KR101052704B1 - 규소 표면 및 층을 위한 에칭 페이스트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 규소 표면 및 층의 선택된 영역 및 전 영역 에칭용 에칭 페이스트의 형태인 신규한 에칭 매질, 및 이의 용도에 관한 것이다.
에칭 매질

Description

규소 표면 및 층을 위한 에칭 페이스트 {ETCHING PASTES FOR SILICON SURFACES AND LAYERS}
본 발명은 규소 표면 및 층의 전 영역(full-area) 및 선택적 에칭용 에칭 페이스트(paste)의 형태인 신규한 에칭 매질, 및 이의 용도에 관한 것이다.
광전지 (photovoltaics), 전자공학 (electronics) 및 반도체 산업에서, 규소 표면 및 층은 흔히 침지조 (dip bath) 에서의 습식 화학 방법에 의해 에칭된다. 전 영역 에칭은 산성 매질 (등방성 에칭) 또는 알칼리성 매질 (이등방성 에칭) 에서 실시될 수 있다. 산성 에칭에서는, 불산 및 질산의 혼합물이 흔히 사용되며, 알칼리성 에칭에서는, 소듐 히드록시드 용액, 포타슘 히드록시드 용액, 테트라메틸암모늄 히드록시드 (TMAH) 등과 같은 강 염기가 흔히 사용된다.
전 영역 에칭 이외에 (예를 들어, 폴리쉬 에칭(polish etches), 텍스쳐 에칭(texture etches)), 한정된 미세한 에칭 패턴/구조 (예를 들어 매립된(buried) 구조에 대한) 을 제공하기 위해, 재료 집약적(material-intensive)이고, 시간 소모적이며 고가인 공정 단계들, 예를 들어 당업자에게 공지된 포토리소그래피 마스킹 공정(photolithographic masking process)이 실제 에칭 단계 이전에 필요하다.
이러한 유형의 마스킹 공정에서, 원료는 규소 웨이퍼이다. 그 위에 열 산화 에 의해 고밀도의 산화물 층이 생성되며, 하기와 같이 구조화된다.
포토 레지스트로 코팅하고, 건조하고, 포토마스크를 사용하여 UV 광에 노출시키고, 이어서 현상에 의해 목적하는 지점에서 산화물을 벗겨낸 후, 불산을 사용하여 제거한다. 여전히 잔존하는 포토레지스트는 예를 들어 용매를 사용하여 이어서 제거한다 ("스트리핑(stripping)" 한다). 이렇게 산화물 마스크가 설치된 Si 웨이퍼는 예를 들어 30% KOH 와 같은 강 염기 중에서 산화물로 덮여있지 않는 지점에서 선택적으로 에칭될 수 있다. 산화물 마스크는 염기에 대해 내성이다. 규소의 선택적 에칭 후, 불산을 사용하여 산화물 마스크를 다시 제거하는 것이 통상적이다.
이러한 유형의 리소그래피 공정들은 비용 때문에 태양 전지의 공업적 제조에 사용되지 않는다 [1]. 하지만, 규소 표면 또는 층의 선택적 구조화/개방은 하기 과정에 의해 필요하다.
표준 규소 태양 전지 제조 방법에 있어서, 광전 효과에 필요한 p-n 전이는 예를 들어 POCl3 오븐에서의 기체 확산에 의해 p-도핑된 웨이퍼 상에서 형성된다. 상기 방법에서, 약 500 nm 의 두께를 갖는 n-도핑된 규소 층이 전체 웨이퍼 주변에 형성되며, 이후의 광전지 적용을 위해 부분적으로 개방/절삭되어야 한다.
개방은 레이저 절삭 또는 건식 에칭 방법, 예컨대 플라즈마 에칭에 의해 기계적으로 실시될 수 있다.
기계적 절삭, 예를 들어 제조 공정의 최종 단계 (금속화 후) 에서 셀 에지(edge)의 그라인딩(grinding) 의 단점은 규소 재료 (및 금속 페이스트) 의 상당한 손실, 기계적 응력 및 태양 전지 내의 결정 결함 형성에 있다.
플라즈마 에칭은 불화된 탄화수소, 예를 들어 CF4 또는 C2F6 기체를 사용하여 고가의 진공 장비에서 실시된다. 상기 방법에서, 셀들을 미리 쌓아두고 플라즈마 에칭 유닛 중 셀 에지에서 에칭한다. 쌓는 동안의 상당한 취급 문제점 및 고도의 웨이퍼 파단률이 상기 방법에서 발생한다. 높은 재료 비용으로 인해 오늘날 통용되는 250 내지 330 ㎛ 의 기판 두께와 비교하여 보다 얇은 다결정성 규소 원료 기판 (＜200 ㎛) 을 사용하는 것을 목적으로 하기 때문에, 상기 기술적 문제점들은 미래에도 더욱 증대될 것이다.
점형태 레이저 원의 필수 선형 (XY) 운동으로 인해, 레이저에 의한 p-n 전이의 격리는 시간 소모적이고, 처리량 제한적인 공정이다. 투자 비용이 상당하다. 또한, 국소적 결정 결함이 발생된다.
현재 개발되어 오직 실험실 규모로만 사용되는 선택적 방출체(emitter)의 제조를 위한 고가의 공정에서, 이미 상기된 리소그래피 산화물이 사용된다. 산화물은 이후에 콘택트(contact)가 놓이게 될 영역이 비어있도록 하는 방식으로 웨이퍼를 마스킹한다. 마스킹된 웨이퍼를 인 확산시켜, 비(非)-마스킹된 영역에서 n++-도핑한다. 산화물 마스크의 제거 후, 전체 웨이퍼는 n+-도핑된다 [2].
이는 태양 전지에 도핑 농도가 약 1×1020 cm-3 이고, 깊이가 2 내지 3 ㎛ 인 (산화물 마스크가 없고 이후 콘택트 아래에 놓이게 될 영역), 고도로 도핑된 n++-영 역을 갖는 선택적 방출체, 및 전체 태양 전지에 대해 도핑 농도가 약 1×1019 cm-3 인 편평한 (0.5 내지 1 ㎛) n+-도핑된 방출체를 제공한다.
리소그래피에 대한 대안은 에칭 마스크로서 스크린 인쇄된 콘택트 라인을 사용하는 것이다. 습식 화학 및 플라즈마 화학 에칭 모두 문헌에 기재되어 있다. 스크린 인쇄된 태양 전지를 HF/HNO3 의 혼합물에 침지하는 것의 단점은 - 콘택트 라인 사이의 목적하는 규소 제거 이외에- 콘택트 라인 바로 밑의 규소의 공격 및 금속 콘택트 라인 그자체의 에칭 손상이다. 이는 충전 팩터(fill factor)의 급속한 감손을 유발한다 [3].
플라즈마 화학 에칭 (반응성 이온 에칭, RIE) 은 고가의 진공 장비 내에서 공정 [4],[5],[6] 에 대한 상당한 기술적 최적화 노력으로, 예를 들어 SF6 또는 SF6/O2 와 같은 기체를 사용하여 수행된다.
선택적 방출체의 형성 이외에, 여기서 규소 표면은 태양 전지의 반사방지 거동을 개선하는 방식으로 방출체 쪽에 구조화된다 (조화처리된다(roughened), "텍스쳐화된다").
본 발명의 목적은 태양 전지 내에서의 p-n 전이 개방에 대해 보다 낮은 재료 손실을 갖는 덜 비싼 방법을 찾는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 태양 전지 산업에서 실시될 수 있으며, 이에 의해 규소 표면이 방출체의 제조 또는 반사방지 거동 개선을 위해 선택적으로 에칭될 수 있는, 간단하고 저렴한 방법을 제공하는 것이다. 동시에, 본 발명의 목적은 에칭 방법을 실시하기 위한 저렴한 에칭제를 제공하는 것이다.
상기 목적은 특히 증점된(thickened) 알칼리성 액체의 형태인 규소 표면 및 층의 에칭을 위한 에칭 매질에 의해 달성되며, 여기서 에칭 공정은 알칼리성, 용매 함유 액체에서 실시된다.
따라서 본 발명의 목적은 예를 들어 스크린 인쇄기 또는 디스펜서(dispenser)를 사용하여 에칭될 영역에 신속하고 선택적으로 적용될 수 있는 저렴한 에칭 페이스트를 제공하여 달성될 수 있으며, 이에 첫번째로 에칭 화학제의 소모, 그리고 두번째로 태양 전지 상의 재료 손실을 상당히 최소화시킨다.
상기된 태양 전지의 p-n 전이 개방 이외에도, 에칭 페이스트를 사용한 규소의 선택적 에칭은 대량 생산에서 선택적 (또는 2단계) 방출체의 제조 및 태양 전지의 반사방지 거동 개선을 가능하게 한다.
본 발명은 따라서 알칼리성 점성 염 용액이 예를 들어 세라믹 부품에 적용되고 건조되는 방법과는 구분되고 (용매가 증발됨), 실제의 에칭 공정이 300 내지 400℃ 의 알칼리성 용융물에서 실시된다 [7].
본 발명은 하기를 포함하며:
a. 하나 이상의 용매
b. 증점제, 및
c. 선택적으로 첨가제, 예컨대 소포제, 요변성제(thixotropic agent), 흐름 조절제(flow-control agent), 공기제거제 및 접착 촉진제,
70 내지 150℃ 의 온도에서 효과적이고/이거나, 원한다면, 에너지의 투입에 의해 활성화될 수 있는 에칭 페이스트의 형태인 인쇄가능 및 분산가능한 에칭매질이다.
상기 에칭 매질은 에칭 성분으로서 유기 또는 무기 염기를 총량에 대해 2 내지 50 중량%, 바람직하게는 5 내지 48 중량% 의 농도로 포함한다.
사용될 수 있는 에칭 성분은 소듐 히드록시드, 포타슘 히드록시드, 암모니아, 에탄올아민, 에틸렌디아민, 테트라알킬암모늄 히드록시드, 또는 에틸렌디아민/파이로카테콜 및 에탄올아민/갈산 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 성분이다.
본 발명은 따라서, 물, 이소프로판올, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 1,2-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,3-부탄디올, 글리세롤, 1,5--펜탄디올, 2-에틸-1-헥산올 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 용매, 또는 아세토페논, 메틸-2-헥사논, 2-옥타논, 4-히드록시-4-메틸-2-펜타논, 1-메틸-2-피롤리돈, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 카르복실산 에스테르, 예컨대 [2,2-부톡시(에톡시)]에틸 아세테이트, 프로필렌 카르보네이트로 이루어진 군에서 선택된 용매를, 그대로 또는 혼합물로, 매질의 총량에 대해 10 내지 90 중량%, 바람직하게는 15 내지 85 중량% 의 양으로 포함하는 에칭 매질에 관한 것이다.
본 발명에 따른 에칭 매질은 또한 히드록시알킬구아, 잔탄 검, 셀룰로스 및/또는 에틸-, 히드록시프로필- 또는 히드록시에틸셀룰로스, 카르복시메틸셀룰로스, 소듐 카르복시메틸히드록시에틸셀룰로스, 아크릴산, 아크릴레이트 및 알킬 메타크릴레이트 (C10-C30) 의 기능성(functionalised) 비닐 단위체를 기재로 하는 호모폴리머 또는 코폴리머로 이루어진 군에서 선택된 증점제를, 개별적으로 또는 혼합물로, 에칭 매질의 총량에 대해 0.5 내지 25 중량%, 바람직하게는 1 내지 10 중량% 의 양으로 포함한다.
상기 성분들 이외에, 소포제, 요변성제, 흐름 조절제, 공기제거제 및 접착 촉진제로 이루어진 군에서 선택된 첨가제가 총량에 대해 0 내지 2 중량% 의 양으로 존재할 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 에칭 매질을 전 영역에 적용하거나, 에칭 구조 마스크에 따라 에칭이 목적되는 표면의 영역에만 특정하게 적용하고, 30 초 내지 5 분의 노출 시간 후 다시 제거하는, 규소 표면 및 층의 에칭 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따라, 에칭 매질은 70 내지 150℃ 범위의 온도에서 작용한다. 필요에 따라, 에너지의 투입에 의해, 바람직하게는 IR 방사를 사용하여 활성화가 실시될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 에칭 매질은 스크린, 주형, 패드(pad), 스탬프, 잉크젯(ink-jet) 또는 수동 인쇄 방법에 의해 또는 분산(dispensing) 기술에 의해 에칭될 표면에 적용된다. 노출 시간 후 에칭이 완료되었을 때, 용매 또는 용매 혼합물을 사용하여 에칭 매질을 헹궈낸다.
본 발명에 따른 에칭 매질은 광전지, 반도체 기술, 고성능 전자공학에서, 특히 광다이오드, 회로, 전자 부품의 제조를 위해 또는 태양 전지의 p-n 전이 격리를 위한 규소 표면 및 층의 에칭을 위해 사용될 수 있다. 이들은 또한 태양 전지용 선택적 방출체의 제조를 위한 규소 표면 및 층의 에칭을 위해, 반사방지 거동 개선을 위한 태양 전지의 규소 표면 및 층의 에칭을 위해, 반도체 부품 및 이의 회로의 제조 방법에서의 규소 표면 및 층의 에칭을 위해, 또는 고성능 전자공학의 부품 제조 방법에서의 규소 표면 및 층의 에칭을 위해 사용될 수 있다.
[본 발명의 목적]
본 발명의 목적은 에칭 페이스트를 사용하여 반도체 표면 및 층, 특히 규소 표면 및 층이 전 영역에 대해 에칭되거나 선택적으로 구조화되도록 하는 것이다. 에칭될 영역으로의 에칭 페이스트의 전달에 적합한 고도의 자동화 및 고도의 처리량을 갖는 기술은 인쇄 및 분산이다. 특히, 스크린, 주형, 패드, 스탬프 및 잉크젯 인쇄 방법 및 분산 방법이 당업자에게 공지되어 있다. 예를 들어 브러쉬/적용 롤러를 사용한 수동 적용도 마찬가지로 가능하다.
스크린, 주형, 클리셰(klischee) 또는 스탬프 디자인 또는 카트리지 또는 계량 유닛 제어에 따라, 전 영역에 대해, 또는 에칭 구조 마스크에 따라 선택적으로 에칭이 목적되는 영역에만, 본 발명에 따라 기술된 에칭 페이스트를 적용하는 것이 가능하다. 모든 마스킹 및 리소그래피 단계들은 이 경우 불필요하다.
따라서, 복잡한 마스킹 또는 레이저 구조화와 같은 공정들을 갖는 구조화 공정들이 상당히 단축되고 보다 저렴하게 수행되도록 할 수 있거나, 기술적 실패를 겪기 쉬운 공정들, 예컨대 플라즈마 에칭이 인쇄 및 분산 기술로 대체될 수 있도록 하는 것이 가능하다. 또한, 에칭 페이스트가 에칭될 영역에만 적용되기 때문에 에칭 공정이 에칭 화학제의 소모면에서 상당히 감소될 수 있다.
특히, 규소 태양 전지의 제조에서 p-n 전이의 격리 동안, 에칭 페이스트의 사용을 통해 하기 장점들이 달성될 수 있다:
ㆍ 고가의 플라즈마 에칭 유닛의 불필요성
ㆍ 발생하는 고도의 전지 파단률의 감소
ㆍ 기계적 분리 동안 재료의 높은 손실 최소화
ㆍ 표면 결함의 회피.
에칭 페이스트를 사용한 선택적 방출체의 제조에서, 산화물 마스킹 및 고가의 플라즈마 에칭없이도 시행하는 것이 가능하다. 또한, 에칭 페이스트의 선택적 적용은 콘택트 영역의 언더에칭을 피하도록 한다. 마스킹이 필요하지 않기 때문에, 스크린 인쇄된 금속 콘택트 라인에 의해서 조차도, 콘택트에 대한 에칭 손상이 배제된다.
또한, 이제까지 사용된 포토리소그래피, 플라즈마 화학 및 레이저 방법과는 대조적으로, 본 발명에 따른 에칭 페이스트를 사용하여 선택적 방출체의 제조 및 반사방지 거동의 개선이 상당히 보다 짧고 간편하게 이루어질 수 있음을 주지해야 한다. 웨이퍼는 전체 표면에 대해 균일하게 n++-도핑된다. 콘택트 간의 영역은 에칭 페이스트에 의해 에칭되므로, n+-도핑되고, 이들의 반사 방지 거동이 개선된다. 따라서, 여러 공정 단계들이 절감될 수 있다.
에칭 조작은 에너지의 투입, 예를 들어 열 방사 (IR 램프) 의 형태 또는 핫플레이트를 사용하여 실시되는 것이 바람직하다. 에칭이 완료되었을 때, 적합한 용매 또는 용매 혼합물을 사용하여 에칭된 표면에서 에칭 페이스트를 헹궈낸다.
에칭 기간은 용도, 에칭 구조의 목적하는 에칭 깊이 및/또는 에지의 날카로움 그리고 에칭 온도 설정에 따라 수 초 내지 수 분일 수 있다.
에칭 페이스트는 하기 조성을 갖는다:
ㆍ 에칭 성분
ㆍ 용매
ㆍ 증점제
ㆍ 원한다면, 첨가제, 예컨대 예를 들어, 소포제, 요변성제, 흐름 조절제, 공기제거제 및 접착 촉진제.
규소와 같은, 주기율표의 4족으로부터의 반도체 원소를 에칭하기 위해, 강한 부식성 알칼리액이 사용된다 [7]. 본 발명에 따라 기술된 에칭 페이스트의 에칭 작용은 따라서, 알칼리성, 규소 에칭 용액의 사용을 기초로 한다.
HF 또는 플루오라이드를 기재로 하는 산성 에칭 페이스트- 산화물 [8],[9] 에 대해 기재된- 는 규소에 대해 에칭 작용을 나타내지 않는다.
본 발명에 따라 기재된 에칭 페이스트에 사용된 알칼리성 에칭 성분들은 무기 알칼리액, 예컨대 소듐 히드록시드, 칼륨 히드록시드, 암모니아 또는 유기 기재의, 알칼리성 에칭 혼합물, 예컨대 에틸렌디아민/파이로카테콜, 에탄올아민/갈산, 테트라알킬암모늄 히드록시드 또는 둘의 배합물일 수 있다.
사용된 에칭 성분의 분율은 에칭 페이스트의 총 중량에 대해 농도 범위 2 내지 50 중량%, 바람직하게는 5 내지 48 중량% 이다. 에칭 성분이 10 내지 45 중량% 의 양으로 존재하는 에칭 매질이 특히 바람직하다. 에칭 성분(들)이 에칭 페이스트의 총 중량을 기준으로 30 내지 40 중량% 의 양으로 존재하는 에칭 매질이, p-n 전이의 완전한 개방 및 고도의 처리량을 용이하게 하고, 동시에 높은 선택성을 나타내는 에칭 속도가 이러한 유형의 에칭 매질에서 발견되었기 때문에 특히 적합하다.
에칭 성분은 70 내지 150℃ 의 에칭 페이스트에서 효과적이다. 규소 표면 및 층 상에서, 1 ㎛ 미만의 에칭 깊이가 100℃ 미만의 온도에서 달성되었으며, 2 내지 3 ㎛ 이하의 에칭 깊이가 100 ℃ 초과의 온도에서 달성되었다.
적합한 무기 및/또는 유기 용매류 및/또는 이의 혼합물은 하기일 수 있다:
ㆍ 물
ㆍ 일가 또는 다가 알콜 (예를 들어, 이소프로판올, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 1,2-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,3-부탄디올, 글리세롤, 1,5-펜탄디올, 2-에틸-1-헥산올) 또는 이의 혼합물
ㆍ 케톤 (예를 들어, 아세토페논, 메틸-2-헥사논, 2-옥타논, 4-히드록시-4-메틸-2-펜타논, 1-메틸-2-피롤리돈)
ㆍ 에테르 (예를 들어, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르)
ㆍ 카르복실산 에스테르 (예를 들어 [2,2-부톡시(에톡시)]에틸 아세테이트)
ㆍ 카본산의 에스테르 (예를 들어, 프로필렌 카르보네이트)
물, 및 에테르 및 케톤으로 이루어진 군으로부터의 용매를 사용하는 것이 바람직하다.
물이 특히 적합한 것으로 입증되었다.
용매의 분율은 에칭 페이스트의 총 중량에 대해 10 내지 90 중량%, 바람직하게는 15 내지 85 중량% 의 범위이다. 특히 적합한 조성물은 용매가 에칭 페이스트의 총 중량에 대해 55 내지 75 중량% 의 양으로 존재하는 것으로 입증되었다.
본 발명에 따라 기재된 에칭 페이스트의 점도는 액체상에서 팽윤되고 목적하는 적용 면적에 따라 변할 수 있는 네트워크 형성 증점제를 사용하여 설정된다.
가능한 증점제는, 기능성 비닐 단위체와 같은 단량체 단위를 기재로 하는 가교 및 비가교된 호모폴리머 및 코폴리머, 예를 들어, 아크릴산, 아크릴레이트, 알킬 메타크릴레이트 (C10-C30) 및 히드록시알킬구아, 잔탄 검 및 β-글리코시드 연결된 글루코스 단위, 즉 셀룰로스 및/또는 셀룰로스 유도체, 예컨대 셀룰로스 에테르, 특히 에틸-, 히드록시프로필- 또는 히드록시에틸셀룰로스, 카르복시메틸셀룰로스 및 셀룰로스의 글리콜산 에테르의 염, 특히 소듐 카르복시메틸셀룰로스이다. 증점제는 개별적으로 및/또는 기타 증점제와 조합하여 사용될 수 있다. 카르복시메틸셀룰로스의 염 및 가교된 아크릴산 폴리머를 증점제로서 사용하는 것이 바람직하다. 카르복시메틸셀룰로스 (Finnfix
Figure 112008056144204-pct00001
) 및 가교된 아크릴산 호모폴리머 (Carbomers
Figure 112008056144204-pct00002
) 의 소듐 염이 상기 목적에 매우 특히 적합한 것으로 입증되었다.
특정 점도 범위의 설정 및 인쇄가능 또는 분산가능한 페이스트의 형성에 필요한 증점제의 비율은 에칭 페이스트의 총 중량에 대해 0.5 내지 25 중량%, 바람직하게는 1 내지 10 중량% 의 범위이다. 특히 적합한 조성물은 증점제가 1.5 내지 6 중량% 의 양으로 존재하는 것으로 입증되었다.
원하는 목적에 유리한 물성을 갖는 첨가제는, 소포제 예를 들어, TEGO
Figure 112005011272114-pct00003
Foamex N (디메틸폴리실록산), 요변성제, 예를 들어 BYK
Figure 112005011272114-pct00004
410 (개질된 우레아), Borchigel
Figure 112005011272114-pct00005
Thixo2, 흐름 조절제, 예를 들어, TEGO
Figure 112005011272114-pct00006
Glide ZG 400 (폴리에테르-실록산 공중합체), 공기제거제, 예를 들어, TEGO
Figure 112005011272114-pct00007
Airex 986 (실리콘 팁을 갖는 폴리머), 및 접착 촉진제, 예를 들어, Bayowet
Figure 112005011272114-pct00008
FT 929 (플루오로계면활성제) 이다. 이들은 에칭 페이스트의 인쇄성 및 분산성에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 첨가제의 분율은 에칭 페이스트의 총 중량에 대해 0 내지 2 중량% 의 범위이다.
에칭 매질의 제조에 사용된 성분 및 에칭 매질에서 서로에 대한 성분의 혼합 비율의 선택 모두는 실험을 통해 상당히 중요한 것으로 발견되었다. 에칭 매질이 에칭될 영역에 적용되는 방식에 따라, 서로에 대한 성분들의 백분율 비율은 상이하게 설정되어야 하는데, 이는, 특히 설정되는 점도 및 유동성 또는 요변성이 존재하는 용매 및 증점제의 양에 의해 상당히 영향을 받기 때문이다. 한편, 존재하는 용매 및 증점제의 양은 에칭 거동에 영향을 미친다. 본 발명에 따른 방법에서 사용 유형에 따라, 당업자가 에칭 매질의 상응하는 적응된 조성을 선택하는 것이 가능하다.
적용 영역
본 발명에 따른 에칭 페이스트의 적용 영역은 하기와 같다:
ㆍ 태양 전지 산업
ㆍ 반도체 산업
ㆍ 고성능 전자공학
본 발명에 따른 에칭 페이스트는 규소 표면 또는 층의 전 영역 및/또는 구조화된 에칭이 요구되는 모든 영역에서 사용될 수 있다. 따라서, 개별적 구조는 전 영역에 대해 또는 각 경우에 소망되는 깊이에 따라 선택적으로 규소 표면 또는 층에서 에칭될 수 있다.
적용 영역은, 예를 들어 하기와 같다:
ㆍ 광전기적(optoelectrical) 부품, 예컨대 태양 전지, 광다이오드 등의 제조, 특히 규소 태양 전지에서 p-n 전이의 격리 및 도핑된 층의 부분적 제거 (선택적 방출체) 를 결과로 하는, 규소 표면 및 층의 표면 세정/조화처리를 포함하는, 모든 에칭 단계 (구조화 단계와 동의어)
ㆍ 반도체 부품 및 회로의 제조를 결과로 하는 규소 표면 및 층에서의 모든 에칭 단계
ㆍ 고성능 전자공학 부품(IGBT, 파워 사이리스터(power thyristor), GTO 등)의 제조를 결과로 하는 규소 표면 및 층에서의 모든 에칭 단계.
본 발명의 보다 나은 이해 및 설명을 위해, 본 발명의 보호 범주 내에 속하는 실시예가 하기에 주어지나, 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 적합하지 않다.
실시예 1
40.0 g 의 KOH
59.0 g 의 탈염수
1.5 g 의 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르
4.0 g 의 카르보머 (아크릴산 호모폴리머)
화학물질을 비이커에 칭량하고, 혼합 및 용해시키고, 증점제를 교반하면서 첨가했다.
혼합물을 잠깐 방치한 후 용기로 이동시킨다. 상기 혼합물은, 이로써 에너지를 투입하거나 투입하지 않고, 규소 표면 및 층을 전체 영역에 대해 또는 목적하는 깊이까지의 구조물로 에칭할 수 있는 에칭 페이스트를 제공한다.
예를 들어, 스크린 인쇄 또는 디스펜서 (예를 들어 260 ㎛ 의 핀(pin) 직경) 를 사용하여 에칭 페이스트를 규소 표면에 적용하고, 핫플레이트 상에서 3분 동안 100℃ 에서 에칭했다. n-도핑된 (100) 규소 웨이퍼 상에 약 1 mm 의 라인 폭을 갖는 에칭 구조물의 제조시, 측정된 에칭 깊이 (인쇄 및 분산 파라미터에 따라) 는 0.3 내지 1㎛ 이다. 에칭 깊이는 KOH 농도 및 라인 폭을 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 4 mm 의 라인 폭 및 20 내지 50 중량% 의 KOH 농도에 대해, 에칭 깊이는 2 내지 3 ㎛ 이다.
생성된 에칭 페이스트는 보관시 적합하며, 취급이 용이하고 인쇄가능하다. 이는 용매를 사용하여, 예를 들어 물을 사용하여 인쇄 표면 또는 층 또는 페이스트 캐리어 (스크린, 닥터 블레이드, 주형, 스탬프, 클리셰, 카트리지 등) 로부터 제거될 수 있다.
실시예 2
8.0 g 의 KOH
26.4 g 의 탈염수
4.0 g 의 N-메틸피롤리돈
2.3 g 의 카르복시메틸셀룰로스의 Na 염 (Finnfix
Figure 112005011272114-pct00009
)
실시예 1 에 기재된 바와 같이 뱃치 및 프로세싱을 실시했다.
디스펜서 (핀 직경 450 ㎛) 를 사용하여 규소 표면에 에칭 페이스트를 적용하고, 130℃ 의 에칭 온도에서 3 분 동안 에칭했다. n-도핑된 (100) 규소 웨이퍼 상에 약 1 mm 의 라인 폭을 갖는 에칭 구조물의 제조 시, 측정된 에칭 깊이 (인쇄 및 분산 파라미터에 따름) 는 0.2 내지 1 ㎛ 이다.
실시예 3
37.8 중량% 의 물
0.8 중량% 의 에탄올 아민
50.0 중량% 의 에틸렌 글리콜
4.7 중량% 의 테트라에틸암모늄 히드록시드
4.7 중량% 의 테트라프로필암모늄 히드록시드
0.3 중량% 의 갈산
＜0.1 중량% 의 피라진
1.8 중량% 의 카르복시메틸셀룰로스의 Na 염 (Finnfix
Figure 112005011272114-pct00010
)
실시예 1 에 기재된 바와 같이 뱃치 및 프로세싱을 실시했다.
스크린 인쇄에 의해 또는 디스펜서 (핀 직경 450 ㎛) 를 사용하여 규소 표면에 에칭 페이스트를 적용하고, 130℃ 의 에칭 온도에서 3 분 동안 에칭했다. 1 mm 의 라인 폭을 갖는 에칭 구조물의 제조 시 측정된 에칭 깊이는 규소 웨이퍼 상에서 약 200 nm 이다.
실시예 4
39.4 중량% 의 탈염수
49.3 중량% 의 에틸렌 글리콜
4.9 중량% 의 테트라에틸암모늄 히드록시드
4.9 중량% 의 테트라프로필암모늄 히드록시드
1.5 중량% 의 카르복시메틸셀룰로스의 Na 염 (Finnfix
Figure 112005011272114-pct00011
)
실시예 1 에 기재된 바와 같이 뱃치 및 프로세싱을 실시했다.
스크린 인쇄에 의해 또는 디스펜서 (핀 직경 450 ㎛) 를 사용하여 규소 표면에 에칭 페이스트를 적용하고, 130℃ 의 에칭 온도에서 3 분 동안 에칭했다. 1 mm 의 라인 폭을 갖는 에칭 구조물의 제조 시 측정된 에칭 깊이는 규소 웨이퍼 상에서 약 300 nm 이다.
실시예 5
50 부피% 의 테트라에틸암모늄 히드록시드
20 부피% 의 에틸렌디아민
20 부피% 의 탈염수
10 부피% 의 트리에틸렌테트라아민
0.25 g 의 갈산
＜0.1 중량% 의 피라진
3 중량% 의 잔탄 검
실시예 1 에 기재된 바와 같이 뱃치 및 프로세싱을 실시했다.
스크린 인쇄에 의해 또는 디스펜서 (핀 직경 450 ㎛) 를 사용하여 규소 표면에 에칭 페이스트를 적용하고, 100℃ 의 에칭 온도에서 3 분 동안 에칭했다. 4 mm 의 라인 폭을 갖는 에칭 구조물의 제조 시 측정된 에칭 깊이는 규소 웨이퍼 상에서 약 1 ㎛ 이다.
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Claims (25)

  1. 규소 표면 및 층의 에칭용 에칭 매질로서, 상기 에칭 매질은 증점된(thickened) 알칼리성 액체이고, 하기를 포함하며:
    a. 하나 이상의 용매, 및
    b. 에칭 매질의 총량에 대하여 0.5 내지 25 중량% 의 증점제,
    70 내지 150℃ 의 온도에서 효과적인 에칭 페이스트(paste)인 것을 특징으로 하는 인쇄가능 에칭 매질.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 에칭 성분으로서, 유기 또는 무기 염기를 총량에 대해 2 내지 50 중량% 의 농도로 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 매질.
  4. 제 3 항에 있어서, 에칭 성분으로서, 소듐 히드록시드, 포타슘 히드록시드, 암모니아, 에탄올아민, 에틸렌디아민, 테트라알킬암모늄 히드록시드, 또는 에틸렌 디아민/파이로카테콜 및 에탄올아민/갈산 혼합물 중 하나로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 매질.
  5. 제 1 항에 있어서, 물, 이소프로판올, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 1,2-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,3-부탄디올, 글리세롤, 1,5--펜탄디올, 2-에틸-1-헥산올 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 용매, 또는 아세토페논, 메틸-2-헥사논, 2-옥타논, 4-히드록시-4-메틸-2-펜타논, 1-메틸-2-피롤리돈, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, [2,2-부톡시(에톡시)]에틸 아세테이트, 프로필렌 카르보네이트와 같은 카르복실산 에스테르로 이루어진 군에서 선택된 용매를 그대로 또는 혼합물로, 매질의 총량에 대해 10 내지 90 중량% 의 양으로 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 매질.
  6. 제 1 항에 있어서, 히드록시알킬구아, 잔탄 검, 셀룰로스, 에틸셀룰로스, 히드록시프로필셀룰로스, 히드록시에틸셀룰로스, 카르복시메틸셀룰로스, 소듐 카르복시메틸히드록시에틸셀룰로스, 아크릴산, 아크릴레이트 및 알킬 메타크릴레이트 (C10-C30) 의 기능성(functionalised) 비닐 단위체를 기재로 하는 호모폴리머 또는 코폴리머로 이루어진 군에서 선택된 증점제를, 개별적으로 또는 혼합물로, 에칭 매질의 총량에 대해 0.5 내지 25 중량% 의 양으로 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 매질.
  7. 삭제
  8. 규소 표면 및 층의 에칭 방법으로서, 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 에칭 매질을 전 영역에 적용하거나 에칭 구조 마스크에 따라 에칭이 목적되는 표면의 영역에만 특정하게 적용하고, 30 초 내지 5 분의 노출 시간 후 다시 제거하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 에칭 매질이 70 내지 150℃ 범위의 온도에서 작용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 에칭 매질이 열에 대한 노출에 의해 활성화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 에칭 매질이 스크린, 주형, 패드(pad), 스탬프, 잉크젯(ink-jet) 또는 수동 인쇄 방법에 의해 또는 분산(dispensing) 기술에 의해 에칭될 표면에 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 8 항에 있어서, 에칭이 완료될 때 용매 또는 용매 혼합물을 사용하여 상기 에칭 매질을 헹궈내는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 광다이오드, 회로, 전자 부품의 제조를 위하여, 광전지 (photovoltaics), 반도체 기술, 고성능 전자공학 (electronics) 에 사용되는 에칭 매질.
  14. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 태양 전지에서 p-n 전이 격리를 위하여, 규소 표면 및 층의 에칭에 사용되는 에칭 매질.
  15. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 태양 전지용 선택적 방출체(emitter)의 제조를 위하여, 규소 표면 및 층의 에칭에 사용되는 에칭 매질.
  16. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 반사방지 거동 개선을 위하여, 태양 전지의 규소 표면 및 층의 에칭에 사용되는 에칭 매질.
  17. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 반도체 부품 및 이의 회로의 제조 방법에서 규소 표면 및 층의 에칭에 사용되는 에칭 매질.
  18. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 고성능 전자공학의 부품 제조 방법에서 규소 표면 및 층의 에칭에 사용되는 에칭 매질.
  19. 제 3 항에 있어서, 에칭 성분으로서, 유기 또는 무기 염기를 총량에 대해 5 내지 48 중량% 의 농도로 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 매질.
  20. 제 5 항에 있어서, 용매를 매질의 총량에 대해 15 내지 85 중량% 의 양으로 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 매질.
  21. 제 6 항에 있어서, 증점제를 에칭 매질의 총량에 대해 1 내지 10 중량% 의 양으로 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 매질.
  22. 제 1 항에 있어서, 에칭 페이스트가 에너지의 투입에 의해 활성화되는 것을 특징으로 하는 에칭 매질.
  23. 제 9 항에 있어서, 에칭 매질이 에너지의 투입에 의해 활성화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 1 항에 있어서, 상기 에칭용 에칭 매질이 소포제, 요변성제(thixotropic agent), 흐름 조절제(flow-control agent), 공기제거제 및 접착 촉진제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 첨가제(c)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 매질.
  25. 제 24 항에 있어서, 소포제, 요변성제, 흐름 조절제, 공기제거제 및 접착 촉진제로 이루어진 군에서 선택된 첨가제(c)를 총량에 대해 0 중량% 초과 내지 2 중량% 이하의 양으로 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 매질.
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