JP2013131670A - Semiconductor substrate surface etching apparatus, semiconductor substrate surface etching method for forming asperities on surface using the same, and gas nozzle unit - Google Patents

Semiconductor substrate surface etching apparatus, semiconductor substrate surface etching method for forming asperities on surface using the same, and gas nozzle unit Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor substrate surface etching apparatus which is adaptable to mass production while ClF3, XeF2, BrF3, and BrF5 gases are used; a semiconductor substrate surface etching method for forming asperities on a surface of the substrate by use of the apparatus; and a gas nozzle unit.SOLUTION: The semiconductor substrate surface etching apparatus comprises: a reaction chamber arranged so that the pressure inside it can be reduced to an atmospheric pressure or below; a moving stage to put a semiconductor substrate on, which can be moved in the reaction chamber; a nozzle for blowing an etching gas against a surface of the semiconductor substrate put on the moving stage, provided that the etching gas contains at least one kind of gas selected from the group consisting of ClF3, XeF2, BrF3, and BrF5; and a nozzle for blowing a cooling gas containing a nitrogen gas or an inert gas against the semiconductor substrate put on the moving stage.

Description

本発明は、半導体基板の表面エッチング装置、およびそれを用いて表面に凹凸形状を形成する半導体基板の表面エッチング方法、並びに、ガスノズルユニットに関する。   The present invention relates to a surface etching apparatus for a semiconductor substrate, a method for etching a surface of a semiconductor substrate using the surface etching method, and a gas nozzle unit.

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。   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.

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。   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)といわ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のいず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(特許文献1を参照)。   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) a gas of ClF3, XeF2, BrF3, or BrF5 is introduced into a reaction chamber under an atmospheric pressure atmosphere with a silicon substrate. A method of etching the surface of a silicon substrate by introducing it has been proposed (see Patent Document 1).

特開平10−313128号公報JP-A-10-313128

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。   When reactive ion etching using plasma is used, the surface of the silicon substrate is easily damaged by plasma, which may adversely affect the 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、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ある一定以上上昇すると所望のエッチングができない。また、反応したガスが滞留すると所望のエッチングができない。   On the other hand, the silicon substrate surface can be etched by using ClF3, XeF2, BrF3 and BrF5 gases as described in Patent Document 1, but the etching reaction is an exothermic reaction, and the temperature of the silicon substrate is If it rises above a certain level, the desired etching cannot be performed. If the reacted gas stays, the desired etching cannot be performed.

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、更に常時フレッシュなエッチングガスを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。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、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。   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. Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus for etching a semiconductor substrate surface that can be used for mass production while using a gas that causes an exothermic reaction with a semiconductor substrate as an etching gas, and using a fresh etching gas at all times. Further, when ClF3, XeF2, BrF3 and BrF5 gases are used as etching gases, a certain etching shape can be obtained, but a texture structure suitable for a silicon substrate of a solar cell cannot always 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することで、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する装置を提供することを課題とする。   Therefore, the present invention provides an apparatus for forming an appropriate texture structure for a silicon substrate of a solar cell without damaging the silicon substrate by optimizing an etching gas composition containing ClF3, XeF2, BrF3, and BrF5. This is the issue.

すなわち本発明の第一は、以下に示す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 surface etching apparatus.

[1]減圧可能な反応室と、前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と、前記移動ステージに載置される半導体基板の表面に向けてガスを噴射或いは排気するノズルユニットと、で構成され、前記ノズルユニットは、前記移動ステージに載置される半導体基板表面に向けてエッチングガスを噴射する第1のノズルと、前記移動ステージに載置される半導体基板に向けて冷却ガスを噴射する第2のノズルと、前記第1及び第2のノズルの外側に配置され、前記エッチングガス及び前記冷却ガスを排気するガス排気口と、前記ガス排気口の外側に配置され、前記移動ステージに向けて、前記半導体基板の材質と発熱反応しないガスを噴射するガス供給口と、から構成される、半導体基板の表面エッチング装置。   [1] A reaction chamber capable of reducing pressure, a moving stage capable of transporting a semiconductor substrate in the reaction chamber, and a nozzle unit for injecting or exhausting gas toward the surface of the semiconductor substrate placed on the moving stage. The nozzle unit includes a first nozzle that injects an etching gas toward the surface of the semiconductor substrate placed on the moving stage, and a cooling gas that is injected toward the semiconductor substrate placed on the moving stage A second nozzle, an outer side of the first and second nozzles, a gas exhaust port for exhausting the etching gas and the cooling gas, an outer side of the gas exhaust port, and the moving stage. A semiconductor substrate surface etching apparatus comprising a gas supply port for injecting a gas that does not react exothermically with the material of the semiconductor substrate.

[2]前記エッチングガスは、ClF3,XeF2,BrF3およびBrF5からなる群から選ばれる一以上のガスを含む、[1]に記載の表面エッチング装置。   [2] The surface etching apparatus according to [1], wherein the etching gas includes one or more gases selected from the group consisting of ClF3, XeF2, BrF3, and BrF5.

[3]前記冷却ガスは、窒素ガスまたは不活性ガスを含む、[1]または[2]に記載の表面エッチング装置。   [3] The surface etching apparatus according to [1] or [2], wherein the cooling gas includes nitrogen gas or inert gas.

[4]前記ガス排気口は、前記エッチングガスノズルおよび前記冷却ガスノズルを介した両外側に配置した、[1]〜[3]の何れか一項に記載の表面エッチング装置。   [4] The surface etching apparatus according to any one of [1] to [3], wherein the gas exhaust port is disposed on both outer sides via the etching gas nozzle and the cooling gas nozzle.

[5]前記ガス供給口は、前記排気口の外両側に配置された、窒素ガスまたは不活性ガスを含む、[1]〜[4]の何れか一項に記載の表面エッチング装置。   [5] The surface etching apparatus according to any one of [1] to [4], wherein the gas supply port includes nitrogen gas or inert gas disposed on both outer sides of the exhaust port.

[6]前記反応室内の圧力は、1KPa〜大気圧の範囲に調整可能である、[1]〜[5]の何れか一項に記載の表面エッチング装置。   [6] The surface etching apparatus according to any one of [1] to [5], wherein the pressure in the reaction chamber can be adjusted in a range of 1 KPa to atmospheric pressure.

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の製造方法に関する。   The second of the present invention relates to a method for producing a semiconductor substrate having a concavo-convex shape formed on the surface shown below.

[7]前記[1]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方法であって、減圧された前記反応室内の移動ステージに載置された半導体基板を用意するステップと、前記移動ステージを移動させながら、前記半導体基板にエッチングガスを噴射するノズルからエッチングガスを吹き付けるステップと、前記移動ステージを移動させながら、前記半導体基板に冷却ガスを噴射するノズルから冷却ガスを吹き付けるステップと、前記エッチングガスと前記冷却ガスを排気するステップと、前記エッチングガスと前記冷却ガスと前記排気口までを前記移動ステージに向けてガスカーテンを噴射するステップと、を含む半導体基板の表面エッチング方法。   [7] A method of manufacturing a semiconductor substrate having a concavo-convex shape formed on the surface using the surface etching apparatus of [1], wherein the semiconductor substrate placed on the movable stage in the reaction chamber is decompressed. A step of preparing, a step of spraying an etching gas from a nozzle for injecting an etching gas onto the semiconductor substrate while moving the moving stage, and a nozzle for injecting a cooling gas to the semiconductor substrate while moving the moving stage. A semiconductor comprising: a step of spraying a cooling gas; a step of exhausting the etching gas and the cooling gas; and a step of injecting a gas curtain toward the moving stage up to the etching gas, the cooling gas, and the exhaust port Substrate surface etching method.

[8]前記半導体基板の温度を130℃以下に保持する、[7]に記載の半導体基板の表面エッチング方法。   [8] The method for etching a surface of a semiconductor substrate according to [7], wherein the temperature of the semiconductor substrate is maintained at 130 ° C. or lower.

[9]前記移動ステージを移動させながら、前記半導体基板を振動させる、[7]に記載の半導体基板の表面エッチング方法。   [9] The surface etching method for a semiconductor substrate according to [7], wherein the semiconductor substrate is vibrated while moving the moving stage.

[10]前記半導体基板は、基板面方位(111)のシリコン基板である、[7]に記載の半導体基板の表面エッチング方法。   [10] The surface etching method for a semiconductor substrate according to [7], wherein the semiconductor substrate is a silicon substrate having a substrate surface orientation (111).

本発明の第三は、以下に示すガスノズルユニットに関する。   The third of the present invention relates to the gas nozzle unit shown below.

[11]エッチングガスを噴射する第1のノズルと、冷却ガスを噴射する第2のノズルと、前記第1及び第2のノズルの外側に配置され、前記エッチングガス及び前記冷却ガスを排気するガス排気口と、前記ガス排気口の外側に配置され、前記半導体基板の材質と発熱反応しないガスを噴射するガス供給口と、から構成される、ガスノズルユニット。   [11] A first nozzle that injects an etching gas, a second nozzle that injects a cooling gas, and a gas that is disposed outside the first and second nozzles and exhausts the etching gas and the cooling gas. A gas nozzle unit comprising: an exhaust port; and a gas supply port that is disposed outside the gas exhaust port and injects a gas that does not react exothermically with the material of the semiconductor substrate.

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制御することができるので量産化にも対応できる。   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 controlled, it can cope with mass production.

さらに、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。さらに、一旦吹き付けられたガスが基板と反応した後の反応ガスを滞留させることなく、素早く排気することができるので常にフレッシュなガスで反応させることができる。さらに、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, 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. Furthermore, since the gas once blown can react with the substrate without stagnation of the reaction gas, the gas can be quickly exhausted, so that the reaction can always be performed with a fresh gas. Furthermore, a semiconductor substrate suitable as a solar cell can be preferably provided, and the photoelectric conversion rate of the solar cell can be increased.

本発明の表面エッチング装置の第一の例の概要を示す図であり、図1(a)は、装置を側面から見たときの透視図;図1(b)は、装置を上面から見たときの透視図BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the outline | summary of the 1st example of the surface etching apparatus of this invention, FIG.1 (a) is a perspective view when an apparatus is seen from the side; FIG.1 (b) has seen the apparatus from the upper surface Perspective view of when 本発明の表面エッチング装置の第二の例の概要を示す図The figure which shows the outline | summary of the 2nd example of the surface etching apparatus of this invention 本発明の表面エッチング装置でエッチングしたシリコン基板表面の状態を示す電子顕微鏡写真であり、図3(a)は、本発明の表面エッチング装置でエッチングした、基板方位面(100)のシリコン基板表面の状態を示す電子顕微鏡写真;図3(b)および図3(c)は、本発明の表面エッチング装置でエッチングした、基板方位面(111)のシリコン基板表面の状態を示す電子顕微鏡写真;図3(d)は、アルカリ(KOH)水溶液を用いてエッチングした、基板方位面(100)のシリコン基板表面の状態を示す電子顕微鏡写真を示す図It is an electron micrograph which shows the state of the silicon substrate surface etched with the surface etching apparatus of this invention, Fig.3 (a) is a silicon substrate surface of the substrate orientation surface (100) etched with the surface etching apparatus of this invention. FIG. 3B and FIG. 3C are electron micrographs showing the state of the silicon substrate surface of the substrate orientation plane (111) etched by the surface etching apparatus of the present invention; FIG. (D) is a figure which shows the electron micrograph which shows the state of the silicon substrate surface of a substrate orientation surface (100) etched using alkali (KOH) aqueous solution. 実施例1〜2および比較例(1)のシリコン基板のライフタイム値を示す図The figure which shows the lifetime value of the silicon substrate of Examples 1-2 and comparative example (1) 無処理状態の基板方位面(111)のシリコン基板の光反射率と、本発明の表面エッチング装置でエッチングした基板方位面(111)のシリコン基板(実施例2、図3(b)と図3(c)の光反射率とを示す図The light reflectance of the silicon substrate on the substrate orientation surface (111) in the unprocessed state, and the silicon substrate on the substrate orientation surface (111) etched with the surface etching apparatus of the present invention (Example 2, FIGS. 3B and 3). The figure which shows the light reflectivity of (c). 本発明の表面エッチング装置におけるノズルユニットを示す図The figure which shows the nozzle unit in the surface etching apparatus of this invention 本発明の表面エッチング装置でエッチングしたシリコン基板表面の状態(鳥瞰)を示す電子顕微鏡写真を示す図The figure which shows the electron micrograph which shows the state (bird's eye view) of the silicon substrate surface etched with the surface etching apparatus of this invention 本発明の表面エッチング装置でエッチングしたシリコン基板表面の状態(上面)を示す電子顕微鏡写真を示す図The figure which shows the electron micrograph which shows the state (upper surface) of the silicon substrate surface etched with the surface etching apparatus of this invention

(エッチング装置について)
本発明の表面エッチング装置は、反応室と、半導体基板を搬送可能な移動ステージと、エッチングガスを噴射するノズルと、冷却ガスを噴射するノズルと、それらを排気する排気口と、排気口外側にガスカーテンを噴射するノズルと、を有する。
(About etching equipment)
The surface etching apparatus of the present invention includes a reaction chamber, a movable stage capable of transporting a semiconductor substrate, a nozzle for injecting etching gas, a nozzle for injecting cooling gas, an exhaust port for exhausting them, and an exhaust port outside A nozzle for injecting a gas curtain.

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もでき、減圧条件下にてエッチングプロセスを行うこともできる。エッチングプロセス中の反応室の内部圧力は、1KPa〜大気圧の範囲に調整され、通常10KPa〜大気圧に制御され、好ましくは30KPa〜90KPa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 can be 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 atmospheric pressure, and is usually controlled to 10 KPa to atmospheric pressure, preferably 30 KPa to 90 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が配置される。移動ステージ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と冷却ガスを噴射するノズル)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 for transferring the semiconductor substrate is disposed in the reaction chamber. It is preferable that the moving stage can transport the semiconductor substrate in the reaction chamber, and can adjust the relative positional relationship between a nozzle (a nozzle for injecting an etching gas and a nozzle for injecting a cooling gas), which will be described later, and the semiconductor substrate. . 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 for injecting an etching gas. The etching gas is appropriately selected depending on the material of the semiconductor substrate, etc .; typically, it contains at least one gas of ClF3, XeF2, BrF3, and BrF5. 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)などであってもよい。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。   The etching gas preferably contains a gas containing oxygen atoms in the molecule. The gas containing oxygen atoms is typically oxygen gas (O2), but may be carbon dioxide (CO2) 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 ClF3, XeF2, BrF3, and BrF5 gases.

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。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。   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. 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 and gasifies. 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.

さらに、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よい。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。   Furthermore, the etching gas may contain nitrogen gas or inert gas. If the concentrations of ClF3, XeF2, BrF3 and BrF5 in the etching gas are 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.

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。   The surface etching apparatus of the present invention has a nozzle for injecting a 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).

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。   As described above, ClF3, XeF2, BrF3, and BrF5 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さらに好ましい。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よい。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.

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を2つ以上有していてもよいし、冷却ガスを噴射するノズルを2つ以上有していてもよい。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。エッチングガスを噴射するノズルと冷却ガスを噴射するノズルとは、規則的に配列していることが好ましい。   The surface etching apparatus of the present invention may have two or more nozzles for injecting an etching gas, or may have two or more nozzles 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). It is preferable that the nozzle for injecting the etching gas and the nozzle for injecting the cooling gas are regularly arranged.

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と冷却ガスを噴射するノズルとが交互に配列していてもよい。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と複数の冷却ガスを噴射するノズルとが、繰り返して配置されていてもよい。ただし、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。   For example, nozzles for injecting etching gas and nozzles for injecting cooling gas may be alternately arranged along the transport direction. Or the nozzle which injects etching gas and the nozzle which injects several cooling gas may be arrange | positioned repeatedly along the conveyance direction. 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.

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と、冷却ガスを噴射するノズルと、を挟むように外両側にガス排気口を有する。一旦、半導体基板に吹き付けられたガスが該基板と反応した後の反応ガスを滞留させることなく、素早く排気することができるので、常にフレッシュなガスで反応させることができる(この形態の表面エッチング装置のノズルユニットについては、後述の「ノズルユニットについて」にて詳述する。)。なお、ガス排気口は、ポンプにて排気してもよいし、ファンで排気してもよい。   The surface etching apparatus of the present invention has gas exhaust ports on both outer sides so as to sandwich a nozzle for injecting an etching gas and a nozzle for injecting a cooling gas. Since the gas once blown onto the semiconductor substrate can be quickly exhausted without retaining the reaction gas after reacting with the substrate, it can always be reacted with a fresh gas (a surface etching apparatus of this form The nozzle unit will be described in detail later in “Regarding the nozzle unit”). The gas exhaust port may be exhausted by a pump or exhausted by a fan.

また、各排気口の形状は特に制限されない。   Further, the shape of each exhaust port is not particularly limited.

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と、冷却ガスを噴射するノズルと、その外両側に噴射したガスを排気するガス排気口と、ガス排気口の外両側にガスカーテンを噴出するガス供給口と、を有する。エッチングガスノズル、冷却ガスノズル、ガス排気口及びガス供給口(ガスカーテン)を1つのガスノズルユニットとし、同様のガスノズルユニットを複数個有してもよい。このガス供給口(ガスカーテン)は、ガスノズルユニット外へ噴出ガスの漏洩を防止する役割を有する。   The surface etching apparatus of the present invention includes a nozzle for injecting an etching gas, a nozzle for injecting a cooling gas, a gas exhaust port for exhausting the gas injected on both sides of the nozzle, and gas curtains on both sides of the gas exhaust port. A gas supply port. The etching gas nozzle, the cooling gas nozzle, the gas exhaust port, and the gas supply port (gas curtain) may be one gas nozzle unit, and a plurality of similar gas nozzle units may be provided. This gas supply port (gas curtain) has a role of preventing the leakage of the ejected gas to the outside of the gas nozzle unit.

また、ガス供給口(ガスカーテン)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。   The gas supply port (gas curtain) 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).

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よい。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。   The surface etching apparatus of the present invention may have a nozzle for injecting a mask forming gas. The mask forming gas is preferably a fluorocarbon gas, and examples of the fluorocarbon gas include tetrafluoromethane (CF4) and hexafluoroethane (C2F6). 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.

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よい。さらに、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よい。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よい。   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よいし、基板面方位(111)のシリコン基板であってもよいし、他の基板面方位のシリコン基板であってもよい。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 having a substrate surface orientation (100), a silicon substrate having a substrate surface orientation (111), or a silicon substrate having 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よいし、他の基板に成膜された半導体薄膜であってもよい。   The semiconductor substrate may be a semiconductor wafer or a semiconductor thin film formed on another substrate.

(ノズルユニットについて)
本発明のノズルユニット100は、図6に示す通りである。つまり、本発明のノズルユニット100は、以下の構成部材からなる。
(About the nozzle unit)
The nozzle unit 100 of the present invention is as shown in FIG. That is, the nozzle unit 100 of the present invention includes the following constituent members.

(1)ClF3,XeF2,BrF3およびBrF5を含むエッチングガスを供給するエッチングガス供給ノズル60。   (1) An etching gas supply nozzle 60 that supplies an etching gas containing ClF3, XeF2, BrF3, and BrF5.

(2)エッチングガス供給ノズル60の外側に配置され、かつ、窒素ガスまたは不活性ガスを含む冷却ガスを供給する冷却ガス供給ノズル70。   (2) A cooling gas supply nozzle 70 that is disposed outside the etching gas supply nozzle 60 and supplies a cooling gas containing nitrogen gas or inert gas.

(3)エッチングガス供給ノズル60及び冷却ガス供給ノズル70から供給されるガスを外側に広がらないように排気するガス排気口80。   (3) A gas exhaust port 80 for exhausting the gas supplied from the etching gas supply nozzle 60 and the cooling gas supply nozzle 70 so as not to spread outward.

(4)ガス排気口80の外側に配置され、ガス排気口80から外側にガスの流れが生じないようにガスカーテンするガス供給口90。   (4) A gas supply port 90 that is arranged outside the gas exhaust port 80 and gas curtains so that no gas flows from the gas exhaust port 80 to the outside.

なお、エッチングガス供給ノズル60と冷却ガス供給ノズル70とは一つのノズルでもよく、その場合には、該ノズルに、エッチングガスと冷却ガスを混合させて供給すればよい。   Note that the etching gas supply nozzle 60 and the cooling gas supply nozzle 70 may be a single nozzle. In this case, the etching gas and the cooling gas may be mixed and supplied to the nozzle.

以上のように、ノズルユニットを構成することで、半導体基板1に対し、所望の凹凸形状を精度よく形成することができる。   As described above, by forming the nozzle unit, a desired uneven shape can be formed on the semiconductor substrate 1 with high accuracy.

(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。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セットして、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から冷却ガスを吹き付ける。
(About etching method)
A semiconductor substrate having a concavo-convex shape formed on the surface can be manufactured using the surface etching apparatus of the present invention. Specifically, a semiconductor substrate is set 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, an etching gas is sprayed from a nozzle for injecting an etching gas to the surface of the semiconductor substrate, and a cooling gas is sprayed from a nozzle for injecting a cooling gas.

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.

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よいし、或いはノズルを振動させてもよい。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よいし、3次元方向に移動してもよい。さらに、移動ステージは往復移動をしてもよい。   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 move in a two-dimensional direction or may move in a three-dimensional direction. Furthermore, the moving stage may reciprocate.

図1(a)及び図1(b)には、本発明の表面エッチング装置の第一の例の概要が示される。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. 1A and FIG. 1B show an outline of a first example of the surface etching apparatus of the present invention. FIG. 1 (a) is a perspective view when the device is viewed from the side; FIG. 1 (b) is a perspective view when the device 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、アンロードロック室30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30の内部は、いず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32と、バルブ33と、ゲートバルブ34が設けられている。   The surface etching apparatus shown in FIGS. 1A and 1B includes a load lock chamber 10, a reaction chamber 20, and an unload lock chamber 30. The interiors of the load lock chamber 10, the reaction chamber 20, and the unload lock chamber 30 can all be decompressed. That is, the load lock chamber 10 is provided with a dry pump 12, a valve 13, and a gate valve 14; the unload lock chamber is provided with a dry pump 32, a valve 33, and a gate valve 34.

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に供給されてもよい。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よい。   The semiconductor substrate 1 is supplied from the substrate supply unit 5 to the load lock chamber 10. The semiconductor substrate 1 is placed on a moving stage and supplied to the load lock chamber 10. For example, it may be stored in a container such as a tray and supplied to the load lock chamber 10. About 100 semiconductor substrates 1 may be accommodated in one container.

ロードロック室10から反応室20を経てアンロードロック室30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にセットされた半導体基板1は、ロードロック室10から反応室20を経てアンロードロック室30にまで搬送されることができる。   From the load lock chamber 10 to the unload lock chamber 30 through the reaction chamber 20, a roller transport machine 50 serving as a transport mechanism is provided. The semiconductor substrate 1 set in the roller transfer device 50 can be transferred from the load lock chamber 10 to the unload lock chamber 30 through the reaction chamber 20.

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23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 reaction chamber 20, an etching gas supply nozzle 60 and a cooling gas supply nozzle 70 are provided; gas can be blown onto the surface of the semiconductor substrate 1 transported inside the reaction chamber 20. The etching gas supply nozzle 60 and the cooling gas supply nozzle 70 are provided alternately along the transport direction. Further, the reaction chamber 20 is provided with a dry pump 22 and a valve 23, and the gas generated by the etching reaction can be exhausted.

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30にまで一方向に半導体基板1を搬送してもよいが、往復移動させながら(図において左右に移動させながら)搬送してもよい。   The roller transporter 50 may transport the semiconductor substrate 1 in one direction from the load lock chamber 10 to the unload lock chamber 30, but may transport it while reciprocating (moving left and right in the drawing). .

アンロードロック室30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。同時に反応したガスや余分なガスを排出する。その後、半導体基板1’は、必要に応じて水素ガス雰囲気下で残留したフッ素成分を除去するための処理を施されてもよい。例えば、高温アニールを施されたり、プラズマ処理を施されたりする。   The semiconductor substrate 1 ′ transferred to the unload lock chamber 30 is discharged to the substrate discharge unit 35 and collected. A desired uneven shape is formed on the surface of the semiconductor substrate 1 ′ facing the nozzles (the etching gas supply nozzle 60 and the cooling gas supply nozzle 70). At the same time, the reacted gas and excess gas are discharged. Thereafter, the semiconductor substrate 1 ′ may be subjected to a treatment for removing the fluorine component remaining in the hydrogen gas atmosphere as necessary. For example, high-temperature annealing is performed or plasma treatment is performed.

図2には、本発明の表面エッチング装置の第二の例の概要が示される。図2には、表面エッチング装置の反応室の内部の概要だけが示されている。搬送機構となる円盤状の移動ステージ3に、複数の半導体基板1が載置されている。ステージ3は、回転することで半導体基板を移動させることができる(矢印方向参照)。ステージ3の回転方向の回転中心から、放射状にエッチングガス供給ノズル60と、冷却ガス供給ノズル70とが配置されている。ステージ3を回転させながら、エッチングガスと冷却ガスとを半導体基板1の表面に吹き付けることができる。半導体基板1の表面に所望の凹凸形状が形成されたら、必要に応じて水素ガス雰囲気下で残留したフッ素成分を除去するための処理を施してもよい。   FIG. 2 shows an outline of a second example of the surface etching apparatus of the present invention. FIG. 2 shows only the outline inside the reaction chamber of the surface etching apparatus. A plurality of semiconductor substrates 1 are placed on a disk-shaped moving stage 3 that serves as a transport mechanism. The stage 3 can move the semiconductor substrate by rotating (see the arrow direction). Etching gas supply nozzles 60 and cooling gas supply nozzles 70 are arranged radially from the rotation center of the rotation direction of the stage 3. Etching gas and cooling gas can be sprayed onto the surface of the semiconductor substrate 1 while rotating the stage 3. When a desired concavo-convex shape is formed on the surface of the semiconductor substrate 1, a treatment for removing the fluorine component remaining in the hydrogen gas atmosphere may be performed as necessary.

[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30〜90Kpa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500cc,O2ガス2000cc,及びN2ガス5000ccを含むエッチングガスを1分間かけて吹き付けた後、さらにN2ガス5000ccを1分間かけてシリコン基板表面に吹き付けて冷却した。このサイクルを3回繰り返した。ClF3ガスを吹き付けられたシリコン基板は、基板温度が60℃を超える辺りで急激に発熱して温度上昇していく傾向がある。そのため、基板温度がその変位温度(約60℃)にまで達しないように、1分間サイクルで加工を実施した。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3(a)に示す。図3(a)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 30 to 90 Kpa. An etching gas containing ClF3 gas 500 cc, O2 gas 2000 cc, and N2 gas 5000 cc is sprayed on the surface of the silicon substrate set in the reaction chamber for 1 minute, and then N2 gas 5000 cc is applied to the silicon substrate surface over 1 minute. Sprayed to cool. This cycle was repeated three times. The silicon substrate to which the ClF 3 gas is sprayed tends to generate heat suddenly and rise in temperature when the substrate temperature exceeds 60 ° C. Therefore, processing was performed in a cycle of 1 minute so that the substrate temperature did not reach its displacement temperature (about 60 ° C.). As a result, an optical micrograph of the obtained silicon substrate surface is shown in FIG. As shown in FIG. 3A, it can be seen that a quadrangular pyramidal hole is formed on the substrate surface.

次に、図3(a)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いう。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. The measurement was performed after the surface of the semiconductor substrate 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 irradiated laser light, level 2 (injection amount: 1E14 / cm2) and level 3 (injection amount: 1E15 / cm2). The measurement result of the lifetime is shown in FIG.

[実施例2]
本発明の表面エッチング装置を用いて、基板方位面(111)のシリコン基板表面に凹凸形状を形成した。加工条件は、実施例1と同様であり、反応室内にセットされたシリコン基板の表面に、ClF3ガス500cc,O2ガス2000cc,及びN2ガス5000ccを含むエッチングガスを1分間かけて吹き付けた後、さらにN2ガス5000ccを1分間かけてシリコン基板表面に吹き付けて冷却した。このサイクルを3回繰り返した。その表面の光学顕微鏡写真を図3(b)及び図3(c)に示す。
[Example 2]
Using the surface etching apparatus of the present invention, an uneven shape was formed on the silicon substrate surface of the substrate orientation plane (111). The processing conditions are the same as in Example 1, and after spraying an etching gas containing 500 cc of ClF3 gas, 2000 cc of O2 gas, and 5000 cc of N2 gas over the surface of the silicon substrate set in the reaction chamber, N2 gas 5000 cc was sprayed on the silicon substrate surface for 1 minute to cool. This cycle was repeated three times. Optical micrographs of the surface are shown in FIGS. 3 (b) and 3 (c).

図3(b)は、基板表面を斜め上方から写した光学顕微鏡写真であり;図3(c)は、断面の光学顕微鏡写真である。図3(b)及び図3(c)に示されるように、基板表面に三角錐上の凸部が形成されていることがわかる。図3(b)に示されるシリコン基板のライフタイムを、上記と同様の手法で測定した。その結果を図4に示す。   FIG. 3 (b) is an optical micrograph showing the substrate surface obliquely from above; FIG. 3 (c) is a cross-sectional optical micrograph. As shown in FIGS. 3B and 3C, it can be seen that convex portions on the triangular pyramid are formed on the substrate surface. The lifetime of the silicon substrate shown in FIG. 3B was measured by the same method as described above. The result is shown in FIG.

さらに、図3(b)及び図3(c)に示されるシリコン基板の光反射率と、エッチング前の(無処理の)シリコン(111)基板の光反射率とを測定した。その結果を図5に示す。図5に示されるように、全波長領域で、図3(b)及び図3(c)に示されるシリコン基板の光反射率は低減しており、光を取り込みやすくなっていることがわかる。特に波長500nm〜1000nmの範囲において、エッチング前のシリコン基板の反射率は約35%以上であるのに対して、図3(b)及び図3(c)に示されるシリコン基板の光反射率は約14%にまで低減していることがわかる。   Further, the light reflectance of the silicon substrate shown in FIGS. 3B and 3C and the light reflectance of the silicon (111) substrate before etching (untreated) were measured. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 5, it can be seen that the light reflectance of the silicon substrate shown in FIGS. 3B and 3C is reduced in all wavelength regions, making it easier to capture light. In particular, in the wavelength range of 500 nm to 1000 nm, the reflectance of the silicon substrate before etching is about 35% or more, whereas the light reflectance of the silicon substrate shown in FIGS. 3B and 3C is It turns out that it has reduced to about 14%.

[実施例3]
本発明の表面エッチング装置を用いて、基板方位面(111)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30〜90Kpa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300cc,O2ガス300cc,及びN2ガス10000ccを含むエッチングガスを3分間かけて吹き付け、同時に両サイドから排気を行い、一旦基板に吹き付けられたガスが基板と反応した後の反応ガスを滞留させることなく、素早く排気することができるので常にフレッシュなガスで反応させることを行った。
[Example 3]
Using the surface etching apparatus of the present invention, an uneven shape was formed on the silicon substrate surface of the substrate orientation plane (111). First, a silicon substrate was set in the reaction chamber, and the internal pressure of the reaction chamber was maintained at 30 to 90 Kpa. An etching gas containing 300 cc of ClF3 gas, 300 cc of O2 gas, and 10000 cc of N2 gas is blown over the surface of the silicon substrate set in the reaction chamber over 3 minutes, and exhausted from both sides at the same time. Since the reaction gas after reacting with the substrate can be quickly exhausted without retaining the reaction gas, the reaction was always performed with a fresh gas.

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7及び図8に示す。図7及び図8に示されるように、基板表面に三角錘状の孔、ピラミッド状の凹部が形成されていることがわかる。   As a result, optical microscope photographs of the obtained silicon substrate surface are shown in FIGS. As shown in FIGS. 7 and 8, it can be seen that triangular pyramidal holes and pyramid-shaped recesses are formed on the substrate surface.

これは、面方位111以外の100、101等の比較的エッチングされ易い面方位からエッチングされる特性が如実に出ている。   This clearly shows the characteristic of being etched from a surface orientation that is relatively easy to be etched such as 100, 101, etc. other than the surface orientation 111.

[比較例(1)]
従来のアルカリ(KOH)水溶液を用いた一般的なウェットエッチング法で、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。すなわち、HF洗浄、アルカリ(KOH)溶液、フッ硝酸などのウエットプロセスを経て形成する。その表面の光学顕微鏡写真を図3(d)に示す。図3(d)に示されるように、基板表面にピラミッド状の凸部が形成されていることがわかる。図3(d)に示されるシリコン基板のライフタイムを、上記と同様の手法で測定した。その結果を図4に示す。
[Comparative Example (1)]
A concavo-convex shape was formed on the silicon substrate surface of the substrate orientation surface (100) by a general wet etching method using a conventional aqueous solution of alkali (KOH). That is, it is formed through a wet process such as HF cleaning, an alkali (KOH) solution, or hydrofluoric acid. An optical micrograph of the surface is shown in FIG. As shown in FIG. 3D, it can be seen that pyramidal protrusions are formed on the substrate surface. The lifetime of the silicon substrate shown in FIG. 3D was measured by the same method as described above. The result is shown in FIG.

図4には、実施例1〜2及び比較例(1)のシリコン基板のライフタイム値が示される。それぞれ左側の棒グラフはレベル2としたときの値であり;右側の棒グラフはレベル3としたときの値である。図4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、比較例(1)のシリコン基板のライフタイム値とほぼ匹敵していることがわかる。一方、実施例2のシリコン基板のライフタイム値は、比較例(1)よりも顕著に高まっていることがわかる。   FIG. 4 shows lifetime values of the silicon substrates of Examples 1 and 2 and Comparative Example (1). The left bar graph is the value at level 2; the right bar graph is the value at level 3. As shown in FIG. 4, it can be seen that the lifetime value of the silicon substrate of Example 1 is almost comparable to the lifetime value of the silicon substrate of Comparative Example (1). On the other hand, it can be seen that the lifetime value of the silicon substrate of Example 2 is significantly higher than that of Comparative Example (1).

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。さらに、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。   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. Furthermore, by optimizing the composition of the etching gas, it is possible to form a fine uneven texture structure on the surface of the semiconductor substrate that has not been realized; the light reflectance can be reduced and the lifetime can be improved. . Therefore, it can be particularly suitably applied to a solar cell manufacturing process.

1 半導体基板
60 エッチングガス供給ノズル
70 冷却ガス供給ノズル
80 ガス排気口
90 ガス供給口
100 ノズルユニット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 60 Etching gas supply nozzle 70 Cooling gas supply nozzle 80 Gas exhaust port 90 Gas supply port 100 Nozzle unit

Claims (11)

減圧可能な反応室と、
前記反応室の内部において半導体基板を搬送可能な移動ステージと、
前記移動ステージに載置される半導体基板の表面に向けてガスを噴射或いは排気するノズルユニットと、で構成され、
前記ノズルユニットは、
前記移動ステージに載置される半導体基板表面に向けてエッチングガスを噴射する第1のノズルと、
前記移動ステージに載置される半導体基板に向けて冷却ガスを噴射する第2のノズルと、
前記第1及び第2のノズルの外側に配置され、前記ガスを排気するガス排気口と、
前記ガス排気口の外側に配置され、前記移動ステージに向けて、前記半導体基板の材質と発熱反応しないガスを噴射するガス供給口と、から構成されること、
を特徴とする、半導体基板の表面エッチング装置。
A reaction chamber capable of depressurization;
A moving stage capable of transporting a semiconductor substrate inside the reaction chamber;
A nozzle unit that injects or exhausts gas toward the surface of the semiconductor substrate placed on the moving stage;
The nozzle unit is
A first nozzle for injecting an etching gas toward a semiconductor substrate surface mounted on the moving stage;
A second nozzle for injecting a cooling gas toward the semiconductor substrate placed on the moving stage;
A gas exhaust port disposed outside the first and second nozzles for exhausting the gas;
A gas supply port that is disposed outside the gas exhaust port and injects a gas that does not generate an exothermic reaction with the material of the semiconductor substrate toward the moving stage;
An apparatus for etching a surface of a semiconductor substrate.
前記エッチングガスは、ClF3,XeF2,BrF3及びBrF5からなる群から選ばれる一以上のガスを含む、請求項1に記載の表面エッチング装置。   The surface etching apparatus according to claim 1, wherein the etching gas includes one or more gases selected from the group consisting of ClF 3, XeF 2, BrF 3, and BrF 5. 前記冷却ガスは、窒素ガスまたは不活性ガスを含む、請求項1または2に記載の表面エッチング装置。   The surface etching apparatus according to claim 1, wherein the cooling gas includes nitrogen gas or inert gas. 前記ガス排気口は、前記エッチングガスと前記冷却ガスの外両側に配置された、請求項1〜3の何れか一項に記載の表面エッチング装置。   The said gas exhaust port is a surface etching apparatus as described in any one of Claims 1-3 arrange | positioned at the outer both sides of the said etching gas and the said cooling gas. 前記ガス供給口は、前記排気口の外両側に配置された、窒素ガスまたは不活性ガスを含む、請求項1〜4の何れか一項に記載の表面エッチング装置。   The surface etching apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the gas supply port includes nitrogen gas or inert gas disposed on both outer sides of the exhaust port. 前記反応室の内部の圧力は、大気圧〜100KPaの範囲に調整可能である、請求項1〜5の何れか一項に記載の表面エッチング装置。   The surface etching apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein a pressure inside the reaction chamber can be adjusted in a range of atmospheric pressure to 100 KPa. 請求項1の表面エッチング装置を用いて、表面に凹凸形状を形成する半導体基板の表面エッチング方法であって、
減圧された前記反応室の内部の移動ステージに載置された半導体基板を用意するステップと、
前記移動ステージを移動させながら、前記半導体基板にエッチングガスを噴射するノズルからエッチングガスを吹き付けるステップと、
前記移動ステージを移動させながら、前記半導体基板に冷却ガスを噴射するノズルから冷却ガスを吹き付けるステップと、
前記エッチングガスと前記冷却ガスを排気するステップと、
前記エッチングガスと前記冷却ガスと前記排気口までを前記移動ステージに向けてガスカーテンを噴射するステップと、を含む半導体基板の表面エッチング方法。
A method for etching a surface of a semiconductor substrate, wherein the surface etching apparatus according to claim 1 is used to form an uneven shape on the surface.
Preparing a semiconductor substrate placed on a moving stage inside the reaction chamber that has been decompressed;
Spraying an etching gas from a nozzle for injecting an etching gas onto the semiconductor substrate while moving the moving stage; and
Spraying cooling gas from a nozzle that injects cooling gas onto the semiconductor substrate while moving the moving stage;
Exhausting the etching gas and the cooling gas;
Spraying a gas curtain toward the moving stage up to the etching gas, the cooling gas, and the exhaust port.
前記半導体基板の温度を130℃以下に保持する、請求項7に記載の半導体基板の表面エッチング方法。   The method for etching a surface of a semiconductor substrate according to claim 7, wherein the temperature of the semiconductor substrate is maintained at 130 ° C. or lower. 前記移動ステージを移動させながら、前記半導体基板を振動させる、請求項7に記載の半導体基板の表面エッチング方法。   The method for etching a surface of a semiconductor substrate according to claim 7, wherein the semiconductor substrate is vibrated while moving the moving stage. 前記半導体基板は、基板面方位(111)のシリコン基板である、請求項7に記載の表面エッチング装置。   The surface etching apparatus according to claim 7, wherein the semiconductor substrate is a silicon substrate having a substrate surface orientation (111). エッチングガスを噴射する第1のノズルと、
冷却ガスを噴射する第2のノズルと、
前記第1及び第2のノズルの外側に配置され、前記ガスを排気するガス排気口と、
前記ガス排気口の外側に配置され、前記半導体基板の材質と発熱反応しないガスを噴射するガス供給口と、から構成されること、
を特徴とする、ガスノズルユニット。
A first nozzle for injecting an etching gas;
A second nozzle for injecting cooling gas;
A gas exhaust port disposed outside the first and second nozzles for exhausting the gas;
A gas supply port that is disposed outside the gas exhaust port and injects a gas that does not exothermically react with the material of the semiconductor substrate;
A gas nozzle unit.
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