DE102017212442A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Texturieren einer Oberfläche eines multikristallinen Diamantdraht-gesägten Siliziumsubstrats unter Verwendung von ozonhaltigem Medium - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Texturieren einer Oberfläche eines multikristallinen Diamantdraht-gesägten Siliziumsubstrats unter Verwendung von ozonhaltigem Medium Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zum Behandeln einer Oberfläche eines multikristallinen Diamantdraht-gesägten Siliziumsubstrats weist ein Texturieren der Oberfläche des multikristallinen Diamantdraht-gesägten Siliziumsubstrats und vor zumindest einem Teil des Texturierens ein Behandeln der Oberfläche des multikristallinen Diamantdraht-gesägten Siliziumsubstrats mit einem ozonhaltigen sauren Medium, um eine Aufrauhung der Oberfläche des multikristallinen Diamantdraht-gesägten Siliziumsubstrats zu bewirken, auf.

Description

  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandeln eines multikristallinen Diamantdraht-gesägten Siliziumsubstrats und insbesondere eine Verfahren und eine Vorrichtung zum Strukturieren eines multikristallinen Diamantdraht-gesägten Siliziumsubstrats unter Verwendung eines ozonhaltigen Mediums, um die Oberfläche zu texturieren.
  • Es ist häufig erforderlich, die Oberflächen von Halbleitersubstraten, insbesondere Siliziumsubstraten, zu behandeln, um eine spezifische Reinheit und/oder spezifische physikalische Eigenschaften zu generieren. In der Photovoltaik ist es für die Erzeugung von leistungsfähigen Siliziumsolarzellen erforderlich, saubere und strukturierte Oberflächen zu erhalten, um die Effizienz der Lichtausbeute zu erhöhen und eine verminderte Ladungsträgerrekombination zu ermöglichen.
  • Durch eine Strukturierung bzw. Texturierung wird die Oberfläche eines Substrats bzw. Wafers, wobei diese Ausdrücke hierein austauschbar verwendet werden, uneben gemacht, so dass weniger Licht reflektiert wird als bei einer glatten Oberfläche. Durch die Texturierung können Erhebungen und Vertiefungen auf der Oberfläche entstehen bzw. erzeugt werden, die eine Höhe bzw. Tiefe von 0,1 µm bis 180 µm aufweisen können. Dadurch unterscheiden sich Verfahren zum Texturieren von Oberflächen deutlich von Verfahren zum Reinigen von Oberflächen, die lediglich einen geringeren Materialabtrag von weniger als 0,1 µm zur Folge haben.
  • Zum Texturieren monokristalliner Siliziumsubstrate werden typischerweise alkalische Lösungen verwendet. Zum Texturieren multikristalliner Siliziumsubstrate werden typischerweise saure Lösungen, beispielsweise HF/HNO3/H2O-Lösungen verwendet. Nach dem Texturieren erfolgt typischerweise eine Reinigung der texturierten Substrate.
  • Unterschiedliche Verfahren zum Reinigen der Substrate sind dabei bekannt. Beispielsweise beschreiben Zhonglan Li, „HIGH-LIFETIME WAFER CLEANING METHOD USING OZONE DISSOLVED IN DIW/HF/HCL SOLUTION",29th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Session 2AV.3.17, Seiten 1012 - 1014 ein Verfahren zum nasschemischen Reinigen von Substraten bei der Solarzellenherstellung. Dabei wird vorgeschlagen, eine ozonhaltige DIO3/HF/HCl-Lösung zur Reinigung zu verwenden.
  • Eine Reinigung von Siliziumsolarzellen unter Verwendung einer Lösung, die HF, HCl und O3 enthält, ist ferner bei Anamaria Moldovan et. al., „Combined ozone/HF/HCl based cleaning and adjusted emitter etch-back for silicon solar cells", Solid State Phenomena, ISSN: 1662-9779, Vol. 195, Seiten 305 - 309, beschrieben.
  • Eine Reinigung von kristallinem Silizium nach einem Ätzen unter Verwendung einer HF-O3-Lösung ist ferner in der US 8 129 212 B2 beschrieben.
  • Wie oben angegeben wurde, werden monokristalline Siliziumoberflächen, wie z.B. CZ-Siliziumoberflächen, durch alkalische Texturierlösungen texturiert und multikristalline Siliziumoberflächen werden durch saure Lösungen texturiert. Die letztgenannte Texturierung stützt sich auf lokal unterschiedliche Sägeschäden, die bei Slurry-gesägten multikristallinen Siliziumwafern durch die Slurry-Partikel verursacht werden. Die sauren Ätzlösungen ätzen mechanisch beschädigte Oberflächen wesentlich schneller als unbeschädigte Oberflächen und legen die Mikrostruktur frei, die ursprünglich durch die Slurry-Partikel während des Sägens verursacht wurde.
  • In neuerer Zeit wird Diamantdraht-Sägen für monokristalline Siliziumwafer und multikristalline Siliziumwafer zunehmend verwendet.
  • Es stellt kein Problem dar, Oberflächen monokristalliner Siliziumwafer mit alkalischen Ätzlösungen unter Verwendung geeigneter Zusatzstoffe, die ein anisotropes Ätzen lokal initiieren, zu texturieren. Für Diamantdraht-gesägte multikristalline Siliziumwafer ist jedoch alkalisches Ätzen nicht vorteilhaft, da unterschiedlich ausgerichtete multikristalline Körner unterschiedlich geätzt werden. Alkalische Texturierlösungen ätzen Oberflächen mit einer <111> Ausrichtung am langsamsten und exponieren daher derart ausgerichtete Oberflächen. Daher zeigen beispielsweise Körner mit einer <111> Ausrichtung keine texturierte Struktur nach der alkalischen Texturierung. Von <100> verschiedene Ausrichtungen werden nur in einem bestimmten Ausmaß geneigte Texturierungsmerkmale zeigen.
  • Es ist bekannt, zum Texturieren von Diamantdraht-gesägten Oberflächen organische, typischerweise langkettige Tenside, zu klassischen Texturierlösungen (HNO3:HF:Dl-H2O) zuzugeben. Solche organische Zusatzstoffe verursachen jedoch Abfallbehandlungsprobleme sowohl für die Ätzlösung als auch für das Spülwasser nach dem Ätzen. Ohne eine spezielle Behandlung, deren Kosten nicht zu vernachlässigen sind, findet eine starke Schädigung der Umwelt statt. Ferner haften die organischen Stoffe nach dem Ätzen an den Siliziumoberflächen und können nur durch vergleichsweise aufwändige Reinigungsschritte entfernt werden. Wenn organische Stoffe auf den Waferoberflächen verbleiben, hat dies einen negativen Einfluss auf die Oberflächenpassivierung und das Verhalten der Solarzelle. Dies kann abhängig vom Prozesstyp und von der Passivierungsbeeinträchtigung signifikante Effizienzverluste zur Folge haben.
  • Es ist ferner bekannt, ein Metallionen-unterstütztes Ätzen zu verwenden, was das Potential hat, reproduzierbar einen geringen Reflexionsgrad zu erreichen. Typischerweise werden AgNO3-Partikel oder andere Ag-Partikel verwendet. Der erreichbare Reflexionsgrad ist gleich oder geringer als bei einer typischen isotropen Texturierung Slurry-gesägter multikristalliner Siliziumwafer. Sehr geringe Reflexionsgradwerte von << 20% bei einem mittleren Wellenlängenbereich von 600 bis 800 nm werden typischerweise nur für Texturstrukturen erreicht, die nicht gut passiviert werden können. Ein möglicher Vorteil für einige Solarzellenkonzepte besteht in der Möglichkeit, die Textur nur einseitig zu erzeugen. Nachteilig ist, dass die Texturiersequenz komplex und teuer ist. Die Sequenz umfasst das Aufbringen einer Ag-Quelle, ein selektives Ätzen, eine Beseitigung der Ag-Quelle, eine Abfallbehandlung/Recycling, und eine Reinigung der texturierten Oberflächen. Ferner sind Ertrag und Durchsatz gering.
  • Weiterhin ist es bekannt, eine mechanische Vorbehandlung vor dem bekannten Texturieren (isotropen Texturieren) durchzuführen, was lediglich das Vorschalten eines Moduls bei bekannten Texturierlinien erfordert. Durch die mechanische Vorbehandlung werden selektiv Mikroschäden in der zu texturierenden Waferoberfläche verursacht, weshalb die Ätzselektivität bei der nachfolgenden isotropen Texturierung den Nachteil hat, dass sie den Ertrag deutlich reduzieren kann. Es ist daher mit einer effektiven Kostenzunahme zu rechnen.
  • Ferner ist eine Plasma-Texturierung von Waferoberflächen bekannt, die einen sehr geringen Reflexionsgrad zur Folge haben kann (schwarzes Silizium). Jedoch können die entsprechend behandelten Oberflächen nicht gut passiviert werden. Ein Aufbringen von zusätzlichen selektiven Beschichtungen vor dem Plasma-Ätzen oder ein nass-chemisches Ätzen nach dem Plasma-Ätzen kann zwar dieses Problem reduzieren, ist jedoch mit zusätzlichem Aufwand verbunden. Der Prozess kann zum Erzeugen einer einseitigen Textur gut angewendet werden, ist jedoch für zum Erzeugen einer zweiseitigen Textur sehr komplex. Ferner ist die erforderliche Entsorgung der involvierten Gase auf Fluor-Basis aufwändig.
  • Somit sind unterschiedliche Verfahren bekannt, um die Substratoberfläche von diamantdrahtgesägten, multikristallinen Siliziumwafern zu strukturieren/texturieren, um eine isotrope saure Textur zu bewerkstelligen, die eine gesteigerte Lichtabsorption, Minimierung der Reflexionsverluste und gesteigerte Solarzelleneffizienz ermöglicht. Wie ausgeführt wurde, können solche Oberflächenbehandlungen von Siliziumwafern mechanische Aufrauhungen der Siliziumoberfläche, Metallpartikel- und Metallionen-basierte Ätzungen der Siliziumoberfläche oder reaktives lonenätzen beinhalten, um reaktive Angriffspunkte für die folgende isotrope saure Texturierungslösung zu ermöglichen.
  • Aus der DE 102014 001 363 B3 sind Verfahren zum Texturieren von monokristallinen Slurry- oder Diamantdraht-gesägten Siliziumwafern beschrieben, bei denen ein wässriges Gemisch aus Flusssäure (HF), Salzsäure (HCl) und einem Oxidationsmittel als Ätzlösung eingesetzt wird. Als Oxidationsmittel wird Ammoniumperoxodisulfat, Wasserstoffperoxid, Kaliumstoffperoxid, Kaliumpermanganat, Ozon oder Salpetersäure verwendet.
  • Aus der US 2003/0119332 A1 ist ein Verfahren zum Rau-Ätzen von Siliziumsolarzellen bekannt, bei dem einer sauren Lösung ein Oxidationsmittel zugesetzt wird, wobei Wasserstoffperoxid, Ammoniumperoxodisulfat, und Perchlorsäure als Oxidationsmittel genannt sind.
  • Die EP 1 620 881 B1 offenbart ein Verfahren zum Texturieren von Oberflächen von Silizium-Scheiben, wobei eine Ätzlösung aus Wasser, Flusssäure und Salpetersäure besteht.
  • Die der vorliegenden Offenbarung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglichen, Oberflächen von Diamantgesägten multikristallinen Siliziumwafern auf einfache Art und Weise und effizient zu texturieren.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 10 gelöst.
  • Beispiele schaffen ein Verfahren zum Behandeln einer Oberfläche eines multikristallinen Diamantdraht-gesägten Siliziumsubstrats, das ein Texturieren der Oberfläche des multikristallinen Diamantdraht-gesägten Siliziumsubstrats und vor zumindest einem Teil des Texturierens ein Behandeln der Oberfläche des multikristallinen Diamantdraht-gesägten Siliziumsubstrats mit einem ozonhaltigen sauren Medium, um eine Aufrauhung der Oberfläche des multikristallinen Diamantdraht-gesägten Siliziumsubstrats zu bewirken, aufweist.
  • Beispiele schaffen eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens, die eine Prozessmedienbereitstellungseinrichtung zum Bereitstellen des ozonhaltigen sauren Mediums und eine Substrathandhabungseinrichtung, um das multikristalline Diamantdraht-gesägte Siliziumsubstrat zu positionieren, um die Oberfläche mit dem ozonhaltigen sauren Medium zu behandeln, aufweist.
  • Durch den Zusatz von Ozon zu dem sauren Medium kann die Oberfläche des multikristallinen Diamantdraht-gesägten Siliziumsubstrats vor dem eigentlichen Texturieren derart angeraut werden, dass reaktive Angriffspunkte beispielsweise für eine folgende isotrope saure Texturierungslösung erzeugt werden. Somit ist es auf einfache Weise möglich, die Oberfläche zu texturieren.
  • Beispiele der Offenbarung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 schematisch ein Flussdiagramm gemäß einem Beispiel;
    • 2 schematisch ein Substrat während unterschiedlicher Behandlungsphasen;
    • 3 schematisch ein Substrat während unterschiedlicher Behandlungsphasen;
    • 4 schematisch eine Vorrichtung gemäß einem Beispiel mit Medienbecken und Transportrollen;
    • 5 schematisch eine Vorrichtung gemäß einem Beispiel mit Mediendüsen; und
    • 6 schematisch eine Vorrichtung gemäß einem Beispiel, bei dem das Substrat in ein Medienbecken eingetaucht wird.
  • Im Folgenden werden Beispiele der vorliegenden Offenbarung detailliert und unter Verwendung der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden viele Details beschrieben, um eine gründlichere Erklärung von Beispielen der Offenbarung zu liefern. Es ist jedoch für Fachleute offensichtlich, dass andere Beispiele ohne diese spezifischen Details implementiert werden können. Merkmale der unterschiedlichen Beispiele können miteinander kombiniert werden, es sei denn Merkmale einer entsprechenden Kombination schließen sich gegenseitig aus oder eine solche Kombination ist ausdrücklich ausgeschlossen.
  • Wie in 1 gezeigt ist, weist ein Verfahren zum Behandeln einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats ein Behandeln 10 einer Oberfläche des Halbleitersubstrats mit einem sauren ozonhaltigen Medium, um vor einem Texturieren eine Aufrauhung der Oberfläche zu bewirken. Mit anderen Worten wird das Substrat in einem sauren ozonhaltigen Medium chemisch geätzt. Ferner weist das Verfahren ein Texturieren 12 der Oberfläche des Substrats auf, das nach dem Aufrauen stattfindet. Bei dem Halbleitersubstrat handelt es sich um ein Diamantdraht-gesägtes multikristallines Siliziumsubstrat.
  • Es wurde erkannt, dass es schwierig ist, unter Verwendung einer üblichen sauren Texturierungslösung, wie z.B. einer HF-HNO3-Lösung, die Oberfläche eines multikristallinen Diamantdraht-gesägten Siliziumsubstrats zu texturieren, wenn nicht zusätzliche Maßnahmen getroffen werden. Gemäß der vorliegenden Offenbarung besteht diese zusätzliche Maßnahme in der Zugabe von Ozon zu der Texturierungslösung, so dass, bevor die eigentliche Texturierung erzeugt wird, das Ozon in Verbindung mit dem sauren Medium wirksam sein kann, um die Oberfläche des Halbleitersubstrats derart aufzurauen, dass nachfolgend eine Texturierung unter Verwendung eines sauren Mediums erfolgen kann. Die Offenbarung beruht bei Beispielen auf der Stabilisierung von Ozon in saurem Medium und dem hohen Oxidationspotential des Ozon in Kombinationen mit anorganischen und/oder organischen Säuren und deren Salzen, deren Reaktionsprodukten und Zerfallsprodukten, und deren abtragender Wirkung auf Halbleiteroberflächen.
  • Durch die ozonhaltige saure Lösung wird ein isotropes Ätzen des multikristallinen Siliziumsubstrats bewirkt. Bei Beispielen erfolgt dadurch ein Aufrauen der Oberfläche mit einem teilweisen Materialabtrag bis zu einer Tiefe von mindestens 0,1 µm, so dass Strukturen mit Höhenunterschieden von mindestens 0,1 µm erzeugt werden. Bei Beispielen wird die ozonhaltige saure Lösung (oder eine ozonhaltige saure Lösung mit einer anderen Zusammensetzung) ferner verwendet, um die Oberfläche zu texturieren, wobei ein teilweiser Materialabtrag bis zu einer Tiefe von 0,1 µm bis 180 µm stattfinden kann, so dass Texturen mit einem Höhenunterschied von 0,1 µm bis 180 µm erzeugt werden. Anders ausgedrückt werden Tiefenunterschiede zwischen Bereichen der behandelten Oberfläche zwischen 0,1 µm bis 180 µm erzeugt.
  • Bei Beispielen wird nur eine Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats entsprechend behandelt. Bei Beispielen werden beide Hauptoberflächen des Siliziumsubstrats entsprechend behandelt, wobei es sich bei den Hauptoberflächen um die flächenmäßig größten Oberflächen des Substrats handelt. Bei Beispielen kann die Behandlung auch eine Entfernung von isolierenden oder leitfähigen Schichten umfassen, die sich auf der Diamantdraht-gesägten Siliziumoberfläche befinden, bevor die Oberfläche aufgeraut wird. Bei solchen Schichten kann es sich um Schichten handeln, die nach dem Diamantdrahtsägen generiert wurden, aber die Struktur der Oberfläche nicht beeinträchtigen.
  • Bei Beispielen weist das Texturieren 12 zumindest zeitweise ein Behandeln der Oberfläche des Halbleitersubstrats mit einem ozonhaltigen sauren Medium auf. Bei Beispielen weist das Texturieren 12 nach dem Aufrauen der Oberfläche zumindest zeitweise ein Behandeln der Oberfläche mit einem sauren Medium, das nicht ozonhaltig ist, auf. Das nichtozonhaltige saue Medium kann eine übliche saure Texturierlösung sein, beispielsweise eine solche, wie sie in der EP 1 620 881 B1 oder der US 2003/0119332 A1 beschrieben sind. Bei Beispielen wird zum Texturieren während der gesamten Behandlungsdauer nach dem Aufrauen ein ozonhaltiges saures Medium verwendet. Bei Beispielen wird zum Texturieren während der gesamten Behandlungsdauer nach dem Aufrauen ein nicht-ozonhaltiges saures Medium verwendet. Bei Beispielen wird zum Texturieren nach dem Aufrauen wechselweise ein ozonhaltiges und nicht-ozonhaltiges Medium verwendet.
  • 2 zeigt ein Beispiel eines Diamantdraht-gesägten Siliziumsubstrats 20 während unterschiedlicher Phasen. Links ist das Substrat 20 im Ausgangszustand gezeigt. In der Mitte ist das Substrat 20 mit einer aufgerauten Oberfläche 22 dargestellt, die durch eine Behandlung der Oberfläche des Substrats mit einem ozonhaltigen sauren Medium erreicht wurde. Diese Behandlung kann als eine saure Ozon-Aktivierung bezeichnet werden. Rechts ist das Substrat 20 mit einer texturierten Oberfläche 24 gezeigt, die erhalten wurde, indem die Texturierung mit einem nicht-ozonhaltigen sauren Medium durchgeführt wurde. Diese Behandlung kann als eine saure Oberflächenfunktionalisierung bezeichnet werden.
  • 3 zeigt ein Beispiel des Substrats während einer alternativen Behandlung. Links ist wiederum das Substrat im Ausgangszustand gezeigt. Rechts ist das Substrat mit einer texturierten Oberfläche 26 gezeigt, die erhalten wurde, indem die Oberfläche des Substrats sowohl zum Aufrauen als auch zur Texturierung mit einem ozonhaltigen sauren Medium behandelt wurde. Da während des Aufrauens und während des Texturierens verwendete Medium kann dabei die gleiche Zusammensetzung oder unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. In diesem Fall kann sowohl Aufrauhung als auch Texturierung mit dem gleichen Medium erfolgen, so dass dies als eine kombinierte saure Ozon-Aktivierung und Oberflächenfunktionalisierung bezeichnet werden kann.
  • 4 zeigt schematisch ein Beispiel einer Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung, die eine Prozessmedienbereitstellungseinrichtung zum Bereitstellen des ozonhaltigen sauren Mediums und eine Substrathandhabungseinrichtung, um das Substrat zu positionieren, um die Oberfläche mit dem ozonhaltigen sauren Medium zu behandeln, aufweist. Genauer gesagt weist die Prozessmedienbereitstellungseinrichtung ein Medienbecken 30 auf, in dem sich ein ozonhaltiges saures Medium 32, beispielsweise eine ozonhaltige saure Lösung, befindet. Die Substrathandhabungseinrichtung weist Rollen 34 auf, über die ein Substrat bzw. ein Wafer 36 transportiert werden. Die Rollen können ein horizontales Transportsystem darstellen. Die Rollen 34 können ferner die Funktion haben, das Medium 32 zu der Unterseite des Wafers 36 zu transportieren. Beispielsweise können die Rollen 34 zu diesem Zweck zumindest teilweise in dem Medium 32 angeordnet sein und eine poröse oder schwammartige Oberfläche aufweisen. Dadurch kann die Unterseite des Wafers 36 mit dem Medium benetzt und somit behandelt werden.
  • 5 zeigt ein alternatives Beispiel einer Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung, bei der die Substrathandhabungseinrichtung wiederum als horizontales Transportsystem mit Rollen 34, über die der Wafer 36 transportiert wird, implementiert ist. Bei diesem Beispiel weist die Prozessmedienbereitstellungseinrichtung untere Sprühdüsen 40 und obere Sprühdüsen 42 auf, um ozonhaltiges saures Medium von beiden Seiten bereitzustellen, um beide Hauptoberflächen des Wafers 36 zu behandeln. Alternativ können Sprühdüsen nur auf einer Seite vorgesehen sein. Obwohl in 5 jeweils zwei Düsen auf jeder Seite gezeigt sind, kann eine andere Anzahl, z.B. nur eine Düse auf jeder Seite, vorgesehen sein.
  • 6 zeigt ein alternatives Beispiel einer Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung, bei dem die Prozessmedienbereitstellungseinrichtung ein Prozessmedienbad 50, in dem sich ozonhaltiges saures Medium 52 befindet, aufweist. Eine Substrathandhabungseinrichtung 54, die in 6 lediglich sehr schematisch gezeigt ist, ist ausgebildet, um ein Substrat 56 entweder in waagrechter Ausrichtung (linker Teil von 6) oder in vertikaler Ausrichtung (rechter Teil von 6) in das ozonhaltige saure Medium 52 einzutauchen. Die Substrathandhabungseinrichtung 54 kann zu diesem Zweck geeignete Halter oder Greifer aufweisen, um Substrate einzeln oder mehrere Substrate gleichzeitig zu halten bzw. zu greifen und in das Medium 52 einzutauchen.
  • Bei Beispielen kann die Substrathandhabungsvorrichtung Transportrollen oder Transportketten aufweisen, die ausgebildet sind, um ein Substrat oder mehrere Substrate schwimmend über die Oberfläche des ozonhaltigen sauren Mediums zu führen, oder die ausgebildet sind, um ein Substrat oder mehrere Substrate in das ozonhaltige saure Medium einzutauchen.
  • Bei Beispielen kann die die Ozonkonzentration in dem ozonhaltigen sauren Medium 0,1 bis 300 ppm betragen. Bei Beispielen kann das ozonhaltige saure Medium zumindest eine Komponente aus der folgenden Gruppe aufweisen: eine fluorhaltige Komponente und eine stickstoffhaltige Komponente. Bei Beispielen kann das ozonhaltige saure Medium ein oder mehrere Additive aus der folgenden Gruppe aufweisen: organische Oligomere und polymere Verbindungen, organische Säuren, anorganische und organische Salze, Peroxide. Bei Beispielen kann das ozonhaltige saure Medium einen ph-Wert ≤ 7 aufweisen.
  • Bei Beispielen kann das ozonhaltige saure Medium eine ozonhaltige saure Lösung sein. Bei Beispielen kann die ozonhaltige saure Lösung eine Zusammensetzung aufweisen, die der einer bekannten sauren Lösung, wie sie herkömmlicherweise zum Texturieren von multikristallinen Siliziumwafern verwendet wird, entspricht, wobei Ozon beigefügt ist, beispielsweise in einer Konzentration von 0,1 bis 300 ppm.
  • Die ozonhaltige saure Lösung kann zumindest Ozon in gelöster Form, eine saure (fluorhaltige) Komponente und eine stickstoffhaltige Komponente aufweisen. Die ozonhaltige saure Lösung, die auch als Reaktionslösung bezeichnet werden kann, kann folgende Merkmale aufweisen:
    • • Mindestens Ozon in gelöster Form in Flüssigkeiten und/oder als elementarer Gasanteil
      • • Ozon kann extern generiert werden und einem sauren Prozessmedium direkt zugeführt werden
      • • Ozon kann generiert werden und vor und/oder während dem strukturierenden Prozess mit mindestens einer weiteren reaktiven Komponente vermischt werden
      • • Die Lösung von Ozon in saurem Medium kann durch direktes Einleiten, auf mechanische, und/oder auf druckinduzierte Art und Weise erfolgen.
      • • Durch die Produktion überschüssiges und nicht in der flüssigen Phase gelöstes Ozon kann separat dem Prozessraum zugeführt werden.
      • • Ozon kann auch separat oder in Kombination insitu in dem Prozessmedium durch gelöste Spezies erzeugt werden
      • • Ozon kann auch insitu durch Chemisorption und/oder Physisorption generiert werden
      • • Ozon kann auch generiert werden, indem ultraviolettes Licht auf das Prozessmedium einwirkt
    • • Mindestens eine saure (fluorhaltige) Komponente
      • • Die saure fluorhaltige Komponente kann z.B. HF, HNO3, HNO2 H2SO4, H2SO3, NH4F, H3PO4, H2PO3, HCl, CHOOH und/oder CH3COOH aufweisen
      • • PH-Wert der Lösung ≤ 7
    • • Die fluorhaltige Komponente kann typischerweise in einem Bereich von 0-50 Gewichtsprozent liegen
    • • Die stickstoffhaltige Komponente kann typischerweise in einem Bereich von 0-100 Gewichtsprozent liegen
    • • Die stickstoffhaltige Komponente kann z.B. Stickoxide (NO2, NO, N2O3, N2O N2O2, N2O4, N2O5), Salpetersäure (HNO3), Salpetrige Säure (HNO2), Ammoniak (NH3), Ammoniumhydroxid (NH4OH), Hydroxylamin (NH2OH), Ionen von Salzen und/oder Intermediaten (NO3 -, NO2 -, NO2 +, NO+, NH4+) aufweisen
    • • Ein oder mehrere Additive
      • • Organische oligomere und polymere Verbindungen
      • • Organische Säuren
      • • Anorganische und organische Salze
      • • Peroxide
    • • Ozonkonzentration 0,1 - 300 ppm
  • Bei Beispielen kann die Ozonkonzentration während des Prozesses variieren. Bei Beispielen kann die Ozonkonzentration während des Prozesses kontrolliert und geregelt werden. Bei Beispielen kann die Prozesstemperatur zwischen 4°C und 85°C liegen. Bei Beispielen kann die Prozesstemperatur während des Prozesses, also dem Aufrauen und Texturieren, variabel sein.
  • Bei Beispielen umfasst die ozonhaltige saure Lösung kein chloridhaltiges Salz, z.B. kein NaCl, kein KCl und kein NH4Cl. Bei Beispielen umfasst die ozonhaltige saure Lösung eine Kombination bzw. Mischung mehrerer Oxidationsmittel auf. Bei Beispielen weist die Lösung eine Mischung von O3 und HNO3 auf.
  • Bei Beispielen sind das ozonhaltige saure Medium und das zum Texturieren verwendete Medium ausgelegt, um ein solches Ätzen der Oberfläche zu bewirken, dass die Behandlung zum Aufrauen und Texturieren insgesamt nicht länger als 20 min oder bevorzugt nicht mehr als 10 min dauert.
  • Bei Beispielen kann ein Substrat und mindestens eine Oberfläche wie folgt behandelt werden:
    • • stationär in mindestens einem befüllten Prozessraum (horizontal, vertikal, verkippt)
    • • Optional Medienzirkulation (batch und inline)
    • • Optional Medienbewegung durch Gaseinleiten (z.B. Druckluft, Kohlenstoffdioxid, Stickstoff, Ozon)
    • • in einem befüllten Prozessraum in mindestens einer Raumrichtung bewegt werden
    • • horizontal transportiert und mit ozonhaltigen Medium in Berührung kommen
    • • Medienauftrag über Tauchverfahren, Sprühverfahren, Flutregister, Medienfilm auf Rollen (einseitig oder zweiseitig)
    • • Prozessraum kann vollständig mit Flüssigkeit gefüllt sein und/oder mit einem variablen Gasanteil befüllt sein.
    • • Reaktionsmischung, d.h. ozonhaltiges saures Medium, kann auch ein Aerosol sein
  • Bei Beispielen ist das Substrat ein Diamantdraht-gesägtes Siliziumsubstrat bzw. ein Diamantdraht-gesägter Siliziumwafer.
  • Beispiele ermöglichen somit eine Texturierung von Oberflächen von Diamantdraht-gesägten Siliziumsubstraten bzw. Siliziumwafern, insbesondere solchen, wie sie bei der Solarzellenherstellung verwendet werden. Insbesondere ermöglichen Beispiele eine Texturierung von Oberflächen Diamantdraht-gesägter multikristalliner Wafer, die durch eine saure Texturierlösung nicht ohne weiteres texturiert werden können. Beispiele ermöglichen dies, indem lediglich ein Ozongenerator zu bekannten Anlagen hinzugefügt wird, so dass das Texturieren mit geringem Aufwand erreicht werden kann. Beispiele ermöglichen das Erreichen eines geringen Reflexionsgrads ohne stark umweltschädliche Zusätze zu benötigen. Beispiele ermöglichen das Erzeugen sowohl einer einseitigen als auch einer zweiseitigen Texturierung auf einfache und effektive Art und Weise.
  • Obwohl einige Aspekte der vorliegenden Offenbarung als Merkmale im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, ist es klar, dass eine solche Beschreibung ebenfalls als eine Beschreibung entsprechender Verfahrensmerkmale betrachtet werden kann. Obwohl einige Aspekte der vorliegenden Offenbarung als Merkmale im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben wurden, ist klar, dass eine solche Beschreibung auch als eine Beschreibung entsprechender Merkmale einer Vorrichtung bzw. der Funktionalität der Vorrichtung betrachtet werden kann.
  • Die oben beschriebenen Beispiele sind nur darstellend für die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung. Es ist zu verstehen, dass Modifikationen und Variationen der Anordnungen und der Einzelheiten, die beschrieben sind, für Fachleute offensichtlich sind. Es ist daher beabsichtigt, das die Offenbarung nur durch die beigefügten Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die zum Zwecke der Beschreibung und Erklärung der Beispiele dargelegt sind, begrenzt ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • Anamaria Moldovan et. al., „Combined ozone/HF/HCl based cleaning and adjusted emitter etch-back for silicon solar cells“, Solid State Phenomena, ISSN: 1662-9779, Vol. 195, Seiten 305 - 309 [0006]

Claims (12)

  1. Verfahren zum Behandeln einer Oberfläche eines multikristallinen Diamantdraht-gesägten Siliziumsubstrats, das ein Texturieren der Oberfläche des multikristallinen Diamantdraht-gesägten Siliziumsubstrats und vor zumindest einem Teil des Texturierens ein Behandeln der Oberfläche des multikristallinen Diamantdraht-gesägten Siliziumsubstrats mit einem ozonhaltigen sauren Medium, um eine Aufrauhung der Oberfläche des multikristallinen Diamantdraht-gesägten Siliziumsubstrats zu bewirken, aufweist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Oberfläche des multikristallinen Diamantdraht-gesägten Siliziumsubstrats auch während des Texturierens zumindest zeitweise mit einem ozonhaltigen sauren Medium behandelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Texturieren nach dem Aufrauen der Oberfläche zumindest zeitweise unter Verwendung eines sauren Mediums erfolgt, das nicht ozonhaltig ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem durch die Behandlung mit dem ozonhaltigen sauren Medium ein Materialabtrag stattfindet, der Tiefenunterschiede zwischen 0,1 µm und 180 µm erzeugt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Dauer des Aufrauens und Texturierens zusammen weniger als 20 min beträgt
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Ozonkonzentration in dem ozonhaltigen sauren Medium 0,1 bis 300 ppm beträgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das ozonhaltige saure Medium zumindest eine Komponente aus der folgenden Gruppe aufweist: eine fluorhaltige Komponente und eine stickstoffhaltige Komponente.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das ozonhaltige saure Medium ein oder mehrere Additive aus der folgenden Gruppe aufweist: organische Oligomere und polymere Verbindungen, organische Säuren, anorganische und organische Salze, Peroxide.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das ozonhaltige saure Medium einen ph-Wert ≤ 7 aufweist.
  10. Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die eine Prozessmedienbereitstellungseinrichtung zum Bereitstellen des ozonhaltigen sauren Mediums und eine Substrathandhabungseinrichtung, um das multikristalline Diamantdraht-gesägte Siliziumsubstrat zu positionieren, um die Oberfläche mit dem ozonhaltigen sauren Medium zu behandeln.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Prozessmedienbereitstellungeinrichtung zumindest einen der folgenden Bestandteile aufweist: ein Prozessmedienbecken, Transportrollen, über die das ozonhaltige saure Medium zu der Oberfläche des multikristallinen Diamantdraht-gesägten Siliziumsubstrats transportiert wird, und Sprühdüsen.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei der die Substrathandhabungseinrichtung zumindest einen der folgenden Bestandteile aufweist: Transportrollen, Transportketten, eine Tauchvorrichtung, um ein oder mehrere multikristalline Diamantdraht-gesägte Siliziumsubstrate in das ozonhaltige saure Medium einzutauchen.
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