KR101956352B1 - 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물 및 텍스쳐 에칭방법 - Google Patents

결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물 및 텍스쳐 에칭방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물 및 텍스쳐 에칭 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 알칼리 화합물 및 특정 용해도 지수의 화합물과 알칼리 금속(염)과의 반응물을 포함하므로써, 결정성 실리콘 웨이퍼의 표면에 미세 피라미드 구조를 형성함에 있어서 실리콘 결정 방향에 대한 에칭 속도의 차이를 제어하여 알칼리 화합물에 의한 과에칭을 방지함으로써 위치별 텍스쳐의 품질 편차를 최소화하여 광 효율을 증가시키는 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물 및 텍스쳐 에칭방법에 관한 것이다.

Description

결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물 및 텍스쳐 에칭방법 {TEXTURE ETCHING SOLUTION COMPOSITION AND TEXTURE ETCHING METHOD OF CRYSTALLINE SILICON WAFERS}
본 발명은 결정성 실리콘 웨이퍼 표면의 위치별 텍스쳐 품질 편차를 최소화하고 에칭 중 온도 구배가 발생하지 않는 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물 및 텍스쳐 에칭방법에 관한 것이다.
최근 들어 급속하게 보급되고 있는 태양 전지는 차세대 에너지원으로 클린 에너지인 태양 에너지를 직접 전기로 변환하는 전자 소자이다. 태양 전지는 실리콘에 붕소를 첨가한 P형 실리콘 반도체를 기본으로 하여 그 표면에 인을 확산시켜 N형 실리콘 반도체층을 형성시킨 PN 접합 반도체 기판으로 구성되어 있다.
PN 접합에 의해 전계가 형성된 기판에 태양광과 같은 빛을 조사할 경우 반도체 내의 전자(-)와 정공(+)이 여기되어 반도체 내부를 자유로이 이동하는 상태가 되며, 이러한 PN 접합에 의해 생긴 전계에 들어오게 되면 전자(-)는 N형 반도체에, 정공(+)은 P형 반도체에 이르게 된다. P형 반도체와 N형 반도체 표면에 전극을 형성하여 전자를 외부회로로 흐르게 하면 전류가 발생하게 되는데, 이와 같은 원리로 태양 에너지가 전기 에너지로 변환된다. 따라서 태양 에너지의 변환 효율을 높이기 위해서 PN 접합 반도체 기판의 단위 면적당 전기적 출력을 극대화시켜야 하며, 이를 위해서 반사율은 낮게 하고 광 흡수량은 최대화시켜야 한다. 이러한 점을 고려하여 PN 접합 반도체 기판을 구성하는 태양전지용 실리콘 웨이퍼의 표면을 미세 피라미드 구조로 형성시키고 반사 방지막을 처리하고 있다. 미세 피라미드 구조로 텍스쳐링된 실리콘 웨이퍼의 표면은 넓은 파장대를 갖는 입사광의 반사율을 낮춰 기 흡수된 광의 강도를 증가시킴으로써 태양전지의 성능, 즉 효율을 높일 수 있게 된다.
실리콘 웨이퍼 표면을 미세 피라미드 구조로 텍스쳐하는 방법으로, 미국특허 제4,137,123호에는 0-75부피%의 에틸렌글리콜, 0.05-50중량%의 수산화칼륨 및 잔량의 물을 포함하는 이방성 에칭액에 0.5-10중량%의 실리콘이 용해된 실리콘 텍스쳐 에칭액이 개시되어 있다. 그러나, 이 에칭액은 피라미드 형성 불량을 일으켜 광 반사율을 증가시키고 효율의 저하를 초래할 수 있다.
또한, 한국등록특허 제0180621호에는 수산화칼륨 용액 0.5-5%, 이소프로필알코올 3-20부피%, 탈이온수 75-96.5부피%의 비율로 혼합된 텍스쳐 에칭 용액이 개시되어 있고, 미국특허 제6,451,218호에는 알칼리 화합물, 이소프로필알코올, 수용성 알카리성 에틸렌글리콜 및 물을 포함하는 텍스쳐 에칭 용액이 개시되어 있다. 그러나, 이들 에칭 용액은 비점이 낮은 이소프로필알코올을 포함하고 있어 텍스쳐 공정 중 이를 추가 투입해야 하므로 생산성 및 비용 면에서 경제적이지 못하며, 추가 투입된 이소프로필알코올로 인해 에칭액의 온도 구배가 발생하여 실리콘 웨이퍼 표면의 위치별 텍스쳐 품질 편차가 커져 균일성이 떨어질 수 있다.
미국특허 제4,137,123호 한국 등록특허 제10-0180621호 미국특허 제6,451,218호
본 발명은 결정성 실리콘 웨이퍼의 표면에 미세 피라미드 구조를 형성함에 있어서, 실리콘 결정 방향에 대한 에칭 속도의 차이를 제어하여 알칼리 화합물에 의한 과에칭을 방지함으로써 위치별 텍스쳐의 품질 편차를 최소화하여 광 효율을 증가시키는 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물을 이용한 텍스쳐 에칭방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
1. 알칼리 화합물(A); 및 수산기를 함유하며 한센 용해도 파라미터(δp)가 8.0 내지 12.0 [J/cm3]1/2인 화합물(b-1)과 알칼리 금속(염)(b-2)의 반응물(B);을 포함하는, 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
2. 위 1에 있어서, 상기 (b-1) 화합물은 비점이 120℃ 이상인, 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
3. 위 1에 있어서, 상기 (b-1) 화합물은 디프로필렌글리콜 메틸에테르, 트리프로필렌글리콜 메틸에테르, 디프로필렌글리콜 프로필 에테르, 프로필렌글리콜 부틸 에테르, 프로필렌글리콜 부틸 에테르, 디프로필렌글리콜 부틸 에테르, 트리프로필렌글리콜 부틸 에테르, 프로필렌글리콜 페닐 에테르, 디에틸렌글리콜 에틸 에테르, 디에틸렌글리콜 메틸 에테르, 디에틸렌글리콜 부틸 에테르, 디에틸렌글리콜 헥실 에테르, 에틸렌글리콜 프로필 에테르, 에틸렌글리콜 부틸 에테르, 에틸렌글리콜 헥실 에테르, 트리에틸렌글리콜 메틸 에테르, 트리에틸렌글리콜 에틸 에테르, 트리에틸렌글리콜 부틸에테르 및 에틸렌글리콜 페닐에테르로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인, 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
4. 위 1에 있어서, 상기 알칼리금속(염)(b-2)은 알칼리 금속 및 알칼리 금속의 수산화물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인, 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
5. 위 4에 있어서, 상기 알칼리금속은 나트륨 및 칼륨 중 적어도 하나인, 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
6. 위 1에 있어서, 상기 (b-1)과 (b-2)의 반응 몰비는 b-2/b-1이 0.01 내지 0.50인, 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
7. 위 1에 있어서, 상기 알칼리 화합물은 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화암모늄, 테트라히드록시메틸암모늄 및 테트라히드록시에틸암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인, 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
8. 위 1에 있어서, 상기 알칼리 화합물(A) 0.5 내지 5중량%, 상기 반응물(B) 0.001 내지 5중량% 및 잔량의 물을 포함하는, 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
9. 위 1 내지 8 중 어느 한 항의 에칭액 조성물에 의한 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭 방법.
10. 위 9에 있어서, 상기 에칭액 조성물을 50 내지 100℃의 온도에서 30초 내지 60분 동안 분무시키는 것을 포함하는, 에칭 방법.
11. 위 9에 있어서, 상기 에칭액 조성물에 상기 웨이퍼를 50 내지 100℃의 온도에서 30초 내지 60분 동안 침적시키는, 에칭 방법.
본 발명의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물 및 텍스쳐 에칭방법에 따르면 실리콘 결정 방향에 대한 에칭 속도의 차이를 제어하여 알칼리 화합물에 의한 과에칭을 방지함으로써 결정성 실리콘 웨이퍼 표면의 위치별 텍스쳐의 품질 편차를 최소화, 즉 텍스쳐의 균일성을 향상시켜 태양광의 흡수량을 극대화시킨다.
도 1은 실시예 1의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐용 에칭액 조성물을 이용하여 에칭된 단결정 실리콘 웨이퍼 기판 표면의 광학현미경(배율 1,000배) 사진이다.
도 2는 실시예 2의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐용 에칭액 조성물을 이용하여 에칭된 단결정 실리콘 웨이퍼 기판 표면의 광학현미경(배율 1,000배) 사진이다.
도 3은 실시예 3의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐용 에칭액 조성물을 이용하여 에칭된 단결정 실리콘 웨이퍼 기판 표면의 광학현미경(배율 1,000배) 사진이다.
도 4는 실시예 4의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐용 에칭액 조성물을 이용하여 에칭된 단결정 실리콘 웨이퍼 기판 표면의 광학현미경(배율 1,000배) 사진이다.
도 5는 실시예 5의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐용 에칭액 조성물을 이용하여 에칭된 단결정 실리콘 웨이퍼 기판 표면의 광학현미경(배율 1,000배) 사진이다.
도 6은 실시예 6의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐용 에칭액 조성물을 이용하여 에칭된 단결정 실리콘 웨이퍼 기판 표면의 광학현미경(배율 1,000배) 사진이다.
도 7은 실시예 7의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐용 에칭액 조성물을 이용하여 에칭된 단결정 실리콘 웨이퍼 기판 표면의 광학현미경(배율 1,000배) 사진이다.
도 8은 실시예 8의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐용 에칭액 조성물을 이용하여 에칭된 단결정 실리콘 웨이퍼 기판 표면의 광학현미경(배율 1,000배) 사진이다.
도 9는 비교예 1의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐용 에칭액 조성물을 이용하여 에칭된 단결정 실리콘 웨이퍼 기판 표면의 광학현미경(배율 1,000배) 사진이다.
도 10은 비교예 2의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐용 에칭액 조성물을 이용하여 에칭된 단결정 실리콘 웨이퍼 기판 표면의 광학현미경(배율 1,000배) 사진이다.
본 발명은 알칼리 화합물 및 특정 용해도 지수의 화합물(A)과 알칼리 금속(염)과의 반응물(B)을 포함하므로써, 결정성 실리콘 웨이퍼의 표면에 미세 피라미드 구조를 형성함에 있어서 실리콘 결정 방향에 대한 에칭 속도의 차이를 제어하여 알칼리 화합물에 의한 과에칭을 방지함으로써 위치별 텍스쳐의 품질 편차를 최소화하여 광 효율을 증가시키는 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물 및 텍스쳐 에칭방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물은 알칼리 화합물(A) 및 특정 용해도 지수의 화합물과 알칼리 금속(염)과의 반응물(B)을 포함한다.
본 발명에 따른 알칼리 화합물(A)은 결정성 실리콘 웨이퍼의 표면을 에칭하는 성분으로서 당분야에서 통상적으로 사용하는 알칼리 화합물이라면 제한 없이 사용될 수 있다. 사용 가능한 알칼리 화합물로는 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화암모늄, 테트라히드록시메틸암모늄, 테트라히드록시에틸암모늄 등을 들 수 있으며, 이 중에서 수산화칼륨, 수산화나트륨이 바람직하다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
알칼리 화합물은 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물 총 중량 대비 0.5 내지 5중량%로 포함될 수 있고, 바람직하게는 1 내지 3중량%일 수 있다. 함량이 상기 범위에 해당되는 경우 실리콘 웨이퍼 표면을 에칭할 수 있게 된다.
본 발명에 상기 반응물(B)은 수산기를 함유하며 한센 용해도 파라미터(δp)가 8.0 내지 12.0 [J/cm3]1/2인 화합물(b-1)과 알칼리 금속(염)(b-2)의 반응물이다.
상기 반응물(B)는 실리콘 결정방향인 (100), (111)면에 대한 보다 우수한 에칭 속도의 제어 능력을 나타내고, 특히 알칼리 화합물에 의한 단결정 Si 에칭 시 단결정 Si 표면에 흡착되어 수산화기에 의한 (100) 방향의 에칭 속도를 억제하여, 알칼리 화합물에 의한 과에칭을 방지함으로써 텍스쳐의 품질 편차를 최소화하고, 텍스쳐 구조를 이루는 피라미드 구조가 미세하게 형성하도록 유도한다. 또한, 결정성 실리콘 웨이퍼 표면의 젖음성을 개선시켜 에칭에 의해 생성된 수소 버블을 실리콘 표면으로부터 빨리 떨어뜨림으로써 버블 스틱 현상이 발생하는 것을 방지하여 텍스쳐의 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 반응물(B)는 비점이 120℃ 이상인 것이 바람직하다(대기압(1기압) 하에서). 비점이 120℃ 이상이면 에칭 공정 시 손실률이 적어 적은 함량으로 사용이 가능할 뿐만 아니라 동일 사용량에 대한 처리 매수도 증가시킬 수 있다. 비점의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 250℃일 수 있다.
(b-1) 화합물은 수산기를 포함하므로써 알칼리 금속(염)과의 반응을 하여 과에칭을 방지할 수 있다.
(b-1) 화합물에 있어서, 한센 용해도 파라미터가 8.0 [J/cm3]1/2 내지 12.0 [J/cm3]1/2 인 화합물들의 보다 구체적인 예시로는 글리콜에테르계 화합물을 들 수 있다. (b-1) 화합물의 보다 구체적인 예로는 디프로필렌글리콜 메틸에테르, 트리프로필렌글리콜 메틸에테르, 디프로필렌글리콜 프로필 에테르, 프로필렌글리콜 부틸 에테르, 프로필렌글리콜 부틸 에테르, 디프로필렌글리콜 부틸 에테르, 트리프로필렌글리콜 부틸 에테르, 프로필렌글리콜 페닐 에테르, 디에틸렌글리콜 에틸 에테르, 디에틸렌글리콜 메틸 에테르, 디에틸렌글리콜 부틸 에테르, 디에틸렌글리콜 헥실 에테르, 에틸렌글리콜 프로필 에테르, 에틸렌글리콜 부틸 에테르, 에틸렌글리콜 헥실 에테르, 트리에틸렌글리콜 메틸 에테르, 트리에틸렌글리콜 에틸 에테르, 트리에틸렌글리콜 부틸에테르, 에틸렌글리콜 페닐에테르 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 이들은 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합되어 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 (b-2) 화합물에 있어서, 알칼리 금속(염)은 알칼리 금속, 알칼리 금속의 염 또는 이 둘 모두를 지칭하는 것을 의미한다.
알칼리 금속의 염은 (b-1) 화합물과의 반응 시 알칼리 금속 양이온이 해리되는 염 화합물이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 알칼리 금속의 수산화물일 수 있다.
(b-2) 화합물에 있어서, 알칼리 금속은 바람직하게는 나트륨 또는 칼륨일 수 있다.
본 발명에 있어서, 화합물(B)는 화합물(b-1)와 화합물(b-2)의 반응물로서, 그 반응 몰비는 b-2/b-1가 0.01 내지 0.50, 바람직하게는 0.1 내지 0.2일 수 있다. 상기 범위에서 실리콘 웨이퍼 표면에 균일한 텍스쳐 형상을 형성할 수 있고, 경제적으로 유효한 에칭속도를 구현할 수 있는 반응물(B)가 형성될 수 있다. 상기 반응 몰비가 0.01 미만인 경우 알카리화합물의 실리콘 웨이퍼에 대한 에칭속도를 제어할 수 있는 능력이 저하되어 균일한 텍스쳐 형상을 얻을 수 없을 수 있고, 0.5 보다 큰 경우 화합물(b-2)의 함량이 커져 화합물(b-1)에 모두 녹지 않아 반응이 이루어지지 않거나, 분해시킬 수 있어 본 발명에서 목적으로 하는 성능을 구현할 수 없을 수도 있다.
또한, 상기 반응의 온도는 대기압 하에서 40 내지 120℃, 바람직하게는 70 내지 90℃일 수 있다.
본 발명에 따른 반응물(B)은 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물 총 중량 대비 0.001 내지 5중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.01 내지 2중량%일 수 있다. 함량이 상기 범위에 해당되는 경우 과에칭과 에칭 가속화를 효과적으로 방지할 수 있다. 함량이 0.001중량% 미만인 경우 알칼리 화합물에 의한 에칭 속도의 제어가 어려워져 균일한 텍스쳐 형상을 얻기 어려울 수 있고, 5중량% 초과인 경우 알칼리 화합물에 의한 에칭 속도를 급격하게 저하시켜 원하는 미세 피라미드를 형성하기 어려울 수도 있다.
본 발명에 따른 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물은 상기 성분들을 구체적인 필요에 따라 적절하게 채택한 후, 물을 첨가하여 전체 조성을 조절하게 되어 전체 조성물의 잔량은 물이 차지한다. 바람직하게는 상기 성분들이 전술한 함량 범위를 갖도록 조절한다.
물의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 탈이온 증류수인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 반도체 공정용 탈이온 증류수로서 비저항값이 18㏁·cm 이상인 것이 좋다.
선택적으로, 본 발명의 목적, 효과를 손상시키지 않는 범위에서 당분야에 공지된 추가적인 첨가제를 더 포함할 수도 있다. 이러한 성분으로는 점도조정제, pH 조정제 등을 들 수 있다.
점도 조정제로는 다당류(polysaccharide)를 예로 들 수 있다. 다당류는 단당류 2개 이상이 글리코시드 결합하여 큰 분자를 만들고 있는 당류 화합물이다.
다당류로는 글루칸계(glucan) 화합물, 프룩탄계(fructan) 화합물, 만난계(mannan) 화합물, 갈락탄계(galactan) 화합물 또는 이들의 금속염 등을 들 수 있으며, 이 중에서 글루칸계 화합물과 이의 금속염(예컨대, 알칼리 금속염)이 바람직하다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
글루칸계 화합물로는 셀룰로오스, 디메틸아미노에틸셀룰로오스, 디에틸아미노에틸셀룰로오스, 에틸히드록시에틸셀룰로오스, 메틸히드록시에틸셀룰로오스, 4-아미노벤질셀룰로오스, 트리에틸아미노에틸셀룰로오스, 시아노에틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 카르복시에틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 알긴산, 아밀로오스, 아밀로펙틴, 펙틴, 스타치, 덱스트린, α-시클로덱스트린, β-시클로덱스트린, γ-시클로덱스트린, 히드록시프로필-β-시클로덱스트린, 메틸-β-시클로덱스트린, 덱스트란, 덱스트란설페이트나트륨, 사포닌, 글리코겐, 자이모산, 렌티난, 시조피난 또는 이들의 금속염 등을 들 수 있다.
다당류는 평균 분자량이 5,000 내지 1,000,000인 것일 수 있으며, 바람직하게 50,000 내지 200,000인 것이 좋다.
다당류는 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물 총 중량 대비 10-9 내지 0.5중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 10-6 내지 0.1중량%인 것이 좋다. 함량이 상기 범위에 해당되는 경우 과에칭과 에칭 가속화를 효과적으로 방지할 수 있다. 함량이 0.5중량% 초과인 경우 알칼리 화합물에 의한 에칭 속도를 급격하게 저하시켜 원하는 미세 피라미드를 형성하기 어렵다.
본 발명의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물은 통상의 에칭 공정, 예컨대 딥방식, 분무방식 및 매엽방식의 에칭 공정에 모두 적용 가능하다.
본 발명은 상기 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물을 이용한 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭방법을 제공한다.
결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭방법은 본 발명의 결정성 실리콘웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물에 결정성 실리콘 웨이퍼를 침적시키는 단계, 또는 본 발명의 결정성 실리콘웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물을 결정성 실리콘 웨이퍼에 분무하는 단계, 또는 상기 두 단계를 모두 포함한다.
침적과 분무의 횟수는 특별히 한정되지 않으며, 침적과 분무를 모두 수행하는 경우 그 순서도 한정되지 않는다.
침적, 분무 또는 침적 및 분무하는 단계는 50 내지 100℃의 온도에서 30초 내지 60분 동안 수행될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭방법은 산소를 공급시키는 별도의 에어레이팅 장비를 도입할 필요가 없어 초기 생산 및 공정 비용 면에서 경제적일 뿐만 아니라 간단한 공정으로도 균일한 미세 피라미드 구조의 형성을 가능하게 한다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
제조예
하기 표 1에 기재된 성분 및 조건으로 반응물(B)를 제조하였다. 제조예 9 및 10은 반응 없이 화합물(b-1) 그 자체를 지칭한다.
반응물(B) 반응조건
화합물(b-1) 화합물(b-2) 반응몰비
(화합물 b-2/b-1)		 반응
온도
(℃)		 반응
시간
(분)
물질명 δp 값 비점
(℃)
제조예 1 트리 에틸렌글리콜 에틸 에테르 10.18 256.3 NaOH 0.1 70 180
제조예 2 트리 에틸렌글리콜 에틸 에테르 10.18 256.3 NaOH 0.1 80 60
제조예 3 트리 에틸렌글리콜 에틸 에테르 10.18 256.3 KOH 0.1 100 30
제조예 4 트리 에틸렌글리콜 에틸 에테르 10.18 256.3 NaOH 0.2 70 60
제조예 5 트리 에틸렌글리콜
부틸 에테르		 9.93 279.7 NaOH 0.15 70 180
제조예 6 트리 에틸렌글리콜
메틸 에테르		 10.37 249.2 NaOH 0.1 75 180
제조예 7 디 에틸렌글리콜
에틸에테르		 11.10 202.0 NaOH 0.2 70 180
제조예 8 디 프로필렌글리콜
프로필 에테르		 8.91 213.0 KOH 0.2 75 120
제조예 9 트리에틸렌 글리콜
에틸 에테르		 10.18 256.3 - - - -
제조예 10 트리에틸렌글리콜
부틸 에테르		 9.93 279.7 - - - -
제조예 11 디 프로필렌글리콜
디 메틸 에테르		 7.76 175 NaOH 0.15 70 180
제조예 12 트리에틸렌글리콜 13.50 285 NaOH 0.15 70 180
실시예 및 비교예
하기 표 2에 기재된 성분 및 함량에 잔량의 물(H2O)을 첨가하여 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐용 에칭액 조성물을 제조하였다.
시험예
단결정 실리콘 웨이퍼(156mmX156mm)를 실시예 및 비교예의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐용 에칭액 조성물에 각각 침지시켜 에칭하였다. 이 때 텍스쳐 조건은 온도 80℃, 시간 20분이었다.
1. 에칭량
에칭 전후의 웨이퍼의 무게변화를 측정하였다
2. 텍스쳐의 반사율 평가
에칭된 단결정 실리콘 웨이퍼의 표면에 UV 분광광도계를 이용하여 600㎚의 파장대를 갖는 광을 조사하였을 때의 반사율을 측정하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
3. 텍스쳐의 균일성(외관) 평가
텍스쳐의 균일성은 광학 현미경, SEM을 이용하고 피라미드 크기는 SEM을 이용하여 평가하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
◎: 웨이퍼 전면 피라미드 형성
○: 웨이퍼 일부 피라미드 미형성
(피라미드 구조 미형성 정도 5% 미만)
△: 웨이퍼 일부 피라미드 미형성
(피라미드 구조 미형성 정도 5 내지 50%)
Х: 웨이퍼 피라미드 미형성
(피라미드 미형성 정도 90% 이상)
구분 반응물(B) 알칼리화합물(A) 평가결과
종류 함량 종류 함량 에칭량
(g)		 반사율
(%)		 외관
실시예 1 제조예 1 0.3 KOH 2.0 0.74 10.5 ◎
실시예 2 제조예 2 0.2 NaOH 1.0 0.64 10.8 ◎
실시예 3 제조예 3 0.1 KOH 1.5 0.98 11.8 ○
실시예 4 제조예 4 0.4 KOH 1.0 0.92 11.0 ◎
실시예 5 제조예 5 0.2 KOH 2.0 0.62 10.8 ◎
실시예 6 제조예 6 0.5 KOH 1.7 0.68 11.8 ○
실시예 7 제조예 7 0.8 KOH 1.2 0.48 11.1 ○
실시예 8 제조예 8 0.7 KOH 1.5 0.45 11.5 ○
실시예 9 제조예 5 2.4 KOH 2.0 0.40 11.8 ○
실시예 10 제조예 5 5.2 KOH 2.0 0.28 12.5 △
비교예 1 제조예 9 0.3 KOH 2.0 1.56 15.0 X
비교예 2 제조예 10 0.2 KOH 2.0 1.69 17.8 X
비교예 3 제조예 11 0.3 KOH 2.0 1.85 20.2 X
비교예 4 제조예 12 0.2 KOH 2.0 1.14 14.5 △
표 2 및 도 1 내지 10을 참고하면, 실시예들의 실리콘 웨이퍼의 에칭액 조성물은 비교예들에 비해 단결정 실리콘 웨이퍼의 전면에 매우 작고 균일한 피라미드의 형성 정도가 매우 우수하고 낮은 반사율 값을 나타냄을 알 수 있다. 그리고 광학 현미경 또는 SEM 분석을 통해 고배율로 확대하여 피라미드 형성 정도를 확인한 결과 고밀도의 피라미드가 형성됨을 확인할 수 있었다. 실시예 6 내지 9의 경우에도 피라미드 형성 정도가 매우 우수하며 반사율도 약 10~12%의 낮은 반사율 값을 나타냄을 알 수 있다.
다만, 또한, 반응물(B)가 다소 과량으로 사용된 실시예 10은 에칭 속도가 다소 저하되어 텍스쳐의 균일성이 다소 저함됨으로써 상대적으로 반사율이 다소 높음을 확인할 수 있었다.
특히, 실시예 1과 비교예 1, 실시예 5과 비교예 2를 비교해보면, 화합물(b-1)을 에칭액에 직접 사용하는 것보다는 화합물(b-2)와의 반응물롤 사용하는 것이 적은 농도에서도 보다 우수한 균일성 있는 텍스쳐를 형성함을 알 수 있었다.

Claims (11)

  1. 알칼리 화합물(A); 및
    수산기를 함유하며 한센 용해도 파라미터(δp)가 8.0 내지 12.0 [J/cm3]1/2인 화합물(b-1)과 알칼리 금속(염)(b-2)이 1:0.01 내지 1:0.5 몰비로 반응하여 형성된 반응물(B);
    을 포함하는, 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 (b-1) 화합물은 비점이 120℃ 이상인, 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 (b-1) 화합물은 디프로필렌글리콜 메틸에테르, 트리프로필렌글리콜 메틸에테르, 디프로필렌글리콜 프로필 에테르, 프로필렌글리콜 부틸 에테르, 프로필렌글리콜 부틸 에테르, 디프로필렌글리콜 부틸 에테르, 트리프로필렌글리콜 부틸 에테르, 프로필렌글리콜 페닐 에테르, 디에틸렌글리콜 에틸 에테르, 디에틸렌글리콜 메틸 에테르, 디에틸렌글리콜 부틸 에테르, 디에틸렌글리콜 헥실 에테르, 에틸렌글리콜 프로필 에테르, 에틸렌글리콜 부틸 에테르, 에틸렌글리콜 헥실 에테르, 트리에틸렌글리콜 메틸 에테르, 트리에틸렌글리콜 에틸 에테르, 트리에틸렌글리콜 부틸에테르 및 에틸렌글리콜 페닐에테르로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인, 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 알칼리금속(염)(b-2)은 알칼리 금속 및 알칼리 금속의 수산화물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인, 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 알칼리금속은 나트륨 및 칼륨 중 적어도 하나인, 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 알칼리 화합물은 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화암모늄, 테트라히드록시메틸암모늄 및 테트라히드록시에틸암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인, 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 알칼리 화합물(A) 0.5 내지 5중량%, 상기 반응물(B) 0.001 내지 5중량% 및 잔량의 물을 포함하는, 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
  9. 청구항 1의 에칭액 조성물에 의한 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 에칭액 조성물을 50 내지 100℃의 온도에서 30초 내지 60분 동안 분무시키는 것을 포함하는, 에칭 방법.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 에칭액 조성물에 상기 웨이퍼를 50 내지 100℃의 온도에서 30초 내지 60분 동안 침적시키는, 에칭 방법.
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