JP2016092228A - Etchant, method for manufacturing semiconductor substrate, semiconductor substrate and solar cell - Google Patents

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伸 大八木
Noboru Ohyagi
伸 大八木
義輝 鎌田
Yoshiteru Kamata
義輝 鎌田
斎田 利典
Toshinori Saida
利典 斎田
成明 赤木
Nariaki Akagi
成明 赤木
山本 裕三
Yuzo Yamamoto
裕三 山本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an etchant which prevents metal ion contamination to reduce the number of liquid exchange times of an etchant and also capable of forming a suitable uneven structure (surface quality, shininess, uniformity, shape) less in collapse or the like when an uneven structure having a projecting portion of a pyramid shape is formed on a semiconductor substrate, and is also preferable in an etching amount and the storage stability of an etchant.SOLUTION: An etchant is an alkaline etchant for forming an uneven structure having a projecting portion of a pyramid shape on the surface of a semiconductor substrate, and contains an alkaline agent and an aminocarboxylic acid chelate compound.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、エッチング液、半導体基板の製造方法、半導体基板および太陽電池に関する。   The present invention relates to an etching solution, a method for manufacturing a semiconductor substrate, a semiconductor substrate, and a solar cell.

近年、エッチング処理により半導体基板の表面に凹凸を形成させる技術が種々提案されている。例えば、太陽電池の発電効率を高めるために、太陽電池用半導体基板の表面に凹凸を形成させ、基板表面からの入射光を効率良く基板内部に取り込む方法が用いられている。   In recent years, various techniques for forming irregularities on the surface of a semiconductor substrate by etching treatment have been proposed. For example, in order to increase the power generation efficiency of a solar cell, a method is used in which irregularities are formed on the surface of a solar cell semiconductor substrate and incident light from the substrate surface is efficiently taken into the substrate.

基板表面に微細な凹凸を均一に形成する方法として、例えば、単結晶シリコン基板の(100)面を、水酸化ナトリウムおよびイソプロピルアルコール(IPA)の混合水溶液を用いて異方エッチング処理し、(111)面で構成されるピラミッド形状(四角錐状)の凹凸を形成させる方法が知られている。   As a method for uniformly forming fine irregularities on the substrate surface, for example, the (100) surface of a single crystal silicon substrate is anisotropically etched using a mixed aqueous solution of sodium hydroxide and isopropyl alcohol (IPA), and (111 There is known a method of forming a pyramid shape (quadrangular pyramid) asperity composed of a) surface.

しかしながら、この方法は、IPAの揮発による品質の変動、廃液処理、作業環境、安全性などの点で問題がある。また高温・長時間での処理が必要であるため、生産性の点でも改善が求められていた。   However, this method has problems in terms of quality fluctuation due to volatilization of IPA, waste liquid treatment, work environment, safety, and the like. In addition, since treatment at high temperature and long time is required, improvement in productivity was also demanded.

異方エッチング処理にIPAを使用しない半導体基板の製造方法として、特許文献1に、1分子中に少なくとも1個のカルボキシル基を有する炭素数1以上12以下のカルボン酸及びその塩からなる群から選択される少なくとも1種と、シリコンとを含むアルカリ性のエッチング液を用いて半導体基板をエッチングし、該半導体基板の表面に凹凸構造を形成することを特徴とする半導体基板の製造方法、が開示されている。   As a method for manufacturing a semiconductor substrate that does not use IPA for anisotropic etching, Patent Document 1 selects from a group consisting of carboxylic acids having at least one carboxyl group in one molecule and having 1 to 12 carbon atoms and salts thereof. Disclosed is a method for manufacturing a semiconductor substrate, characterized in that an uneven structure is formed on a surface of the semiconductor substrate by etching the semiconductor substrate using an alkaline etchant containing at least one selected from the group consisting of silicon and silicon. Yes.

しかしながら、特許文献1記載のエッチング液は、液交換なしにエッチング処理をし続けると、すぐに液が劣化し、所望の凹凸構造を得られない。凹凸構造に異常があると、半導体基板の光吸収効率が低下し、太陽電池においては発電効率の低下の原因となる。従ってこれまでは、所望の凹凸構造を得るために頻繁にエッチング液を交換しなければならず、作業性やコストの面で欠点があった。   However, if the etching solution described in Patent Document 1 continues to be etched without liquid replacement, the solution immediately deteriorates and a desired uneven structure cannot be obtained. If there is an abnormality in the concavo-convex structure, the light absorption efficiency of the semiconductor substrate is lowered, which causes a decrease in power generation efficiency in the solar cell. Therefore, until now, in order to obtain a desired concavo-convex structure, the etching solution has to be frequently replaced, which has disadvantages in terms of workability and cost.

国際公開第2007/129555号公報International Publication No. 2007/129555

上記欠点に鑑み、エッチング液の液交換回数を減らす観点から、本発明者らは、エッチング液の金属イオン汚染に着目した。   In view of the above drawbacks, the present inventors have focused on the metal ion contamination of the etching solution from the viewpoint of reducing the number of times of exchanging the etching solution.

本発明の課題は、半導体基板に凸部がピラミッド形状の凹凸構造を形成するにあたり、金属イオン汚染を防止してエッチング液の液交換回数を少なくし、且つ、崩れなどの少ない好適な凹凸構造(面質、テカリ、均一度、形状)を形成可能であり、エッチング量やエッチング液の保存安定性についても好適なエッチング液を提供することである。   An object of the present invention is to form a concavo-convex structure having a pyramid-shaped convex portion on a semiconductor substrate. It is to provide an etching solution suitable for the etching amount and the storage stability of the etching solution.

本発明は、上記課題を解決するものであり、
[1]半導体基板の表面に凸部がピラミッド形状の凹凸構造を形成するためのアルカリ性のエッチング液であって、アルカリ剤とアミノカルボン酸系キレート化合物とを含む、エッチング液、
[2]前記[1]記載のエッチング液を用いて、半導体基板の表面に凸部がピラミッド形状の凹凸構造を形成するエッチング工程を含む、半導体基板の製造方法、
[3]前記[2]記載の製造方法により製造される、半導体基板、
[4]前記[3]記載の半導体基板を備える、太陽電池、に関する。
The present invention solves the above problems,
[1] An alkaline etchant for forming a pyramidal concavo-convex structure on the surface of a semiconductor substrate, comprising an alkaline agent and an aminocarboxylic acid chelate compound,
[2] A method for producing a semiconductor substrate, comprising an etching step in which a convex-concave structure having a pyramid shape is formed on the surface of the semiconductor substrate using the etching solution according to [1],
[3] A semiconductor substrate manufactured by the manufacturing method according to [2] above,
[4] A solar cell comprising the semiconductor substrate according to [3].

本発明によれば、半導体基板に凸部がピラミッド形状の凹凸構造を形成するにあたり、金属イオン汚染を防止してエッチング液の液交換回数を少なくし、且つ、崩れなどの少ない好適な凹凸構造を形成可能であり、エッチング量やエッチング液の保存安定性についても好適なエッチング液を提供することができる。   According to the present invention, when forming a concavo-convex structure with convex portions on a semiconductor substrate, a suitable concavo-convex structure that prevents metal ion contamination, reduces the number of times the etchant is exchanged, and is less likely to collapse. An etching solution that can be formed and that is suitable for the etching amount and the storage stability of the etching solution can also be provided.

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.

一般に、エッチング槽はSUS製であり、80℃以上のアルカリ溶液を使うことが多い。このため、エッチング液は、SUSからの金属イオンの汚染を受ける。また、エッチング液は、配管材料からの金属イオン汚染を受けることもある。この金属イオン汚染により、エッチング液中に鉄、銅、ニッケルなどの金属イオンが存在すると、エッチング異常をきたし、その結果ピラミッド形状異常や過剰溶解など、凹凸構造の形成に悪影響をおよぼすことがわかった。   Generally, the etching tank is made of SUS, and an alkaline solution at 80 ° C. or higher is often used. For this reason, the etching solution is contaminated with metal ions from SUS. In addition, the etching solution may be subjected to metal ion contamination from the piping material. It has been found that due to this metal ion contamination, if metal ions such as iron, copper, and nickel are present in the etching solution, etching abnormalities are caused, and as a result, the formation of uneven structures such as pyramid shape abnormalities and excessive dissolution is adversely affected. .

そこで本発明者らは、エッチング液の金属イオン汚染を防止するため、アルカリ性のエッチング液にキレート化合物を用いることを検討した。そして、鋭意研究を重ねた結果、アルカリ性のエッチング液にアミノカルボン酸系キレート化合物を用いることで、エッチング液の金属イオン汚染を防止しつつも、良好な凹凸構造を形成できることを見出した。   Therefore, the present inventors have examined the use of a chelate compound in an alkaline etching solution in order to prevent metal ion contamination of the etching solution. As a result of intensive studies, it was found that an excellent concavo-convex structure can be formed while using an aminocarboxylic acid chelate compound in an alkaline etching solution while preventing metal ion contamination of the etching solution.

即ち、本発明のエッチング液は、アルカリ剤とアミノカルボン酸系キレート化合物とを含む。また、任意に、本発明のエッチング液は、スルホン酸化合物、ケイ酸、リグニンスルホン酸などを含んでいても良い。   That is, the etching solution of the present invention contains an alkali agent and an aminocarboxylic acid chelate compound. Optionally, the etching solution of the present invention may contain a sulfonic acid compound, silicic acid, lignin sulfonic acid and the like.

本発明のエッチング液は、アルカリ剤を含む。アルカリ剤は、本発明のエッチング液で基板表面をエッチングした際に、ピラミッド状の凹凸を基板表面に形成させるために必要な成分である。   The etching solution of the present invention contains an alkaline agent. The alkali agent is a component necessary for forming pyramidal irregularities on the substrate surface when the substrate surface is etched with the etching solution of the present invention.

アルカリ剤の種類は特に限定されない。有機アルカリ剤および無機アルカリ剤のいずれも使用することができる。有機アルカリ剤としては、例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド等の第4級アンモニウム塩、アルカノールアミン等が好ましい。無機アルカリ剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等のアルカリ金属やアルカリ土類金属の水酸化物が好ましく、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムが特に好ましい。これらアルカリ剤は単独で用いてもよく、2種以上混合して使用してもよい。   The kind of alkaline agent is not particularly limited. Either an organic alkali agent or an inorganic alkali agent can be used. As the organic alkali agent, for example, a quaternary ammonium salt such as tetramethylammonium hydroxide, an alkanolamine and the like are preferable. As the inorganic alkali agent, alkali metal or alkaline earth metal hydroxides such as sodium hydroxide, potassium hydroxide and calcium hydroxide are preferable, and sodium hydroxide or potassium hydroxide is particularly preferable. These alkali agents may be used alone or in combination of two or more.

アルカリ剤のグレードは特に限定されないが、半導体グレード、電子材料用グレード、一般工業用グレードなどが使用できる。一般工業用グレードは、廉価であるが、アルカリ剤中の金属イオン濃度が他グレードに比べ高いことが常である。このようなものであっても、アミノカルボン酸系キレート化合物により金属イオン汚染が低減されるため、使用することができる。   The grade of the alkali agent is not particularly limited, but semiconductor grade, electronic material grade, general industrial grade, and the like can be used. The general industrial grade is inexpensive, but the metal ion concentration in the alkaline agent is usually higher than other grades. Even such a thing can be used because metal ion contamination is reduced by the aminocarboxylic acid chelate compound.

本発明のエッチング液中のアルカリ剤の濃度は特に限定されない。耐久性の観点から、本発明のエッチング液中のアルカリ剤の濃度は、0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%以上がより好ましく、1質量%以上がさらに好ましい。エッチング量の安定化の観点から、本発明のエッチング液中のアルカリ剤の濃度は、25質量%以下が好ましく、15質量%以下がより好ましく、10質量%以下がさらに好ましい。即ち、本発明のエッチング液中のアルカリ剤の濃度は、0.1〜25質量%が好ましく、0.5〜15質量%がより好ましく、1〜10質量%であることがさらに好ましい。   The concentration of the alkaline agent in the etching solution of the present invention is not particularly limited. From the viewpoint of durability, the concentration of the alkaline agent in the etching solution of the present invention is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, and further preferably 1% by mass or more. From the viewpoint of stabilizing the etching amount, the concentration of the alkaline agent in the etching solution of the present invention is preferably 25% by mass or less, more preferably 15% by mass or less, and further preferably 10% by mass or less. That is, the concentration of the alkaline agent in the etching solution of the present invention is preferably 0.1 to 25% by mass, more preferably 0.5 to 15% by mass, and further preferably 1 to 10% by mass.

本発明のエッチング液は、アミノカルボン酸系キレート化合物を含む。キレート化合物とは液中の金属イオンと安定的な錯体を形成し、液中での金属イオンの影響を低減させる化合物である。   The etching solution of the present invention contains an aminocarboxylic acid chelate compound. A chelate compound is a compound that forms a stable complex with metal ions in the liquid and reduces the influence of the metal ions in the liquid.

アミノカルボン酸系キレート化合物としては、好適なピラミッド形状を形成する観点から、1分子中に少なくとも1個のカルボキシル基を有する炭素数13〜24のアミノカルボン酸またはこれらの塩が好ましい。このようなアミノカルボン酸は、ジエチレントリアミンペンタ酢酸、トリエチレンテトラアミンヘキサ酢酸、シクロヘキサンジアミンテトラ酢酸、ジアミノヘキサンテトラ酢酸、グリコールエーテルジアミンテトラ酢酸およびこれらの塩などが挙げられる。この中でもジエチレントリアミンペンタ酢酸またはこの塩が好ましい。   As the aminocarboxylic acid-based chelate compound, an aminocarboxylic acid having 13 to 24 carbon atoms having at least one carboxyl group in one molecule or a salt thereof is preferable from the viewpoint of forming a suitable pyramid shape. Examples of such aminocarboxylic acids include diethylenetriaminepentaacetic acid, triethylenetetraaminehexaacetic acid, cyclohexanediaminetetraacetic acid, diaminohexanetetraacetic acid, glycol etherdiaminetetraacetic acid, and salts thereof. Among these, diethylenetriaminepentaacetic acid or a salt thereof is preferable.

本発明のエッチング液中のアミノカルボン酸系キレート化合物の濃度は特に限定されないが、0.1〜50000ppmであることが好ましい。0.1ppm以上であればピラミッド形状の乱れを抑制でき、50000ppm以下であればエッチング量を確保でき凹凸形状を形成できる。1〜10000ppmの濃度であれば保存安定性の点でより好ましい。さらに好ましい上記濃度の範囲は2〜5000ppmであり、エッチングの安定性が高まる。   Although the density | concentration of the aminocarboxylic acid type chelate compound in the etching liquid of this invention is not specifically limited, It is preferable that it is 0.1-50000 ppm. If it is 0.1 ppm or more, disorder of the pyramid shape can be suppressed, and if it is 50000 ppm or less, the etching amount can be secured and an uneven shape can be formed. A concentration of 1 to 10000 ppm is more preferable in terms of storage stability. A more preferable range of the concentration is 2 to 5000 ppm, and the etching stability is improved.

上記のアミノカルボン酸系キレート化合物は単独で用いてもよく、2種以上を併用しても良い。その際の種類は問わない。また、アミノカルボン酸系キレート化合物とアミノカルボン酸系以外のキレート化合物を併用しても良い。この中でもジエチレントリアミンペンタ酢酸との組み合わせが好ましい。   Said aminocarboxylic acid type chelate compound may be used independently and may use 2 or more types together. The kind in that case does not ask | require. Moreover, you may use together an aminocarboxylic acid type chelate compound and chelate compounds other than an aminocarboxylic acid type. Among these, a combination with diethylenetriaminepentaacetic acid is preferable.

アミノカルボン酸系以外のキレート化合物としては、キレート化合物のうちカルボキシル基およびカルボキシレート基のうち少なくともいずれか一方を分子内に含有するキレート化合物、ホスホン酸基およびリン酸基のうち少なくともいずれか一方を分子内に含有するキレート化合物などが挙げられる。   As chelate compounds other than aminocarboxylic acid-based compounds, at least one of a chelate compound containing at least one of a carboxyl group and a carboxylate group in the molecule, a phosphonic acid group, and a phosphate group is included. Examples thereof include chelate compounds contained in the molecule.

カルボキシル基およびカルボキシレート基のうち少なくともいずれか一方を分子内に含有するキレート化合物としては、クエン酸、乳酸、没食子酸、グルコン酸、シクロペンタンテトラカルボン酸、カルボキシメチルオキシサクシネート、オキシジサクシネート、マレイン酸誘導体、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸およびこれらの塩などが挙げられる。   Examples of chelate compounds containing at least one of a carboxyl group and a carboxylate group in the molecule include citric acid, lactic acid, gallic acid, gluconic acid, cyclopentanetetracarboxylic acid, carboxymethyloxysuccinate, and oxydisuccinate. , Maleic acid derivatives, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid and their salts.

ホスホン酸基およびリン酸基のうち少なくともいずれか一方を分子内に含有するキレート化合物としては、メチルジホスホン酸、アミノトリ(メチレンホスホン酸)、1−ヒドロキシエチリデン−1,1−ジホスホン酸、ニトリロトリスメチレンホスホン酸、エチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、ヘキサメチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、プロピレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、ジエチレントリアミンペンタ(メチレンホスホン酸)、トリエチレンテトラミンヘキサ(メチレンホスホン酸)、トリアミノトリエチルアミンヘキサ(メチレンホスホン酸)、トランス−1,2−シクロヘキサンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、グリコールエーテルジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、テトラエチレンペンタミンヘプタ(メチレンホスホン酸)、メタリン酸、ピロリン酸、トリポリリン酸およびヘキサメタリン酸およびこれらの塩などが挙げられる。   Examples of chelate compounds containing at least one of a phosphonic acid group and a phosphoric acid group in the molecule include methyldiphosphonic acid, aminotri (methylenephosphonic acid), 1-hydroxyethylidene-1,1-diphosphonic acid, and nitrilotris. Methylenephosphonic acid, ethylenediaminetetra (methylenephosphonic acid), hexamethylenediaminetetra (methylenephosphonic acid), propylenediaminetetra (methylenephosphonic acid), diethylenetriaminepenta (methylenephosphonic acid), triethylenetetraminehexa (methylenephosphonic acid), tri Aminotriethylamine hexa (methylenephosphonic acid), trans-1,2-cyclohexanediaminetetra (methylenephosphonic acid), glycol etherdiaminetetra (methylenephosphonic acid), tetra Chi Ren pentamine hepta (methylene phosphonic acid), metaphosphoric acid, pyrophosphoric acid, tripolyphosphate and hexametaphosphate and salts thereof.

本発明の効果を損なわない範囲において、本発明のエッチング液は、ピラミッド形状を良くする観点から、さらに下記の一般式(I)で表されるスルホン酸化合物を含んでいても良い。   As long as the effects of the present invention are not impaired, the etching solution of the present invention may further contain a sulfonic acid compound represented by the following general formula (I) from the viewpoint of improving the pyramid shape.

Figure 2016092228
Figure 2016092228

(式中のnは0〜5の整数であり、Rはそれぞれ独立して炭素数1〜12のアルキル基である。) (In the formula, n is an integer of 0 to 5, and each R is independently an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.)

nは1以上5以下であることが好ましい。nが1以上であると基板表面のエッチング処理を促進できるという理由で好ましく、エッチング処理の阻害を防止する観点から、nが5以下であることが好ましい。より好ましいnの範囲は1以上3以下である。   n is preferably 1 or more and 5 or less. When n is 1 or more, it is preferable because the etching process of the substrate surface can be promoted. From the viewpoint of preventing the etching process from being inhibited, n is preferably 5 or less. A more preferable range of n is 1 or more and 3 or less.

炭素数1〜12のアルキル基は直鎖状であっても分岐状であってもよい。上記アルキル基の中でも、炭素数が1〜5のアルキル基が好ましく、その中でも特にメチル基が好ましい。特に炭素数が上記好ましい範囲内にあれば、上記一般式(I)で表される化合物の炭化水素基の炭素数が少なくなる。その結果、本発明のエッチング液のBOD(生物化学的酸素要求量)、COD(化学的酸素要求量)を小さくできる。   The alkyl group having 1 to 12 carbon atoms may be linear or branched. Among the alkyl groups, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms is preferable, and a methyl group is particularly preferable among them. In particular, when the number of carbon atoms is within the above preferred range, the number of carbon atoms of the hydrocarbon group of the compound represented by the general formula (I) is reduced. As a result, the BOD (biochemical oxygen demand) and COD (chemical oxygen demand) of the etching solution of the present invention can be reduced.

上記一般式(I)で表されるスルホン酸化合物の中でも、ピラミッド形状を良好にする観点から、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、キシレンスルホン酸およびキュメンスルホン酸が好ましく、所望の大きさのピラミッド状の凹凸を基板表面にムラ無く形成させる観点、臭気低減の観点からトルエンスルホン酸がより好ましい。トルエンスルホン酸の中でも、入手性の観点から、パラトルエンスルホン酸(PTS)が好ましい。   Among the sulfonic acid compounds represented by the general formula (I), benzenesulfonic acid, toluenesulfonic acid, xylenesulfonic acid and cumenesulfonic acid are preferable from the viewpoint of improving the pyramid shape, and a pyramid shape having a desired size is preferable. Toluenesulfonic acid is more preferable from the viewpoint of uniformly forming the unevenness on the substrate surface and reducing the odor. Among toluenesulfonic acids, paratoluenesulfonic acid (PTS) is preferable from the viewpoint of availability.

スルホン酸化合物は、単独で使用しても良く、あるいは二種以上を併用しても良い。   A sulfonic acid compound may be used independently or may use 2 or more types together.

本発明のエッチング液中のスルホン酸化合物の濃度は、特に限定されない。本発明のエッチング液中のスルホン酸化合物の濃度は、所望の大きさのピラミッド状の凹凸を基板表面にムラ無く形成させる観点から0.1質量%以上が好ましく、3質量%以上がより好ましく、7質量%以上がさらに好ましい。本発明のエッチング液中のスルホン酸化合物の濃度は、コストの観点から40質量%以下が好ましく、25質量%以下がより好ましく、16質量%以下がさらに好ましい。即ち、本発明のエッチング液中のスルホン酸化合物の濃度は、0.1〜40質量%が好ましく、3〜25質量%がより好ましく、7〜16質量%がさらに好ましい。   The concentration of the sulfonic acid compound in the etching solution of the present invention is not particularly limited. The concentration of the sulfonic acid compound in the etching solution of the present invention is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 3% by mass or more from the viewpoint of forming pyramidal irregularities of a desired size on the substrate surface without unevenness. 7 mass% or more is more preferable. The concentration of the sulfonic acid compound in the etching solution of the present invention is preferably 40% by mass or less, more preferably 25% by mass or less, and further preferably 16% by mass or less from the viewpoint of cost. That is, the concentration of the sulfonic acid compound in the etching solution of the present invention is preferably 0.1 to 40% by mass, more preferably 3 to 25% by mass, and further preferably 7 to 16% by mass.

本発明の効果を損なわない範囲において、本発明のエッチング液は、ピラミッド形状を良くし面全体のピラミッド形状の均一化を改良する観点から、さらにケイ酸およびケイ酸塩のうち少なくとも一方(以下、「ケイ酸等」という。)を含んでいても良い。   In the range where the effects of the present invention are not impaired, the etching solution of the present invention is further improved from the viewpoint of improving the uniformity of the pyramid shape of the entire surface by improving the pyramid shape, and at least one of silicic acid and silicate (hereinafter referred to as the following). "Silica etc.") may be included.

ケイ酸等の種類は特に限定されないが、金属シリコン、シリカ、ケイ酸およびケイ酸塩からなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。   The type of silicic acid is not particularly limited, but is preferably at least one selected from the group consisting of metal silicon, silica, silicic acid and silicate.

ケイ酸塩としては、アルカリ金属のケイ酸塩が好ましく、例えば、オルソケイ酸ナトリウム(Na4SiO4・nH2O)およびメタケイ酸ナトリウム(Na2SiO3・nH2O)等のケイ酸ナトリウム、K4SiO4・nH2OおよびK2SiO3・nH2O等のケイ酸カリウム、Li4SiO4・nH2OおよびLi2SiO3・nH2O等のケイ酸リチウムなどが挙げられる。これらケイ酸塩は、化合物そのものを本発明のエッチング液に添加して用いることも可能であるし、シリコンウェハー、シリコンインゴット、シリコン切削粉等のケイ素材料または二酸化ケイ素を直接、アルカリ剤に溶解させて反応物として得られるケイ酸塩化合物をケイ酸塩として用いても構わない。 The silicate is preferably an alkali metal silicate, for example, sodium silicate such as sodium orthosilicate (Na 4 SiO 4 .nH 2 O) and sodium metasilicate (Na 2 SiO 3 .nH 2 O), Examples thereof include potassium silicates such as K 4 SiO 4 .nH 2 O and K 2 SiO 3 .nH 2 O, and lithium silicates such as Li 4 SiO 4 .nH 2 O and Li 2 SiO 3 .nH 2 O. These silicates can be used by adding the compound itself to the etching solution of the present invention, or by directly dissolving silicon materials such as silicon wafers, silicon ingots, silicon cutting powders or silicon dioxide in an alkali agent. A silicate compound obtained as a reaction product may be used as a silicate.

本発明のエッチング液中のケイ酸等の含有量(ケイ酸のみ含む場合にはケイ酸の含有量、ケイ酸塩のみ含む場合にはケイ酸塩の含有量、ケイ酸およびケイ酸塩を含む場合にはこれらの合計量)は特に限定されないが、0.01〜10質量%であることが好ましく、より好ましくは0.1〜5質量%、さらに好ましくは0.2〜3質量%である。上記のケイ素材料または二酸化ケイ素を溶解させて供給する場合は、Si原子換算で上記の濃度範囲が好ましい。   Content of silicic acid or the like in the etching solution of the present invention (if silicic acid alone is included, silicic acid content, if only silicate content is included, silicate content, including silicic acid and silicate) In this case, the total amount of these is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 10% by mass, more preferably 0.1 to 5% by mass, and still more preferably 0.2 to 3% by mass. . When the silicon material or silicon dioxide is dissolved and supplied, the above concentration range is preferable in terms of Si atoms.

上記のケイ酸等の含有量は、エッチングレートの安定化に影響を与える。エッチングレートを安定させることができるケイ酸等の含有量は、後述するアルカリ剤の濃度や、エッチングの際のエッチング液の温度等の条件によって変化する。このため、最適なケイ酸等の含有量は、アルカリ剤の濃度等に応じて決定すればよい。   Content of said silicic acid etc. influences stabilization of an etching rate. The content of silicic acid or the like that can stabilize the etching rate varies depending on conditions such as the concentration of an alkali agent described later and the temperature of the etchant during etching. For this reason, what is necessary is just to determine optimal content, such as a silicic acid, according to the density | concentration etc. of an alkaline agent.

本発明の効果を損なわない範囲において、本発明のエッチング液は、面全体の均一性を良くする観点から、さらにリグニンスルホン酸およびリグニンスルホン酸塩のうち少なくとも一方(以下、「リグニンスルホン酸等」という。)を含んでいても良い。   In the range that does not impair the effects of the present invention, the etching solution of the present invention has at least one of lignin sulfonic acid and lignin sulfonate (hereinafter referred to as “lignin sulfonic acid etc.”) from the viewpoint of improving the uniformity of the entire surface. May be included).

リグニンスルホン酸等は、パルプ製造時に副生するパルプ廃液を種々の方法で処理した化合物で、主成分はリグニンスルホン酸またはリグニンスルホン酸塩である。リグニンの化学構造はフェニルプロパン基を基本骨格とし、これが3次元網目構造組織をとった化合物である。   Lignin sulfonic acid or the like is a compound obtained by treating pulp waste liquor by-produced during pulp production by various methods, and the main component is lignin sulfonic acid or lignin sulfonate. The chemical structure of lignin is a compound with a phenylpropane group as the basic skeleton, and a three-dimensional network structure.

リグニンスルホン酸等は、単離方法によって種々の名称がつけられている。例えばリグニンを残渣として得たものだと、硫酸リグニン、塩酸リグニン、酸化銅アンモニウムリグニン、過ヨウ素酸リグニン等が挙げられる。リグニンを溶解して得たものだと、1)無機試薬によるもの:リグニンスルホン酸、アルカリリグニン、チオリグニン、クロルリグニン、2)酸性有機試薬によるもの:アルコールリグニン、ジオキサンリグニン、フェノールリグニン、チオグリコール酸リグニン、酢酸リグニン、ヒドロトロピックリグニン、3)塩酸性有機試薬によるもの:Brauns天然リグニン、アセトンリグニン、Nordリグニン、Bjorkmanリグニンなどが挙げられる。以上の単離リグニンあるいはその誘導体を原料にしてスルホン化を行ったリグニンスルホン酸またはその塩でもかまわない。この他に酸化処理をしてカルボキシル基を増やすなどの化学変性を行ったリグニンスルホン酸等も用いることができる。使用できるリグニンスルホン酸およびリグニンスルホン酸塩にはパルプ製造時の不純物を含有していてもかまわないが、その量は少なければ少ないほど好ましい。不純物が多いとピラミッド形状の均一性が損なわれる。   Lignin sulfonic acid and the like are given various names depending on the isolation method. For example, when lignin is obtained as a residue, lignin sulfate, lignin hydrochloride, copper ammonium lignin, periodate lignin and the like can be mentioned. 1) Inorganic reagent: lignin sulfonic acid, alkali lignin, thiolignin, chlorlignin, 2) Acidic organic reagent: alcohol lignin, dioxane lignin, phenol lignin, thioglycolic acid Lignin, acetic acid lignin, hydrotropic lignin, 3) By hydrochloric acid organic reagent: Brauns natural lignin, acetone lignin, Nord lignin, Bjorkman lignin and the like. It may be lignin sulfonic acid or a salt thereof obtained by sulfonation using the above isolated lignin or a derivative thereof as a raw material. In addition, lignin sulfonic acid or the like that has undergone chemical modification such as oxidation treatment to increase the carboxyl group can also be used. The lignin sulfonic acid and lignin sulfonate that can be used may contain impurities during pulp production, but the smaller the amount, the better. When there are many impurities, the uniformity of a pyramid shape will be impaired.

リグニンスルホン酸等の重量平均分子量は、1000未満の低分子成分および分子量10万以上の高分子成分が非常に少ないか、または完全に除去されたものが好ましい。具体的には、分子量分布のピークが1000〜10万の間にあり、好ましくは2000〜6万の間にあり、かつ少なくとも50質量%以上の成分がこの分子量領域に存在するものを用いることが好ましい。   The weight average molecular weight of lignin sulfonic acid or the like is preferably such that a low molecular component having a molecular weight of less than 1000 and a high molecular component having a molecular weight of 100,000 or more are very small or completely removed. Specifically, a peak having a molecular weight distribution between 1000 and 100,000, preferably between 2000 and 60,000, and having at least 50% by mass of components in this molecular weight region is used. preferable.

リグニンスルホン酸等は、スルホン基密度(即ち、スルホン化度)が分子量500単位当たり平均0.6以上3未満のものを用いることが好ましい。   As the lignin sulfonic acid or the like, it is preferable to use one having a sulfone group density (that is, a sulfonation degree) of an average of 0.6 or more and less than 3 per 500 molecular weights.

リグニンスルホン酸等は、分子量500単位当たりのカルボキシル基が0〜3個のものを用いることが好ましい。   It is preferable to use lignin sulfonic acid having 0 to 3 carboxyl groups per 500 molecular weight units.

リグニンスルホン酸等の分子量・分子量分布の測定は、以下に示すGPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)法により実施する。
(a)サンプル調製
試料に同重量の水を加えて、GPC用のサンプルとする。
(b)カラム
ガードカラムTSX(東ソー(株)製)HXL(6.5mmφ×4cm)1本と、TSK3000HXL(7.8mmφ×30cm)1本と、TSK2500HXL(7.8mmφ×30cm)1本の構成とする。注入口側よりガードカラム−3000HXL−2500HXLの順に接続する。
(c)標準物質
ポリスチレン(東ソー(株)製)を用いる。
(d)溶出液
水を使用する。
(e)カラム温度
室温(25℃)とする。
(f)検出器
UV(紫外分光光度計)を用いる。波長はフェノールの紫外極大ピークにより定量する。
(g)分子量計算のための分割法
時間分割(2秒)とする。
Measurement of molecular weight and molecular weight distribution of lignin sulfonic acid and the like is carried out by the GPC (gel permeation chromatography) method shown below.
(A) Sample preparation Add the same weight of water to the sample to prepare a sample for GPC.
(B) Column A guard column TSX (manufactured by Tosoh Corporation), one HXL (6.5 mmφ × 4 cm), one TSK3000HXL (7.8 mmφ × 30 cm), and one TSK2500HXL (7.8 mmφ × 30 cm) are used. Connect guard column-3000HXL-2500HXL in order from the inlet side.
(C) Standard material Polystyrene (manufactured by Tosoh Corporation) is used.
(D) Eluent Use water.
(E) Column temperature It shall be room temperature (25 degreeC).
(F) Detector
Use UV (ultraviolet spectrophotometer). The wavelength is quantified by the ultraviolet maximum peak of phenol.
(G) Division method for molecular weight calculation Time division (2 seconds).

リグニンスルホン酸塩の種類は特に制約がなく、上記のリグニンスルホン酸のNa塩、K塩、Ca塩、アンモニウム塩、Cr塩、Fe塩、Al塩、Mn塩、Mg塩などを使用することができる。   The type of lignin sulfonate is not particularly limited, and the above lignin sulfonic acid Na salt, K salt, Ca salt, ammonium salt, Cr salt, Fe salt, Al salt, Mn salt, Mg salt, etc. may be used. it can.

リグニンスルホン酸等において、Fe、V、Cr、Mn、Mg、Zn、Alなどの重金属イオンをキレートさせたものも使用できる。   In lignin sulfonic acid or the like, those obtained by chelating heavy metal ions such as Fe, V, Cr, Mn, Mg, Zn, and Al can also be used.

さらにナフタレンやフェノール等の他の有機化合物または有機高分子を付加したリグニンスルホン酸等も使用することができる。   Furthermore, other organic compounds such as naphthalene and phenol, or lignin sulfonic acid to which an organic polymer is added can also be used.

本発明のエッチング液中のリグニンスルホン酸等の濃度は特に制限されないが、例えば0.001〜10000ppmの範囲が使用でき、0.001〜1000ppmが好ましく、0.001〜500ppmがさらに好ましい。エッチング処理中に発生する気泡を効果的に除去し、さらに基板表面に凹凸、特にピラミッド形状を効率的に形成させる観点から、該濃度は0.001ppm以上であることが好ましく、形成される凹凸、特にピラミッド形状を整ったものにさせる観点からおよびエッチング速度の観点から、10000ppm以下が好ましい。   The concentration of lignin sulfonic acid or the like in the etching solution of the present invention is not particularly limited, but for example, a range of 0.001 to 10,000 ppm can be used, 0.001 to 1000 ppm is preferable, and 0.001 to 500 ppm is more preferable. From the viewpoint of effectively removing bubbles generated during the etching process and further efficiently forming irregularities on the substrate surface, in particular, pyramid shape, the concentration is preferably 0.001 ppm or more, irregularities to be formed, In particular, 10,000 ppm or less is preferable from the viewpoint of arranging the pyramid shape and from the viewpoint of etching rate.

本発明のエッチング液には、本発明の効果を損なわない範囲で、その他の成分が含まれていてもよい。例えば、スルホン酸化合物を含む場合、さらに助剤としてアミノ酸、高分子ポリマー、グリコールエーテル類等を含むことで、スルホン酸化合物を含むことによる効果(入射光を効率よく基盤内に取り込む)を高めることができる。本発明のエッチング液の溶媒は水が好ましい。   The etching solution of the present invention may contain other components as long as the effects of the present invention are not impaired. For example, when a sulfonic acid compound is included, the effects (incident light is efficiently taken into the substrate) due to the inclusion of the sulfonic acid compound are further increased by including amino acids, polymer polymers, glycol ethers, and the like as auxiliary agents. Can do. The solvent of the etching solution of the present invention is preferably water.

本発明のエッチング液の調製方法は特に限定されず、従来公知の方法を採用することができる。本発明のエッチング液組成は使用時の組成において上記の組成範囲が好ましいが、出荷時の組成は輸送コスト削減の意味もあってコンク化することが可能である。2〜5倍のコンク化出荷が好ましい。   The method for preparing the etching solution of the present invention is not particularly limited, and a conventionally known method can be employed. The composition of the etching solution of the present invention is preferably in the above-mentioned composition range in the composition at the time of use, but the composition at the time of shipment can be condensed because it also means a reduction in transportation cost. 2-5 times conch shipping is preferable.

本発明のエッチング液は、アルカリ性である。具体的には、25℃でのpHが12〜14の範囲であることが好ましく、13〜14の範囲であることが好ましい。後述のアルカリ剤の量や濃度を適宜変更することによって、本発明のエッチング液のpHを所望の範囲に設定することができる。   The etching solution of the present invention is alkaline. Specifically, the pH at 25 ° C. is preferably in the range of 12 to 14, and preferably in the range of 13 to 14. The pH of the etching solution of the present invention can be set to a desired range by appropriately changing the amount and concentration of the alkali agent described later.

本発明のエッチング液は、半導体基板に凸部がピラミッド形状の凹凸構造を形成するために用いられる。本発明のエッチング液は、半導体表面の凸部底面の最大辺長の平均ピラミッドサイズが0.5〜20μmとなるものに好適に用いられる。本発明のエッチング液は、例えば、太陽電池用半導体基板に凸部がピラミッド形状の凹凸構造を形成する表面処理に用いられる。本発明のエッチング液は、金属イオン汚染が防止されており、後述の実施例で使用するエッチング装置において、後述の「液交換せずに使用することができた回数」に記載の方法によって、好ましくは30回以上使用することができる。従来は、約10回で交換しなければならなかったため、エッチング液の液交換回数が少なくてすむようになった。   The etching solution of the present invention is used for forming a concavo-convex structure having convex portions on a semiconductor substrate. The etching solution of the present invention is suitably used for an average pyramid size of 0.5 to 20 μm of the maximum side length of the bottom surface of the convex portion on the semiconductor surface. The etching solution of the present invention is used, for example, for surface treatment for forming a concavo-convex structure having convex portions on a semiconductor substrate for solar cells. The etching solution of the present invention is prevented from being contaminated with metal ions, and is preferably used in the etching apparatus used in the examples described later, by the method described later in “Number of times it can be used without liquid replacement”. Can be used 30 times or more. Conventionally, since it has been necessary to change the number of times in about 10 times, the number of times of changing the etching solution can be reduced.

本発明の半導体基板の製造方法は、本発明のエッチング液を用いて、半導体基板の表面に凸部がピラミッド形状の凹凸構造を形成するエッチング工程を含む。   The method for producing a semiconductor substrate of the present invention includes an etching step in which a convex-concave structure having a pyramid shape is formed on the surface of the semiconductor substrate using the etching solution of the present invention.

半導体基板は、単結晶シリコン基板、ゲルマニウムやガリウム砒素等の半導体化合物を用いた単結晶の半導体基板を使用することができる。   As the semiconductor substrate, a single crystal silicon substrate or a single crystal semiconductor substrate using a semiconductor compound such as germanium or gallium arsenide can be used.

エッチング工程において、本発明のエッチング液を基板表面に接触させる方法は特に限定されないが、本発明のエッチング液に半導体基板を浸漬させる方法が好ましい。例えば、所定の容器に本発明のエッチング液を入れ、そこに半導体基板を浸漬する工程である。   In the etching step, the method of bringing the etching solution of the present invention into contact with the substrate surface is not particularly limited, but the method of immersing the semiconductor substrate in the etching solution of the present invention is preferable. For example, the etching solution of the present invention is placed in a predetermined container and the semiconductor substrate is immersed therein.

エッチング工程における、上記容器内の本発明のエッチング液の温度は特に限定されない。エッチング処理温度は、適宜設定することが可能である。生産性と品質の観点から、70〜98℃の範囲にあることが好ましく、80〜95℃がより好ましく、85〜90℃がさらに好ましい。   The temperature of the etching solution of the present invention in the container in the etching step is not particularly limited. The etching processing temperature can be set as appropriate. From the viewpoint of productivity and quality, it is preferably in the range of 70 to 98 ° C, more preferably 80 to 95 ° C, and still more preferably 85 to 90 ° C.

エッチング工程における、半導体基板の本発明のエッチング液への浸漬時間も特に限定されない。浸漬時間は、適宜設定することが可能である。生産性と品質の観点から、5〜40分であることが好ましく、10〜30分がより好ましく、15〜20分がさらに好ましい。   The immersion time of the semiconductor substrate in the etching solution of the present invention in the etching step is not particularly limited. The immersion time can be set as appropriate. From the viewpoint of productivity and quality, it is preferably 5 to 40 minutes, more preferably 10 to 30 minutes, and further preferably 15 to 20 minutes.

上記製造方法で製造される半導体基板表面の凸部底面の最大辺長の平均ピラミッドサイズは、0.5〜20μmが好ましく、1〜15μmがより好ましく、1〜10μmがさらに好ましい。光反射率低減の観点から、凸部底面の最大辺長の平均ピラミッドサイズは、1μm以上であることが好ましく、生産性の観点から、10μm以下であることが好ましい。   0.5-20 micrometers is preferable, as for the average pyramid size of the maximum side length of the convex part bottom face of the semiconductor substrate surface manufactured with the said manufacturing method, 1-15 micrometers is more preferable, and 1-10 micrometers is more preferable. From the viewpoint of reducing the light reflectance, the average pyramid size of the maximum side length of the bottom surface of the convex portion is preferably 1 μm or more, and preferably 10 μm or less from the viewpoint of productivity.

この半導体基板の用途は、太陽電池用半導体基板などが挙げられる。本発明によれば、この太陽電池用半導体基板を備えた太陽電池を提供することができる。   Examples of the use of the semiconductor substrate include a solar cell semiconductor substrate. According to this invention, the solar cell provided with this semiconductor substrate for solar cells can be provided.

以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるものである。   The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, these examples are exemplarily shown.

実施例1〜23および比較例1〜5
表1に示す配合組成に従って調合したエッチング液に、結晶方位(100)面を表面に有する単結晶シリコン基板(1辺156mm正方形、厚さ150μm)を80〜90℃で15〜30分間浸漬させた。エッチング液の25℃でのpHは12〜14の範囲であった
Examples 1 to 23 and Comparative Examples 1 to 5
A single crystal silicon substrate (one side 156 mm square, thickness 150 μm) having a crystal orientation (100) plane on the surface was immersed in an etching solution prepared according to the composition shown in Table 1 at 80 to 90 ° C. for 15 to 30 minutes. . The pH of the etching solution at 25 ° C. was in the range of 12-14.

アルカリ剤は、KOHを使用した。KOHは、一般工業用グレードのもの(48%苛性カリ(業務用)/旭硝子株式会社)であった。スルホン酸化合物は、パラトルエンスルホン酸(PTS)を使用した。ケイ酸塩は、JIS1号ケイ酸塩を使用した。リグニンスルホン酸は、前記GPC法による重量平均分子量が20000、分子量500単位当たりのスルホン基密度が1.2、そして分子量500単位当たりカルボキシル基の個数が0.5以下であった。残りの成分は水であった。
なお、具体的なエッチング処理の操作は、以下に記載のとおりである。
As the alkaline agent, KOH was used. KOH was of a general industrial grade (48% caustic potash (for business use) / Asahi Glass Co., Ltd.). As the sulfonic acid compound, p-toluenesulfonic acid (PTS) was used. As the silicate, JIS No. 1 silicate was used. The lignin sulfonic acid had a weight average molecular weight of 20000 according to the GPC method, a sulfone group density per molecular weight of 500 units, and a number of carboxyl groups per molecular weight of 500 units of 0.5 or less. The remaining component was water.
The specific operation of the etching process is as described below.

エッチング容器にはSUS304製の約35L箱型形状の槽を用い、これに30Lのエッチング液を入れ、下部からSUS製投げ込みヒーターで昇温し、ゆるやかな窒素バブリング、および液循環撹拌(30L/分)により液撹拌を行い、温度範囲を設定温度±1℃に維持した。基板投入枚数は2枚とした。液循環の妨げとならないよう治具を設計し4mm間隔で基板を挿入した。エッチング液から取り出したのちは速やかに流水によるリンス洗浄を実施し、温風で乾燥した。乾燥後の基板について、次のような基準で評価した。   The etching vessel uses a SUS304 tank of about 35 L box shape, and 30 L of etching solution is placed in this tank, heated from the bottom with a SUS casting heater, gently nitrogen bubbling, and liquid circulation stirring (30 L / min) The liquid was stirred and the temperature range was maintained at the set temperature ± 1 ° C. The number of substrates loaded was two. A jig was designed so as not to hinder liquid circulation, and substrates were inserted at intervals of 4 mm. After removing from the etching solution, rinsing with running water was performed immediately and dried with warm air. The substrate after drying was evaluated according to the following criteria.

面質:目視にて、基板全面の均一性(ムラ、筋の有無)を判定した。結果を表1に示す。
A:色ムラや微細な筋がなく全面均質な表面である
B:ごく一部に色ムラや微細な筋が存在する
C:色ムラか微細な筋状部が存在する
Surface quality: The uniformity of the entire surface of the substrate (the presence or absence of unevenness and streaks) was visually determined. The results are shown in Table 1.
A: The entire surface is homogeneous with no color unevenness or fine streaks B: Color unevenness or fine streaks exist in a very small part C: Color unevenness or fine streaks exist

テカリ:ピラミッド構造の凹凸が形成されず、(100)鏡面がそのまま残存し、光を反射して目視によりテカってみえる表面性状になる現象で、その程度を下記にように分類して判定した。結果を表1に示す。
A:テカリなし
B:ごく一部にテカリあり。面積的には5%未満である
C:部分的にテカリあり。特に基板下部に存在する
Tekali: Pyramid structure irregularities are not formed, the (100) mirror surface remains as it is, a phenomenon that reflects the light and becomes a surface texture that can be seen visually, and the degree is classified and judged as follows . The results are shown in Table 1.
A: No shine B: There is shine in a small part. The area is less than 5%. C: Partially shiny. Especially present at the bottom of the substrate

ピラミッドサイズ:
基板表面をレーザー顕微鏡で観察し、大きいものから10個のピラミッド形状について、凸部底面の最大辺長、即ち、ピラミッドサイズを測定した。これを3視野につき実施し平均化を行い、平均ピラミッドサイズとした。結果を表1に示す。
Pyramid size:
The surface of the substrate was observed with a laser microscope, and the maximum side length of the bottom surface of the convex portion, that is, the pyramid size was measured for 10 pyramid shapes from the largest. This was performed for 3 fields of view and averaged to obtain an average pyramid size. The results are shown in Table 1.

ピラミッドサイズの均一度(バラツキ):
レーザー顕微鏡の上記平均ピラミッドサイズの50%以下の小さなピラミッドサイズの存在割合で判定した。結果を表1に示す。
A:平均ピラミッドサイズの50%未満のものが20%未満である
B:同上のものが20〜40%存在する
C:同上のものが40%以上存在する
Pyramid size uniformity (variation):
The determination was made based on the existence ratio of a small pyramid size of 50% or less of the average pyramid size of the laser microscope. The results are shown in Table 1.
A: Less than 50% of the average pyramid size is less than 20% B: 20-40% of the above is present C: 40% or more of the above is present

ピラミッド形状:
基板表面をレーザー顕微鏡で観察し、ピラミッド形状に頂点部の欠けや斜面部の荒れ等の乱れがあるものの存在割合で判定した。結果を表1に示す。
A:形状異常のものが20%未満である
B:同上のものが20〜50%存在する
C:同上のものが50%以上存在する
Pyramid shape:
The surface of the substrate was observed with a laser microscope, and a determination was made based on the existence ratio of the pyramid shape having irregularities such as chipping at the apex and roughening of the slope. The results are shown in Table 1.
A: Less than 20% of abnormal shapes B: 20-50% of the same as above C: 50% or more of the same as above

上記、レーザー顕微鏡は(株)キーエンス社製・レーザーマイクロスコープVK-X100を用い、倍率2000倍(対物レンズ100倍、接眼レンズ20倍)で撮影し、紙に印刷後、ピラミッドの底辺サイズを測定した。   The above-mentioned laser microscope is manufactured by Keyence Co., Ltd., Laser microscope VK-X100, photographed at a magnification of 2000 times (objective lens 100 times, eyepiece 20 times), printed on paper, and then measured on the base size of the pyramid did.

エッチング量:
エッチング前後の基板重量の変化量を精密天秤(Sartorius社製 CP224S)にて小数点第4位まで秤量し、下記のように分類して判定した。結果を表1に示す。
A:0.500g以上1.000g未満
B:1.000g以上1.600g未満
C:0.5g未満あるいは1.600g以上
Etching amount:
The amount of change in the substrate weight before and after etching was weighed to the fourth decimal place with a precision balance (CP224S manufactured by Sartorius), and classified and determined as follows. The results are shown in Table 1.
A: 0.500 g or more and less than 1.000 g B: 1.000 g or more and less than 1.600 g C: less than 0.5 g or 1.600 g or more

保存安定性:
エッチング液を調合し、40℃で1ヶ月貯蔵後、エッチング処理を行い基板表面を評価した。貯蔵前のエッチング液を使用した基板表面の評価と、貯蔵後のエッチング液を使用した基板表面の評価とを比較して、以下の基準でエッチング液の保存安定性を評価した。結果を表1に示す。
A:ピラミッド形状および表面外観(面質)の劣化がほとんど認められない。
B:ピラミッドサイズの均一性の劣化が少し認められる。
C:基板表面にテカリの発生が少量認められ、エッチング量の20%以上の増加が認められる。
Storage stability:
An etching solution was prepared and stored at 40 ° C. for one month, and then an etching process was performed to evaluate the substrate surface. The evaluation of the storage stability of the etching solution was evaluated according to the following criteria by comparing the evaluation of the substrate surface using the etching solution before storage with the evaluation of the substrate surface using the etching solution after storage. The results are shown in Table 1.
A: Almost no deterioration of pyramid shape and surface appearance (surface quality) is observed.
B: Pyramid size uniformity is slightly degraded.
C: A small amount of shine is observed on the substrate surface, and an increase of 20% or more in the etching amount is recognized.

Figure 2016092228
Figure 2016092228

実施例1〜2および比較例1〜2の対比から、キレート剤としてアミノカルボン酸系キレート化合物を含む場合、他のキレート剤のみを含む場合と比べて、面質、テカリ、ピラミッドサイズの均一度、ピラミッド形状、エッチング量、保存安定性に優れていることがわかる。   From the comparison of Examples 1-2 and Comparative Examples 1-2, when the aminocarboxylic acid-based chelate compound is included as the chelating agent, the uniformity of the surface quality, the shine, and the pyramid size are compared with the case where only the other chelating agent is included. It can be seen that the pyramid shape, the etching amount, and the storage stability are excellent.

実施例3、5、10、15の対比から、アミノカルボン酸系キレート化合物の量が多いと保存安定性に優れ、量が少ないとピラミッドサイズの均一度に優れていることがわかる。   From the comparison of Examples 3, 5, 10, and 15, it can be seen that when the amount of the aminocarboxylic acid chelate compound is large, the storage stability is excellent, and when the amount is small, the uniformity of the pyramid size is excellent.

実施例10、20、21、22、23の対比から、アミノカルボン酸系キレート化合物の中でも特にジエチレントリアミンペンタ酢酸がピラミッドサイズの均一度、ピラミッド形状、エッチング量、保存安定性に優れていることがわかる。   From the comparison of Examples 10, 20, 21, 22, and 23, it can be seen that, among aminocarboxylic acid-based chelate compounds, diethylenetriaminepentaacetic acid is particularly excellent in pyramid size uniformity, pyramid shape, etching amount, and storage stability. .

実施例1および5の対比から、スルホン酸化合物を含む場合、これを含まない場合と比べて、面質、テカリ、ピラミッドサイズの均一性、ピラミッド形状に優れていることがわかる。また、実施例5および比較例3との対比から、スルホン酸化合物を含む場合においても、アミノカルボン酸系キレート化合物を含むものが、他のキレート剤のみを含む場合と比べて、面質、テカリ、ピラミッドサイズの均一度、ピラミッド形状、エッチング量、保存安定性に優れていることがわかる。   From the comparison between Examples 1 and 5, it can be seen that when the sulfonic acid compound is included, the surface quality, the shine, the uniformity of the pyramid size, and the pyramid shape are excellent as compared with the case where the sulfonic acid compound is not included. Further, from the comparison with Example 5 and Comparative Example 3, even when the sulfonic acid compound was included, the surface quality and the shine were higher when the compound containing the aminocarboxylic acid chelate compound was compared with the case containing only the other chelating agent. It can be seen that the pyramid size uniformity, pyramid shape, etching amount, and storage stability are excellent.

実施例18および比較例4との対比から、リグニンスルホン酸等を含む場合においても、アミノカルボン酸系キレート化合物を含むものが、他のキレート剤のみを含む場合と比べて、面質、テカリ、ピラミッドサイズの均一度、ピラミッド形状、エッチング量、保存安定性に優れていることがわかる。   From the comparison with Example 18 and Comparative Example 4, even when lignin sulfonic acid and the like were included, those containing an aminocarboxylic acid-based chelate compound had surface properties, shine, It can be seen that the pyramid size uniformity, pyramid shape, etching amount, and storage stability are excellent.

実施例8および11の対比から、ケイ酸等を含んだ場合において面質、テカリ、ピラミッドサイズの均一度、ピラミッド形状、エッチング量、保存安定性を損なうことなく使用できることがわかる。   From the comparison of Examples 8 and 11, it can be seen that when silicic acid or the like is included, it can be used without impairing surface quality, shine, pyramid size uniformity, pyramid shape, etching amount, and storage stability.

液交換せずに使用することができた回数:
エッチング容器にはSUS304製の約35L箱型形状の槽を用い、これに30Lのエッチング液を入れ、下部からSUS製投げ込みヒーターで昇温し、ゆるやかな窒素バブリング、および液循環撹拌(30L/分)により液撹拌を行い、温度範囲を設定温度±1℃に維持した。1回あたりの基板投入枚数は30枚として複数回処理を行った。液循環の妨げとならないよう治具を設計し4mm間隔で基板を挿入した。エッチング液から取り出したのちは速やかに流水によるリンス洗浄を実施し、温風で乾燥した。また、この間の液管理は各回ごとにエッチング前後のKOH量を0.5N HClを用いた滴定により測定し、差分を消費量とみなし消費分のKOHを追加した。この操作を新たな基板を用いて繰り返した。面質、テカリ、ピラミッド形状が顕著に低下するまでの回数を、液交換せずに使用することができた回数とした。
Number of times it can be used without liquid exchange:
The etching vessel uses a SUS304 tank of about 35 L box shape, and 30 L of etching solution is placed in this tank, heated from the bottom with a SUS casting heater, gently nitrogen bubbling, and liquid circulation stirring (30 L / min) The liquid was stirred and the temperature range was maintained at the set temperature ± 1 ° C. The number of substrates loaded per time was 30 and the treatment was performed a plurality of times. A jig was designed so as not to hinder liquid circulation, and substrates were inserted at intervals of 4 mm. After removing from the etching solution, rinsing with running water was performed immediately and dried with warm air. Further, during the liquid management during this time, the amount of KOH before and after etching was measured by titration with 0.5N HCl each time, and the difference was regarded as the amount of consumption, and the amount of consumption of KOH was added. This operation was repeated using a new substrate. The number of times until the surface quality, shine, and pyramid shape significantly decreased was defined as the number of times that the liquid could be used without liquid exchange.

エッチング後の基板の反射率:
反射率の測定は島津製作所製のSolidSpec−3700の分光光度計(積分球付)を用い、波長300〜1200nmにおける光反射率(2視野)を測定し、波長600nmでの光反射率の平均値を用いて算出した。
Reflectivity of the substrate after etching:
The reflectance is measured by using a spectrophotometer (with an integrating sphere) manufactured by Shimadzu Corporation, which is a spectrophotometer (with an integrating sphere), measuring the light reflectance (2 fields of view) at a wavelength of 300 to 1200 nm, and the average value of the light reflectance at a wavelength of 600 nm. It calculated using.

実施例8は、液交換せずに30回使用しても面質、テカリ、ピラミッド形状に劣化がみられず、これ以上は実施しなかった。   In Example 8, even if it was used 30 times without changing the liquid, no deterioration was observed in the surface quality, the shine, and the pyramid shape.

キレート剤を含まない比較例5は、10回を超えると、面質、テカリ、ピラミッド形状が顕著に低下した。   In Comparative Example 5 containing no chelating agent, the surface quality, shine, and pyramid shape significantly decreased when the number of times exceeded 10.

ホスホン酸系キレート化合物のみをキレート剤として含む比較例4は、15回使用することができた。比較例4は、キレート剤を含まないものと比べると交換回数を減らせたものの、アミノカルボン酸系キレート化合物を含むエッチング液には及ばなかった。   The comparative example 4 which contains only a phosphonic acid type chelate compound as a chelating agent was able to be used 15 times. Although the comparative example 4 reduced the frequency | count of replacement | exchange compared with the thing which does not contain a chelating agent, it did not reach the etching liquid containing an aminocarboxylic acid type chelate compound.

以上から、アミノカルボン酸系キレート化合物を含む本発明のエッチング液は、キレート剤を含まないエッチング液に比べて、液交換の回数が少なく、他のキレート剤のみを含むエッチング液に比べて、面質、テカリ、ピラミッドサイズの均一度、ピラミッド形状、エッチング量、保存安定性に優れていることがわかる。実施例中においては、実施例8および11が他の実施例と比較して総合的に優れており、好適に使用することができる。実施例8の半導体基板の反射率は11.0%であった。   From the above, the etching solution of the present invention containing an aminocarboxylic acid-based chelate compound has a smaller number of liquid exchanges than an etching solution containing no chelating agent, and has a surface area that is smaller than that of etching solutions containing only other chelating agents. It can be seen that it is excellent in quality, shine, pyramid size uniformity, pyramid shape, etching amount, and storage stability. Among the examples, Examples 8 and 11 are comprehensively superior to other examples and can be suitably used. The reflectance of the semiconductor substrate of Example 8 was 11.0%.

本発明のエッチング液は、半導体基板の表面をエッチング処理する際のエッチング液として使用することができる。   The etching solution of the present invention can be used as an etching solution for etching the surface of a semiconductor substrate.

Claims (15)

半導体基板の表面に凸部がピラミッド形状の凹凸構造を形成するためのアルカリ性のエッチング液であって、アルカリ剤とアミノカルボン酸系キレート化合物とを含む、エッチング液。   An etching solution that is an alkaline etching solution for forming a pyramidal uneven structure on the surface of a semiconductor substrate, and includes an alkali agent and an aminocarboxylic acid chelate compound. 前記アミノカルボン酸系キレート化合物は、1分子中に少なくとも1個のカルボキシル基を有する炭素数13〜24のアミノカルボン酸およびこれらの塩からなる群より選択される少なくとも一種である、請求項1に記載のエッチング液。   The aminocarboxylic acid-based chelate compound is at least one selected from the group consisting of aminocarboxylic acids having 13 to 24 carbon atoms having at least one carboxyl group in one molecule and salts thereof. The etching liquid as described. 前記アルカリ剤は、水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムのうち、少なくともいずれか一方である、請求項1または2記載のエッチング液。   The etching solution according to claim 1, wherein the alkaline agent is at least one of sodium hydroxide and potassium hydroxide. 前記アルカリ剤の含有量は、前記エッチング液中、0.1〜25質量%である、請求項1〜3いずれか記載のエッチング液。   Content of the said alkali agent is an etching liquid in any one of Claims 1-3 which is 0.1-25 mass% in the said etching liquid. 前記アミノカルボン酸系キレート化合物は、ジエチレントリアミンペンタ酢酸、トリエチレンテトラアミンヘキサ酢酸、シクロヘキサンジアミンテトラ酢酸、ジアミノヘキサンテトラ酢酸、グリコールエーテルジアミンテトラ酢酸、およびこれらの塩からなる群より選択される少なくとも一種である、請求項1〜4いずれか記載のエッチング液。   The aminocarboxylic acid chelate compound is at least one selected from the group consisting of diethylenetriaminepentaacetic acid, triethylenetetraaminehexaacetic acid, cyclohexanediaminetetraacetic acid, diaminohexanetetraacetic acid, glycol etherdiaminetetraacetic acid, and salts thereof. The etching liquid in any one of Claims 1-4 which exists. さらに、一般式(I):
Figure 2016092228
(式中、nは0〜5の整数であり、Rはそれぞれ独立して炭素数1〜12のアルキル基を示す)
で表されるスルホン酸化合物およびその塩からなる群より選択される少なくとも一種を含む、請求項1〜5いずれか記載のエッチング液。
Furthermore, the general formula (I):
Figure 2016092228
(In the formula, n is an integer of 0 to 5, and each R independently represents an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.)
The etching liquid in any one of Claims 1-5 containing at least 1 type selected from the group which consists of the sulfonic acid compound represented by these, and its salt.
前記スルホン酸化合物が、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、キシレンスルホン酸およびキュメンスルホン酸からなる群より選択される少なくとも一種である、請求項6記載のエッチング液。   The etching solution according to claim 6, wherein the sulfonic acid compound is at least one selected from the group consisting of benzenesulfonic acid, toluenesulfonic acid, xylenesulfonic acid, and cumenesulfonic acid. さらに、ケイ酸およびケイ酸塩のうち、少なくともいずれか一方を含む、請求項1〜7いずれか記載のエッチング液。   Furthermore, the etching liquid in any one of Claims 1-7 containing at least any one among a silicic acid and a silicate. さらに、リグニンスルホン酸およびリグニンスルホン酸塩のうち、少なくともいずれか一方を含む、請求項1〜8いずれか記載のエッチング液。   Furthermore, the etching liquid in any one of Claims 1-8 containing at least any one among lignin sulfonic acid and lignin sulfonate. 前記凸部底面の最大辺長の平均は、0.5〜20μmである、請求項1〜9いずれか記載のエッチング液。   The etching liquid according to any one of claims 1 to 9, wherein the average of the maximum side length of the bottom surface of the convex portion is 0.5 to 20 µm. 前記半導体基板は、太陽電池用半導体基板である、請求項1〜10いずれか記載のエッチング液。   The etching liquid according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is a solar cell semiconductor substrate. 請求項1〜11いずれか記載のエッチング液を用いて、半導体基板の表面に凸部がピラミッド形状の凹凸構造を形成するエッチング工程を含む、半導体基板の製造方法。   The manufacturing method of a semiconductor substrate including the etching process in which a convex part forms a pyramid-shaped uneven structure on the surface of a semiconductor substrate using the etching liquid in any one of Claims 1-11. 請求項12記載の製造方法により製造される、半導体基板。   A semiconductor substrate manufactured by the manufacturing method according to claim 12. 前記半導体基板は、太陽電池用半導体基板である、請求項13記載の半導体基板。   The semiconductor substrate according to claim 13, wherein the semiconductor substrate is a solar cell semiconductor substrate. 請求項14記載の半導体基板を備える、太陽電池。   A solar cell comprising the semiconductor substrate according to claim 14.
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