sich verfärbt sowie Verfahren zur Herstellung des Erzeugnisses (56) und Verwendung des Erzeugnisses (56).

Description

Die Erfindung betrifft ein Erzeugnis, dessen Verwendung als Additiv oder Bestandteil von Ätzlösungen sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Bei einem Ätzen von Materialien besteht häufig das Bestreben, ein hinsichtlich Art, Ort und/oder Umfang definiertes Ätzergebnis zu erzielen. Dies ist insbesondere bei einem Ätzen von Halbleitermaterialien der Fall, wie es beispielsweise bei. der Fertigung von elektronischen Bauelementen oder Solarzellen eingesetzt wird. Als Halbleitermaterial kommt dabei größtenteils Silizium zum Einsatz. Insbesondere mono- oder multikristallines Silizium findet bei der industriellen Fertigung von Siliziumsolarzellen Verwendung.
Ein definiertes Ätzen kristalliner Materialien, insbesondere mono- oder multikristallinen Siliziums, gestaltet sich aufwändig, da verschiedenartige Körner und etwaige vorliegende Kristalldefekte von den meisten Ätzlösungen unterschiedlich stark geätzt werden. Dies ist beispielsweise bei auf Alkalihydroxiden basierenden alkalischen Ätzlösungen der Fall, die in industriellem Umfang bei der Ätzung und insbesondere bei der Texturätzung von Siliziumscheiben Verwendung finden. Zwar besteht die Möglichkeit, andere Ätzlösungen einzusetzen, welche die Halbleitermaterialien großteils unabhängig von der Kristallorientierung und Kristalldefekten gleichmäßig ätzen. Deren Einsatz in industriellem Umfang ist jedoch meist aus Sicherheits- oder Entsorgungsgründen problematisch und aufwändig, sodass trotz der anisotropen Ätzwirkung häufig alkalische Ätzlösungen auf Basis von Alkalihydroxiden bevorzugt werden.
Um mit solchen alkalischen Ätzlösungen ein definiertes Ätzergebnis zu erhalten, ist es erforderlich, den jeweiligen Ätzvorgang genau auf das im einzelnen Fall verwendete Halbleitermaterial, beispielsweise Siliziummaterial, abzustimmen. Einfluss auf Ätzparameter wie Ätzdauer, Zusammensetzung der Ätzlösung und Ätztemperatur können dabei unter anderem Kristallisierungsart des verwendeten Halbleitermaterials, z. B. blockgegossenes oder kantenstabilisiert gezogenes multikristallines Silizium oder monokristallines Silizium, dessen Dotierungstyp und -stärke wie auch Art und Dichte der Kristalldefekte nehmen. In der Praxis hat dies zur Folge, dass bereits für verschiedene Siliziummaterialien eines Herstellers jeweils andere Ätzparameter verwendet werden müssen. Die Vielfalt der Ätzparameter vergrößert sich noch beim Einsatz von Materialien verschiedener Hersteller. Vor allem bei Texturätzungen, wie sie häufig bei der Herstellung von Solarzellen zur Ausbildung einer Oberflächenstruktur zum Zwecke der Erhöhung der Lichteinkopplung vorgenommen werden, ergibt sich auf Grund der Sensibilität der Texturätzvorgänge gegenüber dem verwendeten Material eine große Anzahlverschiedener Sätze an Ätzparametern.
Vor diesem Hintergrund besteht Bedarf an einer Vereinfachung der Ätzvorgänge, insbesondere von Texturätzvorgängen. Aus DE 10 2008 056 086 ist ein Additiv für Ätzlösungen bekannt, welches dies ermöglicht. Die Herstellung dieses Additivs erfordert die Trennung von Phasen verschiedener Dichte, was mit einem gewissen Aufwand verbunden ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Erzeugnis zur Verfügung zu stellen, welches eine Vereinfachung der Ätzvorgänge, insbesondere von Texturätzvorgängen, ermöglicht und aufwandsgünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Erzeugnis erhältlich auf die in Anspruch 1 dargelegte Weise.
Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung dieses Erzeugnisses zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand abhängiger Unteransprüche.
Die Ansprüche 8 und 9 betreffen vorteilhafte Verwendungen des erfindungsgemäßen Erzeugnisses.
Das erfindungsgemäße Erzeugnis ist erhältlich durch Mischen wenigstens eines Polyethylenglykols mit einer Base unter Ausbildung eines einphasigen Gemischs, Erwärmen des einphasigen Gemischs auf eine Temperatur von 80°C und Ruhenlassen des einphasigen Gemischs unter Umgebungsluft bis das einphasige Gemisch sich verfärbt. Unter Base ist hierbei grundsätzlich jede Verbindung und jedes Element zu verstehen, welches in der Lage ist, in wässriger Lösung Hydroxid-Ionen zu bilden. Bevorzugt wird als Base ein Alkalihydroxid oder ein Ammoniumhydroxid, besonders bevorzugt Kalium- oder Natriumhydroxid, verwendet. Der Masseanteil des verwendeten Alkalihydroxids an den zum Zwecke der Ausbildung des einphasigen Gemisches gemischten Bestandteilen, beispielsweise Tetraethylenglykol und Kaliumhydroxid, beträgt 1 bis 10 Masseprozent, vorzugsweise etwa 7 Masseprozent.
Unter einem einphasigen Gemisch ist zu verstehen, dass das Gemisch, selbst bei längerer Standzeit von einigen Stunden, nicht in mehrere Phasen unterschiedlicher Dichte separiert. Umgebungsluft im vorliegenden Sinne ist ein Gasgemisch, wie es üblicherweise auf der Erde in von Menschen besiedelten Bereichen vorliegt. Unter dem Begriff des Ruhenlassens ist nicht zwingend eine absolute Ruhe des Gemischs zu verstehen. Grundsätzlich kann das Gemisch auch bewegt werden. Eine Verfärbung des einphasigen Gemischs liegt vor, wenn das einphasige Gemisch seine Phase gegenüber seiner ursprünglichen Farbe ändert. Insbesondere liegt eine Verfärbung vor, wenn ein zuvor transparentes einphasiges Gemisch eine Farbe annimmt. Die Dauer des Ruhenlassens bis zu der Verfärbung hängt von vielen Parametern ab, insbesondere den gemischten Substanzen. Überwiegend bedarf es eines Ruhenlassens während einer Zeit von etwa 15 Minuten bis 16 Stunden.
Zur Herstellung des Erzeugnisses können grundsätzlich alle Polyethylenglykole Verwendung finden. In der Praxis hat sich der Einsatz von Tetraethylenglykol bewährt. Bei Verwendung dieses Polyethylenglykols ist beispielsweise ein Ruhenlassen während einer Dauer von 15 Minuten bis 16 Stunden erforderlich, ehe die Verfärbung eintritt.
Es hat sich gezeigt, dass eine Beimengung des erfindungsgemäßen Erzeugnisses zu alkalischen Ätzlösungen, insbesondere zu Texturätzlösungen, sich vorteilhaft auf die Ätzvorgänge auswirken kann. So kann infolge der Beimengung die Ätzlösung für verschiedene Typen und Qualitäten eines Halbleitermaterials unter Verwendung der gleichen Ätzparameter und bei äquivalenten Ätzergebnissen eingesetzt werden, beispielsweise in gleicher Weise für p- wie auch für n-dotiertes Silizium. Die Zahl der erforderlichen Ätzparametersätze, so genannter Ätzrezepte, kann daher deutlich reduziert werden. Diese Verringerung der benötigten Ätzrezepte vereinfacht, sofern überhaupt notwendig, weiterhin die Anpassung der Zusammensetzung der Ätzlösung sowie der Ätzparameter an das zu ätzende Halbleitermaterial. Zudem kann sich eine verlängerte Standzeit der Ätzlösung ergeben.
Wird das erfindungsgemäße Erzeugnis alkalischen Texturätzlösungen beigemengt, so können sich darüber hinaus weitere Vorteile ergeben. Beispielsweise können mit derselben Ätzlösung und gleichen Ätzparametern mono- wie auch multikristalline Halbleitermaterialien, insbesondere Siliziumscheiben, texturiert werden. Im Stand der Technik werden als Texturätzlösungen, beispielsweise für Siliziumscheiben, wässrige Texturätzlösungen verwendet die 0,5 bis 6 Gewichtsprozent an Alkalihydroxiden und 1 bis 10 Volumenprozent Alkohole, meist Isopropylalkohol, enthalten (vgl. z. B. US 3,998,659 ). Die Texturätzung erfolgt hier üblicherweise bei einer Temperatur von 70 bis 90°C während einer Zeit von typischerweise 20 bis 75 Minuten. Bei Beimengung des erfindungsgemäßen Erzeugnisses zu Alkohol aufweisenden, alkalischen Ätzlösungen hat sich gezeigt, dass hierdurch die Ätzzeit reduziert werden kann und zudem der Alkoholverbrauch in der alkalischen Ätzlösung reduziert werden kann. Weiterhin hat sich gezeigt, dass der Alkoholverbrauch nicht nur reduziert werden kann, sondern der Einsatz von Alkohol, insbesondere Isopropylalkohol, vollständig unterbleiben kann. Besonders bevorzugt wird daher bei Einsatz des erfindungsgemäßen Erzeugnisses als Additiv auf die Beimengung von Alkoholen vollständig verzichtet.
Bei mittels eines Sägevorgangs von einem Block abgetrennten Halbleitermaterialien, beispielsweise mittels einer Innenloch- oder einer Drahtsäge von einem Siliziumblock abgetrennten Siliziumscheiben, ist es häufig erforderlich, zunächst den Sägeschaden durch einen gesonderten, vorab durchzuführenden Sägeschadenätzprozess zu entfernen, ehe eine Texturierung mit Strukturen mit Abmessungen im Mikrometerbereich zuverlässig mittels einer Texturätzlösung aufgebracht werden kann. Bei Beimengung des erfindungsgemäßen Erzeugnisses zur Texturätzlösung kann hingegen der gesonderte Sägeschadenätzprozess entfallen und das Ätzen des Sägeschadens in einem gemeinsamen Prozessschritt zusammen mit der Texturierung der Oberfläche des Halbleitermaterials durchgeführt werden.
Die beschriebenen vorteilhaften Wirkungen sind nicht davon abhängig, dass für die Herstellung des erfindungsgemäßen Erzeugnisses und in der alkalischen Ätzlösung dieselben Basen Verwendung finden. Beispielsweise kann für die Herstellung des erfindungsgemäßen Erzeugnisses Natriumhydroxid verwendet werden, das Erzeugnis dann aber einer Kaliumhydroxid enthaltenden Lösung beigemengt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das einphasige Gemisch unter Umgebungsluft ruhen gelassen wird, bis es einen Farbton annimmt, der im optischen Farbspektrum zwischen orange und rot-braun liegt. Bevorzugt wird das einphasige Gemisch ruhen gelassen, bis es einen rot-braunen Farbton annimmt. Es hat sich gezeigt, dass die Wirkung des Erzeugnisses umso stärker ausfällt, je dunkler der Farbton ist, in welchen es sich verfärbt hat. Eine besonders starke Wirkung ergibt sich bei Vorliegen eines rot-braunen Farbtons. Die Wirkung des Erzeugnisses nimmt jedoch ab einem gewissen Verfärbungsgrad wieder ab. So liegt bei einer dunkelbraunen bzw. schwarzen Farbe des einphasigen Gemisches nur noch eine schwache Wirkung vor.
Eine Ausgestaltungsvariante der Erfindung sieht vor, dass das wenigstens ein Polyethylenglykol mit der Base und Wasser zu dem einphasigen Gemisch vermischt wird. Dies erfolgt vorzugsweise durch Mischen einer wässrigen Alkalihydroxidlösung mit dem wenigstens einen Polyethylenglykol. In der Praxis haben sich hierfür wässrige Alkalihydroxidlösungen mit einer Alkalihydroxidkonzentration von mindestens 20 Masseprozent bewährt. Der Wasseranteil ist stets derart zu wählen, dass ein einphasiges Gemisch ausgebildet wird und das Gemisch nicht nach einer gewissen Standzeit in mehrere Phasen separiert.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird dem einphasigen Gemisch eine nicht-oxidierende Säure beigemengt, vorzugsweise Salzsäure oder Essigsäure. Wie oben erwähnt wurde, ist das erfindungsgemäße Erzeugnis hinsichtlich seiner Wirkung zeitlich instabil. Wie sich herausgestellt hat kann durch die beschriebene Beimengung einer nicht-oxidierenden Säure die Stabilität und damit die Lagerfähigkeit verbessert werden. Das mit der nicht-oxidierenden Säure versehene Erzeugnis kann somit länger gelagert werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die nicht-oxidierende Säure derart beizumengen, dass sich ein pH-Wert von kleiner als 7, vorzugsweise kleiner als 3, einstellt. Die nicht-oxidierende Säure wird beigemengt, nachdem das einphasige Gemisch sich verfärbt hat.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante wird dem einphasigen Gemisch nach dessen Verfärbung Wasser und mindestens ein Alkalihydroxid, vorzugsweise Natrium- oder Kaliumhydroxid, beigemengt. Auf diese Weise kann eine in einer der oben beschriebenen Weisen vorteilhafte Ätz- bzw. Texturätzlösung zur Verfügung gestellt werden. Der Volumenanteil des einphasigen Gemischs an dem ausgebildeten Gemenge beträgt 0,01% bis 5%, vorzugsweise 0,01% bis 1% und besonders bevorzugt 0,07% bis 0,3% Wie oben erwähnt wurde, war es bislang üblich, derartigen Ätzlösungen Alkohol, insbesondere Isopropylalkohol, beizumengen. Der in der beschriebenen Weise ausgebildeten Lösung kann grundsätzlich nach wie vor Alkohol beigemengt werden, insbesondere Isopropylalkohol. Wie bereits oben. dargelegt wurde, sind jedoch geringere Mengen erforderlich. In Folge des Einsatzes des einphasigen Gemisches kann der bislang üblicherweise beigemengte Alkohohl jedoch auch vollständig durch das einphasige Gemisch ersetzt werden. Besonders bevorzugt wird daher auf eine Bemengung von Alkoholen verzichtet.
Alle Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Erzeugnisses sind vorteilhaft als Additiv in alkalischen Ätzlösungen für Halbleitermaterialien, vorzugsweise in alkalischen Ätzlösungen für anorganische Halbleitermaterialien wie mono- oder multikristallines Silizium, verwendbar. Insbesondere haben sie sich als Additiv in Texturätzlösungen als vorteilhaft erwiesen.
In der beschriebenen Ausgestaltungsvariante mit beigemengtem Wasser und mindestens einem Alkalihydroxid kann das Erzeugnis gemäß der Erfindung selbst als Texturätzlösung für Halbleitermaterialien, vorzugsweise für anorganische Halbleitermaterialien und besonders bevorzugt für Siliziummaterialien wie monokristalline oder multikristalline Siliziumscheiben, eingesetzt werden. Beispielsweise kann mit dieser Ausgestaltungsvariante eine Oberflächentexturierung mit zufällig orientierten Pyramiden auf Siliziumoberflächen erzeugt werden. Dies hat sich insbesondere auf monokristallinen Siliziumoberflächen bewährt. Die Höhe der Pyramiden ist dabei durch den Anteil des einphasigen Gemischs an der verwendeten Texturätzlösung beeinflussbar.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Erzeugnisses wird wenigstens ein Polyethylenglykol mit einer Base unter Ausbildung eines einphasigen Gemischs gemischt und eine Verfärbung des einphasigen Gemischs abgewartet. Die Begriffe Base, einphasiges Gemisch und Verfärbung sind dabei in der oben dargelegten Weise zu verstehen. Die Verfärbung stellt sich beispielsweise ein, wenn das einphasige Gemisch während des Abwartens Umgebungsluft ausgesetzt wird. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Umgebungsatmosphären denkbar, sofern diese die erforderliche Verfärbung des einphasigen Gemischs ermöglichen. Ferner besteht die Möglichkeit, Umgebungsluft oder andere Gasgemische in das einphasige Gemisch ein- oder durch dieses hindurchzuleiten und hierdurch die Wartezeit zu verringern.
Bei einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das mindestens eine Polyethylenglykol mit der Base und Wasser zu dem einphasigen Gemisch vermischt. Dies erfolgt vorzugsweise durch Mischen des wenigstens einen Polyethylenglykols mit einer wässrigen Lösung der Base, beispielsweise mit einer wässrigen Natriumhydroxid- oder einer Kaliumhydroxidlösung. Der Wasseranteil ist, wie oben beschrieben, dabei derart zu wählen, dass das einphasige Gemisch nicht in mehrere Phasen separiert.
Als Base haben sich Alkalihydroxide, insbesondere Natrium- oder Kaliumhydroxid bewährt. Vorteilhafterweise wird das eingesetzte Alkalihydroxid, bzw. das eingesetzte Gemenge aus mehreren Alkalihydroxiden, derart dosiert, dass dessen Masseanteil an den zum Zwecke der Ausbildung des einphasigen Gemischs gemischten Bestandteilen 1% bis 10% beträgt, vorzugsweise etwa 7%.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Verfärbung des einphasigen Gemischs in einen Farbton abgewartet, der optischen Farbspektrum zwischen orange oder rot-braun liegt. Wie bereits oben dargelegt wurde, hat die Farbannahme des einphasigen Gemischs Einfluss auf dessen Wirkung. Vorzugsweise wird daher eine Verfärbung in einen rot-braunen Farbton abgewartet, da ein derart verfärbtes einphasiges Gemisch eine besonders starke Wirkung zeigt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das einphasige Gemisch auf eine Temperatur von mindestens 40°C erwärmt wird, vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 40°C und 120°C und besonders bevorzugt auf eine Temperatur zwischen 75°C und 85°C. Eine zum Erwärmen des einphasigen Gemischs eingesetzte Heizeinrichtung wird bevorzugt nach Erreichen der Zieltemperatur abgestellt, kann grundsätzlich aber während des Abwartens der Verfärbung auch angeschaltet bleiben.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass dem einphasigen Gemisch eine nicht-oxidierende Säure beigemengt wird, vorzugsweise Salzsäure oder Essigsäure. Wie oben dargelegt. wurde, kann auf diese Weise das im Hinblick auf seine Wirkung zeitlich instabile Erzeugnis stabilisiert und damit dessen Lagerfähigkeit verbessert werden. Die Säurebeimengung erfolgt nach Verfärbung des einphasigen Gemischs. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Säure in einer Konzentration und Menge bei zumengen, dass sich ein pH-Wert des einphasigen Gemischs von kleiner als 7, vorzugsweise kleiner als 3, einstellt.
Es hat sich gezeigt, dass das aus DE 10 2008 056 086 bekannte Erzeugnis ebenfalls durch Beimengung einer nicht-oxidierenden Säure stabilisiert werden kann. Ein Erzeugnis erhältlich durch Mischen wenigstens eines Polyethylenglykols mit einer Base, Ruhenlassen des Gemischs unter Umgebungsluft und bei einer Temperatur von etwa 25°C bis zur Ausbildung zweier Phasen und Abtrennen der das Erzeugnis darstellenden Phase geringerer Dichte kann somit hinsichtlich seiner Wirkung stabilisiert werden, indem der abgetrennten Phase geringerer Dichte eine nicht-oxidierende Säure beigemengt wird, vorzugsweise Salzsäure oder Essigsäure. Die Säure wird vorzugsweise derart beigemengt, dass sich ein pH-Wert des Erzeugnisses von kleiner als 7, vorzugsweise kleiner als 3, einstellt.
Diese beschriebene Stabilisierung durch Beimengung einer nicht-oxidierenden Säure wie Salzsäure oder Essigsäure ist mit allen in DE 10 2008 056 086 beschriebenen Weiterbildungen und Ausführungsvarianten des Erzeugnisses wie auch mit den dort beschriebenen Verfahren zur Herstellung des Erzeugnisses und dessen Verwendung vereinbar und hat sich als vorteilhaft erwiesen. Insbesondere hat sie sich als vorteilhaft erwiesen in Verbindung mit der Verwendung eines Alkalihydroxids, vorzugsweise von Natrium- oder Kaliumhydroxid, als Base, der Verwendung von Tetraethylenglykol als wenigstens einem Polyethylenglykol oder der Beimengung von Wasser zu dem in der besagten Anmeldung beschriebenen Gemisch.
Die Beimengung einer nicht-oxidierenden Säure hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn der abgetrennten Phase geringerer Dichte Wasser und Alkalihydroxide, vorzugsweise Natrium- oder Kaliumhydroxid beigemengt werden, um auf diese Weise eine Texturätzlösung auszubilden. Die zusätzliche Beimengung von Alkohol, vorzugsweise Isopropylalkohol, ist mit der beschriebenen Beimengung nicht-oxidierender Säure vereinbar. Vorzugsweise wird jedoch auf eine derartige Beimengung von Alkoholen verzichtet, um die damit verbundenen Nachteile zu vermeiden.
Eine Weiterbildung des in DE 10 2008 056 086 beschriebenen Herstellungsverfahrens sieht vor, dass wenigstens ein Polyethylenglykol mit einer Base gemischt wird, nach einem Ausbilden zweier Phasen in dem resultierenden Gemisch die das Erzeugnis darstellende Phase geringerer Dichte abgetrennt wird und der abgetrennten Phase eine nicht-oxidierende Säure beigemengt wird, vorzugsweise Salzsäure oder Essigsäure.
Vorteilhafterweise wird eine Verfärbung der abgetrennten Phase geringerer Dichte in einen Farbton abgewartet, der im optischen Farbspektrum zwischen orange und rot-braun liegt, beispielsweise einen Orange-Farbton oder einen rot-braunen Farbton. Die nicht-oxidierende Säure wird in diesem Fall bevorzugt nach der Verfärbung der Phase geringerer Dichte beigemengt.
Im Weiteren wird die vorliegende Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Gleichwirkende Elemente sind hierin, soweit zweckdienlich, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
1 Schematische Darstellung der Herstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Erzeugnisses
2 Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens
3 Illustration einzelner Schritte des Ausführungsbeispiele der 1 bzw. 2
4 Weiterbildungsoption für die Ausführungsbeispiele der 1 und 2
5 Eine weitere Weiterbildungsoption für die Ausführungsbeispiele der 1, 2 und 4
1 zeigt schematisch die Herstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Erzeugnisses. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird Tetraethylenglykol als wenigstens ein Polyethylenglykol verwendet und als Base Kaliumhydroxid (KOH) eingesetzt. Diese Bestandteile werden zu einem einphasigen Gemisch gemischt 10. Das einphasige Gemisch wird vorliegend auf 80°C erwärmt 12. Im Weiteren wird das einphasige Gemisch so lange ruhen gelassen 14, bis es sich in einen rot-braunen Farbton verfärbt hat, also einen rot-braunen Farbtonen angenommen hat. Im Ausführungsbeispiel der 1 wird das einphasige Gemisch unter Umgebungsluft ruhen gelassen 14. Die Wärmezufuhr wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel nach Erreichen der Zieltemperatur von 80°C unterbrochen, sodass das einphasige Gemisch sich während des Ruhenlassens 14 abkühlt. Eine Verfärbung des einphasigen Gemischs in einen rot-braunen Farbton tritt nach 10 bis 120 Minuten des Ruhenlassens 14 ein. Durch eine fortwährende Wärmezufuhr während des Ruhenlassens 14 kann die Verfärbung des einphasigen Gemischs beschleunigt werden, allerdings nimmt die Wirkung des erfindungsgemäßen Erzeugnisses auch schneller ab.
2 zeigt ein schematisches Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Erfahrens. Den Ausgangspunkt des Verfahrens der 2 bilden Tetraethylenglykol und eine wässrige Natriumhydroxidlösung (NaOH-Lösung), welche zunächst zu einem einphasigen Gemisch gemischt werden 20. Das resultierende Gemisch wird auf eine Temperatur von mindestens 40°C erwärmt 22, vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 40°C und 120°C und besonders bevorzugt auf eine Temperatur zwischen 75°C und 85°C. Im Weiteren wird eine Verfärbung des einphasigen Gemischs in einen rot-braunen Farbton abgewartet 24. Dies erfolgt typischerweise während einer Wartezeit von 15 Minuten bis 16 Stunden.
Die Vorgehensweise gemäß der Darstellung der 1 stellt offensichtlich ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, da während des Ruhenlassens 14 eine Verfärbung des einphasigen Gemischs in einen rot-braunen Farbton abgewartet wird. In entsprechender Weise kann mit dem Verfahren gemäß der 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Erzeugnisses hergestellt werden, sofern während der Abwartens 24 der Verfärbung des einphasigen Gemischs das einphasige Gemisch im Sinne der vorliegenden Erfindung ruhen gelassen wird.
3 illustriert schematisch einzelne Schritte der Ausführungsbeispiele gemäß der 1 bzw. gemäß der 2. So zeigt 3 ein Erwärmen 12 bzw. 22 eines in einem Behälter 50 angeordneten einphasigen Gemischs 52 mittels einer Heizeinrichtung 54. Das einphasige Gemisch 52 ist in den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 zunächst transparent, nimmt jedoch nach dem Ruhenlassen 14, bzw. Abwarten 24, Farbe an, insbesondere den aus den 1 und 2 bekannten rot-braunen Farbton, sodass ein verfärbtes einphasiges Gemisch 56 vorliegt.
Sowohl im Ausführungsbeispiel der 1 wie auch im Ausführungsbeispiel der 2 können Mischungen eines oder mehrerer beliebiger Polyethylenglykole, insbesondere von Tetraethylenglykol, mit beliebigen Alkalihydroxiden oder einer wässrigen Lösung beliebiger Alkalihydroxide Verwendung finden. Insbesondere ist somit jeweils auch die Verwendung von NaOH oder einer wässrigen KOH-Lösung denkbar. Bei der Verwendung wässriger Lösungen ist, wie oben erläutert wurde, hinsichtlich der Wassermenge zu berücksichtigen, dass das ausgebildete Gemisch nicht in mehrere Phasen separiert.
4 illustriert in einer Prinzipdarstellung eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Erzeugnisses gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 wie auch des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2. Gemäß der Darstellung der 4 wird dem einphasigen Gemisch aus 1, bzw. 2, nach dem Ruhenlassen 14, bzw. dem Abwarten der Verfärbung 24, Salzsäure beigemengt 26. Wie oben erläutert wurde, kann auf diese Weise die Stabilität des hergestellten Erzeugnisses verbessert erden, sodass dieses länger gelagert werden kann.
Eine weitere Weiterbildungsmöglichkeit für die Ausführungsbeispiele der 1 und 2 wie auch der 4 zeigt 5 in einer schematischen Darstellung. Gemäß dieser schließt sich an die Verfahrensschritte der 1, 2 oder 4 ein zusätzlicher Schritt des Beimengens 28 von mindestens einem Alkalihydroxid und Wasser zu dem einphasigen Gemisch an. Das resultierende Erzeugnis kann als Ätzlösung eingesetzt werden, insbesondere als Texturätzlösung, und hat sich beim Texturätzen von Siliziummaterialien bewährt. Besonders bewährt hat sich solch eine Ätzlösung beim Texturätzen monokristalliner Siliziumscheiben. Als mindestens ein Alkalihydroxid finden vorzugsweise NaOH oder KOH Verwendung, wobei das mindestens eine Alkalihydroxid unabhängig von der in dem einphasigen Gemisch 52 verwendeten Base gewählt werden kann. In der Praxis hat sich ein Volumenanteil des einphasigen Gemischs an dem ausgebildeten Gemenge von 0,01% bis 5% bewährt. Bevorzugt beträgt dieser Volumenanteil des einphasigen Gemischs 0,01% bis 1% und besonders bevorzugt 0,07% bis 0,3%.
Bezugszeichenliste

10: Mischen Tetraethylenglykol mit Kaliumhydroxid (KOH)
12: Erwärmen einphasiges Gemisch
14: Ruhenlassen einphasiges Gemisch bis zu Verfärbung in rot-braunen Farbton
20: Mischen Tetraethylenglykol mit wässriger Natriumhydroxidlösung (NaOH-Lösung)
22: Erwärmen des einphasigen Gemischs
24: Abwarten Verfärbung des einphasigen Gemischs in einen rot-braunen Farbton
26: Beimengen Salzsäure zu einphasigem Gemisch
28: Beimengen von mindestens einem Alkalihydroxid und Wasser zu einphasigem Gemisch
50: Behälter
52: einphasiges Gemisch
54: Heizeinrichtung
56: verfärbtes einphasiges Gemisch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008056086 [0005, 0031, 0032, 0034]
US 3998659 [0016]

Claims

Erzeugnis (56) erhältlich durch – Mischen (10; 20) wenigstens eines Polyethylenglykols mit einer Base unter Ausbildung eines einphasigen Gemischs (52); – Erwärmen (12; 22) des einphasigen Gemischs (52) auf eine Temperatur von 80°C und – ruhen lassen (14) des einphasigen Gemischs (52) unter Umgebungsluft bis das einphasige Gemisch (52) sich verfärbt.
Erzeugnis (56) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Base ein Alkalihydroxid oder ein Ammoniumhydroxid verwendet wird (10; 20), vorzugsweise Natrium- oder Kaliumhydroxid.
Erzeugnis (56) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als wenigstens ein Polyethylenglykol Tetraethylenglykol verwendet wird (10; 20).
Erzeugnis (56) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einphasige Gemisch (52) unter Umgebungsluft ruhen gelassen wird (14), bis es einen Farbton annimmt, der im optischen Farbspektrum zwischen orange und rot-braun liegt, vorzugsweise einen rot-braunen Farbton.
Erzeugnis (56) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Polyethylenglykol mit der Base und Wasser zu dem einphasigen Gemisch vermischt wird (20), vorzugsweise durch Mischen einer wässrigen Alkalihydroxidlösung mit dem wenigstens einen Polyethylenglykol.
Erzeugnis nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem einphasigen Gemisch (56) eine nicht-oxidierende Säure beigemengt wird (26), vorzugsweise Salzsäure oder Essigsäure.
Erzeugnis nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem einphasigen Gemisch (56) nach dessen Verfärbung Wasser und mindestens ein Aikalihydroxid, vorzugsweise Natrium- oder Kaliumhydroxid, beigemengt werden (28).
Verwendung eines Erzeugnisses (56) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Additiv in alkalischen Ätzlösungen für Halbleitermaterialien, vorzugsweise in alkalischen Ätzlösungen für anorganische Halbleitermaterialien.
Verwendung eines Erzeugnisses nach Anspruch 7 als Texturätzlösung für Halbleitermaterialien, vorzugsweise für anorganische Halbleitermaterialien und besonders bevorzugt für Silizium.
Verfahren zur Herstellung eines Erzeugnisses (56) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem – durch Mischen wenigstens eines Polyethylenglykols mit einer Base ein einphasiges Gemisch ausgebildet wird (10; 20) und – eine Verfärbung des einphasigen Gemischs abgewartet wird (14; 24).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Base ein Alkalihydroxid verwendet wird (10; 20), vorzugsweise Natrium- oder Kaliumhydroxid.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Tetraethylenglykol als wenigstens ein Polyethylenglykol verwendet wird (10; 20).
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verfärbung des einphasigen Gemischs (52) in einen Farbton abgewartet wird (14; 24), der im optischen Farbspektrum zwischen orange und rot-braun liegt, vorzugsweise in einen rot-braunen Farbton.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das einphasige Gemisch (52) auf eine Temperatur von mindestens 40°C erwärmt wird (12; 22), vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 40°C und 120°C und besonders bevorzugt auf eine Temperatur zwischen 75°C und 85°C.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass dem einphasigen Gemisch (56) eine nicht-oxidierende Säure beigemengt wird (26), vorzugsweise Salzsäure oder Essigsäure.