DE102014110222B4

DE102014110222B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Strukturierung von Ober- und Unterseite eines Halbleitersubstrats

Info

Publication number: DE102014110222B4
Application number: DE102014110222.3A
Authority: DE
Inventors: Anne-Kristin Volk; Maxi Richter; Martin Zimmer; Tobias Dannenberg; Ümit Seyhan
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2014-07-21
Filing date: 2014-07-21
Publication date: 2016-06-23
Anticipated expiration: 2034-07-22
Also published as: WO2016012405A1; TW201613114A; DE102014110222A1

Abstract

Verfahren zur Strukturierung von Ober- und Unterseite eines Halbleitersubstrats, wobei die Oberseite poliert und die Unterseite texturiert wird, umfassend die folgenden Schritte,
a) Bereitstellen eines Halbleitersubstrats und
b) Inkontaktbringen von Ober- und Unterseite des Halbleitersubstrats mit flüssigen Ätzmedien,
wobei sich die Strukturierwirkung der Ätzmedien an Ober- und Unterseite des Substrats unterscheidet, nämlich so, dass das Ätzmedium an der Oberseite eine polierende Strukturierwirkung aufweist und das Ätzmedium an der Unterseite des Substrates eine texturierende Strukturierwirkung aufweist,
wobei Ober- und Unterseite des Substrats gleichzeitig strukturiert werden,
wobei das Ätzmedium mit polierender Strukturierwirkung von oben auf die Oberseite des Substrates aufgebracht wird, wo eine Reaktion zwischen dem Ätzmedium und der Oberseite des Substrats stattfindet, so dass sich die Konzentration an Ätzkomponenten in dem Ätzmedium verringert und das Ätzmedium zur Texturierung der Unterseite verwendet werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strukturierung von Ober- und Unterseite eines Halbleitersubstrats sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Als Halbleitersubstrat sind erfindungsgemäß insbesondere Wafer geeignet, die zur Herstellung von optoelektronischen Bauelementen, insbesondere von Solarzellen, verwendet werden können. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für Inline-Ätzprozesse vorgesehen, bei denen die zwei Seiten eines Siliziumwafers in einem Schritt unterschiedlich behandelt werden sollen.
Aus dem Stand der Technik sind Solarzellen bekannt, welche eine unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheit auf ihrer Vorder- und Rückseite aufweisen. Die Vorderseite von Solarzellen ist üblicherweise texturiert. Die texturierte Vorderseite einer multikristallinen Solarzelle weist üblicherweise Vertiefungen auf, welche dazu dienen, durch Verringerung von Reflexionen einen verbesserten Lichteinfang zu bewirken, so dass ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden kann. Selbiges gilt auch für die Mikropyramidenstruktur, welche durch einen alkalischen Ätzschritt auf monokristalline Solarzellen aufgebracht wird. Hingegen wird insbesondere für hocheffiziente Solarzellen eine untexturierte Rückseite benötigt. So sollten beispielsweise PERC-Zellen (Passivated Emitter and Rear Cells) eine glatte Rückseite aufweisen, um eine möglichst gute Passivierung der Rückseite zu ermöglichen.
Bei den üblichen Verfahren zur Erzeugung einer unterschiedlichen Strukturierung von Vorder- und Rückseite eines Halbleitersubstrats sind zwei getrennte und aufeinanderfolgende Verfahrensschritte erforderlich. In einem ersten Schritt werden sowohl Vorder- als auch Rückseite des Substrats texturiert. In einem nachfolgenden zweiten Schritt wird die Textur der Rückseite durch Materialabtrag wieder entfernt, so dass eine rückseitige Oberfläche mit der gewünschten niedrigen Rauheit erhalten wird. Die im ersten Schritt vorgenommene beidseitige Texturierung ist notwendig, da sich bei einer einseitigen Texturierung das Substrat aufgrund der einseitigen mechanischen Spannung verbiegen würde. Durch die damit einhergehende erhöhte Bruchanfälligkeit ergäbe sich eine signifikante Erschwerung sämtlicher Folgeprozesse in der Herstellung der Solarzelle. Ansätze einer Maskierung der Rückseite vor der Texturierung haben sich daher nicht durchsetzen können. Des Weiteren ist eine beidseitige Behandlung ohnehin nötig, um auf beiden Seiten des Substrats den durch das Wafering entstandenen Sägeschaden zu entfernen.
Multikristalline Halbleitersubstrate werden üblicherweise in mäßig konzentrierten HF/HNO₃-Lösungen texturiert, wobei sowohl Vorder- als auch Rückseite des Substrats mit der Texturierung versehen werden. DE 103 20 212 A1 offenbart ein solches Verfahren zum Texturieren von Oberflächen von Silizium-Scheiben. Die Texturierung erfolgt durch ein vollständiges Eintauchen der Substrate in eine Ätzlösung und durch eine anschließende mehrminütige Inkubation der Substrate in der Ätzlösung. Üblicherweise erfolgt die Texturierung multikristalliner Substrate im Inline-Verfahren. Im Inline-Verfahren werden die Substrate horizontal durch die Vorrichtung bewegt, die zur Durchführung des Verfahrens vorgesehen ist.
Die auch als Politur bekannte anschließende Entfernung der Textur von der Rückseite des Substrats erfolgt üblicherweise ebenfalls mittels einer HF/HNO₃-Ätzlösung in einem Inline-Verfahren, wobei allerdings im Vergleich zu den zur Texturierung verwendeten Ätzlösungen die Konzentrationen beider Säuren in den Politurlösungen an den Politurprozess angepasst werden. Außerdem darf bei der Politur die Ätzlösung nur mit der Rückseite des Substrats in Kontakt kommen, da die Textur der Vorderseite erhalten werden soll. Aus dem Stand der Technik sind zwei alternative Verfahren bekannt, die sich grundsätzlich für eine solche einseitige Behandlung von Halbleitersubstraten eignen.
DE 103 13 127 B4 offenbart ein Verfahren zur einseitigen Oberflächenbehandlung von Halbleitersubstraten. Das Verfahren betrifft allerdings nicht die Politur der Substratrückseite, sondern die sogenannte chemische Kantenisolation, die auch als Emitterrückätze bekannt ist. Bei diesem Schritt, der bei der Herstellung von Solarzellen im Vergleich zur Texturierung und zur Politur später im Verfahren erfolgt, wird durch einen geringen Materialabtrag von etwa 1 µm mittels einer Ätzlösung der vorher durch Diffusion beidseitig aufgebrachte Emitter selektiv von der Substratrückseite entfernt. Bei dem offenbarten Verfahren wird das Substrat horizontal über die in einem Bad befindliche flüssige Ätzlösung geführt, wobei die Flüssigkeitshöhe so eingestellt wird, dass die Oberseite des Substrats nicht in Kontakt mit der Ätzlösung kommt.
Ein alternatives Verfahren zur einseitigen Oberflächenbehandlung von Halbleitersubstraten ist aus WO 2007/073887 A1 bekannt. Es wird ein Verfahren offenbart, bei dem ein Prozessmedium selektiv auf die Unterseite eines Siliziumsubstrats aufgebracht wird. Das Substrat wird mit Hilfe von Transportrollen über ein Becken mit Prozessmedium transportiert, wobei es allerdings zu keinem direkten Kontakt zwischen dem Substrat und dem Prozessmedium kommt. Vielmehr erfüllen die Transportrollen eine Doppelfunktion, zum einen als Transportmittel für das Substrat und zum anderen als Fördereinrichtung für das Prozessmedium. Die Funktion als Fördereinrichtung wird dadurch ermöglicht, dass die Transportrollen teilweise in das Prozessmedium eintauchen und dass sie eine benetzbare Oberfläche aufweisen. Daher können die Rollen das Prozessmedium in geringer Schichtstärke entgegen der Schwerkraft nach oben befördern und auf das Substrat übertragen.
WO 2011/076920 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Siliziumsubstraten. In dem Verfahren wird ein Substrat entlang einer horizontalen Transportbahn transportiert und von oben mit Ätzlösung zum Texturieren der Oberfläche behandelt. In dem Dokument wird kein kombiniertes Verfahren zur Politur und Texturierung eines Substrats offenbart.
DE 10 2007 063 202 A1 und WO 2012/020274 A1 lehren Verfahren zur Behandlung von Siliziumsubstraten. In beiden Dokumenten werden sowohl Ober- als auch Unterseite des Substrats in einem Verfahrensschritt behandelt. Es wird aber keine kombinierte Behandlung eines Substrats mit gleichzeitiger Politur und Texturierung der Substratoberfläche beschrieben. Wie oben beschrieben erfordert die Herstellung von Solarzellen nach den üblichen Verfahren drei getrennte Ätzschritte, nämlich zuerst die beidseitige Texturierung, dann die einseitige Politur der Rückseite und schließlich, nach der beidseitigen Emitterdiffusion, die chemische Kantenisolation, nach der zur Verhinderung von Kurzschlussbildung der Emitter nur auf der Vorderseite des Substrats verbleiben soll. In der Vergangenheit wurden Versuche unternommen, die Anzahl der erforderlichen Ätzschritte zu reduzieren. Durch Maskierung der Rückseite vor der Texturierung oder durch Aufbringen einer Diffusionsbarriere vor der Emitterdiffusion sollten Verfahren bereitgestellt werden, bei denen auf die einseitige Politur und/oder die chemische Kantenisolation verzichtet werden kann. Derartige Versuche haben jedoch bisher nicht zu praxistauglichen Verfahren geführt. Die Maskierung der Rückseite vor der Texturierung führt aufgrund der fehlenden mechanischen Spannung an der Rückseite zu verbogenen und bruchanfälligen Substraten. Das Aufbringen einer Diffusionsbarriere vor der Emitterdiffusion bietet keinen vollständigen Schutz der Kanten des Substrats, so dass dort Emitter trotz der Diffusionsbarriere eindiffundieren kann. Dies wirkt sich wiederum negativ auf das Schwachlichtverhalten der Solarzellen aus. Des Weiteren sind sowohl das Maskieren der Rückseite vor der Texturierung als auch das Aufbringen einer Diffusionsbarriere vor der Emitterdiffusion mit zusätzlichen Prozessschritten und somit mit einer Kostensteigerung verbunden.
Ein weiterer Ansatz zur Reduktion der Anzahl der erforderlichen Ätzschritte besteht darin die einseitige Politur und die chemische Kantenisolation in einem einzigen Verfahrensschritt zusammenzufassen. In beiden Verfahrensschritten soll ein Materialabtrag von der Substratrückseite stattfinden. Zudem sind sowohl die Anlagentechnologie als auch die verwendeten Chemikalien nicht jedoch deren Konzentrationen bei beiden Verfahrensschritten identisch. Daher bietet sich Zusammenfassung von chemischer Kantenisolation und einseitiger Politur in einem einzigen Verfahrensschritt zunächst an. Bisher ist dieses Vorhaben allerdings mit folgendem ungelösten Problem behaftet.
Bei der Reaktion des Substrats mit der HF/HNO₃-Ätzlösung entstehen als gasförmige Reaktionsprodukte unter anderem NO₂ und HF. Diese Produkte dampfen darüber hinaus auch ohne Reaktionsprozess aus der Ätzlösung aus. Es wurde gezeigt, dass die beiden Spezies NO₂ und HF in Kombination im gasförmigen Zustand in der Lage sind Silizium zu ätzen. Die Ätzrate der Gasphase hängt von den darin enthaltenen Konzentrationen an NO₂ und HF ab, die wiederum von den Konzentrationen der entsprechenden Säuren in den verwendeten Ätzlösungen und von der Stärke der Reaktion zwischen der Ätzlösung und dem Substrat abhängen.
Zur chemischen Kantenisolation werden Ätzlösungen mit niedriger Säurekonzentration verwendet. Auch der Materialabtrag ist bei der chemischen Kantenisolation gering. Folglich weist die Gasphase bei der chemischen Kantenisolation nur sehr geringe Konzentrationen an NO₂ und HF auf. Dies führt dazu, dass während der Prozesszeit des Wafers der Vorderseitenemitter nicht weggeätzt wird. Bei der Politur, bei der viel höher konzentrierte Ätzlösungen verwendet werden als bei der chemischen Kantenisolation, entsteht jedoch eine aggressive Gasphase, die auf der Vorderseite des Substrats zu Materialabtrag durch Wegätzen führt. Dieser Materialabtrag auf der nicht zu bearbeitenden Vorderseite des Substrats reicht aus, um einen Emitter nachhaltig zu schädigen, im schlimmsten Fall sogar gänzlich zu entfernen.
Derzeit gibt es keine chemische oder technische Lösung, die dazu geeignet ist, den Emitter auf der Vorderseite des Substrats trotz hohen Materialabtrags auf der Rückseite vor einem Angriff durch NO₂ und HF zu schützen. Ansätze eines Absaugens der Gasphase haben bisher nicht zu zufriedenstellenden Ergebnissen geführt, insbesondere bei hohen Abträgen und Ätzraten kommt es zu einem signifikanten Umgriff der Ätzrate auf die Vorderseite. Weiterhin wurde von der Verwendung von Wasser als Maskierung auf der Vorderseite berichtet, welches gezielt auf die Oberfläche aufgebracht wird, um einen Angriff der Gasphase zu verhindern. Bei diesem Verfahren kann es jedoch zu einer Vermischung des Wassers mit der Ätzlösung und somit zu einer unerwünschten Verdünnung derselben kommen, was hohe Nachdosierraten erforderlich machen kann. Daher konnten die einseitige Politur und die chemische Kantenisolation bisher nicht erfolgreich in einem einzigen Verfahrensschritt zusammengefasst werden.
Da weder die Maskierung der Substratrückseite vor der Texturierung, noch das Aufbringen einer Diffusionsbarriere vor der Emitterdiffusion, noch das Zusammenfassen von Politur und Kantenisolation in einen Verfahrensschritt bisher erfolgreich angewendet werden können, besteht weiterhin Bedarf nach einer Vereinfachung des drei getrennte Ätzschritte erfordernden Verfahrens.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, das eine Vereinfachung des bekannten, drei getrennte Ätzschritte erfordernden, Verfahrens ermöglicht. Insbesondere soll ein Verfahren zur Verfügung gestellt werden, mit dem zumindest zwei der bisher drei getrennt durchgeführten Ätzschritte in einem Verfahrensschritt zusammengefasst werden können.
Die Aufgabe wird durch das Verfahren und die Vorrichtung der Patentansprüche gelöst.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Verfahren bereitgestellt, das auf gänzlich unerwartete Art und Weise die Probleme des Standes der Technik bei der Bereitstellung eines vereinfachten Verfahrens löst. Überraschenderweise wurde gefunden, dass die beiden Schritte der Texturierung der Vorderseite und der Politur der Rückseite des Substrats gleichzeitig in einem gemeinsamen Verfahrensschritt durchgeführt werden können.
Dadurch ergeben sich mehrere Vorteile gegenüber den bisher bekannten Verfahren. Zunächst einmal wird anstatt der bisher zwei getrennten Textur- und Politurvorrichtungen nur eine einzige Vorrichtung benötigt, in der die unterschiedlichen Strukturierungen von Ober- und Unterseite des Substrats zeitgleich vorgenommen werden können. Dadurch kann das Verfahren auf kleinerem Raum durchgeführt werden. Durch die parallele Prozessierung ergeben sich außerdem erheblich kürzere Herstellungszeiten. Des Weiteren kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Verbrauch von Ätzmedium verringert werden. Wie unten detailliert beschrieben, kann das Ätzmedium, das zur Politur der Substratoberseite verwendet wird, erfindungsgemäß bevorzugt dazu verwendet werden, den Verbrauch an Ätzkomponenten in dem zur Texturierung der Substratunterseite verwendeten Ätzmedium auszugleichen, weshalb dieses weniger oft durch frische Chemikalien erneuert werden muss. Gemäß einer ebenfalls unten detailliert beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann sogar gänzlich auf die Bereitstellung eines separaten Ätzmediums für die Texturierung der Substratunterseite verzichtet werden. Dadurch wird der Materialabtrag am Substrat verringert, da die Substratrückseite nicht wie bisher vor der Politur dem unnötigen weiteren Materialabtrag der beidseitigen Texturierung unterzogen werden muss.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Strukturierung von Ober- und Unterseite eines Halbleitersubstrats, wobei die Oberseite poliert und die Unterseite strukturiert wird, umfassend die folgenden Schritte,

a) Bereitstellen eines Halbleitersubstrats und
b) Inkontaktbringen von Ober- und Unterseite des Halbleitersubstrats mit flüssigen Ätzmedien,

Erfindungsgemäß wird ein Halbleitersubstrat bereitgestellt. Bevorzugt ist das Halbleitersubstrat ein Siliziumsubstrat, besonders bevorzugt ein Siliziumwafer. Bevorzugt ist das Halbleitersubstrat ausgewählt aus der Gruppe umfassend monokristalline Halbleitersubstrate und polykristalline Halbleitersubstrate. Besonders bevorzugt ist das Halbleitersubstrat ein polykristallines Halbleitersubstrat. Das Halbleitersubstrat hat eine Oberseite und eine Unterseite. Die Ober- und Unterseite sind bevorzugt die beiden Hauptseiten des Substrats. Unter Hauptseiten sind erfindungsgemäß die beiden Seiten des Substrats zu verstehen, die im Vergleich mit den übrigen Seiten des Substrats die größten Flächen aufweisen. Die Bezeichnungen „Oberseite“ und „Unterseite“ beziehen sich auf die Orientierung des Substrats in der erfindungsgemäßen Vorrichtung während des Verfahrens. Bevorzugt entspricht die Oberseite des Substrats der Rückseite einer aus dem Substrat hergestellten Solarzelle. Unter „Rückseite“ ist in diesem Zusammenhang die sonnenabgewandte Seite einer Solarzelle zu verstehen.
Erfindungsgemäß werden Ober- und Unterseite des Halbleitersubstrats gleichzeitig strukturiert. Unter „gleichzeitig“ ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die Strukturierung von Ober- und Unterseite des Substrats nicht wie aus dem Stand der Technik bekannt in zwei getrennten Verfahrensschritten, sondern in einem einzigen Verfahrensschritt stattfindet. Erfindungsgemäß bevorzugt ist somit zumindest zu einem Zeitpunkt, weiter bevorzugt während eines Zeitraums, ein Großteil sowohl der Oberseite als auch der Unterseite des Substrats zugleich mit Ätzmedium in Kontakt. Unter „Großteil“ ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass bevorzugt mindestens 50%, weiter bevorzugt mindestens 80%, noch weiter bevorzugt mindestens 90%, noch weiter bevorzugt mindestens 95%, ganz besonders bevorzugt mindestens 99% der Oberfläche der entsprechenden Seite mit Ätzmedium in Kontakt sind. Der Zeitraum des gleichzeitigen Kontakts von Ober- und Unterseite des Substrats mit Ätzmedium beträgt bevorzugt mindestens 10 Sekunden, weiter bevorzugt mindestens 30 Sekunden, mehr bevorzugt wenigstens 45 Sekunden. Um den Materialabtrag in einem optimalen Bereich zu halten, hat es sich als günstig erwiesen, diesen Zeitraum auf höchstens 5 Minuten, weiter bevorzugt höchstens 3 Minuten und besonders bevorzugt höchstens 2 Minuten zu begrenzen.
Erfindungsgemäß werden Ober- und Unterseite des Substrats hinsichtlich ihrer Rauheit und Reflexionseigenschaften unterschiedlich strukturiert. Unter Rauheit ist die gemäß EN ISO 25178 gemessene Größe S_q zu verstehen, welche das quadratische Mittel des Betrags der Höhenwerte eines Bildausschnitts darstellt. Dieser Parameter korreliert bei mit HF/HNO₃-Lösungen behandelten Siliziumoberflächen mit der Reflexion der Oberfläche, welche in der Regel einfacher zu bestimmen ist und somit als direktes Mittel zur Prozesskontrolle herangezogen wird. Die Bestimmung der Reflexion erfolgt entweder bei einer einzelnen Wellenlänge oder aber als Wellenlängenaufgelöstes Spektrum. Zur Bestimmung der direkten Reflexion wird die Reflexion derart gemessen, dass der Winkel zwischen der Lichtquelle und dem Lot über der Oberfläche gleich dem Winkel zwischen Detektor und Lot über der Oberfläche ist. Die diffuse Reflexion wird unter Verwendung einer Ulbricht-Kugel gemessen. Die Gesamtreflexion entspricht der Summe der direkten und der diffusen Reflexion.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient wie oben erläutert der Zusammenfassung von Vorderseitentexturierung und Rückseitenpolitur eines Halbleitersubstrats in einem einzigen Verfahrensschritt. Folglich ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine unterschiedliche Strukturierung von Ober- und Unterseite des Substrats. Es werden Ober- und Unterseite gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren derart strukturiert, dass die Oberseite poliert und die Unterseite texturiert wird. Bevorzugt werden Ober- und Unterseite gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren derart strukturiert, dass die strukturierte Oberseite eine geringere Rauheit und somit eine höhere Reflexion aufweist als die strukturierte Unterseite des Substrats.
Besonders bevorzugt ist die Rauheit der strukturierten Substratoberseite um mindestens 0,5 µm, bevorzugt mindestens 0,55 µm, geringer als die Rauheit der strukturierten Substratunterseite.
Bevorzugt weist die Oberseite des Substrats eine Rauheit von höchstens 0,5 µm auf, was einer direkten Reflexion von ca. 1 % bei 600 nm und einer Gesamtreflexion von mehr als 35% entspricht. Ist die Rauheit der Substratoberseite zu hoch, wird die Passivierung der späteren Solarzellenrückseite erschwert.
Bevorzugt weist die Unterseite des Substrats eine Rauheit von mindestens 0,6 µm, weiter bevorzugt mindestens 0,75 µm und besonders bevorzugt mindestens 1 µm auf, was einer Gesamtreflexion von < 30% bei 600 nm entspricht. Ist die Rauheit der Substratunterseite zu gering, werden Reflexionen nicht ausreichend verringert, so dass Solarzellen mit niedrigerem Wirkungsgrad erhalten werden.
Erfindungsgemäß werden Ober- und Unterseite des Halbleitersubstrats mit flüssigem Ätzmedium in Kontakt gebracht. Die Viskosität des flüssigen Ätzmediums sollte nicht zu hoch sein, damit es das Substrat benetzen kann und sich pumpen lässt. Bevorzugt weist das flüssige Ätzmedium eine Viskosität von höchstens 10³ mPas, weiter bevorzugt höchstens 10² mPas, noch weiter bevorzugt höchstens 10 mPas, ganz besonders bevorzugt höchstens 7 mPas auf. Die Viskosität des flüssigen Ätzmediums sollte allerdings auch nicht zu gering sein, um ein zu rasches Abfließen des Ätzmediums vom Substrat zu verhindern. Bevorzugt weist das flüssige Ätzmedium eine Viskosität von mindestens 1,75 mPas, weiter bevorzugt mindestens 2 mPas, noch weiter bevorzugt mindestens 2,5 mPas auf.
Die Viskosität des Ätzmediums wird bevorzugt mit einem Rotationsviskosimeter gemäß DIN 53019 bestimmt. Wenn nichts anderes angegeben ist, werden alle Versuche unter Normbedingungen gemäß DIN 1343 durchgeführt.
Bevorzugt weist das flüssige Ätzmedium wenigstens eine, weiter bevorzugt wenigstens zwei Ätzkomponenten auf. Besonders bevorzugt weist das Ätzmedium genau zwei Ätzkomponenten auf. Alternativ weist das flüssige Ätzmedium wenigstens drei Ätzkomponenten auf. Bevorzugt ist das flüssige Ätzmedium eine wässrige Lösung. Das flüssige Ätzmedium umfasst bevorzugt entweder Säuren oder Basen als Ätzkomponenten.
Für polykristalline Halbleitersubstrate sind Säuren besonders bevorzugte Ätzkomponenten. Besonders bevorzugte Ätzkomponenten sind ausgewählt aus der Gruppe umfassend HF, HNO₃, H₂SO₄, CH₃COOH, H₃PO₄ und Mischungen daraus. Besonders bevorzugt sind die Ätzkomponenten ausgewählt aus der Gruppe umfassend HF und HNO₃. Ganz besonders bevorzugt weist das flüssige Ätzmedium HF und HNO₃ als Ätzkomponenten auf. Alternativ zu Säuren kann das Ätzmedium Basen als Ätzkomponenten umfassen. Basen sind bevorzugte Ätzkomponenten für monokristalline Halbleitersubstrate. Bevorzugte Basen sind ausgewählt aus der Gruppe umfassend NaOH und KOH. Besonders bevorzugt ist die Base KOH. Weiterhin kann der Effekt der Asymmetrie der Strukturierung durch Zugabe von organischen Additiven weiter verbessert werden.
Erfindungsgemäß unterscheidet sich die Strukturierwirkung des Ätzmediums an Ober- und Unterseite des Substrats. Dadurch kann erreicht werden, dass Ober- und Unterseite des Substrats hinsichtlich ihrer Rauheit unterschiedlich strukturiert werden. Das Ätzmedium an der Oberseite des Substrats weist eine polierende Strukturierwirkung auf. Unter einer polierenden Strukturierwirkung ist eine solche Strukturierwirkung zu verstehen, die in einer Rauheit der strukturierten Oberfläche von höchstens 1 µm resultiert. Das Ätzmedium an der Unterseite des Substrats weist eine texturierende Strukturierwirkung auf. Unter einer texturierenden Strukturierwirkung ist eine solche Strukturierwirkung zu verstehen, die in einer Rauheit der strukturierten Oberfläche von mehr als 1 µm resultiert. Die unterschiedliche Strukturierwirkung an Ober- und Unterseite des Substrats kann erfindungsgemäß durch verschiedene Maßnahmen hervorgerufen werden.
Bevorzugt werden die unterschiedlichen Strukturierwirkungen an Ober- und Unterseite des Halbleitersubstrats dadurch hervorgerufen, dass Ober- und Unterseite des Substrats mit Ätzmedien mit unterschiedlicher Konzentration an Ätzkomponenten in Kontakt gebracht werden. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass eine polierende Strukturierwirkung im Vergleich zu einer texturierenden Strukturierwirkung dadurch erzielt werden kann, dass ein Ätzmedium mit einer angepasster, insbesondere erhöhter, Konzentration an Ätzkomponenten verwendet wird. Bevorzugt wird daher die Oberseite des Substrats mit einem Ätzmedium in Kontakt gebracht, das eine höhere Konzentration an wenigstens einer Ätzkomponente aufweist als das mit der Unterseite des Substrats in Kontakt gebrachte Ätzmedium.
Die Oberseite des Substrats wird mit einem flüssigen Ätzmedium mit polierender Strukturierwirkung in Kontakt gebracht. Bevorzugt wird die Oberseite des Substrats mit einem flüssigen Ätzmedium in Kontakt gebracht, das wenigstens 30 g/l, weiter bevorzugt wenigstens 40 g/l, noch weiter bevorzugt wenigstens 50 g/l und besonders bevorzugt wenigstens 60 g/l HF enthält. Bevorzugt wird die Oberseite des Substrats mit einem flüssigen Ätzmedium in Kontakt gebracht, das wenigstens 500 g/l, weiter bevorzugt wenigstens 600 g/l, noch weiter bevorzugt wenigstens 700 g/l HNO₃ enthält. Die Konzentration der Ätzkomponente HNO₃ ist in dem Ätzmedium mit polierender Strukturierwirkung vorzugsweise höher als in dem Ätzmedium mit texturierender Strukturierwirkung. Die Konzentration der Komponente HF kann höher, aber auch geringer oder genauso hoch sein wie in dem Ätzmedium mit texturierender Strukturierwirkung.
Die Unterseite des Substrats wird mit einem flüssigen Ätzmedium mit texturierender Strukturierwirkung in Kontakt gebracht. Bevorzugt wird die Unterseite des Substrats mit einem flüssigen Ätzmedium in Kontakt gebracht, das höchstens 160 g/l, weiter bevorzugt höchstens 140 g/l, noch weiter bevorzugt höchstens 130 g/l HF enthält. Die Konzentration an HF sollte jedoch auch nicht zu gering sein. Bevorzugt wird die Unterseite des Substrats daher mit einem flüssigen Ätzmedium in Kontakt gebracht, das wenigstens 30 g/l, weiter bevorzugt wenigstens 40 g/l, noch weiter bevorzugt wenigstens 50 g/l HF enthält. Bevorzugt wird die Unterseite des Substrats mit einem flüssigen Ätzmedium in Kontakt gebracht, das höchstens 600 g/l, weiter bevorzugt höchstens 550 g/l, noch weiter bevorzugt höchstens 500 g/l HNO₃ enthält. Die Konzentration an HNO₃ sollte jedoch auch nicht zu gering sein. Bevorzugt wird die Unterseite des Substrats daher mit einem flüssigen Ätzmedium in Kontakt gebracht, das wenigstens 250 g/l, weiter bevorzugt wenigstens 300 g/l, noch weiter bevorzugt wenigstens 350 g/l HNO₃ enthält.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Strukturierwirkung des Ätzmediums bei Ätzmedien, die HF und HNO₃ enthalten, über das Masseverhältnis von HNO₃ zu HF einzustellen. Es hat sich besonders bewährt, dieses Verhältnis auf einen Wert von mehr als 8, weiter bevorzugt mehr als 9 besonders bevorzugt mehr als 10 einzustellen, wenn eine polierende Strukturierwirkung erzielt werden soll. Dennoch sollte dieses Verhältnis nicht zu groß sein. Vielmehr hatte sich als vorteilhaft erwiesen, dass genannte Massenverhältnis auf höchstens 15, weiter bevorzugt höchstens 13 einzustellen. Um eine texturierende Strukturierwirkung zu erzielen, haben sich entsprechende Verhältnisse von weniger als 6, weiter bevorzugt weniger als 5 als besonders vorteilhaft erwiesen. Damit während der angestrebten Prozesszeiten eine ausreichende Texturierung erzielt werden kann, sollte das genannte Masseverhältnis in dem Ätzmediums mit texturierender Strukturierwirkung aber wenigstens 2, weiter bevorzugt wenigstens 3 und besonders bevorzugt wenigstens 3,8 betragen.
Das Inkontaktbringen des Halbleitersubstrats mit dem flüssigen Ätzmedium erfolgt bevorzugt in einem modifizierten Inline-Verfahren. Bevorzugt wird das Halbleitersubstrat zur Durchführung des Verfahrens durch eine Vorrichtung bewegt. Weiter bevorzugt wird das Substrat horizontal durch die Vorrichtung bewegt. Das Ätzmedium mit polierender Strukturierwirkung wird von oben auf die Oberseite des Substrats aufgebracht. Besonders bevorzugt wird das Ätzmedium mit polierender Strukturierwirkung auf die Oberseite des Substrats gesprüht. Dabei findet eine Reaktion zwischen dem Ätzmedium und der Oberseite des Substrats statt. Durch die Reaktion wird die Oberseite des Substrats poliert. Die Politur der Oberseite des Substrats ist mit einem Materialabtrag von der Oberseite des Substrats verbunden. Bevorzugt beträgt der Materialabtrag von der Oberseite des Substrats höchstens 20 µm, weiter bevorzugt höchstens 15 µm, noch weiter bevorzugt höchstens 10 µm, ganz besonders bevorzugt höchstens 8 µm. Der Materialabtrag sollte jedoch nicht zu gering sein, damit einerseits die polierende Strukturierwirkung gewährleistet ist, andererseits der Sägeschaden komplett von der Oberfläche entfernt wird. Bevorzugt beträgt der Materialabtrag von der Substratoberseite daher mindestens 3 µm, weiter bevorzugt mindestens 4 µm, noch weiter bevorzugt mindestens 5 µm.
Durch die Reaktion des Ätzmediums mit der Substratoberseite verringert sich die Konzentration an Ätzkomponenten im entsprechenden Ätzmedium. Bevorzugt fließt das von oben auf die Oberseite des Substrats aufgebrachte Ätzmedium nach dem Kontakt mit der Substratoberseite von der Substratoberseite ab. In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das von der Oberseite des Substrats abfließende Ätzmedium als solches oder nach Mischung mit einem oder mehreren Mischmedien, die sich in einem Prozessbecken befinden können, zur Texturierung der Substratunterseite verwendet werden.
Die Texturierung der Unterseite des Substrats ist bevorzugt mit einem Materialabtrag von der Unterseite des Substrats verbunden. Bevorzugt beträgt der Materialabtrag von der Unterseite des Substrats höchstens 10 µm, weiter bevorzugt höchstens 7 µm, noch weiter bevorzugt höchstens 5 µm. Der Materialabtrag sollte jedoch nicht zu gering sein, damit die texturierende Strukturierwirkung in ausreichendem Maße erzielt werden kann und auch von der Unterseite der Sägeschaden komplett entfernt wird. Bevorzugt beträgt der Materialabtrag an der Substratunterseite daher mindestens 2 µm, weiter bevorzugt mindestens 3 µm, noch weiter bevorzugt mindestens 4 µm. Der Materialabtrag von der Oberseite während der Politur ist vorzugsweise höchstens dreimal so groß wie derjenige von der Unterseite im Rahmen der Texturierung. Bevorzugt ist der Materialabtrag auf der Oberseite höchstens doppelt so groß, weiter bevorzugt höchstens anderthalb mal so groß und besonders bevorzugt etwa genauso groß wie der Materialabtrag von der Unterseite. In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist die Strukturierung also nur hinsichtlich der Rauheit, nicht aber hinsichtlich des Materialabtrages unterschiedlich. Gleichwohl sollte der Abtrag auf der Unterseite mindestens so groß sein, dass der Sägeschaden entfernt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Substrat horizontal über ein Prozessbecken transportiert und mit dem darin befindlichen Ätzmedium in Kontakt gebracht. Der Transport des Substrats über das Prozessbecken erfolgt bevorzugt mit Hilfe von Transportmitteln. Besonders bevorzugt sind die Transportmittel ausgewählt aus Transportrollen und Haltepins. Ganz besonders bevorzugt sind die Transportmittel Transportrollen. Bevorzugt befindet sich in dem Prozessbecken ein Ätzmedium mit texturierender Strukturwirkung. Der Pegel des Ätzmediums im Prozessbecken wird bevorzugt so eingestellt, dass das im Prozessbecken enthaltene Ätzmedium nur mit der zu texturierenden Unterseite des Substrats in Kontakt kommt (Meniskusätzen). Die Oberseite des Substrats wird bevorzugt mit einem Ätzmedium in Kontakt gebracht, das eine im Vergleich zum im Prozessbecken enthaltenen Ätzmedium veränderte, insbesondere wenigstens im Hinblick auf eine Ätzkomponente höhere, Konzentration an Ätzkomponenten aufweist. Dadurch kann eine Politur der Oberseite des Substrats erzielt werden. Das Inkontaktbringen der Oberseite des Substrats mit dem höher konzentrierten Ätzmedium findet gemäß oben beschriebenen Verfahren statt, bevorzugt während die Substratunterseite in Kontakt mit dem im Prozessbecken befindlichen Ätzmedium ist.
Bevorzugt gelangt das auf die Oberseite des Substrats aufgebrachte Ätzmedium nach dem Kontakt mit dem Substrat in das unterhalb des Substrats befindliche Prozessbecken, insbesondere in das darin befindliche Ätzmedium mit texturierender Wirkung. Folglich sollte die Menge an Ätzmedium, die auf die Oberseite aufgebracht wird, ausreichend sein, um ein Abfließen zu ermöglichen. Durch die Reaktion mit dem Substrat verringern sich die Konzentrationen der Ätzkomponenten in den Ätzmedien. Vorzugsweise weist das von der Oberseite des Substrats in das Prozessbecken eintretende Ätzmedium eine derartige Konzentration an Ätzkomponenten auf, sodass die Verringerung der Konzentration an Ätzkomponenten im innerhalb des Prozessbeckens befindlichen Ätzmedium durch das von der Oberseite des Substrats in das Prozessbecken eintretende Ätzmedium ausgeglichen wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist kein unterhalb des Substrats befindliches Prozessbecken mit Ätzmedium texturierender Strukturierwirkung erforderlich. Stattdessen wird die Unterseite des Substrats bevorzugt mit flüssigem Ätzmedium kontaktiert, indem das von der Oberseite des Substrats abfließende Ätzmedium ganz oder teilweise von den Transportmitteln aufgenommen und zur Substratunterseite befördert wird. Folglich sollte die Menge an Ätzmedium, die auf die Oberseite aufgebracht wird, ausreichend sein, um ein Abfließen zu ermöglichen. Die Transportmittel weisen daher gemäß dieser Ausführungsform bevorzugt Strukturen auf, die es ermöglichen, das von der Substratoberseite abfließende Ätzmedium aufzunehmen, zur Substratunterseite zu befördern und das Ätzmedium in Kontakt mit der Substratunterseite zu bringen. Bevorzugt sind diese Strukturen der Transportmittel Poren. Besonders bevorzugte Transportmittel sind Schwammrollen.
An der Substratunterseite, insbesondere zwischen den Transportmitteln und der Substratoberfläche, bildet sich bevorzugt ein Film aus Ätzmedium. Der Film hat bevorzugt eine Dicke von mindestens 10 µm, weiter bevorzugt mindestens 20 µm, noch weiter bevorzugt mindestens 50 µm. Ist der Film zu dünn reicht das vorhandene Ätzmedium im Film nicht aus, um die bevorzugten Abträge auf der Substratunterseite zu erreichen. Der Film hat bevorzugt eine Dicke von höchstens 500 µm, weiter bevorzugt höchstens 200 µm, noch weiter bevorzugt höchstens 100 µm. Ist der Film zu dick, bleibt die darin befindliche Menge an Ätzmedium so groß, dass das erwünschte Absinken der Konzentration während des Ätzens nicht stattfindet und keine texturierende Strukturierwirkung eintritt.
Ein bevorzugter Konzentrationsunterschied zwischen dem Ätzmedium mit polierender Strukturierwirkung auf der Oberseite und demjenigen mit texturierender Strukturierwirkung auf der Unterseite wird vorzugsweise dadurch hergestellt, dass die Unterseite lediglich mit einem dünnen Film aus Ätzlösung in Kontakt gebracht wird, in welchem in-situ durch Verbrauch der Ätzkomponenten deren Konzentration signifikant sinkt.
Die Konzentration an Ätzkomponenten in dem die Substratunterseite kontaktierenden Ätzmedium ist bevorzugt aufgrund der vorangegangenen Reaktion des Ätzmediums mit der Substratoberseite im Vergleich zur frisch auf die Oberseite aufgebrachten Ätzmedium verändert. Zum anderen reicht die Beförderung von Ätzmedium an die Substratunterseite bevorzugt nicht aus, um eine weitere Veränderung der Konzentration an Ätzkomponenten im Ätzmedium aufgrund der Reaktion des Ätzmediums mit der Substratunterseite zu verhindern. Die derart veränderte Konzentration an Ätzkomponenten im die Substratunterseite kontaktierenden Ätzmedium hat insbesondere zur Folge, dass das die Unterseite des Substrats kontaktierende Ätzmedium eine texturierende Strukturierwirkung aufweist.
Bekanntermaßen sind diffusionskontrollierte Ätzreaktionen überwiegend mit einer polierenden Strukturierwirkung verbunden, während Ätzreaktionen, deren Reaktionsgeschwindigkeit durch die zu überwindende Aktivierungsenergie kontrolliert wird, mit einer texturierenden Strukturierwirkung verbunden sind. Es ist daher davon auszugehen, dass die texturierende Strukturierwirkung des die Substratunterseite kontaktierenden Ätzmediums auf einen durch die zu überwindende Aktivierungsenergie kontrollierten Reaktionsmechanismus zurückzuführen ist.
Erfindungsgemäß kann die unterschiedliche Strukturierwirkung an Ober- und Unterseite des Substrats auch durch eine separate Temperatursteuerung der an Ober- und Unterseite des Substrats ablaufenden Ätzreaktionen erzielt werden. Die Ätzrate eines Ätzmediums nimmt in der Regel mit steigender Temperatur zu. Es ist bekannt, dass gleiche Ätzmedien bei höherer Temperatur zu einer Politur der Oberfläche und bei geringerer Temperatur zu einer Texturierung der Oberfläche führen. Es ist daher erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Temperatur an der Oberseite des Substrats höher ist als die Temperatur an der Unterseite des Substrats. Bevorzugt wird die höhere Temperatur an der Substratoberseite zumindest teilweise durch die entstandene Reaktionswärme bei der Reaktion des Ätzmediums mit der Substratoberseite bedingt.
Durch eine geeignete Einstellung der Temperaturen an Ober- und Unterseite des Substrats können bevorzugt unterschiedliche Strukturierwirkungen der Ätzmedien an Ober- und Unterseite des Substrats sogar dann erzielt werden, wenn sich die entsprechenden Ätzmedien nicht hinsichtlich der Konzentration der Ätzkomponenten unterscheiden. In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheiden sich die Ätzmedien an Ober- und Unterseite des Substrats daher nicht wesentlich hinsichtlich der Konzentration der Ätzkomponenten. Bevorzugt wird die Einstellung der Strukturierwirkung über die Temperatur jedoch zusätzlich zur Einstellung der Strukturierwirkung über die Konzentration an Ätzkomponenten im Ätzmedium eingesetzt.
Hierbei ist jedoch zwischen sauren und alkalischen Medien zu unterscheiden. Es ist bekannt, dass alkalische Ätzbäder für Silizium höhere Temperaturen erfordern als saure Ätzbäder auf Basis von HF und HNO₃. Besonders bevorzugt beträgt die Temperatur an der Substratoberseite bei sauren Ätzbädern mindestens 15°C, weiter bevorzugt mindestens 25°C. Die Temperatur an der Substratoberseite soll aber auch nicht zu hoch sein, damit das Ätzmedium auf der Substratoberseite nicht verdampft. Bevorzugt beträgt die Temperatur an der Substratoberseite daher für saure Ätzbäder bevorzugt höchstens 50°C, weiter bevorzugt höchstens 40°C. Für alkalische Ätzbäder beträgt die Temperatur an der Oberseite bevorzugt mindestens 40°C, besonders bevorzugt mindestens 50°C und ganz besonders bevorzugt mindestens 60°C. Um ein vorzeitiges Verdampfen zu verhindern beträgt bei alkalischen Ätzbädern die Temperatur der Oberseite bevorzugt höchsten 110°C, besonders bevorzugt höchstens 100°C. Bevorzugt ist die Temperatur an der Substratoberseite mindestens 5°C, weiter bevorzugt mindestens 10°C, noch weiter bevorzugt mindestens 20°C höher als an der Substratunterseite.
Im Anschluss an das erfindungsgemäße Verfahren können die Emitterdiffusion und die chemische Kantenisolation bevorzugt durchgeführt werden, ohne dass es vorab eines weiteren Ätzschrittes bedürfte.
Erfindungsgemäß ist ebenfalls eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, umfassend,

i. mindestens eine Aufbringeinheit und
ii. mindestens eine Transporteinheit,

Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung mindestens eine Aufbringeinheit. Die Aufbringeinheit dient dem Aufbringen des Ätzmediums mit polierender Strukturierwirkung auf die Oberseite des Halbleitersubstrats. Bevorzugt weist die Vorrichtung genügend Aufbringeinheiten auf, um ein Eintrocknen des auf die Oberseite des Substrats aufgebrachten Ätzmediums während des Transports des Substrats durch die Vorrichtung zu verhindern. Bevorzugt weist die Vorrichtung mindestens zwei, weiter bevorzugt mindestens drei Aufbringeinheiten auf.
Bevorzugt umfasst die Aufbringeinheit mindestens einen Zufluss und mindestens einen Abfluss.
Durch den Zufluss gelangt bevorzugt Ätzmedium mit polierender Strukturierwirkung in die Aufbringeinheit. Bevorzugt ist die Aufbringeinheit über den Zufluss mit einem Ätzmedium enthaltenden Vorlagetank verbunden. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Ausgangschemikalien des Ätzmediums separat der Aufbringeinheit zugeführt und erst innerhalb der Aufbringeinheit zum Ätzmedium vermischt werden.
Durch den Abfluss der Aufbringeinheit gelangt das Ätzmedium bevorzugt auf die Oberseite des Halbleitersubstrats. Bevorzugt ist der Abfluss verschließbar. Bevorzugt kann der Abfluss steuerbar geöffnet und verschlossen werden. Dadurch kann erreicht werden, dass eine genau definierte Menge an Ätzmedium auf das Substrat aufgebracht wird. Des Weiteren gelangt bevorzugt nur dann Ätzmedium aus der Aufbringeinheit heraus, wenn sich ein mit Ätzmedium zu benetzendes Substrats unterhalb der Aufbringeinheit befindet. Dadurch wird wiederum Ätzmedium eingespart. Die Transportmittel sind in der Vorrichtung so angeordnet, dass sich die Aufbringeinheit bzw. Aufbringeinheiten über den Zwischenräumen zwischen den Transportmitteln befinden. So wird das Ätzmedium nicht auf die Transportmittel abgegeben, wenn sich darunter gerade kein Substrat befindet. Das ist besonders vorteilhaft in einer Ausführungsform, die ein Fördern des Ätzmediums mit texturierender Strukturierwirkung aus einem Prozessbecken mit Hilfe der Transportmittel vorsieht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Aufbringeinheit eine Sprühvorrichtung. In dieser Ausführungsform weist die Aufbringeinheit bevorzugt eine Vielzahl von Abflüssen auf. Dadurch wird bevorzugt eine besonders gleichmäßige Verteilung des Ätzmediums auf der Oberseite des Substrats ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst mindestens eine Transporteinheit. Bevorzugt befindet sich die Transporteinheit unterhalb der Aufbringeinheit in der Vorrichtung. Mit der Transporteinheit wird das Halbleitersubstrat bevorzugt horizontal unterhalb der Aufbringeinheit hindurch transportiert. Bevorzugt befindet sich das Substrat während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Vorrichtung oberhalb der Transporteinheit und unterhalb der Aufbringeinheit. Die Transporteinheit umfasst mindestens zwei, bevorzugt mindestens fünf, noch weiter bevorzugt mindestens zehn Transportmittel. Bevorzugt sind die Transportmittel ausgewählt aus Transportrollen und Haltepins. Besonders bevorzugt sind die Transportmittel Transportrollen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Transportmittel Strukturen auf. Bevorzugt sind die Strukturen Poren. Bevorzugt besteht die Oberfläche der Transportmittel aus Polyolefinen.
Optional kann die erfindungsgemäße Vorrichtung außerdem mindestens ein Prozessbecken umfassen. Bevorzugt befindet sich der Boden des Prozessbeckens unterhalb der Transporteinheit. Bevorzugt enthält das Prozessbecken Ätzmedium. Bevorzugt weist das im Prozessbecken enthaltene Ätzmedium eine texturierende Strukturierwirkung auf. Bevorzugt stehen die Transportmittel in Kontakt mit dem im Prozessbecken enthaltenen Ätzmedium. Es kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass der Aufbringeinheit neben frischem Ätzmedium aus dem Vorlagetank oder entsprechenden Ausgangschemikalien auch Ätzmedium aus dem Prozessbecken zugeführt wird. Dadurch kann bevorzugt falls nötig eine Verdünnung des auf die Oberseite des Substrats aufzubringenden Ätzmediums erreicht werden.
Optional sind alle Ausführungsformen auch mit einer Dosiereinheit ausgestattet, welche es erlaubt, bei der Bearbeitung größerer Mengen den durch die Ätzreaktion unweigerlich auftretenden Konzentrationsverlust an Ätzmittel durch die Zugabe neuer Ätzmittel (z.B. konzentrierte HF und HNO₃) wieder auszugleichen und somit eine unterbrechungsfreie Bearbeitung von großen Stückzahlen zu ermöglichen.
Beispiel
In eine Ätzanlage bestehend aus einem Transportsystem aus Schwammrollen wird eine Ätzösung bestehend aus 4 Vol.-Teilen 69%iger Salpetersäure und einem Vol.-Teil 40%iger Flusssäure gegeben. Diese Ätzlösung wird auf 15°C temperiert und kontinuierlich über Sprühleisten von oben auf die Schwammrollen gesprüht. Multikristalline Siliziumsubstrate (as-cut) werden bei einer Transportgeschwindigkeit, welche einer Gesamtätzdauer von 1,7 min entspricht horizontal durch die Anlage gefahren, sodass die Substrate von der Oberseite mit der Ätzlösung besprüht werden. Die seitlich ablaufende Ätzlösung benetzt die Transportrollen, welche wiederum einen die Unterseite der Substrate kontaktierenden Film aus Ätzlösung mit texturierender Strukturierwirkung ausbilden.
Nach Durchlauf der Wafer beträgt der über die Gewichtsdifferenz gemessene Gesamtabtrag 12 µm, die Unterseite der Substrate weist eine Gesamtreflexion bei 600 nm von 28,9% auf, die Oberseite der Substrate weist eine Gesamtreflexion bei 600 nm von 36,4% auf, die direkte Reflexion der Oberseite bei 600 nm beträgt 2,7 %.
Beschreibung der Abbildungen
zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Vielzahl von Transportmitteln 1, auf denen sich ein Substrat 2 in horizontaler Richtung bewegt. In einem Prozessbecken befindet sich das Prozessmedium 3. Von oben wird mittels einer Aufbringeinheit 4 frisches Prozessmedium aus einem Vorlagetank 5 auf das Substrat gesprüht. Die Substratunterseite steht in Kontakt mit dem Prozessmedium. Das von oben auf das Substrat gesprühte Medium dient einerseits dazu, die Substratoberseite zu polieren, und füllt andererseits dazu, dass die Konzentration an Säure im Prozessbecken in dem vorgesehenen Bereich bleibt.
zeigt eine ebenfalls erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Vielzahl von Transportmitteln 1, auf denen sich ein Substrat 2 in horizontaler Richtung bewegt. In einem Prozessbecken befindet sich das Prozessmedium 3. Von oben wird mittels einer Aufbringeinheit 4 Prozessmedium auf das Substrat 2 gesprüht. Die Substratunterseite steht nicht in direktem Kontakt mit dem Prozessmedium. Das von oben aufgesprühte Medium führt zur Politur der Substratoberseite. Von der Substratoberseite ablaufendes Medium gelangt von dem Substrat auf die Transportmittel, bei denen es sich um Schwammrollen handeln kann, und wird von diesen an die Substratunterseite befördert.
Bezugszeichenliste

1: Transportmittel
2: Substrat
3: Prozessmedium
4: Aufbringeinheit
5: Vorlagetank
6: Rezirkulationspumpe

Claims

Verfahren zur Strukturierung von Ober- und Unterseite eines Halbleitersubstrats, wobei die Oberseite poliert und die Unterseite texturiert wird, umfassend die folgenden Schritte, a) Bereitstellen eines Halbleitersubstrats und b) Inkontaktbringen von Ober- und Unterseite des Halbleitersubstrats mit flüssigen Ätzmedien, wobei sich die Strukturierwirkung der Ätzmedien an Ober- und Unterseite des Substrats unterscheidet, nämlich so, dass das Ätzmedium an der Oberseite eine polierende Strukturierwirkung aufweist und das Ätzmedium an der Unterseite des Substrates eine texturierende Strukturierwirkung aufweist, wobei Ober- und Unterseite des Substrats gleichzeitig strukturiert werden, wobei das Ätzmedium mit polierender Strukturierwirkung von oben auf die Oberseite des Substrates aufgebracht wird, wo eine Reaktion zwischen dem Ätzmedium und der Oberseite des Substrats stattfindet, so dass sich die Konzentration an Ätzkomponenten in dem Ätzmedium verringert und das Ätzmedium zur Texturierung der Unterseite verwendet werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die strukturierte Oberseite des Substrats eine geringere Rauheit aufweist als die strukturierte Unterseite des Substrats.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das flüssige Ätzmedium eine Viskosität von höchstens 10³ mPas aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ätzrate des Ätzmediums an der Unterseite des Substrats kleiner als die Ätzrate des Ätzmediums an der Oberseite des Substrats ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ätzmedium wenigstens eine Ätzkomponente aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die wenigstens eine Ätzkomponente ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend HF, HNO₃, H₂SO₄, CH₃COOH und H₃PO₄.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Oberseite des Substrats mit einem Ätzmedium in Kontakt gebracht wird, das eine höhere Konzentration an Ätzkomponenten aufweist als das mit der Unterseite des Substrats in Kontakt gebrachte Ätzmedium.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Konzentrationsunterschied zwischen dem Ätzmedium mit polierender Strukturierwirkung auf der Oberseite und demjenigen mit texturierender Strukturierwirkung auf der Unterseite dadurch hergestellt wird, dass die Unterseite lediglich mit einem dünnen Film aus Ätzlösung in Kontakt gebracht wird, in welchem in-situ durch Verbrauch der Ätzkomponenten deren Konzentration signifikant sinkt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Konzentration der Ätzkomponente HNO₃ in dem Ätzmedium mit polierender Strukturierwirkung höher ist als in dem Ätzmedium mit texturierender Strukturierwirkung.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend, i. mindestens eine Aufbringeinheit und ii. mindestens eine Transporteinheit wobei sich die Transporteinheit unterhalb der Aufbringeinheit befindet, die Transporteinheit wenigstens zwei Transportmittel aufweist und die Aufbringeinheit bzw. die Aufbringeinheiten sich über den Zwischenräumen zwischen den Transportmitteln befinden.