KR20120136882A - 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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홍형표
이재연
박면규
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

본 발명은 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물 및 텍스쳐 에칭방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 알칼리 화합물; 다당류; 실리카 화합물; 및 잔량의 물을 최적의 함량으로 포함함으로써 결정성 실리콘 웨이퍼 표면의 미세 피라미드 구조의 텍스쳐의 균일성을 향상시켜 태양광의 흡수량을 극대화시키고 광 반사율을 낮춰 광효율을 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 표면을 미세 피라미드 구조로 균일하게 형성하여 광효율을 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 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.
본 발명은 결정성 실리콘 웨이퍼의 표면에 미세 피라미드 구조의 텍스쳐를 형성함에 있어서 위치별 텍스쳐의 균일성을 향상시켜 광 효율을 높일 수 있는 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 에칭 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%; 다당류 10-9 내지 10중량%; 실리카 화합물 10-9 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, 다당류는 글루칸계 화합물, 프룩탄계 화합물, 만난계 화합물, 갈락탄계 화합물 및 이들의 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
4. 위 3에 있어서, 다당류는 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 및 이들의 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 글루칸계 화합물인 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
5. 위 3에 있어서, 다당류는 평균 분자량이 5,000 내지 1,000,000인 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
6. 위 1에 있어서, 실라카 화합물은 미분말 실리카; Na2O로 안정화시킨 콜로이드 실리카 용액; K2O로 안정화시킨 콜로이드 실리카 용액; 산성액으로 안정화시킨 콜로이드 실리카 용액; NH3로 안정화시킨 콜로이드 실리카 용액; 에틸알코올, 프로필알코올, 에틸렌글리콜, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 유기용매로 안정화시킨 콜로이드 실리카 용액; 액상 규산나트륨; 액상 규산칼륨; 및 액상 규산리튬으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
7. 위 1에 있어서, 각 알킬기의 탄소수가 1 내지 30인 과불소알킬 카르복시산염, 과불소알킬 술폰산염, 과불소알킬 황산염, 과불소알킬 인산염, 과불소알킬 아민염, 과불소알킬 4급암모늄염, 과불소알킬 카르복시베타인, 과불소알킬 술포베타인, 불소화알킬 폴리옥시에틸렌 및 과불소알킬 폴리옥시에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 불소계 계면활성제를 더 포함하는 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
8. 위 1 내지 7 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.
9. 위 8에 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 결정성 실리콘 웨이퍼 표면에 미세 피라미드 구조의 텍스쳐를 균일하게 형성하여 태양광의 흡수량을 극대화시키고 광 반사율을 낮춰 광효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 텍스쳐 공정 중 별도의 에칭액 성분을 투입할 필요가 없고 에어레이팅 장비도 도입할 필요가 없어 품질과 생산성을 향상시키는 동시에 공정 비용 면에서도 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 10의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물로 텍스쳐 에칭된 단결정 실리콘 웨이퍼의 표면을 나타낸 3D 광학현미경 사진이며,
도 2는 본 발명의 실시예 10의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물로 텍스쳐 에칭된 단결정 실리콘 웨이퍼의 표면을 나타낸 SEM 사진이다.
본 발명은 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물 및 이를 이용한 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭방법에 관한 것이다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물은 알칼리 화합물; 다당류; 실리카 화합물; 및 잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
보다 상세하게, 알칼리 화합물 0.1 내지 20중량%; 다당류 10-9 내지 10중량%; 실리카 화합물 10-9 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 발명에서는 특히, 다당류를 최적의 함량으로 포함하는데 특징이 있다.
다당류(polysaccharide)는 단당류 2개 이상이 글리코시드 결합하여 큰 분자를 만들고 있는 당류로서, 알칼리 화합물에 의한 과에칭과 에칭 가속화를 방지함으로써 균일한 미세 피라미드를 형성하고 외관을 개선하는 동시에 에칭에 의해 생성된 수소 버블을 실리콘 웨이퍼 표면으로부터 빨리 떨어뜨려 버블 스틱 현상을 방지하는 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 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 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.
본 발명은 다당류와 함께 실리카 화합물을 최적의 함량으로 포함하는데 특징이 있다.
실리카 화합물은 결정성 실리콘 웨이퍼 표면에 물리적으로 흡착하여 일종의 마스크 역할을 함으로써 결정성 실리콘 웨이퍼 표면이 미세 피라미드 형상으로 보다 용이하게 형성되도록 하는 성분이다.
실리카 화합물로는 분말형, 콜로이드 용액형 또는 액상 규산금속 화합물 등을 들 수 있다. 구체적으로, 미분말 실리카; Na2O로 안정화시킨 콜로이드 실리카 용액; K2O로 안정화시킨 콜로이드 실리카 용액; 산성액으로 안정화시킨 콜로이드 실리카 용액; NH3로 안정화시킨 콜로이드 실리카 용액; 에틸알코올, 프로필알코올, 에틸렌글리콜, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 유기용매로 안정화시킨 콜로이드 실리카 용액; 액상 규산나트륨; 액상 규산칼륨; 액상 규산리튬 등을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
실리카 화합물은 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물 총 100중량%에 대하여 10-9 내지 10중량%로 포함될 수 있고, 바람직하게는 10-6 내지 1중량%인 것이 좋다. 함량이 상기 범위에 해당되는 경우 결정성 실리콘 웨이퍼 표면에 미세 피라미드를 용이하게 형성할 수 있다.
본 발명의 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물은 불소계 계면활성제를 더 포함할 수 있다.
불소계 계면활성제는 에칭액 조성물의 표면장력을 낮추어 결정성 실리콘 웨이퍼 표면의 젖음성 개선을 더욱 촉진시켜 알칼리 화합물에 의한 과에칭을 방지한다.
불소계 계면활성제의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 과불소알킬 카르복시산염, 과불소알킬 술폰산염, 과불소알킬 황산염, 과불소알킬 인산염 등의 음이온계 계면활성제; 과불소알킬 아민염, 과불소알킬 4급암모늄염 등의 양이온계 계면활성제; 과불소알킬 카르복시베타인, 과불소알킬 술포베타인 등의 양쪽성 이온계 계면활성제; 불소화알킬 폴리옥시에틸렌 및 과불소알킬 폴리옥시에틸렌 등의 비이온계 계면활성제 등을 들 수 있다. 이들 화합물은 각 알킬기의 탄소수가 1 내지 30인 것일 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
불소계 계면활성제는 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 실리콘 웨이퍼 표면의 젖음성을 효과적으로 개선할 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 다당류와 함께 실리카 화합물을 최적의 함량으로 포함함으로써 결정성 실리콘 웨이퍼 표면을 미세 피라미드 구조의 텍스쳐로 균일하게 형성하여 태양광의 흡수량을 극대화시키고 광 반사율을 낮춰 광효율을 높일 수 있다. 또한, 텍스쳐 에칭 공정 중 별도의 에칭액 성분을 투입할 필요가 없고 에어레이팅 장비도 도입할 필요가 없어 생산성과 비용 면에서 이점이 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) 4중량%, 디메틸아미노에틸셀룰로오스(DMAEC) 0.005중량%, 액상 규산 나트륨(SSS) 0.2중량% 및 잔량의 탈이온 증류수를 혼합하여 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물을 제조하였다.
실시예 2-17, 비교예 1-4
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 하기 표 1에서와 같은 성분 및 함량을 사용하였다. 여기서, 함량은 중량%를 나타낸다.
구분 알칼리 화합물 다당류 실리카 화합물 계면활성제
종류 함량 종류 함량 종류 함량 종류 함량
실시예1 KOH 4 DMAEC 0.005 SSS 0.2 - -
실시예2 KOH 4 EHEC 0.005 SCS 0.5 - -
실시예3 KOH 4 MC 0.005 SSS 0.2 - -
실시예4 KOH 4 HEC 0.005 SCS 0.5 - -
실시예5 KOH 2.5 CMC 0.02 SSS 0.2 - -
실시예6 KOH 2 AA 0.02 SCS 0.5 - -
실시예7 KOH 2 DSNa 0.01 SSS 0.1 - -
실시예8 KOH 2 AP 0.005 SSS 0.3 - -
실시예9 KOH 3 St 0.005 SSS 0.1 - -
실시예10 KOH 2 CMCNa 0.02 SCS 0.3 - -
실시예11 KOH 2 AANa 0.02 SCS 0.1 - -
실시예12 KOH 2 CMCNa 0.02 SCS 0.3 PFAS 0.001
실시예13 KOH 2 AANa 0.02 SCS 0.1 PFAP 0.001
실시예14 KOH 2 AANa 0.02 SCS 0.3 PFA 0.001
비교예1 KOH 2 - - SSS 0.2 - -
비교예2 KOH 2 AANa 0.02 - - - -
비교예3 KOH 2 AANa 0.02 SSS 11 - -
비교예4 KOH 2 AANa 11 SSS 0.2 - -
KOH: 수산화칼륨
DMAEC: 디메틸아미노에틸셀룰로오스
EHEC: 에틸히드록시에틸셀룰로오스
MC: 메틸셀룰로오스
HEC: 히드록시에틸셀룰로오스
CMC: 카르복시메틸셀룰로오스
AA: 알긴산
DSNa: 덱스트란설페이트나트륨
AP: 아밀로펙틴
St: 스타치
CMCNa: 카르복시메틸셀룰로오스나트륨
AANa: 알긴산나트륨
SSS: 액상 규산나트륨
SCS: Na2O로 안정화시킨 콜로이드 실리카 용액
PFAS: 과불소화알킬 황산염
PFAP: 과불소화알킬 인산염
비교예 5
수산화칼륨(KOH) 1.5중량%, 이소프로필알코올(IPA) 5중량% 및 잔량의 탈이온 증류수를 혼합하여 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물을 제조하였다.
비교예 6
상기 비교예 5와 동일하게 실시하되, 이소프로필알코올(IPA) 대신에 에틸렌글리콜(EG)을 사용하였다.
비교예 7
상기 비교예 5와 동일하게 실시하되, 이소프로필알코올(IPA) 대신에 메틸디글리콜(MDG)을 사용하였다.
비교예 8
상기 비교예 5와 동일하게 실시하되, 이소프로필알코올(IPA) 대신에 모노에틸아민(MEA)을 사용하였다.
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) 피라미드 평균 크기(㎛)
텍스쳐 에칭된 단결정 실리콘 웨이퍼 기판 표면에 형성된 미세 피라미드의 크기를 주사전자현미경(Scanning electron microscope, SEM)을 이용하여 측정하였다. 이때, 단위 면적에 형성된 미세 피라미드의 크기를 측정한 후 이들의 평균값으로 나타내었다.
(3) 평균 반사율(%)
텍스쳐 에칭된 단결정 실리콘 웨이퍼 기판 표면에 UV 분광광도계를 이용하여 400-800㎚의 파장대를 갖는 광을 조사하였을 때의 평균 반사율을 측정하였다.
구분 텍스쳐 균일성 피라미드 평균 크기(㎛) 평균 반사율(%)
실시예1 ◎ 3 12.31
실시예2 ◎ 3 12.49
실시예3 ◎ 3 12.59
실시예4 ◎ 3 12.32
실시예5 ◎ 4 11.86
실시예6 ◎ 4 11.91
실시예7 ◎ 4 11.81
실시예8 ◎ 3 12.59
실시예9 ◎ 3 12.40
실시예10 ◎ 4 11.63
실시예11 ◎ 4 11.89
실시예12 ◎ 4 11.80
실시예13 ◎ 4 11.96
실시예14 ◎ 4 11.80
비교예1 × - 26.45
비교예2 ○ 5 12.98
비교예3 SSS가 완전 용해되지 않음
비교예4 △ 5 21.32
비교예5 ○ 5 13.22
비교예6 × 10 21.13
비교예7 에칭액 변색
비교예8 에칭액 변색
위 표 2와 같이, 본 발명에 따라 알칼리 화합물; 다당류; 실리카 화합물; 및 물을 최적의 함량으로 포함하는 실시예 1 내지 14의 텍스쳐 에칭액 조성물을 이용하여 텍스쳐 에칭한 경우 단결정 실리콘 웨이퍼의 표면에 형성된 미세 피라미드의 균일성이 우수하고 광 반사율이 낮아 광 효율도 높일 수 있었다.
도 1은 실시예 10의 텍스쳐 에칭액 조성물로 텍스쳐 에칭된 결정성 실리콘 웨이퍼의 표면을 나타낸 3D 광학현미경 사진이고, 도 2는 상기 텍스쳐 에칭된 결정성 실리콘 웨이퍼의 표면을 나타낸 SEM 사진이다. 이를 통하여, 웨이퍼 표면의 전부에 걸쳐 미세 피라미드가 형성되어 품질 편차가 적고 텍스쳐 균일성이 향상된 것을 알 수 있다.
반면, 다당류를 포함하지 않는 비교예 1은 에칭이 빠르게 진행되어 피라미드의 크기가 클 뿐만 아니라 피라미드가 거의 형성되지 않았고, 실리카 화합물을 포함하지 않는 비교예 2는 피라미드가 형성되지 않은 부분이 일부 존재하였다. 또한, 실리카 화합물을 과량 포함하는 비교예 3은 실리카 화합물이 완전 용해되지 않아 충분한 효과를 얻기 어려웠고, 다당류를 과량 포함하는 비교예 4는 에칭 속도가 너무 느려져 반사율이 높아졌다. 또한, 비교예 5의 텍스쳐 에칭액 조성물은 이소프로필알코올(IPA)의 낮은 비점으로 인해 텍스쳐 공정 중 이를 지속적으로 투입함으로써 발생되는 온도 구배에 기인하여 텍스쳐 불량이 일어나고 비용도 더 발생하였고, 비교예 6의 텍스쳐 에칭액 조성물은 텍스쳐 균일성과 광 반사율 면에서 실시예에 비해 크게 뒤떨어진 특성을 나타내었다. 비교예 7 및 8의 텍스쳐 에칭액 조성물은 텍스쳐 공정 온도로의 승온 시 에칭액 조성물 자체에 경시 변화가 발생하였다.

Claims (9)

  1. 알칼리 화합물 0.1 내지 20중량%; 다당류 10-9 내지 10중량%; 실리카 화합물 10-9 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, 다당류는 글루칸계 화합물, 프룩탄계 화합물, 만난계 화합물, 갈락탄계 화합물 및 이들의 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
  4. 청구항 3에 있어서, 다당류는 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 및 이들의 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 글루칸계 화합물인 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
  5. 청구항 3에 있어서, 다당류는 평균 분자량이 5,000 내지 1,000,000인 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서, 실라카 화합물은 미분말 실리카; Na2O로 안정화시킨 콜로이드 실리카 용액; K2O로 안정화시킨 콜로이드 실리카 용액; 산성액으로 안정화시킨 콜로이드 실리카 용액; NH3로 안정화시킨 콜로이드 실리카 용액; 에틸알코올, 프로필알코올, 에틸렌글리콜, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 유기용매로 안정화시킨 콜로이드 실리카 용액; 액상 규산나트륨; 액상 규산칼륨; 및 액상 규산리튬으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서, 각 알킬기의 탄소수가 1 내지 30인 과불소알킬 카르복시산염, 과불소알킬 술폰산염, 과불소알킬 황산염, 과불소알킬 인산염, 과불소알킬 아민염, 과불소알킬 4급암모늄염, 과불소알킬 카르복시베타인, 과불소알킬 술포베타인, 불소화알킬 폴리옥시에틸렌 및 과불소알킬 폴리옥시에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 불소계 계면활성제를 더 포함하는 결정성 실리콘 웨이퍼의 텍스쳐 에칭액 조성물.
  8. 청구항 1 내지 7 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.
  9. 청구항 8에 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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