KR20120119796A - 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 에칭방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 알칼리 화합물; 탄소수 2-6인 알켄기를 포함하는 작용기가 결합된, 질소 원자를 함유하는 고리형 화합물; 및 잔량의 물을 포함함으로써 실리콘의 결정 방향에 대한 에칭 속도 차이를 조절하여 종래와 다른 형상의 미세 피라미드를 형성할 수 있고 텍스쳐의 균일성을 향상시켜 태양광의 흡수량을 극대화시키고 광 반사율을 크게 낮춰 광 효율을 더욱 높일 수 있는 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 미세 피라미드의 형상을 제어하고 위치별 텍스쳐 품질의 편차를 최소화하여 광효율을 더욱 높일 수 있는 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물 및 텍스쳐 에칭방법에 관한 것이다.
최근 들어 급속하게 보급되고 있는 태양전지는 차세대 에너지원으로서 클린 에너지인 태양 에너지를 직접 전기로 변환하는 전자 소자로서, 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, 유럽특허 제0477424호에는 에틸렌글리콜, 수산화칼륨 및 잔량의 물에 실리콘을 용해시킨 텍스쳐 에칭액에 산소를 공급시키는, 즉 에어레이팅 공정을 수행하는 텍스쳐 에칭 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 에칭 방법은 피라미드 형성 불량을 일으켜 광 반사율 증가와 효율의 저하를 초래할 뿐만 아니라 별도의 에어레이팅 장비의 설치를 필요로 한다는 단점이 있다.
또한, 한국등록특허 특0180621호에는 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.
본 발명은 결정성 실리콘 웨이퍼의 표면에 미세 피라미드 구조를 형성함에 있어서 실리콘의 결정 방향에 대한 에칭 속도를 조절하고 위치별 텍스쳐의 품질 편차를 최소화하여 광 효율을 증가시킬 수 있는 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 텍스쳐 공정 중 별도의 에칭액 성분의 투입과 에어레이팅 공정의 적용이 필요 없는 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 0.1 내지 20중량%; 탄소수 2-6인 알켄기를 포함하는 작용기가 결합된, 질소 원자를 함유하는 고리형 화합물 10-6 내지 10중량%; 및 잔량의 물을 포함하는 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
2. 위 1에 있어서, 알칼리 화합물은 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화암모늄, 테트라히드록시메틸암모늄 및 테트라히드록시에틸암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
3. 위 1에 있어서, 고리형 화합물은 N-비닐피페라진, N-비닐메틸피페라진, N-비닐에틸피페라진, N-비닐-N'-메틸피페라진, N-아크릴로일피페라진, N-아크릴로일-N'-메틸피페라진, N-비닐모르폴린, N-비닐메틸모르폴린, N-비닐에틸모르폴린, N-아크릴로일모르폴린, N-비닐피페리돈, N-비닐메틸피페리돈, N-비닐에틸피페리돈, N-아크릴로일피페리돈, N-비닐피롤리돈, N-비닐메틸피롤리돈, N-비닐에틸-2-피롤리돈, N-아크릴로일피롤리돈, N-비닐카바졸 및 N-아크릴로일카바졸로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
4. 위 1에 있어서, 글루칸계 화합물, 프룩탄계 화합물, 만난계 화합물, 갈락탄계 화합물 및 이들의 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 다당류를 더 포함하는 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
5. 위 4에 있어서, 다당류는 셀룰로오스, 디메틸아미노셀룰로오스, 디에틸아미노에틸셀룰로오스, 에틸히드록시에틸셀룰로오스, 메틸히드록시에틸셀룰로오스, 4-아미노벤질셀룰로오스, 트리에틸아미노에틸셀룰로오스, 시아노에틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 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 및 이들의 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 글루칸계 화합물인 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
6. 위 4에 있어서, 다당류는 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물 100중량%에 대하여 10-9 내지 10중량%로 포함되는 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
7. 위 1 내지 6 중 어느 한 항의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물로 결정성 실리콘 웨이퍼를 침적, 분무 또는 침적 및 분무하는 단계를 포함하는 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭방법.
8. 위 7에 있어서, 침적, 분무 또는 침적 및 분무는 50 내지 100℃의 온도에서 30초 내지 60분 동안 수행되는 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭방법.
본 발명의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물 및 텍스쳐 에칭방법에 따르면 실리콘의 결정 방향에 대한 에칭 속도 차이를 조절하여 한 정점으로부터 바닥면에 이르기까지 곡선을 이루는 형태의 측면을 갖는, 종래와 다른 형상의 미세 피라미드를 더 작은 크기로 촘촘하게 형성할 수 있고, 결정성 실리콘 웨이퍼 표면의 위치별 텍스쳐의 품질 편차를 최소화하여 텍스쳐의 균일성을 향상시킬 수 있다. 이를 통하여, 태양광의 흡수량을 극대화시키고 광 반사율을 크게 낮춰 광효율을 더욱 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 텍스쳐 공정 중 별도의 에칭액 성분을 투입할 필요가 없고 에어레이팅 장비도 도입할 필요가 없어 품질과 생산성을 향상시킬 수 있고 공정 비용 면에서도 경제적이다.
도 1은 종래 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭에 의해 형성된 미세 피라미드(a)와 본 발명에 의해 형성된 미세 피라미드(b)를 설명하기 위한 단면도이고,
도 2는 본 발명의 실시예 1의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물로 텍스쳐 에칭된 단결정 실리콘 웨이퍼의 표면(a)과 단면(b)을 나타낸 SEM 사진이며,
도 3은 비교예 5의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물로 텍스쳐 에칭된 단결정 실리콘 웨이퍼의 표면(a)과 단면(b)을 나타낸 SEM 사진이다.
본 발명은 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물 및 텍스쳐 에칭방법에 관한 것이다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물은 알칼리 화합물; 탄소수 2-6인 알켄기를 포함하는 작용기가 결합된, 질소 원자를 함유하는 고리형 화합물; 및 잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
보다 상세하게, 알칼리 화합물 0.1 내지 20중량%; 탄소수 2-6인 알켄기를 하나 이상 포함하는 작용기가 결합된 질소 원자를 함유하는 고리형 화합물 10-6 내지 10중량%; 및 잔량의 물을 포함한다.
알칼리 화합물은 결정성 실리콘 웨이퍼의 표면을 에칭하는 성분으로서 그 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 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 100중량%에 대하여 0.1 내지 20중량%로 포함되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 내지 5중량%인 것이 좋다. 함량이 상기 범위에 해당되는 경우 실리콘 웨이퍼 표면을 에칭할 수 있게 된다.
본 발명은 고리형 화합물을 포함하되, 특히 탄소수 2-6인 알켄기를 포함하는 작용기가 결합된, 질소 원자를 함유하는 고리형 화합물을 선택 사용하는데 특징이 있다. 작용기는 알켄기를 1개 이상 포함할 수 있고, 알켄기만을 포함하거나 또는 알켄기 이외의 치환기를 더 포함하는 것일 수 있다. 또한, 작용기는 1개 이상이 결합될 수 있으며, 질소 원자에 결합되거나 또는 질소 원자 이외의 다른 원자에 결합될 수 있다.
고리형 화합물은 실리콘의 결정 방향인 Si100 방향과 Si111 방향에 대한 에칭 속도 차이를 제어하여 종래와 다른 형상의 미세 피라미드가 형성되도록 한다. 구체적으로, 종래 형성된 미세 피라미드는 이를 구성하는 각 측면이 한 정점으로부터 바닥면에 이르기까지 직선 형태(도 1a)인 반면, 본 발명의 고리형 화합물을 이용하여 형성된 미세 피라미드는 각 측면이 한 정점으로부터 바닥면에 이르기까지 곡선, 예컨대 완만한 곡선을 이루는 형태가 된다(도 1b). 또한, 크기가 작은 미세 피라미드가 더욱 촘촘하게 형성되도록 한다. 이를 통하여 광 반사율을 더욱 낮춰 광효율을 보다 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 고리형 화합물은 에칭에 의해 생성된 수소 버블의 양을 빠르게 감소시킴으로써 버블 스틱 현상이 발생하는 것도 방지하는 역할을 한다.
고리형 화합물로는 N-비닐피페라진, N-비닐메틸피페라진, N-비닐에틸피페라진, N-비닐-N'-메틸피페라진, N-아크릴로일피페라진, N-아크릴로일-N'-메틸피페라진, N-비닐모르폴린, N-비닐메틸모르폴린, N-비닐에틸모르폴린, N-아크릴로일모르폴린, N-비닐피페리돈, N-비닐메틸피페리돈, N-비닐에틸피페리돈, N-아크릴로일피페리돈, N-비닐피롤리돈, N-비닐메틸피롤리돈, N-비닐에틸-2-피롤리돈, N-아크릴로일피롤리돈, N-비닐카바졸, N-아크릴로일카바졸 등을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
고리형 화합물은 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물 총 100중량%에 대하여 10-6 내지 10중량%로 포함되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10-3 내지 1중량%인 것이 좋다. 함량이 상기 범위에 해당되는 경우 실리콘 웨이퍼 표면의 젖음성을 효과적으로 개선시켜 텍스쳐 품질 편차를 최소화시킬 수 있고 종래와 다른 형상의 미세 피라미드를 용이하게 형성할 수 있다. 함량이 10중량% 초과인 경우 실리콘의 결정 방향에 대한 에칭 속도 차이를 제어하기 어려워 원하는 미세 피라미드 형성을 얻기 어려울 수 있다.
본 발명의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물은 다당류를 더 포함할 수 있다.
다당류(polysaccharide)는 단당류 2개 이상이 글리코시드 결합하여 큰 분자를 만들고 있는 당류로서, 알칼리 화합물에 의한 과에칭과 에칭 가속화를 방지함으로써 균일한 미세 피라미드를 형성하는 동시에 에칭에 의해 생성된 수소 버블을 실리콘 웨이퍼 표면으로부터 빨리 떨어뜨려 외관을 향상시키는 성분이다.
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 금속염이 바람직하다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
글루칸계 화합물로는 셀룰로오스, 디메틸아미노셀룰로오스, 디에틸아미노에틸셀룰로오스, 에틸히드록시에틸셀룰로오스, 메틸히드록시에틸셀룰로오스, 4-아미노벤질셀룰로오스, 트리에틸아미노에틸셀룰로오스, 시아노에틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 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 100중량%에 대하여 10-9 내지 10중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 10-6 내지 1중량%인 것이 좋다. 함량이 상기 범위에 해당되는 경우 과에칭과 에칭 가속화를 효과적으로 방지할 수 있다. 함량이 10중량% 초과인 경우 알칼리 화합물에 의한 에칭 속도를 급격하게 저하시켜 원하는 미세 피라미드를 형성하기 어렵다.
또한, 본 발명의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물은 계면활성제, 지방산 및 이의 알칼리 금속염, 실리카 함유 화합물 등을 1종 이상 더 포함할 수 있다.
물은 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물 총 100중량%에 잔량으로 포함될 수 있다.
물의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 탈이온 증류수인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 반도체 공정용 탈이온 증류수로서 비저항값이 18㏁/㎝ 이상인 것이 좋다.
상기와 같은 성분을 포함하여 구성되는 본 발명의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물은, 특히 고리형 화합물 중에서도 탄소수 2-6인 알켄기를 포함하는 작용기가 결합된, 질소 원자를 함유하는 특정 고리형 화합물만을 최적의 함량으로 선택 사용함으로써 종래와 다른 형상의 미세 피라미드를 더욱 작은 크기로 더 촘촘하게 형성하는 동시에 결정성 실리콘 웨이퍼 표면의 위치별 텍스쳐 품질의 편차를 최소화시켜 텍스쳐의 균일성을 향상시킬 수 있다. 이를 통하여 태양광의 흡수량을 극대화시키고 광 반사율을 더욱 낮춰 광효율을 보다 높일 수 있다.
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 조성물을 이용하여 결정성 실리콘 웨이퍼를 침적, 분무 또는 침적 및 분무하는 단계를 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.
실시예
실시예 1
수산화칼륨(KOH) 2중량%, N-비닐피롤리돈 0.1중량%, 알긴산나트륨(AANa) 0.02중량% 및 잔량의 탈이온 증류수를 혼합하여 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물을 제조하였다.
실시예 2-4, 비교예 1-5
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 하기 표 1에서와 같은 성분 및 함량을 사용하였다. 여기서, 함량은 중량%를 나타낸다.
구분 알칼리 화합물 고리형 화합물 다당류 탈이온
증류수
종류 함량 종류 함량 종류 함량
실시예1 KOH 2 NVP 0.1 AANa 0.02 97.88
실시예2 KOH 2 NVP 0.1 CMCNa 0.02 97.88
실시예3 KOH 2 NVC 0.05 AANa 0.01 97.94
실시예4 KOH 2 NVC 0.05 CMCNa 0.01 97.94
비교예1 KOH 2 - - AANa 0.02 97.98
비교예2 KOH 2 EG 0.1 AANa 0.02 97.88
비교예3 KOH 2 DPG 0.1 AANa 0.02 97.88
비교예4 KOH 2 BDG 0.1 AANa 0.02 97.88
비교예5 KOH 2 NMP 0.1 AANa 0.02 97.88
KOH: 수산화칼륨
NVP: N-비닐피롤리돈
NVC: N-비닐카바졸
EG: 에틸렌글리콜
DPG: 디프로필렌글리콜
BDG: 부틸디글리콜
NMP: N-메틸피롤리돈
AANa: 알긴산나트륨
CMCNa: 카르복시메틸셀룰로오스나트륨
시험예
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물의 텍스쳐 에칭 효과를 하기 방법으로 평가하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
- 단결정 실리콘 웨이퍼 기판을 제조된 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물에 80℃의 온도로 20분 동안 침적시켰다.
(1) 텍스쳐 균일성
텍스쳐 에칭된 단결정 실리콘 웨이퍼 기판 표면에 형성된 텍스쳐의 편차, 즉 균일성을 디지털 카메라, 3D 광학현미경 및 주사전자현미경(Scanning electron microscope, SEM)을 이용하여 육안으로 관찰하고, 하기 기준에 의거하여 평가하였다.
<평가기준>
◎: 웨이퍼 기판 전부에 피라미드 형성.
○: 웨이퍼 기판 일부에 피라미드 미형성(미형성 부분 5% 미만).
△: 웨이퍼 기판 일부에 피라미드 미형성(미형성 부분 5-50%).
×: 웨이퍼 기판 대부분에 피라미드 미형성(미형성 부분 90% 이상).
(2) 반사율(%)
텍스쳐 에칭된 단결정 실리콘 웨이퍼 기판 표면에 UV 분광광도계를 이용하여 600㎚의 파장대를 갖는 광을 조사하였을 때의 반사율을 측정하였다.
구분 텍스쳐 균일성 반사율(600㎚, %)
실시예1 ◎ 9.31
실시예2 ◎ 9.28
실시예3 ◎ 9.34
실시예4 ◎ 9.34
비교예1 ○ 10.54
비교예2 ○ 10.89
비교예3 △ 21.12
비교예4 △ 20.64
비교예5 ◎ 10.96
위 표 2와 같이, 본 발명에 따라 알칼리 화합물; 탄소수 2-6인 알켄기를 하나 이상 포함하는 작용기가 결합된, 질소 원자를 함유하는 고리형 화합물; 및 물을 최적의 함량으로 포함하는 실시예 1 내지 4의 텍스쳐 에칭액 조성물을 이용하여 에칭한 경우 단결정 실리콘 웨이퍼 표면에 형성된 미세 피라미드의 위치별 품질의 편차가 적어 균일성이 우수하고 광 반사율이 낮아 광효율도 높일 수 있음을 확인하였다.
반면, 고리형 화합물을 포함하지 않는 비교예 1은 텍스쳐 균일성이 실시예에 미치지 못하였고, 고리형이 아닌 화합물을 포함하는 비교예 2 내지 4는 균일도가 낮아지거나 반사율이 크게 저하된 것을 알 수 있었다. 또한, 본 발명의 범위에 해당되지 않는 고리형 화합물을 포함한 비교예 5는 텍스쳐 균일성은 우수하였으나 본 발명에서와는 다른 형상의 미세 피라미드가 형성되어 반사율이 실시예보다 높게 나타났다.
도 2 및 3은 각각 실시예 1 및 비교예 5의 텍스쳐 에칭액 조성물로 에칭된 결정성 실리콘 웨이퍼 기판의 표면을 나타낸 SEM 사진이다. 상세하게 살펴보면, 비교예 5의 조성물을 이용한 실리콘 웨이퍼 기판에 형성된 미세 피라미드는 각 측면이 한 정점으로부터 바닥면에 이르기까지 직선 형태로 도 1a와 같은 형상을 나타내는 것을 알 수 있다. 반면, 실시예 1의 조성물을 이용한 실리콘 웨이퍼 기판에 형성된 미세 피라미드는 각 측면이 한 정점으로부터 바닥면에 이르기까지 곡선을 이루는, 도 1b와 같은 형상을 나타내며 비교예 5에서보다 크기가 작으면서도 균일한 것을 알 수 있다. 즉, 이러한 미세 피라미드의 형상의 차이로 인해 태양광의 흡수량을 극대화시키고 광 반사율은 더욱 낮출 수 있게 된다.

Claims (8)

  1. 알칼리 화합물 0.1 내지 20중량%; 탄소수 2-6인 알켄기를 포함하는 작용기가 결합된, 질소 원자를 함유하는 고리형 화합물 10-6 내지 10중량%; 및 잔량의 물을 포함하는 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 알칼리 화합물은 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화암모늄, 테트라히드록시메틸암모늄 및 테트라히드록시에틸암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서, 고리형 화합물은 N-비닐피페라진, N-비닐메틸피페라진, N-비닐에틸피페라진, N-비닐-N'-메틸피페라진, N-아크릴로일피페라진, N-아크릴로일-N'-메틸피페라진, N-비닐모르폴린, N-비닐메틸모르폴린, N-비닐에틸모르폴린, N-아크릴로일모르폴린, N-비닐피페리돈, N-비닐메틸피페리돈, N-비닐에틸피페리돈, N-아크릴로일피페리돈, N-비닐피롤리돈, N-비닐메틸피롤리돈, N-비닐에틸-2-피롤리돈, N-아크릴로일피롤리돈, N-비닐카바졸 및 N-아크릴로일카바졸로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서, 글루칸계 화합물, 프룩탄계 화합물, 만난계 화합물, 갈락탄계 화합물 및 이들의 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 다당류를 더 포함하는 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
  5. 청구항 4에 있어서, 다당류는 셀룰로오스, 디메틸아미노셀룰로오스, 디에틸아미노에틸셀룰로오스, 에틸히드록시에틸셀룰로오스, 메틸히드록시에틸셀룰로오스, 4-아미노벤질셀룰로오스, 트리에틸아미노에틸셀룰로오스, 시아노에틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 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 및 이들의 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 글루칸계 화합물인 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
  6. 청구항 4에 있어서, 다당류는 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물 100중량%에 대하여 10-9 내지 10중량%로 포함되는 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물로 결정성 실리콘 웨이퍼를 침적, 분무 또는 침적 및 분무하는 단계를 포함하는 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 침적, 분무 또는 침적 및 분무는 50 내지 100℃의 온도에서 30초 내지 60분 동안 수행되는 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭방법.
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