DE102019133386A1 - Verfahren zur Behandlung eines Halbleiterwafers - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines Halbleiterwafers (1), aufweisend einen Schritt zum Reinigen und/oder Konditionieren einer Oberfläche (11) des Halbleiterwafers (1), bei dem die Oberfläche (11) mit einer wässrigen Lösung (2) in Kontakt gebracht wird, die Chlorid-Ionen und ein Oxidationsmittel enthält.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines Halbleiterwafers. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Behandlung eines Halbleiterwafers, das einen Schritt zum Reinigen und/oder Konditionieren des Halbleiterwafers aufweist.
- Die Oberflächen des Halbleiterwafers können durch den Sägeprozess zur Herstellung des Wafers aus einem Ingot und/oder durch die Handhabung des Halbleiterwafers Kristalldefekte, Kristallschäden und/oder Verunreinigungen aufweisen. Die Tiefe der Kristallschäden und/oder die Art der Verunreinigungen sind von spezifischen Abläufen der vorangehenden Prozesse abhängig.
- Um hohe Solarzellenwirkungsgrade und eine mechanisch möglichst stabile Halbleiterwafer-Solarzelle zu erhalten, sollte der Halbleiterwafer im Bereich seiner Oberflächen möglichst wenig Verunreinigungen aufweisen. Zudem ist es zum Erzeugen einer homogenen Textur auf der Oberfläche des Halbleiterwafers nötig, die Oberfläche des Halbleiterwafers vor einem Texturschritt zu reinigen und/oder möglichst homogen zu konditionieren.
- Es sind zahlreiche Verfahren bekannt, um die Oberfläche des Halbleiterwafers zu reinigen und zu konditionieren. Diese werden oftmals mit nicht allgemein vereinbarten, aber Branchen-üblichen Abkürzungen wie SC1, pSC1, SCHMID clean bezeichnet. Aus der
DE 10 2008 014 166 B3 ist weiterhin bekannt, die Oberfläche mit Ozon ggf. in deionisiertem Wasser zu behandeln. Es besteht jedoch weiterhin ein Bedarf an einem verbesserten Verfahren zum Reinigen und/oder Konditionieren der Oberfläche des Halbleiterwafers, insbesondere vor einem Texturschritt, um einen hohen Solarzellenwirkungsgrad und eine mechanisch möglichst stabile Halbleiterwafer-Solarzelle zu erhalten. - Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Behandlung eines Halbleiterwafers mit einem Schritt zum Reinigen und/oder Konditionieren einer Oberfläche des Halbleiterwafers bereitzustellen, der die Oberfläche effektiv reinigt und/oder konditioniert.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Modifikationen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines Halbleiterwafers, aufweisend einen Schritt zum Reinigen und/oder Konditionieren einer Oberfläche des Halbleiterwafers, bei dem die Oberfläche mit einer wässrigen Lösung in Kontakt gebracht wird, die Chlorid-Ionen und ein Oxidationsmittel enthält. Die wässrige Lösung, die Chlorid-Ionen und ein Oxidationsmittel enthält, wird nachstehend auch als Reinigungs- bzw. Konditionierungslösung bezeichnet.
- Das Chlorid-Ionen/Oxidationsmittel-Gemisch ist sehr reaktiv und kann mit organischen und anorganischen Verunreinigungen wie beispielsweise Metallen, die an der Oberfläche des Halbleiterwafers anhaften, reagieren und sie in eine wasserlösliche Form überführen. Dadurch werden die Verunreinigungen effektiv von der Oberfläche des Halbleiterwafers entfernt. Die sich bei dem Gemisch bildenden aktiven Reinigungsspezies, wie z.B. HClO oder Cl2 können in situ in dem Schritt erzeugt werden, indem das Oxidationsmittel mit dem die Cl-Ionen enthaltenden Ausgangsmaterial in wässriger Lösung gemischt wird. Bevorzugt ist das Verfahren zum Reinigen und Konditionieren der Oberfläche des Halbleiterwafers ausgebildet.
- In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Oxidationsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus H2O2 oder Ozon. Bevorzugt ist das Oxidationsmittel H2O2. Alternativ bevorzugt ist das Oxidationsmittel Ozon.
- Bevorzugt ist das Ausgangsmaterial, das die Cl-Ionen enthält, eine Flüssigkeit. Dadurch entfällt eine aufwändige Dosierung als Feststoff wie beispielsweise Natriumsalz. Bevorzugt stammen die Chlorid-Ionen aus in wässriger Lösung enthaltener HCl (Salzsäure). Die Summenformel kann als HCl(aq) wiedergegeben werden. HCl(aq), auch Chlorwasserstoffsäure genannt, ist eine wässrige Lösung von gasförmigem Chlorwasserstoff, der in Oxonium (H3O+)- und Chlorid (Cl-)-Ionen dissoziiert ist.
- In einer bevorzugten Ausführungsform wird über einen Ozonzusatz in eine wässrige Lösung mit 0,01-10,00 Gew.-% Cl-Ionen Anteil, wie Salzsäure, und 90,00-99,90 Gew.-% Wasser die Reinigungs- bzw. Konditionierungslösung erzeugt.
- In einer bevorzugten Ausführungsform wird über einen Wasserstoffzusatz von 1,00-10,00 Gew.-% in eine wässrige Lösung mit 0,01-10,00 Gew.-% Cl-Ionen Anteil, wie Salzsäure, und 80,00-90,00 Gew.-% Wasser die Reinigungs- bzw. Konditionierungslösung erzeugt.
- In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die wässrige Lösung weiterhin HF (Flusssäure). Dadurch kann weiterhin eine verbesserte Oberflächenkonditionierung erreicht werden.
- Bevorzugt wird der Schritt zum Reinigen und/oder Konditionieren bei einer Temperatur im Bereich von 15°C bis 60°C, vorzugsweise 20°C bis 40°C durchgeführt. Das Inkontaktbringen der Oberfläche mit der wässrigen Lösung d.h. der Reinigungs- bzw. Konditionierungslösung wird bevorzugt über eine Zeitdauer von 15 Sekunden bis 60 Minuten, vorzugsweise 3 bis 40 Minuten, durchgeführt.
- Bevorzugt wird die Oberfläche des Halbleiterwafers nach dem Schritt zum Reinigen und/oder Konditionieren der Oberfläche des Halbleiterwafers einem Spülschritt unterzogen, in dem sie mit Wasser, bevorzugt Reinstwasser, gespült wird. Dadurch können die in dem Schritt zum Reinigen und/oder Konditionieren verwendete wässrige Lösung und die in wasserlösliche Formen überführten Verunreinigungen effektiv von der Oberfläche entfernt werden. Der Spülschritt kann durch Eintauchen, Einlegen, Besprühen oder Benetzen der dem Schritt zum Reinigen und/oder Konditionieren unterzogenen Oberfläche des Halbleiterwafers mit Wasser durchgeführt werden.
- Bevorzugt wird die Oberfläche des Halbleiterwafers nach dem Schritt zum Reinigen und/oder Konditionieren der Oberfläche des Halbleiterwafers oder nach dem Spülschritt einem Texturschritt unterzogen, in dem sie mit einer Texturlösung in Kontakt gebracht wird. Dadurch wird die Oberfläche einer Texturätzung unterzogen, die eine derart aufgeraute Halbleiterwafer-oberfläche erzeugt, dass wenigstens ein Teil des nicht in den Halbleiterwafer eintretenden Lichtes so reflektiert wird, dass dieses Licht weitere Male auf die Halbleiterwaferoberfläche trifft und danach möglichst in das Halbleitermaterial einkoppelt. Meist weist eine solche texturierte Oberfläche eine pyramidenartige Struktur auf. Der Texturschritt kann durch Eintauchen, Einlegen, Besprühen oder Benetzen der zu texturierenden Oberfläche des Halbleiterwafers mit der Texturlösung durchgeführt werden. Bei dem Schritt zum Reinigen und/oder Konditionieren der Oberfläche werden insbesondere Verunreinigungen von der Oberfläche des Halbleiterwafers entfernt, die bei einem Texturschritt maskierend wirken können. Daher ist diese Kombination dieser Verfahrensschritte sinnvoll.
- Bevorzugt umfasst der Texturschritt Behandeln des Halbleiterwafers mit alkalischer Lösung. Als alkalische Lösung kann eine wässrige Natriumhydroxid- und/oder Kaliumhydroxid-Lösung mit organischen Additiven eingesetzt werden. Die alkalische Texturierung verläuft anisotrop. Die Texturbedingungen wie Zeit und Temperatur hängen von der Art und Konzentration der Texturlösung ab.
- Der Texturschritt kann nicht nur ein- sondern auch mehrstufig erfolgen und eine Kombination von zwei oder mehr Texturarten darstellen. Beispielsweise umfasst der Texturschritt eine Sägeschadenätzung und eine alkalische Texturierung.
- In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Halbleiterwafer einem Mono-Textur-Schritt unterzogen. Der Texturschritt kann auch derart durchgeführt werden, dass beide Oberflächen des Halbleiterwafers texturiert werden. Bevorzugt wird der Texturschritt aber einseitig durchgeführt, so dass der Halbleiterwafer einem Mono-Textur-Schritt unterzogen wird.
- Das Inkontaktbringen der wässrigen Lösung mit der Oberfläche des Halbleiterwafers in dem Schritt zum Reinigen und/oder Konditionieren der Oberfläche d.h. das Inkontaktbringen mit der Reinigungs- bzw. Konditionierungslösung kann durch Eintauchen, Einlegen, Besprühen oder Benetzen der Oberfläche des Halbleiterwafers mit der wässrigen Lösung durchgeführt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Inkontaktbringen der Oberfläche des Halbleiterwafers durch Eintauchen des Halbleiterwafers in ein die wässrige Lösung d.h. die Reinigungs- bzw. Konditionierungslösung enthaltendes Bad durchgeführt. Dadurch werden die Verunreinigungen weiterhin effektiv von der Oberfläche entfernt.
- In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Schritt zum Reinigen und/oder Konditionieren der Oberfläche des Halbleiterwafers nach der Herstellung des Halbleiterwafers mittels Sägen durchgeführt. Der in das Verfahren eingesetzte Halbleiterwafer ist daher bevorzugt sägerau. Der Halbleiterwafer kann alternativ bevorzugt weiterhin einem Ätzschritt vor dem Schritt zum Reinigen und/oder Konditionieren der Oberfläche unterzogen worden sein wie beispielsweise einem Sägeschadenätzschritt, einem Damage-Ätzschritt und/oder einem Politurätzschritt.
- Bevorzugt ist der Halbleiterwafer ein Silizium-Wafer. Silizium eignet sich hervorragend als Wafermaterial.
- In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren in einer Batch Nassbank oder einer Inline Nassbank durchgeführt wird. Weiterhin ist es möglich, die vorstehenden Verfahrensschritte zeitlich entkoppelt durchzuführen. Vorzugsweise werden der Schritt zum Reinigen und/oder Konditionieren und Texturschritt und der dazwischengeschaltete Spülschritt hintereinander ohne einen dazwischen liegenden Schritt durchgeführt. Sie können in einer bevorzugten Ausführungsform in einer Anlage durchgeführt werden. Dadurch werden Kosten gespart und Handling vermieden.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen rein schematisch und nicht maßstabsgerecht
-
1 bis3 jeweils einen Verfahrensschritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Querschnittsansicht einer jeweiligen Anlage. -
1 bis3 zeigen jeweils einen Verfahrensschritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Querschnittsansicht einer jeweiligen Anlage. Dem Verfahren wird eine Halbleiter-Wafer1 mit einer Oberfläche11 und einer weiteren Oberfläche12 unterzogen. Das Verfahren weist einen Schritt zum Reinigen und/oder Konditionieren der Oberfläche11 (1 ), einen optionalen Spülschritt (2 ) und einen Texturschritt (3 ) auf. - In
1 ist der Schritt zum Reinigen und/oder Konditionieren der Oberfläche11 des Halbleiterwafers1 gezeigt, bei dem die Oberfläche11 mit einer wässrigen Lösung2 d.h. einer Reinigungs- bzw. Konditionierungslösung in Kontakt gebracht wird, die in einem Bad3 der Anlage (nicht gezeigt) enthalten ist. Die Oberfläche11 wird in die wässrige Lösung2 getaucht, die Chlorid-Ionen und ein Oxidationsmittel wie H2O2 oder Ozon enthält. - Nach dem Schritt zum Reinigen und/oder Konditionieren der Oberfläche
11 des Halbleiterwafers1 wird die Oberfläche11 einem optionalen Spülschritt unterzogen, in dem sie in ein weiteres Bad6 getaucht wird, das Reinstwasser4 enthält, wie in2 gezeigt ist. Der Spülschritt kann ein mehrmaliges Eintauchen des Halbleiter-Wafers1 in das weitere Bad6 umfassen. - Nach dem Schritt zum Reinigen und/oder Konditionieren der Oberfläche
11 des Halbleiterwafers1 oder nach dem optionalen Spülschritt wird die Oberfläche11 einem Texturschritt unterzogen, in dem sie in ein noch weiteres, eine Texturlösung5 enthaltendes Bad7 getaucht wird, so dass die Oberfläche11 mit der Texturlösung5 in Kontakt gebracht wird und somit texturiert wird. - In dem gezeigten Verfahren wird die Oberfläche
11 dem Verfahren unterzogen, es können aber auch die Oberfläche11 und die weitere Oberfläche12 dem Verfahren oder einzelnen Verfahrensschritten gleichzeitig unterzogen werden, was hier nicht gezeigt ist. Dergleichen kann nicht nur ein einzelner Halbleiterwafer1 sondern können eine Mehrzahl am Halbleiterwafern1 dem Verfahren oder einzelnen Verfahrensschritten gleichzeitig unterzogen werden. - Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel näher erläutert:
- Beispiel 1:
- Über einen Ozonzusatz in eine wässrige Lösung mit 0,01-10,00 Gew.-% Cl-Ionen Anteil, wie Salzsäure, und 90,00-99,90% Wasser wird die wässrige Lösung
2 als die Reinigungs- bzw. Konditionierungslösung erzeugt, in die ein oder mehrere Halbleiterwafer mit beiden Oberflächen in Kontakt gebracht werden. - Die Temperatur der wässrigen Lösung
2 beträgt 25°C bis 30°C. Nach einer Behandlungsdauer von 10 Minuten werden der oder die Halbleiter-Wafer, einem Spülschritt unterzogen, in dem sie mit Wasser bei einer Temperatur von 25°C bis 30°C gespült werden. Anschließend werden der Halbleiterwafer oder die Halbleiterwafer einem alkalischen Texturschritt unterzogen. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Halbleiterwafer
- 11
- Oberfläche
- 12
- weitere Oberfläche
- 2
- Lösung
- 3
- Bad
- 4
- Wasser
- 5
- Texturlösung
- 6
- weiteres Bad
- 7
- noch weiteres Bad
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102008014166 B3 [0004]
Claims (10)
- Verfahren zur Behandlung eines Halbleiterwafers (1), aufweisend einen Schritt zum Reinigen und/oder Konditionieren einer Oberfläche (11) des Halbleiterwafers (1), bei dem die Oberfläche (11) mit einer wässrigen Lösung (2) in Kontakt gebracht wird, die Chlorid-Ionen und ein Oxidationsmittel enthält.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel aus H2O2 oder Ozon besteht. - Verfahren nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass Chlorid-Ionen aus in der wässrigen Lösung enthaltener HCl (Salzsäure) stammen. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Lösung (2) weiterhin HF (Flusssäure) enthält.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (11) des Halbleiterwafers (1) nach dem Schritt zum Reinigen und/oder Konditionieren der Oberfläche (11) des Halbleiterwafers (1) einem Spülschritt unterzogen wird, in dem sie mit Wasser (4) gespült wird.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (11) des Halbleiterwafers (1) nach dem Schritt zum Reinigen und/oder Konditionieren der Oberfläche (11) des Halbleiterwafers (1) oder nach dem Spülschritt einem Texturschritt unterzogen wird, in dem sie mit einer Texturlösung (5) in Kontakt gebracht wird.
- Verfahren nach
Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterwafer einem Mono-Textur-Schritt unterzogen wird. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Inkontaktbringen der Oberfläche (11) des Halbleiterwafers (1) durch Eintauchen des Halbleiterwafers (1) in ein die wässrige Lösung (2) enthaltendes Bad (3) durchgeführt wird.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterwafer (1) ein Silizium-Wafer ist.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in einer Batch Nassbank oder einer Inline Nassbank durchgeführt wird.
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2020
- 2020-12-04 WO PCT/DE2020/101029 patent/WO2021110220A1/de active Application Filing
- 2020-12-04 CN CN202080093902.8A patent/CN114981931A/zh active Pending
Patent Citations (1)
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---|---|---|---|---|
US20180114691A1 (en) * | 2013-08-07 | 2018-04-26 | SolarWorld Americas, Inc. | Methods for etching as-cut silicon wafers and producing solar cells |
Also Published As
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