JP2013004710A - Surface etching device for semiconductor substrate, and method of manufacturing semiconductor substrate having uneven shape formed on the surface thereof by using the surface etching device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体基板の表面エッチング装置、および表面に凹凸形状が形成された半導体基板を製造する方法に関する。 The present invention relates to a surface etching apparatus for a semiconductor substrate and a method for manufacturing a semiconductor substrate having a concavo-convex shape formed on the surface.
シリコン太陽電池(光電変換素子)などにおいて、シリコン基板の受光面にテクスチャと称される凹凸形状を設けて、入射光の反射を抑え、かつシリコン基板に取り込んだ光を外部に漏らさないようにしている。シリコン基板の表面へのテクスチャ形成は、一般的にアルカリ(KOH)水溶液をエッチャントとするウェットプロセスにより行われている。ウェットプロセスによるテクスチャ形成は、後処理としてフッ化水素による洗浄工程や、熱処理工程などが必要とされる。そのため、シリコン基板表面を汚染する恐れがあるばかりか、コスト面からも不利な点があった。 In silicon solar cells (photoelectric conversion elements), etc., an uneven shape called texture is provided on the light receiving surface of the silicon substrate to suppress reflection of incident light and prevent leakage of light taken into the silicon substrate to the outside. Yes. Texture formation on the surface of a silicon substrate is generally performed by a wet process using an alkaline (KOH) aqueous solution as an etchant. Texture formation by a wet process requires a cleaning process using hydrogen fluoride, a heat treatment process, and the like as post-processing. For this reason, there is a risk of contaminating the surface of the silicon substrate, and there is a disadvantage in terms of cost.
一方で、シリコン基板の表面へのテクスチャ形成をドライプロセスにて行う方法も提案されている。例えば、1)プラズマによる反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching)と呼ばれる手法を用いる方法、2)シリコン基板のある大気圧雰囲気下の反応室に、ClF3,XeF2,BrF3およびBrF5の何れかのガスを導入することで、シリコン基板表面をエッチングする方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 On the other hand, a method for forming a texture on the surface of a silicon substrate by a dry process has also been proposed. For example, 1) a method using a method called reactive ion etching using plasma, and 2) any of ClF 3 , XeF 2 , BrF 3, and BrF 5 in a reaction chamber under atmospheric pressure with a silicon substrate. A method of etching the surface of a silicon substrate by introducing such a gas has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、プラズマによる反応性イオンエッチングを用いると、シリコン基板の表面がプラズマによってダメージを受けやすく、デバイス(例えば太陽電池)としての性能に悪影響を及ぼすことがあった。また、プラズマ発生装置などが必要なため、装置コストが高くなるという問題もあった。 However, when reactive ion etching using plasma is used, the surface of the silicon substrate is easily damaged by plasma, which may adversely affect performance as a device (for example, a solar cell). In addition, since a plasma generator or the like is required, there is a problem that the cost of the apparatus increases.
一方で、上記特許文献1に記載のように、ClF3,XeF2,BrF3およびBrF5のガスを用いることでシリコン基板表面をエッチングすることができるが、そのエッチング反応は発熱反応であり、シリコン基板の温度が上昇すると所望のエッチングができない。そのため、エッチング工程と冷却工程とを繰り返しながらシリコン基板表面をエッチングしなければならず、量産化に適した方法ではない面があった。そこで本発明は、半導体基板と発熱反応を起こすガスをエッチングガスとして用いつつ、量産化に対応可能な半導体基板表面をエッチングする装置を提供することを課題とする。 On the other hand, the silicon substrate surface can be etched by using ClF 3 , XeF 2 , BrF 3, and BrF 5 gases as described in Patent Document 1, but the etching reaction is an exothermic reaction, When the temperature of the silicon substrate rises, the desired etching cannot be performed. Therefore, the surface of the silicon substrate has to be etched while repeating the etching process and the cooling process, and there is a surface that is not a method suitable for mass production. Therefore, an object of the present invention is to provide an apparatus for etching a surface of a semiconductor substrate that can be used for mass production while using a gas that causes an exothermic reaction with the semiconductor substrate as an etching gas.
また、ClF3,XeF2,BrF3およびBrF5のガスをエッチングガスとすると、一定のエッチング形状は得られるものの、例えば、フッ素や塩素成分が基板表面に残留することで必ずしも太陽電池のシリコン基板にとって適切なテクスチャ構造を得ることはできない場合があった。 Further, when a gas of ClF 3 , XeF 2 , BrF 3 and BrF 5 is used as an etching gas, a certain etching shape can be obtained. However, for example, a fluorine or chlorine component remains on the substrate surface, so that it is not necessarily a silicon substrate of a solar cell. In some cases, an appropriate texture structure could not be obtained.
そこで本発明は、ClF3,XeF2,BrF3およびBrF5を含むエッチングガス組成を好適化した後に、連続的に同一装置で後処理を施すことによってシリコン基板にダメージを与えることなく、太陽電池のシリコン基板にとって適切なテクスチャ構造を形成した装置を提供することを課題とする。 Accordingly, the present invention provides a solar cell without damaging a silicon substrate by optimizing an etching gas composition containing ClF 3 , XeF 2 , BrF 3, and BrF 5 , and then continuously performing post-processing with the same apparatus. It is an object of the present invention to provide an apparatus having a texture structure suitable for a silicon substrate.
すなわち本発明の第一は、以下に示す半導体基板の表面エッチング装置に関する。 That is, the first of the present invention relates to the following semiconductor substrate surface etching apparatus.
大気圧以下に減圧可能な反応室と、上記反応室内において半導体基板を搬送可能な移動ステージAと、上記反応室内に配置される上記半導体基板の表面に向けてエッチングガスを噴射するノズルAと、上記反応室内に配置される上記半導体基板に向けて冷却ガスを噴射するノズルBと、大気圧以下に減圧可能であり、かつ上記反応室よりも下流側に設けられる洗浄室と、上記洗浄室内において上記半導体基板を搬送可能とする移動ステージBと、上記洗浄室内に配置される上記半導体基板の表面に向けて洗浄用液体材料を噴射するノズルaと、上記洗浄室内に配置される上記半導体基板に向けて乾燥用ガスを噴射するノズルbと、を有する半導体基板の表面エッチング装置。 A reaction chamber that can be depressurized below atmospheric pressure, a moving stage A capable of transporting a semiconductor substrate in the reaction chamber, a nozzle A that jets an etching gas toward the surface of the semiconductor substrate disposed in the reaction chamber, A nozzle B for injecting a cooling gas toward the semiconductor substrate disposed in the reaction chamber; a cleaning chamber that can be depressurized to an atmospheric pressure or lower and provided downstream of the reaction chamber; A moving stage B that can transport the semiconductor substrate, a nozzle a that ejects a cleaning liquid material toward the surface of the semiconductor substrate disposed in the cleaning chamber, and the semiconductor substrate disposed in the cleaning chamber. A semiconductor substrate surface etching apparatus comprising: a nozzle b that injects a drying gas toward the semiconductor substrate.
また、本発明の第二は、以下に示す表面に凹凸形状が形成された半導体基板表面の製造方法に関する。 A second aspect of the present invention relates to a method for producing a semiconductor substrate surface having a concavo-convex shape formed on the surface as described below.
減圧された反応室内に半導体基板を準備し、上記反応室内に配置された移動ステージを移動させながら、上記移動ステージ上に載置された上記半導体基板の表面にエッチングガスを吹き付け、次いで、上記移動ステージを移動させながら上記半導体基板の表面に冷却ガスを吹き付けた後、上記半導体基板を大気圧以下に減圧された洗浄室に移動させ、上記半導体基板の表面に洗浄用液体材料を吹き付けた後、上記半導体基板を移動させ、次いで、
上記半導体基板の表面に乾燥用ガスを噴射する方法。
A semiconductor substrate is prepared in a reduced-pressure reaction chamber, and an etching gas is sprayed on the surface of the semiconductor substrate placed on the moving stage while moving the moving stage arranged in the reaction chamber, and then the moving After spraying a cooling gas on the surface of the semiconductor substrate while moving the stage, the semiconductor substrate is moved to a cleaning chamber whose pressure is reduced to atmospheric pressure or less, and a cleaning liquid material is sprayed on the surface of the semiconductor substrate. Moving the semiconductor substrate, then
A method of spraying a drying gas onto the surface of the semiconductor substrate.
本発明の半導体基板の表面エッチング装置によれば、半導体基板の表面を効率的にドライエッチングすることができる。しかも、プロセス中の半導体基板の温度上昇を抑制することができるので量産化にも対応できる。更に、エッチングガスの組成を好適化することで、これまで実現されなかった微細凹凸のテクスチャ構造を半導体基板表面に形成することができる。 According to the semiconductor substrate surface etching apparatus of the present invention, the surface of the semiconductor substrate can be efficiently dry etched. In addition, since the temperature rise of the semiconductor substrate during the process can be suppressed, it can cope with mass production. Furthermore, by optimizing the composition of the etching gas, it is possible to form a texture structure with fine irregularities that has not been realized so far on the surface of the semiconductor substrate.
更に、エッチング終了後に基板表面に洗浄用液体材料を噴射することで表面に付着した不純物成分を除去することができる。更に好適には、太陽電池として適切な半導体基板を提供することができ、太陽電池の光電変換率を高めることができる。 Furthermore, the impurity component adhering to the surface can be removed by spraying the cleaning liquid material onto the substrate surface after the etching is completed. More preferably, a semiconductor substrate suitable as a solar cell can be provided, and the photoelectric conversion rate of the solar cell can be increased.
1.半導体基板の表面エッチング装置について
本発明の半導体基板の表面エッチング装置(以下、単に「表面エッチング装置」と言う場合もある。)は、反応室と、上記反応室内の半導体基板を搬送可能な移動ステージAと、エッチングガスを噴射するノズルAと、冷却ガスを噴射するノズルBと、上記反応室に連結する洗浄室と、洗浄室内の半導体基板を搬送可能な移動ステージBと、洗浄用液体材料を噴射するノズルaと、乾燥用ガスを噴射するノズルbとを有する。
1. Semiconductor substrate surface etching apparatus The semiconductor substrate surface etching apparatus of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “surface etching apparatus”) includes a reaction chamber and a movable stage capable of transporting the semiconductor substrate in the reaction chamber. A, a nozzle A for injecting an etching gas, a nozzle B for injecting a cooling gas, a cleaning chamber connected to the reaction chamber, a moving stage B capable of transporting a semiconductor substrate in the cleaning chamber, and a cleaning liquid material It has the nozzle a which injects, and the nozzle b which injects the gas for drying.
本発明の表面エッチング装置の反応室の内部は減圧状態にすることができ、減圧条件下にてエッチングプロセスを行う。エッチングプロセス中の反応室の内部圧力は、1KPa〜100KPaの範囲に調整され、通常10KPa〜90KPaに制御され、好ましくは30KPa〜60KPaに制御される。 The inside of the reaction chamber of the surface etching apparatus of the present invention can be in a reduced pressure state, and the etching process is performed under reduced pressure conditions. The internal pressure of the reaction chamber during the etching process is adjusted to a range of 1 KPa to 100 KPa, and is usually controlled to 10 KPa to 90 KPa, preferably 30 KPa to 60 KPa.
反応室内には、半導体基板を搬送するための移動ステージAが配置される。移動ステージAは反応室内において、半導体基板を搬送することができ、後述のノズル(エッチングガスを噴射するノズルAと冷却ガスを噴射するノズルB)と半導体基板との相対位置関係を調整することができることが好ましい。それにより、半導体基板表面の所望の位置に、ノズルからのガスが吹き付けられる。 A moving stage A for transporting the semiconductor substrate is disposed in the reaction chamber. The moving stage A can transport the semiconductor substrate in the reaction chamber, and can adjust the relative positional relationship between the semiconductor substrate and a later-described nozzle (nozzle A for injecting etching gas and nozzle B for injecting cooling gas) and the semiconductor substrate. Preferably it can be done. Thereby, the gas from a nozzle is sprayed on the desired position of the semiconductor substrate surface.
本発明の表面エッチング装置は、エッチングガスを噴射するノズルAを有する。エッチングガスは、半導体基板の材質などによって適宜選択されるが;典型的には、ClF3,XeF2,BrF3およびBrF5のうちの少なくとも一つのガスを含む。これらのガス分子は、半導体基板の表面に物理吸着して、エッチングサイトに移動する。エッチングサイトに到達したガス分子は分解し、半導体材料(典型的にはシリコン)と反応して揮発性のフッ素化合物を生成する。それにより、半導体基板表面がエッチングされ、凹凸形状が形成される。 The surface etching apparatus of the present invention has a nozzle A for injecting an etching gas. The etching gas is appropriately selected depending on the material of the semiconductor substrate and the like; typically, it contains at least one gas of ClF 3 , XeF 2 , BrF 3 and BrF 5 . These gas molecules are physically adsorbed on the surface of the semiconductor substrate and move to the etching site. Gas molecules that have reached the etching site are decomposed and react with a semiconductor material (typically silicon) to produce a volatile fluorine compound. As a result, the surface of the semiconductor substrate is etched to form an uneven shape.
エッチングガスには、その分子内に酸素原子を含有するガスが含まれていることが好ましい。酸素原子を含有するガスとは、典型的には酸素ガス(O2)であるが、二酸化炭素(CO2)などであっても良い。エッチングガスにおける酸素原子含有ガスの濃度(体積濃度)は、ClF3,XeF2,BrF3およびBrF5のガスの合計濃度の2倍以上であることが好ましい。エッチングガスに酸素原子含有ガスを含ませることで、太陽電池のテクスチャ構造として適切な凹凸形状を、半導体基板表面に形成することができる。 The etching gas preferably contains a gas containing oxygen atoms in the molecule. The gas containing oxygen atoms is typically oxygen gas (O 2 ), but may be carbon dioxide (CO 2 ) or the like. The concentration (volume concentration) of the oxygen atom-containing gas in the etching gas is preferably at least twice the total concentration of ClF 3 , XeF 2 , BrF 3 and BrF 5 gases. By including an oxygen atom-containing gas in the etching gas, it is possible to form an uneven shape suitable for the texture structure of the solar cell on the surface of the semiconductor substrate.
その理由は、必ずしも明らかではないが、例えばClF3ガスがシリコン表面に物理吸着すると、シリコンと反応してSiF4となってガス化する。このとき、シリコンネットワーク構造のダングリングボンドに酸素原子がターミネートすることで、Si−O結合が部分的に構成される。それにより、エッチングされやすい領域(Si−Si)と、エッチングされにくい領域(Si−O)とができる。そのエッチングレートの差でケミカルな反応が促進され、形状制御が可能となると考えられる。 The reason is not necessarily clear, but for example, when ClF 3 gas is physically adsorbed on the silicon surface, it reacts with silicon and becomes SiF 4 to be gasified. At this time, oxygen atoms are terminated in the dangling bonds of the silicon network structure, so that Si—O bonds are partially configured. Thereby, a region (Si—Si) that is easily etched and a region (Si—O) that is difficult to etch are formed. It is considered that the chemical reaction is promoted by the difference in the etching rate and the shape can be controlled.
更に、エッチングガスには窒素ガスまたは不活性ガスが含まれていても良い。エッチングガスにおけるClF3,XeF2,BrF3およびBrF5の濃度が高すぎると、等方的にエッチングが進行しやすい場合があり、半導体基板表面に所望の凹凸形状が得られないことがある。そのため、窒素ガスまたは不活性ガスを希釈ガスとして混合させる場合がある。 Further, the etching gas may contain nitrogen gas or inert gas. If the concentration of ClF 3 , XeF 2 , BrF 3, and BrF 5 in the etching gas is too high, etching may proceed isotropically, and a desired uneven shape may not be obtained on the surface of the semiconductor substrate. Therefore, nitrogen gas or inert gas may be mixed as a dilution gas.
また、本発明の表面エッチング装置は、冷却ガスを噴射するノズルBを有する。冷却ガスとは、半導体基板の材質と発熱反応しないガスであればよく、窒素ガスや不活性ガス(ヘリウムガスやアルゴンガスなど)などが例示される。前述の通り、ClF3,XeF2,BrF3およびBrF5は半導体と反応するが、その反応は発熱反応であるため、半導体基板温度が上昇する。半導体基板温度が上昇すると、等方的にエッチングが進行しやすくなり、半導体基板表面に所望の凹凸形状が得られない。そのため、エッチング反応によって発熱した半導体基板に冷却ガスを吹き付けることで、半導体基板を冷却する。 Moreover, the surface etching apparatus of this invention has the nozzle B which injects cooling gas. The cooling gas may be any gas that does not exothermically react with the material of the semiconductor substrate, and examples thereof include nitrogen gas and inert gas (such as helium gas and argon gas). As described above, ClF 3 , XeF 2 , BrF 3 and BrF 5 react with the semiconductor, but since the reaction is an exothermic reaction, the semiconductor substrate temperature rises. When the temperature of the semiconductor substrate rises, etching is likely to proceed isotropically, and a desired uneven shape cannot be obtained on the surface of the semiconductor substrate. Therefore, the semiconductor substrate is cooled by spraying a cooling gas on the semiconductor substrate that has generated heat by the etching reaction.
半導体基板の温度は、130℃以下に保持されることが好ましく、100℃以下に保持されることがより好ましく、80℃以下に保持されることが更に好ましい。一方、半導体基板の温度は、噴射されるエッチングガスの沸点以上に保持されていれば良い。例えばClF3の沸点は約12℃であるので、ClF3を用いる場合には、半導体基板の温度を12℃以上に保持する。 The temperature of the semiconductor substrate is preferably maintained at 130 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or lower, and further preferably 80 ° C. or lower. On the other hand, the temperature of the semiconductor substrate should just be hold | maintained more than the boiling point of the etching gas injected. For example, since the boiling point of ClF 3 is about 12 ° C., the temperature of the semiconductor substrate is kept at 12 ° C. or higher when using ClF 3 .
更に、本発明の表面エッチング装置は、エッチングガスを噴射するノズルAを2つ以上有していても良いし、冷却ガスを噴射するノズルBを2つ以上有していても良い。各ノズルの配列は、特に限定されないものの、搬送方向(半導体基板の相対移動方向、より具体的には、移動ステージの移動方向)に沿って配列されていることが好ましい。 Furthermore, the surface etching apparatus of the present invention may have two or more nozzles A for injecting an etching gas, or may have two or more nozzles B for injecting a cooling gas. The arrangement of the nozzles is not particularly limited, but is preferably arranged along the transport direction (the relative movement direction of the semiconductor substrate, more specifically, the movement direction of the moving stage).
このとき、エッチングガスを噴射するノズルAと冷却ガスを噴射するノズルBとは、規則的に配列していることが好ましい。例えば、搬送方向に沿って、エッチングガスを噴射するノズルAと冷却ガスを噴射するノズルBとが交互に配列していても良い。或いは、搬送方向に沿って、エッチングガスを噴射するノズルAと複数の冷却ガスを噴射するノズルBとが、繰り返して配置されていても良い。 At this time, it is preferable that the nozzle A for injecting the etching gas and the nozzle B for injecting the cooling gas are regularly arranged. For example, nozzles A for injecting etching gas and nozzles B for injecting cooling gas may be alternately arranged along the transport direction. Alternatively, the nozzle A for injecting the etching gas and the nozzle B for injecting the plurality of cooling gases may be repeatedly arranged along the transport direction.
但し、通常は、2つのエッチングガスを噴射するノズルが連続して配列されないことが好ましい。 However, it is usually preferable that the nozzles for injecting two etching gases are not arranged in succession.
また、各ノズルの形状は特に制限されないが、半導体基板表面の広面積にガスを吹き付けることができるように、ノズルの吐出口にむかって末広がりになっていると好ましい場合がある。 Further, the shape of each nozzle is not particularly limited, but it may be preferable that the nozzle is widened toward the nozzle outlet so that gas can be blown over a large area of the surface of the semiconductor substrate.
また、本発明の表面エッチング装置は、マスク形成用ガスを噴射するノズルを有していても良い。マスク形成用ガスはフッ化炭素ガスであることが好ましく、フッ化炭素ガスの例には4フッ化メタン(CF4)や、6フッ化エタン(C2F6)などが含まれる。マスク形成用ガスの分子が半導体基板表面に吸着すると、その吸着部分はエッチングされにくくなる。そのため、選択的に半導体基板表面をエッチングすることができ、所望の凹凸形状を得られやすくなることがある。 Moreover, the surface etching apparatus of this invention may have a nozzle which injects the gas for mask formation. The mask forming gas is preferably a fluorocarbon gas. Examples of the fluorocarbon gas include tetrafluoromethane (CF 4 ) and hexafluoroethane (C 2 F 6 ). When the molecules of the mask forming gas are adsorbed on the surface of the semiconductor substrate, the adsorbed portion becomes difficult to be etched. Therefore, the surface of the semiconductor substrate can be selectively etched, and a desired uneven shape may be easily obtained.
また、処理後の基板表面にはエッチングガスの成分や雰囲気中の不純物成分が吸着したままの状態が部分的に残留するため、エッチング処理後には、速やかに表面を純水で表面を洗浄し乾燥することが望ましい。洗浄用純水が噴射するノズルaと乾燥用ノズルbが交互に配置されていても良い。或いは、搬送方向に沿って、洗浄用純水を噴射するノズルaと複数の乾燥用ガスを噴射するノズルbとが、繰り返して配置されていても良い。但し、通常は、2つの洗浄用ノズルが連続して配列されないことが好ましい。 In addition, since the etching gas components and the impurity components in the atmosphere remain partially adsorbed on the substrate surface after the treatment, the surface is immediately cleaned with pure water and dried after the etching treatment. It is desirable to do. The nozzles a and the drying nozzles b from which the cleaning pure water is jetted may be alternately arranged. Or the nozzle a which injects the pure water for washing | cleaning, and the nozzle b which injects several drying gas along the conveyance direction may be arrange | positioned repeatedly. However, it is usually preferable that the two cleaning nozzles are not arranged in succession.
エッチングで加工された基板表面には、例えば、ClF3の場合、シリコン基板表面に接触することで、2Si+4ClF3→3SiF4↑+2Cl2↑のように、シリコンと発熱反応が発生する。このようにして、シリコンのフッ化化合物と塩素のように揮発性ガスがエッチングを進行させるが、エッチングガスの供給を停止した場合でも、基板表面に到達し、未反応のClF3ガスが応物理的に吸着したフッ素や塩素成分がエッチング反応を進行させ、液化することでエッチング形状を制御できない。 In the case of ClF 3 , for example, in the case of ClF 3 , the substrate surface processed by etching causes an exothermic reaction with silicon as 2Si + 4ClF 3 → 3SiF 4 ↑ + 2Cl 2 ↑. In this way, volatile gases such as silicon fluoride and chlorine advance the etching, but even when the supply of the etching gas is stopped, it reaches the substrate surface, and unreacted ClF 3 gas is generated in response to the physical reaction. The fluorine or chlorine component adsorbed on the surface advances the etching reaction and liquefies, so that the etching shape cannot be controlled.
連続的に例えば、純水で表面を洗浄することでこの残留成分を除去することで、表面のフッ素を除去することがエッチング形状の制御性に効果的である。 It is effective for the controllability of the etching shape to remove fluorine on the surface by removing this residual component by continuously washing the surface with pure water, for example.
本発明の表面エッチング装置によって、表面に凹凸形状を形成される半導体基板とは、典型的にはシリコン基板であるが、ゲルマニウム基板、シリコンカーバイドなどであっても良い。更に、表面エッチングされる基板は、半導体基板以外のサファイア基板などであっても良い。また、シリコン基板は、通常は単結晶シリコンであるが、多結晶シリコンであっても、アモルファスシリコンであっても良い。 The semiconductor substrate having a concavo-convex shape formed on the surface by the surface etching apparatus of the present invention is typically a silicon substrate, but may be a germanium substrate, silicon carbide, or the like. Furthermore, the substrate whose surface is etched may be a sapphire substrate other than the semiconductor substrate. The silicon substrate is usually single crystal silicon, but may be polycrystalline silicon or amorphous silicon.
単結晶シリコン基板は、基板面方位(100)のシリコン基板であっても良いし、基板面方位(111)のシリコン基板であっても良いし、他の基板面方位のシリコン基板であっても良い。基板面方位(111)のシリコン基板を、従来のアルカリ水溶液を用いたウェットプロセスによるエッチングを行うと、基板表面に凹凸形状を形成できず、単に表面が等方的にエッチングされる。ところが、本発明の表面エッチング装置によれば、基板面方位(111)のシリコン基板にも、基板表面に凹凸形状を形成することができるという特徴がある。 The single crystal silicon substrate may be a silicon substrate with a substrate surface orientation (100), a silicon substrate with a substrate surface orientation (111), or a silicon substrate with another substrate surface orientation. good. When a silicon substrate having a substrate surface orientation (111) is etched by a conventional wet process using an alkaline aqueous solution, the uneven surface cannot be formed on the substrate surface, and the surface is simply isotropically etched. However, according to the surface etching apparatus of the present invention, the silicon substrate having the substrate surface orientation (111) can also be formed with uneven shapes on the substrate surface.
半導体基板は、半導体ウェハであっても良いし、他の基板に成膜された半導体薄膜であっても良い。 The semiconductor substrate may be a semiconductor wafer or a semiconductor thin film formed on another substrate.
2.エッチング方法について
本発明の表面エッチング装置を用いて、表面に凹凸形状が形成された半導体基板を製造することができる。
2. Etching Method Using the surface etching apparatus of the present invention, a semiconductor substrate having a concavo-convex shape formed on the surface can be manufactured.
具体的には、本発明の表面エッチング装置に半導体基板を準備して、反応室内を減圧する。その後、移動ステージにセットした半導体基板を、ノズルに対して相対移動させる。半導体基板を相対移動させながら、半導体基板の表面に、エッチングガスを噴射するノズルAからエッチングガスを吹き付け、かつ、冷却ガスを噴射するノズルBから冷却ガスを吹き付ける。 Specifically, a semiconductor substrate is prepared in the surface etching apparatus of the present invention, and the pressure in the reaction chamber is reduced. Thereafter, the semiconductor substrate set on the moving stage is moved relative to the nozzle. While relatively moving the semiconductor substrate, the etching gas is sprayed from the nozzle A that jets the etching gas and the cooling gas is blown from the nozzle B that jets the cooling gas to the surface of the semiconductor substrate.
冷却ガスを吹き付けることで、半導体基板の温度を130℃以下、好ましくは100℃以下、より好ましくは80℃以下に保持する。 By blowing the cooling gas, the temperature of the semiconductor substrate is maintained at 130 ° C. or lower, preferably 100 ° C. or lower, more preferably 80 ° C. or lower.
このとき、移動ステージで半導体基板を移動させながら、半導体基板を振動させても良いし、或いはノズルを振動させても良い。それにより、より微細な凹凸形状が半導体基板の表面に形成されうる。また、半導体基板の相対移動は、一方向である必要はなく、2次元方向に移動しても良いし、3次元方向に移動しても良い。更に、移動ステージは往復移動をしても良い。 At this time, the semiconductor substrate may be vibrated while the semiconductor substrate is moved by the moving stage, or the nozzle may be vibrated. Thereby, a finer uneven shape can be formed on the surface of the semiconductor substrate. Further, the relative movement of the semiconductor substrate does not have to be in one direction, and may be moved in a two-dimensional direction or may be moved in a three-dimensional direction. Furthermore, the moving stage may reciprocate.
図1には、本発明の表面エッチング装置の概要が示される。同図において、図1(a)は、装置を側面から見たときの透視図であり、図1(b)は、装置を上面から見たときの透視図である。 FIG. 1 shows an outline of the surface etching apparatus of the present invention. 1A is a perspective view when the apparatus is viewed from the side, and FIG. 1B is a perspective view when the apparatus is viewed from the top.
図1(a)及び図1(b)に示される表面エッチング装置は、ロードロック室10と、反応室20と、洗浄室30と、アンロードロック室40とを有する。ロードロック室10と、反応室20と、アンロードロック室40の内部は、何れも減圧されることができる。つまり、ロードロック室10には、ドライポンプ12と、バルブ13と、ゲートバルブ14が設けられ、アンロードロック室には、ドライポンプ12と、バルブ13と、ゲートバルブ14が設けられている。洗浄室30内部は大気圧を維持する。
The surface etching apparatus shown in FIGS. 1A and 1B includes a
ロードロック室10には、基板供給部5から半導体基板1が供給される。半導体基板1は、移動ステージに載置されてロードロック室10に供給される。例えば、トレイなどの容器などに収容されてロードロック室10に供給されても良い。1つの容器に、100枚程度の半導体基板1が収容されていても良い。
The semiconductor substrate 1 is supplied from the substrate supply unit 5 to the
ロードロック室10から反応室20、洗浄室30を経てアンロードロック室40にまで、搬送機構となるローラ搬送機50が設けられている。ローラ搬送機50に載置された半導体基板1は、ロードロック室10から反応室20及び洗浄室30を経てアンロードロック室40にまで搬送させることができる。
A
反応室20には、エッチングガス供給ノズル60と、冷却ガス供給ノズル70とが設けられており、反応室20の内部で搬送される半導体基板1の表面に、ガスを吹き付けることができる。エッチングガス供給ノズル60と冷却ガス供給ノズル70とは、搬送方向に沿って、交互に設けられている。また、反応室20にはドライポンプ22と、バルブ13とが設けられており、エッチング反応で発生したガスなどを排気することができる。
In the
ローラ搬送機50は、ロードロック室10からアンロードロック室40にまで一方向に半導体基板1を搬送しても良いが、往復移動させながら(図において左右に移動させながら)搬送しても良い。
The
アンロードロック室40にまで搬送された半導体基板1は、基板排出部35に排出されて回収される。半導体基板1のノズル(エッチングガス供給ノズル60と冷却ガス供給ノズル70)と対向する表面には、所望の凹凸形状が形成されている。その後、半導体基板1は、純水洗浄下で残留したフッ素成分を除去するための処理を施す。また、この純水の代わりに高温アニールを施されたり、プラズマ処理を施されたりしても良い。
The semiconductor substrate 1 transported to the unload
[実施例1]
本発明の表面エッチング装置を用いて、基板方位面(100)のシリコン基板表面に凹凸形状を形成した。まず、反応室内にシリコン基板をセットして、反応室の内圧を90Kpaに維持した。反応室内にセットされたシリコン基板の表面に、ClF3ガス773cc、N2ガス23000ccを含むエッチングガスを3分間かけて吹き付けた。このエッチング前に希HF溶液でのウエット処理のある場合とない場合、更にエッチング後に純水洗浄をする場合としない場合での処理を実施し表面のXPS分析を実施し残留の組成分析を実施した。その結果、得られたシリコン基板表面の光学顕微鏡写真を図2に示す。図2(B)に示されるように、基板表面に四角錘状の孔が形成されていることがわかる。
[Example 1]
Using the surface etching apparatus of the present invention, an uneven shape was formed on the silicon substrate surface of the substrate orientation surface (100). First, a silicon substrate was set in the reaction chamber, and the internal pressure of the reaction chamber was maintained at 90 Kpa. An etching gas containing 773 cc of ClF 3 gas and 23000 cc of N 2 gas was sprayed over the surface of the silicon substrate set in the reaction chamber for 3 minutes. Before and after the etching, the case where there was a wet treatment with a dilute HF solution, and the case where the pure water was washed after the etching, and the case where the pure water was washed were performed, and the XPS analysis of the surface was performed, and the residual composition analysis was performed. . As a result, an optical micrograph of the obtained silicon substrate surface is shown in FIG. As shown in FIG. 2B, it can be seen that a quadrangular pyramidal hole is formed on the surface of the substrate.
次に、図3に示されるシリコン基板のライフタイムを測定した。測定は、半導体基板1の表面をヨウ素パッシベーション(ヨウ素/エタノール法)をした後に行った。ライフタイムとは、半導体基板の表面及び内部で発生した過剰キャリア(電子又は正孔)が、再結合により消滅し所定値まで減少するまでの時間を言う。ライフタイムの測定は、μ−PCD法(マイクロ波光導電率減衰法)によって行った。測定装置は、LTA−1510(KOBELCO科研)を用いた。具体的な測定条件は、マイクロ波プローブの周波数10GHz,レーザー波長904nmとした。照射したレーザー光は2種であり、レベル2(注入量:1E14/cm2)と、レベル3(注入量::1E15/cm2)とした。ライフタイムの測定結果を図4に示す。 Next, the lifetime of the silicon substrate shown in FIG. 3 was measured. The measurement was performed after the surface of the semiconductor substrate 1 was subjected to iodine passivation (iodine / ethanol method). The lifetime refers to the time until excess carriers (electrons or holes) generated on and inside the semiconductor substrate disappear due to recombination and decrease to a predetermined value. The lifetime was measured by the μ-PCD method (microwave photoconductivity decay method). As a measuring apparatus, LTA-1510 (KOBELCO Kaken) was used. The specific measurement conditions were a microwave probe frequency of 10 GHz and a laser wavelength of 904 nm. There were two types of laser light irradiated, level 2 (injection amount: 1E14 / cm 2 ) and level 3 (injection amount: 1E15 / cm 2 ). The measurement result of the lifetime is shown in FIG.
図3に実施例1のシリコン基板のライフタイム値が示される。図3に示されるように、実施例1のシリコン基板のライフタイム値は、従来のウエット処理によるライフタイム値とほぼ匹敵していることがわかる。 FIG. 3 shows lifetime values of the silicon substrate of Example 1. As shown in FIG. 3, it can be seen that the lifetime value of the silicon substrate of Example 1 is almost equal to the lifetime value obtained by the conventional wet process.
本発明の表面エッチング装置によれば、半導体基板の表面を効率的にドライエッチングすることができる。しかも、プロセス中の半導体基板の温度上昇を抑制することができるので量産化にも対応できる。また、ドライエッチング後に連続的に洗浄処理を施すことによって残留のエッチング成分を除去することができエッチング形状の制御性を向上させることができる。 According to the surface etching apparatus of the present invention, the surface of the semiconductor substrate can be efficiently dry etched. In addition, since the temperature rise of the semiconductor substrate during the process can be suppressed, it can cope with mass production. Further, by performing a cleaning process continuously after dry etching, residual etching components can be removed, and the controllability of the etching shape can be improved.
更に、エッチングガスの組成を好適化することで、これまで実現されなかった微細凹凸のテクスチャ構造を半導体基板表面に形成することができ;光反射率を低減し、ライフタイムを向上させることができる。よって、太陽電池の製造プロセスに、特に好適に応用されうる。 Furthermore, by optimizing the composition of the etching gas, it is possible to form a texture structure with fine irregularities that has not been realized so far on the surface of the semiconductor substrate; it is possible to reduce the light reflectance and improve the lifetime. . Therefore, it can be particularly suitably applied to a solar cell manufacturing process.
1 半導体基板
5 基板供給部
10 ロードロック室
12 ドライポンプ
13 バルブ
14 ゲートバルブ
20 反応室
22 ドライポンプ
30 洗浄室
40 アンロードロック室
32 ドライポンプ
35 基板排出部
50 ローラ搬送機
60 エッチングガス供給ノズル
70 冷却ガス供給ノズル
80 洗浄用液体供給ノズル
90 乾燥用ガスノズル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 5
Claims (15)
上記反応室内において半導体基板を搬送可能な移動ステージAと、
上記反応室内に配置される上記半導体基板の表面に向けてエッチングガスを噴射するノズルAと、
上記反応室内に配置される上記半導体基板に向けて冷却ガスを噴射するノズルBと、
大気圧以下に減圧可能であり、かつ上記反応室よりも下流側に設けられる洗浄室と、
上記洗浄室内において上記半導体基板を搬送可能とする移動ステージBと、
上記洗浄室内に配置される上記半導体基板の表面に向けて洗浄用液体材料を噴射するノズルaと、
上記洗浄室内に配置される上記半導体基板に向けて乾燥用ガスを噴射するノズルbと を有すること、
を特徴とする半導体基板の表面エッチング装置。 A reaction chamber that can be depressurized below atmospheric pressure;
A moving stage A capable of transporting a semiconductor substrate in the reaction chamber;
A nozzle A for injecting an etching gas toward the surface of the semiconductor substrate disposed in the reaction chamber;
A nozzle B for injecting a cooling gas toward the semiconductor substrate disposed in the reaction chamber;
A cleaning chamber that can be depressurized to an atmospheric pressure or lower and provided downstream of the reaction chamber;
A moving stage B that enables the semiconductor substrate to be transported in the cleaning chamber;
A nozzle a for injecting a cleaning liquid material toward the surface of the semiconductor substrate disposed in the cleaning chamber;
A nozzle b for injecting a drying gas toward the semiconductor substrate disposed in the cleaning chamber,
An apparatus for etching a surface of a semiconductor substrate.
請求項1に記載の表面エッチング装置。 The etching gas includes one or more gases selected from the group consisting of ClF 3 , XeF 2 , BrF 3, and BrF 5 .
The surface etching apparatus according to claim 1.
請求項1〜4の何れか一項に記載の表面エッチング装置。 A nozzle for injecting a mask forming gas containing a fluorocarbon gas toward the surface of the semiconductor substrate placed on the moving stage;
The surface etching apparatus as described in any one of Claims 1-4.
上記反応室内に配置された移動ステージを移動させながら、上記移動ステージ上に載置された上記半導体基板の表面にエッチングガスを吹き付け、次いで、
上記移動ステージを移動させながら上記半導体基板の表面に冷却ガスを吹き付けた後、
上記半導体基板を大気圧以下に減圧された洗浄室に移動させ、
上記半導体基板の表面に洗浄用液体材料を吹き付けた後、上記半導体基板を移動させ、次いで、
上記半導体基板の表面に乾燥用ガスを噴射すること、
を特徴とする凹凸形状が形成された半導体基板を製造する方法。 Prepare a semiconductor substrate in the reaction chamber under reduced pressure,
While moving the moving stage disposed in the reaction chamber, an etching gas is sprayed on the surface of the semiconductor substrate placed on the moving stage, and then
After spraying a cooling gas on the surface of the semiconductor substrate while moving the moving stage,
Move the semiconductor substrate to a cleaning chamber depressurized below atmospheric pressure,
After spraying a cleaning liquid material on the surface of the semiconductor substrate, the semiconductor substrate is moved, and then
Spraying a drying gas onto the surface of the semiconductor substrate;
A method for manufacturing a semiconductor substrate having a concavo-convex shape formed thereon.
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JPWO2014208353A1 (en) * | 2013-06-24 | 2017-02-23 | 三菱電機株式会社 | Method for manufacturing substrate for solar power generation apparatus and apparatus for manufacturing substrate for solar power generation apparatus |
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- 2011-06-16 JP JP2011133972A patent/JP2013004710A/en not_active Withdrawn
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